创新设计必修一第四章 第二节 第2课时.docx

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创新设计必修一第四章第二节第2课时

第2课时　氯气的实验室制法和氯离子的检验

学习目标

核心素养建构

1.掌握氯气的实验室制法。

2．掌握氯离子的检验方法。

3．了解卤素结构与性质。

[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；

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↑。

【自主思考】

1．含有4molHCl的浓盐酸与足量的MnO2反应，能生成1molCl2吗？

提示　不能，因为随着反应的进行，盐酸的浓度变小，MnO2与稀盐酸不反应，故生成的Cl2小于1mol。

2．如何检验氯气已经收集满？

提示　将湿润的淀粉KI试纸放到瓶口，Cl2能使湿润的淀粉KI试纸变蓝。

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，放出无色气体

2Ag＋＋CO

===Ag2CO3↓

Ag2CO3＋2H＋===2Ag＋＋CO2↑＋H2O

自来水

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。

[效果自测]

1．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。

（　　）

答案　

（1）×　

（2）×

2．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

3．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

【探究讨论】

1．用浓盐酸制Cl2，还需要哪种性质的试剂？

举例说明。

提示　氧化剂，如MnO2、KMnO4。

2．用浓HCl和MnO2共热制取Cl2中有哪些杂质气体？

如何除去？

提示　盐酸具有挥发性，故Cl2中会含有HCl、水蒸气，故可用饱和食盐水除去HCl，用浓H2SO4吸收水蒸气。

3．根据Cl2的密度，如何收集Cl2？

用什么溶液吸收尾气中的Cl2?

提示　向上排空气法，NaOH溶液。

【点拨提升】

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。

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

2．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KI淀粉试纸检验。

将湿润的KI淀粉试纸放在集气瓶口，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。

特别提醒：

（1）实验室制备Cl2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，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。

④尾气吸收时，不能用澄清石灰水吸收Cl2，因为溶液中Ca（OH）2浓度小，吸收不完全。

（2）气体净化装置的选择

气体净化装置的设计必须同时考虑主要成分和杂质成分的性质，以便选择适当的装置除去杂质。

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（如下图中Ⅰ所示）；除去氯气中的水蒸气可用浓硫酸（如下图中Ⅱ所示）或干燥的CaCl2（如下图中Ⅲ所示）。

（3）MnO2与浓HCl反应特点

①浓盐酸中，部分Cl－的化合价升高，4molHCl参加反应，被氧化的Cl－为2mol。

②随着反应的进行盐酸浓度变小，故MnO2足量时，盐酸不能完全反应，反应后溶液为盐酸和MnCl2混合液。

【典题例证1】　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20mL12mol·L－1的盐酸混合加热，充分反应后生成的氯气明显少于0.06mol。

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的物质的量是0.24mol，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的物质的量小于0.06mol。

（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用稀盐酸与MnO2反应　②没有加热装置　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

【学以致用1】　某研究小组为了制备84消毒液（主要成分为NaClO）设计了如图装置。

并查阅到下列资料：

“卤素与水的反应是放热反应，在加热情况下卤素与碱液发生如下反应：

3X2＋6OH－

5X－＋XO

＋3H2O”。

回答下列问题：

（1）装置中的试管内发生反应的离子方程式为__________________________

_______________________________________________________________。

（2）装置中能否省去盛饱和NaCl溶液的洗气瓶？

________（填“能”或“不能”，下同），理由是__________________________________________________

______________________________________________________________。

（3）装置中能否省去盛浓硫酸的洗气瓶？

________，理由是

_____________________________________________________________。

（4）装置中能否省去盛冰水的烧杯？

________，理由是__________________

_______________________________________________________________。

解析　本题具有较强的综合性，装置产生的Cl2在冰水冷却下与NaOH发生反应制得消毒液。

运用该装置必须通过饱和NaCl溶液除去HCl，否则与NaOH反应将生成NaCl，降低NaClO的纯度；但干燥装置可以省略，因为少量水蒸气不会影响反应；冷却装置不可省略，因为题给信息：

氯气与水的反应是放热反应，温度升高，引起副反应：

3Cl2＋6OH－

5Cl－＋ClO

＋3H2O。

答案　

（1）Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O

（2）不能　氯气中混有的HCl气体进入试管中也会和氢氧化钠溶液反应，降低了NaClO的产量和纯度

（3）能　少量水蒸气进入试管中不影响反应

（4）不能　氯气与水的反应是放热反应，反应时温度升高，可能引起副反应，生成NaClO3

探究二、卤素离子的检验

【探究讨论】

Cl－检验时，为什么要加稀硝酸？

中学阶段，所学的不溶于稀硝酸的白色沉淀有哪些物质？

提示　稀硝酸能排除CO

等离子的干扰。

中学阶段，不溶于稀硝酸的白色沉淀有AgCl和BaSO4。

【点拨提升】

卤素离子的检验

（1）溶液中Cl－的检验要排除其他离子的干扰，如CO

、PO

，但它们的银盐沉淀溶于稀硝酸。

①一般先在被测液中加入稀硝酸酸化，以排除干扰离子。

因为：

加入AgNO3溶液，Ag＋＋Cl－===AgCl（白色），

AgCl沉淀是不溶于稀硝酸的，若在Na2CO3溶液中加入AgNO3溶液也会产生白色的Ag2CO3沉淀，此沉淀可溶于稀硝酸。

2Ag＋＋CO

===Ag2CO3↓，Ag2CO3＋2HNO3===2AgNO3＋H2O＋CO2↑。

PO

也能与Ag＋发生反应生成Ag3PO4黄色沉淀，此沉淀也可溶于稀硝酸。

②若被检液中有SO

存在，由于SO

可以与Ag＋生成白色微溶物Ag2SO4且不溶于稀硝酸，则在检验Cl－之前，需先用Ba（NO3）2溶液除去SO

，再加入硝酸酸化的AgNO3溶液检验Cl－的存在。

（2）F－、Br－、I－的检验

①F－加入浓硫酸，产生能腐蚀玻璃的气体。

②Br－：

a．加入AgNO3，产生不溶于稀硝酸的浅黄色沉淀；

b．加入氯水和CCl4，振荡、静置，下层液体呈橙红色。

③I－：

a．加入AgNO3产生不溶于稀硝酸的黄色沉淀；

b．加入氯水或溴水和CCl4，振荡、静置，下层呈紫红色；

c．加入氯水或溴水及淀粉溶液，溶液变蓝色。

【典题例证2】　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

【学以致用2】　下列叙述正确的是（　　）

A．如果加CCl4呈现紫色，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

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．下图所示是验证氯气性质的微型实验，a、b、c、d、e是浸有相关溶液的滤纸。

向KMnO4晶体滴加一滴浓盐酸后，立即用另一培养皿扣在上面。

已知：

2KMnO4＋16HCl（浓）===2KCl＋5Cl2↑＋2MnCl2＋8H2O选项正确的是（　　）

选项

实验现象

解释或结论

A

a处变蓝，b处变红棕色

氧化性：

Cl2＞Br2＞I2

B

c处先变红，后褪色

氯气与水反应生成了酸性物质

C

d处立即褪色

氯气与水反应生成了漂白性物质

D

e处变红色

还原性：

Fe2＋＞Cl－

解析　a处变蓝，b处变红棕色只能说明氧化性：

Cl2＞Br2，Cl2＞I2，A项错误；c处先变红，说明氯气与水反应生成了酸性物质，c处后褪色，是由于次氯酸具有漂白性，B项错误；d处立即褪色，说明氯气与水反应生成了酸性物质将氢氧化钠中和掉，C项错误；e处变红色是因为Fe2＋被氧化为Fe3＋，Fe3＋与SCN－反应生成红色溶液，由此可见还原性是Fe2＋＞Cl－，D项正确。

答案　D

4．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

课时作业

基础巩固

1．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

2．能证明某溶液中含有NaCl的是（　　）

A．焰色反应是黄色

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．焰色反应是黄色，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＋，则焰色反应为黄色；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

3．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

4．实验室制Cl2的反应为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，转移电子的物质的量为2mol

C．每消耗1molMnO2，起还原剂作用的HCl消耗4mol

D．生成的Cl2中，除含有一些水蒸气外，还含有HCl杂质

解析　分析反应4HCl（浓）＋MnO2

MnCl2＋Cl2↑＋2H2O可知：

A.还原剂是HCl，氧化剂是MnO2，故A正确；B.每生成1molCl2，转移电子的物质的量为2mol，故B正确。

C.当1molMnO2参加反应，起还原剂作用的HCl消耗2mol，故C错误。

D.因浓盐酸易挥发，所以生成的Cl2中，除含有一些水蒸气外，还含有HCl杂质，故D正确。

答案　C

5．用下列两种方法制取氯气：

①用含氯化氢146克的浓盐酸与足量的二氧化锰反应；②用87克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n（HCl）＝

＝4mol，不能完全反应，产生的n（Cl2）＜1mol，②中n（MnO2）＝

＝1mol，能完全反应，制得n（Cl2）＝1mol。

故产生Cl2②＞①。

答案　A

6．有Na2CO3、AgNO3、BaCl2、HCl和NH4NO3五瓶无标签溶液，为鉴别它们取四支试管，每支试管分别装入上述一种溶液，再向上述试管中加入少许剩下的一种溶液，下列叙述中错误的是（　　）

A．若有三支试管出现沉淀时，则后加入的是AgNO3溶液

B．全部没有明显现象时，则后加入的是NH4NO3

C．一支试管出现气泡，两支试管出现沉淀时，则后加入的是HCl溶液

D．若只有两支试管出现沉淀时，则后加入的是BaCl2溶液

解析　A正确，因为AgNO3溶液与Na2CO3、BaCl2、HCl均有白色沉淀，和NH4NO3溶液不反应；B正确，NH4NO3和上述溶液均不反应；C错误，盐酸加入后，一种（Na2CO3）溶液出现气泡，AgNO3溶液出现沉淀，其他没有现象；D正确，加入BaCl2溶液，则Na2CO3、AgNO3两种溶液产生沉淀。

答案　C

7．某同学用下图所示装置制备并检验Cl2的性质。

下列说法正确的是（　　）

A．Ⅰ图中：

如果MnO2过量，浓盐酸就可全部消耗

B．Ⅱ图中：

充分光照后，量筒中剩余气体约10mL（条件相同）

C．Ⅲ图中：

生成蓝色的烟，若在集气瓶中加入少量水，溶液呈绿色

D．Ⅳ图中：

干燥的有色布条不褪色，湿润的有色布条能褪色，说明Cl2有漂白性

解析　A项错误，盐酸变稀到一定程度就不再反应；B项正确，发生反应：

2HClO

2HCl＋O2↑；C项错误，生成棕色烟，加水后溶液呈蓝绿色；D项错误，Cl2无漂白性，是Cl2与水反应生成的次氯酸具有漂白性。

答案　B

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____________________