二氧化氯的实验室制法及其性质探讨

摘要：通过对二氧化氯在中学化学教学中的重要性的论述，以二氧化氯的化学性质及其制备为研究对象，设计了有关二氧化氯的实验室制备方法以及氧化性实验，为教师开发此类实验提供借鉴。

关键词：二氧化氯；氧化性

文章编号：1005－6629(2008)04－0007－02中图分类号：G633.8 文献标识码：C

二氧化氯作为一种高效强氧化剂已被联合国世界卫生组织(WHO)列为AI级安全消毒剂，具有消毒、杀菌、防腐、除臭、保鲜、漂白等多种功能，二氧化氯在常温下为黄绿色或橘黄色气体，具有类似于氯和臭氧的特殊刺激性臭味，毒性与氯气相似，其氧化能力是氯气的2.63倍。

苏教版化学必修1专题2“从海水中获得的化学物质”中‘氯气的性质’这一内容中，以拓展视野这一栏目的形式介绍了新型灭菌消毒剂――二氧化氯；上海市中学化学竞赛试题(白猫杯)从2004年到2006年，每一年都有关于二氧化氯的知识点的考题，高考题中也出现以二氧化氯作为载体来考察学生。但是在实际的教学中不管是教师还是教材都没有做到给学生提供足够的学习平台，学生对二氧化氯的了解只是停留在文字的描述上，或是在各种各样的能力考查中，对二氧化氯的颜色状态及其主要的化学性质――氧化性没有足够的感官上的认识，使得学生对相关知识的学习和理解产生障碍。为此，笔者结合实验研究，对二氧化氯的主要性质和制取方法作了探究，并利用其氧化性强的性质开发设计了新实验，为学生更好的认识二氧化氯提供方便，同时为教师对相关实验的开发和研究提供借鉴。

1 二氧化氯的实验室制备

1.1实验原理

氯酸钠还原法是目前使用较为广泛的方法，该方法可以选择不同的还原性物质作为还原剂，被公认的还原效果较好的有盐酸、二氧化硫及甲醇、草酸、氯气等，本实验采用草酸还原氯酸钾的方法。其反应方程式为：

1.2 实验过程

1.2.1 实验用品

实验仪器：磁力搅拌器，烧杯，温度计，平底烧瓶，集气瓶，铁夹

试验药品：氯酸钾，草酸，稀硫酸，氢氧化钠

1.2.2 实验装置图

图1 实验装置图

1.2.3 实验步骤及现象

(1)按照图1所示，安装好实验装置。

(2)在平底烧瓶中先放入10克氯酸钾和9克草酸，然后再加入5mL稀硫酸，并放入磁力搅拌器磁子。反应装置中第一个洗气瓶中盛放冰水，用于吸收产生的二氧化氯。第二个洗气瓶中盛放氢氧化钠溶液用于吸收尾气。

(3)在反应开始之前将烧杯中的水加热到60℃，然后停止加热，观察温度计的读数使其保持在60～80℃之间，如温度低于60度，则可以打开磁力搅拌器加热。

(4)反应发生后，平底烧瓶中立即产生大量的深黄绿色的气体，等到第一个洗气瓶中的溶液由无色变成很深的黄绿色则可停止反应。

1.3 实验说明

1.3.1实验的注意点

二氧化氯的性质非常不稳定，当温度升高、暴露在光线下或是与某些有机物接触摩擦都有可能引起爆炸，液体的二氧化氯比气态的更易爆炸，所以一般采用冰水浴收集二氧化氯，并且控制二氧化氯的水溶液浓度不高于30%。

反应发生之前先将水浴加热到60℃左右，然后关掉磁力搅拌器的温度键，依靠余温可以使温度上升，且不会超过80℃，若加热到80℃再关掉加热开关则会使水浴温度超过80℃。

由于二氧化氯本身具有毒性，因此在反应装置中要设计尾气吸收装置。该实验适合做教师演示实验，不适合做学生实验。

1.3.2实验的创新点

本实验的一个创新点是采用简单易得的实验原料制备二氧化氯，并用装有冰水的洗气瓶代替集气瓶、采用磁力搅拌器进行控温以及尾气处理的安排，使该反应的不安全因素降至最低，突破了中学化学实验条件对该类实验的限制。因此，教师完全可以对该实验进行课堂演示。

2 二氧化氯的相关特性及其教学应用

毫无疑问，二氧化氯是一种强氧化剂，它主要的特征也体现在其氧化性上。在不同版本的高中化学教材中，二氧化氯都是以知识介绍的栏目出现在氯气的性质章节中，在中学化学教学的课堂中，也很少有教师能关注二氧化氯有关物理性质和化学性质的教学，但是在各种各样的能力考查中，二氧化氯都是一个炙手可热的考点，为此，笔者认为有必要对二氧化氯的主要化学性质做一探讨，在仔细了解其性质的基础之上，笔者设计了有关二氧化氯氧化性质的新实验，旨在能够为广大教师研究开发新的实验教学和提高实验研究技能提供参考，同时也希望能够为学生提供一个很好的直观地了解二氧化氯性质的平台。

2.1 二氧化氯对锰(II)的氧化实验

二氧化氯具有很强的氧化性，它能够将二价的锰离子氧化成四价的锰，使之形成不溶于水的二氧化锰，反应离子方程式为

2ClO2+5Mn2++6H2O=5MnO2+12H++2Cl-

实验中我们将制得的二氧化氯溶液滴加到二价的锰离子溶液中，振荡，约一分钟后可发现试管的底部有少量的黑色固体出现。

2.2 二氧化氯对铁(II)的氧化实验

二氧化氯的氧化性还表现在可以将二价的铁离子氧化成三价的铁离子，反应离子方程式为：

ClO2+5Fe2++4H+=Cl-+5Fe3++2H2O

实验中我们将制得的二氧化氯溶液滴加到二价铁离子溶液中，发现溶液由浅绿色变成黄色，往试管中立即加入新制的氢氧化钠溶液，发现有红褐色的絮状沉淀生成。

2.3 二氧化氯对硫化物的氧化实验

二氧化氯在pH值5～9的范围内，可以很好地将硫化物(S2-)氧化成硫酸盐(SO42-)， 将二氧化氯溶液加入硫化氢溶液中，再向其中加入少量的用稀硝酸酸化过的氯化钡溶液，发现试管中有白色沉淀生成。

以上实验均为二氧化氯的定性实验，实验中所出现的现象都很明显，而且简单容易操作，原料也是实验室中常见的药品，因此教师完全可以将该实验引入到课堂教学当中，通过实验向学生展示二氧化氯的特性。二氧化氯的教学是氯气的性质教学中不可缺少的组成部分，重视对二氧化氯的教学，能够让学生更好地了解其性质，有利于学生更好地学习氯气的性质，也能够帮助学生更好地解决相关的问题。更重要的是，对二氧化氯的性质、制取方法作了详细的总结，能够拓展学生的知识面，帮助学生学会学习、学会进行实验探究。

3 研究结论及启示

实际教学中，很多教师会因为二氧化氯性质不稳定，有毒等原因而忽视或甚至摒弃与此类物质有关的实验教学，因此，自行设计实验方案，并对实验进行探究更无从谈起。而事实上合理的实验设计，规范的操作步骤以及不断求索和冒险的精神正是实验研究所必须的，通过此类实验的开发和研究不仅能够促进教师自身的实验研究水平，使实验教学提升到一个新的台阶，而且有助于开拓中学化学实验研究的新思路和新领域，为中学化学实验的开发提供有价值的参考。

参考文献：

[1]周威，孙家跃，杜海燕，吴爱萍.稳定二氧化氯的制备、活化及应用[J].北京工商大学学报(自然科学版)，2004.7.

[2]蔡学文，袁丽娟.稳定性二氧化氯的制备及应用[J].湖北化工，2003.3.

[3]周文中.稳定性二氧化氯的开发应用[J].现代化工，1994，14(5)：52-53.

“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文”

本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文