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第3节　化学反应的利用
第1课时　利用化学反应制备物质
1.掌握氯气的实验室制法。?重点?
2.了解氯气的工业制法。
3.会识别常见的化学仪器，选择正确的气体发生装置。?重难点?
氯 气 的 制 法
基础·初探]
1．实验室制法
(1)反应原理
化学方程式：MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O。
(2)仪器和试剂
①仪器：圆底烧瓶、分液漏斗、酒精灯、集气瓶、铁架台、石棉网、烧杯。
②试剂：MnO2、浓盐酸、NaOH溶液。
(3)实验装置
(4)实验步骤
—根据装置图，按从下到上，从左到右顺序连接。
↓
—
↓
—
↓
—点燃酒精灯，加热制气体。
↓
—向上排空气法或排饱和食盐水法收集。
↓
—
(5)尾气处理
尾气用NaOH溶液吸收，防止污染空气。
反应的离子方程式：2OH－＋Cl2===Cl－＋ClO－＋H2O。
2．工业制法
(1)化学方程式为
2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
(2)离子方程式为
2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。
(1)实验室中可用MnO2与稀盐酸反应制Cl2。(　　)
(2)实验室制Cl2时，常用NaOH溶液吸收尾气。(　　)
(3)4 mol HCl的盐酸与足量MnO2反应可制备1 mol Cl2。(　　)
(4)用烧瓶、铁架台、分液漏斗、导管可用于MnO2和浓盐酸反应制备Cl2。(　　)
【答案】　(1)×　(2)√　(3)×　(4)×
[核心·突破]
实验室制氯气
1．实验装置
2．反应原理
(1)用MnO2作氧化剂
MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O。
(2)用KMnO4、K2Cr2O7、KClO3等作氧化剂
如2KMnO4＋16HCl(浓)===2MnCl2＋2KCl＋5Cl2↑＋8H2O。
3．气体的净化
先用饱和食盐水除去HCl，再用浓硫酸除去水蒸气。除去Cl2中的HCl可用图(a)所示的试剂和装置。除去Cl2中的H2O可用图(b)、图(c)和图(d)所示的试剂和装置。
4．气体的收集
向上排空气法或排饱和食盐水法。
(1)Cl2密度大于空气，可用向上排空气法收集，如图(e)。
(2)Cl2能溶于水，1体积水溶解2体积Cl2，用排饱和食盐水法收集，如图(f)。
排饱和食盐水法收集的Cl2较纯，但不干燥。向上排空气法可收集到干燥的Cl2。
5．验满方法
检验Cl2是否已收集满整个集气瓶，可用以下几种方法：
(1)因Cl2是黄绿色气体，若观察到整个集气瓶内都已充满黄绿色，则已收集满氯气。
(2)用湿润的淀粉-KI试纸检验：将一小块湿润的淀粉-KI试纸靠近集气瓶口，若试纸变蓝色，说明Cl2已收集满。原理为Cl2＋2KI===I2＋2KCl，I2遇淀粉变蓝色。
(3)用湿润的蓝色石蕊试纸检验：将一小块湿润的蓝色石蕊试纸靠近集气瓶口，若试纸先变红色，后来又变为白色(或红色退去)，则说明Cl2已收集满。原理为Cl2＋H2O===HCl＋HClO，盐酸使试纸变红，HClO的强氧化性使红色退去。
6．尾气吸收
多余的Cl2用强碱溶液(如NaOH溶液，KOH溶液)吸收，反应的离子方程式是Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O。
[题组·冲关]
1．实验室用MnO2和浓盐酸来制取氯气，主要操作：
①将烧瓶固定在铁架台上
②把酒精灯放在铁架台上，根据酒精灯确定铁圈的高度，固定铁圈，放上石棉网
③用药匙向烧瓶中加入MnO2，再向分液漏斗中加入浓盐酸，并将导管放入集气瓶中
④检查装置的气密性
⑤在烧瓶上装好分液漏斗，连接好导管
最好的实验操作顺序是(　　)
A．②③④①⑤ B．②①③⑤④
C．②①⑤④③ D．②①③④⑤
【答案】　C
2．下列关于实验室制取Cl2的反应，下列说法错误的是(　　)
A．还原剂是HCl，氧化剂是MnO2
B．每生成1 mol Cl2，转移电子的物质的量为2 mol
C．每消耗1 mol MnO2，起还原作用的HCl消耗4 mol
D．生成的Cl2中，除含有一些水蒸气以外，还含有HCl杂质
【解析】　实验室用MnO2和浓盐酸反应制取Cl2：MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O，每消耗1 mol MnO2，参加反应的HCl为4 mol，其中起还原作用的HCl为2 mol。
【答案】　C
3．实验室用下列仪器和药品制取干燥纯净的氯气。
(1)按气流从左到右，装置正确的连接顺序为(　　)接(　　)接(　　)接(　　)接(　　)接(　　)接(　　)接(　　)(填各接口字母)。
(2)装置F的作用是______________________________________________________，
装置E的作用是_______________________________________________________。
(3)装置A和E中反应的化学方程式分别为
A_____________________________________________________________________；
E_____________________________________________________________________。
(4)某校化学兴趣小组称取8.7 g二氧化锰与足量10 mol·L－1的浓盐酸反应，理论上可制得氯气的体积(标准状况)V1＝________L。
(5)若该小组量取了10 mol·L－1的浓盐酸40 mL，与足量的二氧化锰反应，理论上产生氯气的体积为V2(标准状况)，则V1________V2(填“＞”“＜”或“＝”)原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
【解析】　仪器的连接应按照制备、净化、收集、尾气吸收的顺序；F的作用是除氯化氢杂质，装置E只有一段导气管，是尾气吸收装置，内装氢氧化钠溶液；8.7 g二氧化锰物质的量为0.1 mol，MnO2与盐酸完全反应可产生0.1 mol氯气，体积为2.24 L；10 mol·L－1的浓盐酸40 mL，其中氯化氢的物质的量为0.4 mol，若0.4 mol氯化氢与足量MnO2完全反应也可产生0.1 mol氯气，但浓盐酸在反应过程中会逐渐变稀，其中的0.4 mol氯化氢不能完全反应，产生的氯气少于0.1 mol，所以V1＞V2。
【答案】　(1)a　f　h　b 　c　e　d　g
(2)除掉收集的氯气中混有的HCl　吸收多余的氯气
(3)MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O
Cl2＋2NaOH===NaClO＋NaCl＋H2O
(4)2.24
(5)＞　随着反应的进行，盐酸浓度减小，稀盐酸不与MnO2反应，反应不再进行
利 用 化 学 反 应 制 备 其 他 物 质
[基础·初探]
物质
实验室制法
工业制法
氢气
Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑
C＋H2O(g)CO＋H2
CO＋H2O(g)CO2＋H2
二氧化碳
CaCO3＋2HCl===
CaCl2＋CO2↑＋H2O
CaCO3CaO＋CO2↑
氧气
2H2O22H2O＋O2↑
分离液态空气
硫酸
S＋O2SO2
2SO2＋O22SO3
SO3＋H2O===H2SO4
氨气
2NH4Cl＋Ca(OH)2
CaCl2＋2NH3↑＋2H2O
N2＋3H22NH3
硝酸
NaNO3＋H2SO4(浓)
NaHSO4＋HNO3↑
4NH3＋5O24NO＋6H2O
2NO＋O2===2NO2
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
实验室中利用双氧水制备氧气和制取氯气时都用到二氧化锰，两者作用是否相同？
【提示】　不同。用双氧水制备氧气时二氧化锰作催化剂；制取氯气时二氧化锰为反应物，作氧化剂。
[合作·探究]
[探究背景]
实验室提供下列药品：①蒸馏水；②用HNO3酸化的AgNO3溶液；③熟石灰；④淀粉；⑤肥皂水；⑥食醋；⑦废干电池(锌筒内填有炭粉、MnO2、NH4Cl、淀粉等糊状物)；⑧NaCl；⑨纯碱，某同学准备进行下列小实验：A.制NaOH溶液；B.制备Cl2并验证其漂白性；C.制CO2气体。
[探究问题]
1．由于缺少试剂而不能进行的实验是什么？原因是什么？
【提示】　B实验不能进行。因缺少浓盐酸，无法制取Cl2。
2．如何利用上述药品制NaOH溶液？写出反应的化学方程式。
【提示】　Ca(OH)2和Na2CO3反应生成NaOH，反应的化学方程式为Ca(OH)2＋Na2CO3===2NaOH＋CaCO3↓。
3．该同学为制备NH3，先从废干电池中制备NH4Cl。为此，他设想将废电池中的混合物溶于少量的水中，过滤除去不溶物，再蒸发灼烧滤液，以制得干燥的NH4Cl晶体。他的设想是否合理？为什么？
【提示】　不合理。因为NH4Cl受热分解，故蒸发灼烧不可能得到NH4Cl晶体；同时，蒸发灼烧会使溶于水中的淀粉呈糊状。
4．由于实验3中NH4Cl的制备较困难，且难以满足量的要求，现重新提供足量的浓氨水、碱石灰，请设计一个最简单的实验，以快速制得NH3。你的设计方案是什么？
【提示】　将盛在分液漏斗中的浓氨水滴加到盛装碱石灰的圆底烧瓶中即可制得氨气。
5．他们在进行除去淀粉溶液中食盐的实验时，用鸡蛋壳膜自制了一个半透膜小袋，向其中装入混有NaCl的淀粉溶液，扎好袋口，这一实验的操作名称是什么？要保证全部除去淀粉溶液里的食盐，实验中采取的必要操作是什么？
【提示】　淀粉溶液属于胶体，胶体粒子不能通过半透膜，可用渗析的方法分离，为达到完全分离，应多次更换蒸馏水，至渗析液中检验不出Cl－。
[核心·突破]
1．气体实验装置的设计
(1)装置顺序：制气装置→净化装置→反应或收集装置→尾气吸收装置。
(2)安装顺序：由下向上，由左向右。
(3)操作顺序：连接组装仪器―→检验装置的气密性―→装入药品―→制取―→除杂、净化、干燥―→收集、验满―→性质验证―→尾气处理―→拆卸仪器并洗刷收存。可简记为连、检、装、制、净、集、验、拆。
2．发生装置
装置基本类型
固体反应物(加热)
固-液反应物(不加热)
固-液反应物(加热)
装置示意图
主要仪器
酒精灯、大试管
长颈漏斗、大试管
圆底烧瓶、分液漏斗、酒精灯、石棉网
装置选择依据
根据反应原理、反应物状态和反应条件来选择
典型气体
NH3
O2、H2、CO2
Cl2、HCl
3.净化装置
装置类型
液体除杂剂(不加热)
固体除杂剂(不加热)
固体除杂剂(加热)
适用范围
不溶于水(液) 的气体
常温下不与除杂剂反应的气体
加热条件下不与除杂剂反应的气体
装置示意图
4.收集装置
气体性质
装置
方法
适用气体
气体难溶(不溶)于水
排水法
H2、O2、NO
气体密度<空气
(气体相对分子质量<29)
向下排
空气法
H2、NH3、CH4等
气体密度>空气
(气体相对分子质量>29)
向上排
空气法
CO2、Cl2、HCl等
5.尾气处理
装置
适用气体
难溶于电解质溶液的易燃气体，如H2、CO等
易与电解质溶液反应的气体，如Cl2、H2S、SO2等
所有危险或有污染性的气体均可用此法(只适用于少量气体)
[题组·冲关]
题组1　气体的制备
1．如图所示是气体制取装置，下列能用此装置制取气体并能“随开随用、随关随停”的是(　　)
A．大理石和稀硫酸制取二氧化碳
B．锌粒和稀硫酸制氢气
C．浓盐酸和二氧化锰制取氯气
D．二氧化锰和双氧水制氧气
【解析】　该装置与启普发生器的原理相似，反应不需要加热，反应不能太剧烈，反应不能放热。A项中大理石和稀硫酸反应生成硫酸钙微溶物，将大理石与硫酸隔离，反应不能继续进行；C项中需要加热反应才能进行；D项中二氧化锰为粉末状固体，不易与H2O2分离。
【答案】　B
2．从绿色化学的理念出发，下列实验不宜用右图所示装置进行的是(　　)
A．不同浓度的硝酸与铜反应
B．稀硫酸与纯碱或小苏打反应
C．铝与氢氧化钠溶液或盐酸反应
D．H2O2在不同催化剂作用下分解
【解析】　题图所示装置没有尾气吸收的装置，所以凡是有污染气体生成的实验都不行，B、C、D项都不会产生对环境有污染的气体，只有A项有氮氧化合物产生。
【答案】　A
3．实验室制取O2、H2、CO2、NH3、Cl2、HCl六种气体，从图 Ⅰ 中选取它们的发生装置，从图 Ⅱ 中选取它们的收集装置，用直线连接起来。
【答案】　
题组2　气体的净化
4．下列气体既能用浓硫酸干燥，又能用碱石灰干燥的是(　　)
A．O2 B．Cl2
C．SO2 D．NH3
【解析】　浓H2SO4是酸性干燥剂，且具有强氧化性，碱石灰是碱性干燥剂，所以只能选中性气体，且不易被浓H2SO4氧化。
【答案】　A
5．CO2气体中含少量SO2，欲得到干燥纯净的CO2，通过如图所示的洗气瓶，①②两瓶中所装的试剂应该是(　　)
A．①NaOH溶液；②浓H2SO4
B．①浓H2SO4；②NaOH溶液
C．①饱和NaHCO3溶液；②浓H2SO4
D．①浓H2SO4；②Na2CO3溶液
【解析】　饱和NaHCO3溶液可除去CO2中的SO2，然后用浓H2SO4除H2O。
【答案】　C
6．为了净化和收集由盐酸和大理石制得的CO2气体，从下图中选择合适的装置并连接。合理的是(　　)
A．a—a′→d—d′→e B．b—b′→d—d′→g
C．c—c′→d—d′→g D．d—d′→c—c′→f
【解析】　由盐酸和大理石制得的CO2气体中会含有杂质H2O(g)和HCl，除去它们的试剂分别为浓硫酸和饱和碳酸氢钠溶液，应先让气体通过饱和NaHCO3溶液除去HCl，再通过浓硫酸干燥。CO2的相对分子质量为44，比空气的大，因此用向上排空气法收集CO2。
【答案】　C
题组3　气体的收集
7．下列各组气体在常温下能共存且能用向上排空气法收集的是(　　)
A．NO和O2 B．HCl和NH3
C．H2和CO D．SO2和CO2
【解析】　A和B选项中的两组气体常温下会发生反应，不能共存；C选项中的H2不能用向上排空气法收集，而CO一般用排水法收集；而D选项中的SO2和CO2常温下不发生反应，而且两者的密度均比空气大，都可以用向上排空气法收集，所以符合题意的选项为D。
【答案】　D
8．利用如图所示的装置收集以下7种气体：
①H2　②Cl2　③O2　④HCl　⑤NH3　⑥NO　⑦NO2
(1)若烧瓶是干燥的，由B口进气，可收集的气体有________(填序号，下同)，若由A口进气，可收集的气体有________。
(2)若在烧瓶内充满水，可收集的气体有________(填序号)，气体应由________口进入。
(3)若烧瓶中装入适量浓硫酸，可以用它来干燥的气体有________(填序号)，气体应由________口进入。
【解析】　(1)从B口进气是收集密度比空气大的气体，从A口进气则是收集密度比空气小的气体。排气法收集的气体必须与空气中的成分不反应，且密度与空气密度相差较大。(2)若用排水法收集，则气体必须不溶于水，应从A口进。(3)用浓H2SO4干燥气体，应从B口进气，且b处导管没入浓H2SO4液面以下。
【答案】　(1)②③④⑦　①⑤　(2)①③⑥　A
(3)①②③④⑥⑦　B
【误区警示】　像CO2、H2S、SO2等还可用排这种气体对应的酸式盐的饱和溶液来收集。如收集CO2可用排饱和NaHCO3溶液来收集，H2S、SO2可分别用排饱和NaHS溶液、排饱和NaHSO3溶液来收集，Cl2可用排饱和NaCl溶液来收集。气体的收集还可以用球胆、塑料袋等收集。
题组4　尾气吸收
9．已知HCl难溶于CCl4。则如图所示装置中，不适宜于HCl气体尾气吸收的是(　　)
A　　　　　B　　　　 　C　　　　　　D
【解析】　A项，倒吸入漏斗内的水与烧杯中的水分离，在重力作用下，漏斗内的水又回到烧杯中；C项，HCl难溶于CCl4，故不产生倒吸；D项，倒吸的水在干燥管内贮存，不能进入其他装置。
【答案】　B
10．实验室里可按如图所示的装置干燥、储存气体R，多余的气体可用水吸收，则R是(　　)
A．NO2 B．HCl
C．CO2 D．NH3
【解析】　图中的气体收集方法收集的应是密度比空气小的气体，符合的只有D选项。
【答案】　D

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