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____________________
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