根據(jù)題目描述，某同學(xué)采用一套實驗裝置研究物質(zhì)（特別是氯氣）的性質(zhì)。氣體c的主要成分是氯氣（Cl?），同時含有少量空氣和水蒸氣。這種混合氣體在化學(xué)實驗中具有典型性，常被用于探究氯氣的化學(xué)性質(zhì)，尤其是其強(qiáng)氧化性、與水反應(yīng)以及與堿反應(yīng)等特性。
一、 實驗裝置與氣體c的組成分析
- 氣體來源：氯氣通常通過濃鹽酸與二氧化錳（MnO?）加熱制備，或用高錳酸鉀（KMnO?）與濃鹽酸常溫反應(yīng)制得。在制備過程中，難以完全排盡裝置內(nèi)的空氣，且鹽酸具有揮發(fā)性，生成的氯氣也常帶有水蒸氣，因此得到的氣體c是含有少量空氣和水蒸氣的氯氣混合物。
- 裝置作用：完整的實驗裝置通常包括氣體發(fā)生裝置、凈化干燥裝置、性質(zhì)探究主體裝置以及尾氣處理裝置。針對氣體c含有雜質(zhì)的特點，可能需要在主體反應(yīng)前連接干燥裝置（如濃硫酸洗氣瓶）以除去水蒸氣，防止干擾后續(xù)反應(yīng)。空氣的存在（主要是O?和N?）在多數(shù)氯氣性質(zhì)實驗中影響相對較小，但若進(jìn)行非常精確的定量研究或涉及催化反應(yīng)時需考慮。
二、 氯氣（主體）性質(zhì)探究要點
將這種混合氣體通入不同試劑，可以系統(tǒng)性研究氯氣的核心化學(xué)性質(zhì)：
1. 漂白性與次氯酸（HClO）的生成：將氣體c通入濕潤的有色布條或品紅溶液，布條或溶液褪色，證明氯氣與水反應(yīng)生成的次氯酸（HClO）具有漂白性：
Cl? + H?O ? HCl + HClO
而干燥的氯氣本身不具備漂白性，通過對比實驗可清晰證明。混合氣體中的水蒸氣恰好為此反應(yīng)提供了條件。
- 強(qiáng)氧化性：
- 與金屬反應(yīng)：將氣體c通入裝有灼熱銅絲或鐵粉的硬質(zhì)玻璃管，可觀察到生成棕黃色的煙（CuCl?顆粒）或棕褐色煙（FeCl?顆粒），證明氯氣能與大多數(shù)金屬化合生成高價金屬氯化物。
- 與還原性物質(zhì)反應(yīng)：通入硫化氫（H?S）溶液，溶液變渾濁（生成硫單質(zhì)沉淀）；通入碘化鉀（KI）溶液，溶液顏色變深（生成碘單質(zhì)，I?溶于水呈棕黃色）。
* 與堿反應(yīng)：通入氫氧化鈉（NaOH）溶液，發(fā)生反應(yīng)生成次氯酸鈉（NaClO）和氯化鈉（NaCl），這是工業(yè)制漂白液的原理，也是實驗中吸收尾氣、防止污染的關(guān)鍵反應(yīng)：
Cl? + 2NaOH → NaCl + NaClO + H?O
三、 雜質(zhì)的影響與實驗注意事項
- 水蒸氣的影響：水蒸氣的存在是一把“雙刃劍”。一方面，它使氯氣能表現(xiàn)其漂白性；另一方面，若研究干燥氯氣的性質(zhì)（如與干燥金屬反應(yīng)），它可能成為干擾因素。潮濕的氯氣腐蝕性更強(qiáng)，對裝置氣密性和材料（如橡膠管）要求更高。
- 空氣的影響：少量空氣中的氧氣在常溫下與氯氣共存時，通常不干擾氯氣的主體反應(yīng)。但在涉及高溫反應(yīng)時需注意安全。空氣的存在也意味著氣體c并非純凈物，在需要精確計量氣體體積或進(jìn)行定量分析時，需要通過排飽和食鹽水法收集純氯氣。
- 安全與環(huán)保：氯氣有毒，任何涉及氯氣的實驗都必須在通風(fēng)櫥內(nèi)進(jìn)行，或確保裝置密閉且配有有效的尾氣吸收裝置（通常用NaOH溶液）。實驗結(jié)束后，裝置內(nèi)殘余的氯氣也需用堿液充分吸收處理。
結(jié)論：
研究以氯氣為主要成分，并含有少量空氣和水蒸氣的氣體c的性質(zhì)，是一個經(jīng)典的綜合實驗。它不僅能系統(tǒng)驗證氯氣的漂白性、強(qiáng)氧化性等核心化學(xué)性質(zhì)，還能讓學(xué)生理解氣體凈化、雜質(zhì)影響、對比實驗設(shè)計和尾氣處理等重要的實驗方法論與安全理念。實驗的關(guān)鍵在于根據(jù)具體探究目標(biāo)，合理設(shè)計裝置順序（如是否干燥），設(shè)置對照實驗，并始終將安全操作放在首位。
