学年人鲁科版必修2 第2章第3节 化学反应的利用第1课时 学案.docx

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学年人鲁科版必修2第2章第3节化学反应的利用第1课时学案

第1课时利用化学反应制备物质

一、氯气的实验室制法

1．工业制法

化学方程式：

2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。

离子方程式：

2Cl－＋2H2O

2OH－＋H2↑＋Cl2↑。

反应中氧化剂是H2O，还原剂是Cl－。

2．实验室制法

（1）反应原理

化学方程式：

MnO2＋4HCl（浓）

MnCl2＋Cl2↑＋2H2O。

离子方程式：

MnO2＋2Cl－＋4H＋

Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O。

反应中氧化剂是MnO2，还原剂是Cl－。

（2）实验装置

①制气装置类型：

固体＋液体

气体。

仪器名称：

a分液漏斗。

②气体净化：

装置B的作用是吸收HCl气体，装置C中的试剂是浓硫酸，其作用是干燥氯气。

③尾气吸收：

装置E中盛放的试剂是NaOH溶液，其作用是吸收多余的氯气，防止污染空气，反应的化学方程式是2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O。

（3）实验步骤

1.实验室制备氯气反应原理（强氧化剂＋浓盐酸）

（1）实验室是利用氧化还原反应制备Cl2。

MnO2为氧化剂，HCl部分表现酸性，部分表现还原性，为还原剂。

①随着反应的进行，盐酸浓度逐渐变小，当变为稀盐酸时，反应停止。

②反应中有大量HCl挥发也是造成HCl不能完全参与反应的重要原因。

（2）实验室制备Cl2的其他方法

若实验室无MnO2，可以用强氧化剂KMnO4、KClO3、K2Cr2O7代替MnO2制Cl2。

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

6HCl（浓）＋KClO3===KCl＋3Cl2↑＋3H2O

2．氯气净化（先除HCl，后除水蒸气）

3．实验室制取氯气注意事项

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，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。

例1　（2017·南宁高一检测）关于实验室用MnO2和浓盐酸反应制取Cl2的反应，下列说法中错误的是（　　）

A．还原剂是HCl，氧化剂是MnO2

B．每生成1molCl2，转移电子的物质的量为2mol

C．每消耗1molMnO2，起还原剂作用的HCl消耗2mol

D．足量MnO2与含0.4molHCl的浓盐酸共热可得到0.1molCl2

考点　氯气的实验室制法

题点　实验室制取氯气的反应原理

答案　D

解析　实验室用MnO2和浓盐酸反应制取Cl2：

MnO2＋4HCl（浓）

MnCl2＋Cl2↑＋2H2O，MnO2为氧化剂、HCl为还原剂，Cl由－1价→0价，故每生成1molCl2转移2mol电子。

每消耗1molMnO2，参加反应的HCl为4mol，其中起还原作用的HCl为2mol。

由于随着反应的进行，盐酸浓度变小，变为稀盐酸时，反应停止，故0.4molHCl不能完全反应，放出Cl2小于0.1mol。

思维启迪——浓盐酸和MnO2制取氯气反应原理的理解

（1）必须加热，常温下MnO2与浓盐酸不反应；

（2）必须用浓盐酸，MnO2与稀盐酸不反应；

（3）随着反应的进行，盐酸浓度变小，当变为稀盐酸时，反应就会停止；

（4）浓盐酸在此反应中表现出酸性和还原性，表现还原性和表现酸性的HCl的物质的量之比为1∶1；

（5）此反应中氧化剂MnO2和还原剂HCl的物质的量之比为1∶2，而不是1∶4。

例2　（2017·蚌埠高一检测）实验室制取氯气时有如下操作，其中正确的顺序是（　　）

①连接装置并检查气密性　②缓缓加热　③在圆底烧瓶中加入MnO2粉末　④从装有浓盐酸的分液漏斗中加入浓盐酸　⑤将多余氯气用NaOH溶液吸收　⑥用向上排空气法收集氯气

A．①②③④⑤⑥B．③④②①⑥⑤

C．①④③②⑥⑤D．①③④②⑥⑤

答案　D

解析　实验室制取氯气进行实验操作时，先连接装置并检查装置的气密性，再加药品，且先加固体再加液体，为减少HCl的挥发要缓慢加热，利用氯气的密度比空气密度大的性质用向上排空气法收集氯气，氯气有毒，最后用碱液吸收多余氯气以防止污染空气。

规律方法——实验室制取Cl2的实验操作

（1）先连接装置，后检查气密性；

（2）先检查气密性，后加药品；

（3）先加固体，后加液体；

（4）先排出空气，后收集氯气；

（5）实验结束后，先停止反应并排出残留的Cl2，再拆卸装置，避免污染空气。

例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，装置正确的连接为a→______，_______→______，_______→_______，______→_______（填各接口字母）。

（2）装置E的作用是________________，装置D的作用是________________。

（3）装置A和D中反应的化学方程式：

A________________________________________________________________________；

D________________________________________________________________________。

（4）某校化学兴趣小组称取8.7g二氧化锰与足量10mol·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。

若该小组量取了10mol·L－1的浓盐酸40mL，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________（填“>”“<”或“＝”）V2，原因是______________________________________________________________。

答案　

（1）f　h　b　c　e　d　g

（2）除掉氯气中混有的HCl　吸收多余的氯气

（3）MnO2＋4HCl（浓）

MnCl2＋Cl2↑＋2H2O

Cl2＋2NaOH===NaClO＋NaCl＋H2O

（4）2.24　>　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

解析　

（1）仪器的连接应按照制备、净化、收集、尾气吸收的顺序。

（2）E的作用是除氯化氢杂质，装置D只有一段导气管，是尾气吸收装置，内装氢氧化钠溶液。

（4）8.7g二氧化锰物质的量为0.1mol，MnO2与盐酸完全反应可产生0.1mol氯气，体积为2.24L；10mol·L－1的浓盐酸40mL，其中氯化氢的物质的量为0.4mol，若0.4mol氯化氢与足量MnO2完全反应也可产生0.1mol氯气，但浓盐酸在反应过程中会逐渐变稀，其中的0.4mol氯化氢不能完全反应，产生的氯气少于0.1mol，所以V1>V2。

思维启迪

实验室制取气体的一套完整的装置应当由四部分组成：

―→

―→

―→

二、常见气体的实验室制法

实验室制取O2、H2、CO2、NH3、Cl2、SO2六种气体，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。

实验室制备气体

药品

制气装置

收集装置

O2

KMnO4或KClO3、MnO2

a

①④⑤

H2O2、MnO2

c

H2

Zn粒、稀硫酸

bc

①②

CO2

CaCO3、稀盐酸

bc

④⑤

Cl2

MnO2、浓盐酸

d

①④⑤

NH3

Ca（OH）2、NH4Cl

a

③

浓氨水、氢氧化钠（氧化钙、碱石灰）

c

SO2

Na2SO3、浓H2SO4

c

④⑤

（1）气体的发生装置选择：

根据反应物状态（固体或液体）及反应条件（是否加热）。

常见气体发生装置有固—固加热、固—液加热、固—液不加热三种。

（2）收集气体装置选择：

根据气体的性质（溶解性及与空气的相对密度和化学性质）。

（3）净化装置选择：

所选除杂试剂能与杂质反应，但不与主要成分气体反应。

（4）尾气处理装置选择：

①点燃法：

如CO、H2、CH4等易燃性气体可用此法。

②吸收法：

如Cl2、HCl、SO2、NO、H2S等可用氢氧化钠溶液吸收；NH3可用水或稀硫酸吸收。

③转化法：

采用一定的方法，使有毒气体转化成无毒气体即可排放。

如CO能转化为CO2排放。

例4　

（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________（填字母，下同）。

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

（2）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′→eB．b—b′→d—d′→g

C．c—c′→d—d′→gD．d—d′→c—c′→f

答案　

（1）B　

（2）C

解析　

（1）该装置适用于块状固体与液体不加热反应制取气体。

大理石和稀硫酸反应生成硫酸钙微溶物，附着在大理石的表面阻止反应的继续进行，A项错误；浓盐酸与二氧化锰反应需要加热，且MnO2为粉末状固体，C项错误；二氧化锰为粉末状固体，不易与H2O2分离，D项错误；只有B中锌粒与稀硫酸的反应符合。

（2）由盐酸和大理石制得的CO2气体中会含有杂质H2O（g）和HCl，分别用浓硫酸和饱和碳酸氢钠溶液除去，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，收集CO2时应用向上排空气法。

C项正确。

例5　实验室中某些气体的制取、收集及尾气处理装置如下图所示（省略夹持和净化装置）。

仅用此装置和表中提供的物质完成相关实验，最合理的选项是（　　）

选项

a中的物质

b中的物质

c中收集的气体

d中的物质

A

浓氨水

CaO

NH3

H2O

B

浓硫酸

Na2SO3

SO2

NaOH溶液

C

稀硝酸

Cu

NO2

H2O

D

浓盐酸

MnO2

Cl2

NaOH溶液

答案　B

解析　该装置为固液反应不加热制取气体，用向上排空气法收集气体，采用防倒吸的方法进行尾气处理。

A项，氨气不能使用向上排空气法，错误；B项，正确；C项，铜与稀硝酸反应生成NO，在c中无法收集到纯净的NO2且不能用水吸收尾气，错误；D项，制取氯气需要加热，错误。

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：

装配仪器→检验气密性→加入药品。

1．下列关于实验室制取Cl2的说法正确的是（　　）

A．实验室中可用MnO2与1mol·L－1盐酸反应制Cl2

B．每生成1molCl2，转移2mol电子

C．每消耗1molMnO2，起还原作用的HCl消耗4mol

D．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　B

解析　A项，实验室用MnO2和浓盐酸反应制取Cl2，1mol·L－1盐酸为稀盐酸，错误；B项，反应前后氯由－1价变为0价，每生成1molCl2，转移电子2mol，正确；C项，反应MnO2＋4HCl（浓）

MnCl2＋Cl2↑＋2H2O，每消耗1molMnO2，参加反应的HCl为4mol，其中起还原作用的HCl为2mol，错误；D项，缺少酒精灯，错误。

2．下列物质可用来干燥Cl2的是（　　）

①碱石灰　②浓硫酸　③无水CaCl2　④P2O5

A．①②B．①③④

C．②③④D．①②③④

答案　C

解析　碱石灰主要成分是氧化钙和氢氧化钠，属于碱性干燥剂，不能用碱石灰干燥氯气等与碱反应的气体，可以干燥中性气体和氨气；浓H2SO4不能用于干燥氨气及H2S、HBr、HI等还原性气体，可用于干燥氯气等酸性气体和中性气体；P2O5不能干燥氨气，可以用来干燥酸性气体和中性气体；无水CaCl2可以用来干燥除氨气之外的常见气体。

3．下列关于实验室制取气体所用试剂的组合不合理的是（　　）

A．制Cl2：

MnO2、浓盐酸

B．制H2：

稀硫酸、Zn

C．制O2：

MnO2、H2O2

D．制CO2：

稀硫酸、CaCO3

答案　D

解析　碳酸钙与稀硫酸反应生成的硫酸钙微溶于水，覆盖在碳酸钙的表面使反应难以继续进行，因此，实验室应该选用稀盐酸与碳酸钙反应制取二氧化碳。

4．在氯气的制备实验中，有位同学设计了如图所示的制备装置，其中分液漏斗与烧瓶瓶塞之间连接一段橡胶管和玻璃管。

下列对其作用的叙述中正确的是（　　）

A．防止氯气造成大气污染

B．使反应的氯气循环使用

C．使烧瓶内的压强与大气压保持一致

D．使分液漏斗中的液体更容易流入烧瓶

答案　D

5．下列制备和收集气体的实验装置合理的是（　　）

答案　D

解析　A项，用氯化铵和氢氧化钙制NH3，盛放固体反应物的大试管的管口应该略向下倾斜，防止试管炸裂；B项，用MnO2和浓盐酸制Cl2需要加热且集气瓶中导管应长进短出；C项，应该用向下排空气法或排水法收集H2。

6．在实验室中用MnO2和浓盐酸反应制备纯净干燥的氯气。

（1）写出反应的化学方程式：

_____________________________________________。

（2）下图所示是一个学生设计的实验装置图。

这个装置图有哪些错误？

请分别指出：

①________________________________________________________________________；

②________________________________________________________________________；

③________________________________________________________________________；

④________________________________________________________________________；

⑤________________________________________________________________________。

（有几处填几处）

（3）在改正的装置中，①洗气瓶中的饱和食盐水的作用：

________________________________________________________________________；

②洗气瓶中浓H2SO4的作用：

__________________________________________________；

③烧杯中的NaOH溶液的作用：

_________________________________________________。

答案　

（1）MnO2＋4HCl（浓）

MnCl2＋Cl2↑＋2H2O

（2）①烧瓶下面缺石棉网　②铁圈下面缺酒精灯　③盛浓硫酸的洗气瓶和盛饱和食盐水的洗气瓶位置颠倒了　④两个洗气瓶中的气体流向应该是长导管进，短导管出

（3）①吸收挥发出的氯化氢气体　②吸收水蒸气　③吸收多余的氯气

解析　此类题解应从以下角度分析：

反应制气、除杂、干燥、收集、尾气吸收等基本过程；各过程所需试剂、反应条件、装置连接去判断。

该反应需要加热，缺少酒精灯和石棉网，用MnO2和浓盐酸共热制得的氯气中，有挥发出来的HCl气体和水蒸气，应先用饱和食盐水除去HCl气体，再用浓硫酸除水蒸气，图中除杂顺序颠倒，两个洗气瓶的进、出气导管出错。

7．已知：

2KMnO4＋16HCl（浓）===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O，所以在实验室可用高锰酸钾固体和浓盐酸制氯气，实验装置如下图所示。

（1）请为该实验选择合适的发生装置______（填“A”或“B”）。

（2）要得到纯净、干燥的氯气，在发生装置和集气瓶之间还需要放置如下图中的________（填字母）。

（3）烧杯中所盛液体为________________，其作用是________________________________。

答案　

（1）B　

（2）D　（3）NaOH溶液　吸收多余的氯气

解析　

（1）由题知，该反应制取气体的类型为固体＋液体→气体；反应不需加热，故应选择B装置。

（2）氯气中可能混有HCl、H2O（g），HCl用饱和NaCl溶液除去，H2O（g）用浓硫酸除去，要得到纯净、干燥的氯气，应先除去HCl，再除去H2O（g）。

（3）烧杯中所盛液体为NaOH溶液，其作用是吸收多余的氯气。

[对点训练]

题组一　氯气的实验室制法

1．二氧化锰与浓盐酸作用制氯气的反应中，作为还原剂的HCl和参加反应的HCl物质的量之比是（　　）

A．1∶1B．2∶1

C．1∶2D．任意比

答案　C

解析　反应：

MnO2＋4HCl（浓）

MnCl2＋Cl2↑＋2H2O中，4molHCl参加反应，只有2mol做还原剂被氧化为氯气。

2．某化学小组用如图所示装置制取氯气。

下列说法中错误的是（　　）

A．该装置图中至少存在三处明显错误

B．该实验中收集氯气的方法错误

C．为了防止氯气污染空气，必须进行尾气处理

D．在集气瓶的导管口处放一片湿润的淀粉KI试纸可以证明是否有氯气逸出

答案　B

解析　该反应应该用酒精灯加热，应该用分液漏斗而不是长颈漏斗，氯气有毒，应该进行尾气处理，故A项正确；由于氯气的密度比空气的密度大，所以用向上排空气法收集，故B项错误；湿润的淀粉KI试纸可以证明是否有氯气逸出，若有则变蓝，反之不变色，故D项正确。

3．下列说法正确的是（　　）

A．MnO2与浓盐酸反应制Cl2的离子方程式：

MnO2＋4HCl

Mn2＋＋2Cl－＋Cl2↑＋2H2O

B．工业上通过电解氯化钠溶液制备金属钠和氯气

C．生石灰能与水反应，可用来干燥氯气

D．实验室制备Cl2可用排饱和食盐水集气法收集

答案　D

4．化学实验有助于理解化学知识，形成化学观念，提高探究与创新能力，提升科学素养。

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（　　）

答案　C

解析　Cl2是有刺激性气味、密度比空气大、有毒的黄绿色气体，在制备和收集Cl2时必须有尾气吸收装置。

A没有排气管不能用于收集气体；B用于收集密度比空气小的气体；C用于收集密度比空气大的气体，且有尾气吸收装置；D吸收氯气不能收集。

题组二　常见气体的实验室制取

5．按下述实验方法制备气体，合理又实用的是（　　）

A．锌粒与稀硝酸反应制备H2

B．加热分解NH4Cl固体制NH3

C．亚硫酸钠与浓硫酸反应制备SO2

D．大理石与稀硫酸反应制备CO2

答案　C

解析　锌与稀硝酸反应产生NO，不产生H2；NH4Cl分解产生NH3和HCl的混合气体，很快又化合为NH4Cl，不易分离；Na2SO3与浓硫酸反应生成Na2SO4、H2O和SO2；大理石与稀硫酸反应生成微溶的CaSO4，会覆盖在大理石表面，使反应难以继续进行。

6．下列装置或操作能达到实验目的的是（　　）

答案　C

解析　A项，由于氨气的密度小于空气的密度，用向下排空气法收集是正确的，但集气瓶瓶口不能密封（塞橡皮塞），可塞一团疏松的棉花，目的是防止气体对流，以收集到较纯的氨气；B项，洗气时气体应长进短出；C项，通过观察长颈漏斗中液面是否下降，可以检查装置的气密性；D项，收集密度比空气重的二氧化碳气体用向上排空气法，应该为长管进气，短管排出空气。

7．下列制备气体的实验设计中错误的是（　　）

选项

A

B

C

D

药品

NH4Cl与Ca（OH）2

石灰石和稀盐酸

稀硝酸和铜片

KMnO4与浓盐酸

装置

答案　C

解析　A装置适合固体和固体混合加热制取气体，可制取NH3，用碱石灰干燥，正确；B装置适合块状固体和液体反应不加热制取气体，可用于制取CO2，正确；C装置适合固体和液体加热制取气体，可用于制取NO，但NO极易被空气中的氧气氧化为NO2，只能用排水法收集，错误；D装置适合固体和液体不加热制取气体，KMnO4氧化性很强，与浓盐酸反应不需要加热，正确。

8．拟用下图所示装置制取下表中的四种气体（图中夹持仪器均已略去，a、b、c表示相应仪器中加入的试剂），不能达到实验目的的是（　　）

选项

气体

a

b

c

A

O2

H2O2

MnO2

浓硫酸

B

CO2

稀盐酸

碳酸钙

饱和NaHCO3溶液

C

NO

稀HNO3

铜屑

H2O

D

SO2

浓硫酸

Na2SO3

浓硫酸

答案　C

解析　过氧化氢在二氧化锰的催化下生成氧气，经浓硫酸干燥后收集，A项正确；稀盐酸和碳酸钙反应生成二氧化碳，后用饱和碳酸氢钠溶液除杂，B项正确；铜和稀硝酸反应生成NO，应该用排水法收集，导管应该短进长出，C项错误；浓硫酸和亚硫酸钠反应制备二氧化硫，再用浓硫酸干燥可得纯净的二氧化硫，D项正确。

9．如图是用于干燥、收集并吸收多余气体的装置，下列方案正确的是（　　）

选项

X

收集气体

Y

A

碱石灰

氯化氢

水

B

碱石灰

氨气

水

C

氯化钙

二氧化硫

氢氧化钠

D

氯化钙

一氧化氮

氢氧化钠

答案　C

解析　A项，氯化氢是酸性气体，不能用碱石灰干燥，不正确；B项，氨气密度小于空气，应该是短导管进，长导管出，不正确；C项，二氧化硫是酸性气体，能用氯化钙干燥，且二氧化硫的密度大于空气，用向上排空气法收集，正确；D项，一氧化氮极易被空气中的氧气氧化生成二氧化氮，不能用排空气法收集，不正确。

10．用下列试剂与装置制备气体，能随用随制、随关随停的是（　　）

选项

试剂与制备的气体

反应装置

A

碳酸钠固体与稀硫酸制CO2

B

二氧化锰与过氧化氢溶液制O2

C

浓硝酸与铜片反应制NO2

D

锌粒与稀硫酸制H2

答案　D

解析　碳酸钠固体与稀硫酸反应制CO2时，碳酸钠溶于水使反应无法随时停止，A项不符合题意；二氧化锰是粉末，无法被阻隔在有孔塑料隔板上，反应不能随时停止，B选项不符合题意；浓硝酸具有挥发性，不能使用长颈漏斗，应该用分液漏斗盛放与滴加，C选项不符合题意；锌粒与稀硫酸用该装置制备H2时，若关闭导管活塞，试管内压强增大，可把稀硫酸压回长颈漏斗，稀硫酸与锌粒脱离使反应停止，D项符合题意。

题组三　氯气制备综合

11．已知KMnO4与浓盐酸在常温下反应能产生Cl2。

若用如图所示的实验装置来制备纯净、干燥的氯气，并试验它与金属的反应。

每个虚线框表示一个单元装置，其中有错误的是（不考虑①单元的夹持装置）（　　）

A．只有①和②处B．只有②处

C．只有②和③处D．②③④处

答案　D

解析　本题考查氯气的制备、净化、干燥、尾气吸收及金属氯化物的制备的综合实验。

由图示可知，①是Cl2发生装置，②③是除杂、干燥装置，④是氯化物制备装置。

在②中，NaOH不仅能与HCl反应，也可与Cl2反应，应将NaOH溶液换成饱和食盐水；③中导气管应长进短出；④不能是密闭的，应有一个允许气体逸出的导管，并且加装尾气处理装置。

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