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化学实验室实验:氢气与氯气的光化学反应(Photochemical Reactions of Chlorine with Hydrogen)〔III〕? 连结:氢气与氯气的光化学反应〔II〕 教师手册(Teacher’s Guide) 教学提示 ● 上课时间:教师实验解说:约20分钟,学生实验操作:约40分钟,实验观察记录:约10分钟。学生回答问题(师生问题讨论或家庭作业):约20分钟。 ● 本实验若使用盐酸浓度太高,则反应过于激烈,溶液易发生喷溅而危险。若使用盐酸浓度太低,则反应过于缓慢,产生的气体不易收集。 ● 在进行本实验时,特别注意通风问题。实验过程中有鸣爆声,必要时可戴上耳塞。 ● 本实验虽定性分析为主,观察氢气与氯气的光化学反应现象,并检验反应产生的气体。虽然定性观察,但量的取捨也应留意,勿差异太大,以免影响观察。 药品配製 ● 约1.0 M HCl:取一个500 mL的锥形瓶,装入约200 mL的蒸馏水。再取41.6 mL的浓盐酸(12 M),缓缓地加入锥形瓶中,摇匀后再加水至500 mL的体积为止,用橡皮塞塞住。 ● 约3% NaOCl:取约10 mL的12% NaOCl在一个小烧杯中,加水至体积为40 mL,用保鲜膜盖住。另类地,直接取用含氯的漂白水。 观察记录样本 1. 在实验A中,记录镁带与稀盐酸之使用量。 镁带重(g): 0.050 ;使用稀盐酸体积(mL): 20 ;产生气体体积(mL): 30 。 2. 在实验B中,记录次氯酸钠与稀盐酸之使用量。 次氯酸钠体积(mL): 5.0 ;使用稀盐酸体积(mL): 20 ;产生气体体积(mL): 30 。 3. 在实验C中,注射筒C内氢气与氯气混合气体之照光,观察变化情形。 照光前混合气体的体积(mL): 30.0 ;照光后气体的体积(mL): 大于30.0 。 照光前混合气体颜色: 绿色 ;照光后气体颜色: 颜色变淡 。 照光前有无爆鸣声: 无 ;照光时有无爆鸣声: 有 。 照光前橡皮塞是否弹出: 否 ;照光时橡皮塞是否弹出: 是 。 4. 在实验D中,试管气体与注射筒C产生气体之混合,观察变化情形。 注射筒C内的气体: HCl ;试管内的气体: NH 3 。 混合后的变化情形: 产生白色烟雾 。 参考答案 1. 镁带置于含有自来水的注射针筒内,使其沉于底部,然后排除空气及大部分水。这是因为收集纯的氢气,并避免残留空气。若有空气残留,则氧气会与氢气反应。这并非本实验所想要进行的氢气与氯气的光化学反应。 2. 镁带与盐酸反应产生的气体为氢气,其平衡反应式如反应式[11]所示: Mg( s ) + 2HCl( aq ) → MgCl 2 ( aq ) + H 2 ( g )? ? [11] 3. Mg的莫耳数 = 0.050 g / 24.3 g/mol = 0.0021 mol。 HCl的莫耳数 = 1.0 mol/L × 20. mL × (1 L / 1000 mL) = 0.020 mol。 莫耳数比 = Mg : HCl = 0.0021 mol : 0.020 mol = 0.11 : 1.0 = 11 : 100。 由上题的平衡反应式得知,莫耳数比 = Mg : HCl = 1 : 2,因此镁带为限量试剂。 由于反应物镁带为固体,反应完全后,卸下注射筒橡皮塞,因此有利于排除未反应的溶液,而收集到纯的气体。再者,盐酸比较便宜。 4. 次氯酸钠与盐酸反应产生的气体为氯气,其平衡反应式如反应式[12]所示: NaOCl( aq ) + 2HCl( aq ) → NaCl( aq ) + Cl 2 ( g ) + H 2 O( l )? ? [12] 5. NaOCl的式量 = 22.99 g/mol + 16.00 g/mol + 35.45 g/mol = 74.44 g/mol。 含NaOCl重= 5.0 mL × 1.0 g/mL × 3% = 0.15 g。 NaOCl的莫耳数 = 0.15g / 74.44 g/mol = 0.0020 mol。 HCl的莫耳数 = 1.0 mol/L × 20 mL × (1 L / 1000 mL) = 0.020 mol。 莫耳数比 = NaOCl : HCl = 0.0020 mol : 0.020 mol = 1 : 10 由上题的平衡反应式得知,莫耳数比 = NaOCl : HCl = 1 : 2,因此NaOCl为限量试剂。 反应物NaOCl具有强氧化力,应使其反应完全。再者,盐酸比较便宜。 6. 镁带燃烧产生紫外光,使注射筒内的氢气与氯气发生光化学变化,如反应式[13]所示: H 2 ( g ) + Cl 2 ( g ) → 2HCl( g )? ? [13] 7. 注射筒C内的混合气体经镁带强光照射后,产生的气体为HCl( g ),再与试管内的氨水所挥发的NH 3 ( g )接触,当两者混合时产生白色固体烟雾,如反应式[14]所示: HCl( g ) + NH 3 ( g ) → NH 4 Cl( s )? ? [14] 参考资料和延伸阅读 The photochemical reactions of chlorine with hydrogen and methane, http://www.practicalchemistry.or ... methane,258,EX.html. Microscale Gas Chemistry: Experiments with Hydrogen, http://mattson.creighton.edu/H2/. Microscale Gas Chemistry: Experiments with Chlorine, http://mattson.creighton.edu/Cl2/. Microscale Gas Chemistry: Experiments with Ammonia, http://mattson.creighton.edu/NH3/. HCl Cannon, http://www.chem.umn.edu/services/lecturedemo/info/HCl_Cannon.html. Hydrogen + Chlorine Cannon, http://jchemed.chem.wisc.edu/JCESoft/CCA/CCA1/R1MAIN/CD1R1380.HTM. Reaction of Chlorine with Hydrogen, http://jchemed.chem.wisc.edu/JCESoft/CCA/CCA3/MAIN/CLH/PAGE1.HTM. 查看更多
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简介
职业:上海睿筑环境科技有限公司 - 销售
学校:洛阳师范学院 - 化学系
地区:云南省
个人简介:劳动是万物的基础,劳动者是支柱,他支撑着文明与进步的结构和它那辉煌的穹隆。查看更多
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