学案422 氯气的实验室制法和氯离子的检验.docx
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学案422氯气的实验室制法和氯离子的检验
第2课时 氯气的实验室制法和氯离子的检验
学习目标
核心素养建构
1.掌握氯气的实验室制法。
2.掌握氯离子的检验方法。
3.了解卤素结构与性质。
[知识梳理]
一、氯气的制法
1.氯气的实验室制法
(1)反应原理
实验室用MnO2和浓盐酸加热反应制取Cl2,反应的化学方程式为MnO2+4HCl(浓)
MnCl2+Cl2↑+2H2O,离子方程式为MnO2+4H++2Cl-
Mn2++Cl2↑+2H2O。
(2)实验装置
装置A中饱和食盐水的作用是除去Cl2中的HCl气体;
装置B中浓硫酸的作用是干燥Cl2;
烧杯中NaOH溶液的作用是吸收多余的Cl2、以防污染环境。
2.氯气的工业制法
工业上用电解饱和食盐水的方法制取Cl2,反应的化学方程式为2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑。
【自主思考】
1.含有4molHCl的浓盐酸与足量的MnO2反应,能生成1molCl2吗?
提示 不能,因为随着反应的进行,盐酸的浓度变小,MnO2与稀盐酸不反应,故生成的Cl2小于1mol。
2.如何检验氯气已经收集满?
提示 将湿润的淀粉KI试纸放到瓶口,Cl2能使湿润的淀粉KI试纸变蓝。
二、Cl-的检验
1.实验探究
实验现象
离子方程式
加入AgNO3溶液
加入稀硝酸
稀盐酸
产生白色沉淀
沉淀不溶解
Ag++Cl-===AgCl↓
NaCl溶液
产生白色沉淀
沉淀不溶解
Ag++Cl-===AgCl↓
Na2CO3溶液
产生白色沉淀
沉淀溶解
2Ag++CO
===Ag2CO3↓
Ag2CO3+2H+===2Ag++CO2↑+H2O
自来水
产生白色沉淀
沉淀不溶解
Ag++Cl-===AgCl↓
蒸馏水
无明显现象
2.氯离子的检验方法
(1)操作方法:
向未知溶液中先加AgNO3溶液,再加稀HNO3。
(2)现象:
产生白色沉淀,加稀硝酸时,沉淀不溶解。
(3)原理:
Ag++Cl-===AgCl↓。
(4)加入稀硝酸的目的:
排除CO
等离子的干扰。
[效果自测]
1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)溶液中加入AgNO3溶液有沉淀,说明溶液中一定含Cl-。
( )
(2)NaClO中含有氯元素,故向NaClO溶液中加入用硝酸酸化的AgNO3溶液,可产生白色沉淀。
( )
答案
(1)×
(2)×
2.下列检验Cl-的方法正确的是( )
A.在某溶液中滴加AgNO3溶液,若产生白色沉淀说明该溶液中有Cl-
B.在某溶液中先滴加盐酸,再滴加AgNO3溶液,若产生白色沉淀,说明溶液中有Cl-
C.在某溶液中先滴加AgNO3溶液,产生白色沉淀,再滴加盐酸,沉淀不消失,说明溶液中有Cl-
D.在某溶液中滴加用HNO3酸化的AgNO3溶液,若产生白色沉淀,说明溶液中有Cl-
解析 可能有CO
、PO
等的干扰,A错误;加入盐酸,引入Cl-,B、C错误;硝酸酸化排除干扰,加硝酸银溶液得到不溶于稀硝酸的白色沉淀即为AgCl,由此说明原溶液中有
Cl-,D正确。
答案 D
3.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,石灰水变浑浊,由此判断水溶液中含有( )
A.Cl-、SO
B.Cl-、NO
C.Cl-、CO
D.Cl-、OH-
解析 根据题给现象,生成的白色沉淀部分溶于稀硝酸,且产生使石灰水变浑浊的气体,则原溶液中存在CO
和Cl-。
答案 C
4.某实验室的尾气中含有较多的氯气,有毒,要吸收这些尾气,下列试剂最适合的是( )
A.饱和的石灰水B.饱和的食盐水
C.自来水D.烧碱溶液
解析 虽然氯气能与饱和石灰水反应,但相同条件下,氢氧化钠的溶解度大于氢氧化钙的溶解度,吸收效果烧碱溶液更好,A项错误、D项正确;饱和食盐水中氯离子浓度达到最大,抑制氯气的溶解,则吸收效果最不好,B项错误;自来水中含有氯离子,将抑制氯气的溶解,且氯气的溶解度较小,用自来水吸收效果不好,C项错误。
答案 D
探究一、氯气的实验室制法
【探究讨论】
1.用浓盐酸制Cl2,还需要哪种性质的试剂?
举例说明。
提示 氧化剂,如MnO2,KMnO4。
2.用浓HCl和MnO4共热制取Cl2中有哪些杂质气体?
如何除去?
提示 盐酸具有挥发性,故Cl2中会含有HCl、水蒸气,故可用饱和食盐水除去HCl,用浓H2SO4吸收水蒸气。
3.根据Cl2的密度,如何收集Cl2?
用什么溶液吸收尾气中的Cl2?
提示 向上排空气法,NaOH溶液。
【点拨提升】
1.反应原理
化学方程式:
MnO2+4HCl(浓)
MnCl2+Cl2↑+2H2O,离子方程式:
MnO2+4H++2Cl-
Mn2++2H2O+Cl2↑。
也可以用高锰酸钾、重铬酸钾、氯酸钾等氧化剂代替二氧化锰。
如2KMnO4+16HCl(浓)===2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O。
2.实验装置
(1)发生装置(Ⅰ)
①特点:
固体+液体
气体。
②仪器:
铁架台、酒精灯、石棉网、圆底烧瓶、分液漏斗等。
③试剂:
A中盛放浓盐酸,B中盛放二氧化锰。
(2)净化装置(Ⅱ)
组成
盛放试剂
试剂的作用
C
饱和氯化钠溶液
除去氯气中的氯化氢
D
浓硫酸
干燥氯气
(3)收集装置(Ⅲ)
①收集方法:
向上排空气法(装置E,Cl2的密度大于空气的密度)。
也可用排饱和食盐水法(Cl2在饱和NaCl溶液中的溶解度很小,且用此法可除去实验过程中挥发产生的HCl气体)。
②验满方法:
用湿润的KI淀粉蕊试纸检验。
将湿润的KI淀粉试纸放在集气瓶口,若试纸变蓝,则证明Cl2已收集满。
(4)尾气处理装置(Ⅳ)
①导气管要伸入液面以下。
②F中盛放试剂:
氢氧化钠溶液,作用:
吸收过量的氯气,防止污染环境。
特别提醒:
(1)实验室制备Cl2注意事项
①必须用浓盐酸,MnO2与稀盐酸不反应。
②为了减少制得的Cl2中HCl的含量,所以加热温度不宜过高,减少HCl的挥发。
③实验结束后,先使反应停止并排出装置中残留的Cl2,再拆卸装置,避免污染空气。
④尾气吸收时,不能用澄清石灰水吸收Cl2,因为溶液中Ca(OH)2浓度小,吸收不完全。
(2)气体净化装置的选择
气体净化装置的设计必须同时考虑主要成分和杂质成分的性质,以便选择适当的装置除去杂质。
用浓盐酸和二氧化锰制取氯气时,氯气中混有HCl和水蒸气等杂质,除去氯气中的HCl可以用饱和食盐水(如下图中Ⅰ所示);除去氯气中的水蒸气可用浓硫酸(如下图中Ⅱ所示)或干燥的CaCl2(如下图中Ⅲ所示)。
(3)MnO2与浓HCl反应特点
①浓盐酸中,部分Cl-的化合价升高,4molHCl参加反应,被氧化的Cl-为2mol。
②随着反应的进行盐酸浓度变小,故MnO2足量时,盐酸不能完全反应,反应后溶液为盐酸和MnCl2混合液。
【典题例证1】 如图所示是某学生设计的实验室制备并干燥Cl2及吸收多余氯气的实验装置图,请回答:
(1)指出上述图中的各处错误:
①________________________________________________________________________;
②________________________________________________________________________;
③________________________________________________________________________;
④________________________________________________________________________。
(2)在改进后的装置中,下列物质的作用分别是:
①饱和食盐水________________________________________________________________;
②浓硫酸____________________________________________________________________;
③NaOH溶液__________________________________________________________________。
(3)制备实验开始时,先检查装置的气密性,接下来的操作依次是________。
A.向烧瓶中加入MnO2粉末
B.加热
C.向烧瓶中加入浓盐酸
(4)如果将过量二氧化锰与20mL12mol·L-1的盐酸混合加热,充分反应后生成的氯气明显少于0.06mol。
其主要原因有:
①___________________________________________________,
②____________________________________________________________________________。
(5)为了提高浓盐酸的利用率,你对实验的建议是_____________________________________
______________________________________________________________________________。
(6)圆底烧瓶中发生反应的离子方程式是____________________________________________
______________________________________________________________________________。
实验结束清洗仪器时,为了减少烧瓶中残留氯气对环境的污染,可以向烧瓶中加入的溶液是________,有关的离子方程式是___________________________________________________。
解析
(2)先除HCl,后干燥,再收集,最后尾气吸收。
(3)检查装置气密性后的操作顺序为先加固体药品,然后加入液体药品,最后加热。
(4)题中所给盐酸中HCl的物质的量是
0.24mol,但由于盐酸受热易挥发,且随反应的不断进行,盐酸浓度越来越小,变为稀盐酸后不再与MnO2反应,所以产生的Cl2的物质的量小于0.06mol。
(5)为减少盐酸的挥发,慢慢滴加浓盐酸,用小火加热。
(6)利用Cl2和NaOH溶液反应除多余的Cl2。
答案
(1)①不能用稀盐酸,而应用浓盐酸 ②应有加热装置,应用酒精灯加热 ③盛浓硫酸和盛饱和食盐水的洗气瓶位置颠倒 ④两洗气瓶里进气导管和出气导管的长短颠倒
(2)①除去Cl2中的氯化氢 ②除去氯气中的水蒸气
③吸收多余的氯气
(3)ACB
(4)①加热使HCl大量挥发 ②盐酸变稀后不再发生反应
(5)将浓盐酸慢慢滴下;加热用小火
(6)MnO2+4H++2Cl-
Mn2++Cl2↑+2H2O
NaOH溶液 Cl2+2OH-===Cl-+ClO-+H2O、
H++OH-===H2O
【学以致用1】 某研究小组为了制备84消毒液(主要成分为NaClO)设计了如图装置。
并查阅到下列资料:
“卤素与水的反应是放热反应,在加热情况下卤素与碱液发生如下反应:
3X2+6OH-
5X-+XO
+3H2O”。
回答下列问题:
(1)装置中的试管内发生反应的离子方程式为_______________________________________
______________________________________________________________________________。
(2)装置中能否省去盛饱和NaCl溶液的洗气瓶?
________(填“能”或“不能”,下同),理由是___________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________。
(3)装置中能否省去盛浓硫酸的洗气瓶?
________,理由是_______________________。
(4)装置中能否省去盛冰水的烧杯?
________,理由是_______________________________
________________________________________________________________________。
解析 本题具有较强的综合性,装置产生的Cl2在冰水冷却下与NaOH发生反应制得消毒液。
运用该装置必须通过饱和NaCl溶液除去HCl,否则与NaOH反应将生成NaCl,降低NaClO的纯度;但干燥装置可以省略,因为少量水蒸气不会影响反应;冷却装置不可省略,因为题给信息:
氯气与水的反应是放热反应,温度升高,引起副反应:
3Cl2+6OH-
5Cl-+ClO
+3H2O。
答案
(1)Cl2+2OH-===Cl-+ClO-+H2O
(2)不能 氯气中混有的HCl气体进入试管中也会和氢氧化钠溶液反应,降低了NaClO的产量和纯度
(3)能 少量水蒸气进入试管中不影响反应
(4)不能 氯气与水的反应是放热反应,反应时温度升高,可能引起副反应,生成NaClO3
探究二、卤素离子的检验
【探究讨论】
Cl-检验时,为什么要加稀硝酸?
中学阶段,所学的不溶于稀硝酸的白色沉淀有哪些物质?
提示 稀硝酸能排除CO
等离子的干扰。
中学阶段,不溶于稀硝酸的白色沉淀有AgCl和BaSO4。
【点拨提升】
卤素离子的检验
(1)溶液中Cl-的检验要排除其他离子的干扰,如CO
、PO
,但它们的银盐沉淀溶于稀硝酸。
①一般先在被测液中加入稀硝酸酸化,以排除干扰离子。
因为:
加入AgNO3溶液,Ag++Cl-===AgCl(白色),
AgCl沉淀是不溶于稀硝酸的,若在Na2CO3溶液中加入AgNO3溶液也会产生白色的Ag2CO3沉淀,此沉淀可溶于稀硝酸。
2Ag++CO
===Ag2CO3,Ag2CO3+2HNO3===2AgNO3+H2O+CO2↑。
PO
也能与Ag+发生反应生成Ag3PO4的黄色沉淀,此沉淀也可溶于稀硝酸。
②若被检液中有SO
存在,由于SO
可以与Ag+生成白色微溶物Ag2SO4且不溶于稀硝酸,则在检验Cl-之前,需先用Ba(NO3)2溶液除去SO
,再加入硝酸酸化的AgNO3溶液检验Cl-的存在。
(2)F-、Br-、I-的检验
①F-加入浓硫酸,产生能腐蚀玻璃的气体。
②Br-:
a.加入AgNO3,产生不溶于稀硝酸的浅黄色沉淀;
b.加入氯水和CCl4,振荡、静置,下层液体呈橙红色。
③I-:
a.加入AgNO3产生不溶于稀硝酸的黄色沉淀;
b.加入氯水或溴水和CCl4,振荡、静置,下层呈紫红色;
c.加入氯水或溴水及淀粉溶液,溶液变蓝色。
【典题例证2】 下面是两位同学设计的证明碳酸钠样品中含氯化钠的实验方案。
甲:
取样品少许加入试管中,加入适量的蒸馏水使之溶解,配成溶液,然后加入AgNO3溶液,看是否有白色沉淀生成。
乙:
取样品少许加入试管中,加入适量的自来水使之溶解,配成溶液,然后滴加稀硝酸酸化的AgNO3溶液,看是否有白色沉淀生成。
(1)两个方案均有不合理之处,请指出:
甲________________________________________________________________________。
乙________________________________________________________________________。
(2)合理的实验方案为___________________________________________________________。
解析 甲方案中没有用稀硝酸排除CO
的干扰,Ag2CO3也是白色沉淀。
乙方案中用自来水配制溶液,自来水用氯气消毒,含有Cl-,影响检验。
答案
(1)AgNO3溶液没有用稀硝酸酸化,不能排除CO
的干扰 用自来水配制溶液引入Cl-,影响检验
(2)取样品少许加入试管中,加入适量的蒸馏水配成溶液,然后加入稀硝酸酸化的AgNO3溶液,看是否有白色沉淀生成
【学以致用2】 下列叙述正确的是( )
A.如果加CCl4呈现紫色,证明原溶液中存在I-
B.凡能使湿润的碘化钾淀粉试纸变为蓝色的气体一定是Cl2
C.某溶液中加入BaCl2溶液,产生不溶于稀HNO3的白色沉淀,原溶液中一定含Ag+
D.氢氟酸是弱酸,但会腐蚀玻璃
解析 I-不溶于CCl4,只有转化成I2才可溶;能使湿润的KI淀粉试纸变蓝的气体不一定是Cl2,还有O3、NO2、Br2(g)等;SO
也符合C选项。
答案 D
1.欲除去Cl2中的少量HCl气体,可选用( )
A.NaOH溶液B.饱和食盐水
C.浓硫酸D.石灰水
解析 利用了HCl极易溶于水而Cl2在饱和食盐水中溶解度很小的原理。
答案 B
2.检验Cl-时所用试剂HNO3的作用是( )
A.防止CO
的干扰
B.防止Cl-的干扰
C.生成Ag2CO3沉淀
D.防止NO
的干扰
解析 检验Cl-加入的AgNO3溶液,能与CO
结合生成Ag2CO3白色沉淀,干扰Cl-的检验。
答案 A
3.下列试剂的保存错误的是( )
A.漂白粉必须密封保存
B.新制的氯水用棕色瓶保存
C.液溴用一层水封盖再密封保存
D.固体碘放在棕色细口瓶中
解析 漂白粉容易和空气中的二氧化碳反应,所以需要密封;新制的氯水中有次氯酸,见光分解,所以需要用棕色瓶保存;溴有挥发性,所以用一层水进行水封;碘是容易升华的固体,应放在棕色的广口瓶中。
答案 D
4.在制氯气时有如下操作,正确的操作顺序是( )
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烧瓶中
⑤将多余的Cl2用NaOH溶液吸收
⑥用向上排空气法收集氯气
A.①②③④⑤⑥B.③④②①⑥⑤
C.①④③②⑥⑤D.①③④②⑥⑤
解析 确定实验室制取气体的操作顺序要注意:
①连接好装置后,要先检查气密性,后装药品;②装药品的顺序是先加固体,后加液体;③对于有毒的气体,一定要有尾气处理装置。
答案 D
5.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.图Ⅰ:
若MnO2过量,则浓盐酸可全部消耗完
B.图Ⅱ:
证明新制氯水具有酸性
C.图Ⅲ:
产生了棕黄色的雾
D.图Ⅳ:
湿润的有色布条褪色
解析 MnO2和浓盐酸在加热条件下反应,随着反应的进行,浓盐酸浓度变小,MnO2不与稀盐酸反应,即使MnO2过量,盐酸也不能全部消耗完,A项错误;不仅能证明新制氯水具有酸性,还可以证明新制氯水具有漂白性,B项错误;铜丝在Cl2燃烧,生成棕黄色的烟,C项错误。
答案 D
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