2.2.2 氯气的实验室制法　氯离子的检验(word教参)-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年新教材高中化学必修第一册（人教版2019）

第2课时　氯气的实验室制法　氯离子的检验 目标导航 [知识导图] [课程标准] 1.通过学习氯气的制备实验，掌握实验室制备气体的仪器选择。 2.能根据Cl－的性质设计实验进行Cl－的检验。 （见学生用书P46） 知识点1　氯气的实验室制法 常用MnO2和浓盐酸反应来制取Cl2，反应的化学方程式为：　①MnO2＋4HCl（浓）MnCl2＋Cl2↑＋2H2O　。 知识点2　氯离子的检验 1.实验感知 在三支试管里先分别加入2～3 mL稀盐酸、NaCl溶液、Na2CO3溶液，然后各滴入几滴AgNO3溶液，观察现象。再分别加入少量稀硝酸，观察现象。如表： 待测液 实验现象 离子 方程式 加入AgNO3 溶液 加入 稀硝酸 稀盐酸 白色 沉淀 沉淀 不消失 　􀀂Cl－＋Ag＋AgCl↓　 NaCl 溶液 白色 沉淀 沉淀 不消失 　􀀃Cl－＋Ag＋AgCl↓　 Na2CO3 溶液 白色 沉淀 沉淀 消失， 有气泡 产生 　􀀄C＋2Ag＋Ag2CO3↓　 　􀀅Ag2CO3＋2H＋2Ag＋＋CO2↑＋H2O　 结论 向被检溶液中滴入少量AgNO3溶液，若有白色沉淀产生，再加入稀硝酸，沉淀不溶解，证明溶液中存在Cl－ 2.检测试剂：　⑥稀硝酸　、　⑦AgNO3溶液　。 3.检测步骤：先在被检测的溶液中滴加适量的　⑧稀硝酸　酸化，再加入　⑨AgNO3溶液　，若有　⑩白色沉淀　生成，则证明原溶液中有Cl－存在。 判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 （1）溶液中加入AgNO3溶液有沉淀，说明溶液中一定含Cl－。（　×　） （2）NaClO中含有氯元素，故向NaClO溶液中加入用硝酸酸化的AgNO3溶液，可产生白色沉淀。（　×　） （见学生用书P46） 探究点1　氯气的实验室制法 1.将含有146 g HCl的浓盐酸与足量的MnO2反应制备氯气，能生成71 g Cl2吗？ 答案　不能。因为随着反应的进行，盐酸浓度变小，Cl－的还原性减弱，MnO2不能再氧化HCl，此反应不再进行，并且浓盐酸具有挥发性。 1.氯气的实验室制法 （1）特点：固体＋液体气体。 （2）仪器：铁架台、酒精灯、圆底烧瓶、分液漏斗、集气瓶、烧杯等。 （3）试剂：A中盛放浓盐酸，B中盛放二氧化锰。 （4）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，所以加热温度不宜过高，以减少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。 （5）气体净化装置的选择 用浓盐酸和二氧化锰制取氯气时，氯气中混有HCl和水蒸气等杂质，除去氯气中的HCl可以用饱和食盐水（如图中Ⅰ所示）；除去氯气中的水蒸气可用浓硫酸（如图中Ⅱ所示）或干燥的CaCl2（如图中Ⅲ所示）。另外，气体通过洗气装置应长导管进，短导管出。 （6）验满方法 ①将湿润的淀粉碘化钾试纸靠近盛Cl2的瓶口，观察到试纸立即变蓝，则证明已集满。 ②将湿润的蓝色石蕊试纸靠近盛Cl2的瓶口，观察到试纸立即发生先变红后褪色的变化，则证明已集满。 （7）MnO2与盐酸反应的特点 无论MnO2是否过量，浓度变稀的盐酸不能继续反应，一定有剩余，反应后的溶液为盐酸和MnCl2的混合液。 （8）氯气的其他实验室制法 实验中也可用KMnO4、KClO3、Ca（ClO）2等强氧化剂氧化浓盐酸，如： 2KMnO4＋16HCl（浓）2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O KClO3＋6HCl（浓）KCl＋3Cl2↑＋3H2O【例题1】有关制备氯气的装置如图所示，下列有关说法不正确的是（　　） A.图中气体通入浓硫酸时导管连接错误，应该是长管进气，短管出气 B.可用饱和碳酸氢钠溶液代替饱和NaCl溶液 C.制备氯气时，二氧化锰做氧化剂 D.图中采用了向上排空气法收集氯气 答案　B 解析　装置中浓硫酸的作用是干燥氯气，应该长管进气，短管出气，A项正确；饱和碳酸氢钠溶液会和挥发出来的HCl反应生成CO2，引入新杂质，且氯气也和碳酸氢钠溶液反应，所以不可用饱和碳酸氢钠溶液代替饱和NaCl溶液，B项错误；制备氯气时，二氧化锰中锰元素化合价由＋4价变为＋2价，化合价下降，作氧化剂，C项正确；氯气密度大于空气的，图中采用的是向上排空气法收集氯气，D项正确。 【变式1】实验室常用二氧化锰与浓盐酸共热制取氯气，对于该反应，下列说法正确的是（　　） A.二氧化锰是该反应的催化剂 B.该反应涉及的氧化物有两种 C.可用浓硫酸除去氯气中的氯化氢气体杂质 D.反应中，还原剂与氧化产物的分子个数之比为4∶1 答案　B 解析　该反应中二氧化锰为反应物，作氧化剂，A项错误；由反应可知反应物中的二氧化锰和生成物中的水为氧化物，B项正确；浓硫酸不能与氯化氢反应，不能用浓硫酸除去氯气中的氯化氢，C项错误；反应中二氧化锰作氧化剂，浓盐酸作还原剂，氯气为氧化产物，由反应可知还原剂与氧化产物的分子个数之比为2∶1，D项错误。 探究点2　氯离子的检验思路与操作 2.检验Cl－时，为什么滴加AgNO3溶液后还要再加稀硝酸？ 答案　因为Ag＋与C可产生白色沉淀Ag2CO3，此沉淀可溶于稀硝酸，滴加稀硝酸可排除C的干扰。 1.离子检验“三原则” 即一看（颜色、状态）、二闻（气味）、三实验（加试剂），根据实验现象的不同，检验离子的方法可归纳为三类： ①生成气体，如N、C的检验。 ②生成沉淀，如Cl－、S的检验。 ③显现特殊颜色，如Cu2＋、Fe3＋的检验。 2. Cl－检验思路与操作 3.常见离子的检验方法 离子 操作 H＋ 向待测液中加入紫色石蕊溶液，溶液变红，证明有H＋ OH－ 向待测液中加入酚酞溶液，溶液变红，证明有OH－ C 向待测液中加入BaCl2溶液，有白色沉淀生成，沉淀溶于稀盐酸或稀硝酸，生成无色无味且能使澄清石灰水变浑浊的气体，证明有C S 向待测液中加入稀盐酸，振荡、静置，然后加BaCl2溶液，有白色沉淀产生，证明有S Cl－ 向待测液中加入稀硝酸，然后加入AgNO3溶液，有白色沉淀产生，证明有Cl－ N 向待测液中加入NaOH溶液，加热，有能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体产生，证明有N 【例题2】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 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，先加稀硫酸酸化，再加入AgNO3溶液，看是否有白色沉淀生成 D.取样，加少量AgNO3溶液，有白色沉淀，再加稀硝酸，看白色沉淀是否消失 思维导引：Cl－的检验，须加酸酸化，但所加酸只能是稀硝酸，不能是盐酸或硫酸。 答案　D 解析　A项，不能说明一定有Cl－，还可能有C、S等；B项，加盐酸会引入Cl－，不能检验原溶液中是否有Cl－；C项，不能用稀硫酸酸化，引入了S，干扰Cl－的检验。 【变式2】在未知液中加入AgNO3溶液有白色沉淀生成，加入稀硝酸后，沉淀部分溶解，有无色无味的气体生成，将气体通入澄清石灰水，石灰水变浑浊，由此判断原溶液中含有（　　） A. Cl－、S B. Cl－、N C. Cl－、C D. Cl－、OH－ 答案　C 解析　根据题给现象，生成的白色沉淀部分溶于稀硝酸，且产生使澄清石灰水变浑浊的气体，则原溶液中存在C和Cl－。 微专题突破3　实验室中气体制取装置的设计 （见学生用书P48） 【例题】（2023·江苏卷）实验室制取的实验原理及装置均正确的是（　　） A.制取Cl2 B.除去Cl2中的HCl C.收集Cl2 D.吸收尾气中的Cl2 A. A B. B C. C D. D 答案　C 解析　实验室制取氯气使用的是浓盐酸和MnO2反应，不能使用稀盐酸，A项错误；除去Cl2中的HCl可将气体通入饱和食盐水中，注意长口进入便于充分吸收，应该长进短出，B项错误；氯气密度大于空气，可用向上排空气法收集氯气，多功能瓶收集气体注意长进短出，C项正确；对氯气的尾气处理应选择氢氧化钠溶液吸收，水吸收效果不好，D项错误。 1.气体制备的基本思路 2.常见的发生装置 依据所用药品的状态和反应时是否需要加热，可把气体的发生装置归纳为三类： 原理 类型 装置 实例 根据反应物的状态和反应条件选择装置 固体＋固体 气体 制备O2 固体＋液体 气体 制备Cl2 固（或液） 体＋液体 气体 制备 CO2、H2 3.净化装置 杂质气体易溶于水的可用水来吸收；酸性气体杂质可用碱性物质吸收；碱性气体杂质可用酸性物质吸收；能与杂质气体发生反应生成沉淀或可溶性物质的物质，也可作为吸收剂；水蒸气为杂质时，可用干燥剂吸收。 气体 所含杂质 净化所需试剂 净化装置 O2 Cl2 氢氧化钠溶液 CO2 HCl 饱和碳酸氢钠溶液 Cl2 HCl 饱和食盐水 CO CO2或 H2O 碱石灰 N2 O2 灼热的铜网 4.收集装置 根据气体的溶解性及气体的密度确定气体的收集方法。 收集方法 收集气体的类型 收集装置 可收集的气体 （举例） 排水法 难溶于水或微溶于水，又不与水反应的气体 O2、H2、N2等 排空气法 向上 排空 气法 相对分子质量大于空气平均相对分子质量的气体 Cl2、SO2、 NO2、CO2 向下 排空 气法 相对分子质量小于空气平均相对分子质量的气体 H2、NH3 注：空气的平均相对分子质量为29。 5.尾气处理 常见的尾气处理（吸收）方法： a用于吸收溶解或反应速率不是很快的气体，不易引起倒吸，如NaOH溶液吸收氯气、CO2。 b用于收集少量气体。 c、d用于收集极易溶解或反应且速率很快的气体，如HCl、HBr、NH3等；其中d吸收量少。 e用于处理难以吸收的可燃气体，如H2、CO等。 1.在实验室采用如图装置制备气体，下列组合合理的是（夹持装置已略去）（　　） 选项 化学试剂 制备的气体 A 稀盐酸与碳酸氢钠 CO2 B 稀硫酸与铝 H2 C 过氧化氢与二氧化锰 O2 D 浓盐酸与二氧化锰 Cl2 A. A B. B C. C D. D 答案　B 解析　由实验装置图可知，制备气体的反应为固液不加热的反应，收集气体的装置为向下排空气法收集密度小于空气的气体的装置。二氧化碳的密度大于空气，不能用向下排空气法收集，A项错误；稀硫酸与铝反应生成硫酸铝和氢气，氢气的密度小于空气，能用向下排空气法收集，B项正确；氧气的密度大于空气，不能用向下排空气法收集，C项错误；二氧化锰与浓盐酸共热反应制备氯气，常温下不反应，且氯气的密度大于空气，不能用向下排空气法收集，D项错误。 2.实验室使用浓盐酸、二氧化锰共热制氯气，并用氯气和氢氧化钙反应制取少量漂白粉（该反应放热）。氯气和氢氧化钙在温度较高时会生成副产物氯酸钙，甲、乙、丙三位同学分别设计了三个实验装置如下图所示： 　　 （1）请写出实验室使用浓盐酸、二氧化锰共热制氯气的离子方程式：　　　　　　　　。 （2）哪位同学的装置能够有效地防止副反应的发生？　　　　。 （3）请写出氯气和氢氧化钙制备漂白粉的化学方程式：　　　　。 （4）上述装置中，甲由A、B两部分组成，乙由C、D、E三部分组成，丙由F、G两部分组成，从上述甲、乙、丙三套装置中选出合理的部分（按气流从左至右的流向）组装一套较完善的实验装置（填所选部分的字母）　　　　。 解析　由实验装置图可知，甲同学的装置设计了冷凝管装置，能防止温度高可能发生副反应，但制备氯气的装置不能控制浓盐酸的加入量，且没有吸收尾气装置，会造成环境污染；乙同学设计的装置能控制浓盐酸的加入量，有吸收尾气装置不会造成环境污染，但无冷凝装置会导致副反应的发生，且澄清的石灰水中氢氧根离子浓度低，不利于漂白粉的制备；丙同学设计的装置能控制浓盐酸的加入量，使用消石灰制备漂白粉的效率高，但无冷凝装置会导致副反应发生，无尾气吸收装置，会污染环境。（1）实验室使用浓盐酸、二氧化锰共热制氯气的反应为二氧化锰与浓盐酸共热反应生成氯化锰、氯气和水，反应的离子方程式为MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O。（2）由分析可知，甲同学的装置设计了冷凝管装置，能防止温度高可能发生副反应。（3）氯气和氢氧化钙制备漂白粉的反应为消石灰与空气反应生成氯化钙、次氯酸钙和水，反应的化学方程式为2Ca（OH）2＋2Cl2CaCl2＋Ca（ClO）2＋2H2O。（4）由分析可知，由甲、乙、丙三套装置中选出合理的部分组装一套较完善的实验装置为FBE。 答案　（1）MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O　（2）甲　（3）2Ca（OH）2＋2Cl2CaCl2＋Ca（ClO）2＋2H2O　（4）FBE 3.实验室可用氯气与金属铁反应制备无水三氯化铁，该化合物呈棕红色、易潮解，100 ℃升华。如图是两个学生设计的实验装置，在左边的反应装置相同，而右边的产品收集装置则不同，分别如图（Ⅰ）（Ⅱ）所示。试回答： （1）B中反应的化学方程式为　　　　　　　　。 （2）D中的反应在开始前，需排除装置中空气，应采取的方法是　　　　。 （3）D中反应的化学方程式为　　　　。 （4）装置（Ⅰ）的主要缺点是　　　　　　　　。 （5）装置（Ⅱ）的主要缺点是　　　　。如果选用此装置来完成实验，则必须采取的改进措施是　　　　　　　　。 答案　（1）4HCl（浓）＋MnO2MnCl2＋Cl2↑＋2H2O （2）反应进行一段时间后，看到黄绿色气体充满装置，再开始加热D　（3）2Fe＋3Cl2FeCl3　（4）易被产品堵塞，尾气排入空气中污染环境　（5）易潮解　在瓶E和F之间连接装有干燥剂的装置 （见学生用书P50） 1.（Cl－的检验）检验Cl－时要用到AgNO3溶液和稀HNO3，其中加入稀HNO3的目的是（　　） A.加速反应的进行 B.排除某些杂质离子的干扰 C.生成不溶于水的沉淀 D.增大沉淀的生成量 答案　B 解析　加入稀硝酸的目的主要是排除C等的干扰。 2.（综合应用）实验室制取氧气的试管壁粘附有MnO2，除去MnO2，可用的试剂为（　　） A.蒸馏水 B. KOH溶液 C.稀盐酸 D.热的浓盐酸 答案　D 解析　MnO2与蒸馏水、氢氧化钾溶液、稀盐酸均不反应，能与热的浓盐酸反应生成二氯化锰、氯气和水，则除去粘附的MnO2可用的试剂是热的浓盐酸，故选D项。 3.（Cl2的实验室制法）下列关于氯气的制备叙述正确的是（　　） A.通常情况下氯气比空气重，可以用向上排空气法收集Cl2 B.氯气能溶于水，因此不能用排液体的方法收集 C.常用干燥的淀粉碘化钾试纸检验氯气 D.液氯可储存于钢瓶中，因此氯水也可储存于钢瓶中 答案　A 解析　氯气能溶于水，但是可以用排饱和食盐水的方法收集氯气，B项错误；常用湿润的淀粉碘化钾试纸检验氯气，C项错误；干燥的氯气常温下与铁不反应，所以液氯可储存于钢瓶中，便于运输和使用，但氯水中含有盐酸和次氯酸，盐酸、次氯酸都具有酸性，能与钢瓶中的铁反应，所以氯水不能储存于钢瓶中，D项错误。 4.（Cl－的检验）下列说法正确的是（　　） A. Cl－和Cl2都有毒 B.将AgNO3溶液滴入甲溶液中，若出现白色沉淀，则说明甲溶液中含有Cl－ C.将NaCl溶液滴入AgNO3溶液中或将Cl2通入AgNO3溶液中均会出现白色沉淀 D.含Cl－的溶液和氯水一样均呈黄绿色 答案　C 解析　Cl－无毒，Cl2有毒，A项错误；若甲溶液中有C、S，加AgNO3溶液后也会生成白色沉淀，B项错误；NaCl溶液或氯水中均有Cl－，都可与AgNO3溶液反应生成AgCl白色沉淀，C项正确；Cl－在溶液中无色，D项错误。 5.（综合应用）某化学活动社团为了探究氯气的实验室制法、性质和用途，设计如下实验。 回答下列问题： （1）仪器a的名称为　　　　，A装置中发生反应的化学方程式为　　　　。 （2）B中的试剂为　　　　，作用是 　　　　　　　　。 （3）C、E中有色布条褪色的是　　　　（填“C”或“E”）。 （4）F装置中发生反应的化学方程式为　　　　　　　　。 （5）若将氯气通入冷的石灰乳中，可以制得漂白粉，漂白粉的有效成分是 　　　　（填化学式）。 解析　本实验的目的，是制取Cl2，并探究氯气的化学性质，A装置制取Cl2，B装置除去Cl2中混有的HCl，则B中为饱和食盐水，D装置干燥Cl2，F装置探究Cl2与Fe的反应，G装置吸收Cl2尾气，C、E装置用于检验Cl2的漂白性，以此解题。（1）由图可知，仪器a的名称为分液漏斗；由分析可知，A为制备氯气，其中的方程式为：MnO2＋4HCl（浓）MnCl2＋Cl2↑＋2H2O。（2）由分析可知，B中的试剂为饱和食盐水；作用是除去氯气中的HCl气体。（3）干燥的氯气没有漂白性，装置D为干燥氯气的装置，则C、E中有色布条褪色的是C。（4）F装置中氯气和铁发生反应生成氯化铁，方程式为：2Fe＋3Cl22FeCl3。（5）将氯气通入冷的石灰乳中，可以制得漂白粉，主要成分是CaCl2、Ca（ClO）2，有效成分是Ca（ClO）2。 答案　 （1）分液漏斗　MnO2＋4HCl（浓）MnCl2＋Cl2↑＋2H2O　（2）饱和食盐水　除去氯气中的HCl气体　（3）C　（4）2Fe＋3Cl22FeCl3　（5）Ca（ClO）2 学科网（北京）股份有限公司 $$