同步备课一体资料之化学鲁科必修2讲义第2章 化学键 化学反应与能量 第3节 第1课时.docx

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同步备课一体资料之化学鲁科必修2讲义第2章化学键化学反应与能量第3节第1课时

第3节　化学反应的利用

第1课时　利用化学反应制备物质

[目标导航]　1.掌握实验室制备氯气的原理和尾气处理方法。

2.了解常见气体的制备装置及收集方法。

3.了解一些常见物质的制备原理。

一、利用化学反应制备氯气

1．氯气的实验室制法

（1）试剂：

浓盐酸和二氧化锰。

（2）反应原理

化学反应方程式：

MnO2＋4HCl（浓）

MnCl2＋Cl2↑＋2H2O。

离子反应方程式：

MnO2＋4H＋＋2Cl－

Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O。

①氧化剂是MnO2，还原剂是HCl，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2。

②在MnO2与浓盐酸反应制取氯气的反应中体现了浓盐酸还原性、酸性。

③若2molHCl参加反应，被氧化的HCl为1mol。

（3）反应特点

固体＋液体

气体。

（4）实验装置

仪器名称：

①分液漏斗，②圆底烧瓶。

（5）实验步骤

（6）尾气处理

为防止多余的Cl2污染空气，图示药品③应选用NaOH溶液吸收，反应的离子方程式为2OH－＋Cl2===Cl－＋ClO－＋H2O。

2．氯气的工业制法——电解饱和食盐水

（1）化学方程式：

2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。

氧化剂是H2O，还原剂是NaCl。

（2）离子方程式：

2Cl－＋2H2O

2OH－＋H2↑＋Cl2↑。

【议一议】

1．实验室用下列两种方法制Cl2：

①用0.15mol的MnO2与过量的12mol·L－1的浓盐酸反应，②50mL12mol·L－1的浓盐酸和足量的MnO2反应，所制得Cl2②比①________（填“多”或“少”）。

答案　少

2．在实验室制备的Cl2中含有哪些杂质？

应怎样除去？

为防止环境污染，多余的Cl2一般用什么试剂吸收？

答案　HCl和水蒸气。

分别通入装有饱和食盐水和浓硫酸的洗气瓶。

多余的Cl2一般用NaOH溶液吸收，以防污染环境。

3．从氧化还原反应知识的角度分析，工业上和实验室制备Cl2的反应原理有何异同？

答案　两个反应原理的共同点是把－1价的Cl氧化成0价的Cl，不同点是原料、条件不同。

二、利用化学反应制备其他物质

1．几种气体物质的制备

物质

实验室制法方程式

工业制法方程式

H2

Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑

C＋H2O（g）

CO＋H2

CO＋H2O（g）

CO2＋H2

CO2

CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑

CaCO3

CO2↑＋CaO

NH3

2NH4Cl＋Ca（OH）2

CaCl2＋2NH3↑＋2H2O

N2＋3H2

2NH3

2.常见固体或液体物质的工业制法

物质

工业制法方程式

生铁（以Fe2O3为原料）

Fe2O3＋3CO

2Fe＋3CO2

HNO3（以NH3为原料）

4NH3＋5O2

4NO＋6H2O，2NO＋O2===2NO2，3NO2＋H2O===2HNO3＋NO

H2SO4（以S为原料）

S＋O2

SO2，2SO2＋O2

2SO3，SO3＋H2O===H2SO4

【议一议】

1．下列反应是否适宜于实验室制备气体？

（1）2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑

（2）Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋H2O＋CO2↑

（3）2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑

（4）2H2O2

2H2O＋O2↑

（5）2H2O

2H2↑＋O2↑

（6）CaCO3＋H2SO4===CaSO4＋H2O＋CO2↑

（7）NH4Cl

NH3↑＋HCl↑

答案　

（1）

（2）（3）（5）（6）（7）不适宜于实验室制备气体。

实验室制取气体要求原理正确，反应速率适宜，反应条件较容易实现，操作简单、安全等。

（1）和

（2）反应过快，（3）和（5）反应条件不易操作，（6）和（7）原理不正确，CaSO4微溶于水，阻止进一步反应；NH3和HCl遇冷生成NH4Cl。

2．实验室用贝壳与稀盐酸反应制备并收集CO2气体，下列装置中合理的是________（填字母）。

答案　bd

一、氯气的实验室制法

1．反应原理

用MnO2作氧化剂与浓盐酸反应：

（1）MnO2只能氧化浓盐酸，不能氧化稀盐酸，因为盐酸的还原性与浓度有关，盐酸越浓还原性越强，一旦浓盐酸变成稀盐酸，反应将不再进行。

（2）必须加热，常温下浓盐酸与MnO2不反应。

（3）为减少制得的Cl2中HCl含量，加热温度不宜过高。

（4）浓盐酸在此反应中既表现还原性又表现酸性。

表现还原性的HCl与表现酸性的HCl物质的量相等。

MnO2还可以用其他氧化剂（KMnO4、KClO3、K2Cr2O7等）代替。

如：

2KMnO4＋16HCl（浓）===2MnCl2＋2KCl＋5Cl2↑＋8H2O

KClO3＋6HCl（浓）===KCl＋3Cl2↑＋3H2O

2．实验装置

（1）发生装置：

固体＋液体

气体

①使用分液漏斗便于控制向烧瓶内加入盐酸的量；

②用图Ⅱ装置中在烧瓶与分液漏斗之间增加了一个连通管代替发生装置，其作用是调节烧瓶与分液漏斗之间的压强平衡，保证盐酸能顺利流入圆底烧瓶内。

（2）净化装置

用排饱和食盐水法除HCl气体，以减少Cl2的溶解；除去Cl2中的水蒸气应选用酸性或中性干燥剂，它们可以是浓硫酸、P2O5、无水CaCl2等；除杂时，导管应“长进短出”，长导管要浸入液体中。

①先除HCl，后除H2O；

②除去HCl可用图a或b装置，除H2O可用图c或d装置。

（3）收集装置

向上排空气法如图e；排饱和食盐水法如图f。

气密性检验顺序：

装置形成封闭体系→操作（微热、手捂、热毛巾捂、加水等）→描述现象→得出结论。

（4）尾气吸收装置

①接口连接顺序：

净化时，应长进短出；干燥管应大口进小口出；

②尾气吸收不能用Ca（OH）2溶液，因为其浓度小，吸收不完全。

（5）装置安装顺序

①由下到上：

放铁架台→摆酒精灯→固定铁圈→放置石棉网→固定圆底烧瓶；

②从左到右：

发生装置→除杂装置→干燥装置→收集装置→尾气处理装置。

3．实验操作顺序

先接（连接装置）后检（检查装置气密性）；先固（放入固体）后液（滴加液体）；先除（除HCl）后干（干燥，除H2O）；先排（排出空气）后收（收集氯气）。

【例1】　实验室欲制备纯净干燥的Cl2。

（1）下图是一个学生设计的实验装置图。

请分别指出这个装置中有哪些错误（全部填上）。

①________________________________________________________________________；

②________________________________________________________________________；

③________________________________________________________________________；

④________________________________________________________________________；

⑤________________________________________________________________________；

⑥________________________________________________________________________；

⑦________________________________________________________________________。

（2）在改正的装置中，请写出下列各试剂的作用：

①饱和食盐水__________________________________________________________；

②浓硫酸______________________________________________________________；

③NaOH溶液___________________________________________________________。

（3）除浓硫酸外，还可选用下列________（填序号）物质干燥Cl2。

①碱石灰　②无水CaCl2　③P2O5

（4）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的方法装置正确的是________（填字母）。

解析　

（1）、

（2），首先应根据题目要求制得纯净、干燥的Cl2。

稀盐酸与MnO2不反应，应选用浓盐酸，并且应在加热条件下与MnO2反应，为防止圆底烧瓶破裂，应隔石棉网加热。

反应生成的Cl2中含有挥发出来的HCl和水蒸气，用饱和食盐水是为了除去HCl气体，用浓硫酸是为了除去水蒸气。

应先除去HCl，再除水蒸气，图中两个洗气瓶的进出导管长短装反了。

图中用向上排空气法收集Cl2时进出气导管的长短出错，最后多余的Cl2用NaOH溶液吸收，防止污染空气，但集气瓶没有出气导管，易产生危险。

（3）因为Cl2能与碱反应，不能用碱石灰干燥。

可用酸性干燥剂（浓硫酸和P2O5）或中性干燥剂（无水CaCl2）干燥，不能用碱性干燥剂（碱石灰）干燥。

（4）Cl2密度比空气大，收集Cl2用向上排空气法。

Cl2是有毒气体，在制备和收集Cl2时必须有尾气吸收装置。

A没有出气导管，A不可以；B用于收集密度比空气小的气体，B不可以；C用以收集密度比空气大的气体，且有尾气吸收装置，C可以；D装置由于Cl2能被NaOH溶液吸收，不能收集Cl2且出气导管不能插入液面中，D不可以。

答案　

（1）①应选用浓盐酸（或没用浓盐酸或用了稀盐酸）　②铁圈下缺少酒精灯　③铁圈上方缺少石棉网④装有浓硫酸和装有饱和食盐水的洗气瓶颠倒了　⑤两洗气瓶中的进气管应插入液面下，而出气管口应靠近瓶塞　⑥收集Cl2的集气瓶进气管应插入到靠近集气瓶的底部，出气管口应靠近瓶塞　⑦最后装有NaOH溶液的集气瓶缺少出气导管

（2）①吸收挥发出来的HCl气体　②吸收水蒸气　③吸收多余的Cl2

（3）②③　（4）C

【解题感悟】　分析制备装置时需注意的几个问题

（1）明确实验目的；

（2）依据反应物的状态及反应条件确定制备装置；

（3）所制备物质是否具有特殊性质（即是否需要特殊保护）；

（4）制备过程中是否产生有毒气体。

变式训练1　已知无水AlCl3（183℃升华）遇潮湿空气即产生大量白雾（AlCl3与水蒸气反应），实验室可设计如下两种装置制备AlCl3。

（1）装置一：

回答以下问题：

①实验室常用MnO2与浓盐酸反应制备Cl2，制备实验开始时，先检查装置气密性，接下来的操作依次是________（填字母）。

A．往烧瓶中加入MnO2粉末

B．加热

C．往烧瓶中加入浓盐酸

②装置B中盛放饱和NaCl溶液，该装置的主要作用是________________________，F中试剂的作用是______________________________________________________________。

③用一件仪器装填适当试剂后也可起到F和G的作用，所装填的试剂为________。

（2）装置二：

仪器X与仪器Y（广口瓶）直接相连的意图是①用Y收集产物AlCl3，②防止堵塞玻璃导管。

回答以下问题：

①装置D中发生反应的化学方程式是______________________________________。

②能否去掉E装置________，原因是______________________________________。

③实验时应先点燃________处的酒精灯，其作用是__________________________。

答案　

（1）①ACB　②除去Cl2中的HCl　防止水蒸气进入E中与AlCl3反应　③碱石灰

（2）①2Al＋3Cl2

2AlCl3　②否　若去掉E装置，水蒸气会与Y中的AlCl3反应　③A　排出装置中的空气，防止铝与氧气反应生成Al2O3

解析　

（1）①操作时，先加固体，后加液体，再加热。

②装置B中饱和NaCl溶液用于除去氯气中HCl,F盛装浓硫酸，防止水蒸气进入E。

③为除去多余的氯气和防止空气中的水蒸气进入E瓶中，可用干燥管盛装碱石灰代替F和G中的两种试剂的作用。

（2）①Al与Cl2在加热条件下生成AlCl3。

②若去掉E装置，水蒸气进入Y会与Y中的AlCl3反应。

③实验时先点燃A处的酒精灯，以排出装置中的空气，防止铝与氧气反应生成Al2O3。

【归纳总结】　

（1）利用气体制备物质时装置通常设计如下：

制气→净化（除杂、干燥）→制备→收集→保护→尾气处理。

（2）制备的物质要尽量纯净。

一般先除杂后制备。

（3）利用气体制备其他固体物质时要注意五防：

防污染、防倒吸、防不纯、防变质、防堵塞。

（4）防倒吸装置主要有以下几类：

二、实验室制备气体装置的选择

1．发生装置

装置类型

固—固加热

固—液加热

固—液不加热

装置

实例

KMnO4→O2，KClO3＋MnO2→O2，Ca（OH）2＋NH4Cl→NH3

浓盐酸＋MnO2→Cl2

锌＋稀硫酸→H2，

CaCO3＋稀盐酸→CO2，

H2O2＋MnO2→O2，

浓氨水＋碱石灰→NH3，

浓盐酸＋KMnO4→Cl2，

浓硝酸＋Cu→NO2，

稀硝酸＋Cu→NO，

浓硫酸＋Na2SO3→SO2

2.净化装置

净化原则

不能引入新杂质；不能减少被净化气体的量

装置类型

液体除杂不加热

固体除杂不加热

固体除杂不加热或加热

实验装置

气体的干燥方法

干燥剂

可干燥的气体

不能干燥的气体

浓硫酸

H2、O2、SO2、HCl、Cl2、CO、NO、NO2

NH3、HBr、HI、H2S

P2O5

NH3

CaCl2

NH3

碱石灰

H2、O2、NO、CO、NH3

Cl2、SO2、HCl、NO2

浓硫酸可同时吸收NH3和H2O、碱石灰可同时吸收CO2（或SO2）和水。

3．收集装置

收集方法

排水法

向上排空气法

向下排

空气法收集装置

适用的气体

H2、O2、CO、NO等

O2、SO2、CO2、HCl、Cl2、NO2等

H2、NH3等

4.尾气吸收装置

（1）吸收溶解度较小的尾气（如Cl2、CO2、SO2等）如图D。

（2）吸收溶解度较大的尾气（如HCl、NH3等）如图B、C。

（3）点燃或收集于塑料袋中，如图A、E。

【例2】　实验室中某些气体的制取、收集及尾气处理装置如图所示（省略夹持和净化装置）。

仅用此装置和表中提供的物质完成相关实验，最合理的选项是（　　）

选项

a中的物质

b中的物质

c中收集的气体

d中的物质

A

浓氨水

CaO

NH3

H2O

B

浓硫酸

Na2SO3

SO2

NaOH溶液

C

稀硝酸

Cu

NO2

H2O

D

浓盐酸

MnO2

Cl2

NaOH溶液

解析　A项，氨气的收集应使用向下排空气法，而图中为向上排空气法，A不正确；B正确；C项，铜与稀硝酸反应生成NO，不能用向上排空气法收集NO，而c中收集的是NO2，应由浓硝酸与铜反应制取，C不正确；D项，缺少加热装置，不能制取Cl2，D不正确。

答案　B

【解题感悟】　

（1）实验室制取气体的一套完整的装置一般由四部分组成。

―→

―→

―→

（2）对物质制备实验方案要从药品、装置两方面分析，要考虑制气、净化、收集、尾气吸收等装置，注意防倒吸、防堵塞等。

变式训练2　在实验室里可按下图所示装置来干燥、收集气体R，多余的气体可用水来吸收，则R是（　　）

A．NH3B．NO

C．NO2D．HCl

答案　A

解析　NO不能用排气法收集，NO2、HCl的收集方法不对，应长进短出。

1．下列关于实验室制取气体所用试剂的组合不合理的是（　　）

A．制Cl2：

MnO2、盐酸（浓）

B．制H2：

硫酸（稀）、Zn

C．制O2：

MnO2、H2O2

D．制CO2：

硫酸（稀）、CaCO3

答案　D

解析　稀硫酸和碳酸钙反应生成微溶物硫酸钙，附着在碳酸钙的表面，阻止反应的进一步进行，所以不能用稀硫酸和碳酸钙反应制取二氧化碳，可以用稀盐酸和碳酸钙反应来制取。

2．下列说法不正确的是（　　）

①用图a所示装置除去Cl2中含有的少量HCl；②实验室用图b装置吸收HCl；③实验室用图c装置制Cl2；④实验室用图d装置干燥Cl2；⑤实验室用图e装置制取少量纯净的CO2气体；⑥实验室用图f所示的装置制取少量氨气。

A．①②③④B．③④⑤⑥

C．①③④⑥D．①②③④⑤⑥

答案　D

解析　①不能用NaOH溶液而应用饱和食盐水除去HCl；②HCl在吸收时容易产生倒吸，应用防倒吸装置吸收HCl；③应该用酒精灯加热，缺少酒精灯和石棉网；④导气管应长进短出；⑤该装置适宜于块状固体和液体不需要加热反应制取气体，纯碱为粉末状，不能用该装置制取CO2；⑥试管口不能用橡胶塞堵住且导气管应伸入试管底部。

因此都不正确。

3．实验室用贝壳与稀盐酸反应制备并收集CO2气体，下列装置中合理的是（　　）

答案　D

解析　实验室制取CO2的特点是固体和液体反应且不需要加热，由于盐酸易挥发，因此在收集之前需要除去挥发出的HCl气体，因为CO2的密度大于空气的，所以采用向上排空气法收集CO2气体。

若采用长颈漏斗时，长颈漏斗的下端必须插入到溶液中，以防止CO2气体从长颈漏斗中挥发出来，因此选项D正确。

4．按下述实验方法制备气体，合理又实用的是（　　）

A．Zn粒与稀HNO3反应制备H2

B．用稀HCl和MnO2反应制备Cl2

C．Na2SO3固体与浓H2SO4反应制备SO2

D．加热分解NH4Cl固体制备NH3

答案　C

解析　锌与稀硝酸反应产生NO，不产生H2，A不可行；稀盐酸和MnO2不反应，B不可行；Na2SO3与浓硫酸反应生成Na2SO4、H2O和SO2，C可行；NH4Cl分解产生NH3和HCl的混合气体，温度降低又化合生成NH4Cl，D不可行。

5．如图所示是一套实验室制气装置，用于发生、干燥和收集气体。

下列各组物质中能利用这套装置进行实验的是（　　）

A．碱石灰和浓氨水B．MnO2和浓盐酸

C．KClO3和MnO2D．CaCO3和稀盐酸

答案　D

解析　氨气能被浓硫酸吸收，且不能用向上排空气法收集，A不正确；用MnO2跟浓盐酸反应制取氯气需加热，B不正确；氯酸钾和MnO2反应制取氧气为固固需加热制气，故A、B、C三项均不符合题意。

用碳酸钙与稀盐酸反应制CO2的反应不需加热，CO2跟浓硫酸不反应且密度大于空气，可选用此装置。

6．某学生利用以下装置探究氯气与氨气之间的反应。

其中A、F分别为氨气和氯气的发生装置，C为纯净干燥的氯气与氨气反应的装置。

请回答下列问题：

（1）装置A中的烧瓶内固体不可以选用________（填字母）。

A．生石灰B．碱石灰

C．五氧化二磷D．烧碱

（2）B装置的作用是_____________________________________________________；

E装置的作用是________________________________________________________。

（3）通入C装置的左右两根导管左边较长、右边较短，目的是_________________。

（4）装置F中发生反应的化学方程式是______________________________________。

（5）装置C内出现浓的白烟并在容器内壁凝结，另一生成物是空气的主要成分之一。

请写出反应的化学方程式：

_______________________________________________________。

（6）从装置C的G处逸出的尾气中可能含有黄绿色的有毒气体，如何处理？

________________________________________________________________________。

答案　

（1）C

（2）干燥氨气　除去氯气中的氯化氢

（3）使密度较大的Cl2和密度较小的NH3较快地混合均匀

（4）MnO2＋4HCl（浓）

MnCl2＋Cl2↑＋2H2O

（5）3Cl2＋8NH3===N2＋6NH4Cl

（6）在G处连接导管，直接把尾气通入盛有烧碱溶液的烧杯中（答案合理即可）

解析　

（1）装置A制取氨气，可用浓氨水与碱石灰（或烧碱或生石灰等），但不能用五氧化二磷，因其与水反应后生成磷酸，能与氨水反应。

（2）B装置中盛放的碱石灰用来干燥氨气；E装置中盛放的饱和食盐水用来除去氯气中混有的氯化氢气体。

（3）由于氨气的密度小，氯气的密度大，密度小的氨气从长管进入向上扩散，密度大的氯气从短管进入向下扩散，这样能较快地充分混合。

（6）黄绿色的气体是氯气，依据氯气的性质，可用烧碱溶液吸收。

分层训练

[基础过关]

题组1　氯气的实验室制法

1．在实验室中制取纯净、干燥的氯气，常使生成的氯气依次通过两个洗气瓶，这两个瓶内盛放的试剂依次是（　　）

①盐酸　②饱和食盐水　③浓硫酸　④石灰水　⑤烧碱溶液

A．①②B．②③

C．③⑤D．②④

答案　B

解析　实验室用二氧化锰氧化浓盐酸产生的氯气中混有的杂质气体是浓盐酸挥发产生的氯化氢气体和水蒸气，除去氯气中的氯化氢，选用饱和食盐水，除去氯气中的水蒸气，选用浓硫酸。

2．实验室制氯气的反应4HCl（浓）＋MnO2

MnCl2＋Cl2↑＋2H2O，下列说法错误的是（　　）

A．还原剂是HCl，氧化剂是MnO2

B．每生成1molCl2，转移电子2mol

C．每消耗1molMnO2，起还原作用的HCl为4mol

D．生成的氯气中含有水蒸气和HCl

答案　C

解析　4molHCl中有2molCl－由－1价升高至0价，起还原作用的HCl为2mol。

3．下列装置应用于实验室制氯气并回收氯化锰的实验，能达到实验目的的是（　　）

A．用装置甲制取氯气

B．用装置乙除去氯气中的少量氯化氢

C．用装置丙分离二氧化锰和氯化锰溶液

D．制得的氯气可用碱石灰干燥

答案　C

解析　MnO2与浓盐酸反应生成Cl2，需加热，A错误；除去Cl2中的HCl应通过饱和食盐水，且气体从长导管进入，B错误；MnO2不溶于水，MnCl2可溶于水，两者用过滤的方法分离，C正确；碱石灰属于碱性干燥剂，能与氯气反应，应用浓硫酸干燥Cl2，D错误。

4．已知KMnO4与浓盐酸在常温下反应能产生Cl2（夹持及加热装置已省略）。

若用如图所示的实验装置制备纯净、干燥的Cl2，并观察它与金属的反应。

每个虚线框表示一个单元装置，其中有错误的是（　　）

A．①和②处B．②处

C．②和③处D．②③④处

答案　D

解析　KMnO4和浓盐酸在常温下就可以反应生成Cl2，不需要酒精灯加热，①正确；反应产生的Cl2可能混有HCl，需要进行净化，但不能使用NaOH溶液，因为Cl2也能和NaOH溶液反应，应该使用饱和食盐水，②错误；净化后的Cl2可以用浓硫酸干燥，但气体应用长导管直接通入浓硫酸中，且出气导管