用氨水吸收氯气尾气

摘要：针对实验室制取氯气在尾气吸收处理上的不足，通过实验探索，用实验论证了用氨水代替NaOH溶液作为尾气吸收液的可行性，并对苏教版教材上氨气喷泉实验的原理解释提出了建议。

关键词：氨水溶液；尾气吸收；氯气尾气；氨气喷泉实验；实验改进

文章编号：1005–6629（2013）9–0044–02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

1 发现问题

通常在实验室制取氯气，一般都是用NaOH溶液吸收尾气（装置如图1所示）。在制备氯气实验开始后，就有气泡从NaOH溶液中逸出。一开始，应该是装置中的空气被排出体系。但随着反应的进行，仍然有气泡从溶液中逸出，且空气中的氯气味也越来越浓。这可能就是装置气密性不严或更换集气瓶引起了氯气泄漏。

于是，笔者更换了装置，重新实验，尤其检查气密性，且实验过程中不更换集气瓶，以确保气体出口的唯一性。并且用蘸有浓氨水的玻璃棒在所有接口、出口处检验，结果发现：只在NaOH溶液液面上出现了白烟（NH4Cl，反应为：3Cl2+8NH3=6NH4Cl+N2）。

显然，氯气未被NaOH溶液完全吸收，且逸出明显。随着实验的延续，NaOH溶液也逐渐呈现淡淡的黄绿色。随后，笔者通过增加NaOH溶液的浓度、增加导管在溶液中的深度、在导管末端增加布有小孔的乳胶头等措施来促进Cl2和NaOH的反应，结果还是徒劳。

说明：上述实验中，笔者先配得NaOH饱和溶液（在288 K时，NaOH饱和溶液的物质的量浓度为26.4 mol/L），分别用体积比为1：10、1：5、1：1三种浓度的溶液进行平行实验。

2 提出设想

从化学热力学角度看，Cl2和NaOH的反应能彻底进行。从化学动力学角度看，该化学反应速率不快。因此，笔者对用NaOH溶液吸收氯气尾气的实效产生了怀疑并进行了以下实验探究。

3 实验探究

3.1 用NaOH溶液做吸收液

受NH3喷泉实验原理的影响，笔者设计了如图2所示的Cl2-NaOH喷泉实验，来定性感受两者的反应速率。当用针筒推入约3 mL的NaOH溶液后，烧瓶中没有出现喷泉实验现象。等候2分钟，导管中的液面也不上升。

接着，笔者轻轻晃动装置，才看到导管中的水慢慢爬升，喷口有水流出，随即又停止。可见，晃动装置，促进了气液混合，加快了反应的进行。每晃动一次，液面上升一次，如此循环，直到水几乎充满整个烧瓶。

结合氯气的纯度和存在的误差，实验表明，Cl2和NaOH的反应，是能彻底进行的，但反应速率较慢，不能出现类似氨气喷泉实验的喷射现象，是由于两者不能瞬间快速反应，无法引起烧瓶内气压骤降。

可见，在实验室制取氯气时，又因氯气的生成速率大于NaOH溶液吸收氯气的速率。所以，用图1的方法吸收氯气尾气是不会形成倒吸的。

说明：此Cl2-NaOH喷泉实验，也分别使用体积比为1：10、1：5、1：1三种浓度的溶液进行平行实验。

那么如何加快吸收氯气的速率呢？笔者想还是从根本上来解决：换吸收液。

3.2 用氨水做吸收液

收集同等条件下的氯气，改用氨水做吸收液。利用图2进行对比实验，当推入约3 mL市售浓氨水（含氨质量分数约为25%～28%，物质的量浓度约为13.3～ 14.8 mol/L）后，喷泉现象立即产生，进水量约占容器2/3容积，液面上方充满白烟。

因浓氨水的强烈挥发，相比于Cl2和NaOH反应的气液接触，氯气和氨气的气气接触要充分得多，显然化学反应速率也快得多。虽然反应物的化学性质是决定化学反应速率的根本因素，但限于本人的知识面，不能给予解释，所以只能从两者接触程度这个外因给予说明。

接着，笔者又做了如图3所示的实验，当把市售浓氨水沿试管壁缓缓倒入集满氯气的试管时，除了看到白烟外，还听到响声、看到火光、感到试管壁发烫。再

4 实验结论

综上所述，笔者把吸收氯气尾气的装置设计为如图4。用长试管内盛适量氨水（体积比1：1）来吸收尾气。实验现象：听见轻微响声、看到试管中下部有白烟、摸到试管外壁升温、没有火光。

那么图4实验为什么又不倒吸呢？是因为反应生成了氮气，使得Cl2 和氨水短暂分离，反应瞬间停止，当氮气排除后，Cl2 和氨水继续接触反应，如此循环。氯气-氨水喷泉实验中，进水量同样不会充满整个容器，其原因也是因为反应生成了氮气，使得进水量约占容器2/3容积，。

事实胜于雄辩，用氨水代替NaOH溶液作为尾气吸收液，具有实验操作安全可靠，吸收液用量少，尾气吸收快、无氯气泄漏等优点。

当然，通过实验改进，学生从感性上认识了氨气的还原性（教材上没有），强化了氯气的氧化性等化学知识，这是一个意外收获。

5 一个建议

针对氨气喷泉实验，现把人教版和苏教版教材上的有关原理解释进行对比[1][2]，见表1。

可见，人教版喷泉实验原理解释的更全面。所以，笔者建议：苏教版在解释实验原理时，不能仅解释到反应热力学的知识层面，还要兼顾到反应动力学的知识层面。象人教版一样解释，让学生更全面地理解氨气喷泉实验原理：氨气溶于水，溶解量多，溶解速率快。

参考文献：

[1]王祖浩主编.普通高中课程标准实验教科书·化学1（必修）[M].南京：江苏教育出版社，2009.

[2]宋心琦主编.普通高中课程标准实验教科书·化学1（必修）[M].北京：人民教育出版社，2007.