2.2.2氯气的实验室制备含解析

2.2.2氯气的实验室制备
掌握实验室氯气的制备原理及实验装置
了解氯气的工业制备
一、实验室制法
1.反应原理： MnO2+4HCl(浓)= =MnCl2+Cl2 ↑ +2H2O
2.制备装置类型：固体 + 液体加热制备气体
3.净化方法：因为盐酸易挥发，所以利用此反应制得的 Cl2 中含有挥发出来的杂质 HCl。因为 HCl 极易溶于水，所以用饱和食盐水除去 Cl2 的中 HCl。
4.收集方法：向上排空气法或排饱和食盐水法。
5.尾气吸收：用强碱溶液（NaOH 溶液）吸收多余的 Cl2。
6.验满方法：
（1）湿润的淀粉 KI 试纸靠近收集 Cl2 的瓶口，当观察到试纸立即变蓝时，证明已收集满。
（2）将湿润的蓝色石蕊试纸靠近 Cl2 的瓶口，观察到试纸立即发生先变红后褪色的变化，则证明已收集满。
小结
一套完整的气体制备装置有如下部分组成：
气体发生装置 → 除杂装置 → 干燥装置 → 收集装置 → 验满装置或者尾气处理装置。
题型精选
1．（2021·高一课时练习）在实验室中用浓盐酸与MnO2共热制取Cl2。下列收集Cl2的装置正确的是
A． B． C． D．
2．（2020秋·高一课时练习）某同学用以下装置制备并检验的性质。下列说法正确的是
A．图Ⅰ：若过量，则浓盐酸可全部消耗完
B．图Ⅱ：只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
3．（2022秋·高一课时练习）有关氯气制备的装置如图所示，下列有关说法不正确的是
A．图中气体通入浓硫酸时导管连接错误，应该是长管进气，短管出气
B．可用饱和碳酸氢钠溶液代替饱和NaCl溶液
C．制备氯气时，二氧化锰做氧化剂
D．图中采用了向上排空气法收集氯气
4．（2022秋·高一课时练习）Cl2是重要的工业原料，可用于生产盐酸、漂白粉及制氯仿等有机溶剂。Cl2的制备可用下列反应：NaClO+2HCl(浓)=NaCl+Cl2↑+H2O。利用上述反应制备Cl2时，下列装置能达到实验目的的是
A．制备Cl2 B．除去Cl2中的少量HCl C．干燥Cl2 D．收集Cl2
A．A B．B C．C D．D
5．（2021秋·高一课时练习）用下列两种方法制取氯气：①用含146g氯化氢的浓盐酸与足量的二氧化锰反应，②用87g二氧化锰与足量的浓盐酸反应。则相同状况下所得氯气的体积
A．②比①多 B．①比②多
C．一样多 D．无法判断
6．（2021·高一课时练习）下列离子方程式的书写错误的是
A．0.1mol·L-1MgCl2溶液中加入足量石灰乳：Mg2++Ca(OH)2=Mg(OH)2+Ca2+
B．MnO2和浓盐酸混合加热：MnO2+4H++2Cl—Mn2++2H2O+Cl2↑
C．硫酸和氯化钡溶液反应：Ba2++SO=BaSO4↓
D．NH4HCO3溶液与足量NaOH溶液反应：NH+OH—=NH3 H2O
7．（2020·高一课时练习）实验室利用如图所示装置制备氯气，图中涉及气体发生、除杂、干燥、收集、尾气处理装置，其中错误的是
A．①②③ B．①②④ C．②③④ D．①③④
8．（2021·高一课时练习）根据如图的转化关系判断下列说法正确的是(反应条件已略去)
A．反应①中参与反应的HCl都是还原剂
B．反应①②③④⑤均属于氧化还原反应
C．生成等量的O2，反应③和④转移的电子数之比为1：1
D．反应⑤的离子反应方程式为2Fe2++O2+2H+ =2Fe3+ +2H2O
9．（2021秋·高一课时练习）木炭、铁、二氧化锰、氧化铜、氧化亚铁五种粉末，只用一种试剂即可鉴别，这种试剂是
A．稀硫酸 B．浓盐酸 C．硝酸银 D．烧碱
10．（2021·高一课时练习）有关实验室制取氯气的说法中，正确的是
A．能用排水法收集氯气
B．如果加入足量的MnO2，盐酸将会完全反应
C．可以用澄清石灰水来吸收氯气
D．如果加入足量的浓盐酸，MnO2将会完全反应
11．（2022秋·高一课时练习）已知无水FeCl3在空气中遇水易潮解，加热易升华。实验室利用如图所示实验装置制取无水FeCl3。
已知：装置A是制备Cl2，发生反应的化学方程式为；溶液X是饱和食盐水(饱和NaCl溶液)，目的是除去Cl2中混有的HCl气体。
(1)装置C中的Y是浓硫酸，其作用是_______。
(2)装置D发生反应的化学方程式为_______。
(3)实验结束时，应先熄灭_______(慎“A”或“D”)处酒精灯；E中冷水的作用是_______。
(4)装置F的作用是_______。
(5)图中的实验设计还存在不足，在图中方框内绘制应该补充的装置_______，并写出对应的化学方程式_______。
12．（2022·高一课时练习）某化学兴趣小组欲在实验室探究氯气的氧化性并模拟工业制取漂白粉，设计如图装置进行实验：
(1)圆底烧瓶中发生反应的离子方程式为_________。
(2)装置的连接顺序为_________（填接口字母）。
(3)饱和溶液的作用是________，淀粉溶液中的现象为_________。
(4)与石灰乳反应制取漂白粉的化学方程式为________。
13．（2022·高一课时练习）是一种广谱型消毒剂，它易溶于水而难溶于有机溶剂。实验室用与反应制得和。如图是实验室用于制备氯气并用氯气制备和收集一定量纯净的的装置（某些夹持装置等省略）。其中E中盛有液体（用于除去中的未反应的，氯气几乎不溶于饱和食盐水）。
(1)仪器P的名称是________。
(2)请写出装置A中烧瓶内发生反应的化学方程式：__________。
(3)装置B、C中所盛试剂分别是________、__________。
(4)F为收集装置，应选用下图的哪组装置来收集_______（填序号），其中与装置E导管相连的导管口是______（填接口字母）。
(5)装置D中发生反应的化学方程式为________。
(6)与反应可以得到以为有效成分的漂白液，请用离子方程式表示该反应：________。将通入冷的石灰乳中即制得漂白粉，漂白粉在使用时会与空气中反应，为_______（填“酸性氧化物”或“碱性氧化物”）。
14．（2022秋·高一课时练习）现用金属钠和空气制备纯度较高的Na2O2，可利用的装置如图所示。(提示：Na2O2可以与H2O、CO2反应)
回答下列问题：
(1)上述装置Ⅳ中盛放的试剂是_______，为完成实验应将装置Ⅳ接在_______(填字母)。
A．装置Ⅰ之前 B．装置Ⅰ和装置Ⅱ之间
C．装置Ⅱ和装置Ⅲ之间 D．装置Ⅲ之后
(2)装置Ⅲ的作用是_______。
(3)为制得更纯的Na2O2，应_______(填“先”或“后”，下同)通空气_______点燃酒精灯。
(4)点燃酒精灯后，观察到装置Ⅱ中的现象为_______。
(5)装置Ⅱ中Na生成Na2O2的化学方程式为_______。
15．（2022秋·高一课时练习）反应原理
①实验室用MnO2和浓盐酸(必须用浓盐酸，MnO2与稀盐酸不反应。)加热反应制取Cl2( MnO2足量，HCl不能完全反应，因为浓盐酸变稀后，反应停)。
化学方程式为：_______。
离子方程式为：_______。
②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；_______、_______
二、工业制法
1.工业上用电解饱和食盐水的方法制取 Cl2，又称氯碱工业。
2NaCl+2H2O =电解= 2NaOH+H2 ↑ +Cl2 ↑
2.电解熔融的氯化钠和氯化镁制取金属钠、镁时，副产物是氯气。
2NaCl(熔融)= 电解= 2Na+Cl2 ↑
MgCl2(熔融)= 电解= Mg+Cl2 ↑
试卷第1页，共3页
典型例题
16．（2021秋·高一课时练习）是一种化工原料，可以制备多种物质，如下图所示。
请根据以上转化关系填写下列空白。
(1)氯化钠溶液通电后，发生反应的离子方程式为___________；氢气在氯气中燃烧的现象是___________。
(2)与反应的化学方程式为___________；从氧化剂和还原剂的角度分析，该反应中的作用是___________。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
【详解】A．装置没有出气导管，不能用于收集气体，A错误；
B．装置用于收集密度比空气小的气体，B错误；
C．装置可以收集密度比空气大的气体，且C中具有尾气吸收装置，C正确；
D．装置可用于吸收氯气，不能用于收集氯气，D错误；
答案选C。
2．D
【详解】A．浓盐酸变成稀盐酸时不再反应，盐酸不能消耗完，A错误；
B．新制氯水能使紫色石蕊试液先变红红后褪色，体现了酸性和漂白性，B错误；
C．铜与氯气反应生成棕黄色的烟，C错误；
D．干燥的氯气没有漂白性，故干燥的有色布条不褪色；氯气与水反应生成的次氯酸具有漂白性，故氯气能使湿润的有色布条褪色，D正确；
故选D。
3．B
【分析】实验室用加热二氧化锰与浓盐酸的方法制取氯气，二者反应生成氯化锰、氯气和水，化学方程式为MnO2+4HCl(浓) MnCl2+Cl2↑+2H2O，浓盐酸易挥发，所以制取的氯气中含有氯化氢、水蒸气，氯气在饱和食盐水中溶解度不大，氯化氢易溶于水，所以可通过盛有饱和食盐水的洗气瓶除去氯化氢，再通过盛有浓硫酸的洗气瓶除去水蒸气，最后氢氧化钠溶液为尾气处理，防止污染空气，据此解答。
【详解】A．装置中浓硫酸的作用是干燥氯气，应该长管进气，短管出气，故A正确；
B．饱和碳酸氢钠溶液会和挥发出来的HCl反应生成CO2，引入新杂质，且氯气也和碳酸氢钠溶液反应，所以不可用饱和碳酸氢钠溶液代替饱和NaCl溶液，故B错误；
C．制备氯气时，二氧化锰中锰元素化合价由+4价变为+2价，化合价下降，作氧化剂，故C正确；
D．氯气密度大于空气的，图中采用的是向上排空气法收集氯气，故D正确；
故选B。
4．A
【详解】A．在锥形瓶中浓盐酸与NaClo发生反应：NaClO+2HCl(浓)=NaCl+Cl2↑+H2O，因此可以制取得到Cl2，能够达到实验目的，A正确；
B．浓盐酸具有挥发性，挥发的HCl能够与NaHCO3反应产生CO2，导致Cl2中含有新的杂质CO2，因此不能达到除杂、净化的目的，B错误；
C．Cl2能够与碱石灰反应，不能达到干燥气体的目的，C错误；
D．集气瓶口只有进气口，没有出气口，不能收集到Cl2，D错误；
故合理选项是A。
5．A
【详解】反应的化学方程式为；①，②，浓盐酸与发生反应，随着反应的进行，盐酸浓度降低，还原性减弱，稀盐酸与不反应，所以生成的；②，由于浓盐酸足量，则生成的，所以所得②比①多，综上所述A符合题意，故选A；
答案选A。
6．D
【详解】A．氯化镁溶液与足量石灰乳反应生成氯化钙和氢氧化镁，反应的离子方程式为Mg2++Ca(OH)2=Mg(OH)2+Ca2+，故正确；
B．二氧化锰和浓盐酸共热反应生成氯化锰、氯气和水，反应的离子方程式为MnO2+4H++2Cl—Mn2++2H2O+Cl2↑，故B正确；
C．稀硫酸和氯化钡溶液反应生成硫酸钡沉淀和盐酸，反应的离子方程式为Ba2++SO=BaSO4↓，故C正确；
D．碳酸氢钠溶液与足量氢氧化钠溶液反应生成碳酸钠、一水合氨和水，反应的离子方程式为NH+HCO+2OH—=NH3 H2O+ CO+ H2O，故D错误；
故选D。
7．C
【详解】①发生装置正确，②除去HCl应用饱和食盐水，不能用NaOH溶液，③干燥装置中气体应从长管进短管出，④尾气处理要用饱和NaOH溶液，不能用澄清石灰水。故答案选择C。
8．B
【详解】A．反应①中二氧化锰氧化浓盐酸生成氯气、氯化锰和水，参与反应的HCl不都是还原剂，反应中还起酸的作用，A错误；
B．反应①②③④⑤均有元素化合价发生变化，都属于氧化还原反应，B正确；
C．反应③和④中氧元素化合价分别从－1价和－2价升高到0价，生成等量的O2，反应③和④转移的电子数之比为1：2，C错误；
D．反应⑤的离子反应方程式有关为4Fe2++O2+4H+＝4Fe3++2H2O，D错误；
答案选B。
9．B
【详解】A．稀硫酸和木炭、二氧化锰都不反应，则不能鉴别木炭和二氧化锰，故A不选；
B．浓盐酸与木炭不反应，浓盐酸与铁粉反应生成无色气体和浅绿色溶液，浓盐酸与二氧化锰加热生成黄绿色气体，浓盐酸与氧化铜反应生成蓝色溶液，浓盐酸与氧化亚铁反应生成浅绿色溶液，则反应的现象均不同，能鉴别，故B选；
C．硝酸银只能与铁粉反应，不能鉴别，故C不选；
D．烧碱与五种物质都不反应，不能鉴别，故D不选；
故选B。
10．D
【详解】A．氯气可溶于水，不能用排水法收集，错误；
B．实验室制取氯气时，必须用浓盐酸，盐酸变稀后不再与MnO2反应，错误；
C．由于Ca(OH)2微溶于水，石灰水的浓度较小，不宜用石灰水吸收氯气，错误；
D．当浓盐酸足量时，MnO2会完全与浓盐酸反应，正确；
故选D。
11．(1)干燥氯气
(2)2Fe+3Cl22FeCl3
(3) D 冷却，使FeCl3蒸气转变为固体，便于收集FeCl3
(4)防止空气中的水蒸气进入E中，避免FeCl3潮解
(5) 或 Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O
【分析】装置A中利用MnO2和浓盐酸制得Cl2，因盐酸有挥发性，Cl2中混有的HCl可通过B中饱和食盐水除去；水蒸气可通过装置C中浓硫酸除去，干燥Cl2在D和铁粉共热生成的FeCl3；在装置E中凝华，尾气中氯气用NaOH溶液吸收处理，然后根据问题分析解答。
【详解】（1）装置C中Y是浓硫酸，作用是干燥Cl2或除去Cl2中的水蒸气；
（2）在装置D中Fe与Cl2在加热条件下反应产生FeCl3，该反应的化学方程式为：2Fe+3Cl22FeCl3；
（3）实验结束时先停止D处酒精灯，并继续加热装置A中酒精灯，利用生成的氯气防止有空气进入D中，直到试管冷却；
装置E中冰水有降温的作用，使无水FeCl3气体遇冷会凝华为固体，便于收集FeCl3；
（4）FeCl3遇水易潮解，装置F中盛有无水CaCl2，作用是吸收空气中的水蒸气，防止空气中的水蒸气进入E中，避免FeCl3潮解；
（5）因为Cl2有毒，所以氯气需要用碱液吸收，又因为在水中的溶解度不大，故不需防倒吸，装置如图所示： 或使用装置 ；
发生反应的化学方程式为Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O。
12．(1)
(2)
(3) 除去中混有的 溶液变蓝
(4)
【分析】浓盐酸和二氧化锰共热制取氯气，氯气中混有氯化氢，通过饱和氯化钠溶液除去氯气中的氯化氢，然后通入淀粉碘化钾溶液中探究氯气的氧化性，接着通入石灰乳中制备漂白粉，氯气有毒，最后用氢氧化钠溶液吸收尾气，防止污染空气。
（1）
实验室用浓盐酸和二氧化锰共热制取氯气，因此圆底烧瓶中发生反应的离子方程式为：。
（2）
由分析可知，装置连接顺序应为：制备氯气→除去氯气中的氯化氢→探究氯气氧化性→制备漂白粉→处理尾气，因此连接口顺序为：。
（3）
浓盐酸有挥发性，制备的氯气中会混有氯化氢，因此饱和食盐水的作用为：除去氯气中的氯化氢；氯气有氧化性，能与碘化钾发生氧化还原反应生成碘单质，淀粉遇碘变蓝，因此淀粉KI溶液中的现象为：溶液变蓝。
（4）
氯气与氢氧化钙反应生成氯化钙、次氯酸钙和水，反应的化学方程式为：。
13．(1)分液漏斗
(2)
(3) 饱和溶液 浓硫酸
(4) ② c
(5)
(6) 酸性氧化物
【分析】装置A中浓盐酸和二氧化锰共热制备氯气，装置B中盛放饱和食盐水用于除去氯气中的氯化氢，装置C中盛放浓硫酸用于干燥氯气，装置D中干燥的氯气和反应，装置E中液体用于除去中的未反应的，易溶于水、密度比空气大，装置F可用向上排空气法收集，装置G作为安全瓶，最后选用碱液处理尾气，防止污染空气。
【详解】（1）仪器P为分液漏斗。
（2）装置A中浓盐酸和二氧化锰共热生成氯化锰、氯气和水，反应的化学方程式为：。
（3）浓盐酸有挥发性，会挥发出氯化氢，氯气几乎不溶于饱和食盐水，装置B中盛放饱和食盐水用于除去氯气中的氯化氢，装置C中盛放浓硫酸用于干燥氯气。
（4）易溶于水，不能用排水法收集，密度比空气大，可用向上排空气法收集，因此应选择②，且长管进、短管出，即与装置E导管相连的导管口是c。
（5）装置D中干燥的氯气和反应生成和，依据得失电子守恒和原子守恒可知，反应的化学方程式为：。
（6）与溶液反应生成、和水，反应的离子方程式为：，二氧化碳能与碱反应生成盐和水，是酸性氧化物。
14．(1) 浓硫酸 B
(2)防止空气中的水蒸气和二氧化碳进入装置Ⅱ中
(3) 先 后
(4)钠熔化成光亮的小球，剧烈燃烧产生黄色火焰，生成淡黄色固体
(5)2Na＋O2Na2O2
【分析】装置中的空气含有CO2会与Na2O2反应，实验开始前需要先排尽装置中的空气，将装置Ⅰ除去空气中CO2的气体通入后续装置可除去装置中的空气；水也会与Na2O2反应，需要在干燥环境中进行，装置Ⅳ可以盛放浓硫酸用于干燥气体；在装置Ⅱ中O2与Na反应生成Na2O2，装置Ⅲ中碱石灰吸收空气中CO2、水蒸气，防止进入装置Ⅱ中。
（1）
为完成实验，装置Ⅳ中盛放的试剂是浓硫酸，用来干燥气体；为完成实验应将装置Ⅳ接在装置Ⅰ和装置Ⅱ之间，答案选B；
（2）
由以上分析可知，装置Ⅲ的作用是防止空气中的水蒸气和二氧化碳进入装置Ⅱ中；
（3）
为除去装置中的CO2和水蒸气，应先通过NaOH处理后的空气，排尽装置中的CO2和水蒸气，防止生成的过氧化钠与之反应，后再点燃酒精灯制备过氧化钠；
（4）
点燃酒精灯后，观察到装置Ⅱ中的现象为：钠熔化成光亮的小球，剧烈燃烧产生黄色火焰，生成淡黄色固体；
（5）
加热条件下，钠与氧气反应生成过氧化钠：2Na＋O2Na2O2。
15． MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O MnO2＋4H＋＋2Cl-Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O 2KMnO4＋16HCl(浓)=2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O KClO3＋6HCl(浓)=KCl＋3Cl2↑＋3H2O
【详解】①实验室用MnO2和浓盐酸在加热条件下发生反应生成MnCl2、Cl2和水，其化学方程式为：MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O；其离子方程式为：MnO2＋4H＋＋2Cl-Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O；
②高锰酸钾、氯酸钾具有强氧化性，也可氧化浓盐酸，常温下制取氯气，根据氧化还原反应的规律配平两个反应方程式分别为：2KMnO4＋16HCl(浓)=2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O；KClO3＋6HCl(浓)=KCl＋3Cl2↑＋3H2O。
16．(1) 安静燃烧，火焰呈苍白色，结束后在集气瓶口出现白雾
(2) 既作氧化剂又作还原剂
【详解】（1）氯化钠溶液通电后，电解生成氯气，发生反应的离子方程式为；氢气在氯气中安静燃烧，火焰呈苍白色，结束后在集气瓶口出现白雾。
（2）与反应的化学方程式为；该反应中氯元素化合价从0价部分升高到+1价，部分降低到-1价，的作用是既作氧化剂又作还原剂。