资源简介

第２课时　氯气的实验室制法及性质的实验探究（１课时）
一、教学流程
活动一：构建知识体系
问题1：实验室制取氯气的原理
（1）实验室制取氯气的装置特点？（复习常见的几种制气装置？）
（2）如何制得干燥纯净的氯气？
（3）检验氯气有哪些方法？
（4）多余的氯气如何处理？
[例题1]用下列装置制备并检验Cl2的性质：
下列说法正确的是(　　)
A．Ⅰ图中：如果MnO2过量，浓盐酸就可全部消耗完
B．Ⅱ图中：生成蓝色的烟
C．Ⅲ图中：试管中发生了加成反应
D．Ⅳ图中：湿润的有色布条能褪色，将浓硫酸滴入烧杯中，至溶液显酸性，结果有Cl2生成
[答案]　D
[解析]　用二氧化锰和浓盐酸反应制备氯气时，因浓盐酸逐渐变稀后与二氧化锰不反应，浓盐酸不可能消耗完，故A项错误；铜丝在氯气中燃烧，生成的烟是棕黄色的，故B项错误；甲烷与氯气发生的是取代反应，故C项错误；氯气与水反应生成的次氯酸可使有色布条褪色，过量的氯气进入烧杯中和氢氧化钠反应生成氯化钠和次氯酸钠，再向烧杯中滴加浓硫酸，至溶液显酸性时，氯离子、次氯酸根离子和氢离子可发生反应生成氯气，故D项正确。
[归纳总结]
1．制取原理
实验室通常用强氧化剂(如KMnO4、K2Cr2O7、KClO3、MnO2等)氧化浓盐酸制取氯气。用MnO2制取Cl2的方程式： 。
2．制取过程
3．实验装置
4．注意事项
(1)反应物的选择：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)加热温度：不宜过高，以减少HCl挥发。
(3)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。
(4)尾气吸收时，用NaOH溶液吸收Cl2，不能用澄清石灰水吸收，因为澄清石灰水中含Ca(OH)2的量少，吸收不完全。
[练习1]
1．含0.4 mol HCl的浓盐酸与足量的MnO2共热，能否得到0.1 mol Cl2？含0.1 molMnO2的与足量的浓盐酸共热，能否得到0.1 mol Cl2？为什么？
2．Ca(ClO)2、KClO3、KMnO4均能将盐酸中的Cl－氧化成Cl2，试分别写出反应的离子方程式。
①_____________________________________________________________________。
②_____________________________________________________________________。
③_____________________________________________________________________。
（练习1出处必修一第58页课本方程式书写，练习2课本第88页第6题参考。通过制得氯气的反应，进一步巩固氧化还原反应中的电子得失守恒思想，离子方程式中电荷守恒）
[答案] 1、　不能。随着反应进行，浓盐酸变为稀盐酸，不能再被MnO2氧化，同时由于盐酸具有挥发性，反应过程中HCl也会挥发而损失；
能。因为浓盐酸足量，则二氧化锰完全反应。
2、①ClO－＋Cl－＋2H＋===Cl2↑＋H2O
②ClO＋5Cl－＋6H＋===3Cl2↑＋3H2O
③2MnO＋10Cl－＋16H＋===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O
活动二 ： 重难点突破
问题2：氯气制备与性质实验考查什么？
【典型题例】如图是实验室制取氯气并以氯气为原料进行特定反应的装置：
(1)实验开始时，先点燃A处的酒精灯，打开止水夹K，让Cl2充满整个装置，再点燃D处酒精灯，连接上装置E。Cl2通过C瓶后再进入D。装置D的硬质玻璃管内盛有炭粉，发生氧化还原反应，其产物为CO2和HCl。试写出D中反应的化学方程式： ________________。装置C的作用是_____________________________________________________。
为了使装置C发挥更好的作用，可用装置F代替装置C并且向烧杯中加入浓硫酸，加入浓硫酸的作用是_________________________________。
(2)在E处，紫色石蕊试液的颜色由紫色变为红色，再变为无色，其原因是____________________。若将E处烧杯中溶液改为澄清石灰水，反应过程中的现象为____________(填字母)。
A．有白色沉淀生成
B．无明显现象
C．先生成白色沉淀而后沉淀消失
(3)D处反应完毕后，关闭止水夹K，移去A处酒精灯，但由于余热的作用，A处仍有Cl2产生，此时B中的现象是________________________。
(4)在装置A、B、C、D、E中有一处需要改进，说明需要改进的理由：___________________。
（出处：高三调研试题。推荐理由：本题考查实验装置的连接、操作方法、化学方程式的书写、氧化还原反应、尾气处理等，扎实的基本功是解答本题的关键，培养了学生灵活应用所学知识的能力）
[简析] (1)根据“Cl2通过C瓶后再进入D。装置D的硬质玻璃管内盛有炭粉，发生氧化还原反应，其产物为CO2和HCl”知，产物中多了氢、氧两种元素，推得水参加了反应，根据氧化还原反应中得失电子守恒和质量守恒可配平该反应的化学方程式。装置C的作用是提供D处反应所需的水蒸气，同时装置C又可除去氯气中的氯化氢。为了使装置C发挥更好的作用，即得到平稳的水蒸气气流，可用装置F代替装置C并且向烧杯中加入浓硫酸，浓硫酸溶于水时释放大量的热，促进水的蒸发，并减少氯气的溶解。(2)从D处出来的气体中有氯化氢、二氧化碳和未反应的氯气，在E处，紫色石蕊试液遇氯化氢由紫色变为红色，氯气与水反应生成的次氯酸具有漂白性，故红色会再变为无色。若将E处烧杯中溶液改为澄清石灰水，由于二氧化碳中含有大量的氯化氢，故反应过程中无明显现象(无沉淀生成)。(3)关闭止水夹K后，B装置相当于储气瓶。由于氯气不溶于饱和食盐水，故B瓶中液面下降，长颈漏斗内液面上升。
[答案] (1)2Cl2＋2H2O＋C4HCl＋CO2　吸收Cl2中的HCl气体，提供D处所需水蒸气　浓硫酸稀释时放出大量的热，促进试管里的水蒸发，减少氯气的溶解　(2)生成的HCl溶于水生成盐酸，使紫色石蕊试液变为红色；未完全反应的Cl2跟H2O作用产生的HClO有漂白作用，使红色消失　B　(3)B瓶中液面下降，长颈漏斗内液面上升　(4)尾气的吸收装置需要改进，否则容易因为氯化氢气体极易溶解而出现倒吸现象
[小结] 1、Cl2 和 C反应时关键是分析反应后产物的价态，再进行方程式的书写。
紫色石蕊试液遇酸由紫色变为红色，氯气与水反应生成的次氯酸具有漂白性，故红色会再变为无色。
[练习2] 氯可形成多种含氧酸盐，广泛应用于杀菌、消毒及化工领域。实验室中利用下图装置（部分装置省略）制备KClO3和NaClO，探究其氧化还原性质。
回答下列问题：
(1)盛放MnO2粉末的仪器名称是 ，a中的试剂为 。
(2)b中采用的加热方式是 ，c中化学反应的离子方程式是 ，采用冰水浴冷却的目的是 。
(3)d的作用是 ，可选用试剂 （填标号）。
A．Na2S B．NaCl C．Ca(OH)2 D．H2SO4
(4)反应结束后，取出b中试管，经冷却结晶， ， ，干燥，得到KClO3晶体。
(5)取少量KClO3和NaClO溶液分别置于1号和2号试管中，滴加中性KI溶液。1号试管溶液颜色不变。2号试管溶液变为棕色，加入CCl4振荡，静置后CCl4层显____色。可知该条件下KClO3的氧化能力____NaClO(填“大于”或“小于")。
[答案] (1)圆底烧瓶 饱和食盐水
(2)水浴加热 Cl2+2OH =ClO +Cl +H2O 避免生成NaClO3
(3)吸收尾气（Cl2） AC (4)过滤 少量（冷）水洗涤 (5)紫 小于
活动三：巩固提升
1、某研究性学习小组查阅资料得知，漂白粉与硫酸溶液反应可制取氯气，化学方程式为Ca(ClO)2＋CaCl2＋2H2SO42CaSO4＋2Cl2↑＋2H2O，他们设计如图实验装置制取氯气并验证其性质。请回答下列问题：
(1)该实验中A部分的装置是________(填字母)。
(2)装置B中的现象是__________________________________________________。
(3)请写出装置D中发生反应的离子方程式：____________________________________，
装置E的作用是__________________________________________________________。
(4)请帮助他们设计一个实验，证明洗气瓶C中的亚硫酸钠已被氧化(简述实验步骤)：
______________________________________________________________________。
(5)制取Cl2的方法有多种，若A部分的装置是a，请再写出一种制备方法：__________
____________________________________________________(用化学方程式表示)。
2、ICl(氯化碘)是红棕色液体，熔点为13.9 ℃，沸点为974 ℃，易水解，接触空气时能形成五氧化二碘，能与许多单质发生作用，溶于乙醇、乙醚等。某校研究性学习小组的同学拟用下列仪器制备氯化碘。回答下列问题：
(1)检查A装置气密性的方法为___________________________________________。
(2)上述装置，按气流方向连接的顺序为____________(装置可重复使用)，A装置中发生反应的离子方程式为______________________________________。
(3)C装置的作用是_________________________________________________。
(4)E装置中的物质反应时需放在水中，控制温度大约40 ℃，其目的是______________
__________________________________________________。
(5)按上述连接好的装置进行实验，实验步骤如下：
①检查装置气密性后，装入药品　②打开分液漏斗活塞
③关闭分液漏斗活塞　 ④停止加热E，充分冷却
⑤水浴加热E
请按正确的顺序填入上述步骤的序号____________。
(6)在A装置后可连接下图所示装置，当反应结束关闭分液漏斗活塞后，关闭K，该装置的作用是____________________________________________________________。
(7)ICl和水反应的化学方程式为______________________________________________。
3. 利用Cl2氧化绿色K2MnO4浓强碱溶液制备KMnO4的装置如下图所示(加热、夹持装置略)：
(1)仪器d的名称为_______。
(2)实验开始前向仪器a中加入水，盖好玻璃塞，关闭止水夹和弹簧夹，打开仪器a玻璃旋塞向b中滴加水，一段时间后看水能不能滴下，此操作_______(填“能”或“不能”)检验装置的气密性。
(3)装置B中氯气氧化锰酸钾的化学方程式为_______。
(4)单向阀的作用是_______，当仪器B中_______即停止通氯气。
(5)当B中反应结束，后续操作是熄灭酒精灯，_______，待冷却后拆除装置。
(6)锰酸钾(K2MnO4)在浓强碱溶液中可稳定存在，碱性减弱时易发生反应：
3MnO+2H2O=2MnO+MnO2↓+4OH-。根据此信息，可以得出上述装置存在一处缺陷，会导致KMnO4产率降低，改进的方法是_______。
[参考答案]
1、(1)b　(2)溶液变蓝色　
(3)Cl2＋2Fe2＋===2Cl－＋2Fe3＋　吸收多余的Cl2，防止污染空气　
(4)取少量C中溶液于小试管中，加入足量稀盐酸，充分振荡后滴加BaCl2溶液，若有白色沉淀生成且沉淀不消失，则证明C中亚硫酸钠已被氧化　
(5)2KMnO4＋16HCl(浓)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O
[解析]：(1)从化学方程式可知反应物是固体和液体，反应条件是加热，所以应选固液混合加热型装置。
(2)氯气具有强氧化性，与碘化钾发生反应：2KI＋Cl2===2KCl＋I2，淀粉遇碘变蓝色。
(3)装置D中发生反应的离子方程式：Cl2＋2Fe2＋===2Cl－＋2Fe3＋，装置E的作用是吸收多余的Cl2，防止污染空气。
(4)亚硫酸钠被氧化生成硫酸钠，只要验证SO42-的存在就可证明亚硫酸钠已经被氧化，检验SO的存在选用稀盐酸和氯化钡溶液。
(5)实验室通过装置a制备氯气，可以用高锰酸钾与浓盐酸反应，反应的化学方程式为2KMnO4＋16HCl(浓)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O。
2、(1)从A装置的导管口连接一个导管伸入水中，关闭分液漏斗活塞，手握圆底烧瓶，若导管口有气泡冒出，手放开烧瓶后，有一段水柱倒吸入导管，说明A装置气密性良好
(2)ACBEBD　MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O　(3)除去Cl2中混有的HCl
(4)加快反应速率减少I2的升华和ICl的挥发
(5)①②⑤④③
(6)储存多余的Cl2　(7)ICl＋H2O??HIO＋HCl
[解析] ：(2)利用二氧化锰与浓盐酸加热制备氯气，氯气中含有氯化氢、水蒸气，因此混合气体先通过饱和食盐水除去氯化氢，再通过浓硫酸除去水蒸气，得到干燥、纯净的氯气，氯气进入装置E中，与碘进行反应，由于ICl(氯化碘)是红棕色液体，易水解，所以还必须连接装置B，最后多余的尾气被碱液吸收，按气流方向装置的连接顺序为ACBEBD；A装置中发生反应的离子方程式为
MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O。
(5)装置连接好后，首先检查装置的气密性，不漏气后，加入药品，打开分液漏斗活塞，反应开始进行，水浴加热装置E，反应结束后，停止加热E，充分冷却，待温度降到室温后，关闭分液漏斗活塞，正确的实验步骤为①②⑤④③。[解析] (1)KClO3具有强氧化性，能将浓盐酸中的Cl－氧化为Cl2。(2)因为题中涉及的几种非金属单质的活泼性大小为Cl2>Br2>I2，所以Cl2经过NaBr溶液、淀粉 KI溶液时，会发生置换反应分别生成Br2、I2。溴水显橙色，淀粉遇I2变蓝色。(4)NaOH溶液的作用是吸收逸出的Cl2，防止污染环境。
3．(1) 洗气瓶 (2)不能
(3)Cl2 + 2K2MnO4 = 2KCl + 2KMnO4
(4) 防止倒吸 溶液由绿色完全转变为紫红色
(5)打开弹簧夹，通入空气(或N2)
(6)在A、B之间增加盛有饱和食盐水的洗气瓶
二、教学建议
1、这节内容主要是氯气的实验式制法，本身需要记忆的内容不多，但因为跟实验相关，可联系的知识点就多了，如实验装置、操作方法、离子方程式的书写、氧化还原反应、尾气处理等。
2、在对解答性质验证型实验题时关键是思路的把握
(1)结合题干明确实验目的(该实验要求做什么)；
(2)结合装置图理解实验的设计思路及每一个装置的设计意图；
(3)了解题目有关信息及每步实验原理；
(4)明确解答问题的切入点，即试题给我们设置了什么样的问题情境，要求我们回答什么问题；
(5)分析并排除每步实验的干扰因素。
三、情境素材
常见气体的制备
1.物质制备流程
2.气体发生装置
(1)设计原则：根据制备原理(化学方程式)、反应物状态和反应所需条件、制取气体的量等因素来设计反应装置。
(2)气体发生装置的基本类型
制取装置 可用来制取的气体 反应原理
固＋固气 O2 2KClO32KCl＋3O2↑
NH3 2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O
固＋液气 Cl2 MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O
HCl NaCl＋H2SO4(浓)NaHSO4＋HCl↑
固(块状)＋液―→气 H2 2H＋＋Zn===H2↑＋Zn2＋
CO2 CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O
固＋液―→气 O2、H2、CO2、NH3、Cl2、SO2 O2：H2O2与MnO2 H2：Zn与稀硫酸 CO2：CaCO3与稀盐酸 NH3：浓氨水与CaO Cl2：浓盐酸与KMnO4 SO2：亚硫酸钠与硫酸
3.气体的净化(干燥)装置
(1)设计原则：根据主要气体及杂质气体的性质差异来选择除杂试剂及除杂装置。
(2)除杂装置基本类型
装置示意图
适用范围 试剂与杂质气体反应，与主要气体不反应；装置③用固体吸收还原性或氧化性杂质气体 杂质气体被冷却后变为液体，主要气体不变为液体
(3)吸收剂的选择
选择吸收剂应根据被提纯气体的性质和杂质的性质而确定，一般情况如下：
①易溶于水的气体杂质可用水来吸收；
②酸性杂质可用碱性物质吸收；
③碱性杂质可用酸性物质吸收；
④水为杂质时，可用干燥剂来吸收；
⑤能与杂质发生反应生成沉淀(或可溶物)的物质也可作为吸收剂。
4.尾气处理装置的选择
a装置用于吸收溶解或反应速率不是很快的气体，如用NaOH溶液吸收Cl2、CO2等。
b装置用于收集少量气体。
c、d装置用于吸收极易溶且溶解很快的气体，如HCl、HBr、NH3等；其中d装置吸收量少。
e装置用于处理难以吸收的可燃性气体，如H2、CO等。
5.实验条件的控制
(1)排气方法
为了防止空气中的氧气、CO2、水蒸气等干扰实验，常用其他稳定的气体(如氮气)排尽装置中的空气；有时也可充分利用反应产物气体(如：氨气、氯气、二氧化硫)等排尽装置中的空气。
(2)控制气体的流速及用量
①用分液漏斗控制液体滴加的速度和用量。
②观察气泡，控制气流速度，如图甲，可观察气泡得到N2、H2的体积比约为1∶3的混合气体。
　　
③平衡气压如图乙，用长玻璃管平衡气压，防堵塞。

展开更多......

收起↑