化学第二节 氯及其化合物第2课时学案

第2课时　氯气的实验室制法　氯离子的检验　

一、氯气的制法

氯气的实验室制法

(1)反应原理：实验室用MnO2和浓盐酸加热反应制取Cl2，反应的化学方程式为MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O，离子方程式为MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O。

(2)实验装置

(1)Cl2的收集方法是向上排空气法。

(2)尾气吸收：利用NaOH溶液吸收多余的Cl2、以防污染环境。

二、Cl－的检验

　实验探究

氯离子的检验方法

1．判断下列说法是否正确：

(1)实验室制取干燥、纯净的氯气，可依次通过浓硫酸、饱和食盐水。(　×　)

提示：通过饱和食盐水时会带出水蒸气，故最后用浓硫酸除水。

(2)尾气Cl2可以用澄清石灰水吸收。(　×　)

提示：澄清石灰水的浓度太小。

(3)Cl2中的HCl可以通过NaOH溶液除去。(　×　)

提示：Cl2也能与NaOH溶液反应。

(4)溶液中加AgNO3溶液，有白色沉淀产生，说明溶液中一定含Cl－或CO。(　×　)

提示：加AgNO3溶液能够产生白色沉淀的离子除Cl－、CO外，还有OH－等离子。

2．阅读教材“方法导引”，归纳总结实验室制取气体装置的设计模型。

提示：

3．家中有一碗水，姐姐说是蒸馏水，弟弟说是盐水，想一想如何证明这碗水是否含有NaCl?

提示：利用焰色试验为黄色证明Na＋的存在；加入硝酸酸化的硝酸银溶液生成白色沉淀，证明Cl－的存在。

氯气的实验室制法

　Cl2的实验室制取流程

氯气的实验室制法

(1)饱和食盐水的作用是什么？饱和食盐水能否换成Na2CO3溶液？

提示：除去氯气中的HCl。否，Na2CO3溶液吸收Cl2和HCl，同时生成杂质气体CO2。

(2)收集Cl2除了用向上排空气法外还可用什么法？

提示：排饱和食盐水法。

(3)如何检验Cl2?

提示：将湿润的淀粉­KI试纸放于管口，试纸变蓝或将湿润的蓝色石蕊试纸放于管口，试纸先变红后褪色。

1．反应原理：

化学方程式：MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O，离子方程式：MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋2H2O＋Cl2↑。也可以用高锰酸钾、重铬酸钾、氯酸钾等氧化剂代替二氧化锰，可以不用加热。如2KMnO4＋16HCl(浓)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O。

2．实验装置：

(1)发生装置(Ⅰ部分)。

①特点：固体＋液体气体。

②仪器：铁架台、酒精灯、石棉网、圆底烧瓶、分液漏斗等。

③试剂：A中盛放浓盐酸，B中盛放二氧化锰。

(2)净化装置(Ⅱ部分)。

(3)收集装置(Ⅲ部分)。

收集方法：向上排空气法。

(4)尾气处理装置(Ⅳ部分)。

①导气管出口要在液面以下；

②F中盛放的试剂：一般用氢氧化钠溶液，作用是吸收过量的氯气，防止污染环境。

(5)验满的方法：

【特别提醒】实验室制备Cl2的注意事项

(1)必须用浓盐酸，MnO2与稀盐酸不反应。

(2)为了减少制得的Cl2中HCl的含量，加热温度不宜过高，减少HCl的挥发。

(3)实验结束后，先使反应停止并排出装置中残留的Cl2，再拆卸装置，避免污染空气。

【思考讨论】

(1)某同学认为可以用澄清石灰水代替氢氧化钠溶液进行尾气处理，同时还可以制得漂白粉，你认为该同学的想法是否合理？

提示：不合理。澄清石灰水的浓度很小，不能确保氯气被完全吸收，制备漂白粉应该利用氯气与石灰乳反应。

(2)若MnO2足量，浓盐酸能完全反应吗？为什么？

提示：不能，当浓盐酸变稀时，反应可能停止。

【典例】某研究性学习小组为了制取、收集纯净干燥的氯气并探究氯气的性质，他们设计了如图所示的实验装置：(已知：2KI＋Cl2===I2＋2KCl，淀粉溶液遇I2变蓝色)

请回答下列问题：

(1)整套实验装置的连接顺序是f接(　　)，(　　)接(　　)，(　　)接

(　　)(填各接口处的字母代号)。

(2)E装置中制取氯气的化学方程式是__________________________________

___________________________________________________________________。

(3)B装置的作用是________；A装置中试剂X是________________________

________________________________________________。

(4)C装置中可观察到的现象是______________，D装置中可观察到的现象是______________________。

【思维建模】解答有关气体制备题目的思维流程如下：

【解析】(1)制得的Cl2中含有HCl、H2O(g)杂质，先通过饱和食盐水、浓硫酸除去杂质，再利用向上排空气法收集，最后通过淀粉碘化钾溶液探究其性质。因此实验装置连接顺序为fabedc。(2)E为MnO2氧化浓盐酸制取Cl2的装置，化学方程式为MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O。(3)B装置中盛装浓硫酸，作用是吸收H2O(g)，干燥Cl2；A装置中试剂X是饱和食盐水，作用是除去HCl。(4)C装置中氯气置换出单质碘，因此溶液变为蓝色。

答案：(1)a　b　e　d　c

(2)MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O

(3)干燥Cl2　饱和食盐水

(4)溶液变蓝色　溶液红色逐渐褪去

(1)如何检查装置E的气密性？(关键能力—探究与创新)

提示：在装置E的f处连接橡胶管，夹上止水夹，打开分液漏斗的活塞向烧瓶中加水，一段时间后水不再滴落，则说明装置E气密性良好。

(2)装置D的作用是什么？从安全角度考虑，该装置应如何改进？(关键能力—探究与创新)

提示：装置D的作用是吸收多余的Cl2。为了防止发生倒吸，装置D可按下图改进：

【规律方法】1.常见的气体发生装置

2．常见的除杂装置——用于除去气体中的杂质气体

3．常见的气体收集装置

4．尾气处理装置

①点燃法：如CO、H2、CH4等易燃性气体，可用此法。

②收集法：用气球或气囊将多余的气体收集储存，如NO、H2、CO等。

③吸收法：如Cl2、SO2、HCl、H2S等可用碱液吸收。

(2021·长沙高一检测)已知KMnO4与浓盐酸在常温下反应能产生Cl2。若用如图所示的实验装置来制备纯净、干燥的氯气，并使它与金属反应。每个虚线框表示一个单元装置，其中错误的是(　　)

A.只有①和②处　　　　　  B．只有②处

C．只有②和③处        D．只有②③④处

【解析】选D。NaOH与氯气反应，不能用氢氧化钠溶液除去氯气中的氯化氢杂质，错误；③中的进气管短，出气管浸入液面下，错误；④为密闭装置，错误。

【拔高题组】

1．在制氯气时有如下操作，操作顺序正确的是(　　)

①连接好装置，检查气密性；

②缓缓加热，加快反应，使气体均匀逸出；

③在圆底烧瓶中加入二氧化锰粉末；

④从盛有浓盐酸的分液漏斗中将浓盐酸缓缓滴入烧瓶中；

⑤将多余的Cl2用NaOH溶液吸收；

⑥用向上排空气法收集氯气。

A．①②③④⑤⑥　　　　　　 B．③④②①⑥⑤

C．①④③②⑥⑤        D．①③④②⑥⑤

【解析】选D。确定实验室制取气体的操作顺序要注意：①连接好装置后，要先检查气密性，后装药品；②装药品的顺序是先加固体，后加液体；③对于有毒的气体，一定要有尾气处理装置。

2．某同学用以下装置制备并检验Cl2的性质。下列说法正确的是(　　)

A.图Ⅰ：若MnO2过量，则浓盐酸可全部消耗完

B．图Ⅱ：仅证明新制氯水具有酸性

C．图Ⅲ：产生了棕黄色的雾

D．图Ⅳ：湿润的有色布条褪色

【解析】选D。MnO2和浓盐酸在加热条件下反应，随着反应的进行，浓盐酸浓度变小，MnO2不与稀盐酸反应，即使MnO2过量，盐酸也不能全部消耗完，A项错误；不仅能证明新制氯水具有酸性，还可以证明新制氯水具有漂白性，B项错误；铜丝在Cl2中燃烧，生成棕黄色的烟，C项错误。

3．(2021·大连高一检测)如图所示为在没有通风橱的条件下制备氯气时设计的装置，图中a、b是可控制的弹簧铁夹。(已知：氯气在饱和氯化钠溶液中的溶解度较小)

(1)仪器A的名称是________；烧杯中盛放的是________；烧瓶中反应的化学方程式为____________________________________________________________

___________________________________________________________________。

(2)在收集氯气时，应______________(填如何控制a、b，下同)；当氯气收集完毕时应________________。

(3)若要制得2.13 g Cl2，理论上需要MnO2的质量是________。

【解析】(1)制备氯气的反应原理为MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O；使用氢氧化钠溶液吸收多余的氯气。(2)在收集氯气时，应关闭b，打开a；当氯气收集完毕时应关闭a，打开b。

(3)MnO2　　～　　Cl2

    87           71

    x          2.13 g

　＝　　解得x＝2.61 g

答案：(1)分液漏斗　氢氧化钠溶液

MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O

(2)关闭b，打开a　关闭a，打开b　(3)2.61 g

为了制备氯气并检验氯气的性质，某化学小组设计如下装置：

(1)写出高锰酸钾与浓盐酸反应的离子反应方程式：______________________

___________________________________________________________________。

(2)注射器内水的作用是_____________________________________________

___________________________________________________________________。

(3)实验结束后，通过U形管左侧的导气管通入CO2气体，作用是___________

___________________________________________________________________。

(4)可以验证氯气具有氧化性的现象是________________________________

__________________________________________________________________。

【解析】(1)锰元素化合价由＋7变为＋2(Mn2＋)，氯元素化合价由－1变为0，根据电子守恒和电荷、原子守恒配平离子方程式。(2)检验气体性质时，必须使用湿润的试纸。故注射器中的水是为了湿润试纸和红纸。(3)最后通CO2可将装置内的Cl2全部赶入NaOH溶液中，保证其被全部吸收。(4)Cl2可将KI氧化为I2，淀粉遇I2变蓝，可利用此性质检验Cl2。

答案：(1)2MnO＋16H＋＋10Cl－===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O

(2)湿润试纸和红纸

(3)赶尽装置内的氯气，让NaOH溶液完全吸收

(4)淀粉碘化钾试纸变蓝

1．(双选)实验室用浓盐酸和二氧化锰制氯气。下列说法错误的是(　　)

A．浓盐酸在该反应中只表现还原性

B．该方法是瑞典化学家舍勒最先发现的

C．该反应的氧化产物是二氯化锰，还原产物是氯气

D．该反应的离子方程式为MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O

【解析】选A、C。实验室里常用浓盐酸与二氧化锰反应来制取少量的氯气，反应的化学方程式为MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O，据此回答问题。由分析中的方程式可知，一部分氯元素的化合价从－1价升高到0价，作还原剂，具有还原性，还有一部分氯元素的化合价没有变化，生成盐和水，所以浓盐酸在该反应中表现出酸性和还原性，故A错误；实验室用浓盐酸和二氧化锰制氯气，是瑞典化学家舍勒最先发现的，故B正确；该反应的氧化产物是氯气，还原产物是二氯化锰，故C错误；二氧化锰和水是氧化物，不能拆成离子的形式，氯化氢和氯化锰是可溶于水的强电解质，拆成离子的形式，氯气是单质，写化学式，该反应的离子方程式为MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O，符合电荷守恒，客观事实，原子守恒，故D正确。

2．(水平1)下列常用的干燥剂中，不能用来干燥氯气的是(　　)

A．浓硫酸　　　　　　　　 B．碱石灰

C．无水氯化钙        D．P2O5

【解析】选B。碱石灰具有碱性，能与氯气发生反应，因此不能用碱石灰干燥氯气。

【补偿训练】

检验Cl2是否充满集气瓶的正确操作为(　　)

A．用玻璃棒粘上湿润的KI­淀粉试纸伸到集气瓶口附近，观察试纸是否变蓝

B．将AgNO3溶液滴入集气瓶中，观察有无白色沉淀生成

C．用玻璃棒蘸取少许NaOH溶液放入集气瓶口附近，看是否反应

D．用手将湿润的KI­淀粉试纸放在集气瓶口上方，观察颜色是否变蓝

【解析】选A。可用湿润的KI­淀粉试纸检验Cl2，在使用试纸时，不能用手直接拿着试纸；无论Cl2是否集满，滴入AgNO3溶液都会产生白色沉淀；NaOH与Cl2反应无明显现象。

3．(水平1)检验某溶液中是否含有Cl－，正确的操作是(　　)

A．取样，滴加AgNO3溶液，看是否有白色沉淀生成

B．取样，先加盐酸酸化，再加入AgNO3溶液，看是否有白色沉淀生成

C．取样，加入少量AgNO3溶液，有白色沉淀生成，再加稀盐酸，看白色沉淀是否消失

D．取样，先加稀硝酸酸化，再加入AgNO3溶液，看是否有白色沉淀生成

【解析】选D。检验Cl－时加盐酸酸化会引入Cl－干扰检验，常加稀硝酸酸化，主要是排除CO等离子的干扰。反之检验硫酸根时也需要排除氯离子的干扰。

4．(水平2)在实验室中用浓盐酸与MnO2共热制取Cl2并进行相关实验。下列收集Cl2的正确装置是(　　)

【解析】选C。集气瓶中使用单孔橡胶塞塞紧，只能进气，不能排气，则瓶内压强增大到一定程度时，可能将橡胶塞压出，A项错误；因为Cl2比空气的密度大，Cl2应短管进，B项错误；C项该装置既能收集Cl2，又能进行尾气处理且防倒吸，正确；由于Cl2和NaOH反应，所以不能收集到Cl2，D项错误。

【补偿训练】

可用如图所示装置干燥、收集及尾气处理的气体是(　　)

A.NH3(水溶液呈碱性)　　　　　　 B．Cl2

C．CO            D．H2

【解析】选B。干燥剂是浓硫酸，不能干燥具有较强还原性和碱性气体，故NH3不能用浓H2SO4干燥；气体的收集方法采用的是向上排空气法，NH3、H2的密度小于空气、CO的密度略小于空气，均不能用向上排空气法收集，只有Cl2不与浓硫酸反应且密度大于空气的密度，且用倒扣的漏斗进行尾气处理，可以防止倒吸，可用图中所示装置干燥、收集及尾气处理，故选B。

5．(水平2)实验室用下列方法制取氯气：①用含146 g HCl的浓盐酸与足量的MnO2反应；②用87 g MnO2与足量的浓盐酸反应，若不考虑HCl的挥发，则反应后所得氯气的质量(　　)

A．方法①比方法②多　　　　 B．方法②比方法①多

C．两种方法一样多       D．无法比较  

【解析】选B。MnO2与浓盐酸反应制Cl2，随着反应的进行，浓盐酸变稀，稀盐酸不能与MnO2反应，故反应①所得氯气的质量小于71 g；浓盐酸足量时，根据MnO2的质量可计算出反应②所得氯气的质量为71 g，所以反应后所得氯气的质量：①＜②。

【补偿训练】

二氧化锰与浓盐酸作用制氯气的反应中，作为还原剂的HCl和参加反应的HCl物质的量之比是(　　)

A．1∶1　 　B．2∶1　 　C．1∶2　 　D．任意比

【解析】选C。作为还原剂的物质不一定全被氧化，只有元素化合价升高的部分发生了氧化反应，被氧化，同理作氧化剂的物质不一定全部被还原。反应：MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O中，4 mol HCl参加反应，只有2 mol作还原剂被氧化为氯气，作为还原剂的HCl和参加反应的HCl物质的量之比是1∶2，C正确。

6．(水平2·教材习题改编)如图是一套制取并验证氯气部分化学性质的实验装置。

回答下列问题：

(1)装置A中，仪器a的名称叫________，该仪器中盛放的试剂为________。

(2)装置B的作用是__________________________________________________，

当氯气通过一段时间后，B中溶液的pH________(填“>”“<”或“＝”)7。

(3)当有少量Cl2通过后，观察到装置C中溶液变成________色。

(4)当Cl2持续通过时，装置D中干燥的有色布条能否褪色？为什么？___________________________________________________________________。

(5)若要证明Cl2无漂白性，则必须在装置D之前加一个装有________的洗气瓶。

(6)装置E的作用是__________________________________________________，

该反应的离子方程式为_______________________________________________。

【解析】(1)装置A是Cl2的发生装置，a是分液漏斗，用来向烧瓶中加入浓盐酸。(2)装置B的作用是除去Cl2中的HCl，HCl溶于水得盐酸，同时少量Cl2又能与H2O反应：Cl2＋H2O===HCl＋HClO，所以B中溶液的pH<7。(3)Cl2具有强氧化性，能将I－氧化成I2，淀粉遇碘变为蓝色，故装置C中通入少量的Cl2，溶液变为蓝色。(4)由于Cl2中含有水蒸气，所以干燥的有色布条接触到湿润的氯气后会褪色，原因是湿润的氯气中含有HClO，HClO具有漂白性。(5)要证明Cl2无漂白性，需要将Cl2干燥，所以需在装置D前加一个装有浓硫酸的洗气瓶，以除去Cl2中的水蒸气。(6)Cl2有毒，不能泄漏到空气中，所以要在装置末端加一个吸收Cl2的装置。

答案：(1)分液漏斗　浓盐酸　(2)吸收HCl　<　(3)蓝

(4)能褪色，因为Cl2与带出的H2O(g)反应生成HClO，使有色布条褪色　(5)浓硫酸　(6)吸收多余的Cl2

Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O