学年人鲁科版必修2 第2章第3节 化学反应的利用第1课时 学案.docx
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学年人鲁科版必修2第2章第3节化学反应的利用第1课时学案
第1课时利用化学反应制备物质
一、氯气的实验室制法
1.工业制法
化学方程式:
2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑。
离子方程式:
2Cl-+2H2O
2OH-+H2↑+Cl2↑。
反应中氧化剂是H2O,还原剂是Cl-。
2.实验室制法
(1)反应原理
化学方程式:
MnO2+4HCl(浓)
MnCl2+Cl2↑+2H2O。
离子方程式:
MnO2+2Cl-+4H+
Mn2++Cl2↑+2H2O。
反应中氧化剂是MnO2,还原剂是Cl-。
(2)实验装置
①制气装置类型:
固体+液体
气体。
仪器名称:
a分液漏斗。
②气体净化:
装置B的作用是吸收HCl气体,装置C中的试剂是浓硫酸,其作用是干燥氯气。
③尾气吸收:
装置E中盛放的试剂是NaOH溶液,其作用是吸收多余的氯气,防止污染空气,反应的化学方程式是2NaOH+Cl2===NaCl+NaClO+H2O。
(3)实验步骤
1.实验室制备氯气反应原理(强氧化剂+浓盐酸)
(1)实验室是利用氧化还原反应制备Cl2。
MnO2为氧化剂,HCl部分表现酸性,部分表现还原性,为还原剂。
①随着反应的进行,盐酸浓度逐渐变小,当变为稀盐酸时,反应停止。
②反应中有大量HCl挥发也是造成HCl不能完全参与反应的重要原因。
(2)实验室制备Cl2的其他方法
若实验室无MnO2,可以用强氧化剂KMnO4、KClO3、K2Cr2O7代替MnO2制Cl2。
16HCl(浓)+2KMnO4===2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O
6HCl(浓)+KClO3===KCl+3Cl2↑+3H2O
2.氯气净化(先除HCl,后除水蒸气)
3.实验室制取氯气注意事项
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,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。
例1 (2017·南宁高一检测)关于实验室用MnO2和浓盐酸反应制取Cl2的反应,下列说法中错误的是( )
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2mol
D.足量MnO2与含0.4molHCl的浓盐酸共热可得到0.1molCl2
考点 氯气的实验室制法
题点 实验室制取氯气的反应原理
答案 D
解析 实验室用MnO2和浓盐酸反应制取Cl2:
MnO2+4HCl(浓)
MnCl2+Cl2↑+2H2O,MnO2为氧化剂、HCl为还原剂,Cl由-1价→0价,故每生成1molCl2转移2mol电子。
每消耗1molMnO2,参加反应的HCl为4mol,其中起还原作用的HCl为2mol。
由于随着反应的进行,盐酸浓度变小,变为稀盐酸时,反应停止,故0.4molHCl不能完全反应,放出Cl2小于0.1mol。
思维启迪——浓盐酸和MnO2制取氯气反应原理的理解
(1)必须加热,常温下MnO2与浓盐酸不反应;
(2)必须用浓盐酸,MnO2与稀盐酸不反应;
(3)随着反应的进行,盐酸浓度变小,当变为稀盐酸时,反应就会停止;
(4)浓盐酸在此反应中表现出酸性和还原性,表现还原性和表现酸性的HCl的物质的量之比为1∶1;
(5)此反应中氧化剂MnO2和还原剂HCl的物质的量之比为1∶2,而不是1∶4。
例2 (2017·蚌埠高一检测)实验室制取氯气时有如下操作,其中正确的顺序是( )
①连接装置并检查气密性 ②缓缓加热 ③在圆底烧瓶中加入MnO2粉末 ④从装有浓盐酸的分液漏斗中加入浓盐酸 ⑤将多余氯气用NaOH溶液吸收 ⑥用向上排空气法收集氯气
A.①②③④⑤⑥B.③④②①⑥⑤
C.①④③②⑥⑤D.①③④②⑥⑤
答案 D
解析 实验室制取氯气进行实验操作时,先连接装置并检查装置的气密性,再加药品,且先加固体再加液体,为减少HCl的挥发要缓慢加热,利用氯气的密度比空气密度大的性质用向上排空气法收集氯气,氯气有毒,最后用碱液吸收多余氯气以防止污染空气。
规律方法——实验室制取Cl2的实验操作
(1)先连接装置,后检查气密性;
(2)先检查气密性,后加药品;
(3)先加固体,后加液体;
(4)先排出空气,后收集氯气;
(5)实验结束后,先停止反应并排出残留的Cl2,再拆卸装置,避免污染空气。
例3 实验室用下列仪器和药品制取干燥纯净的氯气。
(1)按气流从左到右,装置正确的连接为a→______,_______→______,_______→_______,______→_______(填各接口字母)。
(2)装置E的作用是________________,装置D的作用是________________。
(3)装置A和D中反应的化学方程式:
A________________________________________________________________________;
D________________________________________________________________________。
(4)某校化学兴趣小组称取8.7g二氧化锰与足量10mol·L-1的浓盐酸反应,理论上可制得氯气的体积(标准状况)V1=________L。
若该小组量取了10mol·L-1的浓盐酸40mL,与足量的二氧化锰反应,理论上产生氯气的体积为V2(标准状况),则V1________(填“>”“<”或“=”)V2,原因是______________________________________________________________。
答案
(1)f h b c e d g
(2)除掉氯气中混有的HCl 吸收多余的氯气
(3)MnO2+4HCl(浓)
MnCl2+Cl2↑+2H2O
Cl2+2NaOH===NaClO+NaCl+H2O
(4)2.24 > 随着反应的进行,盐酸浓度减小,稀盐酸不与MnO2反应,反应不再进行
解析
(1)仪器的连接应按照制备、净化、收集、尾气吸收的顺序。
(2)E的作用是除氯化氢杂质,装置D只有一段导气管,是尾气吸收装置,内装氢氧化钠溶液。
(4)8.7g二氧化锰物质的量为0.1mol,MnO2与盐酸完全反应可产生0.1mol氯气,体积为2.24L;10mol·L-1的浓盐酸40mL,其中氯化氢的物质的量为0.4mol,若0.4mol氯化氢与足量MnO2完全反应也可产生0.1mol氯气,但浓盐酸在反应过程中会逐渐变稀,其中的0.4mol氯化氢不能完全反应,产生的氯气少于0.1mol,所以V1>V2。
思维启迪
实验室制取气体的一套完整的装置应当由四部分组成:
―→
―→
―→
二、常见气体的实验室制法
实验室制取O2、H2、CO2、NH3、Cl2、SO2六种气体,从图Ⅰ中选取它们的发生装置,从图Ⅱ中选取它们的收集装置。
实验室制备气体
药品
制气装置
收集装置
O2
KMnO4或KClO3、MnO2
a
①④⑤
H2O2、MnO2
c
H2
Zn粒、稀硫酸
bc
①②
CO2
CaCO3、稀盐酸
bc
④⑤
Cl2
MnO2、浓盐酸
d
①④⑤
NH3
Ca(OH)2、NH4Cl
a
③
浓氨水、氢氧化钠(氧化钙、碱石灰)
c
SO2
Na2SO3、浓H2SO4
c
④⑤
(1)气体的发生装置选择:
根据反应物状态(固体或液体)及反应条件(是否加热)。
常见气体发生装置有固—固加热、固—液加热、固—液不加热三种。
(2)收集气体装置选择:
根据气体的性质(溶解性及与空气的相对密度和化学性质)。
(3)净化装置选择:
所选除杂试剂能与杂质反应,但不与主要成分气体反应。
(4)尾气处理装置选择:
①点燃法:
如CO、H2、CH4等易燃性气体可用此法。
②吸收法:
如Cl2、HCl、SO2、NO、H2S等可用氢氧化钠溶液吸收;NH3可用水或稀硫酸吸收。
③转化法:
采用一定的方法,使有毒气体转化成无毒气体即可排放。
如CO能转化为CO2排放。
例4
(1)如图所示是气体制取装置,下列能用此装置制取气体并能“随开随用、随关随停”的是________(填字母,下同)。
A.大理石和稀硫酸制取二氧化碳
B.锌粒和稀硫酸制氢气
C.浓盐酸和二氧化锰制取氯气
D.二氧化锰和双氧水制氧气
(2)为了净化和收集由盐酸和大理石制得的CO2气体,从下图中选择合适的装置并连接。
合理的是________。
A.a—a′→d—d′→eB.b—b′→d—d′→g
C.c—c′→d—d′→gD.d—d′→c—c′→f
答案
(1)B
(2)C
解析
(1)该装置适用于块状固体与液体不加热反应制取气体。
大理石和稀硫酸反应生成硫酸钙微溶物,附着在大理石的表面阻止反应的继续进行,A项错误;浓盐酸与二氧化锰反应需要加热,且MnO2为粉末状固体,C项错误;二氧化锰为粉末状固体,不易与H2O2分离,D项错误;只有B中锌粒与稀硫酸的反应符合。
(2)由盐酸和大理石制得的CO2气体中会含有杂质H2O(g)和HCl,分别用浓硫酸和饱和碳酸氢钠溶液除去,应先让气体通过饱和NaHCO3溶液除去HCl,再通过浓硫酸干燥。
CO2的相对分子质量为44,比空气的大,收集CO2时应用向上排空气法。
C项正确。
例5 实验室中某些气体的制取、收集及尾气处理装置如下图所示(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
答案 B
解析 该装置为固液反应不加热制取气体,用向上排空气法收集气体,采用防倒吸的方法进行尾气处理。
A项,氨气不能使用向上排空气法,错误;B项,正确;C项,铜与稀硝酸反应生成NO,在c中无法收集到纯净的NO2且不能用水吸收尾气,错误;D项,制取氯气需要加热,错误。
气体实验装置的设计
(1)装置顺序:
制气装置→净化装置→反应或收集装置→尾气吸收装置。
(2)安装顺序:
由下向上,由左向右。
(3)操作顺序:
装配仪器→检验气密性→加入药品。
1.下列关于实验室制取Cl2的说法正确的是( )
A.实验室中可用MnO2与1mol·L-1盐酸反应制Cl2
B.每生成1molCl2,转移2mol电子
C.每消耗1molMnO2,起还原作用的HCl消耗4mol
D.用烧瓶、铁架台、分液漏斗、导管可用于MnO2和浓盐酸反应制备Cl2
答案 B
解析 A项,实验室用MnO2和浓盐酸反应制取Cl2,1mol·L-1盐酸为稀盐酸,错误;B项,反应前后氯由-1价变为0价,每生成1molCl2,转移电子2mol,正确;C项,反应MnO2+4HCl(浓)
MnCl2+Cl2↑+2H2O,每消耗1molMnO2,参加反应的HCl为4mol,其中起还原作用的HCl为2mol,错误;D项,缺少酒精灯,错误。
2.下列物质可用来干燥Cl2的是( )
①碱石灰 ②浓硫酸 ③无水CaCl2 ④P2O5
A.①②B.①③④
C.②③④D.①②③④
答案 C
解析 碱石灰主要成分是氧化钙和氢氧化钠,属于碱性干燥剂,不能用碱石灰干燥氯气等与碱反应的气体,可以干燥中性气体和氨气;浓H2SO4不能用于干燥氨气及H2S、HBr、HI等还原性气体,可用于干燥氯气等酸性气体和中性气体;P2O5不能干燥氨气,可以用来干燥酸性气体和中性气体;无水CaCl2可以用来干燥除氨气之外的常见气体。
3.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、浓盐酸
B.制H2:
稀硫酸、Zn
C.制O2:
MnO2、H2O2
D.制CO2:
稀硫酸、CaCO3
答案 D
解析 碳酸钙与稀硫酸反应生成的硫酸钙微溶于水,覆盖在碳酸钙的表面使反应难以继续进行,因此,实验室应该选用稀盐酸与碳酸钙反应制取二氧化碳。
4.在氯气的制备实验中,有位同学设计了如图所示的制备装置,其中分液漏斗与烧瓶瓶塞之间连接一段橡胶管和玻璃管。
下列对其作用的叙述中正确的是( )
A.防止氯气造成大气污染
B.使反应的氯气循环使用
C.使烧瓶内的压强与大气压保持一致
D.使分液漏斗中的液体更容易流入烧瓶
答案 D
5.下列制备和收集气体的实验装置合理的是( )
答案 D
解析 A项,用氯化铵和氢氧化钙制NH3,盛放固体反应物的大试管的管口应该略向下倾斜,防止试管炸裂;B项,用MnO2和浓盐酸制Cl2需要加热且集气瓶中导管应长进短出;C项,应该用向下排空气法或排水法收集H2。
6.在实验室中用MnO2和浓盐酸反应制备纯净干燥的氯气。
(1)写出反应的化学方程式:
_____________________________________________。
(2)下图所示是一个学生设计的实验装置图。
这个装置图有哪些错误?
请分别指出:
①________________________________________________________________________;
②________________________________________________________________________;
③________________________________________________________________________;
④________________________________________________________________________;
⑤________________________________________________________________________。
(有几处填几处)
(3)在改正的装置中,①洗气瓶中的饱和食盐水的作用:
________________________________________________________________________;
②洗气瓶中浓H2SO4的作用:
__________________________________________________;
③烧杯中的NaOH溶液的作用:
_________________________________________________。
答案
(1)MnO2+4HCl(浓)
MnCl2+Cl2↑+2H2O
(2)①烧瓶下面缺石棉网 ②铁圈下面缺酒精灯 ③盛浓硫酸的洗气瓶和盛饱和食盐水的洗气瓶位置颠倒了 ④两个洗气瓶中的气体流向应该是长导管进,短导管出
(3)①吸收挥发出的氯化氢气体 ②吸收水蒸气 ③吸收多余的氯气
解析 此类题解应从以下角度分析:
反应制气、除杂、干燥、收集、尾气吸收等基本过程;各过程所需试剂、反应条件、装置连接去判断。
该反应需要加热,缺少酒精灯和石棉网,用MnO2和浓盐酸共热制得的氯气中,有挥发出来的HCl气体和水蒸气,应先用饱和食盐水除去HCl气体,再用浓硫酸除水蒸气,图中除杂顺序颠倒,两个洗气瓶的进、出气导管出错。
7.已知:
2KMnO4+16HCl(浓)===2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O,所以在实验室可用高锰酸钾固体和浓盐酸制氯气,实验装置如下图所示。
(1)请为该实验选择合适的发生装置______(填“A”或“B”)。
(2)要得到纯净、干燥的氯气,在发生装置和集气瓶之间还需要放置如下图中的________(填字母)。
(3)烧杯中所盛液体为________________,其作用是________________________________。
答案
(1)B
(2)D (3)NaOH溶液 吸收多余的氯气
解析
(1)由题知,该反应制取气体的类型为固体+液体→气体;反应不需加热,故应选择B装置。
(2)氯气中可能混有HCl、H2O(g),HCl用饱和NaCl溶液除去,H2O(g)用浓硫酸除去,要得到纯净、干燥的氯气,应先除去HCl,再除去H2O(g)。
(3)烧杯中所盛液体为NaOH溶液,其作用是吸收多余的氯气。
[对点训练]
题组一 氯气的实验室制法
1.二氧化锰与浓盐酸作用制氯气的反应中,作为还原剂的HCl和参加反应的HCl物质的量之比是( )
A.1∶1B.2∶1
C.1∶2D.任意比
答案 C
解析 反应:
MnO2+4HCl(浓)
MnCl2+Cl2↑+2H2O中,4molHCl参加反应,只有2mol做还原剂被氧化为氯气。
2.某化学小组用如图所示装置制取氯气。
下列说法中错误的是( )
A.该装置图中至少存在三处明显错误
B.该实验中收集氯气的方法错误
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KI试纸可以证明是否有氯气逸出
答案 B
解析 该反应应该用酒精灯加热,应该用分液漏斗而不是长颈漏斗,氯气有毒,应该进行尾气处理,故A项正确;由于氯气的密度比空气的密度大,所以用向上排空气法收集,故B项错误;湿润的淀粉KI试纸可以证明是否有氯气逸出,若有则变蓝,反之不变色,故D项正确。
3.下列说法正确的是( )
A.MnO2与浓盐酸反应制Cl2的离子方程式:
MnO2+4HCl
Mn2++2Cl-+Cl2↑+2H2O
B.工业上通过电解氯化钠溶液制备金属钠和氯气
C.生石灰能与水反应,可用来干燥氯气
D.实验室制备Cl2可用排饱和食盐水集气法收集
答案 D
4.化学实验有助于理解化学知识,形成化学观念,提高探究与创新能力,提升科学素养。
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( )
答案 C
解析 Cl2是有刺激性气味、密度比空气大、有毒的黄绿色气体,在制备和收集Cl2时必须有尾气吸收装置。
A没有排气管不能用于收集气体;B用于收集密度比空气小的气体;C用于收集密度比空气大的气体,且有尾气吸收装置;D吸收氯气不能收集。
题组二 常见气体的实验室制取
5.按下述实验方法制备气体,合理又实用的是( )
A.锌粒与稀硝酸反应制备H2
B.加热分解NH4Cl固体制NH3
C.亚硫酸钠与浓硫酸反应制备SO2
D.大理石与稀硫酸反应制备CO2
答案 C
解析 锌与稀硝酸反应产生NO,不产生H2;NH4Cl分解产生NH3和HCl的混合气体,很快又化合为NH4Cl,不易分离;Na2SO3与浓硫酸反应生成Na2SO4、H2O和SO2;大理石与稀硫酸反应生成微溶的CaSO4,会覆盖在大理石表面,使反应难以继续进行。
6.下列装置或操作能达到实验目的的是( )
答案 C
解析 A项,由于氨气的密度小于空气的密度,用向下排空气法收集是正确的,但集气瓶瓶口不能密封(塞橡皮塞),可塞一团疏松的棉花,目的是防止气体对流,以收集到较纯的氨气;B项,洗气时气体应长进短出;C项,通过观察长颈漏斗中液面是否下降,可以检查装置的气密性;D项,收集密度比空气重的二氧化碳气体用向上排空气法,应该为长管进气,短管排出空气。
7.下列制备气体的实验设计中错误的是( )
选项
A
B
C
D
药品
NH4Cl与Ca(OH)2
石灰石和稀盐酸
稀硝酸和铜片
KMnO4与浓盐酸
装置
答案 C
解析 A装置适合固体和固体混合加热制取气体,可制取NH3,用碱石灰干燥,正确;B装置适合块状固体和液体反应不加热制取气体,可用于制取CO2,正确;C装置适合固体和液体加热制取气体,可用于制取NO,但NO极易被空气中的氧气氧化为NO2,只能用排水法收集,错误;D装置适合固体和液体不加热制取气体,KMnO4氧化性很强,与浓盐酸反应不需要加热,正确。
8.拟用下图所示装置制取下表中的四种气体(图中夹持仪器均已略去,a、b、c表示相应仪器中加入的试剂),不能达到实验目的的是( )
选项
气体
a
b
c
A
O2
H2O2
MnO2
浓硫酸
B
CO2
稀盐酸
碳酸钙
饱和NaHCO3溶液
C
NO
稀HNO3
铜屑
H2O
D
SO2
浓硫酸
Na2SO3
浓硫酸
答案 C
解析 过氧化氢在二氧化锰的催化下生成氧气,经浓硫酸干燥后收集,A项正确;稀盐酸和碳酸钙反应生成二氧化碳,后用饱和碳酸氢钠溶液除杂,B项正确;铜和稀硝酸反应生成NO,应该用排水法收集,导管应该短进长出,C项错误;浓硫酸和亚硫酸钠反应制备二氧化硫,再用浓硫酸干燥可得纯净的二氧化硫,D项正确。
9.如图是用于干燥、收集并吸收多余气体的装置,下列方案正确的是( )
选项
X
收集气体
Y
A
碱石灰
氯化氢
水
B
碱石灰
氨气
水
C
氯化钙
二氧化硫
氢氧化钠
D
氯化钙
一氧化氮
氢氧化钠
答案 C
解析 A项,氯化氢是酸性气体,不能用碱石灰干燥,不正确;B项,氨气密度小于空气,应该是短导管进,长导管出,不正确;C项,二氧化硫是酸性气体,能用氯化钙干燥,且二氧化硫的密度大于空气,用向上排空气法收集,正确;D项,一氧化氮极易被空气中的氧气氧化生成二氧化氮,不能用排空气法收集,不正确。
10.用下列试剂与装置制备气体,能随用随制、随关随停的是( )
选项
试剂与制备的气体
反应装置
A
碳酸钠固体与稀硫酸制CO2
B
二氧化锰与过氧化氢溶液制O2
C
浓硝酸与铜片反应制NO2
D
锌粒与稀硫酸制H2
答案 D
解析 碳酸钠固体与稀硫酸反应制CO2时,碳酸钠溶于水使反应无法随时停止,A项不符合题意;二氧化锰是粉末,无法被阻隔在有孔塑料隔板上,反应不能随时停止,B选项不符合题意;浓硝酸具有挥发性,不能使用长颈漏斗,应该用分液漏斗盛放与滴加,C选项不符合题意;锌粒与稀硫酸用该装置制备H2时,若关闭导管活塞,试管内压强增大,可把稀硫酸压回长颈漏斗,稀硫酸与锌粒脱离使反应停止,D项符合题意。
题组三 氯气制备综合
11.已知KMnO4与浓盐酸在常温下反应能产生Cl2。
若用如图所示的实验装置来制备纯净、干燥的氯气,并试验它与金属的反应。
每个虚线框表示一个单元装置,其中有错误的是(不考虑①单元的夹持装置)( )
A.只有①和②处B.只有②处
C.只有②和③处D.②③④处
答案 D
解析 本题考查氯气的制备、净化、干燥、尾气吸收及金属氯化物的制备的综合实验。
由图示可知,①是Cl2发生装置,②③是除杂、干燥装置,④是氯化物制备装置。
在②中,NaOH不仅能与HCl反应,也可与Cl2反应,应将NaOH溶液换成饱和食盐水;③中导气管应长进短出;④不能是密闭的,应有一个允许气体逸出的导管,并且加装尾气处理装置。
12.
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