人教版高中化学必修第一册第二章海水中的重要元素钠和氯第二节第2课时氯气的实验室制法氯离子的检验学案

PAGE第2课时氯气的实验室制法氯离子的检验【学习目标】1.能根据反应原理和除杂试剂选取实验装置制取氯气,理解实验室中气体制备和净化装置的选取原则。(科学探究与创新意识)2.能根据物质的特征反应和干扰因素选取适当的检验试剂来进行氯离子的检验,建立认知模型。(证据推理与模型认知)学习任务一探究氯气的实验室制法【新知导学】一、实验原理实验室里,通常用浓盐酸和MnO2混合加热来制取Cl2,化学方程式:MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O,离子方程式:MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O。该反应的氧化剂是MnO2,浓盐酸既表现还原性,又表现酸性。【思考】(1)MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O。反应中氧化剂和还原剂的个数之比是多少?提示:由氧化产物和还原产物的个数可知,氧化剂和还原剂的个数之比是1∶2。(2)含有146gHCl的浓盐酸与足量的MnO2反应,能生成71gCl2吗?提示:不能。有两个原因:一是随着反应的进行,盐酸浓度变小,Cl-的还原性减弱,MnO2不能再氧化HCl,此反应不再进行;二是浓盐酸有挥发性。二、仪器装置1.主要仪器有铁架台、酒精灯、圆底烧瓶、分液漏斗、洗气瓶、集气瓶、烧杯等。2.Cl2的制备、净化、收集、尾气处理装置如图所示。发生装置固体+液体气体净化装置(洗气瓶)先通过饱和食盐水除去HCl,再通过浓硫酸除去水蒸气收集装置用向上排空气法收集验满方法①湿润的淀粉-KI试纸,其原理是Cl2+2KI===2KCl+I2,淀粉遇置换出的I2变蓝色②湿润的蓝色石蕊试纸(先变红后褪色)尾气处理装置盛有NaOH溶液的烧杯,NaOH溶液作用为吸收过量Cl2,防止污染空气【思考】(1)盛放浓硫酸和饱和食盐水的洗气瓶能否颠倒位置?提示:不能。若颠倒位置浓硫酸将水蒸气吸收后,气体通过饱和食盐水时又混入水蒸气。(2)某同学认为可以用澄清石灰水代替NaOH溶液进行尾气处理,同时还可以制得漂白粉,你认为该同学的想法是否合理?依据是什么?提示:不合理。澄清石灰水中Ca(OH)2的浓度较小,不能确保Cl2被完全吸收,制取漂白粉应该是Cl2与石灰乳反应。【教材微拓】(溯源教材·P48)其他用于实验室制取氯气的化学试剂及反应用KMnO4、KClO3、Ca(ClO)2、K2Cr2O7等氧化剂代替MnO2制取氯气,反应不需加热且反应速率较快,如:①2KMnO4+16HCl(浓)===2MnCl2+2KCl+5Cl2↑+8H2O②KClO3+6HCl(浓)===KCl+3Cl2↑+3H2O③Ca(ClO)2+4HCl(浓)===CaCl2+2Cl2↑+2H2O④K2Cr2O7+14HCl(浓)===2CrCl3+2KCl+3Cl2↑+7H2O上述反应中,浓盐酸均表现出还原性和酸性。①和④反应中,Cl2是氧化产物;②和③反应中,Cl2既是氧化产物,又是还原产物。【总结升华】制备氯气的注意事项(1)用盐酸与MnO2反应制取氯气时,必须用浓盐酸,稀盐酸与MnO2不反应,且随着反应的进行,浓盐酸变为稀盐酸时,反应停止,故盐酸中的HCl不可能全部参加反应。(2)制取的氯气有毒,且在加热时容易逸出,所以应选用分液漏斗,而不用长颈漏斗。(3)氯气难溶于饱和食盐水,故可用饱和食盐水除去混合气体中的HCl,再用浓硫酸除去水蒸气。(4)用强碱溶液(如NaOH溶液)吸收,不用Ca(OH)2溶液吸收的原因是Ca(OH)2溶解度较小,溶液浓度低,吸收不完全。(5)实验结束后,先使反应停止并排出残留的Cl2后,再拆卸装置,避免污染空气。【即学即练】1.易错辨析(1)实验室制取的Cl2中混有HCl气体,可通过盛有碱石灰的干燥管除去。(×)提示:碱石灰的主要成分是氢氧化钠和氧化钙,能将Cl2和HCl同时吸收,最终收集不到Cl2。(2)MnO2与稀盐酸在加热条件下也可制取Cl2。(×)提示:稀盐酸浓度小,Cl-的还原性减弱,MnO2不能被还原,不能制取Cl2。(3)在实验室制取Cl2的试剂中,HCl只作还原剂。(×)提示:根据实验室制取Cl2的化学方程式MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O,HCl既体现还原性又体现酸性。(4)实验室可以用排水法收集Cl2。(×)提示:25℃时1体积水能溶解约2体积Cl2,用排水法会使生成的部分Cl2溶于水。2.(2026·昭通高一月考)实验室利用如图所示的装置制备干燥、纯净的氯气。下列有关叙述正确的是()A.本实验操作顺序:添加药品→检验装置气密性→加热B.装置Ⅱ、Ⅲ分别盛装饱和食盐水、浓硫酸,二者位置不可交换C.若MnO2足量,则反应结束后装置Ⅰ圆底烧瓶中的溶液中Cl-与Mn2+的个数比为2∶1D.装置Ⅴ中的NaOH溶液可以替换为蒸馏水【解析】选B。实验室制取气体应先检验装置气密性,再添加药品,否则可能因装置漏气导致药品浪费或发生危险,A错误;装置Ⅱ用饱和食盐水除去Cl2中混有的HCl,装置Ⅲ用浓硫酸干燥Cl2,若交换位置,先干燥后除HCl会使气体再次接触水而引入水蒸气,无法得到干燥氯气,二者位置不可交换,B正确;若HCl能完全反应,则最后得到MnCl2溶液,溶液中Cl-与Mn2+个数比为2∶1,但由于随着反应进行浓盐酸变稀,MnO2与稀盐酸不反应,溶液中存在未反应的HCl,故Cl-与Mn2+的个数比大于2∶1,C错误;Cl2在蒸馏水中溶解度较小,不能有效吸收尾气,会导致Cl2逸出而污染空气,NaOH溶液不可替换为蒸馏水,D错误。3.欲用如图所示装置制备干燥的氯气,下列相关说法正确的是()A.烧瓶内装入的固体是MnO2B.按气流方向,装置的连接顺序是aedcbgfcbhC.装置乙可干燥氯气,防止装置戊中水蒸气进入集气瓶D.可用干燥的蓝色石蕊试纸检验氯气【解析】选C。MnO2与浓盐酸反应需要加热,装置甲没有加热装置,故A错误;收集Cl2的方法应为向上排空气法,装置的连接顺序是aedcbfgcbh,故B错误;装置乙是干燥装置,实验目的是制得干燥的氯气,装置乙要用到两次,既要除去生成的Cl2中的水蒸气,又要防止戊中的水蒸气进入集气瓶,故C正确;检验氯气需要湿润的蓝色石蕊试纸,故D错误。【解题有招】设计气体制备的基本思路学习任务二学会氯离子的检验【新知导学】检验氯离子的实验[实验2-9]溶液2~3mL实验现象离子方程式滴入几滴硝酸银溶液加入少量稀硝酸①稀盐酸有白色沉淀生成沉淀不溶解Cl-+Ag+===AgCl↓②氯化钠溶液有白色沉淀生成沉淀不溶解Cl-+Ag+===AgCl↓③碳酸钠溶液有白色沉淀生成沉淀溶解,有气泡产生CO32-+2Ag+===Ag2Ag2CO3+2H+===2Ag++CO2↑+H2O【思考】通过上述实验探究,总结氯离子的检验方法,并说明加入试剂的目的。提示:取少量被检测溶液于试管中,滴加适量稀硝酸,使其酸化,然后滴入AgNO3溶液,若产生白色沉淀,则被检测溶液中含有Cl-,若无白色沉淀,则无Cl-。加入AgNO3溶液的目的是检验Cl-,加稀硝酸酸化的目的是排除CO32-等的干扰,因为Ag2【合作探究】【探究】氯离子的检验[情境]水质检验员是指对天然水、工业用水、生活用水等的物理性质、化学性质及生物性质进行检验和评定的专业技术人员。样品检测和分析流程:首先,根据检测任务单上列出的项目,取得水样,并按照检测站的《水质检测实施细则》以及国家、行业、质量负责人的标准方法进行样品分析。(1)氯气可用于自来水的杀菌消毒,但氯气有毒,水中余氯含量应达到国家饮用水标准,若余氯量过高,水中可能出现什么颜色,滴加硝酸银溶液会出现什么现象?提示:氯气在水中浓度较高时呈浅黄绿色,滴加硝酸银溶液会产生白色沉淀,离子方程式为Ag++Cl-===AgCl↓。(2)检验Cl-时,能否用稀盐酸进行酸化?提示:不能,因为稀盐酸中含有Cl-,会影响到Cl-的检验。(3)若溶液中含有SO42-提示:先加入足量的Ba(NO3)2溶液,过滤后取滤液(或静置后取上层清液),再加入稀硝酸酸化,最后加入AgNO3溶液,若生成白色沉淀,说明含有Cl-。【总结升华】氯离子的检验(1)流程(2)答题规范取少量待测液于试管中,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,说明该溶液中含有Cl-。【即学即练】1.易错辨析(1)某溶液中滴加AgNO3溶液后有白色沉淀生成,则该溶液中一定含有Cl-。(×)提示:可能有CO3(2)检验Cl2中是否混有HCl,可通入AgNO3溶液中,若有白色沉淀产生,说明Cl2中混有HCl。(×)提示:Cl2通入AgNO3溶液,与水反应产生Cl-,进一步产生白色沉淀。(3)检验Na2CO3溶液中是否有NaCl杂质,可先加AgNO3溶液,再加过量的稀盐酸,若沉淀不溶解,则有NaCl杂质。(×)提示:加入稀盐酸引入了Cl-。2.能证明某溶液中含有NaCl的是()A.焰色试验是黄色B.溶液有咸味C.取少量溶液于试管中,滴加稀硝酸酸化的硝酸银溶液,出现白色沉淀D.焰色试验是黄色,同时又能与稀硝酸酸化的硝酸银溶液反应生成白色沉淀【解析】选D。要证明含有Na+,则焰色试验为黄色;要证明含有Cl-,则加入稀硝酸酸化的AgNO3溶液后生成白色沉淀,D项符合题意。3.检验某溶液中是否含有Cl-,正确的操作是()A.取样,滴加AgNO3溶液,看是否有白色沉淀生成B.取样,先加盐酸酸化,再加入AgNO3溶液,看是否有白色沉淀生成C.取样,先加稀硫酸酸化,再加入AgNO3溶液,看是否有白色沉淀生成D.取样,先加稀硝酸酸化,再加少量AgNO3溶液,看是否有白色沉淀产生【解析】选D。碳酸根离子也能够与银离子反应生成白色沉淀,所以滴加AgNO3溶液有白色沉淀生成,溶液中不一定是氯离子,故A错误;加入盐酸酸化,溶液中引进了氯离子,无法证明原溶液中是否存在氯离子,故B错误;硫酸根离子能够与银离子反应生成白色沉淀,干扰了氯离子的检验,故C错误;检验氯离子时,先加稀硝酸酸化,无现象时再加入硝酸银溶液,若有白色沉淀生成,则溶液中含有氯离子,故D正确。【题后归纳】氯离子检验的注意事项(1)检验溶液中的Cl-时需加入稀硝酸,以排除CO3(2)不能用稀盐酸酸化,否则会引入Cl-。(3)如果SO42-和Cl-同时存在,先用过量Ba(NO3)2溶液除去SO42-,然后再用课堂检测效果诊断1.下列关于实验室制氯气的说法错误的是()A.该反应是一个氧化还原反应,其中二氧化锰是氧化剂B.HCl表现还原性和酸性C.该反应的离子方程式为MnO2+4H++4Cl-MnCl2+2H2O+Cl2↑D.该方法是瑞典化学家舍勒最先发现的【解析】选C。由MnO2+4HCl(浓)MnCl2+2H2O+Cl2↑可知,二氧化锰是氧化剂,HCl部分作还原剂,部分起酸的作用;HCl中氯元素部分化合价升高,HCl既表现还原性,又表现酸性;氯化锰是可溶于水的强电解质,在离子方程式中应写成离子符号。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,有无色无味的气体生成,将气体通入澄清石灰水中,石灰水变浑浊,由此判断该溶液中含有()A.Cl-、SO42- B.ClC.Cl-、CO32- D.Cl【解析】选C。根据题给现象,生成的白色沉淀部分溶于稀硝酸,且产生使澄清石灰水变浑浊的气体,则原溶液中存在CO32-3.实验室制备氯气的装置如图所示,装置中最多有几处错误()A.4B.5C.7D.9【解析】选C。该图存在的错误有①实验室制氯气选用MnO2与浓盐酸反应;②应选用分液漏斗;③给圆底烧瓶加热时要垫陶土网;④该反应需要加热;⑤除杂时先除去HCl再用浓硫酸干燥,顺序反了;⑥因为氯气的密度大于空气,所以收集氯气时要长管进短管出;⑦氯气有毒,需要加尾气处理装置;综合以上分析,该装置中有7处错误,故选C。4.(2026·广州高一期中)1774年,舍勒在研究软锰矿(主要成分是MnO2)的过程中,将它与浓盐酸混合加热,产生了一种黄绿色气体。1810年,戴维确认这是一种新元素组成的单质,并命名为chlorine(中文命名“氯气”)。(1)实验室沿用舍勒的方法制取Cl2的化学方程式为____________________。

(2)实验室制取干燥Cl2时,净化与收集Cl2所需装置的接口连接顺序为__________。

(3)常温下KClO3和浓盐酸反应也可以制备氯气,配平化学方程式:____KClO3+____HCl(浓)===____KCl+____Cl2↑+____H2O

【解析】(1)实验室沿用舍勒的方法,用MnO2与浓盐酸在加热条件下反应制取Cl2,化学方程式为MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O。(2)实验室制取干燥C