2023-2024学年人教版2019高中化学必修1 第二章 第二节 第3课时　氯气的实验室制法（学案+课时对点练 word版含解析）

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第3课时　氯气的实验室制法
[核心素养发展目标]　1.掌握氯气的制备原理及装置。2.能结合实验室制取Cl2的装置特点设计制备其他气体的实验装置，培养科学探究与创新意识，提升实验能力。
一、氯气的实验室制法
1．反应原理
(1)在实验室中，通常用浓盐酸与二氧化锰反应来制取氯气，反应的化学方程式：MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O，离子方程式：MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O。
(2)该反应的氧化剂是MnO2，浓盐酸既表现还原性，又表现酸性。
2．制备装置

(1)气体发生装置类型：固＋液气。
(2)发生装置所用主要仪器：分液漏斗、圆底烧瓶、酒精灯。
(3)除杂装置：装置C的作用是除去Cl2中少量的HCl气体；装置D的作用是干燥氯气(或除去氯气中的水蒸气)。
3．收集方法
(1)向上排空气法(氯气的密度大于空气的)。
(2)排饱和食盐水法(氯气在饱和氯化钠溶液中的溶解度很小，用此法可除去实验中挥发产生的氯化氢气体)。
4．验满方法(三种方法)
(1)观察到E中充满黄绿色气体，则证明已集满。
(2)将湿润的淀粉碘化钾试纸靠近盛氯气的瓶口，观察到试纸立即变蓝，则证明已集满。
(3)将湿润的蓝色石蕊试纸靠近盛氯气的瓶口，观察到试纸立即发生先变红后褪色的变化，则证明已集满。
5．尾气处理
烧杯F中盛放的液体是NaOH溶液，该液体的作用是吸收过量的氯气，防止污染环境。

(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)Cl2尾气可用饱和的澄清石灰水吸收处理(　　)
(5)实验室可以用排水法收集Cl2(　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×

1．制取Cl2的原理是利用强氧化剂氧化浓盐酸中的Cl－生成Cl2。
(1)在反应MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O中，氧化剂是        ，还原剂是        ，氧化剂和还原剂个数之比为        。每生成1个Cl2，转移        个电子，HCl除了表现还原性还表现出      性。
(2)KMnO4是一种强氧化剂，常温下即可与浓盐酸反应生成Cl2，请写出化学方程式，做还原剂的HCl占参与反应的多少？                                            。
答案　(1)MnO2　HCl　1∶2　2　酸
(2)2KMnO4＋16HCl(浓)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O，做还原剂的HCl占参与反应的
2．含有146 g HCl的浓盐酸与足量的MnO2反应，能生成71 g Cl2吗？
提示　不能。有两个原因：一是浓盐酸有挥发性；二是随着反应的进行，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。
3．实验室制氯气时，需要加热，加热温度是否越高越好？
提示　不是。温度越高，HCl挥发的就越多，产率越低。

(1)稀盐酸与MnO2不反应，制取氯气时必须选用浓盐酸；加热温度不宜过高，以减少氯化氢的挥发。
(2)制取的氯气有毒，且在加热时容易逸出，所以应选用分液漏斗，而不用长颈漏斗。
(3)尾气处理时，不能用澄清石灰水吸收氯气，因为澄清石灰水中的Ca(OH)2含量少，吸收不完全。
(4)实验结束后，先使反应停止并排出装置中残留的氯气，再拆卸装置，避免污染空气。


二、实验室制取气体的基本思路
1．设计气体制取装置的基本思路

2．气体制取装置的连接顺序

3．各种装置的选择
(1)实验室制取气体的发生装置的选择
①选择依据
反应原理、反应物的状态、反应条件等。
②装置的基本类型

a．固体＋固体气体。
b．固体＋液体―→气体。
c．固体＋液体气体。
(2)实验室制取气体的净化装置的选择
①净化原则
不减少被净化气体的量；不引入新杂质；操作简便，易于分离。
②净化装置

装置Ⅰ(洗气瓶)：盛液体除杂试剂，气流方向是长管进，短管出。
装置Ⅱ(干燥管)：盛固体除杂试剂，气流方向是粗口进，细口出。
(3)实验室制取气体的收集装置的选择
①选择依据
根据气体的密度、水溶性及是否与水或空气中的成分发生反应来确定气体的收集方法。
②方法选择
a．排水法：适用于难溶于水且不与水反应的气体，如O2、H2等。

b．向上排空气法：气体不与空气中的成分反应，且密度比空气大，如O2、CO2、Cl2等。

c．向下排空气法：气体不与空气中的成分反应，且密度比空气小，如H2、CH4等。

(4)实验室制取气体的尾气处理装置的选择
①吸收法

a可用于NaOH溶液吸收Cl2、CO2(气体溶解或反应速率不快，不易引起倒吸)。b、c可用于收集极易溶且溶解速率很快的气体，如HCl等。
②燃烧法
可用于处理难以吸收且可燃的气体，如H2、CO等。如图，但点燃前必须对气体进行验纯。
③收集法
将气体用气球收集，然后处理，如图。

(1)装配仪器时应先上后下，先左后右(　　)
(2)检验装置的气密性应在加入药品之前(　　)
(3)下图所示装置在化学实验中应用广泛，被称为“万能瓶”。对该装置的下列用途进行正误判断。

①气体由A进B出时可以作为洗气瓶，除去气体中的杂质(　　)
②气体由B进A出时可用作防倒吸装置(　　)
③气体由A通入时可用排水法收集O2、CO等气体(　　)
④气体由B通入时可用于排气法收集H2、CH4等密度比空气小的气体(　　)
(4)用如图所示装置制取少量纯净的CO2气体(　　)

答案　(1)×　(2)√　(3)①√　②√　③×　④√　(4)×

1．下列能达到实验目的的是(　　)

A．①除去杂质气体CO2
B．②收集并吸收多余的Cl2
C．③干燥Cl2
D．④吸收HCl制盐酸
答案　C
解析　A项，导气管应该“长进短出”；B项，Cl2的密度比空气大，Cl2会直接进入NaOH溶液，收集不到气体；D项，HCl易溶于水，会发生倒吸。
2．氯气是一种重要的化工原料。实验室可用二氧化锰和浓盐酸反应制取氯气，某学习小组利用此原理设计如图所示的装置制取氯气。

(1)在该实验中，制取氯气的装置是          (填字母)。

(2)C装置中盛放饱和氯化钠溶液，其作用是                                                    。
(3)D装置的作用是干燥氯气，其中盛放的试剂是                             。
(4)该实验存在明显的缺陷，改进的方法是                                                             。
答案　(1)c　(2)除去氯气中的氯化氢　(3)浓硫酸 (4)在E装置后连接一个盛有氢氧化钠溶液的洗气瓶(答案合理即可)
解析　实验室用二氧化锰和浓盐酸反应制取氯气的反应原理是MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O，该反应是固体和液体需要加热的反应，故选c装置制取氯气；因为氯化氢易挥发，制取的氯气中含有杂质氯化氢和水蒸气，所以要得到干燥纯净的氯气，应先通过饱和氯化钠溶液，除去氯气中的氯化氢，再通过浓硫酸干燥氯气，最后为防止氯气污染环境，要用氢氧化钠溶液吸收尾气。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

1．实验室制取氯气的化学方程式是MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋2H2O＋Cl2↑。下列关于实验室制取氯气的说法错误的是(　　)
A．还原剂是HCl，氧化剂是MnO2
B．每生成1个Cl2，转移2个电子
C．每消耗87 g MnO2，起还原作用的HCl为146 g
D．生成的氯气中含有水蒸气和HCl
答案　C
解析　在MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋2H2O＋Cl2↑中，MnO2是氧化剂，HCl是还原剂，每生成1个Cl2转移2个电子；但在参加反应的146 g HCl中，只有73 g HCl被氧化，即起还原作用的HCl为73 g；由于浓盐酸易挥发且反应需要加热，因此生成的氯气中含有水蒸气和HCl。
2．某化学兴趣小组利用MnO2和浓盐酸及如图装置制备Cl2。下列分析不正确的是(　　)

A．①中应用分液漏斗代替长颈漏斗
B．①中缺少加热装置
C．在集气瓶的导管口处放一片干燥的淀粉-KI试纸，可以验证是否有氯气逸出
D．④中盛放的NaOH溶液可以吸收尾气
答案　C
解析　用分液漏斗代替长颈漏斗，避免盐酸挥发及气体逸出，同时便于控制反应的快慢，A正确；二氧化锰和浓盐酸需要加热才能反应生成氯气，需要添加加热装置，B正确；②应用湿润的淀粉-KI试纸，C错误；④中氢氧化钠溶液与氯气反应，可以吸收氯气，防止污染空气，D正确。
3．实验室用高锰酸钾制备氧气，通常有以下几个步骤：
①检查装置的气密性　②连接装置并固定　③往大试管中装入药品　④点燃酒精灯　⑤收集气体 ⑥熄灭酒精灯　⑦把导气管从水槽中移出，其中排列顺序正确的是(　　)
A．①②③④⑤⑥⑦ B．①③②④⑤⑦⑥
C．②①③④⑤⑦⑥ D．②③④①⑤⑥⑦
答案　B
解析　制取氧气的操作步骤为“查、装、定、点、收、移、熄”，则正确顺序为①③②④⑤⑦⑥。
4．实验室用浓盐酸和MnO2制取Cl2，并以干燥的Cl2为原料制取FeCl3。已知FeCl3易升华，易潮解。

(1)装置B、C中应盛放的试剂名称分别为            、        ；从装置A导出的气体若不经过装置B、C而直接进入D管，将对实验产生的不良后果是                                        。
(2)实验时，先点燃A处的酒精灯，让Cl2充满装置，再点燃D处酒精灯，写出D中反应的化学方程式：                                                          。
(3)装置F所起的作用是                                                      。
答案　(1)饱和食盐水　浓硫酸　氯化氢和水蒸气随Cl2进入D中能和铁反应生成H2，H2和Cl2混合受热会发生爆炸
(2)2Fe＋3Cl22FeCl3
(3)吸收多余的Cl2，防止污染环境，防止空气中的水蒸气进入E中
解析　(1)浓盐酸具有挥发性，Cl2中含有HCl、H2O(g)，依次通过盛有饱和食盐水、浓硫酸的洗气瓶除去HCl、H2O(g)，得到纯净、干燥的Cl2；HCl、H2O(g)都能与铁反应生成H2，H2和Cl2在加热时混合会发生爆炸。
(2)Fe与Cl2在加热条件下反应生成FeCl3，化学方程式为2Fe＋3Cl22FeCl3。
(3)Cl2有毒，污染环境，所以不能直接排放到空气中，碱石灰的成分是CaO和NaOH，Cl2能和CaO、NaOH反应，所以可用碱石灰处理尾气；空气中有水蒸气，碱石灰还能吸收水蒸气，防止空气中的水蒸气进入E中，可作干燥剂。


题组一　氯气的实验室制法
1．下列关于实验室制取氯气的说法错误的是(　　)
A．该反应是一个氧化还原反应，其中二氧化锰是氧化剂
B．HCl表现还原性和酸性
C．该反应的离子方程式为MnO2＋4H＋＋4Cl－MnCl2＋2H2O＋Cl2↑
D．该方法是瑞典化学家舍勒最先发现的
答案　C
解析　由MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋2H2O＋Cl2↑可知，二氧化锰是氧化剂，盐酸部分做还原剂，部分起酸的作用；HCl中氯元素部分化合价升高，HCl既表现还原性，又表现酸性；氯化锰是可溶于水的强电解质，在离子方程式中应写成离子符号。
2．在实验室利用浓盐酸和二氧化锰制取氯气的实验装置中应使用分液漏斗而不能使用长颈漏斗，下列有关理由叙述错误的是(　　)
A．防止氯气扩散到空气中造成污染
B．便于控制加入盐酸的量
C．长颈漏斗便于添加液体
D．尽量避免氯化氢挥发到空气中
答案　C
解析　用分液漏斗既可防止氯化氢气体和氯气挥发，污染环境，同时又可控制滴加盐酸的量和快慢，从而控制反应速率，提高盐酸的利用率。
3．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的装置正确的是(　　)

答案　C
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，可能将橡胶塞顶出，A项错误；因为Cl2的密度比空气大，Cl2应从短管进，B项错误；该装置既能收集Cl2，又能进行尾气处理且能防倒吸，C项正确。
4．在制取氯气时有如下操作，操作顺序正确的是(　　)
①连接好装置，检查气密性
②缓缓加热，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圆底烧瓶中
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．③④②①⑥⑤
C．①④③②⑥⑤ D．①③④②⑥⑤
答案　D
5．实验室用下列方法制取氯气：①用384 g质量分数为38%的浓盐酸与足量的二氧化锰反应；②用87 g二氧化锰与足量浓盐酸反应。若不考虑氯化氢的挥发，则反应后所得氯气的质量(　　)
A．方法①比方法②多 B．方法②比方法①多
C．两种方法一样多 D．无法比较
答案　B
解析　在MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O反应中，随着浓盐酸的变稀，不再与二氧化锰反应，384 g质量分数为38%的氯化氢不可能完全反应，制得的氯气小于71 g；若浓盐酸足量，87 g二氧化锰可制得71 g氯气。
6．实验室利用如图所示的装置制取并收集氯气，下列有关描述正确的是(　　)

A．发生装置应先加热再逐滴加入浓盐酸
B．饱和食盐水可以用饱和碳酸氢钠溶液代替
C．若用稀盐酸代替浓盐酸不能制得氯气，说明浓盐酸的氧化性较强
D．可以通过观察集气瓶中气体的颜色判断氯气是否收集满
答案　D
解析　浓盐酸易挥发，先加热会加速盐酸的挥发，所以应先加入浓盐酸，再用小火加热，A错误；饱和食盐水的作用是除去氯气中的氯化氢，如果用饱和碳酸氢钠溶液，则碳酸氢钠溶液既吸收氯化氢又吸收氯气，B错误；若用稀盐酸代替浓盐酸不能制得氯气，说明浓盐酸的还原性强，C错误；氯气为黄绿色气体，可以通过观察集气瓶中气体的颜色判断氯气是否收集满，D正确。
题组二　实验室制取气体的基本思路
7．已知KMnO4与浓盐酸在常温下反应能产生Cl2。若用如图所示的实验装置来制备纯净、干燥的氯气，并做它与金属反应的实验。每个虚线框表示一个单元装置，其中有错误的是(　　)

A．②处 B．①和②处
C．②和③处 D．②③④处
答案　D
解析　根据实验目的，装置①是利用KMnO4与浓盐酸反应制取Cl2，Cl2中含有HCl、H2O杂质，但不能用NaOH溶液除去HCl，应用饱和食盐水，故②错；装置③是利用浓硫酸除去H2O，但左边导管应插入浓硫酸中，右边导管不能插入浓硫酸中，故③错；装置④是密封的，会发生安全事故，故④错。
8.(2022·湖南衡阳高一月考)双球洗气管是一种多用途仪器，常用于除杂、气体干燥、气体吸收等实验操作。如图是一个以双球洗气管为尾气处理装置，用吸收剂X吸收气体Y的情形，其中符合事实的组合是(　　)

选项
A
B
C
D
气体Y
Cl2
HCl
CO2
H2
吸收剂X
饱和NaCl溶液
水
饱和NaHCO3溶液
NaOH溶液

答案　B
解析　氯气不与饱和食盐水反应，因此饱和食盐水不能吸收氯气，故A不符合题意；HCl在水中极易溶解，因此水可以吸收HCl气体，故B符合题意；二氧化碳与饱和碳酸氢钠溶液不反应，因此饱和碳酸氢钠溶液不能吸收二氧化碳气体，故C不符合题意；氢气不与氢氧化钠溶液反应，因此氢氧化钠溶液不能吸收氢气，故D不符合题意。

9．某同学用下列装置制取并检验Cl2的性质。下列说法正确的是(　　)


A．Ⅰ图中：如果MnO2过量，盐酸就可全部消耗
B．Ⅱ图中：如果倒置的试管充满了氯气，水槽内装满水，经足够长的时间光照，试管内最后剩余气体为HCl和氧气
C．Ⅲ图中：生成蓝色的烟
D．Ⅳ图中：湿润的有色布条能褪色，将硫酸溶液滴入烧杯中至溶液呈酸性，结果有Cl2生成
答案　D
解析　MnO2与稀盐酸不反应，MnO2过量时，随着反应的进行，盐酸浓度逐渐减小，盐酸不能完全反应，A错误； HCl易溶于水，试管中最后剩余气体是O2，B错误；铜在氯气中燃烧生成CuCl2，产生棕黄色的烟，C错误； NaOH溶液吸收Cl2时，生成NaCl、NaClO和H2O，烧杯中滴加硫酸至溶液呈酸性，发生反应：Cl－＋ClO－＋2H＋===Cl2↑＋H2O，产生Cl2，D正确。
10．实验室利用如图所示的装置制备干燥、纯净的氯气。下列有关叙述不正确的是(　　)

A．本实验操作顺序为检验装置气密性→添加固体药品→添加液体药品→加热
B．装置Ⅱ、Ⅲ中的试剂依次为饱和NaCl溶液、浓硫酸
C．氯气密度比空气大，故装置Ⅳ中短导管进气，长导管出气
D．装置Ⅴ中反应的离子方程式为Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O
答案　C
解析　有气体参与的反应，应首先检查装置气密性，然后再进行操作；如果有固体和液体药品，按先固后液的顺序投料，所以本实验操作顺序为检验装置气密性→添加固体药品→添加液体药品→加热，故A正确；发生装置中产生的氯气中含有水蒸气和氯化氢气体，分别用浓硫酸、饱和NaCl溶液净化，先除氯化氢杂质，因为除氯化氢过程中引入水蒸气，用浓硫酸一起除去，所以装置Ⅱ、Ⅲ中的试剂依次为饱和NaCl溶液、浓硫酸，故B正确；氯气的密度比空气大，所以用向上排空气法收集，即长管进气、短管出气，所以装置Ⅳ中应长导管进气、短导管出气，故C错误；氯气与氢氧化钠反应生成氯化钠、次氯酸钠和水，所以装置Ⅴ中反应的离子方程式为Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O，故D正确。
11．实验室利用如图装置制取无水AlCl3(183 ℃升华，遇潮湿空气即产生大量白雾)。下列说法正确的是(　　)

A．①的试管中盛装二氧化锰，用于常温下制备氯气
B．②③⑥⑦的试管中依次盛装浓硫酸、饱和食盐水、浓硫酸、NaOH溶液
C．滴加浓盐酸的同时点燃④的酒精灯
D．⑤用于收集AlCl3，⑥⑦可以用一个装有碱石灰的干燥管代替
答案　D
解析　A错，①的试管中盛装二氧化锰，常温下与浓盐酸不反应，需要加热制备氯气；B错，分析可知②③⑥⑦的试管中依次盛装饱和食盐水、浓硫酸、浓硫酸、NaOH溶液；C错，先滴加浓盐酸使产生的氯气排出装置中的氧气，再点燃④处的酒精灯；D对，⑤用于收集AlCl3，⑥⑦两个装置主要防止其与水反应，且要吸收尾气中的氯气，则⑥⑦可以用一个装有碱石灰的干燥管代替。
12．要组装一套实验室利用液体和液体反应制备气体的装置，现设计了如下的五步操作，正确的顺序是(　　)
①将蒸馏烧瓶固定在铁架台上
②将酒精灯放在铁架台上，根据酒精灯确定铁圈高度，固定铁圈，放好石棉网
③向蒸馏烧瓶中加入一种液体反应物，再向分液漏斗中加入另一种液体反应物，并将导气管放入气体收集装置中
④检查装置的气密性(利用固定装置微热的方法检查气密性)
⑤在蒸馏烧瓶中安装好分液漏斗，连接好导气管
A．②①⑤④③ B．④①②⑤③
C．①②⑤④③ D．①⑤④②③
答案　A
解析　实验仪器的安装原则：从下向上，从左向右。首先放置酒精灯，根据酒精灯确定铁圈高度，固定铁圈，放好石棉网；把烧瓶固定在铁架台上，在烧瓶上安装好分液漏斗，连好导气管，检查气密性；装置不漏气后，再加液体药品开始反应，制取气体。
13．Cl2是一种重要的化工原料，结合氯气的相关知识回答下列问题：
(1)少量Cl2也可以由以下反应制取，配平化学方程式：
KMnO4＋    HCl(浓)===    KCl＋    MnCl2＋    Cl2↑＋    H2O。
(2)工业上常用廉价的石灰乳吸收工业尾气氯气制得漂白粉，该反应的化学方程式为                                                                                                 ，所得漂白粉的有效成分是        (填物质名称)。
(3)用如图所示装置进行检验氯气性质的实验，装置A、B、C中的试剂依次为FeCl2溶液、淀粉-KI溶液、紫色石蕊溶液(图中夹持装置已略去)。

①装置A中溶液由浅绿色变为棕黄色(生成FeCl3)，反应的离子方程式为                 ；
②装置B中的淀粉-KI溶液变        色，反应的离子方程式为                  ；
③装置C中可观察到的现象为                                                      。
答案　(1)2　16　2　2　5　8
(2)2Cl2＋2Ca(OH)2===Ca(ClO)2＋CaCl2＋2H2O　次氯酸钙　(3)①2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－　②蓝　Cl2＋2I－===2Cl－＋I2　③溶液先变红后褪色
14．“84”消毒液是生活中常用的消毒剂，可与硫酸溶液反应制取氯气，反应原理为NaClO＋NaCl＋H2SO4Na2SO4＋Cl2↑＋H2O。为探究氯气的性质，某同学利用此原理制取氯气并设计了如图所示的实验装置。

(1)从①②③装置中选择合适的制氯气装置(A处)        (填序号)。

(2)装置B、C中依次放的是干燥的红色布条和湿润的红色布条，实验过程中该同学发现装置B中的红色布条也发生褪色，其原因可能是                                                                                   ；说明该装置存在明显的缺陷，请提出合理的改进的方法：                      。
(3)氯气通入饱和NaHCO3溶液能产生无色气体，已知酸性：盐酸>碳酸>次氯酸，该实验证明氯气与水反应的生成物中含有        。
答案　(1)②　(2)产生的氯气中含有水蒸气，两者会反应生成次氯酸　在装置A、B之间增加盛有浓硫酸的洗气瓶(或干燥装置)　(3)盐酸
解析　(1)由NaClO＋NaCl＋H2SO4Na2SO4＋Cl2↑＋H2O可知，反应有液体参加，需要在加热条件下进行，故选装置②。(2)装置B中干燥的有色布条褪色，说明氯气中可能混有少量的水蒸气，氯气与水反应生成次氯酸而有漂白性，因此应在A和B之间增加盛有浓硫酸的洗气瓶，除去Cl2中的水蒸气。(3)氯气通入水溶液会反应生成盐酸和次氯酸，酸性：盐酸>碳酸>次氯酸，氯气通入饱和NaHCO3溶液能产生无色气体，证明氯气与水反应的生成物中含有盐酸。