第2课时 氯气的实验室制法和氯离子的检验.docx

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第2课时氯气的实验室制法和氯离子的检验

第2课时　氯气的实验室制法和氯离子的检验

学业水平目标

核心素养对接

1.能利用氯元素的价态变化设计氯气的实验室制法。

2.能根据氯离子的性质设计实验进行氯离子检验。

1.通过利用氯元素的价态变化设计氯气的实验室制法，以培养学生宏观辨识和微观辨析的能力。

2.能根据氯离子的性质设计实验进行检验，培养学生科学探究与创新意识。

『知识梳理』

一、氯气的制法

1.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

装置A中饱和食盐水的作用是除去Cl2中的HCl气体，可减少Cl2在H2O中的溶解；

装置B中浓硫酸的作用是干燥Cl2；

烧杯中NaOH溶液的作用是吸收多余的Cl2、以防污染环境。

2.氯气的工业制法

工业上用电解饱和食盐水的方法制取Cl2，反应的化学方程式为2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。

[微思考]

1.含7.3gHCl的盐酸与足量的MnO2反应，生成的氯气总小于3.55g，为什么？

提示　浓盐酸随着反应的进行逐渐变稀，变为稀盐酸以后不再与MnO2反应。

2.用什么来检验Cl2已收集满？

提示　可用湿润的淀粉KI试纸来检验。

二、Cl－的检验

1.实验探究

实验现象

离子方程式

加入AgNO3溶液

加入稀硝酸

稀盐酸

产生白色沉淀

沉淀不溶解

Ag＋＋Cl－===AgCl↓

NaCl

溶液

产生白色沉淀

沉淀不溶解

Ag＋＋Cl－===AgCl↓

Na2CO3

溶液

产生白色沉淀

沉淀溶解

2Ag＋＋CO

===Ag2CO3↓

Ag2CO3＋2H＋===2Ag＋＋CO2↑＋H2O

自来水

（Cl2消毒）

产生白色沉淀

沉淀不溶解

Ag＋＋Cl－===AgCl↓

蒸馏水

无明显现象

2.氯离子的检验方法

（1）操作方法：

向未知溶液中先加AgNO3溶液，再加稀HNO3。

（2）现象：

产生白色沉淀，加稀硝酸时，沉淀不溶解。

（3）原理：

Ag＋＋Cl－===AgCl↓。

（4）加入稀硝酸的目的：

排除CO

等离子的干扰。

[微训练]

1.下列检验Cl－的方法正确的是（　　）

A.在某溶液中滴加AgNO3溶液，若产生白色沉淀说明该溶液中有Cl－

B.在某溶液中先滴加盐酸，再滴加AgNO3溶液，若产生白色沉淀，说明溶液中有Cl－

C.在某溶液中先滴加AgNO3溶液，产生白色沉淀，再滴加盐酸，沉淀不消失，说明溶液中有Cl－

D.在某溶液中滴加用HNO3酸化的AgNO3溶液，若产生白色沉淀，说明溶液中有Cl－

解析　可能有CO

、PO

等的干扰，A错误；加入盐酸，引入Cl－，B、C错误；硝酸酸化排除干扰，加硝酸银溶液得到不溶于稀硝酸的白色沉淀即为AgCl，由此说明原溶液中有Cl－，D正确。

答案　D

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，由此判断水溶液中含有（　　）

A.Cl－、SO

B.Cl－、NO

C.Cl－、CO

D.Cl－、OH－

解析　根据题给现象，生成的白色沉淀部分溶于稀硝酸，且产生使石灰水变浑浊的气体，则原溶液中存在CO

和Cl－。

答案　C

探究一　氯气的实验室制法

　　　　　实验原理

[探究素材]

反应原理

强氧化剂除MnO2外，也可以用高锰酸钾、重铬酸钾、氯酸钾等代替。

[探究题目]

1.分别写出高锰酸钾、重铬酸钾（K2Cr2O7）、氯酸钾与浓盐酸反产生氯气的化学方程式（均不需要加热）。

答案　2KMnO4＋16HCl（浓）===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O　K2Cr2O7＋14HCl（浓）===2KCl＋2CrCl3＋3Cl2↑＋7H2O　KClO3＋6HCl（浓）===KCl＋3Cl2↑＋3H2O

[探究素材]

实验室制取氯气的实验装置

（1）发生装置（Ⅰ）

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）

组成

盛放试剂

试剂的作用

C

饱和氯化钠溶液

除去氯气中的氯化氢

D

浓硫酸

干燥氯气

（3）收集装置（Ⅲ）

①收集方法：

向上排空气法（装置E，Cl2的密度大于空气的密度）。

也可用排饱和食盐水法（Cl2在饱和NaCl溶液中的溶解度很小，且用此法可除去实验过程中挥发产生的HCl气体）。

②验满方法：

用湿润的淀粉KI试纸检验。

将湿润的淀粉KI试纸放在集气瓶口，若试纸变蓝，则证明Cl2已收集满。

（4）尾气处理装置（Ⅳ）

①导气管要伸入液面以下。

②F中盛放试剂：

氢氧化钠溶液，作用：

吸收过量的氯气，防止污染环境。

[探究题目]

2.如图所示是某学生设计的实验室制备并干燥Cl2及吸收多余氯气的实验装置图，请回答：

（1）指出上述图中的各处错误：

①____________________；②____________________；

③____________________；④____________________。

（2）在改进后的装置中，下列物质的作用分别是：

①饱和食盐水_____________________________________________；

②浓硫酸__________________________________________________；

③NaOH溶液______________________________________________。

（3）制备实验开始时，先检查装置的气密性，接下来的操作依次是________。

A.向烧瓶中加入MnO2粉末

B.加热

C.向烧瓶中加入浓盐酸

（4）如果将过量二氧化锰与含HCl8.76g的浓盐酸混合加热，充分反应后生成的氯气明显少于4.26g。

其主要原因有：

①_______________________________________________________________，

②_______________________________________________________________。

（5）为了提高浓盐酸的利用率，你对实验的建议是_______________________________________________________________

_______________________________________________________________。

（6）圆底烧瓶中发生反应的离子方程式是_______________________________________________________________。

实验结束清洗仪器时，为了减少烧瓶中残留氯气对环境的污染，可以向烧瓶中加入的溶液是________，有关的离子方程式是_______________________________________________________________。

解析　

（2）先除HCl，后干燥，再收集，最后尾气吸收。

（3）检查装置气密性后的操作顺序为先加固体药品，然后加入液体药品，最后加热。

（4）题中所给盐酸中HCl的质量是8.76g，但由于盐酸受热易挥发，且随反应的不断进行，盐酸浓度越来越小，变为稀盐酸后不再与MnO2反应，所以产生的Cl2的质量小于4.26g。

（5）为减少盐酸的挥发，慢慢滴加浓盐酸，用小火加热。

（6）利用Cl2和NaOH溶液反应除多余的Cl2。

答案　

（1）①不能用稀盐酸，而应用浓盐酸　②应有加热装置，应用酒精灯垫石棉网加热　③盛浓硫酸和盛饱和食盐水的洗气瓶位置颠倒　④两洗气瓶里进气导管和出气导管的长短颠倒

（2）①除去Cl2中的氯化氢　②除去氯气中的水蒸气　③吸收多余的氯气　（3）ACB

（4）①加热使HCl大量挥发　②浓盐酸变稀后不再发生反应

（5）将浓盐酸慢慢滴下；加热用小火

（6）MnO2＋4H＋＋2Cl－

Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O　NaOH溶液　Cl2＋2OH－===

Cl－＋ClO－＋H2O、H＋＋OH－===H2O

[探究题目]

3.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：

只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　

实验原理

Ⅰ.MnO2＋4HCl（浓）

MnCl2＋Cl2↑＋2H2O

Ⅱ.Cl2＋H2O===HCl＋HClO

Ⅲ.Cl2＋Cu

CuCl2

Ⅳ.

干燥的氯气没有漂白性

提取关键点

Ⅰ.只有浓盐酸才能反应

Ⅱ.HCl显酸性、HClO有漂白性

Ⅲ.CuCl2固体

Ⅳ.湿润有色布条含水

得出结论

A错；B不全面；C雾错，应是烟；D正确。

答案　D

探究二　卤素离子检验

[探究素材]

[探究题目]

4.下面是两位同学设计的证明碳酸钠样品中含氯化钠的实验方案。

甲：

取样品少许加入试管中，加入适量的蒸馏水使之溶解，配成溶液，然后加入AgNO3溶液，看是否有白色沉淀生成。

乙：

取样品少许加入试管中，加入适量的自来水使之溶解，配成溶液，然后滴加稀硝酸酸化的AgNO3溶液，看是否有白色沉淀生成。

（1）两个方案均有不合理之处，请指出：

甲_______________________________________________________________。

乙_______________________________________________________________。

（2）合理的实验方案为___________________________________

_______________________________________________________________。

解析　甲方案中没有用稀硝酸排除CO

的干扰，Ag2CO3也是白色沉淀。

乙方案中用自来水配制溶液，自来水用氯气消毒，含有Cl－，影响检验。

答案　

（1）AgNO3溶液没有用稀硝酸酸化，不能排除CO

的干扰　用自来水配制溶液引入Cl－，影响检验

（2）取样品少许加入试管中，加入适量的蒸馏水配成溶液，然后加入稀硝酸酸化的AgNO3溶液，看是否有白色沉淀生成

5.氯仿（CHCl3）可用作麻醉剂，常因保存不慎而被空气氧化产生剧毒物质COCl2（光气）和氯化氢，为防止事故发生，使用前要检验氯仿是否变质，应选用的检验试剂是（　　）

A.水B.AgNO3溶液

C.NaOH溶液D.KI溶液

解析　氯仿氧化后生成COCl2（光气）和HCl，因此，用AgNO3溶液检验HCl中Cl－的存在即可判断氯仿是否变质。

答案　B

[探究素材]

（1）F－：

加入浓硫酸，产生能腐蚀玻璃的气体。

（2）Br－：

①加入AgNO3，产生不溶于稀硝酸的浅黄色沉淀；

②加入氯水和CCl4，振荡、静置，下层液体呈橙红色。

（3）I－：

①加入AgNO3产生不溶于稀硝酸的黄色沉淀；

②加入氯水或溴水和CCl4，振荡、静置，下层呈紫红色；

③加入氯水或溴水及淀粉溶液，溶液变蓝色。

[探究题目]

6.下列叙述正确的是（　　）

A.如果加CCl4呈现紫红色，证明原溶液中存在I－

B.凡能使湿润的碘化钾淀粉试纸变为蓝色的气体一定是Cl2

C.某溶液中加入BaCl2溶液，产生不溶于稀HNO3的白色沉淀，原溶液中一定含Ag＋

D.氢氟酸是弱酸，但会腐蚀玻璃

解析　I－不溶于CCl4，只有转化成I2才可溶；能使湿润的KI淀粉试纸变蓝的气体不一定是Cl2，还有O3、NO2、Br2（g）等；SO

也符合C选项。

答案　D

7.甲、乙、丙三种溶液中各含有一种X－（X－为Cl－、Br－或I－），向甲溶液中加入淀粉溶液和氯水，溶液变为橙色，再向所得溶液中加入丙溶液，溶液颜色无明显变化，则甲、乙、丙三种溶液中所含X－依次是（　　）

A.Br－、I－、Cl－B.Br－、Cl－、I－

C.I－、Br－、Cl－D.Cl－、I－、Br－

解析　向甲溶液中加入淀粉溶液和氯水，溶液变为橙色，说明生成了Br2，因而甲溶液中不含有I－，而含有Br－；再向所得溶液中加入丙溶液，溶液颜色无明显变化，说明丙溶液中也不含有I－，而含有Cl－，所以I－在乙溶液中。

选项A正确。

答案　A

1.欲除去Cl2中的少量HCl气体，可选用（　　）

A.NaOH溶液B.饱和食盐水

C.浓硫酸D.石灰水

解析　利用了HCl极易溶于水而Cl2在饱和食盐水中溶解度很小的原理。

答案　B

2.检验Cl－时所用试剂HNO3的作用是（　　）

A.防止CO

的干扰B.防止Cl－的干扰

C.生成Ag2CO3沉淀D.防止NO

的干扰

解析　检验Cl－加入的AgNO3溶液，能与CO

结合生成Ag2CO3白色沉淀，干扰Cl－的检验。

答案　A

3.下列关于实验室制氯气的说法中错误的是（　　）

A.该反应是一个氧化还原反应，其中二氧化锰是氧化剂

B.HCl表现还原性和酸性

C.该反应的离子方程式为MnO2＋4H＋＋4Cl－

MnCl2＋2H2O＋Cl2↑

D.该方法是瑞典化学家舍勒最先发现的

解析　由MnO2＋4HCl（浓）

MnCl2＋2H2O＋Cl2↑可知，二氧化锰是氧化剂，盐酸部分作还原剂，部分起酸的作用；HCl中氯元素部分化合价升高，HCl既表现还原性，又表现酸性；氯化锰是可溶于水的强电解质，在离子方程式中应写成离子符号。

答案　C

4.某化学小组用如图所示装置制取氯气。

下列说法不正确的是（　　）

A.该装置图中存在三处明显错误

B.该实验中收集氯气的方法不正确

C.为了防止氯气污染空气，必须进行尾气处理

D.在集气瓶的导管口处放一片湿润的淀粉碘化钾试纸可以证明是否有Cl2逸出

解析　装置中未用酒精灯加热，应该用分液漏斗，没有尾气吸收装置，共3处明显错误。

答案　B

5.在制氯气时有如下操作，正确的操作顺序是（　　）

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.①②③④⑤⑥B.③④②①⑥⑤

C.①④③②⑥⑤D.①③④②⑥⑤

解析　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。

答案　D

6.自来水厂常用氯气对生活用水进行杀菌消毒。

市场上有些不法商贩为牟取暴利，用这样的自来水冒充纯净水（离子的浓度非常低）出售，给人们的生活造成了一定的不良影响。

在下列化学试剂中，可以用于鉴别这种自来水和纯净水的是（　　）

A.酚酞溶液B.氯化钡溶液

C.氢氧化钠溶液D.硝酸银溶液

解析　Cl2消毒过的自来水中含有HCl和HClO，用AgNO3溶液即可鉴别，产生白色沉淀的是自来水，不产生沉淀的是纯净水。

答案　D

7.某化学兴趣小组欲在实验室探究氯气的性质及模拟工业制取漂白粉，设计了如下装置进行实验。

请按要求回答下列问题：

（1）淀粉KI溶液中观察到的现象是_______________________________，

反应的离子方程式为____________________________________________。

（2）若干燥的有色布条不褪色，湿润的有色布条褪色，则甲中盛放的是________（填名称）。

（3）Cl2与石灰乳反应制取漂白粉的化学方程式为______________________

_______________________________________________________________。

（4）该兴趣小组用8.7g二氧化锰与足量的浓盐酸制备氯气，则理论上最多可制得氯气的质量是________。

解析　

（1）氯气氧化I－生成I2：

Cl2＋2I－===2Cl－＋I2，碘单质遇淀粉变为蓝色。

（2）洗气瓶中的干燥剂为液体干燥剂，能够干燥氯气，则该干燥剂为浓硫酸。

（3）氯气与石灰乳反应：

2Cl2＋2Ca（OH）2===CaCl2＋Ca（ClO）2＋2H2O。

（4）MnO2＋4HCl（浓）

MnCl2＋2H2O＋Cl2↑，8.7gMnO2最多生成7.1g氯气。

答案　

（1）溶液变蓝色　Cl2＋2I－===2Cl－＋I2

（2）浓硫酸

（3）2Cl2＋2Ca（OH）2===CaCl2＋Ca（ClO）2＋2H2O

（4）7.1g

基础巩固

1.能证明某溶液中含有NaCl的是（　　）

A.焰色试验是黄色

B.溶液有咸味

C.取少量溶液于试管中，滴加稀硝酸酸化的硝酸银溶液，出现白色沉淀

D.焰色试验是黄色，同时又能与硝酸酸化的硝酸银溶液反应生成白色沉淀

解析　要证明含有Na＋，则焰色试验为黄色；要证明含有Cl－，则加入稀硝酸酸化的AgNO3溶液后生成白色沉淀。

答案　D

2.下列关于实验室制取氯气的说法正确的是（　　）

A.盛浓盐酸的分液漏斗可用长颈漏斗代替

B.为了便于学生观察氯气的制备实验，可在讲台上直接做氯气的制备实验

C.可用饱和食盐水吸收尾气

D.可在集气瓶口放一张湿润的淀粉碘化钾试纸，观察氯气是否收集满

解析　盛浓盐酸的分液漏斗若用长颈漏斗代替无法控制盐酸的用量，A错误；在讲台上直接做氯气的制备实验，没有在通风橱中进行，容易造成中毒事件，B错误；饱和食盐水不能与氯气反应，不能用于吸收尾气，C错误；可在集气瓶口放一张湿润的淀粉碘化钾试纸，若试纸变蓝，则氯气集满，D正确。

答案　D

3.下列装置应用于实验室制取氯气并回收氯化锰溶液，不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.用装置丙收集氯气并防止污染空气

D.用装置丁分离二氧化锰和氯化锰溶液

答案　B

4.下图是实验室氯气的制备收集、性质验证和尾气处理的装置，其中正确的是（　　）

解析　A项，稀盐酸与MnO2不反应，错误；B项，短导管进（气），长导管出（气），错误；C项，氯气不能使干纸花褪色，表明干燥的氯气没有漂白性，正确；D项，饱和食盐水不与Cl2反应，错误。

答案　C

5.用下列两种方法制取氯气：

①用含氯化氢146g的浓盐酸与足量的二氧化锰反应；②用87g二氧化锰与足量的浓盐酸反应。

则所得氯气（　　）

A.②比①多B.①比②多

C.一样多D.无法比较

解析　浓盐酸与MnO2反应的化学方程式为4HCl（浓）＋MnO2

MnCl2＋Cl2↑＋2H2O，随着反应进行，盐酸浓度逐渐减小，变为稀盐酸后不再与MnO2反应。

①中HCl不能完全反应，产生的Cl2少，②中能完全反应，制得Cl2多。

故产生Cl2②＞①。

答案　A

6.利用如图所示装置（箭头表示气体或液体流向）可实现的实验是（　　）

A.瓶内装满水用排水法收集H2

B.瓶内装满水用排水法测定O2的体积

C.瓶内装NaOH溶液除去Cl2中的HCl杂质

D.瓶内装饱和NaHCO3溶液除去CO2中的HCl杂质

解析　若要用排水法收集H2或测定O2的体积，应该从短管进气，不能用NaOH溶液除去Cl2中的HCl杂质，A、B、C三项均不可实现。

答案　D

7.已知KMnO4与浓盐酸在常温下反应能产生Cl2。

若用下图所示的实验装置来制备纯净、干燥的氯气，并试验其与金属的反应，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.只有②处

C.②和③处D.②、③、④处

解析　①是制备氯气的装置，②是除去氯气中氯化氢杂质的装置，③是干燥装置，④是用于氯气与金属反应的装置。

除杂时不能消耗欲保留的气体，因为氯气可与NaOH溶液反应，化学方程式为Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，所以②处错误；③中进气管短，出气管却插入液面下，所以无法干燥气体，也不能使气体进入④中与金属反应，所以③处错误；④是一个封闭体系，未反应的气体不断蓄积会使容器内压强过大而发生爆炸，所以④处错误。

答案　D

8.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　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，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。

答案　C

9.

（1）A、B、C、D、E五个集气瓶中分别充满了Cl2、O2、H2、HCl、HBr五种气体中的一种。

其中：

A瓶中的气体是黄绿色；D和A中的气体混合见光会爆炸；B和A中的气体混合后在瓶壁上出现橙红色液滴；将E瓶的瓶盖打开，在潮湿空气中会出现白雾。

根据以上现象判断各瓶气体分别是：

A.________，B.________，C.________，D.________，E.________。

（2）按要求书写化学方程式：

①反应物中，溴元素被氧化_____________________________；

②反应物中，溴元素被还原_______________________________；

③反应物中，溴元素既被氧化，又被还原_____________________________；

④反应物中，溴元素既未被氧化，又未被还原__________________________。

（3）将以下各实验所需的试剂写在空格中：

①用氯酸钾和二氧化锰制取氯气后的试管中，残留的黑色物质可用________加热洗涤。

②做碘升华实验后的烧瓶壁上的碘，可用________洗涤。

③欲在烧瓶中制取HI气体，可用碘化钾固体和________一起共热即可。

欲除去氯气中的少量氯化氢，可让气体通过________洗涤。

④氯化钾中混有少量的碘化钾要除去，方法是将其溶于水后，滴入足量________充分反应，再加入________振荡、静置分层、分液，最后将上层水溶液蒸干即得纯氯化钾。

答案　

（1）Cl2　HBr　O2　H2　HCl　

（2）①Cl2＋2KBr===2KCl＋Br2

②Br2＋H2

2HBr　③Br2＋2NaOH===NaBr＋NaBrO＋H2O　④AgNO3＋HBr===AgBr↓＋HNO3　（3）①浓盐酸　②四氯化碳或酒精　③浓H3PO4　饱和食盐水　④氯水　四氯化碳

10.如图所涉及的物质均为中学化学中的常见物质，其中C、D、E为单质，E为固体，F为有磁性的化合物。

它们之间存在如下关系（反应中生成的水及次要产物均已略去）：

（1）写出下列物质的化学式：

B________，E________。

（2）指出MnO2在相关反应中的作用：

反应①中是________剂，反应②中是________剂。

（3）若反应①是在加热条件下进行，则A是______