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高中化学人教版 (2019)必修 第一册第二节 氯及其化合物课后复习题
展开核心要点
了解实验室制取氯气的反应原理,运用已有知识认识制取、净化及收集气体的方法,明确尾气的处理依据和方法。
能力构建
氯气的实验室制取
1.反应原理
MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O
2.仪器装置
装置特点:固+液气
主要仪器:铁架台(带铁圈)、酒精灯、石棉网、圆底烧瓶、分液漏斗、集气瓶、烧杯等。装置如图所示。
说明:C装置的作用是除去Cl2中的HCl;D装置的作用是干燥Cl2;F装置的作用是吸收多余的Cl2,防止污染环境。
3.收集方法
(1)向上排空气法(Cl2密度大于空气)。
(2)排饱和食盐水法(Cl2在饱和NaCl溶液中的溶解度很小,且用此法可除去实验过程中挥发产生的HCl气体)。
4.验满方法
(1)将湿润的淀粉碘化钾试纸靠近盛Cl2的瓶口,观察到试纸立即变蓝,则证明已集满。
(2)将湿润的蓝色石蕊试纸靠近盛 Cl2的瓶口,观察到试纸立即发生先变红后褪色的变化,则证明已集满。
5.尾气处理
Cl2有毒,易污染空气,需用NaOH溶液吸收。
深化理解
氯气实验室制法的拓展探究
1.实验室制备Cl2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,所以加热温度不宜过高,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.验满方法
(1)将湿润的淀粉碘化钾试纸靠近盛Cl2的瓶口,观察到试纸立即变蓝,则证明已集满。
(2)将湿润的蓝色石蕊试纸靠近盛Cl2的瓶口,观察到试纸立即发生先变红后褪色的变化,则证明已集满。
3.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(如下图中Ⅰ所示);除去氯气中的水蒸气可用浓硫酸(如下图中Ⅱ所示)或无水CaCl2(如下图中Ⅲ所示)。
4.MnO2与浓HCl反应特点
(1)浓盐酸中,部分Cl−的化合价升高,4 ml HCl参加反应,被氧化的Cl−为2 ml。
(2)随着反应的进行盐酸浓度变小,故MnO2足量时,盐酸不能完成反应,反应后溶液为盐酸和MnCl2混合液。
典型例题
例1 某同学用以下装置制备并检验Cl2的性质。下列说法正确的是
A.图Ⅰ:若MnO2过量,则浓盐酸可全部消耗完
B.图Ⅱ:证明新制氯水具有酸性
C.图Ⅲ:产生了棕黄色的雾
D.图Ⅳ:湿润的有色布条褪色
【答案】D
【解析】A.二氧化锰与浓盐酸反应,随着反应的进行,浓盐酸变稀,二氧化锰不与稀盐酸反应,即使二氧化锰过量,盐酸也不能全部消耗完,A错误;B.图Ⅱ中溶液先变红后褪色,不仅能证明新制氯水具有酸性,还可以证明新制氯水具有漂白性,B错误;C.铜丝在氯气中燃烧,生成棕黄色的烟,不是雾,C错误;D.氯气没有漂白性,图Ⅳ中氯气遇到湿润有色布条与水反应生成HClO,HClO具有漂白性,可使有色布条褪色,D正确;答案选D。
例2 如图所示装置可以用来发生、洗涤、干燥、收集(不考虑尾气处理)气体。该装置可用于
A.二氧化锰和浓盐酸生成氯气B.锌和盐酸生成氢气
C.碳酸钙和盐酸生成二氧化碳D.KClO3和MnO2生成氧气
【答案】B
【解析】A.二氧化锰和浓盐酸生成氯气,反应需加热,氯气和水反应,氯气比空气重应用向上排气法,故A错误;
B.锌和盐酸发生反应生成氢气,制备、干燥及收集装置均符合上述要求,故B正确;
C.碳酸钙和盐酸生成二氧化碳,制备装置符合,二氧化碳也可少量溶解于水,二氧化碳比空气重,收集方法应用向上排气法,故C错误;
D.KClO3和MnO2生成氧气,反应需加热,生成的氧气微溶于水,氧气比空气重,收集方法也不对,故D错误;
故选:B。
例3 (2021·福建泉州市·泉州五中)某校化学兴趣小组为研究Cl2的性质,设计如图所示装置进行实验。装置Ⅲ中夹持装置已略去,其中a为干燥的品红试纸,b为湿润的品红试纸。
(1)装置Ⅰ中仪器c的名称是___,实验室以二氧化锰和浓盐酸制备氯气的化学方程式为___。
(2)装置Ⅱ的作用是___
(3)若产生Cl2足量,实验过程中装置Ⅳ中的实验现象___。
(4)实验结束后,该组同学在装置Ⅲ中观察到b的红色褪去,但是并未观察到“a无明显变化”这一预期现象。为了达到这一实验目的,你认为还需在图中装置Ⅱ与Ⅲ之间添加图中的___装置(填序号)。
(5)有一种“地康法”制取氯气的反应原理如图所示:
①反应Ⅰ属于___反应。(填四种基本反应类型之一)
②在450℃条件下,反应Ⅱ的化学方程式为____。
③工业生产中常用氨气检查输送氯气的管道是否有Cl2泄漏。若Cl2有泄漏,可以观察到有大量的白烟生成(为NH4Cl固体),同时会生成一种空气中含量最多的物质,试写出该反应的化学方程式:___。
【答案】(1)分液漏斗 MnO2+4HClMnCl2+Cl2↑+2H2O
(2)除去氯气中的氯化氢气体
(3)溶液先变红,后褪色
(4)④
(5)复分解 2CuCl2+O22CuO+2Cl2 3Cl2+8NH3=6NH4Cl+N2
【分析】根据装置图,装置Ⅰ中二氧化锰和浓盐酸反应生成氯气,浓盐酸具有挥发性,制取的氯气中混有氯化氢,用饱和食盐水可以除去杂质氯化氢,干燥的氯气不具有漂白性,潮湿的氯气具有漂白性,结合装置图和“地康法”制取氯气的反应原理图分析解答。
(1)根据装置图,装置Ⅰ中仪器c有活塞,是分液漏斗;实验室制取Cl2用MnO2与浓盐酸混合加热,反应的化学方程式为:MnO2+4HClMnCl2+Cl2↑+2H2O,故答案为:分液漏斗;MnO2+4HClMnCl2+Cl2↑+2H2O;
(2)反应物中含有浓盐酸,易挥发,且反应需要加热,导致制取的Cl2会混有挥发出的HCl,因此装置Ⅱ中饱和食盐水的作用是除去氯气中的氯化氢气体,故答案为:除去氯气中的氯化氢气体;
(3)氯气与水反应生成盐酸和次氯酸,盐酸具有酸性,能够使紫色石蕊试液变红,次氯酸能够具有漂白性,然后溶液又褪色,故答案为:溶液先变红,后褪色;
(4)a、b为对照实验,干燥的Cl2本身不具有漂白性,遇水生成HClO,HClO具有漂白性。但是并未观察到“a无明显变化”这一预期现象,因为氯气未经干燥,本身带有水蒸气,所以需要在上图装置Ⅱ与Ⅲ之间添加一个干燥装置,碱石灰和浓硫酸是常用的干燥剂,但是氯气会和碱石灰反应,所以选择④浓硫酸,故答案为:④;
(5)①根据反应原理图,反应I是HCl、CuO反应生成CuCl2和H2O,该反应的化学方程式为:2HCl+CuO=CuCl2+H2O,反应中各元素化合价不变,该反应属于复分解反应,故答案为:复分解;
②根据图示可知反应Ⅱ为:2CuCl2+O22CuO+2Cl2,故答案为:2CuCl2+O22CuO+2Cl2;
③若Cl2有泄漏,可以观察到有大量的白烟生成(为NH4Cl固体),同时会生成一种空气中含量最多的物质,说明Cl2与NH3反应产生NH4Cl和N2,反应的化学方程式为3Cl2+8NH3=6NH4Cl+N2,故答案为:3Cl2+8NH3=6NH4Cl+N2。
学会了吗
1.下列关于实验室制取氯气的说法正确的是
A.盛浓盐酸的分液漏斗可用长颈漏斗代替
B.为了便于学生观察氯气的制备实验,可在讲台上直接做氯气的制备实验
C.可用饱和食盐水吸收尾气
D.可在集气瓶口放一张湿润的淀粉碘化钾试纸,观察氯气是否收集满
【答案】D
【解析】A.盛浓盐酸的分液漏斗可用长颈漏斗代替无法控制盐酸的用量,A错误;
B.不可在讲台上直接做氯气的制备实验,需在通风橱中进行,否则会造成中毒事件,B错误;
C.饱和食盐水不能与氯气反应,不能用于吸收尾气,C错误;
D.可在集气瓶口放一张湿润的淀粉碘化钾试纸,若试纸变蓝,则氯气集满,D正确;
答案选D。
2.已知与浓盐酸在常温下能反应产生。若用如图所示的实验装置来制备纯净、干燥的氯气,并与金属反应。每个虚线框表示一个单元装置,其中有错误的是( )
A.①处和②处B.只有②处C.只有②处和③处D.②处、③处和④处
【答案】D
【解析】①与浓盐酸在常温下反应产生,①正确;
②浓盐酸易挥发,生成的氯气中混有和水蒸气,应通入盛有饱和食盐水的洗气瓶除去,会与溶液反应,故不能选择氢氧化钠溶液,②错误;
③用浓硫酸干燥氯气,导管应长进短出,③错误;
④氯气与金属在试管中反应,若用单孔塞,容易造成试管内压强过大,且导管应伸到试管底部,④错误。
综上,答案选D。
3.(1)实验室制取Cl2时,下列操作不正确的是________(填序号)。
①装置Ⅰ可用于制取少量Cl2
②用装置Ⅱ除去Cl2中的少量HCl
③用装置Ⅲ制取Cl2
④用装置Ⅳ干燥Cl2
(2)实验室制取干燥、纯净的氯气,除了二氧化锰、浓盐酸外还需要__________、__________、__________。
(3)已知KMnO4与浓盐酸在常温下反应能产生Cl2。
若用如下图所示的实验装置来制备纯净、干燥的氯气及验证它与金属的反应。每个虚线框表示一个单元装置,其中有错误的是________(填字母,下同)。
(4)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的装置正确的是________。
【答案】(1)①②③④
(2)饱和食盐水 浓H2SO4 NaOH溶液
(3)BD
(4)C
【解析】(1)①实验室制取Cl2用浓盐酸和MnO2反应,而不用稀盐酸;②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,气体应“长进短出”;③MnO2与浓盐酸需在加热条件下反应;④干燥Cl2使用浓H2SO4洗气瓶,应“长进短出”。(2)制取纯净Cl2还需饱和食盐水除去HCl气体,浓H2SO4干燥Cl2、NaOH溶液除去多余的Cl2。(3)B处NaOH溶液与Cl2能反应;D处试管缺少出气导管且将导管末端通入NaOH溶液中。(4)集气瓶中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;该装置既能收集Cl2,又能进行尾气处理且防倒吸,C项正确;由于Cl2和NaOH反应,所以不能收集到Cl2,D项错误。
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