鲁科版高考化学一轮总复习第1章第2节素养提升2以含氯化合物的制备为实验目的的综合实验课时学案

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气体制备实验组合装置的连接顺序一般为
eq \x(气体发生)→eq \x(除杂)→eq \x(干燥)→eq \x(主体实验)→eq \x(尾气处理)
以氯气的制备为例：
(1)气体发生装置：根据实验原理选择合适装置，如用MnO2和浓盐酸加热制取氯气，应选用“固体＋液体eq \(――→,\s\up10(△))气体”的装置，如下图1所示；如选用KMnO4与浓盐酸反应制备氯气，应选用“固体＋液体→气体”的装置，如下图2所示。

图1 图2
(2)干燥与除杂：用浓盐酸与固体反应制备得到的Cl2中会混有HCl和H2O(g)，可使气体先通过饱和食盐水除去HCl，再通过浓硫酸除去水蒸气。
(3)尾气处理：未反应的Cl2可用NaOH溶液吸收。
(4)取用或制取易吸水、潮解、水解的物质如FeCl3、AlCl3等：实验中通入的氯气必须干燥，还应注意防止空气中的水蒸气进入导致产物潮解、水解等。
(5)实验过程顺序：装置选择与连接→气密性检验→装固体药品→加液体药品→开始实验(按程序)→拆卸仪器→气体处理等。组装实验仪器应按照从下往上、从左往右的顺序，拆卸仪器的顺序与组装仪器的顺序相反。制取Cl2装置的组装顺序：把铁架台放在实验台上，在铁架台上放置酒精灯，根据酒精灯的高度，确定铁圈的高度，在铁圈上放置石棉网，固定圆底烧瓶，在圆底烧瓶上插上带有分液漏斗和导气管的双孔塞。
(6)加热操作：主体实验加热前一般应先通Cl2赶走空气，再点燃酒精灯，以保证产品纯度。熄灭酒精灯时，一般按“先点燃的后熄灭”原则。
1．某研究性学习小组的同学利用MnO2、浓盐酸反应来制取干燥的氯气并验证其有无漂白性，所用装置(数量可满足需要，不含制气装置)如下。下列说法正确的是( )
A．按气流流动的先后顺序，装置连接顺序依次为d→a→c→b→e
B．按气流流动的先后顺序，装置连接顺序依次为dabae
C．装置e的主要用途是制备NaClO
D．若实验中用到装置c且布条褪色，则说明湿润的氯气有漂白性
B 解析：为确定氯气有无漂白性，需要进入装置b的氯气中不含HCl及水蒸气，故应先用饱和食盐水除去HCl，再用浓硫酸除去水，为防止装置e中的水蒸气进入装置b中，在装置b、e之间还应加一个装置a，尾气用NaOH溶液吸收，A、C两项错误，B项正确；本实验不需要装置c，且由装置b中现象可判断Cl2无漂白性，湿润有色布条褪色是因为氯气与水反应生成的HClO具有漂白性，D项错误。
2．(双选)二氯化二硫(S2Cl2，沸点137.1 ℃)是一种黄红色液体，溶于CCl4、二硫化碳等，遇水分解为硫、二氧化硫、氯化氢，超过100 ℃开始分解，300 ℃分解完全，可用作橡胶的低温硫化剂和粘结剂。二氯化二硫可由二硫化碳(沸点为46.5 ℃)与Cl2在95～100 ℃制备，同时有CCl4 (沸点为76.8 ℃)生成，实验装置如下：
下列说法正确的是( )
A．③、⑥中依次可盛放浓硫酸、碱石灰
B．实验中需用酒精灯对④进行直接加热
C．实验过程中⑤冷凝回流的主要物质是S2Cl2
D．用减压分馏法从④中所得液体分离出S2Cl2
AD 解析：二氧化锰与浓盐酸反应生成的氯气中混有氯化氢和水蒸气，在与二硫化碳反应之前需要除杂，应该先除氯化氢，再干燥，因此③中盛放浓硫酸，干燥Cl2，⑥中可放置碱石灰吸收氯气，同时可以防止外界水蒸气进入装置，故A正确；烧瓶不能直接加热，需要垫上石棉网，故B错误；根据题意，反应过程中会同时生成四氯化碳(沸点为76.8 ℃)，因此实验过程中⑤冷凝回流的主要物质是四氯化碳，故C错误；四氯化碳的沸点较低，二氯化二硫(沸点137.1 ℃)较高，可以用减压分馏法从④中所得液体分离出S2Cl2，故D正确。
3．四氯化钛(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 解析：已知四氯化钛极易水解，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，所以②中应盛装浓硫酸，故A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，故B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，故C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，故D正确。
4．三氯化碘(ICl3)在药物合成中用途非常广泛。已知ICl3的熔点为33 ℃，沸点为73 ℃，有吸湿性，遇水易水解。某小组同学用下列装置制取ICl3(部分夹持和加热装置省略)。
(1)按照气流方向连接接口顺序为a→______________________。
装置A中导管m的作用是_______________________________。
(2)装置C用于除杂，同时作为安全瓶，能监测实验进行时后续装置是否发生堵塞，若发生堵塞，C中的现象为________________。
(3)氯气与单质碘需在温度稍低于70 ℃下反应，则装置E适宜的加热方式为________。
装置E中发生反应的化学方程式：________________________。
(4)该装置存在的明显缺陷是____________________________。
解析：(1)在装置A中用浓盐酸与MnO2混合加热制取Cl2，浓盐酸易挥发，制取的氯气中会含有氯化氢、水蒸气等杂质，通过装置C除去HCl杂质，再通过装置B干燥，得到干燥、纯净的氯气，然后在装置E中氯气与碘单质反应制得ICl3；为防止ICl3潮解，在E后面连接盛有干燥剂的装置D，防止空气中的水蒸气进入E装置，故按照气流方向连接装置接口顺序为a→d→e→b→c→g→h→f，其中接口b与c、g与h可互换。在装置A中导管m可使分液漏斗中的液体上下压强一致，这样分液漏斗中的浓盐酸可以顺利滴下。(2)装置C也是安全瓶，监测实验进行时B中是否发生堵塞，若装置B发生堵塞，则C中气体压强增大，液体会进入长颈漏斗中，使锥形瓶中液面下降，长颈漏斗中液面上升。(3)因水浴加热能简便控制加热的温度，且能使反应装置受热均匀，又因为氯气与单质碘需在温度稍低于70 ℃下反应，故应采取水浴加热的方式；在装置E中Cl2与I2在低于70 ℃下发生反应：3Cl2＋I2eq \(===========,\s\up10(水浴加热),\s\d15(<70 ℃))2ICl3。(4)Cl2是有毒气体，通过盛有无水氯化钙的干燥管只能吸收水分，不能吸收氯气，这样就会造成大气污染，故该装置的缺陷是缺少尾气处理装置。
答案：(1)d→e→b→c→g→h→f(接口b与c、g与h可互换) 使浓盐酸顺利滴下
(2)锥形瓶中液面下降，长颈漏斗中液面上升
(3)水浴加热 3Cl2＋I2eq \(===========,\s\up10(水浴加热),\s\d15(<70 ℃))2ICl3
(4)缺少尾气处理装置
5．ClO2是一种优良的消毒剂，常将其制成NaClO2固体以便运输和贮存。过氧化氢法制备NaClO2固体的实验装置如下图所示。
已知：①2NaClO3＋H2O2＋H2SO4===2ClO2↑＋O2↑＋Na2SO4＋2H2O，
2ClO2＋H2O2＋2NaOH===2NaClO2＋O2↑＋2H2O；
②ClO2的熔点为－59 ℃、沸点为11 ℃，浓度过高时易发生分解；
③H2O2的沸点为150 ℃。
(1)仪器B的作用是_____________________________________，仪器A的作用是________________，冰水浴冷却的目的是________ (写两条)。
(2)该装置的不完善之处是_______________________________。
(3)空气流速过快或过慢，均降低NaClO2的产率，试解释其原因：_________________________________________________________。
(4)Cl－存在时会催化ClO2的生成。反应开始时在三颈烧瓶中加入少量盐酸，ClO2的生成速率大大提高，并产生微量氯气。该过程可能经两步完成，请将其补充完整：①_____________________(用离子方程式表示)，②H2O2＋Cl2===2Cl－＋O2＋2H＋。
(5)NaClO2纯度的测定：①准确称取所得 NaClO2样品10.00 g于烧杯中，加入适量蒸馏水和过量的碘化钾晶体，再滴入适量的稀硫酸，充分反应(ClOeq \\al(－,2)的还原产物为Cl－)，将所得混合液配成250 mL待测溶液；②取25.00 mL待测溶液，用2.000 ml·L－1 Na2S2O3标准溶液滴定(I2＋2S2Oeq \\al(2－,3)===2I－＋S4Oeq \\al(2－,6))，以淀粉溶液做指示剂，达到滴定终点时的现象为____________________，重复滴定3次，测得Na2S2O3标准溶液的平均用量为20.00 mL。则该样品中 NaClO2的质量分数为________。
解析：(5)由反应ClOeq \\al(－,2)＋4I－＋4H＋===2H2O＋2I2＋Cl－、I2＋2S2Oeq \\al(2－,3)===2I－＋S4Oeq \\al(2－,6)，可得关系式ClOeq \\al(－,2)～2I2～4S2Oeq \\al(2－,3)，n(NaClO2)＝eq \f(1,4)n(S2Oeq \\al(2－,3))＝eq \f(1,4)×2.000 ml·L－1×20.00×10－3 L＝0.010 00 ml，因为配制250 mL待测溶液，取25.00 mL 进行实验，所以样品中NaClO2的质量为0.010 00 ml×90.5 g·ml－1×eq \f(250 mL,25.00 mL)＝9.050 g，则该样品中NaClO2的质量分数为9.050 g÷10.00 g×100%＝90.5%。
答案： (1)使漏斗内液体可以顺利滴下，通过活塞可控制液体滴加的量和速率 防止倒吸 降低NaClO2的溶解度、减少H2O2的分解、增加ClO2的溶解度、减少ClO2的分解(任写两条即可)
(2)没有尾气处理装置
(3)空气流速过慢时，ClO2不能及时被移走，浓度过高导致分解；空气流速过快时，ClO2不能被充分吸收，导致浪费原料，产率降低
(4)2ClOeq \\al(－,3)＋2Cl－＋4H＋===2ClO2↑＋Cl2↑＋2H2O
(5)溶液由蓝色变无色，且30 s内不恢复 90.5%