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教学资料范本2020化学新鲁科必修：利用化学反应制备物质含解析编 辑：_时 间：_第3节化学反应的利用第1课时利用化学反应制备物质目标导航1.掌握实验室制备氯气的原理和尾气处理方法。2.了解常见气体的制备装置及收集方法。3.了解一些常见物质的制备原理。一、利用化学反应制备氯气1.氯气的实验室制法(1)试剂：浓盐酸和二氧化锰。(2)反应原理化学反应方程式：MnO24HCl(浓)MnCl2Cl22H2O。离子反应方程式：MnO24H2ClMn2Cl22H2O。氧化剂是MnO2、还原剂是HCl、氧化剂与还原剂的物质的量之比为12。在MnO2与浓盐酸反应制取氯气的反应中体现了浓盐酸还原性、酸性。若2 mol HCl参加反应、被氧化的HCl为1 mol。(3)反应特点固体液体气体。(4)实验装置仪器名称：分液漏斗、圆底烧瓶。(5)实验步骤(6)尾气处理为防止多余的Cl2污染空气、图示药品应选用NaOH溶液吸收、反应的离子方程式为2OHCl2=ClClOH2O。2.氯气的工业制法电解饱和食盐水(1)化学方程式：2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2。氧化剂是H2O、还原剂是NaCl。(2)离子方程式：2Cl2H2O2OHH2Cl2。【议一议】1.实验室用下列两种方法制Cl2：用0.15 mol 的MnO2与过量的12 molL1的浓盐酸反应、50 mL 12 molL1的浓盐酸和足量的MnO2反应、所制得Cl2比_(填“多”或“少”)。答案少2.在实验室制备的Cl2中含有哪些杂质？应怎样除去？为防止环境污染、多余的Cl2一般用什么试剂吸收？答案HCl和水蒸气。分别通入装有饱和食盐水和浓硫酸的洗气瓶。多余的Cl2一般用NaOH溶液吸收、以防污染环境。3.从氧化还原反应知识的角度分析、工业上和实验室制备Cl2的反应原理有何异同？答案两个反应原理的共同点是把1价的Cl氧化成0价的Cl、不同点是原料、条件不同。二、利用化学反应制备其他物质1.几种气体物质的制备物质实验室制法方程式工业制法方程式H2ZnH2SO4=ZnSO4H2CH2O(g)COH2COH2O(g)CO2H2CO2CaCO32HCl=CaCl2H2OCO2CaCO3CO2CaONH32NH4ClCa(OH)2CaCl22NH32H2O2.常见固体或液体物质的工业制法物质工业制法方程式生铁(以Fe2O3为原料)Fe2O33CO2Fe3CO2HNO3(以NH3为原料)4NH35O24NO6H2O、2NOO2=2NO2、3NO2H2O=2HNO3NOH2SO4(以S为原料)SO2SO2、2SO2O22SO3、SO3H2O=H2SO4议一议1.下列反应是否适宜于实验室制备气体？(1)2Na2H2O=2NaOHH2(2)Na2CO32HCl=2NaClH2OCO2(3)2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2(4)2H2O22H2OO2(5)2H2O2H2O2(6)CaCO3H2SO4=CaSO4H2OCO2(7)NH4ClNH3 HCl答案(1)(2)(3)(5)(6)(7)不适宜于实验室制备气体。实验室制取气体要求原理正确、反应速率适宜、反应条件较容易实现、操作简单、安全等。(1)和(2)反应过快、(3)和(5)反应条件不易操作、(6)和(7)原理不正确、CaSO4微溶于水、阻止进一步反应；NH3和HCl遇冷生成NH4Cl。2.实验室用贝壳与稀盐酸反应制备并收集CO2气体、下列装置中合理的是_(填字母)。答案bd一、氯气的实验室制法1.反应原理用MnO2作氧化剂与浓盐酸反应： (1)MnO2只能氧化浓盐酸、不能氧化稀盐酸、因为盐酸的还原性与浓度有关、盐酸越浓还原性越强、一旦浓盐酸变成稀盐酸、反应将不再进行。(2)必须加热、常温下浓盐酸与MnO2不反应。(3)为减少制得的Cl2中HCl含量、加热温度不宜过高。(4)浓盐酸在此反应中既表现还原性又表现酸性。表现还原性的HCl与表现酸性的HCl物质的量相等。MnO2还可以用其他氧化剂(KMnO4、KClO3、K2Cr2O7等)代替。如：2KMnO416HCl(浓)=2MnCl22KCl5Cl28H2OKClO36HCl(浓)=KCl3Cl23H2O2.实验装置(1)发生装置：固体液体气体使用分液漏斗便于控制向烧瓶内加入盐酸的量；用图装置中在烧瓶与分液漏斗之间增加了一个连通管代替发生装置、其作用是调节烧瓶与分液漏斗之间的压强平衡、保证盐酸能顺利流入圆底烧瓶内。(2)净化装置用排饱和食盐水法除HCl气体、以减少Cl2的溶解；除去Cl2中的水蒸气应选用酸性或中性干燥剂、它们可以是浓硫酸、P2O5、无水CaCl2等；除杂时、导管应“长进短出”、长导管要浸入液体中。先除HCl、后除H2O；除去HCl可用图a或b装置、除H2O可用图c或d装置。 (3)收集装置向上排空气法如图e；排饱和食盐水法如图f。气密性检验顺序：装置形成封闭体系操作(微热、手捂、热毛巾捂、加水等)描述现象得出结论。(4)尾气吸收装置接口连接顺序：净化时、应长进短出；干燥管应大口进小口出；尾气吸收不能用Ca(OH)2溶液、因为其浓度小、吸收不完全。(5)装置安装顺序由下到上：放铁架台摆酒精灯固定铁圈放置石棉网固定圆底烧瓶；从左到右：发生装置除杂装置干燥装置收集装置尾气处理装置。3.实验操作顺序先接(连接装置)后检(检查装置气密性)；先固(放入固体)后液(滴加液体)；先除(除HCl)后干(干燥、除H2O)；先排(排出空气)后收(收集氯气)。【例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：_；_；_；_。(2)在改进后的装置中、下列物质的作用分别是：饱和食盐水_；浓硫酸_；NaOH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20 mL 12 molL1的盐酸混合加热、充分反应后生成的氯气明显少于 0.06 mol。其主要原因有：_、_。(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0.24 mol、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0.06 mol。(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)用稀盐酸与MnO2反应没有加热装置盛浓硫酸和盛饱和食盐水的洗气瓶位置颠倒两洗气瓶里进气导管和出气导管的长短颠倒(2)除去Cl2中的氯化氢除去氯气中的水蒸气吸收多余的氯气(3)ACB(4)加热使HCl大量挥发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)MnO24H2ClMn2Cl22H2ONaOH溶液Cl22OH=ClClOH2O、HOH=H2O【解题感悟】分析制备装置时需注意的几个问题(1)明确实验目的；(2)依据反应物的状态及反应条件确定制备装置；(3)所制备物质是否具有特殊性质(即是否需要特殊保护)；(4)制备过程中是否产生有毒气体。变式训练1已知无水AlCl3(183 升华)遇潮湿空气即产生大量白雾(AlCl3与水蒸气反应)、实验室可设计如下两种装置制备AlCl3。(1)装置一：回答以下问题：实验室常用MnO2与浓盐酸反应制备Cl2、制备实验开始时、先检查装置气密性、接下来的操作依次是_(填字母)。A.往烧瓶中加入MnO2粉末B.加热C.往烧瓶中加入浓盐酸装置B中盛放饱和NaCl溶液、该装置的主要作用是_、F中试剂的作用是_。用一件仪器装填适当试剂后也可起到F和G的作用、所装填的试剂为_。(2)装置二：仪器X与仪器Y(广口瓶)直接相连的意图是用Y收集产物AlCl3、防止堵塞玻璃导管。回答以下问题：装置D中发生反应的化学方程式是_。能否去掉E装置_、原因是_。实验时应先点燃_处的酒精灯、其作用是_。答案(1)ACB除去Cl2中的HCl防止水蒸气进入E中与AlCl3反应碱石灰(2)2Al3Cl22AlCl3否若去掉E装置、水蒸气会与Y中的AlCl3反应A排出装置中的空气、防止铝与氧气反应生成Al2O3解析(1)操作时、先加固体、后加液体、再加热。装置B中饱和NaCl溶液用于除去氯气中HCl, F盛装浓硫酸、防止水蒸气进入E。为除去多余的氯气和防止空气中的水蒸气进入E瓶中、可用干燥管盛装碱石灰代替F和G中的两种试剂的作用。(2)Al与Cl2在加热条件下生成AlCl3。若去掉E装置、水蒸气进入Y会与Y中的AlCl3反应。实验时先点燃A处的酒精灯、以排出装置中的空气、防止铝与氧气反应生成Al2O3。【归纳总结】(1)利用气体制备物质时装置通常设计如下：制气净化(除杂、干燥)制备收集保护尾气处理。(2)制备的物质要尽量纯净。一般先除杂后制备。(3)利用气体制备其他固体物质时要注意五防：防污染、防倒吸、防不纯、防变质、防堵塞。(4)防倒吸装置主要有以下几类：二、实验室制备气体装置的选择1.发生装置装置类型固固加热固液加热固液不加热装置实例KMnO4O2、 KClO3MnO2O2、Ca(OH)2NH4ClNH3浓盐酸MnO2Cl2锌稀硫酸H2、CaCO3稀盐酸CO2、H2O2MnO2O2、浓氨水碱石灰NH3、浓盐酸KMnO4Cl2、浓硝酸CuNO2、稀硝酸CuNO、浓硫酸Na2SO3SO22.净化装置净化原则不能引入新杂质；不能减少被净化气体的量装置类型液体除杂不加热固体除杂不加热固体除杂不加热或加热实验装置气体的干燥方法干燥剂可干燥的气体不能干燥的气体浓硫酸H2、O2、SO2、HCl、Cl2、CO、NO、NO2NH3、HBr、HI、H2SP2O5NH3CaCl2NH3碱石灰H2、O2、NO、CO、NH3Cl2、SO2、HCl、NO2浓硫酸可同时吸收NH3和H2O、碱石灰可同时吸收CO2(或SO2)和水。3.收集装置收集方法排水法向上排空气法向下排空气法收集装置适用的气体 H2、O2、CO、NO等O2、SO2、CO2、HCl、Cl2、NO2等H2、NH3等4.尾气吸收装置(1)吸收溶解度较小的尾气(如Cl2、CO2、SO2等)如图D。(2)吸收溶解度较大的尾气(如HCl、NH3等)如图B、C。(3)点燃或收集于塑料袋中、如图A、E。【例2】实验室中某些气体的制取、收集及尾气处理装置如图所示(省略夹持和净化装置)。仅用此装置和表中提供的物质完成相关实验、最合理的选项是()选项a中的物质b中的物质c中收集的气体d中的物质A浓氨水CaONH3H2OB浓硫酸Na2SO3SO2NaOH溶液C稀硝酸CuNO2H2OD浓盐酸MnO2Cl2NaOH溶液解析A项、氨气的收集应使用向下排空气法、而图中为向上排空气法、A不正确；B正确；C项、铜与稀硝酸反应生成NO、不能用向上排空气法收集NO、而c中收集的是NO2、应由浓硝酸与铜反应制取、C不正确；D项、缺少加热装置、不能制取Cl2、D不正确。答案B【解题感悟】(1)实验室制取气体的一套完整的装置一般由四部分组成。(2)对物质制备实验方案要从药品、装置两方面分析、要考虑制气、净化、收集、尾气吸收等装置、注意防倒吸、防堵塞等。变式训练2在实验室里可按下图所示装置来干燥、收集气体R、多余的气体可用水来吸收、则R是()A.NH3 B.NOC.NO2 D.HCl答案A解析NO不能用排气法收集、NO2、HCl的收集方法不对、应长进短出。1.下列说法正确的是()A.化学家熟悉化学反应、设计制备新物质是很容易的事情B.化学家只能合成自然界中已经存在的物质C.科学家只能依靠实验、通过筛选和测试来发现新的化合物及化合物的新性能、从而找到新的合成方法D.化学中最有创造性的工作是设计和合成新物质答案D解析A项、化学家设计制备新物质的过程是一个复杂的过程、需要付出艰辛的劳动。B项、化学家不仅能合成自然界中已有的物质、也能合成自然界中没有的物质。C项、科学家还可以利用计算机技术设计合成新物质的方法。2.下列说法不正确的是()用图a所示装置除去Cl2中含有的少量HCl；实验室用图b装置吸收HCl；实验室用图c装置制Cl2；实验室用图d 装置干燥Cl2；实验室用图e装置制取少量纯净的CO2气体；实验室用图f所示的装置制取少量氨气。A. B.C. D.答案D解析不能用NaOH溶液而应用饱和食盐水除去HCl；HCl在吸收时容易产生倒吸、应用防倒吸装置吸收HCl；应该用酒精灯加热、缺少酒精灯和石棉网；导气管应长进短出；该装置适宜于块状固体和液体不需要加热反应制取气体、纯碱为粉末状、不能用该装置制取CO2；试管口不能用橡胶塞堵住且导气管应伸入试管底部。因此都不正确。3.下列实验装置正确的是()答案A解析A项、是实验室制取氯气的装置；B项、收集氧气应该“长进短出”；C项、氯化铵固体分解生成氨气和氯化氢、氨气和氯化氢在试管口又化合成氯化铵固体、得不到氨气、甚至可能会堵塞导管；D项、浸有稀硫酸的棉花团不能吸收SO2、应改为“浸有NaOH溶液的棉花团”。4.通常情况下、既能用浓硫酸干燥、又能用碱石灰干燥的气体是()A.HCl B.Cl2 C.NH3 D.NO答案D解析浓硫酸不能干燥碱性气体NH3、碱石灰不能干燥酸性气体HCl、Cl2、D项正确。5.实验室中制取、洗气并收集气体的装置如图所示。仅用该装置和表中提供的物质完成相关实验、最合理的选项是()选项a中的液体b中的固体c中液体A浓盐酸MnO2饱和食盐水B浓氨水生石灰浓H2SO4C浓硫酸Cu片NaOH溶液D稀HNO3Cu片H2O答案D解析A项、浓盐酸与MnO2反应需要加热、装置图中无酒精灯、错误；B项、浓氨水与生石灰可制取氨气、氨气不能用浓硫酸干燥、也不能用排水法收集、错误；C项、浓硫酸与Cu反应需要加热、生成的SO2不能用NaOH溶液除去杂质、也不能用排水法收集、错误；D项、Cu与稀硝酸反应可制取NO、NO可用水洗气、可用排水法收集、正确。6.如图是实验室制备纯净氯气的实验装置、试回答下列问题：(1)写出下列仪器的名称：A_、B_。(2)写出制备氯气的反应的离子方程式：_。(3)装置C的作用是_、装置D的作用是_。(4)装置F的作用是_(用化学方程式表示)。(5)实验结束时、需要先撤去B与C之间的导管、然后再撤掉酒精灯。若先撤掉酒精灯、而不撤去B与C之间的导管、则会导致_。答案(1)分液漏斗圆底烧瓶(2)MnO22Cl4H(浓)Cl2Mn22H2O(3)除去Cl2中的HCl除去Cl2中的水蒸气(4)2NaOHCl2=NaClNaClOH2O(5)装置C、D、F中的液体依次发生倒吸解析(1)A为分液漏斗、B为圆底烧瓶。(2)制备氯气的反应为MnO24HCl(浓)MnCl2Cl22H2O。(3)装置C中的饱和食盐水可除去Cl2中的HCl；装置D中的浓硫酸可除去Cl2中的水蒸气。(4)装置F中盛有碱液、可以吸收多余的Cl2、使之转化为NaCl、NaClO。(5)若只撤掉酒精灯、则装置内气体冷却会导致倒吸。分层训练 基础过关1.下列有关Cl2的实验操作和发生装置正确的是()A.闻Cl2气体B.除去Cl2中的HClC.干燥Cl2D.用高锰酸钾和浓盐酸快速制取Cl2答案D解析闻气体的正确方法是用手轻轻扇动瓶口、仅使少量气体飘入鼻孔、A项错误。Cl2与NaOH会发生反应、B项错误。干燥气体时、应长管进短管出、C项错误。高锰酸钾和浓盐酸反应不需要加热、能快速制取Cl2、D项正确。2.实验室用足量的MnO2与340 mL 11.8 molL1的浓盐酸反应制备Cl2、则制得的Cl2在标准状况下的体积(V)()A.V22.4 L B.V44.8 LC.V22.4 L D.22.4 LV44.8 L答案C解析n(HCl)11.8 molL10.340 L4.0 mol、对于反应MnO24HCl(浓)Cl2MnCl22H2O、其中充当还原剂的HCl为参加反应的HCl的一半、而且随着反应的进行、盐酸的浓度降低、稀盐酸与MnO2不反应、故制得的Cl2在标准状况下的体积少于22.4 L、C项正确。3.下列装置应用于实验室制氯气并回收氯化锰的实验、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氯化锰溶液D.制得的氯气可用碱石灰干燥答案C解析MnO2与浓盐酸反应生成Cl2、需加热、A错误；除去Cl2中的HCl应通过饱和食盐水、且气体从长导管进入、B错误；MnO2不溶于水、MnCl2可溶于水、两者用过滤的方法分离、C正确；碱石灰属于碱性干燥剂、能与氯气反应、应用浓硫酸干燥Cl2、D错误。4.实验室中、一般使用MnO2和浓盐酸制备少量Cl2、涉及的主要操作如下：将烧瓶固定在铁架台上；将酒精灯放在铁架台合适位置、根据酒精灯确定铁圈的高度、固定铁圈、放上石棉网；向烧瓶中加入MnO2、再向分液漏斗中加入浓盐酸、并将导管放入集气瓶中；检查装置的气密性；在烧瓶上装好分液漏斗、连接好导管；选取实验仪器和实验试剂。最好的实验操作顺序是()A. B.C. D.答案C解析实验过程中、先选取合适的仪器及试剂；再安装实验装置；安装好仪器后再检查装置气密性；最后加入试剂、进行气体制备与收集。C项正确。5.如图是气体制取装置、下列能用此装置制取气体并能“随开随用、随关随停”的是()A.大理石和稀H2SO4制取CO2B.锌粒和稀H2SO4制H2C.浓盐酸和MnO2制Cl2D.固体NH4Cl和消石灰制取NH3答案B解析该装置适用于块状固体和液体不需要加热制备气体。大理石和稀H2SO4反应生成的CaSO4微溶于水、附着在大理石的表面阻止反应的进行、A不正确；浓盐酸与MnO2反应需要加热、且MnO2为粉末状固体、C不正确；固体NH4Cl和消石灰制取NH3为固固加热制气、且NH3易溶于水、D不正确；只有B中锌粒与稀硫酸的反应符合题意。6.用如图装置制取少量某无色气体、则X内的药品应是()A.铜和稀硝酸 B.铜和浓硝酸C.碳酸钙与稀硫酸 D.亚硫酸钠和浓硫酸答案D解析该装置适于固体和液体不加热反应制取可用向上排空气法收集的气体。A项、生成的NO不能用向上排空气法收集；B项、生成的NO2为红棕色；C项、CaCO3与稀硫酸反应、由于生成的CaSO4为微溶物、附着在CaCO3固体表面而影响反应的顺利进行；D项、生成SO2、符合题意。7.为了净化和收集由盐酸和大理石制得的CO2气体、从下图中选择合适的装置并连接。合理的是()A.aadde B.bbddgC.ccddg D.ddccf答案C解析由盐酸和大理石制得的CO2气体中会含有杂质H2O(g)和HCl、除去它们的试剂分别为浓硫酸和饱和碳酸氢钠溶液、应先让气体通过饱和NaHCO3溶液除去HCl、再通过浓硫酸干燥。CO2的相对分子质量为44、比空气的大、因此收集CO2时应用向上排空气法。所以正确的答案应为C选项。8.工业上以空气、煤等为原料制取硝酸铵、其生产过程有6个阶段：合成氨；空气液化分离；氨氧化；制取水煤气；生成硝酸；生成硝酸铵。制取硝酸铵最合理的生产流程是 ()答案D解析先制取氮气和氢气、再进行化合生成氨气、然后进行催化氧化生成硝酸、最后硝酸和氨气反应生成硝酸铵。能力提升9.实验室可通过多条途径得到氮气、常见的三种方法是：方法一：将氨气通过灼热的氧化铜粉末、得到氮气和铜等。方法二：将空气通过灼热的铜、得到较纯净的氮气和氧化铜粉末。方法三：将亚硝酸钠(NaNO2)和氯化铵的混合溶液加热、逸出氮气。方法一有关装置如图所示(其中有些仪器如铁架台、铁夹、铁圈、石棉网、酒精灯等未画出)：请回答下列问题：(1)方法一制氮气：氨气是用浓氨水跟生石灰反应得到、应选用_(填编号)作发生装置、该反应的化学方程式为_。要制取并收集较纯净的氮气(可含有少量的水)、还应使用上述装置中的_(填装置的编号、并按气流方向从左向右列出)。(2)制取氮气的三种方法中、方法一和方法二越来越受到人们的关注、经常被联合使用。这两种方法与方法三相比、其优越性在于_。答案(1)DCaONH3H2O=Ca(OH)2NH3EABC(不用B也可)(2)节约原料、Cu和CuO可循环利用解析(1)用CaO和浓氨水反应、应选用固液气体装置、即D。要制取纯净N2、由题意知应是2NH33CuO3Cu3H2ON2、因此应把干燥的氨气(选E)通入A中、然后用排水法收集N2、因用排水法收集N2、故可以不用干燥、不用除剩余气体(NH3)、B可以不选。(2)从题中信息可知、2NH33CuO3Cu3H2ON2、而空气中的O2和Cu发生反应O22Cu2CuO、故Cu和CuO可以循环使用。10.某化学小组同学在学习Cl2的实验室制法后、发现用加热浓盐酸与MnO2混合物的方法制Cl2既浪费能源又不易控制温度、他们现欲对该实验进行改进并验证Cl2的部分性质、进行了如下探究活动。查阅资料：KMnO4和KClO3的