2024年高中化学新教材同步 必修第一册 第2章　第2节　第2课时　氯气的实验室制法　氯离子的检验

第2课时氯气的实验室制法氯离子的检验[核心素养发展目标]1.通过实验室制氯气的实验操作，培养实验能力与创新意识，构建气体制备思维模型。2.通过氯离子的检验方法，构建离子检验的思维模型和检测方法。一、氯气的实验室制法1．实验原理在实验室中，通常用浓盐酸和二氧化锰在加热条件下反应来制取氯气。化学方程式：MnO2＋4HCl(浓)eq\o(=,\s\up7(△))MnCl2＋Cl2↑＋2H2O，离子方程式：MnO2＋4H＋＋2Cl－eq\o(=,\s\up7(△))Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O，该反应的氧化剂为MnO2，浓盐酸既表现还原性，又表现酸性。思考1(1)MnO2＋4HCl(浓)eq\o(=,\s\up7(△))MnCl2＋Cl2↑＋2H2O。反应中氧化剂和还原剂的个数之比是多少？提示由氧化产物和还原产物的个数可知，氧化剂和还原剂的个数之比是1∶2。(2)含有146gHCl的浓盐酸与足量的MnO2反应，能生成71gCl2吗？提示不能。有两个原因：一是随着反应的进行，盐酸浓度变小，Cl－的还原性减弱，MnO2不能再氧化HCl，此反应不再进行；二是浓盐酸有挥发性。2．仪器装置主要仪器有铁架台、酒精灯、圆底烧瓶、分液漏斗、洗气瓶、集气瓶、烧杯等。Cl2的制备、净化、收集、尾气处理装置如图所示。发生装置固体＋液体eq\o(→,\s\up7(△))气体净化装置(洗气瓶)先通过饱和食盐水除去HCl，再通过浓H2SO4除去水蒸气收集装置用向上排空气法收集验满方法①观察法(黄绿色)；②湿润的淀粉-KI试纸，其原理是Cl2＋2KI=2KCl＋I2，淀粉遇置换出的I2变蓝色；③湿润的蓝色石蕊试纸(先变红后褪色)尾气处理装置盛有NaOH溶液的烧杯，NaOH溶液作用为吸收过量Cl2，防止污染空气思考2(1)实验室也可以用浓盐酸和高锰酸钾制取氯气，其产物除氯气外，还会生成KCl、MnCl2和H2O，试写出其反应的化学方程式并指出反应中氧化剂和还原剂的个数之比为多少？提示2KMnO4＋16HCl(浓)=2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O。氧化剂为KMnO4、还原剂为HCl，两者个数之比为1∶5。(2)氯气有毒，实验中处理尾气可以用氢氧化钠溶液，能否用饱和石灰水代替，为什么？提示不能。即使是饱和石灰水，溶液中Ca(OH)2的含量也很低，不能把多余Cl2完全吸收。方法导引设计气体制备的基本思路1．判断正误(1)实验室制取的Cl2中混有HCl气体，可通过盛有碱石灰的干燥管除去()(2)MnO2与稀盐酸在加热条件下也可制取Cl2()(3)在实验室制取Cl2的试剂中，HCl只做还原剂()(4)实验室可以用排水法收集Cl2()答案(1)×(2)×(3)×(4)×2．在制备氯气时有如下操作，操作顺序正确的是()①连接好装置，检查气密性；②缓缓加热，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将多余的氯气用氢氧化钠溶液吸收；⑥用向上排空气法收集氯气。A．①②③④⑤⑥ B．③④②①⑥⑤C．①④③②⑥⑤ D．①③④②⑥⑤答案D解析加入药品制备气体前需要先检查装置的气密性，只有气密性良好时才能加入试剂制备气体，①应为第一步操作；一般是先加固体后加液体，③在④之前；只有待药品装好后才可加热，②在③④之后。二、氯离子的检验在三支试管中分别加入2～3mL稀盐酸、NaCl溶液、Na2CO3溶液，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：试液2～3mL实验现象离子方程式滴入几滴硝酸银溶液加入少量稀硝酸①稀盐酸有白色沉淀生成沉淀不溶解Cl－＋Ag＋=AgCl↓②NaCl溶液有白色沉淀生成沉淀不溶解Cl－＋Ag＋=AgCl↓③Na2CO3溶液有白色沉淀生成沉淀溶解，有气泡产生COeq\o\al(2－,3)＋2Ag＋=Ag2CO3↓、Ag2CO3＋2H＋=2Ag＋＋CO2↑＋H2O思考通过上述实验探究，总结氯离子的检验方法，并说明加入试剂的目的。提示取少量被检测溶液于试管中，滴加适量稀硝酸，然后滴入AgNO3溶液，若产生白色沉淀，则被检测溶液中含有Cl－，若无白色沉淀则无Cl－。加入AgNO3溶液的目的是检验Cl—，加稀硝酸酸化的目的是排除COeq\o\al(2－,3)等的干扰，因为Ag2CO3可溶于稀硝酸，而AgCl不溶。1．判断正误(1)某溶液中滴加AgNO3溶液后有白色沉淀生成，则该溶液中一定含有Cl－()(2)检验Cl2中是否混有HCl，可通入AgNO3溶液中，若有白色沉淀产生，说明Cl2中混有HCl()(3)检验Na2CO3溶液中是否有NaCl杂质，可先加AgNO3溶液，再加过量的稀盐酸，若沉淀不溶解，则有NaCl杂质()答案(1)×(2)×(3)×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，石灰水变浑浊，由此判断该溶液中含有()A．Cl－、SOeq\o\al(2－,4) B．Cl－、NOeq\o\al(－,3)C．Cl－、COeq\o\al(2－,3) D．Cl－、OH－答案C解析根据题给现象，生成的白色沉淀部分溶于稀硝酸，且产生使澄清石灰水变浑浊的气体，则原溶液中存在COeq\o\al(2－,3)和Cl－。氯离子检验的答题模板取少量被检测溶液于试管中，滴加适量稀硝酸，然后滴入AgNO3溶液，若产生白色沉淀，则被检测溶液中含有Cl－，若无白色沉淀则无Cl－。1．(2022·南京高一质检)下列关于Cl2制取、净化、性质及尾气吸收的实验原理与装置能达到实验目的的是()甲乙丙丁A．用装置甲制取Cl2B．用装置乙除去Cl2中的HClC．用装置丙验证Cl2的氧化性D．用装置丁吸收多余的Cl2答案C解析浓盐酸和二氧化锰制取氯气需要加热，图中缺少加热装置，无法得到氯气，故A错误；通入的气体会将饱和NaCl溶液通过导管排出，所以无法除杂，故B错误；氯气和Na2S反应生成淡黄色沉淀S，可以用Na2S溶液检验氯气的氧化性，故C正确；1体积的水能溶解2体积的氯气，不能用水进行尾气处理，应该用NaOH溶液，故D错误。2．(2022·北京校级月考)欲用如图所示装置制备干燥的氯气，下列相关说法正确的是()A．烧瓶内装入的固体是MnO2B．按气流方向，装置的连接顺序是aedcbgfcbhC．装置乙可干燥氯气，防止装置戊中水蒸气进入集气瓶D．可用干燥的淀粉碘化钾试纸检验氯气答案C解析MnO2与浓盐酸反应需要加热，装置甲没有加热装置，故A错误；收集Cl2的方法应为向上排空气法，装置的连接顺序是aedcbfgcbh，故B错误；装置乙是干燥装置，实验目的是制得干燥的氯气，装置乙要用到两次，既要除去生成Cl2中的水蒸气，又要防止戊中的水蒸气进入，故C正确；检验氯气需要湿润的淀粉碘化钾试纸，故D错误。3．有一包白色固体，它可能含有KCl、K2CO3、KNO3中的一种或几种，现进行如下实验：①溶于水，得无色溶液；②向上述溶液中滴加AgNO3溶液，生成白色沉淀；③再滴加稀硝酸，沉淀减少但不完全消失，同时有气泡生成。根据上述现象判断：(1)白色固体一定含有的成分是________，可能含有的成分是________。(2)写出上述实验中有关反应的离子方程式：_________________________________________。答案(1)KCl和K2CO3KNO3(2)Ag＋＋Cl－=AgCl↓、2Ag＋＋COeq\o\al(2－,3)=Ag2CO3↓、Ag2CO3＋2H＋=2Ag＋＋H2O＋CO2↑解析由②产生白色沉淀知，可能含有K2CO3和KCl中的一种或两种；由③沉淀减少且有气泡生成知，一定含有K2CO3；由沉淀不完全消失可知，一定含有KCl。题组一氯气的实验室制法1．某同学设计了如图所示的装置制备氯气，其中分液漏斗与烧瓶瓶塞之间连接一段橡胶管。下列对其作用的叙述正确的是()A．防止氯气造成大气污染B．使反应的氯气循环使用C．使分液漏斗中的液体更容易流入烧瓶D．使烧瓶内的压强与大气压保持一致答案C解析制备氯气时，分液漏斗中盛放浓盐酸，烧瓶中盛放二氧化锰，若烧瓶内压强大时液体不易流下，若分液漏斗与烧瓶瓶塞之间连接一段橡胶管，其作用为使烧瓶内的压强与分液漏斗中保持一致，便于液体顺利流下，故C正确。2．下列实验装置能达到实验目的的是()A．图①用于氯气的制取B．图②用于证明氯气具有漂白性C．图③用于吸收多余的氯气D．图④用于除去氯气中的氯化氢气体答案D解析二氧化锰和浓盐酸反应须加热，A错误；氯气本身无漂白性，氯气与水反应生成的次氯酸有漂白性，B错误；Ca(OH)2溶解度小，不能保证氯气被完全吸收，C错误；HCl气体极易溶于水且Cl2在饱和食盐水中溶解度较小，D正确。3．舍勒发现氯气是在1774年，当时他正在研究软锰矿(二氧化锰)，当他使软锰矿与浓盐酸混合并加热时，产生了一种黄绿色的气体，这种气体的强烈的刺激性气味使舍勒感到极为难受。后来，人们又通过氯碱工业制备氯气，它是一种重要的化工原料。对于反应MnO2＋4HCl(浓)eq\o(=,\s\up7(△))MnCl2＋Cl2↑＋2H2O，下列说法正确的是()A．可用向下排空气法收集Cl2B．H2O是还原产物C．二氧化锰和浓盐酸在常温下也可以反应D．HCl是还原剂答案D4．实验室制备氯气的装置如下，以下装置中最多有几处错误()A．4B．5C．7D．9答案C解析该图存在的错误有①实验室制氯气选用MnO2与浓盐酸反应；②应选用分液漏斗；③给圆底烧瓶加热时要垫陶土网；④该反应需要加热；⑤除杂时先除去HCl再用浓硫酸干燥，顺序反了；⑥因为氯气的密度大于空气，所以收集氯气时要长管进短管出；⑦氯气有毒，需要加尾气处理装置；综合以上分析，该装置中有7处错误，故选C。题组二氯气的实验室制法与性质综合应用5．实验室也可以用KMnO4和浓盐酸反应制取Cl2，反应的化学方程式为2KMnO4＋16HCl(浓)=2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O。现用如图所示装置制取纯净的无水CuCl2(部分仪器和夹持装置已略去)。下列说法正确的是()A．装置C中试剂是饱和食盐水，目的是除去HCl气体B．实验过程中，硬质玻璃管中产生大量蓝色的烟C．将装置A中的KMnO4直接换为MnO2，也可完成该实验D．实验时，应先打开A中分液漏斗的活塞，再加热装置D答案D解析装置A用KMnO4和浓盐酸反应制取Cl2，制得的Cl2中会混有挥发出的HCl和水蒸气，装置B中的试剂是饱和食盐水用来除去HCl，装置C中试剂是浓硫酸，目的是干燥氯气，保证进入装置D的是纯净的Cl2，进而制得CuCl2，最后的装置E盛装的试剂是NaOH，用来吸收多余的Cl2。根据分析，装置C中试剂是浓硫酸，目的是干燥氯气，A错误；铜在氯气中燃烧，产生棕黄色的烟，B错误；MnO2与浓盐酸常温下不反应，C错误；应先打开装置A中分液漏斗的活塞，当产生的氯气充满整套装置时，再点燃装置D处酒精灯，D正确。6．(2023·南昌调研)如图为某同学用高锰酸钾和浓盐酸制备氯气，验证氯气性质的实验装置。下列相关说法错误的是()A．脱脂棉中的无水氯化钙可以用碱石灰代替B．该实验装置可证明干燥的氯气没有漂白作用C．湿润蓝色石蕊试纸先变红，但也不能说明生成了酸性物质D．淀粉碘化钾试纸先变蓝后褪色，说明氯气将I2氧化答案A解析无水氯化钙的作用是干燥氯气，碱石灰会与氯气反应，因此脱脂棉中的无水氯化钙不能用碱石灰代替，故A错误；从左边出来的干燥氯气，先与干燥品红试纸接触，品红试纸不褪色，说明干燥的氯气没有漂白作用，故B正确；由于HCl易挥发，挥发的HCl可使湿润蓝色石蕊试纸先变红，故不能说明生成了酸性物质，故C正确；淀粉碘化钾试纸先变蓝后褪色，先变蓝，是碘离子被氯气氧化为单质碘，淀粉遇单质碘变蓝，后褪色，说明氯水将I2氧化，故D正确。题组三氯离子的检验7．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．增大沉淀的生成量答案B解析AgCl沉淀不溶于稀硝酸，但碳酸银、硫酸银、氢氧化银等溶于稀硝酸，故检验Cl－时要用到AgNO3溶液和稀HNO3，其中加入稀HNO3的目的是排除杂质离子的干扰，故B正确。8．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．硝酸银溶液答案D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。9．历史上曾有化学家用以下方法制取氯气，反应原理如图所示。下列推断不正确的是()A．反应Ⅰ属于复分解反应B．反应Ⅱ的化学方程式为2CuCl2＋O2=2Cl2＋2CuOC．CuCl2是整个过程的催化剂D．该方法制取氯气的主要原料是盐酸和氧气答案C解析反应Ⅰ中CuO与HCl反应，生成氯化铜和水，为复分解反应，故A正确；反应Ⅱ中氧气与氯化铜反应，化学方程式为2CuCl2＋O2=2Cl2＋2CuO，故B正确；由图知，CuO为催化剂，故C错误；由Ⅰ、Ⅱ可知，总反应为HCl与氧气反应生成氯气和水，则该方法制取氯气的主要原料是盐酸和氧气，故D正确。10．Cl2和H2O2是高中阶段最常见的两种氧化剂，经查阅资料，Cl2氧化能力略强于H2O2，为了验证Cl2能否将H2O2氧化，某学生设计了如图所示的实验装置进行实验(C中是30%双氧水，酒精灯和夹持装置略去)。将浓盐酸注入圆底烧瓶A(其中黑色粉末是二氧化锰)，反应一段时间后关闭止水夹，试管D中的现象为液面下降，长颈漏斗中液面上升，试管D中的气体为无色，经检验气体能使带火星的木条复燃。除反应H2O2＋Cl2=2HCl＋O2可能发生外，对试管D中气体来源的判断最不可能的是()A．D中的气体为B中HClO分解产生的氧气B．D中的气体为C中H2O2和HClO分解产生的氧气C．D中的气体为D中NaClO分解产生的氧气D．D中的气体是C中生成的氧气和少量没有排净的空气答案C解析氯气在饱和食盐水中的溶解度比较小，溶解的少量氯气与水反应生成HClO，HClO易分解生成氧气，故D中的气体可能为B中HClO分解产生的氧气，故A不符合；装置C中，氯气与水反应生成HClO，HClO易分解生成氧气，D中的气体可能为C中H2O2和HClO分解产生的氧气，故B不符合；装置D中氯气与氢氧化钠反应生成NaClO，NaClO不易分解，D中的气体不可能为D中NaClO分解产生的氧气，故C符合。11．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NH4NO3C．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，其余两支试管无明显现象时，则后加入的是BaCl2溶液答案C解析A正确，因为AgNO3溶液与Na2CO3、BaCl2、HCl反应均有白色沉淀生成，和NH4NO3溶液不反应；B正确，NH4NO3和上述溶液均不反应；C错误，加入HCl溶液后，一种(Na2CO3)溶液出现气泡，一种(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。12．如图所示，某小组同学拟用如图仪器，在实验室中制备干燥、纯净的氯气。请完成下列空白。(1)上述仪器正确连接后应进行的操作是___________________________________。(2)实验室制备氯气反应的化学方程式是________________________________。(3)饱和食盐水的作用是__________________，浓硫酸的作用是__________________。(4)为防止污染空气，实验时如图烧杯所盛溶液化学式为__________________，发生反应的离子方程式是________________________________________________。(5)下列说法正确的是________(填字母)。A．钠、铁和铜都能和氯气反应，生成金属氯化物B．液氯是氯气的水溶液，它能使干燥的有色布条褪色C．氢气在氯气中燃烧，发出苍白色火焰D．氯水中含有次氯酸，氯水具有杀菌、漂白作用答案(1)检查装置气密性(2)MnO2＋4HCl(浓)eq\o(=,\s\up7(△))MnCl2＋Cl2↑＋2H2O(3)除去氯气中的HCl干燥氯气(4)NaOH2OH－＋Cl2=Cl－＋ClO－＋H2O(5)ACD解析(2)实验室用二氧化锰和浓盐酸制备氯气，反应的化学方程式是MnO2＋4HCl(浓)eq\o(=,\s\up7(△))MnCl2＋Cl2↑＋2H2O。(5)钠、铁和铜都能和氯气反应，生成氯化钠、氯化铁、氯化铜，故A正确；液氯是氯气单质，它不能使干燥的有色布条褪色，故B错误；氢气在氯气中燃烧，发出苍白色火焰，生成HCl，故C正确。13．(2022·河南新乡高一月考)Ⅰ.氯气是一种重要的化工原料，氯气及其化合物在自来水的消毒、农药的生产、药物的合成等领域都有着重要的应用。(1)Ca(ClO)2中Cl的化合价为________________，Ca(ClO)2具有较强的____________(填“氧化”或“还原”)性，是常用的漂白粉的有效成分。(2)黄色气体ClO2可用于污水杀菌和饮用水净化。①KClO3与SO2在强酸性溶液中反应可制得ClO2，SO2被氧化为SOeq\o\al(2－,4)，该反应的离子方程式为________________________________________________________________________。②NaClO可将酸性废水中的Fe2＋氧化为Fe3＋，本身被还原为NaCl，该反应过程中氧化剂与还原剂的个数之比为____________________。Ⅱ.某学生设计如图所示的实验装置，利用氯气与潮湿的消石灰反应制取少量漂白粉(该反应放出热量)，回答下列问题(消石灰为氢氧化钙)：(3)在A装置中用固体二氧化锰与浓盐酸在加热条件下反应制取氯气，写出该反应的离子方程式：________________________________________________________________________。(4)C装置的作用是____________________