高中化学人教版必修1学案第四章 第二节 第二课时 氯气的制法 氯离子的检验.docx
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高中化学人教版必修1学案第四章第二节第二课时氯气的制法氯离子的检验
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+2H2O
2NaOH+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+4HCl
MnCl2+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+4HCl
MnCl2+Cl2↑+2H2O中,4molHCl参加反应,其中被氧化的HCl为2mol,标准状况下2.24L氯气的物质的量为0.1mol,则理论上被氧化的HCl的物质的量是0.2mol。
答案:
(1)MnO2+4HCl
MnCl2+Cl2↑+2H2O
(2)饱和食盐水 浓硫酸
(3)溶液颜色由无色变为蓝色
(4)Cl2+2OH-===Cl-+ClO-+H2O
(5)0.2
1.下列关于实验室用MnO2制取Cl2的叙述不正确的是( )
A.MnO2与浓盐酸共热
B.缓慢加热反应
C.用向下排空气法收集Cl2
D.多余氯气常用较浓的碱液吸收
解析:
选C 由于浓盐酸易挥发,故必须缓慢加热以减少HCl的挥发;Cl2的密度比空气的密度大,故应用向上排空气法收集Cl2;Cl2极易与碱反应:
Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O,故应用较浓的碱液吸收多余的Cl2。
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:
选D 证明某溶液中含有NaCl,既要证明Na+的存在,又要证明Cl-的存在,证明Na+通过焰色反应为黄色,证明Cl-的存在是加入HNO3酸化的AgNO3溶液产生白色沉淀;A、C项叙述不完整,B项叙述是错误的,实验室中的任何化学试剂均不能用嘴尝。
3.某化学小组用如图所示装置制取氯气。
下列说法不正确的是( )
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不正确
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碘化钾试纸可以证明是否有Cl2逸出
解析:
选B 装置中未用酒精灯加热,应该用分液漏斗,没有尾气吸收装置,共3处明显错误。
4.下列离子方程式错误的是( )
A.实验室制Cl2:
MnO2+4H++2Cl-
Mn2++Cl2↑+2H2O
B.在NaCl溶液中滴入AgNO3溶液:
Ag++Cl-===AgCl↓
C.Cl2溶于水:
Cl2+H2O===2H++Cl-+ClO-
D.用NaOH溶液吸收Cl2:
Cl2+2OH-===Cl-+ClO-+H2O
解析:
选C HClO为弱酸,在离子方程式中用化学式来表示,故Cl2与水反应的离子方程式为Cl2+H2O===H++Cl-+HClO。
5.氯仿(CHCl3)可用作麻醉剂,常因保存不慎而被空气氧化产生剧毒物质COCl2(光气)和氯化氢,为防止事故发生,使用前要检验氯仿是否变质,应选用的检验试剂是( )
A.水 B.AgNO3溶液
C.NaOH溶液D.KI溶液
解析:
选B 氯仿氧化后生成COCl2(光气)和HCl,因此,用AgNO3溶液检验HCl中Cl-的存在即可判断氯仿是否变质。
6.下列关于实验室制取Cl2的说法正确的是( )
A.将混有HCl杂质的Cl2通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶除去杂质
B.实验室制取Cl2,浓盐酸起到酸性和氧化剂作用
C.实验室用如图装置除去Cl2中的少量HCl
D.实验室制备Cl2,可用排饱和食盐水集气法收集
解析:
选D Cl2通入饱和NaHCO3溶液反应生成CO2,引入新的杂质,并且消耗Cl2,A项不正确;实验室制取Cl2,浓盐酸起到酸性和还原剂的作用,B项不正确;用饱和食盐水除去Cl2中的HCl气体时,导气管应长进短出,C项不正确;实验室用排饱和食盐水法收集Cl2是因为Cl2难溶于饱和食盐水,而能溶于水,D项正确。
7.实验室制氯气时有如下操作,操作顺序正确的是( )
①连接好装置,检查气密性;②缓缓加热;③在烧瓶中加入少量的MnO2,向分液漏斗中加入浓盐酸;④通过分液漏斗慢慢向烧瓶中注入浓盐酸;⑤将多余氯气用浓NaOH溶液吸收;⑥当有连续气泡出现时,开始用向上排空气法收集氯气。
A.①②③④⑤⑥B.③④②①⑥⑤
C.①④③②⑥⑤D.①③④②⑥⑤
解析:
选D 实验室制取氯气的实验步骤为:
先连接好装置,检查装置的气密性,加试剂(先固体后液体),缓缓加热,收集气体,尾气处理。
8.实验室制备氯气的化学方程式是MnO2+4HCl(浓)
MnCl2+2H2O+Cl2↑。
下列关于实验室制氯气的说法中错误的是( )
A.还原剂是HCl,氧化剂是MnO2
B.每生成1molCl2,转移电子2mol
C.每消耗1molMnO2,起还原作用的HCl为4mol
D.生成的氯气中含有水蒸气和HCl
解析:
选C 在MnO2+4HCl(浓)
MnCl2+Cl2↑+2H2O中,MnO2是氧化剂,HCl是还原剂,每生成1molCl2转移2mol电子,但在参加反应的4molHCl中,只有2mol被氧化,即起还原作用的HCl为2mol;由于反应加热,因此生成的氯气中含有水蒸气和HCl气体。
9.某溶液中可能含有K+、Na+、CO
、Cl-中的一种或几种,为鉴别其中所含离子,现进行如下实验:
序号
实验操作及现象
步骤①
取原溶液,进行焰色反应,显黄色,透过蓝色钴玻璃观察无紫色
步骤②
取原溶液,向溶液中加入盐酸,有气体产生
请回答下列问题:
(1)原溶液中一定存在的离子是________(填离子符号,下同),一定不存在的离子是________,可能存在的离子是________。
(2)为进一步确定原溶液中可能存在的离子是否存在,应进行的实验操作及判断依据是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析:
由步骤①确定原溶液中含有Na+不含有K+,由步骤②确定原溶液中含有CO
。
但不能判断原溶液中是否含有Cl-,需要用AgNO3和稀HNO3检验Cl-的存在。
答案:
(1)Na+、CO
K+ Cl-
(2)取原溶液,向溶液中加入AgNO3溶液,有白色沉淀生成,再加入足量稀HNO3,若白色沉淀不消失,则原溶液中存在Cl-,若白色沉淀消失,则原溶液中不存在Cl-
10.实验室里用如图所示仪器和药品来制取纯净的无水氯化铜(Cu+Cl2
CuCl2)。
图中A、B、C、D、E、F表示玻璃管接口,接口的弯曲和伸长等部分未画出。
根据要求填写下列各小题空白。
(1)如果所制气体从左向右流向时,上述各仪器装置的正确连接顺序是(填各装置的序号)( )接( )接( )接( )接( )接( ),其中②与④装置相连时,玻璃管接口(用装置中字母表示)应是________接________。
(2)装置②的作用是_______________________________________________________;
装置④的作用是__________________________________________________________。
(3)实验开始时,应首先检验装置的________,实验结束时,应先熄灭________处的酒精灯。
(4)在装置⑤的烧瓶中,发生反应的化学方程式为________________________________
________________________________________________________________________。
解析:
制取纯净的无水CuCl2,应由Cu和纯净的Cl2加热制得,欲制得纯净的氯气需③和⑤组合制得Cl2,再经④洗去Cl2中的氯化氢,经过②除去水蒸气,最后排出的尾气用碱液吸收以防止多余的Cl2污染环境。
答案:
(1)③ ⑤ ④ ② ① ⑥ C B
(2)除去Cl2中的水蒸气 除去Cl2中的HCl气体
(3)气密性 ①
(4)MnO2+4HCl(浓)
MnCl2+Cl2↑+2H2O
1.检验氯化氢气体中是否混有Cl2,可采用的方法是( )
A.用干燥的蓝色石蕊试纸
B.用干燥有色布条
C.将气体通入硝酸银溶液
D.用湿润的淀粉KI试纸
解析:
选D HClO具有漂白性,在干燥环境下,Cl2不能转变为HClO,因而无漂白性,不能与HCl气体区分。
气体通入AgNO3溶液会产生白色沉淀,因为Cl2与H2O反应也产生Cl-。
因此,用湿润的淀粉KI试纸检验Cl2的存在。
2.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中,澄清石灰水变浑浊,由此判断未知液中含有( )
A.Cl-、SO
B.Cl-、NO
C.Cl-、CO
D.Cl-、OH-
解析:
选C 能使澄清石灰水变浑浊的无色无味气体应是CO2,又因为加入稀HNO3后沉淀部分溶解,故原溶液中除含有CO
外,还有Cl-。
3.下列变化不能直接实现的是( )
①(HCl)→②(Cl2)→③[Ca(ClO)2]→④(HClO)→⑤(CO2)
A.①→②B.②→③
C.③→④D.④→⑤
解析:
选D HCl
Cl2
Ca(ClO)2
HClO。
以上转化均能一步直接实现,但由HClO转化成CO2不能直接实现。
4.已知KMnO4与浓盐酸在常温下反应生成Cl2。
若用如图所示的实验装置来制备纯净、干燥的Cl2,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( )
A.①和②处B.②处
C.②和③处D.②③④处
解析:
选D ②中的NaOH溶液与Cl2反应,Cl2被吸收;③中的内部左边的导气管过短,右边的导气管过长,这样Cl2不能通过该瓶;④中试管中只有进气管没有出气管,Cl2不能进入试管,且缺少加热装置酒精灯。
5.根据氯气的物理性质,有人设计了如图所示的装置收集氯气,下列说法中正确的是( )
A.排空气法收集氯气:
A进气,B出气
B.排空气法收集氯气:
B进气,A出气
C.排饱和食盐水法收集氯气:
A进气,B出液
D.排氢氧化钠溶液法收集氯气:
B进气,A出液
解析:
选A 氯气的密度比空气大,排空气法收集氯气时,A项正确,B项错误;氯气在饱和食盐水中的溶解度较小,用排饱和食盐水的方法收集氯气时,应B进气,A出液,C项错误;氯气易与NaOH溶液反应,因此不能用排氢氧化钠溶液法收集氯气,D项错误。
6.现有盐酸、氯化钠、氢氧化钠和氯水四种溶液,可用来区别它们的一种试剂是( )
A.AgNO3B.酚酞溶液
C.紫色石蕊溶液D.饱和食盐水
解析:
选C 因盐酸、NaCl、氯水中均含有Cl-,故不能用AgNO3溶液区别;盐酸能使紫色的石蕊溶液变红;NaOH溶液能使紫色石蕊溶液变蓝;氯水能使石蕊溶液先变红后褪色,NaCl溶液与石蕊溶液无明显变化,故可选用。
7.含2molHCl的浓盐酸和足量的二氧化锰共热制氯气,生成的氯气在标准状况下的体积为( )
A.11.2LB.22.4L
C.小于11.2LD.大于11.2L
解析:
选C
MnO2+4HCl(浓)
MnCl2+Cl2↑+2H2O
4mol 22.4L
2mol 11.2L
如果HCl完全参加反应,则生成的气体在标准状况下的体积为11.2L,但该反应中的盐酸为浓盐酸,随盐酸的浓度变小,反应不能进行,由此可知2molHCl不可能全部参加反应,则生成的气体体积在标准状况下应小于11.2L。
8.下列装置应用于实验室制氯气并回收氯化锰的实验,能达到实验目的的是( )
A.用装置甲制取氯气
B.用装
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