高考化学一轮复习第4章非金属及其化合物第3讲氯气的制备及综合实验训练含解析

氯气的制备及综合实验

1．(2021·重庆巴蜀中学月考)下列关于实验室制Cl2的认识正确的是(　　)

A．还原剂是MnO2

B．发生氧化反应的是HCl

C．向含有4 mol HCl的浓盐酸中加入足量MnO2并加热，反应过程中转移电子数为2NA

D．收集Cl2宜采用向上排空气法收集

答案　B

2．(2021·河北衡水中学调研)某化学兴趣小组利用MnO2和浓盐酸及如图所示装置制备Cl2。下列分析中不正确的是(加热及夹持装置已省略)(　　)

A．装置A中可用分液漏斗代替长颈漏斗

B．装置A中缺少加热装置

C．装置B中盛放的NaOH 溶液可以净化Cl2

D．装置D中盛放的NaOH 溶液可以吸收尾气

C　[装置A中可用分液漏斗代替长颈漏斗，避免盐酸挥发，气体逸出，同时便于控制反应速率，A项正确；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项正确； 装置B中盛放的NaOH溶液吸收氯气，不能净化Cl2，可以用饱和食盐水净化氯气，C项错误；氢氧化钠溶液与氯气反应，可以吸收氯气，防止污染空气，D项正确。]

3．(2021·河南南阳检测)下列装置应用于实验室制取氯气并回收二氯化锰的实验，能达到实验目的的是(　　)

A．用装置甲制取氯气

B．用装置乙除去氯气中的少量氯化氢

C．用装置丙分离二氧化锰和浓盐酸反应后的溶液

D．用装置丁蒸干反应后的溶液制MnCl2·4H2O

C　[用二氧化锰与浓盐酸反应制取氯气需要加热，A项错误；气体通过乙装置时应长进短出，除杂试剂应选用饱和食盐水，B项错误；二氧化锰不溶解，可通过过滤的方法分离，C项正确；蒸干溶液会引起MnCl2的水解及MnCl2·4H2O分解，D项错误。]

4．(2021·江西吉安调研)某同学利用浓度相同的氯水、Cl2的CCl4溶液完成下述实验。下列有关实验的说法中，不正确的是(　　)

A．操作④中发生的反应是Br2＋2Fe2＋===2Br－＋2Fe3＋

B．操作②和操作④之后，试管上层溶液的成分相同

C．操作①后的溶液中没有Br2，但反应过程中可能有Br2生成

D．实验说明，CCl4影响了Cl2、Br2和Fe3＋氧化性的强弱顺序

D　[FeBr2溶液中滴加5滴Cl2/CCl4，局部反应得到黄色的含Fe3＋溶液和黄色的溴的CCl4溶液，④振荡后，Fe2＋被Br2氧化为Fe3＋，导致下层溶液褪色，A项正确；操作②和④均为振荡，下层为无色的CCl4层，上层溶液均为FeBr2和FeBr3混合液，B项正确；Fe2＋的还原性强于Br－，滴加5滴Cl2/CCl4，由于Cl2不足量，总反应为2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，但可能出现Cl2局部过量生成Br2，而后Br2又被Fe2＋还原，C项正确；③说明Cl2的氧化性强于Br2和Fe3＋，④说明Br2的氧化性强于Fe3＋，则氧化性强弱顺序为Cl2＞Br2＞Fe3＋，CCl4只起到溶剂作用，并不影响三种物质的氧化性强弱顺序，D项错误。]

5．(2021·福建莆田检测)四氯化钛(TiCl4)极易水解，遇空气中的水蒸气即产生“白烟”，常用作烟幕弹。其熔点为－25 ℃，沸点为136.4 ℃。某实验小组设计如下装置(部分加热和夹持装置省略)，用Cl2与炭粉、TiO2制备TiCl4。下列说法不正确的是(　　)

A．②中应盛装饱和食盐水

B．冷凝管有冷凝、回流和导气的作用

C．反应结束时，应先停止③处的加热，后停止①处的加热

D．该设计存在不足，如④、⑤之间缺少防止水蒸气进入④的装置

A　[四氯化钛极易水解，遇空气中的水蒸气即产生“白烟”，而制得的氯气中混有水蒸气，则②中应盛装浓硫酸，A项错误；TiCl4的熔、沸点较低，制得的TiCl4应经过冷凝处理，则该装置中冷凝管具有冷凝、回流和导气的作用，B项正确；反应结束时，应先停止③处加热，后停止①处加热，可以使制得的TiCl4在氯气氛围中冷却，防止空气进入装置中使TiCl4变质，C项正确；因四氯化钛极易水解，所以应在装置④和⑤之间增加一个防止水蒸气进入④的装置，D项正确。]

6．(2021·湖南邵东检测)某实验兴趣小组利用下图实验装置探究氯气与过量氨气反应的实验，有关说法不正确的是(　　)

A．打开K1，关闭K2，将注射器的活塞往外拉一小段，然后松开，活塞复原，说明装置气密性良好

B．打开K1，推动注射器的活塞使过量的氨气与氯气混合时，产生大量的白色烟雾

C．充分反应后，关闭K1，打开K2，可观察到烧杯中的溶液会倒吸至试管内

D．实验室制备氨气和氯气可以用同一套发生装置

B　[打开K1，关闭K2，将注射器的活塞往外拉一小段，然后松开，活塞复原，说明空气未进入装置，装置不漏气，气密性良好，A项正确；打开K1，推动注射器的活塞使过量的氨气与氯气混合时，过量NH3和Cl2反应生成NH4Cl和N2，只产生大量白烟，不出现雾，B项错误；充分反应后，装置内气体的压强减小，关闭K1，打开K2，剩余NH3溶于水，观察到烧杯中的溶液会倒吸至试管内，C项正确；利用浓氨水和氧化钙制备NH3，利用KMnO4固体和浓盐酸反应制取Cl2，均可采用“固体＋液体→气体”的装置，D项正确。]

7．(2021·山东日照检测)Cl2O能与水反应生成次氯酸，可杀死新型冠状病毒等多种病毒。一种制备Cl2O的原理为HgO(红色粉末)＋2Cl2===HgCl2(白色粉末)＋Cl2O，某化学小组用下图装置制备Cl2O(夹持装置略去)。

已知：①Cl2O的熔点为－116℃、沸点为3.8℃，易溶于水；

②高浓度的Cl2O易爆炸，Cl2O与有机物接触或加热时会发生剧烈反应。

下列说法错误的是(　　)

A．装置③中盛装的试剂是饱和食盐水，④中现象是红色粉末逐渐变为白色

B．装置④中橡胶塞用锡箔包裹，防止Cl2O与橡胶塞反应

C．从装置⑤中逸出气体的主要成分是Cl2

D．通入干燥空气的目的是将生成的Cl2O稀释，防止发生爆炸

A　[Cl2O易与水反应，①中制得的Cl2中含有HCl、H2O(g)，②中盛有饱和食盐水，用于除去HCl，③中盛有浓硫酸，用于除去H2O(g)，防止Cl2O与H2O(g)反应，A项错误；Cl2O与有机物接触会发生剧烈反应，故装置④中橡胶塞要用锡箔包裹，B项正确；Cl2O的沸点为3.8℃，装置⑤中冷却装置的温度为－33℃，因此⑤中逸出气体不是Cl2O，应是未反应的Cl2，C项正确；高浓度的Cl2O易爆炸，通入干燥空气，可稀释生成的Cl2O，防止发生爆炸，D项正确。]

8．(2021·河南鹤壁一中检测)如图是实验室制备氯气并进行一系列相关实验的装置(夹持设备已略)。下列说法错误的是(　　)

A．装置A烧瓶内的试剂可以是KMnO4

B．装置B具有除杂和贮存气体的作用

C．实验结束后，振荡D会观察到液体分层且下层呈紫红色

D．利用该装置能证明氯的非金属性强于溴的非金属性

C　[装置A用于制备Cl2，常温下浓盐酸与KMnO4固体发生反应生成Cl2，A项正确；装置B中饱和食盐水用于除去挥发出的HCl，长颈漏斗起到平衡压强和贮存气体的作用，B项正确；KI被Br2氧化生成I2，苯的密度小于水，振荡D后液体分层，上层呈紫红色，C项错误；装置C中溶液变为橙色，说明Cl2将NaBr氧化为Br2，则Cl2的氧化性强于Br2，从而证明氯的非金属性强于溴，D项正确。]

9．(2021·江西上饶检测)实验室用如下装置制取氯气，并用氯气进行实验。回答下列问题：

(1)A中盛有浓盐酸，B中盛有MnO2，写出反应的离子方程式_______________。

(2)D中放入浓H2SO4其目的是______________________________________________。

(3)E中为红色干布条，F中为红色湿布条，可观察到的现象是__________________，对比E和F中现象的差异可得出的结论是________________________________________。

(4)G处的现象是__________________________。

(5)用化学方程式写出H处尾气吸收装置中的反应原理

________________________________________________________________________。

(6)家庭中常用消毒液(主要成分NaClO)与洁厕灵(主要成分盐酸)清洁卫生。某品牌消毒液包装上说明如下图。

注意事项：

1．本品对棉织品有漂白脱色作用，对金属制品有腐蚀作用。

2．密封保存，请勿与洁厕灵同时使用。

3．保质期为一年。

①消毒液与洁厕灵不能同时使用，原因是(用离子方程式表示)_____ _______。

②需“密闭保存”的原因______________________________。

(7)工业上用亚氯酸钠和稀盐酸为原料制备 ClO2 ，写出反应的化学方程式__________________________________________________________。Cl2和ClO2都是强氧化剂，能杀死水中的病菌。等质量的ClO2的氧化能力是Cl2的________倍。

解析　(3)E中为红色干布条，F中为红色湿布条，氯气和水反应生成次氯酸，而次氯酸具有强氧化性，有漂白作用，所以可观察到的现象是E中不褪色，F中褪色，对比E和F中现象的差异可得出的结论是干燥的氯气没有漂白性，氯气和水反应生成的次氯酸有漂白性。

(6)①消毒液与洁厕灵不能同时使用，原因是发生了化学反应，离子方程式为：Cl－＋ClO－＋2H＋===Cl2↑＋H2O。

②需“密闭保存”的原因是次氯酸钠与空气中的二氧化碳反应。

(7)亚氯酸钠NaClO2中Cl元素化合价为＋3价， NaClO2→ClO2，＋3价的氯元素化合价升高到＋4价，NaClO2→NaCl，＋3价的氯元素的化合价降低到－1价，NaClO2在反应中既是氧化剂又是还原剂，根据电子守恒，得到方程式为5NaClO2＋4HCl===5NaCl＋4ClO2↑＋2H2O; 氧化能力是得电子的能力，根据氯元素的化合价，等质量的ClO2和Cl2的得电子数之比为：∶≈2.63，故等质量的ClO2的氧化能力是Cl2的2.63倍。

答案　(1)MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O　

(2)除去氯气中的水蒸气　

(3)E中不褪色，F中褪色　干燥的氯气没有漂白性，氯气和水反应生成的次氯酸有漂白性

(4)出现蓝色

(5)Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O

(6)① Cl－＋ClO－＋2H＋===Cl2↑＋H2O　②次氯酸钠与空气中的二氧化碳反应

(7)5NaClO2＋4HCl===4ClO2↑＋5NaCl＋2H2O　2.63

10．(2021·江西南昌四校联考)ClO2(黄绿色易溶于水的气体)是一种高效、低毒的消毒剂。某兴趣小组通过图1装置(夹持装置略)对其制备、吸收和释放进行了研究。

(1)仪器A的名称是________。

(2)安装F中导管时，应选用图2中的________。

(3)A中发生反应生成ClO2和Cl2，其氧化产物和还原产物物质的量之比为________。

(4)关闭B的活塞，ClO2在D中被稳定剂完全吸收生成NaClO2，此时F中溶液的颜色不变，则装置C的作用是

__________________________。

(5)已知在酸性条件下NaClO2可发生反应生成NaCl并释放出ClO2，该反应的离子方程式为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(6)ClO2很不稳定，需随用随制，产物用水吸收得到ClO2溶液。为测定所得溶液中ClO2的浓度，进行了下列实验：

步骤1：准确量取ClO2溶液10.00 mL，稀释成100.00 mL试样，量取V0 mL试样加入到锥形瓶中；

步骤2：用稀硫酸调节试样的pH≤2.0，加入足量的KI晶体，静置片刻；

步骤3：加入指示剂，用c mol·L－1 Na2S2O3溶液滴定至终点，重复2次，测得消耗Na2S2O3溶液平均值为V1 mL。(已知2ClO2＋10I－＋8H＋===2Cl－＋5I2＋4H2O、 2Na2S2O3＋I2===Na2S4O6＋2NaI)，计算该ClO2的浓度为________g/L(用含字母的代数式表示，计算结果化简)。

解析　(2)F装置应是Cl2和KI反应，还需要连接尾气处理装置，所以应长管进气，短管出气。

(3)氯酸钠和稀盐酸混合产生Cl2和ClO2，NaClO3中氯为＋5价被还原成ClO2中＋4价，盐酸中氯为－1价，被氧化成0价氯，转移电子数为2，则NaClO3、ClO2前系数为2，Cl2前系数为1，反应化学方程式：2NaClO3＋4HCl===2ClO2↑＋Cl2↑＋2NaCl＋2H2O，其氧化产物Cl2和还原产物ClO2物质的量之比为1∶2。

(4)F装置中发生Cl2＋2KI===2KCl＋I2时，碘遇淀粉变蓝，而F中溶液的颜色不变，则装置C的作用是吸收Cl2。

(5)在酸性条件下NaClO2可发生反应生成NaCl并释放出ClO2，根据元素守恒可知应还有水生成，该反应的离子方程式为4H＋＋5ClO===Cl－＋4ClO2↑＋2H2O。

(6)设原ClO2溶液的浓度为x，

2ClO2～5I2～　　　　10Na2S2O3

　2　　　　　　　　　　 10

　1×10－3cV1 mol

则有x＝ mol/L＝ g/L。

答案　(1)圆底烧瓶　(2)b　(3)1∶2　(4)吸收Cl2

(5)4H＋＋5ClO===Cl－＋4ClO2↑＋2H2O　(6)

11．(2021·山东济南检测)“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氯气并设计了如下所示的实验装置：

(1)从①、②、③装置中选择合适的制氯气装置(A处)___________　(填写序号)。

(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中的布条也褪色，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)为了验证氯气的氧化性，将氯气通入Na2SO3溶液中，离子方程式为：Cl2＋SO＋H2O===SO＋2Cl－＋2H＋，然后检验反应后溶液中是否含有SO。检验SO的方法是：取少量反应后溶液于试管中，先加入足量的______至无明显现象，然后再加入少量__________溶液，有白色沉淀生成，说明含有SO。

(4)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__________(填“盐酸”或“次氯酸”)。

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漂白，因此应在A和B之间增加盛有浓H2SO4的洗气瓶，除去Cl2中的水蒸气。(3)检验硫酸根必须排除其他离子的干扰，因此检验反应后溶液中含有SO的方法是：取少量反应后溶液于试管中，先加入足量的稀盐酸至无明显现象，然后再加入少量BaCl2溶液有白色沉淀生成，说明含有SO。

(4)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。

答案　(1)②　(2)产生的氯气中含有水蒸气，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)稀盐酸(或HCl溶液)　BaCl2(或其他合理答案)　(4)盐酸

12．(2021·湖北监利检测)亚硝酰氯(NOCl)是有机合成中的重要试剂，可由NO与Cl2在常温常压下合成。已知NOCl是一种红褐色液体或黄色气体，其熔点－64.5℃，沸点－5.5℃，遇水易水解。

(1)实验室制备原料气NO和Cl2的装置如下图所示：

①实验室制NO时，装置A中烧瓶内为铜和稀硝酸，发生反应的化学方程式为：____________________________________________________________________________。

②实验室制Cl2时，装置B中盛放的试剂为______________，其作用是___________。

(2)将上述收集到的Cl2充入集气瓶中，按图示装置制备亚硝酰氯。

①NOCl分子中各原子均满足8电子稳定结构，则NOCl的电子式为____________________。

②装置D中的现象为_________________________________。

③装置E中无水氯化钙的作用为___________________________________。

④某同学认为装置F不能吸收NO，为解决这一问题，可将尾气与某种气体同时通入氢氧化钠溶液中，这种气体的化学式是________________。

解析　(1)图1为固＋液加热型，①制NO时，可选用铜与稀硝酸制取，发生的反应方程式为：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O；

②制Cl2时，可选用二氧化锰和浓盐酸，制得的氯气中有氯化氢气体，用饱和食盐水除去。

(2)①NOCl分子中各原子均满足8电子稳定结构，则氮原子与氧原子形成两对共用电子对，与氯原子形成一对，电子式为；

②装置D中为氯气制备NOCl，故现象为黄绿色气体逐渐变浅，有红褐色液体生成；

③NOCl遇水易分解，装置E中无水氯化钙的作用为吸收水蒸气，防止水蒸气进入D装置；

④NO不溶于水，可与氧气一同通入氢氧化钠吸收。

答案　(1)①3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O　②饱和食盐水　　除去Cl2中的HCl气体

(2)①　②黄绿色气体颜色逐渐变浅，有红褐色液体生成

③吸收水蒸气，防止水蒸气进入D装置　 ④O2

13．(2021·安徽蚌埠检测)TiCl4是制备钛及其化合物的重要中间体，某小组同学利用下列装置在实验室制备TiCl4，设计实验如下(夹持装置略去)：

相关信息如下表所示：

请回答下列问题：

(1)按照气流由左到右的方向，上述装置合理的连接顺序为a→______→______→f→g→______→______→d→e→j。(填仪器接口字母)

(2)根据完整的实验装置进行实验，实验步骤如下：检查装置气密性后，装入试剂，__________________________(按正确的顺序填入下列操作的序号)。

①关闭分液漏斗活塞　　　②打开分液漏斗活塞

③停止加热，充分冷却    ④加热装置D中陶瓷管

(3)装置A中导管m的作用是_______________________________________。

(4)装置D中除生成TiCl4外，同时生成一种气态不成盐氧化物，该反应的化学方程式为___________________________________________________________________________。

(5)设计实验证明装置E中收集到的液体中含有TiCl4：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(6)制得的TiCl4中常含有少量CCl4，从混合液体中分离出TiCl4的操作名称为_____________。

解析　(1)由于TiCl4易溶于水，所以参加反应的Cl2必须先干燥，而收集TiCl4的装置后面必须有防止水蒸气进入的装置，则正确的连接顺序为a→c→b→f→g→h→i→d→e→j。

(2)为防止炭粉在高温下被氧化，防止装置内的水蒸气使TiCl4变质，所以应先通入Cl2一段时间后再加热装置D，正确的操作顺序为②④③①。

(3)分液漏斗上连接的导管是为了平衡压强，使液体顺利流下。

(4)装置D中的反应物为TiO2、C和Cl2，而生成物为TiCl4和CO，所以反应的化学方程式为TiO2＋2C＋2Cl2TiCl4＋2CO。

(5)根据表中信息，TiCl4遇水生成难溶物，所以可取少量收集到的液体于洁净试管中，滴加适量水，液体变浑浊，即证明收集到的液体中含有TiCl4。

(6)由于二者的沸点相差较大，所以可用蒸馏的方法分离TiCl4中含有的CCl4。

答案　(1)c　b　h　i　(2)②④③①

(3)平衡压强，使浓盐酸更易滴落

(4)TiO2＋2C＋2Cl2TiCl4＋2CO

(5)取少量收集到的液体于洁净试管中，滴加适量水，液体变浑浊，则收集到的液体中含有TiCl4(或其他合理答案也可)

(6)蒸馏