人教版高中化學必修第一冊第二章海水中的重要元素鈉和氯第二節第2課時氯氣的實驗室制法氯離子的檢驗學案

PAGE第2課時氯氣的實驗室制法氯離子的檢驗【學習目標】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。(科學探究與創新意識)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。(證據推理與模型認知)學習任務一探究氯氣的實驗室制法【新知導學】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,濃鹽酸既表現還原性,又表現酸性。【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②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。【教材微拓】(溯源教材·P48)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。【總結升華】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,濃鹽酸變為稀鹽酸時,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)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。【即學即練】1.易錯辨析(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既體現還原性又體現酸性。(4)實驗室可以用排水法收集Cl2。(×)提示:25℃時1體積水能溶解約2體積Cl2,用排水法會使生成的部分Cl2溶于水。2.(2026·昭通高一月考)實驗室利用如圖所示的裝置制備干燥、純凈的氯氣。下列有關敘述正確的是()A.本實驗操作順序:添加藥品→檢驗裝置氣密性→加熱B.裝置Ⅱ、Ⅲ分別盛裝飽和食鹽水、濃硫酸,二者位置不可交換C.若MnO2足量,則反應結束后裝置Ⅰ圓底燒瓶中的溶液中Cl-與Mn2+的個數比為2∶1D.裝置Ⅴ中的NaOH溶液可以替換為蒸餾水【解析】選B。實驗室制取氣體應先檢驗裝置氣密性,再添加藥品,否則可能因裝置漏氣導致藥品浪費或發生危險,A錯誤;裝置Ⅱ用飽和食鹽水除去Cl2中混有的HCl,裝置Ⅲ用濃硫酸干燥Cl2,若交換位置,先干燥后除HCl會使氣體再次接觸水而引入水蒸氣,無法得到干燥氯氣,二者位置不可交換,B正確;若HCl能完全反應,則最后得到MnCl2溶液,溶液中Cl-與Mn2+個數比為2∶1,但由于隨著反應進行濃鹽酸變稀,MnO2與稀鹽酸不反應,溶液中存在未反應的HCl,故Cl-與Mn2+的個數比大于2∶1,C錯誤;Cl2在蒸餾水中溶解度較小,不能有效吸收尾氣,會導致Cl2逸出而污染空氣,NaOH溶液不可替換為蒸餾水,D錯誤。3.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.可用干燥的藍色石蕊試紙檢驗氯氣【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,既要除去生成的Cl2中的水蒸氣,又要防止戊中的水蒸氣進入集氣瓶,故C正確;檢驗氯氣需要濕潤的藍色石蕊試紙,故D錯誤。【解題有招】設計氣體制備的基本思路學習任務二學會氯離子的檢驗【新知導學】檢驗氯離子的實驗[實驗2-9]溶液2~3mL實驗現象離子方程式滴入幾滴硝酸銀溶液加入少量稀硝酸①稀鹽酸有白色沉淀生成沉淀不溶解Cl-+Ag+===AgCl↓②氯化鈉溶液有白色沉淀生成沉淀不溶解Cl-+Ag+===AgCl↓③碳酸鈉溶液有白色沉淀生成沉淀溶解,有氣泡產生CO32-+2Ag+===Ag2Ag2CO3+2H+===2Ag++CO2↑+H2O【思考】通過上述實驗探究,總結氯離子的檢驗方法,并說明加入試劑的目的。提示:取少量被檢測溶液于試管中,滴加適量稀硝酸,使其酸化,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-。加入AgNO3溶液的目的是檢驗Cl-,加稀硝酸酸化的目的是排除CO32-等的干擾,因為Ag2【合作探究】【探究】氯離子的檢驗[情境]水質檢驗員是指對天然水、工業用水、生活用水等的物理性質、化學性質及生物性質進行檢驗和評定的專業技術人員。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、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,水中可能出現什么顏色,滴加硝酸銀溶液會出現什么現象?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,因為稀鹽酸中含有Cl-,會影響到Cl-的檢驗。(3)若溶液中含有SO42-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-。【總結升華】氯離子的檢驗(1)流程(2)答題規范取少量待測液于試管中,先加入稀硝酸酸化,再加入AgNO3溶液,若溶液中有白色沉淀生成,說明該溶液中含有Cl-。【即學即練】1.易錯辨析(1)某溶液中滴加AgNO3溶液后有白色沉淀生成,則該溶液中一定含有Cl-。(×)提示:可能有CO3(2)檢驗Cl2中是否混有HCl,可通入AgNO3溶液中,若有白色沉淀產生,說明Cl2中混有HCl。(×)提示:Cl2通入AgNO3溶液,與水反應產生Cl-,進一步產生白色沉淀。(3)檢驗Na2CO3溶液中是否有NaCl雜質,可先加AgNO3溶液,再加過量的稀鹽酸,若沉淀不溶解,則有NaCl雜質。(×)提示:加入稀鹽酸引入了Cl-。2.能證明某溶液中含有NaCl的是()A.焰色試驗是黃色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,出現白色沉淀D.焰色試驗是黃色,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+,則焰色試驗為黃色;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,D項符合題意。3.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,先加稀硝酸酸化,再加少量AgNO3溶液,看是否有白色沉淀產生【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,先加稀硝酸酸化,無現象時再加入硝酸銀溶液,若有白色沉淀生成,則溶液中含有氯離子,故D正確。【題后歸納】氯離子檢驗的注意事項(1)檢驗溶液中的Cl-時需加入稀硝酸,以排除CO3(2)不能用稀鹽酸酸化,否則會引入Cl-。(3)如果SO42-和Cl-同時存在,先用過量Ba(NO3)2溶液除去SO42-,然后再用課堂檢測效果診斷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現的【解析】選C。由MnO2+4HCl(濃)MnCl2+2H2O+Cl2↑可知,二氧化錳是氧化劑,HCl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既表現還原性,又表現酸性;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.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.ClC.Cl-、CO32- D.Cl【解析】選C。根據題給現象,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CO32-3.實驗室制備氯氣的裝置如圖所示,裝置中最多有幾處錯誤()A.4B.5C.7D.9【解析】選C。該圖存在的錯誤有①實驗室制氯氣選用MnO2與濃鹽酸反應;②應選用分液漏斗;③給圓底燒瓶加熱時要墊陶土網;④該反應需要加熱;⑤除雜時先除去HCl再用濃硫酸干燥,順序反了;⑥因為氯氣的密度大于空氣,所以收集氯氣時要長管進短管出;⑦氯氣有毒,需要加尾氣處理裝置;綜合以上分析,該裝置中有7處錯誤,故選C。4.(2026·廣州高一期中)1774年,舍勒在研究軟錳礦(主要成分是MnO2)的過程中,將它與濃鹽酸混合加熱,產生了一種黃綠色氣體。1810年,戴維確認這是一種新元素組成的單質,并命名為chlorine(中文命名“氯氣”)。(1)實驗室沿用舍勒的方法制取Cl2的化學方程式為____________________。

(2)實驗室制取干燥Cl2時,凈化與收集Cl2所需裝置的接口連接順序為__________。

(3)常溫下KClO3和濃鹽酸反應也可以制備氯氣,配平化學方程式:____KClO3+____HCl(濃)===____KCl+____Cl2↑+____H2O

【解析】(1)實驗室沿用舍勒的方法,用MnO2與濃鹽酸在加熱條件下反應制取Cl2,化學方程式為MnO2+4HCl(濃)MnCl2+Cl2↑+2H2O。(2)實驗室制取干燥C