第10讲 氯气的实验室制法 氯离子的检验-【暑假自学课】2022年高一化学暑假精品课（人教版）

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第10讲 氯气的实验室制法  氯离子的检验【学习目标】1．知道实验室制备氯气的原料，理解其制备原理。2．能根据氯气制备原理及氯气的性质，认识氯气的制备装置、净化干燥装置、收集装置和尾气处理装置。3．了解氯离子的检验原理、所用试剂，能规范书写氯离子的检验方法。 【基础知识】气体制备装置  反应类型固＋固气固＋液气制备气体O2H2  CO2  O2    1774年，舍勒在研究软锰矿(主要成分是MnO2)的过程中，将它与浓盐酸混合加热，产生了一种黄绿色气体。1810年，戴维确认这是一种新元素组成的单质，并命名为Chlorine(中文命名“氯气”)。请你根据氧化还原反应原理，请你写出舍勒制备氯气的化学方程式及离子方程式。自然界氯主要以氯化物存在，盐酸是人们合成的物质。舍勒制备氯气，是将Cl－转化为Cl2：2Cl－－2e－―→Cl2↑，其原理是氧化阴离子，此法可用于实验室制备氯气。一、氯气的实验室制法1．原料含有Cl－的物质(如浓盐酸)和强氧化剂(除MnO2外还可以是KMnO4、KClO3等)2．原理MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O    MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O2KMnO4＋16HCl＝2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O    （1）必须用浓盐酸，MnO2与稀盐酸不反应，故随反应进行浓盐酸变为稀盐酸，反应不再进行。    （2）加热方式——微热，以减少浓盐酸的挥发。    （3）参加反应的HCl中，只有被氧化。氯气的生产方法也曾经历了漫长的发展过程。一直到1836年为止，人们还一直沿贝托雷发明的方法来生产氯气，这种方法是把氯化钠、软锰矿和硫酸的混合物装在铅蒸馏器中，经过加热后便能产生出氯气。请写出制备反应的化学方程式_________________________________________________________。2．装置（1）发生装置依据氯气制备类型：固体＋液体气，发生装置如下：            ①使用分液漏斗一是可防止盐酸挥发，二是可控制反应速率及氯气的量    ②为了在反应过程，使盐酸顺利滴下，可采用以下装置：    （2）收集装置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。    饱和食盐水（3）净化干燥装置由于氯气含有HCl、水蒸气，需除去。用饱和食盐水除去HCl，用浓硫酸除去水蒸气(氯气能与碱反应，所以不能用碱石灰)。（4）尾气处理装置Cl2有毒，易污染空气，常用NaOH溶液吸收多余的Cl2(Cl2＋2OH－＝Cl－＋ClO－＋H2O)。    NaOH溶液  Ca(OH)2溶解度小，不能用澄清石灰水吸收Cl2，否则不能充分吸收多余的Cl2。①常见气体制备流程②氯气制备装置图在3支试管中分别加入2～3 mL稀盐酸、NaCl溶液、Na2CO3溶液，然后各滴入几滴AgNO3溶液，观察现象。再分别加入少量稀硝酸，观察现象。实验试剂实验现象反应原理稀盐酸产生白色沉淀，沉淀不溶解HCl＋AgNO3＝AgCl↓＋HNO3NaCl溶液产生白色沉淀，沉淀不溶解NaCl＋AgNO3＝AgCl↓＋NaNO3Na2CO3溶液产生白色沉淀，后沉淀溶解，产生气泡Na2CO3＋2AgNO3＝Ag2CO3↓＋2NaNO3Ag2CO3＋2HNO3＝CO2↑＋H2O＋2AgNO3实验结论：检验Cl－常用AgNO3溶液，一般先在待检液中滴入适量稀硝酸酸化，排除CO的干扰，然后滴入AgNO3溶液，如产生白色沉淀，则可判断该溶液中含有Cl－。二、氯离子的检验1．原理Cl－＋Ag＋＝AgCl↓  AgCl不溶于稀硝酸2．试剂AgNO3溶液和稀硝酸3．答题模板①检验溶液中的Cl－时需加入稀HNO3。以排除CO32－离子的干扰，以免判断错误。②不能用稀盐酸酸化，否则会引入Cl－。③如果SO和Cl－同时存在，先用过量Ba(NO3)2溶液除去SO，然后再用AgNO3溶液和稀硝酸检验Cl－。1774年，舍勒所发明即用盐酸与软锰矿反应用制取氯气。后来，贝托雷发明把氯化钠、软锰矿和硫酸加热制氯气，1868年，狄肯和洪特又发明了用氧气来氧化氯化氢以制取氯气：4HCl＋O22Cl2＋2H2O。以上生产氯气的方法在氯气生产史上都起过一定的作用，不过与电解法生产氯气相比，无论是从经济效益和生产规模上来说，都要大为逊色。1833年。当时法拉第经过一系列的试验，发现当把电流作用在氯化钠的水溶液，获得氯气和烧碱。目前工业用此方法制备氯气。请根据以上信息结合氧化还原反应原理，写出法拉第制氯气的化学方程式。三、氯气的工业制备1．原理饱和食盐水2．原理2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑(此法叫氯碱工业) 【考点剖析】考点一：氯气的实验室制法例1．（2022年天津市五校联考期中）已知无水FeCl3在空气中易潮解，加热易升华。实验室利用如图所示实验装置制取无水FeCl3。（1）仪器a的名称是___________；装置A发生反应的化学方程式为______________________________。（2）溶液X、Y依次是___________、___________；装置D发生反应的化学方程式为______________________________________。（3）实验结束时，应先熄灭________(填“A”或“D”)处酒精灯；E中冷水的作用是______________________________________。（4）装置F的作用是____________________________________。（5）该实验缺少尾气处理装置，在图中方框内绘制尾气处理装置________________________________，并写出对应的化学方程式_____________________________________________。点二：氯离子的检验例2．（2022年河南省新乡市期中）下列说法正确的是A．向某溶液中加入稀HCl产生能使澄清石灰水变浑浊无色气体，则溶液中一定含有CO32－B．向某溶液中加入BaCl2溶液，产生白色沉淀，则溶液中一定含有SO42－C．向某溶液中依次加入BaCl2溶液、HNO3溶液，有白色沉淀产生，则溶液中一定含有Ag＋D．向某溶液中加入HNO3酸化的AgNO3溶液，有白色沉淀产生，则溶液中一定含有Cl－考点三：氯气的制法及性质综合考查例3．（2022年安徽省池州市贵池区期中）最近池州市市民为了创建文明城市，经常用到含氯消毒剂。其中“84消毒液”有效成分为次氯酸钠，它也是抗疫消毒剂之一，可由氯气和氢氧化钠溶液反应后制得。为制备并探究氯气，某化学兴趣小组设计下列实验装置。请回答：（1）下列分析中不正确的是___________。A．①中缺少加热装置B．②中盛放的饱和NaCl溶液可以除去氯气中的氯化氢气体C．③盛装浓硫酸的装置可以用盛装碱石灰的装置代替D．④中盛装NaOH溶液的烧杯必须要用小漏斗倒扣液面上方，防止倒吸（2）该方法制氯气的化学方程式为_________________________________________。（3）氯气有多种性质：①在盛有氯气集气瓶中放入湿润的淀粉碘化钾(KI)试纸，发现试纸变蓝(已知淀粉遇I2变蓝色)。涉及化学反应的离子方程式为___________________________________，该反应体现氯气具有___________性。②“84消毒液”对棉麻织品有腐蚀作用，对有色物质有褪色作用，禁用于毛、麻丝织品消毒。写出制得“84消毒液”的离子方程式_____________________________________________。③氯气溶于水，得到具有杀菌、漂白作用的氯水。氯水中具有漂白作用的粒子是___________(填化学式)。氯水用强光照射，数字化实验显示溶液的pH减小、氯离子浓度逐渐增大、氧气体积分数增大。请用化学方程式解释：________________________________。（4）实验室还可用高锰酸钾不需要加热快速地制取氯气，反应的化学方程式如下：2KMnO4＋16HCl(浓)＝5Cl2↑＋2MnCl2＋2KCl＋8H2O。①请用双线桥标出该反应电子转移的方向和数目_________________________________________。②该反应中______元素被氧化，_____元素发生还原反应(用元素符号填写)。若生成n个氯气分子，反应中转移_______个电子。 【真题演练】1．（2022年湖北省孝感市期中）下列关于实验室用MnO2制取Cl2的叙述中，不正确的是A．MnO2与浓盐酸共热     B．用向下排空气法收集Cl2C．缓慢加热反应       D．多余氯气常用较浓的碱液吸收2．（2022年江苏省江阴市期末）海水化学资源的开发利用具有非常广阔的前景，从海水中可制取含钠、溴等元素的化工产品。以精盐、氨气、二氧化碳为原料制取的碳酸钠是一种重要的无机化工原料，广泛用于生活洗涤、酸类中和以及食品加工等。开发利用海水化学资源的部分过程如图所示。下列关于实验室制氯气有关装置能达到实验目的的是A．制取Cl2     B．除去Cl2中HClC．收集Cl2      D．处理多余的Cl23．（2022年江苏省无锡市期末）实验室制取氯气时，下列实验能达到相应目的的是A．图甲生成Cl2 B．图乙净化Cl2C．图丙收集Cl2 D．图丁吸收Cl2尾气4．（2022年北京市房山区期中）下图是实验室制备K2FeO4的实验装置图，其中甲为制氯气的装置。（资料：K2FeO4为紫色固体，微溶于KOH，具有强氧化性）下列说法不正确的是A．乙中所用试剂为饱和食盐水B．丙和丁中均会发生反应：Cl2＋2OH－＝Cl－＋ClO－＋H2OC．丙中产生紫色固体，说明碱性条件下，Cl2氧化性强于K2FeO4D．若取反应后丙中紫色溶液，加入稀硫酸产生Cl2，则证明了K2FeO4具有氧化性5．（2022年江苏省南京市六校12月联合调研）氯气及其化合物在生产生活中用途十分广泛。氯碱工业通过电解饱和食盐水制备氯气：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑；实验室用高锰酸钾和浓盐酸反应制取氯气，其反应原理为：2KMnO4＋16HCl(浓)＝2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O。实验室需要制取少量Cl2，下列装置或操作正确的是A．用装置甲生成Cl2 B．用装置乙除去Cl2中的HClC．用装置丙收集Cl2 D．用装置丁吸收Cl2尾气6．（2022年河南省新乡市期中）自来水厂可用氯气对自来水杀菌、消毒，在自来水出厂前，自来水厂的水质检验员利用化学分析仪器等对水中的一些物质(如Cl－)进行检测，并进行数据分析。（1）氯气的命名由来如图所示，在第一次世界大战中，氯气被用来制作毒气弹，使受害者的身体遭受严重损伤。由此可知Cl2为_____________________气体。资料卡片氯气的命名1810年，英国化学家戴维以大量事实为依据，确认黄绿色气体是一种新元素组成的单质，并将这种元素命名为chlorine。这一名称来自希腊文，有“绿色”的意思。中文译名曾为“绿气”，后改为“氯气”。（2）某化学兴趣小组设计实验制备Cl2。①利用KMnO4与浓盐酸制备氯气，则应选择装置_______(填标号)，发生反应的离子方程式为__________________________________________________。②①中制得的Cl2中含有少量的HCl，原因是_______________________，通常用________________(填试剂名称)除去Cl2中的HCl。（3）将上述制得的Cl2通入水中可得到新制氯水，该过程可选用装置_______(填标号)，其中NaOH溶液的作用是_________________________________________。（4）若将氯气通入紫色石蕊溶液中，现象为_________________________________。7．（2022年北京师范大学附属中学期中）实验室用下图装置制备并收集干燥纯净Cl2。（1）装置A中反应的离子方程式是__________________________________________。 （2）装置B的作用是__________________________________________。（3）装置C中盛放的物质是__________________。（4）装置D用于收集Cl2，请将图中装置D的导气管补充完整。_________________________（5）装置E用于吸收尾气，E中反应的离子方程式是______________________________。8．（2022年江苏省无锡市宜兴中学期中）实验室利用下图所示装置制取并收集氯气（1）仪器A的名称为________________。（2）为了尽量减少浓盐酸挥发和多余氯气尽量被氢氧化钠充分吸收(产生氯气不能太快)，可采取的措施有(写两条)：__________________________；________________________________。（3）写出B中反应的化学方程式____________________________________________，假设理论上有73.0 g的HCl被氧化，产生的气体质量为___________g(不考虑损耗)。 【过关检测】1．（2022年北京市房山区期末）瑞典化学家舍勒在研究软锰矿矿石时，把浓盐酸和软锰矿矿石混合加热，意外得到了氯气，MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O。关于该反应的叙述不正确的是A．MnO2是氧化剂 B．氧化剂与还原剂的个数之比为1∶4C．MnO2被HCl还原 D．HCl具有还原性2．（2022年广东省佛山市顺德区乐从中学期中）1774年，舍勒在研究软锰矿(主要成分是MnO2)的过程中，将它与浓盐酸混合加热，产生了一种黄绿色气体。1810年，戴维确认这是一种新元素组成的单质，并命名为chlorine(中文命名―氯气)。实验室制取Cl2时，下列装置能达到相应实验目的的是ABCD制备Cl2净化Cl2收集Cl2尾气处理3．（2022年河南省南阳市期中）某同学用以下装置制备并检验Cl2的性质。下列说法正确的是A．Ⅰ图：若MnO2过量，则浓盐酸可全部消耗完B．Ⅱ图：证明新制氯水具有酸性和漂白性C．Ⅲ图：产生了棕黄色的雾D．Ⅳ图：有色布条均褪色4．（2022年河北省石家庄市第二十八中学期中）某实验小组要进行Cl2的制取并回收MnCl2的实验。下列装置能达到实验目的的是A．用装置甲制取Cl2B．用装置乙除去Cl2中少量HCl气体C．用装置丙蒸干MnCl2溶液制MnCl2·4H2OD．用装置丁分离MnO2和MnCl2溶液5．（2022年福建省宁德市期末）三氯化硼（BC13）可用作有机合成催化剂。已知三氯化硼沸点为12.5℃，熔点为−107.3℃，遇水剧烈反应。某化学兴趣小组利用氯气和单质硼反应制备三氯化硼，实验装置如下图。下列说法正确的是A．装置A中用足量稀盐酸与MnO2固体制备Cl2B．装置B和C中分别装入浓硫酸和饱和食盐水C．装置E中的水槽里装入60℃的热水D．装置F用装有碱石灰的干燥管代替更合理6．（2022年重庆市期中）实验室制备氯气并验证氯气性质的装置如图所示（其中夹持装置已省略）。（1）已知，装置A是氯气的发生装置。加入适量的浓盐酸充分反应有黄绿色气体生成，写出发生反应的离子方程式：______________________________________。（2）装置B中饱和食盐水的作用是______________________。（3）装置C的作用是验证氯气是否具有漂白性，则装置C中Ⅲ处应放入的是____________（填“干燥的有色布条”或“湿润的有色布条”）。装置C中Ⅱ处应放入的试剂是______（填标号）。a．碱石灰（氢氧化钠和氧化钙的混合物）b．无水氯化钙c．浓硫酸（4）装置D中盛放的是NaOH溶液，其作用是________________________________，写出发生反应的化学方程式：__________________________________。有同学认为装置D中可选用澄清石灰水，你认为是否可行并说明理由：__________________________________________。7．（2022年江苏省徐州市12月月考）某校化学兴趣小组为研究Cl2的性质，设计如图所示装置进行实验。装置Ⅲ中a为干燥的红色纸，b为湿润的红色纸。（1）装置Ⅰ中仪器c的名称是_____________，实验室以二氧化锰和浓盐酸制备氯气的化学方程式为_________________________________________________________。（2）装置Ⅱ的作用是_________________。（3）实验过程中装置Ⅳ中的实验现象___________________________________。（4）实验结束后，该组同学在装置Ⅲ中观察到b的红色褪去，但是并未观察到“a无明显变化”这一预期现象。为了达到这一实验目的，你认为还需在装置Ⅱ与Ⅲ之间添加所给_______装置(填序号)。（5）有一种“地康法”制取氯气的反应原理如图所示：①反应Ⅰ的化学方程式为_______________________________________________。②反应Ⅱ属于_____________(填四种基本反应类型之一)。8．（2022年湖北省期中）某化学小组通过下列装置用实验室制法制取、收集纯净的氯气，并研究其性质。请回答下列的问题：（1）装置甲中发生反应的离子方程式为________________________________________。（2）制取收集纯净氯气的装置接口连接顺序a→__________________________________(补充完整)，丙中应装溶液是_____________；浓硫酸的作用是____________________________。（3）某同学认为上述方案中还缺少某个装置，则该装置的作用是_______________________。（4）把产生的气体从左往右通入如下装置，实验进行一段时间后，对此装置中的实验现象进行描述与分析：①请描述通入氯气后甲、乙两处红纸花的颜色变化____________________。②对比甲、乙两处实验现象，可知具有漂白性的物质是_____________(填“Cl2”或“HClO”)。③丙处淀粉KI试纸变为___________(填“蓝色”或“红色”)，其中Cl2和KI发生反应，补充完整下面的化学方程式：Cl2＋2KI＝2KCl＋______。9．（2022年河北省唐山市遵化市期中）某研究性学习小组查阅资料得知，漂白粉与盐酸溶液反应可制取氯气，化学方程式为Ca(ClO)2＋4HCl(浓)CaCl2＋2Cl2↑＋2H2O，他们设计如下装置制取氯气并验证其性质。请回答下列问题：（1）该反应中的氧化剂是___________，氧化产物与还原产物个数之比是________。方程式表示漂白粉在空气中的漂白原理_______________________________________________。（2）该实验中A部分的装置是___________(填字母)。a.b.c.d.（3）装置B中饱和食盐水的作用是______________________________________。（4）装置C中的实验现象是________________________________。（5）实验结束时发现装置E中有色布条并没有褪色，此时取下E装置，加入少量蒸馏水，塞紧塞子振荡，有色布条褪色，写出有色布条褪色的原因是：________________________________________________(用化学方程式和必要的文字说明)。（6）装置F作用是________________________，实验结束后为了检验溶液中含有Cl－，请写出实验方案：_______________________________________________________________________________________。10．（2022年贵州省毕节市第一次联考）在抗击新冠肺炎疫情的战役中，病毒在不断发生变异，现有疫苗对变异病毒的有效性有待进一步的验证，因此民众的防疫意识不能松懈。（1）口罩作为基础防疫物资，可以有效防止飞沫的传播。最新的研究表明新冠病毒可能通过气溶胶传播。气溶胶属于_______(填“胶体”或“溶液”)；常利用_____________________区分溶液和胶体。（2）为有效防止新冠病海的传播，除了戴口罩，还需加强对隔离场所的消毒。常用的消毒剂有双氧水、医用酒精以及含氯消毒剂。其中含氯消毒剂的家族最庞大、应用最广泛。实验室制备Cl2有三种常用方法：a．MnO2＋4HCl(浓)＝MnCl2＋2H2O＋Cl2↑b．2KMnO4＋16HCl(浓)＝2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2Oc．KClO3＋6HCl(浓)＝KCl＋3Cl2↑＋3H2O①常温下，医用酒精、Cl2、KMnO4、MnCl2、浓盐酸中能导电的是_______________，属于混合物的是_______________，属于电解质的是_________________。②写出反应b对应的离子方程式：_____________________________________________________[已知HCl(浓)可拆分为H＋和Cl－]③当三个反应中参与反应的HCl的质量相同时，得到Cl2的质量最多的是_______反应(填“a”、“b”、“c”下同)；当得到等质量的Cl2时，消耗HCl的质量最多的是_______反应。