2025版高一化學必修第一冊 第二章 第二節(jié) 第2課時 氯氣的實驗室制法 氯離子的檢驗

第2課時氯氣的實驗室制法氯離子的檢驗課標定向目標定位1.能根據反應原理和除雜試劑選取實驗裝置制取氯氣,理解實驗室中氣體制備和凈化裝置的選取原則。(科學探究和創(chuàng)新意識)2.能根據物質的特征反應和干擾因素選取適當的檢驗試劑來進行氯離子的檢驗,建立認知模型。(論證推理和模型認知)厘清重點通過實驗室制取氯氣的實驗操作,構建氣體制備的思維模型突破難點通過氯離子的檢驗方法,構建離子檢驗的思維模型和檢測方法學習任務一:氯氣的實驗室制法【必備知識·導學】[引入]1774年,舍勒將軟錳礦(主要成分是MnO2)與濃鹽酸混合加熱,發(fā)現(xiàn)了氯氣。從氯氣的出現(xiàn)到氯被確認為一種新的元素,時間長達三十多年,而這種制氯氣的方法至今還是實驗室制取氯氣的主要方法之一。一、實驗原理實驗室里,通常用濃鹽酸和MnO2混合加熱來制取Cl2,化學方程式:MnO2+4HCl(濃)MnCl2+Cl2↑+2H2O,離子方程式:MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O。該反應的氧化劑是MnO2,濃鹽酸既表現(xiàn)還原性,又表現(xiàn)酸性。[思考](1)MnO2+4HCl(濃)MnCl2+Cl2↑+2H2O。反應中氧化劑和還原劑的個數之比是多少?提示:由氧化產物和還原產物的個數可知,氧化劑和還原劑的個數之比是1∶2。(2)含有146gHCl的濃鹽酸與足量的MnO2反應,能生成71gCl2嗎?提示:不能。有兩個原因:一是隨著反應的進行,鹽酸濃度變小,Cl-的還原性減弱,MnO2不能再氧化HCl,此反應不再進行;二是濃鹽酸有揮發(fā)性。二、儀器裝置1.主要儀器有鐵架臺、酒精燈、圓底燒瓶、分液漏斗、洗氣瓶、集氣瓶、燒杯等。2.Cl2的制備、凈化、收集、尾氣處理裝置如圖所示。發(fā)生裝置固體+液體氣體凈化裝置(洗氣瓶)先通過飽和食鹽水除去HCl,再通過濃硫酸除去水蒸氣收集裝置用向上排空氣法收集驗滿方法①觀察法(黃綠色)②濕潤的淀粉-KI試紙,其原理是Cl2+2KI===2KCl+I2,淀粉遇置換出的I2變藍色③濕潤的藍色石蕊試紙(先變紅后褪色)尾氣處理裝置盛有NaOH溶液的燒杯,NaOH溶液作用為吸收過量Cl2,防止污染空氣[思考](1)盛放濃硫酸和飽和食鹽水的洗氣瓶能否顛倒位置?提示:不能。若顛倒位置濃硫酸將水蒸氣吸收后,氣體通過飽和食鹽水時又混入水蒸氣。(2)某同學認為可以用澄清石灰水代替NaOH溶液進行尾氣處理,同時還可以制得漂白粉,你認為該同學的想法是否合理?依據是什么?提示:不合理。澄清石灰水中Ca(OH)2的濃度較小,不能確保Cl2被完全吸收,制取漂白粉應該是Cl2與石灰乳反應。【判對錯·通教材】判斷下列說法是否正確,正確的打“√”,錯誤的打“×”。(1)實驗室制取的Cl2中混有HCl氣體,可通過盛有堿石灰的干燥管除去。 (×)提示:堿石灰的主要成分是氫氧化鈉和氧化鈣,能將Cl2和HCl同時吸收,最終收集不到Cl2。(2)MnO2與稀鹽酸在加熱條件下也可制取Cl2。 (×)提示:稀鹽酸濃度小,Cl-的還原性減弱,MnO2不能被還原,不能制取Cl2。(3)在實驗室制取Cl2的試劑中,HCl只作還原劑。 (×)提示:根據實驗室制取Cl2的化學方程式MnO2+4HCl(濃)MnCl2+Cl2↑+2H2O,HCl既體現(xiàn)還原性又體現(xiàn)酸性。(4)實驗室可以用排水法收集Cl2。 (×)提示:1體積水能溶解2體積Cl2,排水法會將生成的部分Cl2溶于水。(5)實驗室制氯氣時,需要適當控制反應溫度,溫度過低或過高都不利于制備氯氣。 (√)提示:溫度過低,MnO2與濃鹽酸不反應,溫度過高,HCl揮發(fā)過多,產率較低,因此需要控制溫度不能過高也不能過低。【核心要點·歸納】制備氯氣的注意事項1.用鹽酸與MnO2反應制取氯氣時,必須用濃鹽酸,稀鹽酸與MnO2不反應,且隨著反應的進行,濃鹽酸變?yōu)橄←}酸時,反應停止,故鹽酸中的HCl不可能全部參加反應。2.制取的氯氣有毒,且在加熱時容易逸出,所以應選用分液漏斗,而不用長頸漏斗。3.氯氣難溶于飽和食鹽水,故可用飽和食鹽水除去混合氣體中的HCl,再用濃硫酸除去水蒸氣。4.用強堿溶液(如NaOH溶液)吸收,不用Ca(OH)2溶液吸收的原因是Ca(OH)2溶解度較小,溶液濃度低,吸收不完全。5.收集氯氣時,將濕潤的淀粉碘化鉀試紙靠近盛Cl2的試劑瓶口,觀察到試紙立即變藍,則證明已集滿;或將濕潤的藍色石蕊試紙靠近盛Cl2的試劑瓶口,觀察到試紙先變紅后褪色,則證明已集滿。6.實驗結束后,先使反應停止并排出殘留的Cl2后,再拆卸裝置,避免污染空氣?！疚Ⅻc撥·拓教材】其他用于實驗室制取氯氣的化學試劑及反應用KMnO4、KClO3、Ca(ClO)2、K2Cr2O7等氧化劑代替MnO2制取氯氣,反應不需加熱且反應速率較快,如:①2KMnO4+16HCl(濃)===2MnCl2+2KCl+5Cl2↑+8H2O②KClO3+6HCl(濃)===KCl+3Cl2↑+3H2O③Ca(ClO)2+4HCl(濃)===CaCl2+2Cl2↑+2H2O④K2Cr2O7+14HCl(濃)===2CrCl3+2KCl+3Cl2↑+7H2O上述反應中,濃鹽酸均表現(xiàn)出還原性和酸性。①和④反應中,Cl2是氧化產物;②和③反應中,Cl2既是氧化產物,又是還原產物?！緦W力診斷·測評】1.下列關于Cl2制取、凈化、性質及尾氣吸收的實驗原理與裝置能達到實驗目的的是()A.用裝置甲制取Cl2B.用裝置乙除去Cl2中的HClC.用裝置丙驗證Cl2的氧化性D.用裝置丁吸收多余的Cl2【解析】選C。濃鹽酸和二氧化錳制取氯氣需要加熱,圖中缺少加熱裝置,無法得到氯氣,故A錯誤;通入的氣體會將飽和NaCl溶液通過導管排出,所以無法除雜,故B錯誤;氯氣和Na2S反應生成淡黃色沉淀S,可以用Na2S溶液檢驗氯氣的氧化性,故C正確;1體積的水能溶解約2體積的氯氣,不能用水進行尾氣處理,應該用NaOH溶液,故D錯誤?！狙a償訓練】(2023·邯鄲高一檢測)欲用如圖所示裝置制備干燥的氯氣,下列相關說法正確的是()A.燒瓶內裝入的固體是MnO2B.按氣流方向,裝置的連接順序是aedcbgfcbhC.裝置乙可干燥氯氣,防止裝置戊中水蒸氣進入集氣瓶D.可用干燥的淀粉碘化鉀試紙檢驗氯氣【解析】選C。MnO2與濃鹽酸反應需要加熱,裝置甲沒有加熱裝置,故A錯誤;收集Cl2的方法應為向上排空氣法,裝置的連接順序是aedcbfgcbh,故B錯誤;裝置乙是干燥裝置,實驗目的是制得干燥的氯氣,裝置乙要用到兩次,既要除去生成Cl2中的水蒸氣,又要防止戊中的水蒸氣進入,故C正確;檢驗氯氣需要濕潤的淀粉碘化鉀試紙,故D錯誤。2.實驗室制取氯氣時,如圖所示操作錯誤的是①②③④(填序號)。①用裝置Ⅰ制取少量氯氣②用裝置Ⅱ除去氯氣中混有的少量氯化氫③用裝置Ⅲ制取氯氣④用裝置Ⅳ干燥氯氣【解析】實驗室用濃鹽酸和MnO2混合加熱制Cl2,裝置Ⅰ中用的是稀鹽酸,不能與MnO2反應生成Cl2,①錯誤;NaHCO3能與HCl反應產生CO2,引入新的雜質,且Cl2也能與NaHCO3反應,應用飽和食鹽水除去Cl2中混有的少量HCl,且氣體應長進短出,②錯誤;實驗室用濃鹽酸和MnO2反應制Cl2,需要在加熱條件下才能進行,裝置Ⅲ中缺少加熱裝置,③錯誤;用裝置Ⅳ干燥Cl2時,Cl2應長進短出,④錯誤。[方法規(guī)律]設計氣體制備的基本思路【補償訓練】某化學小組用如圖所示裝置制取氯氣。下列說法不正確的是()A.該裝置圖中存在三處明顯錯誤B.該實驗中收集氯氣的方法不正確C.為防止氯氣污染空氣,必須進行尾氣處理D.在集氣瓶的導管口處放一片濕潤的淀粉碘化鉀試紙可以證明是否有Cl2逸出【解析】選B。裝置中未用酒精燈加熱,應該用分液漏斗,沒有尾氣吸收裝置,共3處明顯錯誤,故A正確;氯氣比空氣密度大,用向上排空氣法收集,故B錯誤;氯氣有毒,需要進行尾氣處理,故C正確;濕潤的淀粉碘化鉀試紙中I-可以被氯氣氧化為碘單質,遇淀粉變藍色,故D正確。學習任務二:氯離子的檢驗【必備知識·探究】[情境]水質檢驗員是專門負責對天然水、水和廢水的物理、化學和生物特性進行檢測和評價的專業(yè)人員。樣品檢測和分析流程:首先,根據檢測任務單上列出的項目,取得水樣,并按照檢測站的《水質檢測實施細則》以及國家、行業(yè)、質量負責人的標準方法進行樣品分析。(1)氯氣可用于自來水的殺菌消毒,但氯氣有毒,水中余氯含量應達到國家飲用水標準,若余氯量過高,水中可能出現(xiàn)什么顏色,滴加硝酸銀溶液會出現(xiàn)什么現(xiàn)象?提示:氯氣在水中濃度較高時呈淺黃綠色,滴加硝酸銀溶液會產生白色沉淀,離子方程式為Ag++Cl-===AgCl↓。(2)檢驗Cl-時,能否用稀鹽酸進行酸化?提示:不能,因為鹽酸中含有Cl-,會影響到Cl-的檢驗。(3)檢驗Cl-時,加入稀硝酸的目的是什么?提示:排除CO32-造成的干擾,因Ag2CO3也是一種不溶于水的白色沉淀,但Ag2CO3能溶于稀硝酸,故先向待測液中加入稀硝酸,再加入AgNO3溶液檢驗(4)若溶液中含有SO42-,如何設計實驗檢驗Cl提示:先加入足量的Ba(NO3)2溶液,過濾后取濾液(或靜置后取上層清液),再加入稀硝酸酸化,最后加入AgNO3溶液,若生成白色沉淀,說明含有Cl-。(5)若需要對水中的其他離子進行檢驗,想一想離子檢驗的常用方法和注意事項。提示:離子檢驗常用生成氣體、沉淀、溶液的顏色變化、焰色試驗等方法,注意排除雜質離子的干擾。【核心要點·歸納】氯離子檢驗1.答題模板:取少量被檢測溶液于試管中,滴加適量稀硝酸,然后滴入AgNO3溶液,若產生白色沉淀,則被檢測溶液中含有Cl-,若無白色沉淀則無Cl-。2.原理:Ag++Cl-===AgCl↓,不溶于稀HNO3。3.加稀硝酸的目的:排除CO32-等離子的干擾,因為Ag2CO3能溶于稀硝酸,而AgCl不溶。注意因為鹽酸中含有Cl-【學力診斷·測評】1.(2023·石家莊高一檢測)海水淡化后,為檢驗所得的淡水中是否含有氯離子,通常采用的試劑是()A.AgNO3溶液B.AgNO3溶液和稀鹽酸C.AgNO3溶液和稀硝酸D.以上試劑均可【解析】選C。只用硝酸銀溶液檢驗Cl-,碳酸根離子、硫酸根離子都會結合銀離子生成白色沉淀,故A錯誤;鹽酸溶液中含有氯離子,用鹽酸不能檢驗出原溶液是否含有氯離子,故B錯誤;硝酸銀溶液中的銀離子結合氯離子生成不溶于稀硝酸的白色沉淀,氯化銀是氯離子的特征性質,可以用AgNO3溶液和稀硝酸檢驗所得的淡水中是否含有氯離子,故C正確、D錯誤?！狙a償訓練】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,有無色無味的氣體生成,將氣體通入澄清石灰水中,石灰水變渾濁,由此判斷該溶液中含有()A.Cl-、SO42- B.Cl-C.Cl-、CO32- D.Cl-【解析】選C。根據題給現(xiàn)象,生成的白色沉淀部分溶于稀硝酸,且產生使澄清石灰水變渾濁的氣體,則原溶液中存在CO32-和2.檢驗某溶液中是否含有Cl-,正確的操作是()A.取樣,滴加AgNO3溶液,看是否有白色沉淀生成B.取樣,先加鹽酸酸化,再加入AgNO3溶液,看是否有白色沉淀生成C.取樣,先加稀硫酸酸化,再加入AgNO3溶液,看是否有白色沉淀生成D.取樣,加少量AgNO3溶液,有白色沉淀,再加稀硝酸,看白色沉淀是否消失【解析】選D。碳酸根離子也能夠與銀離子反應生成白色沉淀,所以滴加AgNO3溶液有白色沉淀生成,溶液中不一定是氯離子,故A錯誤;加入鹽酸酸化,溶液中引進了氯離子,無法證明原溶液中是否存在氯離子,故B錯誤;硫酸根離子能夠與銀離子反應生成白色沉淀,干擾了氯離子的檢驗,故C錯誤;檢驗氯離子時,先加入硝酸銀溶液,若生成白色沉淀,再加入稀硝酸,若白色沉淀不消失,則溶液中含有氯離子,否則不含氯離子,故D正確?！狙a償訓練】1.下列實驗能證明某溶液中含有NaCl的是()A.焰色呈黃色B.溶液有咸味C.取少量溶液于試管中,滴加稀硝酸酸化的硝酸銀溶液,出現(xiàn)白色沉淀D.焰色呈黃色,同時又能與稀硝酸酸化的硝酸銀溶液反應生成白色沉淀【解析】選D。要證明含有Na+,則焰色試驗需呈黃色;要證明含有Cl-,則加入稀硝酸酸化的AgNO3溶液后生成白色沉淀。2.有一包白色固體,它可能含有KCl、K2CO3、KNO3中的一種或幾種,現(xiàn)進行如下實驗:①溶于水,得無色溶液;②向上述溶液中滴加AgNO3溶液,生成白色沉淀;③再滴加稀硝酸,沉淀減少但不完全消失,同時有氣泡生成。根據上述現(xiàn)象判斷:(1)白色固體一定含有的成分是KCl和K2CO3,可能含有的成分是KNO3。

(2)寫出上述實驗中有關反應的離子方程式:_____________________。

答案:(2)Ag++Cl-===AgCl↓2Ag++CO32-===Ag2Ag2CO3+2H+===2Ag++H2O+CO2↑【解析】由②產生白色沉淀知,可能含有K2CO3和KCl中的一種或兩種;由③沉淀減少且有氣泡生成知,一定含有K2CO3;由沉淀不完全消失可知,一定含有KCl。[題后歸納](1)檢驗離子的規(guī)范操作:取待測液→加入試劑→現(xiàn)象→結論。(2)為排除雜質離子的干擾,常需要加兩種及以上試劑,每加入一次試劑需寫出相應的現(xiàn)象,最后再得出結論。(3)檢驗Cl-時加稀硝酸酸化的目的是排除CO32-等的干擾,因為Ag2CO3等可溶于稀硝酸,學情檢測·素養(yǎng)達標1.下列關于實驗室制氯氣的說法錯誤的是()A.該反應是一個氧化還原反應,其中二氧化錳是氧化劑B.HCl表現(xiàn)還原性和酸性C.該反應的離子方程式為MnO2+4H++4Cl-MnCl2+2H2O+Cl2↑D.該方法是瑞典化學家舍勒最先發(fā)現(xiàn)的【解析】選C。由MnO2+4HCl(濃)MnCl2+2H2O+Cl2↑可知,二氧化錳是氧化劑,鹽酸部分作還原劑,部分起酸的作用;HCl中氯元素部分化合價升高,HCl既表現(xiàn)還原性,又表現(xiàn)酸性;氯化錳是可溶于水的強電解質,在離子方程式中應寫成離子符號。2.下列對某溶液所含離子的檢驗,敘述正確的是()A.滴入BaCl2溶液和稀硝酸,產生白色沉淀,則原溶液中一定含有SOB.滴入鹽酸酸化,再滴入硝酸銀溶液,產生白色沉淀,則原溶液中一定含有Cl-C.進行焰色試驗檢驗某溶液中的陽離子,發(fā)現(xiàn)火焰呈黃色,則一定沒有鉀元素D.有色花瓣浸泡在氯水中,花瓣褪色,則氯水中含有次氯酸分子【解析】選D。滴入BaCl2溶液和稀硝酸,產生白色沉淀