2025版高一化學(xué)必修第一冊(cè) 第二章 第二節(jié) 第2課時(shí) 氯氣的實(shí)驗(yàn)室制法 氯離子的檢驗(yàn)

第2課時(shí)氯氣的實(shí)驗(yàn)室制法氯離子的檢驗(yàn)課標(biāo)定向目標(biāo)定位1.能根據(jù)反應(yīng)原理和除雜試劑選取實(shí)驗(yàn)裝置制取氯氣,理解實(shí)驗(yàn)室中氣體制備和凈化裝置的選取原則。(科學(xué)探究和創(chuàng)新意識(shí))2.能根據(jù)物質(zhì)的特征反應(yīng)和干擾因素選取適當(dāng)?shù)臋z驗(yàn)試劑來(lái)進(jìn)行氯離子的檢驗(yàn),建立認(rèn)知模型。(論證推理和模型認(rèn)知)厘清重點(diǎn)通過(guò)實(shí)驗(yàn)室制取氯氣的實(shí)驗(yàn)操作,構(gòu)建氣體制備的思維模型突破難點(diǎn)通過(guò)氯離子的檢驗(yàn)方法,構(gòu)建離子檢驗(yàn)的思維模型和檢測(cè)方法學(xué)習(xí)任務(wù)一:氯氣的實(shí)驗(yàn)室制法【必備知識(shí)·導(dǎo)學(xué)】[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(rèn)為一種新的元素,時(shí)間長(zhǎng)達(dá)三十多年,而這種制氯氣的方法至今還是實(shí)驗(yàn)室制取氯氣的主要方法之一。一、實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)室里,通常用濃鹽酸和MnO2混合加熱來(lái)制取Cl2,化學(xué)方程式:MnO2+4HCl(濃)MnCl2+Cl2↑+2H2O,離子方程式:MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O。該反應(yīng)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(yīng)中氧化劑和還原劑的個(gè)數(shù)之比是多少?提示:由氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物的個(gè)數(shù)可知,氧化劑和還原劑的個(gè)數(shù)之比是1∶2。(2)含有146gHCl的濃鹽酸與足量的MnO2反應(yīng),能生成71gCl2嗎?提示:不能。有兩個(gè)原因:一是隨著反應(yīng)的進(jìn)行,鹽酸濃度變小,Cl-的還原性減弱,MnO2不能再氧化HCl,此反應(yīng)不再進(jìn)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(tái)、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(guò)飽和食鹽水除去HCl,再通過(guò)濃硫酸除去水蒸氣收集裝置用向上排空氣法收集驗(yàn)滿方法①觀察法(黃綠色)②濕潤(rùn)的淀粉-KI試紙,其原理是Cl2+2KI===2KCl+I2,淀粉遇置換出的I2變藍(lán)色③濕潤(rùn)的藍(lán)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(guò)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(guò)飽和食鹽水時(shí)又混入水蒸氣。(2)某同學(xué)認(rèn)為可以用澄清石灰水代替NaOH溶液進(jìn)行尾氣處理,同時(shí)還可以制得漂白粉,你認(rèn)為該同學(xué)的想法是否合理?依據(jù)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(yīng)該是Cl2與石灰乳反應(yīng)?！九袑?duì)錯(cuò)·通教材】判斷下列說(shuō)法是否正確,正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”。(1)實(shí)驗(yàn)室制取的Cl2中混有HCl氣體,可通過(guò)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(shí)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(shí)驗(yàn)室制取Cl2的試劑中,HCl只作還原劑。 (×)提示:根據(jù)實(shí)驗(yàn)室制取Cl2的化學(xué)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(shí)驗(yàn)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(huì)將生成的部分Cl2溶于水。(5)實(shí)驗(yàn)室制氯氣時(shí),需要適當(dāng)控制反應(yīng)溫度,溫度過(guò)低或過(guò)高都不利于制備氯氣。 (√)提示:溫度過(guò)低,MnO2與濃鹽酸不反應(yīng),溫度過(guò)高,HCl揮發(fā)過(guò)多,產(chǎn)率較低,因此需要控制溫度不能過(guò)高也不能過(guò)低?！竞诵囊c(diǎn)·歸納】制備氯氣的注意事項(xiàng)1.用鹽酸與MnO2反應(yīng)制取氯氣時(shí),必須用濃鹽酸,稀鹽酸與MnO2不反應(yīng),且隨著反應(yīng)的進(jìn)行,濃鹽酸變?yōu)橄←}酸時(shí),反應(yīng)停止,故鹽酸中的HCl不可能全部參加反應(yīng)。2.制取的氯氣有毒,且在加熱時(shí)容易逸出,所以應(yīng)選用分液漏斗,而不用長(zhǎng)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(qiáng)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(shí),將濕潤(rùn)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(lán),則證明已集滿;或?qū)駶?rùn)的藍(lán)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(shí)驗(yàn)結(jié)束后,先使反應(yīng)停止并排出殘留的Cl2后,再拆卸裝置,避免污染空氣?！疚Ⅻc(diǎn)撥·拓教材】其他用于實(shí)驗(yàn)室制取氯氣的化學(xué)試劑及反應(yīng)用KMnO4、KClO3、Ca(ClO)2、K2Cr2O7等氧化劑代替MnO2制取氯氣,反應(yīng)不需加熱且反應(yīng)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(yīng)中,濃鹽酸均表現(xiàn)出還原性和酸性。①和④反應(yīng)中,Cl2是氧化產(chǎn)物;②和③反應(yīng)中,Cl2既是氧化產(chǎn)物,又是還原產(chǎn)物?！緦W(xué)力診斷·測(cè)評(píng)】1.下列關(guān)于Cl2制取、凈化、性質(zhì)及尾氣吸收的實(shí)驗(yàn)原理與裝置能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡氖?)A.用裝置甲制取Cl2B.用裝置乙除去Cl2中的HClC.用裝置丙驗(yàn)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(wú)法得到氯氣,故A錯(cuò)誤;通入的氣體會(huì)將飽和NaCl溶液通過(guò)導(dǎo)管排出,所以無(wú)法除雜,故B錯(cuò)誤;氯氣和Na2S反應(yīng)生成淡黃色沉淀S,可以用Na2S溶液檢驗(yàn)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(jìn)行尾氣處理,應(yīng)該用NaOH溶液,故D錯(cuò)誤?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】(2023·邯鄲高一檢測(cè))欲用如圖所示裝置制備干燥的氯氣,下列相關(guān)說(shuō)法正確的是()A.燒瓶?jī)?nèi)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(jìn)入集氣瓶D.可用干燥的淀粉碘化鉀試紙檢驗(yàn)氯氣【解析】選C。MnO2與濃鹽酸反應(yīng)需要加熱,裝置甲沒(méi)有加熱裝置,故A錯(cuò)誤;收集Cl2的方法應(yīng)為向上排空氣法,裝置的連接順序是aedcbfgcbh,故B錯(cuò)誤;裝置乙是干燥裝置,實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖侵频酶稍锏穆葰?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(jìn)入,故C正確;檢驗(yàn)氯氣需要濕潤(rùn)的淀粉碘化鉀試紙,故D錯(cuò)誤。2.實(shí)驗(yàn)室制取氯氣時(shí),如圖所示操作錯(cuò)誤的是①②③④(填序號(hào))。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(shí)驗(yàn)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(yīng)生成Cl2,①錯(cuò)誤;NaHCO3能與HCl反應(yīng)產(chǎn)生CO2,引入新的雜質(zhì),且Cl2也能與NaHCO3反應(yīng),應(yīng)用飽和食鹽水除去Cl2中混有的少量HCl,且氣體應(yīng)長(zhǎng)進(jìn)短出,②錯(cuò)誤;實(shí)驗(yàn)室用濃鹽酸和MnO2反應(yīng)制Cl2,需要在加熱條件下才能進(jìn)行,裝置Ⅲ中缺少加熱裝置,③錯(cuò)誤;用裝置Ⅳ干燥Cl2時(shí),Cl2應(yīng)長(zhǎng)進(jìn)短出,④錯(cuò)誤。[方法規(guī)律]設(shè)計(jì)氣體制備的基本思路【補(bǔ)償訓(xùn)練】某化學(xué)小組用如圖所示裝置制取氯氣。下列說(shuō)法不正確的是()A.該裝置圖中存在三處明顯錯(cuò)誤B.該實(shí)驗(yàn)中收集氯氣的方法不正確C.為防止氯氣污染空氣,必須進(jìn)行尾氣處理D.在集氣瓶的導(dǎo)管口處放一片濕潤(rùn)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(yīng)該用分液漏斗,沒(méi)有尾氣吸收裝置,共3處明顯錯(cuò)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(cuò)誤;氯氣有毒,需要進(jìn)行尾氣處理,故C正確;濕潤(rùn)的淀粉碘化鉀試紙中I-可以被氯氣氧化為碘單質(zhì),遇淀粉變藍(lán)色,故D正確。學(xué)習(xí)任務(wù)二:氯離子的檢驗(yàn)【必備知識(shí)·探究】[情境]水質(zhì)檢驗(yàn)員是專門負(fù)責(zé)對(duì)天然水、水和廢水的物理、化學(xué)和生物特性進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)價(jià)的專業(yè)人員。樣品檢測(cè)和分析流程:首先,根據(jù)檢測(cè)任務(wù)單上列出的項(xiàng)目,取得水樣,并按照檢測(cè)站的《水質(zhì)檢測(cè)實(shí)施細(xì)則》以及國(guó)家、行業(yè)、質(zhì)量負(fù)責(zé)人的標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行樣品分析。(1)氯氣可用于自來(lái)水的殺菌消毒,但氯氣有毒,水中余氯含量應(yīng)達(dá)到國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn),若余氯量過(guò)高,水中可能出現(xiàn)什么顏色,滴加硝酸銀溶液會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象?提示:氯氣在水中濃度較高時(shí)呈淺黃綠色,滴加硝酸銀溶液會(huì)產(chǎn)生白色沉淀,離子方程式為Ag++Cl-===AgCl↓。(2)檢驗(yàn)Cl-時(shí),能否用稀鹽酸進(jìn)行酸化?提示:不能,因?yàn)辂}酸中含有Cl-,會(huì)影響到Cl-的檢驗(yàn)。(3)檢驗(yàn)Cl-時(shí),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(cè)液中加入稀硝酸,再加入AgNO3溶液檢驗(yàn)(4)若溶液中含有SO42-,如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)Cl提示:先加入足量的Ba(NO3)2溶液,過(guò)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(shuō)明含有Cl-。(5)若需要對(duì)水中的其他離子進(jìn)行檢驗(yàn),想一想離子檢驗(yàn)的常用方法和注意事項(xiàng)。提示:離子檢驗(yàn)常用生成氣體、沉淀、溶液的顏色變化、焰色試驗(yàn)等方法,注意排除雜質(zhì)離子的干擾?！竞诵囊c(diǎn)·歸納】氯離子檢驗(yàn)1.答題模板:取少量被檢測(cè)溶液于試管中,滴加適量稀硝酸,然后滴入AgNO3溶液,若產(chǎn)生白色沉淀,則被檢測(cè)溶液中含有Cl-,若無(wú)白色沉淀則無(wú)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?yàn)锳g2CO3能溶于稀硝酸,而AgCl不溶。注意因?yàn)辂}酸中含有Cl-【學(xué)力診斷·測(cè)評(píng)】1.(2023·石家莊高一檢測(cè))海水淡化后,為檢驗(yàn)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(yàn)Cl-,碳酸根離子、硫酸根離子都會(huì)結(jié)合銀離子生成白色沉淀,故A錯(cuò)誤;鹽酸溶液中含有氯離子,用鹽酸不能檢驗(yàn)出原溶液是否含有氯離子,故B錯(cuò)誤;硝酸銀溶液中的銀離子結(jié)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(zhì),可以用AgNO3溶液和稀硝酸檢驗(yàn)所得的淡水中是否含有氯離子,故C正確、D錯(cuò)誤?！狙a(bǔ)償訓(xùn)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(wú)色無(wú)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(jù)題給現(xiàn)象,生成的白色沉淀部分溶于稀硝酸,且產(chǎn)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(yàn)?zāi)橙芤褐惺欠窈蠧l-,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(yīng)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(cuò)誤;加入鹽酸酸化,溶液中引進(jìn)了氯離子,無(wú)法證明原溶液中是否存在氯離子,故B錯(cuò)誤;硫酸根離子能夠與銀離子反應(yīng)生成白色沉淀,干擾了氯離子的檢驗(yàn),故C錯(cuò)誤;檢驗(yàn)氯離子時(shí),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(bǔ)償訓(xùn)練】1.下列實(shí)驗(yàn)?zāi)茏C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(shí)又能與稀硝酸酸化的硝酸銀溶液反應(yīng)生成白色沉淀【解析】選D。要證明含有Na+,則焰色試驗(yàn)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(jìn)行如下實(shí)驗(yàn):①溶于水,得無(wú)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(shí)有氣泡生成。根據(jù)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(xiě)出上述實(shí)驗(yàn)中有關(guān)反應(yīng)的離子方程式:_____________________。

答案:(2)Ag++Cl-===AgCl↓2Ag++CO32-===Ag2Ag2CO3+2H+===2Ag++H2O+CO2↑【解析】由②產(chǎn)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(yàn)離子的規(guī)范操作:取待測(cè)液→加入試劑→現(xiàn)象→結(jié)論。(2)為排除雜質(zhì)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(xiě)出相應(yīng)的現(xiàn)象,最后再得出結(jié)論。(3)檢驗(yàn)Cl-時(shí)加稀硝酸酸化的目的是排除CO32-等的干擾,因?yàn)锳g2CO3等可溶于稀硝酸,學(xué)情檢測(cè)·素養(yǎng)達(dá)標(biāo)1.下列關(guān)于實(shí)驗(yàn)室制氯氣的說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A.該反應(yīng)是一個(gè)氧化還原反應(yīng),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(yīng)的離子方程式為MnO2+4H++4Cl-MnCl2+2H2O+Cl2↑D.該方法是瑞典化學(xué)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(jià)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(qiáng)電解質(zhì),在離子方程式中應(yīng)寫(xiě)成離子符號(hào)。2.下列對(duì)某溶液所含離子的檢驗(yàn),敘述正確的是()A.滴入BaCl2溶液和稀硝酸,產(chǎn)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(chǎn)生白色沉淀,則原溶液中一定含有Cl-C.進(jìn)行焰色試驗(yàn)檢驗(yàn)?zāi)橙芤褐械年?yáng)離子,發(fā)現(xiàn)火焰呈黃色,則一定沒(méi)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(chǎn)生白色沉淀