化学必修 第一册第二章 海水中的重要元素——钠和氯第三节 物质的量学案

这是一份化学必修 第一册第二章 海水中的重要元素——钠和氯第三节 物质的量学案，共11页。






核心微网络








素养新目标,


1．学会实验室制取氯气的方法，认识其实验装置的典型性


2．学会Cl－的检验方法和物质检验的注意事项，培养科学探究意识





学 业 基 础


[预习新知]


一、氯气的实验室制法


1．反应原理


MnO2＋4HCl(浓)eq \(=====,\s\up7(△))MnCl2＋Cl2↑＋2H2O


2．仪器装置


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．尾气处理


Cl2有毒，易污染空气，需用NaOH溶液吸收。


二、Cl－的检验


1．实验探究


2.氯离子的检验方法


(1)操作方法：向未知溶液中先加AgNO3溶液，再加稀HNO3。


(2)现象：产生白色沉淀，加稀硝酸时，沉淀不溶解。


(3)原理：Ag＋＋Cl－===AgCl↓。


(4)加入稀硝酸的目的：排除COeq \\al(2－,3)等离子的干扰。


[即学即练]


1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”


(1)实验室制取氯气，可用稀盐酸代替浓盐酸。( )


(2)实验室制备的氯气常含有氯化氢和水蒸气。( )


(3)氯气有毒，故应排到实验室外。( )


(4)溶液中加入AgNO3溶液有沉淀，说明溶液中一定含Cl－。( )


(5)NaClO中含有氯元素，故向NaClO溶液中加入用硝酸酸化的AgNO3溶液，可产生白色沉淀。( )


答案：(1)× (2)√ (3)× (4)× (5)×





2．欲除去Cl2中的少量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：利用了HCl极易溶于水而Cl2在饱和食盐水中溶解度很小的原理。


答案：B





3．检验Cl－所用的试剂为AgNO3和HNO3，其中HNO3的作用是( )


A．防止COeq \\al(2－,3)的干扰 B．防止Cl－的干扰


C．生成AgNO3沉淀 D．防止NOeq \\al(－,3)的干扰


解析：检验Cl－时，加入AgNO3会生成AgCl白色沉淀，而Ag2CO3同样是白色沉淀，但加入稀HNO3后，AgCl不溶解，而Ag2CO3溶解于稀HNO3，所以加稀HNO3的作用是防止COeq \\al(2－,3)的干扰。


答案：A





4．实验室以MnO2和浓盐酸反应制Cl2并净化和收集的装置如图所示，试回答以下问题：





(1)如何检验装置的气密性？


(2)净化装置的顺序能否颠倒？为什么？


解析：


(1)此类装置可用微热法检验其气密性。


(2)干燥除杂的顺序通常是先去除其他气体杂质，最后干燥，以免再混入水蒸气。


答案：


(1)将导管末端插入水中，用酒精灯微热烧瓶，导管口有气泡冒出，移开酒精灯，水上升到导管中形成一段稳定的水柱，则证明装置的气密性良好。


(2)不能；如颠倒则Cl2经饱和食盐水除去HCl时会重新混入水蒸气。





技 能 素 养


目标 氯气的实验室制法解析


[例]





下列关于实验室制取Cl2的说法正确的是( )


A．将混有HCl杂质的Cl2通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶除去杂质


B．实验室制取Cl2，浓盐酸起到酸性和氧化剂作用


C．实验室用如图装置除去Cl2中的少量HCl


D．实验室制备Cl2，可用排饱和食盐水集气法收集


【解析】 Cl2通入饱和NaHCO3溶液反应生成CO2，引入新的杂质，并且消耗Cl2，A项不正确；实验室制取Cl2，浓盐酸起到酸性和还原剂的作用，B项不正确；用饱和食盐水除去Cl2中的HCl气体时，导气管应长进短出，C项不正确；实验室用排饱和食盐水法收集Cl2是因为Cl2难溶于饱和食盐水，而能溶于水，D项正确。


【答案】 D





[提升] 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____________________________________。


(6)如果将过量二氧化锰与一定量的浓盐酸混合加热，充分反应后生成的氯气量明显小于理论值。其主要原因有：①____________________，②____________________。


解析：


(1)从试剂，装置(制气、净化、收集、尾气吸收)角度考虑。


(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。


(6)由于加热过程中，一部分HCl挥发不参与化学反应，且随着反应的进行，盐酸浓度越来越小，变为稀盐酸后，不再与MnO2发生反应生成Cl2。


答案：


(1)①不能用稀盐酸，而应用浓盐酸 ②应有加热装置，应用酒精灯加热 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Cl2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－eq \(=====,\s\up7(△))Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O


NaOH溶液 Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O、


H＋＋OH－===H2O


(6)①加热使HCl大量挥发 ②盐酸变稀后不再发生反应


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。


[核心能力]


Cl2的实验室制法


1．反应原理


化学方程式：MnO2＋4HCl(浓) eq \(=====,\s\up7(△))MnCl2＋Cl2↑＋2H2O，


离子方程式：MnO2＋4H＋＋2Cl－eq \(=====,\s\up7(△))Mn2＋＋2H2O＋Cl2↑。


也可以用高锰酸钾、重铬酸钾、氯酸钾等氧化剂代替二氧化锰。


如2KMnO4＋16HCl(浓)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O。


2．实验装置





(1)发生装置(Ⅰ)


①特点：固体＋液体eq \(——→,\s\up7(△))气体。②仪器：铁架台、酒精灯、石棉网、圆底烧瓶、分液漏斗等。③试剂：A中盛放浓盐酸，B中盛放二氧化锰。


(2)净化装置(Ⅱ)


(3)收集装置(Ⅲ)


①收集方法：向上排空气法(装置E，Cl2的密度大于空气的密度)。也可用排饱和食盐水法(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)。


②验满方法：用湿润的KI­淀粉试纸检验。将湿润的KI­淀粉试纸放在集气瓶口，若试纸变蓝，则证明Cl2已收集满。


(4)尾气处理装置(Ⅳ)


①导气管要伸入液面以下。


②F中盛放试剂：氢氧化钠溶液，作用：吸收过量的氯气，防止污染环境。





MnO2与浓HCl反应特点


①浓盐酸中，一部分Cl－的化合价升高，另一部分Cl－的化合价不变。


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。








学考评价


授课提示：对应学生用书28页


1．下列关于实验室用MnO2制取Cl2的叙述不正确的是( )


A．MnO2与浓盐酸共热


B．缓慢加热反应


C．用向下排空气法收集Cl2


D．多余氯气常用较浓的碱液吸收


解析：由于浓盐酸有挥发性，故必须缓慢加热以减少HCl的挥发；Cl2的密度比空气的密度大，故应用向上排空气法收集Cl2；Cl2极易与碱液反应，故常用较浓的碱液吸收多余的Cl2。


答案：C


2．实验室制氯气时有如下操作，操作顺序正确的是( )


①连接好装置，检查装置气密性


②缓缓加热，使气体均匀逸出


③在烧瓶中加入二氧化锰粉末


④往分液漏斗中加入浓盐酸，再缓缓滴入烧瓶中


⑤用向上排空气法收集氯气，尾气导入吸收剂中


A．①②③④⑤ B．④③①②⑤


C．①③④②⑤ D．①③②④⑤


解析：制备气体时首先应连接好装置，检查装置气密性，再依次加药品，反应制取气体。


答案：C


3．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，石灰水变浑浊，由此判断水溶液中含有( )


A．Cl－、SOeq \\al(2－,4) B．Cl－、NOeq \\al(－,3)


C．Cl－、COeq \\al(2－,3) D．Cl－、OH－


解析：根据题给现象，生成的白色沉淀部分溶于稀硝酸，且产生使石灰水变浑浊的气体，则原溶液中存在COeq \\al(2－,3)和Cl－。


答案：C


4．有一包白色固体，它可能是KCl、K2CO3、KNO3中的一种或几种，进行下列实验：


①溶于水，得无色溶液；


②在所得溶液中滴入AgNO3溶液，生成白色沉淀；


③再滴加稀硝酸，沉淀量减少但不完全消失，同时有气泡生成。


根据上述现象判断：


(1)白色固体一定含有的成分是________，可能含有的成分是________；


(2)请写出上述实验中有关反应的离子方程式：______________________________________。


解析：由②产生白色沉淀知，可能含有K2CO3和KCl中的一种或两种；由③沉淀量减少且有气泡生成知，一定含有K2CO3；根据沉淀不完全消失可知，一定含有KCl。


答案：


(1)KCl和K2CO3 KNO3


(2)Ag＋＋Cl－===AgCl↓，2Ag＋＋COeq \\al(2－,3)===Ag2CO3↓，Ag2CO3＋2H＋===2Ag＋＋H2O＋CO2↑


点拨：某种离子和银离子产生白色沉淀，并不能确定该离子是氯离子。Ag2CO3也是白色沉淀，注意用硝酸排除干扰。





练后感悟


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)。








课时作业10 氯气的实验室制法和氯离子的检验


授课提示：对应学生用书85页


[学业达标]


1．下列说法不正确的是( )


A．氯元素在自然界中存在游离态，只是量极少


B．海水中的氯元素主要以NaCl等盐的形式存在


C．人体的血液中含有NaCl，其浓度大约为0.9%


D．氯化钠对维持人体的生理功能有着重要作用


解析：自然界中不存在游离态的氯，氯元素全部以化合态的形式形在。A选项错误。


答案：A


2．下列说法正确的是( )


A．实验室用排水法收集氯气


B．闻氯气气味时，用手轻轻在集气瓶口扇动，使极少量氯气飘进鼻孔


C．Cl－和Cl2均有毒


D．Cl－和Cl2均呈黄绿色


解析：氯气能溶于水，密度比空气大，不能用排水法收集氯气，应该用向上排空气法收集。Cl－无色、无毒。


答案：B


3．检验氯化氢气体中是否混有Cl2，可采用的方法是( )


A．用干燥的蓝色石蕊试纸检验


B．用干燥有色布条检验


C．将气体通入硝酸银溶液检验


D．用湿润的淀粉­KI试纸检验


解析：HClO具有漂白性，而Cl2不具有，在干燥环境下，Cl2不能转变为HClO，因而无漂白性，无法与HCl气体区分。气体通入AgNO3溶液都产生白色沉淀，因为Cl2与H2O反应也产生Cl－。Cl2与KI反应产生I2，淀粉遇I2变蓝，可以与HCl区分。


答案：D


4．现有盐酸、NaCl溶液、NaOH溶液和新制氯水，可用来区别它们的一种试剂是( )


A．AgNO3溶液 B．酚酞溶液


C．紫色石蕊溶液 D．饱和食盐水


解析：盐酸遇紫色石蕊溶液变红，NaCl溶液遇紫色石蕊溶液无明显现象，NaOH溶液遇紫色石蕊溶液变蓝，新制氯水遇紫色石蕊溶液先变红后褪色。


答案：C


5．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


解析：盛浓盐酸的分液漏斗若用长颈漏斗代替无法控制盐酸的用量，A错误；在讲台上直接做氯气的制备实验，没有在通风橱中进行，容易造成中毒事件，B错误；饱和食盐水不能与氯气反应，不能用于吸收尾气，C错误；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：D


6．能证明某溶液中含有NaCl的是( )


A．焰色反应是黄色


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．焰色反应是黄色，同时又能与硝酸酸化的硝酸银溶液反应生成白色沉淀


解析：要证明含有Na＋，则焰色反应为黄色；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。


答案：D


7．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：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；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。


答案：C


8．已知KMnO4在常温下与浓盐酸反应生成Cl2，下图是用KMnO4与浓盐酸反应制取Cl2的简易装置，下列叙述不正确的是( )





A．在试管①中盛有饱和食盐水，用试管②收集Cl2


B．用试管①收集Cl2，试管②可防止NaOH溶液倒吸到试管①中


C．③用于吸收多余的Cl2，防止污染环境


D．用该装置收集到的Cl2中会混有HCl气体和水蒸气


解析：根据导管的进出长短可知试管①用于收集Cl2，试管②用于防止NaOH溶液倒吸入①中，NaOH溶液吸收多余的Cl2，防止污染环境，①中收集到的Cl2不纯，混有HCl和水蒸气。


答案：A


9．已知KMnO4与浓盐酸在常温下反应能产生Cl2。若用下图所示的实验装置来制备纯净、干燥的氯气，并试验其与金属的反应，每个虚线框表示一个单元装置，其中有错误的是( )





A．①和②处 B．只有②处


C．②和③处 D．②、③、④处


解析：①是制备氯气的装置，②是除去氯气中氯化氢杂质的装置，③是干燥装置，④是用于氯气与金属反应的装置。除杂时不能消耗欲保留的气体，因为氯气可与NaOH溶液反应，化学方程式为Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，所以②处错误；③中进气管短，出气管却插入液面下，所以无法干燥气体，也不能使气体进入④中与金属反应，所以③处错误；④是一个封闭体系，未反应的气体不断蓄积会使容器内压强过大而发生爆炸，所以④处错误。


答案：D


10．下图所示仪器可用于实验室制备少量无水FeCl3，仪器连接顺序正确的是( )





A．a—b—c—d—e—f—g—h


B．a—e—d—c—b—h—i—g


C．a—d—e—c—b—h—i—g


D．a—c—b—d—e—h—i—f


解析：按制气→除HCl→除H2O→制备FeCl3→吸收Cl2顺序连接。


答案：B


11．下列离子方程式书写正确的是( )


A．氯气跟水反应Cl2＋H2O===2H＋＋Cl－＋ClO－


B．二氧化锰跟浓盐酸共热制Cl2


MnO2＋4H＋＋2Cl－eq \(=====,\s\up7(△))Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O


C．向氯化亚铁溶液中通入氯气Fe2＋＋Cl2===Fe3＋＋2Cl－


D．向稀漂白粉溶液中通入足量二氧化碳


Ca2＋＋2ClO－＋CO2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO


解析：A项中HClO是弱酸，不能改写成ClO－和H＋；C项中得失电子不守恒；D项中CO2足量，应生成Ca(HCO3)2。


答案：B


12．实验室用浓盐酸与足量的二氧化锰反应产生少量的氯气。若反应过程中消耗了7.3 g HCl，理论上可收集到的氯气的质量( )


A．等于3.55 g B．小于3.55 g


C．大于3.55 g D．约等于7.1 g


解析：理论上可收集到的氯气的质量，可直接根据化学方程式计算，设收集到氯气的质量为x，则


4HCl(浓)＋MnO2eq \(=====,\s\up7(△))MnCl2＋Cl2↑＋2H2O


146 g 71 g


7．3 g x


x＝3.55 g。


答案：A


13．自来水厂常用氯气对生活用水进行杀菌消毒。市场上有些不法商贩为牟取暴利，用这样的自来水冒充纯净水(离子的浓度非常低)出售，给人们的生活造成了一定的不良影响。在下列化学试剂中，可以用于鉴别这种自来水和纯净水的是( )


A．酚酞溶液


B．氯化钡溶液


C．氢氧化钠溶液


D．硝酸银溶液


解析：Cl2消毒过的自来水中含有HCl和HClO，用AgNO3溶液即可鉴别，产生白色沉淀的是自来水，不产生沉淀的是纯净水。


答案：D


14．氯气是一种重要的化工原料。


(1)实验室可用二氧化锰和浓盐酸共热制取氯气，反应的化学方程式是


________________________________________________________________________。


(2)某学习小组利用此原理设计如图所示的装置制取氯气。





①在该实验中，制取氯气的装置是________(填字母)。





②C装置中盛放饱和氯化钠溶液，其作用是


________________________________________________________________________


________________________________________________________________________。


③D装置的作用是干燥氯气，其中盛放的试剂是____________。


④该实验存在明显的缺陷，在下面画出改进的装置图，写出相关反应的离子方程式：________________________________________________________________________


________________________________________________________________________。





解析：实验室用二氧化锰和浓盐酸反应制取氯气的化学方程式是MnO2＋4HCl(浓)eq \(=====,\s\up7(△))MnCl2＋Cl2↑＋2H2O，该反应是固体和液体需要加热的反应，故选c装置制取氯气。因为浓盐酸具有挥发性，制取的氯气中含有杂质氯化氢，还有水蒸气，所以要得到干燥、纯净的氯气，应先通过饱和氯化钠溶液以除去氯气中的氯化氢，再通过浓硫酸干燥氯气。为防止氯气污染环境，要用氢氧化钠溶液吸收尾气。


答案：(1)MnO2＋4HCl(浓)eq \(=====,\s\up7(△))MnCl2＋Cl2↑＋2H2O


(2)①c ②除去氯气中的氯化氢 ③浓硫酸


④


Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O


[等级突破]


15．用如图所示装置可以完成一系列实验(图中夹持装置已略去)。








用装置A由浓硫酸和浓盐酸混合制取HCl气体，装置B中的三处棉花依次做了如下处理：①包有某固体物质，②蘸有KI溶液，③蘸有石蕊溶液。请回答下列问题：


(1)仪器P的名称是________。


(2)①处包有的某固体物质可能是(填字母)________。


a．MnO2 b．KMnO4


c．KCl d．Cu


反应开始后，观察到②处有棕黄色物质产生，写出②处发生反应的离子方程式：


________________________________________________________________________。


(3)在实验过程中，在③处能观察到


________________________________________________________________________。


(4)甲同学为了验证剩余气体的主要成分，在C中设计了如图装置，D中装有铜丝网，装置E的试管中不加任何试剂，装置F的烧杯中加入适量的AgNO3溶液。





①实验过程中，装置D的作用是


________________________________________________________________________；


②装置F中的现象是


________________________________________________________________________；


写出反应的离子方程式：


________________________________________________________________________。


解析：(1)仪器P的名称为分液漏斗。


(2)②处有棕黄色物质产生，说明有单质I2生成，说明HCl经过①处后被氧化生成Cl2，①处包有的固体物质可能是KMnO4，②处反应的离子方程式为Cl2＋2I－===I2＋2Cl－。


(3)Cl2通过蘸有石蕊溶液的棉花时，会使石蕊溶液先变红后褪色。(4)甲同学实验的原理如下：用铜丝网证明剩余气体中含有Cl2(若铜网颜色变化，可以证明含有Cl2)；根据Cl2易液化的性质用冰水将Cl2冷凝从而除去；再根据剩余气体与硝酸银溶液的反应情况验证是否存在HCl气体。


答案：


(1)分液漏斗


(2)b Cl2＋2I－===I2＋2Cl－


(3)先变红后褪色


(4)①验证HCl气体中含有Cl2(或验证HCl气体中含有Cl2和除去HCl气体中的Cl2)


②有白色沉淀产生 Ag＋＋Cl－===AgCl↓








实验现象
离子方程式或解释
加入AgNO3溶液
加入稀硝酸
稀盐酸
产生白色沉淀
沉淀不溶解
Ag＋＋Cl－===AgCl↓
NaCl溶液
产生白色沉淀
沉淀不溶解
Ag＋＋Cl－===AgCl↓
Na2CO3溶液
产生白色沉淀
沉淀溶解
2Ag＋＋COeq \\al(2－,3)===Ag2CO3↓


Ag2CO3＋2H＋===2Ag＋＋CO2↑＋H2O
组成
盛放试剂
试剂的作用
C
饱和氯化钠溶液
除去氯气中的氯化氢
D
浓硫酸
干燥氯气