为探究氯气(Cl₂)与碘单质(I₂)的氧化性强弱，实验设计中利用浓盐酸与高锰酸钾(KMnO₄)固体反应来制取氯气。当产生的氯气通过湿润的淀粉碘化钾(KI)试纸时，观察到试纸变蓝，这一现象是判断氧化性强弱的关键依据。
- 实验现象分析：湿润的淀粉KI试纸变蓝，表明有碘单质(I₂)生成。这是因为氯气与碘化钾溶液发生了氧化还原反应，氯气将碘离子(I⁻)氧化成了碘单质，生成的碘单质遇淀粉发生特征性变蓝反应。这直观地证明了氯气的氧化性强于碘单质，能将碘从其盐溶液中置换出来。
2. 置换反应的离子方程式：该过程发生的置换反应的离子方程式为：
Cl₂ + 2I⁻ → 2Cl⁻ + I₂
在这个反应中：
- 氧化剂：Cl₂（氯元素化合价从0降低到-1，被还原）。
- 还原剂：I⁻（碘元素化合价从-1升高到0，被氧化）。
- 反应本质：氧化性更强的Cl₂夺取了I⁻的电子，生成了Cl⁻和I₂。
3. 结论与材料科学研究视角：
该实验从化学基础层面验证了氯气的氧化性强于碘单质。在材料科学研究中，此类氧化还原性质的差异具有重要应用。例如，在功能材料制备、表面处理或腐蚀科学中，理解不同卤素氧化性的强弱可以帮助科研人员：
- 设计合成路径：选择合适氧化剂来控制反应进程，如利用氯气更强的氧化性来制备特定价态的金属卤化物材料。
- 表面改性：通过可控的氧化反应对材料表面进行卤化处理，改变其润湿性、导电性或催化性能。
- 腐蚀与防护：研究材料在含氯或碘环境中的腐蚀行为，氯气因其强氧化性通常腐蚀性更强，这对电子器件、金属合金的防护涂层设计有指导意义。
- 传感器开发：基于此类显色反应（如淀粉-I₂变蓝）的原理，可开发用于检测氯气或氧化性物质的传感材料。
因此，这个简单的置换反应实验，其原理背后连接着材料设计中氧化剂选择、反应控制及功能化等一系列核心课题。
