氢氯混合气体见光爆炸实验探讨

      氢氯混合气体见光爆炸是高中化学卤素部分的一个演示实验，是一个难度较大的实验。做好它，首先需要了解它的反应条件及其影响因素。

      一、反应条件研究

      氢氯混合气体在光照下发生反应生成氯化氢气体：

      

      在正常情况下，反应的光量子效率为10[6]，即每吸收一个光子可产生10[6]个HCl分子，由于反应进行得很快，能引起爆炸。若条件控制得不好，反应引发不起或引发反应后立即出现链中断，致使实验失败。从分析反应原理出发，不难得出，反应能炸响即实验取得成功，必须具备两个条件：

      条件一：在密闭容器内具有符合要求的氢氯混合气体。这混合气体要求：

      1.符合一定的纯度。由于杂质气体尤其是氧气存在时，会消耗反应中的自由基，容易造成链中断。实验证明，杂质气体如空气、HCl等超过18%时，即使杂质仅为一种，当含氧量超过6%，实验就难以炸响了。原因是自由基原子氢和氧分子反应产生不活泼HO[,2]基，而它在不高的温度下不能反过来产生氢原子（因反应：HO[,2]+H[,2]=H[,2]O[,2]+H是一个强烈的吸热反应，它的活化能为100.5千焦），从而对氢氯光化反应起着抑制作用。其它杂质的作用也大致如此。

      2.氢气、氯气比例要恰当。它们的体积比在理论上是1:1，但实验证明，氢气含量在16～62%（亦即氯气含量在33～34%）范围内均可发生爆炸，特别是氢气体积在36～50%（即氯气在50～64%）时爆声最大，效果最好。也就是说氢氯体积比约为1:1，只是氯气稍为过量一点，最适当。

      3.混合要均匀。这实际上是一个反应物之间的接触面问题，它影响到参加反应物质的量，当反应率太低时，实验就难以成功了。

      4.在引爆前，要尽量减少日光影响。日光是一种混合光，它含有多种单色光及紫外光，它对混合气体照射将会如何呢？为深入了解混合气体受日光影响的程度与时间关系，本人做了这样一些实验。

      (1)把氢气氯气按1:1充入一支试管（标有刻度），倒扣于饱和食盐水（事先用氯气饱和之）中，如图示，置于日光中测定试管中不同时间的液柱高度。

      A.实验环境：阴天、室内、常压、25℃、氢气氯气混合后0～3分钟液面几乎不变，3分钟后液面逐渐升高，并逐渐加快，升至试管70%高度时速度减慢，至30分钟后升至试管高度90%,24小时后升至95%，管内气层有白雾，液层管壁附有很多细微气泡，有些往上冒。

      

      B.实验环境：晴天、室内、常压、25℃、无阳光照射，情况与上述类似，不同之处是液面从1分钟起开始上升。

      

      把两者测定结果可整理成如曲线图表示。

      结果表明：氢氯混合气体受日光照射会发生化合，并随日光强度加强而加快；随着化合的不断进行，氢气氯气都在逐渐减少。显然，试管内液面上升是反应生成的HCl溶于水后气压减小造成的，它反映了氢氯化合的程度。由此可知，受日光影响氢氯混合气体也会进行光化反应，虽然速度较慢，但逐渐转化成HCl，部分HCl又易溶于水，使瓶内压力减小，瓶外空气入侵，结果造成混合气体的纯度下降，当降至一定程度时，爆炸也就不能发生了，也由此得出混合气体的保存时间：阴天3分钟，晴天1分钟（仅一般而言，实际上应视当时日光强弱而定），就是说氢气、氯气一旦混合后应在此时间内引爆，如果需要超出此时间，则应做好避光措施。另外，本实验的微气泡现象也说明了有少部分氯气跟水反应，生成的HClO受光照分解而产生氧气，因此混合气体中氯比氢稍多是必要的。

      (2)在不同情况下对气体混合到光照的间隔时间作了如下实验：

      A：阴天，25℃，间隔时间：3分钟内，光照能炸响；3-5分钟,有时能炸响有时不能炸响；5分钟后不能炸响。

      B：晴天，25℃，间隔时间：1分钟内，光照能炸响；1-2分钟，有时能炸响有时不能炸响；2分钟后不能炸响。

      C：晴天，25℃，气体混合后置于教坛下的暗处，间隔时间1小时，仍能炸响。

      D：晴天，25℃，气体混合后立即用黑色塑料袋（不能太薄）包裹好，间隔时间24小时仍能炸响。

      由此得出，气体混合后到光照的所谓“间隔时间”问题，实际上是日光对混合气体的影响问题，其实质是日光照射使混合气体逐渐化合，导致容器内氢氯气体纯度降低，从而影响了实验的效果，鉴于如此，实验时应采取相应对策，尽量减少日光影响，就能提高实验的成功率，这一点是做好本实验的关键措施。如果实验前要精确地测出当时当地的日光强度，就像监测水库里的水位是否达到警界线一样，这样做既麻烦也不必要，实际上只要掌握了一些经验准则便可灵活驾驭这间隔时间了。