第2课时氯气的实验室制法和氯离子的检验经典导学案.docx
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第2课时氯气的实验室制法和氯离子的检验经典导学案
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↑。
[微自测]
1.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
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。
[微自测]
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
探究一 氯气的实验室制法
从实验原理推理实验试剂和条件的选择
[探究素材]
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.MnO2与浓HCl反应特点
实验室制备Cl2注意必须用浓盐酸,MnO2与稀盐酸不反应。
(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。
[探究题目]
1.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
[探究素材]
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。
(2)F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
[探究素材]
1.实验室制备Cl2注意事项
(1)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。
(2)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。
(3)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)。
[探究题目]
3.如图是制取氯化铁粉末所需的装置,已知氯化铁粉末容易吸水生成结晶化合物:
FeCl3+6H2O===FeCl3·6H2O。
请回答下列问题。
(1)按照气体流向从左到右的顺序连接仪器(填仪器接口):
①接________,________接________,________接________。
(2)烧瓶A中发生的反应中,氧化剂是________(填物质名称),B中发生反应的化学方程式为_________________________________。
(3)D的作用是_______________________________;
E的作用是______________________________。
(4)应先点燃________(填“A”或“B”)处的酒精灯,理由是
________________________________________。
(5)这套实验装置是否完整?
________(填“是”或“否”)。
若不完整,还须补充________(若第一空填“是”,则此空不需要作答)装置。
解析 仪器的连接顺序为①→⑦,⑥→④,⑤→②。
其中E装置用于除去Cl2中的HCl,D装置用于干燥Cl2;加热时,先点燃A处的酒精灯制取Cl2,用Cl2排净装置内的空气,防止Fe被空气中的O2氧化,为防止污染,最后必须处理掉多余的Cl2。
答案
(1)⑦ ⑥ ④ ⑤ ②
(2)二氧化锰 3Cl2+2Fe
2FeCl3
(3)吸收氯气中的水蒸气 吸收氯气中的氯化氢气体
(4)A 使产生的Cl2排尽装置内的空气,防止铁被空气中的氧气氧化
(5)否 尾气吸收
探究二 卤素离子的检验
[探究素材]
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。
[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。
(已知自来水常用Cl2消毒)
(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
[探究素材]
F-、Br-、I-的检验
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]
5.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,说明甲溶液中不含有I-,而含有Br-,因而生成了Br2;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.在甲、乙、丙、丁4只集气瓶中分别装有Cl2、H2、HCl、HBr中的一种气体,纯净的丁瓶中的气体点燃能够在甲中安静燃烧,甲、乙两瓶混合后,瓶壁上可见暗红色小液滴,则乙瓶中的气体是( )
A.HBrB.HCl
C.H2D.Cl2
解析 由四种气体的性质可知,纯净的丁瓶中的气体点燃能够在甲中安静燃烧,则甲、丁瓶中所装的气体可能为Cl2、H2,又甲、乙两瓶混合后,瓶壁上可见暗红色小液滴,即发生的反应为Cl2+2HBr===Br2+2HCl,则可推出甲瓶中的气体为Cl2,即丁瓶中的气体为H2,乙瓶中的气体为HBr。
答案 A
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,也可能是因为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.下列物质与其用途相符的是( )
①Cl2——作消毒剂 ②AgBr——制胶卷、感光纸 ③AgI——用于人工降雨 ④加碘食盐——预防甲状腺肿大 ⑤淀粉——检验I2的存在 ⑥NaClO——漂白纺织物
A.仅②③④⑤⑥B.仅①②③④⑤
C.仅②③④⑤D.全部
解析 氯气与水反应生成的次氯酸具有强氧化性,所以氯气可作消毒剂;AgBr具有感光性,所以可以制胶卷、感光纸;AgI可用于人工降雨;人体缺碘易引发甲状腺肿大,在食盐中加碘,可预防甲状腺肿大;淀粉遇碘单质变蓝,所以淀粉可检验碘单质的存在;次氯酸钠与空气中的二氧化碳和水反应生成具有强氧化性的次氯酸,所以可以用来漂白纺织物。
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.还原剂与氧化剂的物质的量之比是4∶1
B.每生成标准状况下22.4LCl2,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.若有0.4molHCl被氧化,反应中转移的电子数为0.4×6.02×1023个
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,但价态变化的HCl与MnO2的物质的量之比是2∶1,故A错误;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正确。
D.反应中Cl元素化合价由-1价升高为0价,0.4molHCl被氧化,反应中转移的电子数为0.4mol×6.02×1023mol-1=0.4×6.02×1023,故D正确。
答案 A
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.某溶液中含有的溶质是FeBr2、FeI2,若向该溶液中通入一定量的氯气,再向反应后的溶液中滴加少量的KSCN溶液,结果溶液变红色,则下列叙述正确的是( )
①原溶液中的Br-一定被氧化 ②通入氯气后原溶液中一定有Fe2+被氧化 ③不能确定通入氯气后的溶液中是否存在Fe2+ ④若取少量所得溶液,加入CCl4,静置,向上层溶液中加入足量的AgNO3溶液,只产生白色沉淀,则说明原溶液中的Fe2+、Br-均被完全氧化
A.②③④B.①②③
C.①③④D.①②③④
解析 由于还原性:
I->Fe2+>Br-,所以氯气首先氧化的是I-,然后是Fe2+和Br-。
向反应后的溶液中滴加少量KSCN溶液,溶液变为红色,说明溶液中有铁离子生成,所以①不正确,②③正确。
④中现象说明通入氯气后的溶液中含有Cl-,不含I-和Br-,故④正确。
答案 A
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:
Cl2+H2OHCl+HClO,2HClO
2HCl+O2↑,关系为2Cl2~O2,则充分光照后,剩余气体约10mL;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.向含Cl-、Fe2+、Br-、I-各0.1mol(其余为Na+)的溶液中通入标准状况下的Cl2,通入Cl2的体积和溶液中相关离子的物质的量的关系正确的是( )
解析 还原性:
I->Fe2+>Br->Cl-。
A项,当有氯气通入时I-先被消耗,说明n(I-)一开始就下降,A项错误;B项,当有氯气通入时,氯气先与I-反应,当I-反应完全时,Fe2+开始反应,n(Fe2+)下降,B项正确;C项,当通入氯气2.24L后Br-才开始反应,n(Br-)才下降,C项错误;D项,当有氯气通入并开始反应时,n(Cl-)一直增大,D项错误。
答案 B
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________________
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