高中化学 第四章 非金属及其化合物 第二节 富集在海水中的元素氯第2课时氯气的制法 氯离子的检验学.docx

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高中化学第四章非金属及其化合物第二节富集在海水中的元素氯第2课时氯气的制法氯离子的检验学

第二课时

氯气的制法　氯离子的检验

[课标要求]

1．了解实验室制取Cl2的原理和实验装置。

2．掌握Cl－的检验方法。

1.实验室制备Cl2的反应原理：

MnO2＋4HCl（浓）MnCl2＋Cl2↑＋2H2O。

2．氯气制备的流程：

⇨⇨⇨

3．Cl－的检验：

先在被检液中加稀HNO3酸化，再加AgNO3溶液，如产生白色沉淀，则可判断溶液中含有Cl－。

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＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。

[特别提醒]　实验室制取Cl2用的是浓盐酸而不是稀盐酸，因为MnO2与稀盐酸不反应。

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。

氯气的实验室制法

1．试剂的选择

选取试剂的主要依据是制取气体的性质。

氯气具有强氧化性，常用氧化其Cl－的方法来制取，因此要选用含有Cl－的物质（如盐酸）和具有强氧化性的物质（如MnO2、KMnO4等）来制取。

如

MnO2＋4HCl（浓）MnCl2＋Cl2↑＋2H2O

2KMnO4＋16HCl===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O

2．发生装置

选取发生装置的依据是制取气体所用试剂的状态和反应条件（加热与否）。

以此分析可知，实验室制取氯气是加热固体与液体的混合物，所以应选用固液加热制气发生装置。

如图所示：

3．收集方法

选用收集方法的主要依据是气体的密度和水溶性。

因为氯气能溶于水，密度比空气的大，所以收集氯气时，不能用排水法，应该用向上排空气法。

Cl2在饱和食盐水中的溶解度较小，也可用排饱和食盐水法收集Cl2。

4．干燥剂的选择

选择气体干燥剂的主要依据是被干燥气体不能与干燥剂反应。

如氯气能与碱反应，所以不能用碱石灰进行干燥，常用浓硫酸、五氧化二磷等进行干燥。

5．吸收装置

氯气有毒，实验室制取氯气时应在密闭系统或通风橱中进行，通常在收集装置的后面连接盛有NaOH溶液的吸收装置。

6．验满

常用湿润的淀粉碘化钾试纸或湿润的蓝色石蕊试纸检验Cl2。

方法是将湿润的淀粉碘化钾试纸靠近集气瓶瓶口，试纸变蓝，或将湿润的蓝色石蕊试纸靠近集气瓶瓶口，试纸先变红后褪色，则可证明Cl2已收集满。

1．某实验室的尾气中含有较多的氯气，有毒，要吸收这些尾气，下列试剂最适合的是（　　）

A．饱和的石灰水　　　B．饱和的食盐水

C．自来水D．烧碱溶液

解析：

选D　虽然氯气能与饱和石灰水反应，但相同条件下，氢氧化钠的溶解度大于氢氧化钙的溶解度，吸收效果烧碱溶液更好，A项错误、D项正确；饱和食盐水中氯离子浓度达到最大，抑制氯气的溶解，则吸收效果最不好，B项错误；自来水中含有氯离子，将抑制氯气的溶解，且氯气的溶解度较小，用水吸收效果不好，C项错误。

2．实验室中常用MnO2氧化浓盐酸的方法制取氯气，实验装置如下图所示：

（1）圆底烧瓶中发生反应的离子方程式是___________________________________

________________________________________________________________________。

（2）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____________________________________________________________________。

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

________________________________________________________________________。

（4）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：

由题所给盐酸中HCl的物质的量是0.24mol，但由于盐酸受热易挥发，且随着反应的不断进行，盐酸的浓度越来越小，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。

答案：

（1）MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O

（2）①加热使HCl大量挥发　②盐酸浓度变小后不再发生反应

（3）将浓盐酸慢慢滴下；加热用小火

（4）NaOH溶液　Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O；H＋＋OH－===H2O

氯离子检验的实验探究

在四支试管中分别加入2～3mL稀盐酸、NaCl溶液、Na2CO3溶液、自来水，然后各滴入几滴AgNO3溶液，再分别加入少量稀硝酸，观察现象，填写下表。

2～3mL试样

现象

解释或离子方程式

AgNO3溶液

稀硝酸

稀盐酸

白色沉淀

不溶解

Ag＋＋Cl－===AgCl↓

NaCl溶液

白色沉淀

不溶解

Ag＋＋Cl－===AgCl↓

Na2CO3

溶液

白色沉淀

溶解并产生气泡

2Ag＋＋CO===Ag2CO3↓

Ag2CO3＋2H＋===2Ag＋＋H2O＋CO2↑

自来水

浑浊

浑浊

自来水中含有少量Cl－，Ag＋＋Cl－===AgCl↓

[特别提醒]　中学阶段不溶于HNO3白色沉淀有AgCl和BaSO4。

1．检验Cl－时，为什么要加入稀硝酸？

提示：

用稀HNO3可以排除CO造成的干扰，因为Ag2CO3能溶于稀硝酸。

2．检验Cl－时，能否用稀盐酸进行酸化？

提示：

不能，因为盐酸中含有Cl－，其影响Cl－的检验。

检验Cl－的方法

1．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

解析：

选B　加入稀硝酸的目的主要是为了排除CO的干扰，因为Ag＋与CO会发生反应生成白色沉淀，发生的反应为2Ag＋＋CO===Ag2CO3↓。

2．为了证明氯酸钾晶体中含有氯元素，选用下面给出的试剂和操作进行验证。

其操作顺序正确的是（　　）

①滴加AgNO3溶液　②加水溶解　③过滤，取滤液　④与二氧化锰混合加热　⑤加稀HNO3　⑥与浓盐酸反应　⑦与NaOH溶液混合加热　⑧用淀粉KI试纸

A．⑥⑦①⑤B．⑥⑧

C．④②③①⑤D．②①⑤

解析：

选C　氯酸钾晶体中无Cl－，要证明氯酸钾晶体中含有氯元素，必须使之产生

Cl－。

故可通过与MnO2混合加热使之分解产生KCl，然后再通过检验Cl－的存在，证明其含有氯元素。

由于MnO2不溶于水，故可通过加水溶解过滤的方法分离出MnO2，然后向滤液中加入AgNO3溶液和稀HNO3进行验证。

[三级训练·节节过关]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

1．欲除去Cl2中少量的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：

选B　HCl极易溶于水，而Cl2在饱和食盐水中溶解度很小，利用饱和食盐水可除去Cl2中少量的HCl气体。

2．检验某未知溶液中是否含有氯离子（Cl－），正确的操作是（　　）

A．向未知溶液中加入AgNO3溶液，有白色沉淀产生

B．向未知溶液中加入AgNO3溶液，有白色沉淀产生，加入盐酸，沉淀不消失

C．向未知溶液中加入稀硝酸酸化后，再加入AgNO3溶液，有白色沉淀产生

D．向未知溶液中加入稀盐酸酸化后，再加入AgNO3溶液，有白色沉淀产生

解析：

选C　A项操作不正确，它不能排除CO的干扰；B项操作不正确，因为Ag2CO3跟HCl反应时，生成的AgCl仍是白色沉淀；C项操作正确；D项用盐酸酸化加入了Cl－，不能确定原溶液中是否有Cl－。

3．下图所示仪器可用于实验室制备少量无水FeCl3，仪器连接顺序正确的是（　　）

A．a—b—c—d—e—f—g—h

B．a—e—d—c—b—h—i—g

C．a—d—e—c—b—h—i—g

D．a—c—b—d—e—h—i—f

解析：

选B　按制气→除HCl→除H2O→制备FeCl3→吸收Cl2顺序连接。

4．实验室用下列两种方法制氯气：

①用含HCl146g的浓盐酸与足量的MnO2反应；②用87gMnO2与足量的浓盐酸反应。

所得的氯气（　　）

A．①比②多B．②比①多

C．一样多D．无法比较

解析：

选B　146gHCl的物质的量为4mol,87gMnO2的物质的量为1mol，根据化学方程式：

MnO2＋4HCl（浓）MnCl2＋Cl2↑＋2H2O可知，1molMnO2可以与4molHCl反应，但是随反应进行浓盐酸变为稀盐酸，而稀盐酸与MnO2不反应，也就是说1molMnO2与足量浓盐酸反应生成的Cl2多。

5．实验室常用二氧化锰和浓盐酸反应制备氯气，用下图装置可制备纯净、干燥的氯气，并验证其部分性质。

试回答下列问题：

（1）A中发生反应的化学方程式是_____________________________________________。

（2）C、D中所用试剂分别是：

C________；D________。

（3）B中出现的现象是______________________________________________________。

（4）请用离子方程式表示F中NaOH溶液的作用__________________________________

________________________________________________________________________。

（5）若想制得标准状况下2.24L氯气，理论上被氧化的HCl的物质的量是________mol。

解析：

（1）实验室用MnO2与浓盐酸反应制取氯气，反应的化学方程式为MnO2＋4HClMnCl2＋Cl2↑＋2H2O。

（2）盐酸具有挥发性，制得的氯气中混有HCl和水蒸气两种杂质，氯气在饱和食盐水中的溶解度较小，浓硫酸可以干燥氯气，所以C、D中所用试剂分别是饱和食盐水、浓硫酸。

（3）B中出现的现象是溶液颜色由无色变为蓝色。

（4）Cl2有毒，需进行尾气处理，氯气与NaOH溶液的反应是Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O。

（5）在反应MnO2＋4HClMnCl2＋Cl2↑＋2H2O中，4molHCl参加反应，其中