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浙江专用高中化学课时检测10氯气实验室制取及氯离子的检验课件新人教版必修第一册
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这是一份浙江专用高中化学课时检测10氯气实验室制取及氯离子的检验课件新人教版必修第一册，共59页。PPT课件主要包含了课前自主学习，向上排空气法，课堂合作探究，分液漏斗，圆底烧瓶，浓盐酸，二氧化锰，饱和氯化钠溶液，除去氯气中的氯化氢，浓硫酸等内容，欢迎下载使用。
学习任务一 氯气的实验室制法任务驱动:氯气用于自来水消毒已100多年,目前仍然有很多地方大量采用,工业制取氯气用电解饱和食盐水的方法,那么在实验室中怎么制取氯气呢?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
2.实验装置(1)烧瓶中反应的离子方程式为_______________________________。(2)收集氯气的方法是_____________;(3)烧杯中NaOH溶液的作用是__________________________。
MnO2+4H++2Cl- Mn2++Cl2↑+2H2O
吸收多余的Cl2,以防污染环境
【做一做】如图是用KMnO4与浓盐酸反应制取适量氯气的简易装置。思考装置B、C、D的作用分别是(1)B_____________________________; (2)C______________________________; (3)D______________________________。提示:(1)向上排空气法收集氯气 (2)安全瓶作用,防止D中的液体倒吸入B中 (3)吸收尾气,防止氯气扩散到空气中污染环境
学习任务二 Cl-的检验任务驱动: 用氯气消毒过的自来水含有氯离子,怎么检验其中含有的氯离子呢?氯离子(Cl-)的检验:
【想一想】(1)检验Cl-时,加入硝酸的目的是什么?提示:排除 等离子的干扰。(2)NaClO中含有氯元素,向NaClO溶液中加入用硝酸酸化的AgNO3溶液,也能产生白色沉淀吗?提示:不能。NaClO中含有ClO-而不是Cl-。
【探究任务一】氯气的实验室制法【实验情境】化学兴趣小组在教师的指导下对实验室制取氯气的原理进行了分析,并对实验室制取装置进行了改良。改良后的装置分为发生装置、净化装置、收集装置、尾气处理装置四部分。如图:
【问题探究】1.原理化学方程式:MnO2+4HCl(浓) MnCl2+Cl2↑+2H2O。(1)反应中的氧化剂、还原剂是什么?提示:由MnO2与浓盐酸反应的化学方程式可知,锰元素化合价降低,被还原,MnO2是氧化剂,氯元素的化合价升高,被氧化,HCl是还原剂。(2)反应中氧化剂和还原剂的质量之比是多少?提示:根据氧化产物和还原产物的量可知氧化剂和还原剂的质量之比是87∶73。
2.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、A:_________(填写仪器名称,下同);B:_________等。③试剂:A中盛放_______(填写试剂名称,下同),B中盛放_________。
(2)净化装置(Ⅱ)。
(3)收集装置(Ⅲ)。收集方法:___________法(装置E,Cl2的密度大于空气的密度)。(4)尾气处理装置(Ⅳ)。①多余的氯气能否直接排入空气中?应如何处理?F中试剂是什么?提示:Cl2有毒,多余的Cl2不能直接排入空气中,应用碱性溶液(常用NaOH溶液)吸收。F中盛放的试剂:氢氧化钠溶液,作用:吸收过量的氯气,防止污染环境。②用NaOH溶液吸收多余的Cl2时,为什么不用采取防倒吸装置? 提示:用NaOH溶液吸收多余的Cl2时,二者发生的氧化还原反应进行得比较缓慢,不会引起倒吸,因此导管可直接插入NaOH溶液中,不需要采取防倒吸装置。
(5)注意事项。①实验室制取氯气时,需要加热,加热温度是否越高越好?提示:为了减少制得的Cl2中HCl的含量,所以加热温度不宜过高,以减少HCl的挥发。②实验室制取氯气结束后,为了防止氯气对环境的污染,应如何操作?提示:实验结束后,先使反应停止并排出残留的Cl2,再拆卸装置,避免污染空气。
【探究总结】1.试剂的选择选取试剂的主要依据是制取气体的性质。氯气具有强氧化性,常用氧化Cl-的方法来制取,因此要选用含有Cl-的物质(如盐酸)和具有强氧化性的物质(如MnO2、KMnO4等)来制取。如MnO2+4HCl(浓) MnCl2+Cl2↑+2H2O2KMnO4+16HCl(浓)====2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O
2.发生装置选取发生装置的依据是制取气体所用试剂的状态和反应条件(加热与否)。以此分析可知,实验室制取氯气是加热固体与液体的混合物,所以应选用固液加热制气体发生装置。如图所示:
3.收集方法选用收集方法的主要依据是气体的密度和水溶性。因为氯气能溶于水,密度比空气的大,所以收集氯气时,不能用排水法,应该用向上排空气法。Cl2在饱和食盐水中的溶解度较小,也可用排饱和食盐水法收集Cl2。4.干燥剂的选择选择气体干燥剂的主要依据是被干燥气体不能与干燥剂反应。如氯气能与碱反应,所以不能用碱石灰进行干燥,常用浓硫酸、五氧化二磷等进行干燥。
5.吸收装置氯气有毒,实验室制取氯气时应在密闭系统或通风橱中进行,通常在收集装置的后面连接盛有NaOH溶液的吸收装置。6.验满常用湿润的淀粉碘化钾试纸或湿润的蓝色石蕊试纸检验Cl2。方法是将湿润的淀粉碘化钾试纸靠近集气瓶瓶口,试纸变蓝,或将湿润的蓝色石蕊试纸靠近集气瓶瓶口,试纸先变红后褪色,则可证明Cl2已收集满。
【拓展提升】(1)实验室制备Cl2的注意事项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,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(如图中Ⅰ所示);除去氯气中的水蒸气可用浓硫酸(如图中Ⅱ所示)或干燥的CaCl2(如图中Ⅲ所示)。
(3)MnO2与浓盐酸反应特点①浓盐酸中,部分Cl-的化合价升高,被氧化的Cl-为参加反应的Cl-的一半。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的混合液。
【典例】(2020·福州高一检测)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)为了提高浓盐酸的利用率,你对实验的建议是_____________________。 (5)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_____________。
【解题探究】解答本题需注意以下3点:(1)实验室制取氯气的原理。(2)实验室制取氯气时的操作顺序。(3)尾气的吸收方法及原理。
【解析】(1)存在的错误主要有:①不能用稀盐酸与MnO2反应;②没有加热装置;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)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)为减少盐酸的挥发,慢慢滴加浓盐酸,用小火加热。(5)利用Cl2和NaOH溶液反应除多余的Cl2。
答案:(1)①不能用稀盐酸与MnO2反应 ②没有加热装置 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除去氯气中的氯化氢 ②除去氯气中的水蒸气③吸收多余的氯气 (3)ACB (4)将浓盐酸慢慢滴下;加热用小火(5)MnO2+4H++2Cl- Mn2++Cl2↑+2H2ONaOH溶液 Cl2+2OH-====Cl-+ClO-+H2O、H++OH-====H2O
【探究特训】1.(2020·郴州高一检测)下列实验室制取氯气的有关装置正确的是( ) 【解析】选C。浓盐酸和二氧化锰在加热条件下反应生成氯气,故A错误;氯气通入氢氧化钠溶液能被吸收,不能收集得到氯气,故B错误;氯气比空气重,装置短进长出符合收集原理,故C正确;氢氧化钙溶解度小,澄清石灰水吸收氯气少,故D错误。
2.(2019·鄂州高一检测)某化学兴趣小组利用MnO2和浓盐酸及如图装置制备Cl2。下列分析中不正确的是( ) A.①中可用分液漏斗代替长颈漏斗B.①中缺少加热装置C.②中盛放的NaOH溶液可以净化氯气D.④中盛放的NaOH溶液可以吸收尾气
【解析】选C。A中可用分液漏斗代替长颈漏斗,避免盐酸挥发,气体逸出,同时便于控制反应速率,A正确;二氧化锰和浓盐酸需要加热才能反应生成氯气,需要加热装置,B正确;②中盛放的NaOH溶液吸收氯气,不能净化Cl2,可以用饱和食盐水净化氯气,C错误;氢氧化钠溶液与氯气反应,可以吸收氯气,防止污染空气,D正确。
【补偿训练】 (2020·宁德高一检测)下列关于实验室制取氯气的说法正确的是( )A.用碱石灰干燥氯气B.用向下排空气法收集氯气C.用湿润的淀粉碘化钾试纸检验氯气D.用饱和食盐水吸收尾气【解析】选C。氯气能与碱石灰反应,应用浓硫酸干燥,故A错误;氯气的密度比空气大,只能用向上排空气法收集,故B错误;氯气具有强氧化性,能和碘离子发生氧化还原反应生成碘单质,Cl2+2I-====I2+2Cl-,淀粉遇碘变蓝色,故C正确;氯气在饱和食盐水中的溶解度降低,没法吸收尾气,故D错误。
3.(2019·北京东城高一检测)用如图装置(气密性好)研究钠与氯气的反应。实验步骤:①将一定量浓盐酸滴在KMnO4粉末上,立即产生黄绿色气体。②待黄绿色气体均匀充满集气瓶时,关闭止水夹。③再向钠粒上滴2滴水,片刻后钠燃烧,产生白烟,白色固体附着在集气瓶内壁上。(1)步骤①,黄绿色气体是氯气,则KMnO4的作用是____________(填“氧化剂”或“还原剂”)。 (2)步骤③,引起钠燃烧的原因是_______________。 (3)生成白色固体的化学方程式是_______________ 。 (4)结合离子方程式说明NaOH溶液的作用是_______________ 。 (5)实验结束后,甲同学在安全、环保的理念指导下,仅用上图装置就完成了集气瓶内残余氯气的处理,其操作是________________ 。
【解析】(1)该反应中产生的黄绿色气体是氯气,即HCl中氯元素失去电子转化为氯气,氯元素化合价由-1价变为0价,则HCl是还原剂,因此酸性高锰酸钾作氧化剂,体现氧化性;(2)钠能在氯气中燃烧,Na与水反应放热,达到Na在Cl2中燃烧的着火点,从而引起钠的燃烧;(3)钠在氯气中燃烧生成氯化钠,则白色固体是NaCl,反应的化学方程式为2Na+Cl2 2NaCl;(4)氯气有毒不能直接排空,氯气和水反应生成酸,酸能和碱发生中和反应,所以NaOH溶液的作用是吸收氯气,防止其污染环境,反应的离子方程式为Cl2+2OH-====Cl-+ClO-+H2O;
(5)氯气有毒不能直接排空,可以用碱液吸收,其操作是打开止水夹,利用外压将碱液压入集气瓶即可吸收氯气,防止环境污染。答案: (1)氧化剂 (2)Na与水反应放热,达到Na在Cl2中燃烧的着火点 (3)2Na+Cl2 2NaCl (4)Cl2+2OH-====Cl-+ClO-+H2O,吸收氯气,防止其污染环境 (5)打开止水夹
【探究任务二】 Cl-的检验【实验情境】在四支试管中分别加入2～3 mL稀盐酸、NaCl溶液、Na2CO3溶液、自来水,然后各滴入几滴AgNO3溶液,再分别加入少量稀硝酸,观察现象。
【问题探究】1.根据观察填写下表。
Ag++Cl-====AgCl↓
2Ag++ ====Ag2CO3↓,
Ag2CO3+2H+====2Ag++H2O+CO2↑
2.若在某无色溶液中加入AgNO3溶液,产生白色沉淀,则溶液中一定含有Cl-吗?为什么?提示:不一定含Cl-,因为 与Ag+反应也生成白色沉淀。3. 检验Cl-时为何要加入稀硝酸酸化?提示:加稀硝酸酸化目的是排除 等的干扰,因为Ag2CO3可溶于稀硝酸,而AgCl不溶。4.若被检验的溶液中含有 ,应如何检验溶液中是否含有Cl-?提示:因为Ag2SO4微溶, 的存在会干扰Cl-的检验,故先加入Ba(NO3)2溶液除去溶液中的 ,然后加入硝酸酸化的AgNO3溶液检验Cl-的存在。
【探究总结】溶液中Cl-的检验需注意的问题(1)要排除 、 等离子的干扰,它们的银盐沉淀溶于稀硝酸。一般先在被检液中加入稀硝酸酸化,以排除干扰离子( 、 等)。(2)检验待测液中含有Cl-的一般答题模板
【拓展提升】Br-和I-的检验(1)被检液加稀硝酸酸化后,再加AgNO3溶液,产生浅黄色沉淀,则被检液中含有Br-,Ag++Br-====AgBr↓(浅黄色,不溶于稀硝酸)。(2)被检液加稀硝酸酸化后,再加AgNO3溶液,产生黄色沉淀,则被检液中含有I-,Ag++I-====AgI↓(黄色,不溶于稀硝酸)。
【探究特训】1.(2020·长春高一检测)对下列未知盐的稀溶液所含离子的检验中,作出的判断一定正确的是( )A.先加入氯化钡溶液时不产生沉淀,继续加入硝酸银溶液时,有不溶于稀硝酸的白色沉淀生成,可判定含有Cl—B.先加稀盐酸酸化时没有现象,再加入氯化钡溶液有白色沉淀生成,可判定含有 C.加入NaOH溶液,有白色沉淀产生,可判定含有Mg2+D.加入盐酸后有无色无味气体逸出,此气体能使澄清石灰水变浑浊,判定一定含有 【解题指南】解答本题需注意以下两点:(1)常见离子的检验方法。(2)离子的检验中要排除其他离子的干扰。
【解析】选B。氯化钡中含有氯离子,可以和银离子之间反应得到白色不溶于硝酸的氯化银沉淀,A错误;能使钡离子产生沉淀的离子有碳酸根离子、硫酸根离子、亚硫酸根离子等,但只有硫酸钡不溶于硝酸,B正确;和氢氧化钠反应产生的白色沉淀可以是氢氧化镁、氢氧化锌等,C错误;碳酸根离子、碳酸氢根离子均可以和氢离子反应产生能使澄清石灰水变浑浊的无色无味气体二氧化碳,D错误。
2.(2020·盐城高一检测)下列是对某水溶液进行离子检验的方法和结论,其中正确的是( )A.用洁净的铂丝蘸取待测液少许,在酒精灯火焰上灼烧,火焰显黄色,说明该溶液中一定含有Na+,可能含K+B.加入盐酸,产生能使澄清石灰水变浑浊的无色无味的气体,原溶液中一定含有 C.加入AgNO3溶液有白色沉淀产生,原溶液一定含有Cl-D.先加入稀HNO3酸化,再加入BaCl2溶液,产生白色沉淀,溶液中一定含有
【解析】选A。观察K的焰色反应需要透过蓝色的钴玻璃,则在酒精灯火焰上灼烧,火焰呈黄色,不能确定是否含K+,A正确;加入盐酸产生能使澄清石灰水变浑浊的气体,原溶液也可能含有 ,B错误;若检验氯离子,应先加入硝酸,排除 等离子干扰,再加入硝酸银溶液检验,C错误;加入氯化钡溶液有白色沉淀产生,生成的沉淀也可能为AgCl,检验 ,应先加入盐酸酸化,如无现象,再加入氯化钡溶液,如生成沉淀则可说明含有 ,故D错误。
【补偿训练】 1.在某未知溶液中加入AgNO3溶液有白色沉淀生成,加入稀硝酸后,沉淀部分溶解,且有无色无味的气体生成,若将该气体通入澄清石灰水中,石灰水变浑浊,由此判断未知溶液中可能含有( )A.Cl-、 B.Cl-、 C.Cl-、 D.Cl-、OH-【解析】选C。能使澄清石灰水变浑浊的无色无味气体应是CO2,又因为加入稀硝酸后沉淀部分溶解,故原溶液中除含有 外,还含有Cl-。
2.自来水厂常用Cl2消毒,市场上有的不法商贩用自来水充当纯净水出售,下列可用来鉴别自来水和纯净水的试剂是( )A.Ba(ClO)2溶液 B.KOH溶液C.酚酞试液D.AgNO3溶液【解析】选D。用Cl2消毒后的自来水中溶有Cl2,Cl2+H2O====HCl+HClO,自来水中含有Cl-,而纯净水中不含Cl-,因此可通过检验是否存在Cl-来区别纯净水和自来水,检验Cl-常用AgNO3溶液,Ag++Cl-====AgCl↓。
3.某溶液中可能含有K+、Na+、 、Cl-中的一种或几种,为鉴别其中所含离子,现进行如下实验:
请回答下列问题:(1)原溶液中一定存在的离子是______________(填离子符号,下同),一定不存在的离子是______________,可能存在的离子是______________。 (2)为进一步确定原溶液中可能存在的离子是否存在,应进行的实验操作及判断依据是 __。 【解析】由步骤①确定原溶液中含有Na+不含K+,由步骤②确定原溶液中含有 ,但不能判断原溶液中是否含有Cl-,需要用AgNO3和稀硝酸检验Cl-的存在。答案:(1)Na+、 K+ Cl-(2)取原溶液,向溶液中加入AgNO3溶液,有白色沉淀生成,再加入足量稀硝酸,若白色沉淀不消失,则原溶液中存在Cl-,若白色沉淀消失,则原溶液中不存在Cl-
向上排空气法（或排饱和食盐水法）
1.检验Cl-时要用到AgNO3溶液和稀硝酸,其中加入稀硝酸的目的是 ( )A.加速反应的进行B.排除某些杂质离子的干扰C.生成不溶于水的沉淀D.增大沉淀的生成量【解析】选B。加稀硝酸的目的是排除 、 等离子的干扰。
2.(2020·梅州高一检测)下列制取Cl2、探究其漂白性、收集并进行尾气处理的原理和装置不合理的是( ) 【解析】选C。常温下,高锰酸钾与浓盐酸反应制取氯气;浓硫酸可干燥氯气,干燥的红色布条不褪色,则可探究氯气无漂白性;氯气的密度比空气密度大,导管应长进短出;氯气能与NaOH溶液反应生成氯化钠、次氯酸钠和水,常用于氯气的尾气处理。
【补偿训练】 1.实验室制取Cl2时,下列操作正确的是( ) A.用装置Ⅰ制取少量Cl2B.用装置Ⅱ除去Cl2中的少量HClC.用装置Ⅲ制取Cl2D.用装置Ⅳ干燥Cl2
【解析】选D。A.实验室制取Cl2用浓盐酸和MnO2反应,而不用稀盐酸;B.除去Cl2中的HCl气体用饱和食盐水,NaHCO3溶液与Cl2反应并放出CO2气体,且气体应“长进短出”;C.MnO2与浓盐酸需在加热条件下反应。
2.在实验室中用浓盐酸与MnO2共热制取Cl2并进行相关实验。下列收集Cl2的正确装置是( ) 【解析】选C。集气瓶使用单孔橡胶塞塞紧,只能进气,不能排气,则瓶内压强增大到一定程度,可能将橡胶塞压出,A项错误;因为Cl2比空气的密度大,Cl2应短管进,B项错误;C项该装置既能收集Cl2,又能进行尾气处理且防倒吸,正确;由于Cl2和NaOH反应,所以不能收集到Cl2,D项错误。
3.欲除去Cl2中少量的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】选B。HCl极易溶于水,而Cl2在饱和食盐水中溶解度很小,利用饱和食盐水可除去Cl2中少量的HCl气体。
4.有Na2CO3、AgNO3、BaCl2、HCl和NH4NO3五瓶无标签溶液,为鉴别它们,取四支试管,每支试管分别装入上述一种溶液,再向上述试管中加入少许剩下的一种溶液,下列叙述中错误的是( )A.若有三支试管出现沉淀时,则后加入的是AgNO3溶液B.全部没有明显现象时,则后加入的是NH4NO3C.一支试管出现气泡,两支试管出现沉淀时,则后加入的是HCl溶液D.若只有两支试管出现沉淀时,则后加入的是BaCl2溶液【解析】选C。因为AgNO3溶液与Na2CO3、BaCl2、HCl均有白色沉淀,和NH4NO3溶液不反应,A正确;NH4NO3和上述溶液均不反应,B正确;盐酸加入后,一种(Na2CO3)溶液出现气泡,AgNO3溶液出现沉淀,其他没有现象,C错误;加入BaCl2溶液,则Na2CO3、AgNO3两种溶液产生沉淀,D正确。
5.某校化学实验小组为了验证在实验室制备Cl2的过程中有水蒸气和HCl挥发出来,同时证明Cl2的某些性质,设计了如图所示的实验装置(部分支撑用的铁架台省略)。已知:氯气易溶于四氯化碳,而氯化氢不溶。
回答下列问题:(1)装置B中盛放的试剂名称为________,作用是__ ______________, 现象是______________。 (2)装置D和E中出现的不同现象说明的问题是 ________。 (3)装置F的作用是______________。 (4)写出装置G中发生反应的离子方程式: ______________。
【解析】本实验要检验生成的Cl2中混有水蒸气和HCl气体,要先用无水硫酸铜检验水的存在,用CCl4除去Cl2后,再用AgNO3溶液验证HCl的存在。答案:(1)无水硫酸铜 检验水蒸气 白色固体变蓝色(其他合理答案也可)(2)氯气无漂白性,次氯酸有漂白性(3)吸收氯气 (4)Ag++Cl-====AgCl↓
【补偿训练】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____________________。
学习任务一 氯气的实验室制法任务驱动:氯气用于自来水消毒已100多年,目前仍然有很多地方大量采用,工业制取氯气用电解饱和食盐水的方法,那么在实验室中怎么制取氯气呢?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
2.实验装置(1)烧瓶中反应的离子方程式为_______________________________。(2)收集氯气的方法是_____________;(3)烧杯中NaOH溶液的作用是__________________________。
MnO2+4H++2Cl- Mn2++Cl2↑+2H2O
吸收多余的Cl2,以防污染环境
【做一做】如图是用KMnO4与浓盐酸反应制取适量氯气的简易装置。思考装置B、C、D的作用分别是(1)B_____________________________; (2)C______________________________; (3)D______________________________。提示:(1)向上排空气法收集氯气 (2)安全瓶作用,防止D中的液体倒吸入B中 (3)吸收尾气,防止氯气扩散到空气中污染环境
学习任务二 Cl-的检验任务驱动: 用氯气消毒过的自来水含有氯离子,怎么检验其中含有的氯离子呢?氯离子(Cl-)的检验:
【想一想】(1)检验Cl-时,加入硝酸的目的是什么?提示:排除 等离子的干扰。(2)NaClO中含有氯元素,向NaClO溶液中加入用硝酸酸化的AgNO3溶液,也能产生白色沉淀吗?提示:不能。NaClO中含有ClO-而不是Cl-。
【探究任务一】氯气的实验室制法【实验情境】化学兴趣小组在教师的指导下对实验室制取氯气的原理进行了分析,并对实验室制取装置进行了改良。改良后的装置分为发生装置、净化装置、收集装置、尾气处理装置四部分。如图:
【问题探究】1.原理化学方程式:MnO2+4HCl(浓) MnCl2+Cl2↑+2H2O。(1)反应中的氧化剂、还原剂是什么?提示:由MnO2与浓盐酸反应的化学方程式可知,锰元素化合价降低,被还原,MnO2是氧化剂,氯元素的化合价升高,被氧化,HCl是还原剂。(2)反应中氧化剂和还原剂的质量之比是多少?提示:根据氧化产物和还原产物的量可知氧化剂和还原剂的质量之比是87∶73。
2.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、A:_________(填写仪器名称,下同);B:_________等。③试剂:A中盛放_______(填写试剂名称,下同),B中盛放_________。
(2)净化装置(Ⅱ)。
(3)收集装置(Ⅲ)。收集方法:___________法(装置E,Cl2的密度大于空气的密度)。(4)尾气处理装置(Ⅳ)。①多余的氯气能否直接排入空气中?应如何处理?F中试剂是什么?提示:Cl2有毒,多余的Cl2不能直接排入空气中,应用碱性溶液(常用NaOH溶液)吸收。F中盛放的试剂:氢氧化钠溶液,作用:吸收过量的氯气,防止污染环境。②用NaOH溶液吸收多余的Cl2时,为什么不用采取防倒吸装置? 提示:用NaOH溶液吸收多余的Cl2时,二者发生的氧化还原反应进行得比较缓慢,不会引起倒吸,因此导管可直接插入NaOH溶液中,不需要采取防倒吸装置。
(5)注意事项。①实验室制取氯气时,需要加热,加热温度是否越高越好?提示:为了减少制得的Cl2中HCl的含量,所以加热温度不宜过高,以减少HCl的挥发。②实验室制取氯气结束后,为了防止氯气对环境的污染,应如何操作?提示:实验结束后,先使反应停止并排出残留的Cl2,再拆卸装置,避免污染空气。
【探究总结】1.试剂的选择选取试剂的主要依据是制取气体的性质。氯气具有强氧化性,常用氧化Cl-的方法来制取,因此要选用含有Cl-的物质(如盐酸)和具有强氧化性的物质(如MnO2、KMnO4等)来制取。如MnO2+4HCl(浓) MnCl2+Cl2↑+2H2O2KMnO4+16HCl(浓)====2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O
2.发生装置选取发生装置的依据是制取气体所用试剂的状态和反应条件(加热与否)。以此分析可知,实验室制取氯气是加热固体与液体的混合物,所以应选用固液加热制气体发生装置。如图所示:
3.收集方法选用收集方法的主要依据是气体的密度和水溶性。因为氯气能溶于水,密度比空气的大,所以收集氯气时,不能用排水法,应该用向上排空气法。Cl2在饱和食盐水中的溶解度较小,也可用排饱和食盐水法收集Cl2。4.干燥剂的选择选择气体干燥剂的主要依据是被干燥气体不能与干燥剂反应。如氯气能与碱反应,所以不能用碱石灰进行干燥,常用浓硫酸、五氧化二磷等进行干燥。
5.吸收装置氯气有毒,实验室制取氯气时应在密闭系统或通风橱中进行,通常在收集装置的后面连接盛有NaOH溶液的吸收装置。6.验满常用湿润的淀粉碘化钾试纸或湿润的蓝色石蕊试纸检验Cl2。方法是将湿润的淀粉碘化钾试纸靠近集气瓶瓶口,试纸变蓝,或将湿润的蓝色石蕊试纸靠近集气瓶瓶口,试纸先变红后褪色,则可证明Cl2已收集满。
【拓展提升】(1)实验室制备Cl2的注意事项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,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(如图中Ⅰ所示);除去氯气中的水蒸气可用浓硫酸(如图中Ⅱ所示)或干燥的CaCl2(如图中Ⅲ所示)。
(3)MnO2与浓盐酸反应特点①浓盐酸中,部分Cl-的化合价升高,被氧化的Cl-为参加反应的Cl-的一半。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的混合液。
【典例】(2020·福州高一检测)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)为了提高浓盐酸的利用率,你对实验的建议是_____________________。 (5)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_____________。
【解题探究】解答本题需注意以下3点:(1)实验室制取氯气的原理。(2)实验室制取氯气时的操作顺序。(3)尾气的吸收方法及原理。
【解析】(1)存在的错误主要有:①不能用稀盐酸与MnO2反应;②没有加热装置;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)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)为减少盐酸的挥发,慢慢滴加浓盐酸,用小火加热。(5)利用Cl2和NaOH溶液反应除多余的Cl2。
答案:(1)①不能用稀盐酸与MnO2反应 ②没有加热装置 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除去氯气中的氯化氢 ②除去氯气中的水蒸气③吸收多余的氯气 (3)ACB (4)将浓盐酸慢慢滴下;加热用小火(5)MnO2+4H++2Cl- Mn2++Cl2↑+2H2ONaOH溶液 Cl2+2OH-====Cl-+ClO-+H2O、H++OH-====H2O
【探究特训】1.(2020·郴州高一检测)下列实验室制取氯气的有关装置正确的是( ) 【解析】选C。浓盐酸和二氧化锰在加热条件下反应生成氯气,故A错误;氯气通入氢氧化钠溶液能被吸收,不能收集得到氯气,故B错误;氯气比空气重,装置短进长出符合收集原理,故C正确;氢氧化钙溶解度小,澄清石灰水吸收氯气少,故D错误。
2.(2019·鄂州高一检测)某化学兴趣小组利用MnO2和浓盐酸及如图装置制备Cl2。下列分析中不正确的是( ) A.①中可用分液漏斗代替长颈漏斗B.①中缺少加热装置C.②中盛放的NaOH溶液可以净化氯气D.④中盛放的NaOH溶液可以吸收尾气
【解析】选C。A中可用分液漏斗代替长颈漏斗,避免盐酸挥发,气体逸出,同时便于控制反应速率,A正确;二氧化锰和浓盐酸需要加热才能反应生成氯气,需要加热装置,B正确;②中盛放的NaOH溶液吸收氯气,不能净化Cl2,可以用饱和食盐水净化氯气,C错误;氢氧化钠溶液与氯气反应,可以吸收氯气,防止污染空气,D正确。
【补偿训练】 (2020·宁德高一检测)下列关于实验室制取氯气的说法正确的是( )A.用碱石灰干燥氯气B.用向下排空气法收集氯气C.用湿润的淀粉碘化钾试纸检验氯气D.用饱和食盐水吸收尾气【解析】选C。氯气能与碱石灰反应,应用浓硫酸干燥,故A错误;氯气的密度比空气大,只能用向上排空气法收集,故B错误;氯气具有强氧化性,能和碘离子发生氧化还原反应生成碘单质,Cl2+2I-====I2+2Cl-,淀粉遇碘变蓝色,故C正确;氯气在饱和食盐水中的溶解度降低,没法吸收尾气,故D错误。
3.(2019·北京东城高一检测)用如图装置(气密性好)研究钠与氯气的反应。实验步骤:①将一定量浓盐酸滴在KMnO4粉末上,立即产生黄绿色气体。②待黄绿色气体均匀充满集气瓶时,关闭止水夹。③再向钠粒上滴2滴水,片刻后钠燃烧,产生白烟,白色固体附着在集气瓶内壁上。(1)步骤①,黄绿色气体是氯气,则KMnO4的作用是____________(填“氧化剂”或“还原剂”)。 (2)步骤③,引起钠燃烧的原因是_______________。 (3)生成白色固体的化学方程式是_______________ 。 (4)结合离子方程式说明NaOH溶液的作用是_______________ 。 (5)实验结束后,甲同学在安全、环保的理念指导下,仅用上图装置就完成了集气瓶内残余氯气的处理,其操作是________________ 。
【解析】(1)该反应中产生的黄绿色气体是氯气,即HCl中氯元素失去电子转化为氯气,氯元素化合价由-1价变为0价,则HCl是还原剂,因此酸性高锰酸钾作氧化剂,体现氧化性;(2)钠能在氯气中燃烧,Na与水反应放热,达到Na在Cl2中燃烧的着火点,从而引起钠的燃烧;(3)钠在氯气中燃烧生成氯化钠,则白色固体是NaCl,反应的化学方程式为2Na+Cl2 2NaCl;(4)氯气有毒不能直接排空,氯气和水反应生成酸,酸能和碱发生中和反应,所以NaOH溶液的作用是吸收氯气,防止其污染环境,反应的离子方程式为Cl2+2OH-====Cl-+ClO-+H2O;
(5)氯气有毒不能直接排空,可以用碱液吸收,其操作是打开止水夹,利用外压将碱液压入集气瓶即可吸收氯气,防止环境污染。答案: (1)氧化剂 (2)Na与水反应放热,达到Na在Cl2中燃烧的着火点 (3)2Na+Cl2 2NaCl (4)Cl2+2OH-====Cl-+ClO-+H2O,吸收氯气,防止其污染环境 (5)打开止水夹
【探究任务二】 Cl-的检验【实验情境】在四支试管中分别加入2～3 mL稀盐酸、NaCl溶液、Na2CO3溶液、自来水,然后各滴入几滴AgNO3溶液,再分别加入少量稀硝酸,观察现象。
【问题探究】1.根据观察填写下表。
Ag++Cl-====AgCl↓
2Ag++ ====Ag2CO3↓,
Ag2CO3+2H+====2Ag++H2O+CO2↑
2.若在某无色溶液中加入AgNO3溶液,产生白色沉淀,则溶液中一定含有Cl-吗?为什么?提示:不一定含Cl-,因为 与Ag+反应也生成白色沉淀。3. 检验Cl-时为何要加入稀硝酸酸化?提示:加稀硝酸酸化目的是排除 等的干扰,因为Ag2CO3可溶于稀硝酸,而AgCl不溶。4.若被检验的溶液中含有 ,应如何检验溶液中是否含有Cl-?提示:因为Ag2SO4微溶, 的存在会干扰Cl-的检验,故先加入Ba(NO3)2溶液除去溶液中的 ,然后加入硝酸酸化的AgNO3溶液检验Cl-的存在。
【探究总结】溶液中Cl-的检验需注意的问题(1)要排除 、 等离子的干扰,它们的银盐沉淀溶于稀硝酸。一般先在被检液中加入稀硝酸酸化,以排除干扰离子( 、 等)。(2)检验待测液中含有Cl-的一般答题模板
【拓展提升】Br-和I-的检验(1)被检液加稀硝酸酸化后,再加AgNO3溶液,产生浅黄色沉淀,则被检液中含有Br-,Ag++Br-====AgBr↓(浅黄色,不溶于稀硝酸)。(2)被检液加稀硝酸酸化后,再加AgNO3溶液,产生黄色沉淀,则被检液中含有I-,Ag++I-====AgI↓(黄色,不溶于稀硝酸)。
【探究特训】1.(2020·长春高一检测)对下列未知盐的稀溶液所含离子的检验中,作出的判断一定正确的是( )A.先加入氯化钡溶液时不产生沉淀,继续加入硝酸银溶液时,有不溶于稀硝酸的白色沉淀生成,可判定含有Cl—B.先加稀盐酸酸化时没有现象,再加入氯化钡溶液有白色沉淀生成,可判定含有 C.加入NaOH溶液,有白色沉淀产生,可判定含有Mg2+D.加入盐酸后有无色无味气体逸出,此气体能使澄清石灰水变浑浊,判定一定含有 【解题指南】解答本题需注意以下两点:(1)常见离子的检验方法。(2)离子的检验中要排除其他离子的干扰。
【解析】选B。氯化钡中含有氯离子,可以和银离子之间反应得到白色不溶于硝酸的氯化银沉淀,A错误;能使钡离子产生沉淀的离子有碳酸根离子、硫酸根离子、亚硫酸根离子等,但只有硫酸钡不溶于硝酸,B正确;和氢氧化钠反应产生的白色沉淀可以是氢氧化镁、氢氧化锌等,C错误;碳酸根离子、碳酸氢根离子均可以和氢离子反应产生能使澄清石灰水变浑浊的无色无味气体二氧化碳,D错误。
2.(2020·盐城高一检测)下列是对某水溶液进行离子检验的方法和结论,其中正确的是( )A.用洁净的铂丝蘸取待测液少许,在酒精灯火焰上灼烧,火焰显黄色,说明该溶液中一定含有Na+,可能含K+B.加入盐酸,产生能使澄清石灰水变浑浊的无色无味的气体,原溶液中一定含有 C.加入AgNO3溶液有白色沉淀产生,原溶液一定含有Cl-D.先加入稀HNO3酸化,再加入BaCl2溶液,产生白色沉淀,溶液中一定含有
【解析】选A。观察K的焰色反应需要透过蓝色的钴玻璃,则在酒精灯火焰上灼烧,火焰呈黄色,不能确定是否含K+,A正确;加入盐酸产生能使澄清石灰水变浑浊的气体,原溶液也可能含有 ,B错误;若检验氯离子,应先加入硝酸,排除 等离子干扰,再加入硝酸银溶液检验,C错误;加入氯化钡溶液有白色沉淀产生,生成的沉淀也可能为AgCl,检验 ,应先加入盐酸酸化,如无现象,再加入氯化钡溶液,如生成沉淀则可说明含有 ,故D错误。
【补偿训练】 1.在某未知溶液中加入AgNO3溶液有白色沉淀生成,加入稀硝酸后,沉淀部分溶解,且有无色无味的气体生成,若将该气体通入澄清石灰水中,石灰水变浑浊,由此判断未知溶液中可能含有( )A.Cl-、 B.Cl-、 C.Cl-、 D.Cl-、OH-【解析】选C。能使澄清石灰水变浑浊的无色无味气体应是CO2,又因为加入稀硝酸后沉淀部分溶解,故原溶液中除含有 外,还含有Cl-。
2.自来水厂常用Cl2消毒,市场上有的不法商贩用自来水充当纯净水出售,下列可用来鉴别自来水和纯净水的试剂是( )A.Ba(ClO)2溶液 B.KOH溶液C.酚酞试液D.AgNO3溶液【解析】选D。用Cl2消毒后的自来水中溶有Cl2,Cl2+H2O====HCl+HClO,自来水中含有Cl-,而纯净水中不含Cl-,因此可通过检验是否存在Cl-来区别纯净水和自来水,检验Cl-常用AgNO3溶液,Ag++Cl-====AgCl↓。
3.某溶液中可能含有K+、Na+、 、Cl-中的一种或几种,为鉴别其中所含离子,现进行如下实验:
请回答下列问题:(1)原溶液中一定存在的离子是______________(填离子符号,下同),一定不存在的离子是______________,可能存在的离子是______________。 (2)为进一步确定原溶液中可能存在的离子是否存在,应进行的实验操作及判断依据是 __。 【解析】由步骤①确定原溶液中含有Na+不含K+,由步骤②确定原溶液中含有 ,但不能判断原溶液中是否含有Cl-,需要用AgNO3和稀硝酸检验Cl-的存在。答案:(1)Na+、 K+ Cl-(2)取原溶液,向溶液中加入AgNO3溶液,有白色沉淀生成,再加入足量稀硝酸,若白色沉淀不消失,则原溶液中存在Cl-,若白色沉淀消失,则原溶液中不存在Cl-
向上排空气法（或排饱和食盐水法）
1.检验Cl-时要用到AgNO3溶液和稀硝酸,其中加入稀硝酸的目的是 ( )A.加速反应的进行B.排除某些杂质离子的干扰C.生成不溶于水的沉淀D.增大沉淀的生成量【解析】选B。加稀硝酸的目的是排除 、 等离子的干扰。
2.(2020·梅州高一检测)下列制取Cl2、探究其漂白性、收集并进行尾气处理的原理和装置不合理的是( ) 【解析】选C。常温下,高锰酸钾与浓盐酸反应制取氯气;浓硫酸可干燥氯气,干燥的红色布条不褪色,则可探究氯气无漂白性;氯气的密度比空气密度大,导管应长进短出;氯气能与NaOH溶液反应生成氯化钠、次氯酸钠和水,常用于氯气的尾气处理。
【补偿训练】 1.实验室制取Cl2时,下列操作正确的是( ) A.用装置Ⅰ制取少量Cl2B.用装置Ⅱ除去Cl2中的少量HClC.用装置Ⅲ制取Cl2D.用装置Ⅳ干燥Cl2
【解析】选D。A.实验室制取Cl2用浓盐酸和MnO2反应,而不用稀盐酸;B.除去Cl2中的HCl气体用饱和食盐水,NaHCO3溶液与Cl2反应并放出CO2气体,且气体应“长进短出”;C.MnO2与浓盐酸需在加热条件下反应。
2.在实验室中用浓盐酸与MnO2共热制取Cl2并进行相关实验。下列收集Cl2的正确装置是( ) 【解析】选C。集气瓶使用单孔橡胶塞塞紧,只能进气,不能排气,则瓶内压强增大到一定程度,可能将橡胶塞压出,A项错误;因为Cl2比空气的密度大,Cl2应短管进,B项错误;C项该装置既能收集Cl2,又能进行尾气处理且防倒吸,正确;由于Cl2和NaOH反应,所以不能收集到Cl2,D项错误。
3.欲除去Cl2中少量的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】选B。HCl极易溶于水,而Cl2在饱和食盐水中溶解度很小,利用饱和食盐水可除去Cl2中少量的HCl气体。
4.有Na2CO3、AgNO3、BaCl2、HCl和NH4NO3五瓶无标签溶液,为鉴别它们,取四支试管,每支试管分别装入上述一种溶液,再向上述试管中加入少许剩下的一种溶液,下列叙述中错误的是( )A.若有三支试管出现沉淀时,则后加入的是AgNO3溶液B.全部没有明显现象时,则后加入的是NH4NO3C.一支试管出现气泡,两支试管出现沉淀时,则后加入的是HCl溶液D.若只有两支试管出现沉淀时,则后加入的是BaCl2溶液【解析】选C。因为AgNO3溶液与Na2CO3、BaCl2、HCl均有白色沉淀,和NH4NO3溶液不反应,A正确;NH4NO3和上述溶液均不反应,B正确;盐酸加入后,一种(Na2CO3)溶液出现气泡,AgNO3溶液出现沉淀,其他没有现象,C错误;加入BaCl2溶液,则Na2CO3、AgNO3两种溶液产生沉淀,D正确。
5.某校化学实验小组为了验证在实验室制备Cl2的过程中有水蒸气和HCl挥发出来,同时证明Cl2的某些性质,设计了如图所示的实验装置(部分支撑用的铁架台省略)。已知:氯气易溶于四氯化碳,而氯化氢不溶。
回答下列问题:(1)装置B中盛放的试剂名称为________,作用是__ ______________, 现象是______________。 (2)装置D和E中出现的不同现象说明的问题是 ________。 (3)装置F的作用是______________。 (4)写出装置G中发生反应的离子方程式: ______________。
【解析】本实验要检验生成的Cl2中混有水蒸气和HCl气体,要先用无水硫酸铜检验水的存在,用CCl4除去Cl2后,再用AgNO3溶液验证HCl的存在。答案:(1)无水硫酸铜 检验水蒸气 白色固体变蓝色(其他合理答案也可)(2)氯气无漂白性,次氯酸有漂白性(3)吸收氯气 (4)Ag++Cl-====AgCl↓
【补偿训练】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____________________。
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