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第二章 海水中的重要元素
——鈉和氯
第二節 氯及其化合物
氯氣的實驗室制法和氯離子的檢驗
核心素養發展目標：
1、掌握氯氣制取的原理、裝置、凈化、收集、尾氣處理；
2、掌握實驗室制備氣體的儀器選擇。
Cl2的實驗室制法
18世紀70年代，瑞典化學家舍勒將軟錳礦（主要成分是MnO2）與濃鹽酸混合加熱，產生了一種黃綠色、有刺激性氣味的氣體，受當時流行學說的影響，舍勒未能確認這種氣體。直到1810年，英國化學家戴維才確認這種氣體是一種新元素組成的單質——氯氣。
問：請根據以上信息，書寫軟錳礦（MnO2）與濃鹽酸共熱制氯氣的化學方程式：
MnO2 + 4HCl(濃) = MnCl2 + Cl2↑ + 2H2O
瑞典化學家·舍勒
（1742-1786）
Cl2的實驗室制法
MnO2 + 4HCl(濃) = MnCl2 + Cl2↑ + 2H2O
一、實驗藥品：
二氧化錳
（MnO2）
濃鹽酸（HCl）
二、實驗原理：
【練習】分析上面這個氧化還原反應，完成下列問題并書寫該反應的離子方程式。氧化劑： ；還原劑： ； 濃鹽酸表現哪些性質： ；氧化劑和還原劑個數比是 ；146克HCl分子參加反應時轉移的電子數是 ；
（用阿伏伽德羅常數表示）
離子方程式： 。
Cl2的實驗室制法
MnO2 + 4HCl(濃) = MnCl2 + Cl2↑ + 2H2O
二、實驗原理：
MnO2
HCl
還原性、酸性
1 : 2
MnO2 + 4H+ + 2Cl- = Mn2+ + Cl2↑ + 2H2O
2NA
1、可以用稀鹽酸代替濃鹽酸制取氯氣嗎？
3、實驗中需緩慢加熱且加熱溫度不宜過高，為什么？
答：因為濃鹽酸易揮發，為避免Cl2中混有大量的HCl氣體雜質以及降低HCl的利用率，實驗中需緩慢加熱且加熱溫度不宜過高。
答：不能，該反應必須使用濃鹽酸，因為稀鹽酸的還原性弱，不能被MnO2氧化。
2、實驗過程中4份濃鹽酸與足量的MnO2反應，能生成1份氯氣嗎？
答：不能，濃鹽酸會隨反應逐漸變稀，稀鹽酸與MnO2不反應。
【思考與討論】
“不濃不熱不反應”
氣體 實驗原理（化學方程式） 反應物狀態 反應條件 發生裝置
O2 2H2O2 = 2H2O + O2↑ 固+液 不加熱
2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2↑ 固+固 加熱
CO2 CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + CO2↑ + H2O 固+液 不加熱
1、回顧O2、CO2等氣體的實驗室制取方法，討論氯氣應該選擇怎樣的發生裝置？
三、實驗裝置
——發生裝置
MnO2
分液漏斗
長頸漏斗
1、回顧O2、CO2等氣體的實驗室制取方法，討論氯氣應該選擇怎樣的發生裝置？
三、實驗裝置
氣體 實驗原理（化學方程式） 反應物狀態 反應條件
Cl2 MnO2 + 4HCl(濃) = MnCl2 + Cl2↑ + 2H2O
固+液
加熱
√
發生裝置：
固(液)-液加熱型
——發生裝置
1、回顧O2、CO2等氣體的實驗室制取方法，討論氯氣應該選擇怎樣的發生裝置？
三、實驗裝置
氣體 實驗原理（化學方程式） 反應物狀態 反應條件
Cl2 MnO2 + 4HCl(濃) = MnCl2 + Cl2↑ + 2H2O 固+液 加熱
發生裝置：
分液漏斗
圓底燒瓶
濃鹽酸
MnO2
——發生裝置
【思考拓展】
問：制備氯氣的發生裝置能不能用長頸漏斗代替分液漏斗？
答：不能，因為氯氣有毒，該反應需要控制反應速率，用長頸漏斗不能控制反應速率，且長頸漏斗使用時必須液封。
加熱KMnO4制取O2
大理石與稀鹽酸制取CO2
三、實驗裝置
2、根據裝置圖歸納O2、CO2的收集方法？依據是什么？討論制備氯氣的收集裝置？
排水法
向上排空氣法
或
過氧化氫與二氧化錳制取O2
向上排空氣法
選擇依據：根據氣體的密度、水溶性以及是否與水或空氣中的成分發生反應來確定氣體的收集方法。
——收集方法
三、實驗裝置
選擇依據：根據氣體的密度、水溶性以及是否與水或空氣中的成分發生反應來確定氣體的收集方法。
查閱資料：
氯氣能溶于水，但難溶于飽和食鹽水。
氯氣密度比空氣大，能溶于水（1 : 2）
向上排空氣法
排飽和食鹽水法
——收集方法
【思考拓展】
問：以下兩種收集方法可以用來收集哪些氣體？為什么？
答：可以用來收集H2、NH3、CH4等氣體，用該方法收集的氣體，氣體密度比空氣小且不能與空氣中的成分發生反應。
向下排空氣法
從氯氣的發現到氯被確認為一種新的元素，時間長達三十多年，其間經歷了數位科學家的不懈探索。你從這一史實中得到什么啟示
1、觀察如圖所示的裝置，你能說出其中NaOH溶液的作用嗎？并書寫相應的化學反應方程式？
答：吸收多余的氯氣，防止其污染環境。
三、實驗裝置
實驗室中制取氯氣的裝置示意圖
Cl2 + 2NaOH = NaCl + NaClO + H2O
從氯氣的發現到氯被確認為一種新的元素，時間長達三十多年，其間經歷了數位科學家的不懈探索。你從這一史實中得到什么啟示
2、燒杯中能否用澄清石灰水代替NaOH溶液？
三、實驗裝置
實驗室中制取氯氣的裝置示意圖
答：不能，因為澄清石灰水中Ca(OH)2濃度很小，不能有效的吸收多余的氯氣。
從氯氣的發現到氯被確認為一種新的元素，時間長達三十多年，其間經歷了數位科學家的不懈探索。你從這一史實中得到什么啟示
3、除可以通過觀察到黃綠色氣體充滿集氣瓶驗滿外，還有什么驗滿方法？
三、實驗裝置
實驗室中制取氯氣的裝置示意圖
答：①將濕潤的淀粉KI試紙靠近盛氯氣的瓶口，若觀察到濕潤的淀粉KI試紙變藍，則已收集滿。
Cl2 + 2KI = 2KCl + I2
從氯氣的發現到氯被確認為一種新的元素，時間長達三十多年，其間經歷了數位科學家的不懈探索。你從這一史實中得到什么啟示
3、除可以通過觀察到黃綠色氣體充滿集氣瓶驗滿外，還有什么驗滿方法？
三、實驗裝置
實驗室中制取氯氣的裝置示意圖
答：②將濕潤的藍色石蕊試紙靠近盛氯氣的瓶口，若觀察到濕潤的藍色石蕊試紙先變紅后褪色，則已收集滿。
Cl2 + H2O = HCl + HClO,
HClO具有強氧化性，可做漂白劑
從氯氣的發現到氯被確認為一種新的元素，時間長達三十多年，其間經歷了數位科學家的不懈探索。你從這一史實中得到什么啟示
4、實驗開始時應先加熱還是先滴加濃鹽酸？
三、實驗裝置
實驗室中制取氯氣的裝置示意圖
答：實驗開始時，應先滴加濃鹽酸再加熱，因為濃鹽酸易揮發，反之會降低氯氣的生成率。
從氯氣的發現到氯被確認為一種新的元素，時間長達三十多年，其間經歷了數位科學家的不懈探索。你從這一史實中得到什么啟示
5、該實驗裝置有何缺陷？用該裝置制取的氯氣是否純凈，若不純凈氯氣中會混有什么雜質？
三、實驗裝置
實驗室中制取氯氣的裝置示意圖
答：Cl2中雜質氣體有HCl、H2O
如何除雜？
3、應如何選擇除去氯氣中雜質的實驗藥品、實驗裝置？除雜裝置有沒有先后順序？
Cl2（HCl、H2O）
飽和食鹽水
濃硫酸
三、實驗裝置
——除雜裝置
資料卡片：
已知Cl2能溶于水，常溫常壓下溶解度約為1 : 2。實驗測得，Cl2在飽和食鹽水中的溶解度很小。HCl極易溶于水，常溫常壓下在水中的溶解度約為1 : 500。
根據所含雜質的性質選擇試劑和方法
①除去氯氣中的HCl氣體
②降低氯氣的溶解度
干燥氯氣（或除去氯氣中的水蒸氣）
【例】下圖是實驗室制取、收集純凈干燥氯氣的實驗裝置，請問整套實驗裝置的連接順序為：E→_____________________→F
練一練
C→D→A→B→H→G
【思考拓展】
用途：除雜、干燥、監控氣體流速
常見的干燥劑有：濃硫酸、P2O5、堿石灰【NaOH·CaO】、NaOH、生石灰、無水CaCl2等。
除雜順序：先除雜，后干燥
洗氣瓶
球形干燥管
U形干燥管
氯氣的實驗室制法：
MnO2 + 4HCl(濃) = MnCl2 + Cl2↑ + 2H2O
實驗裝置改進
實驗結束后應先撤導管后撤酒精燈
【思考拓展】
問：回憶初中所學知識，還有哪些尾氣處理方法？
①吸收法，如：用NaOH溶液吸收Cl2、SO2等氣體。
②燃燒法：適用于CO等易燃性氣體。
③收集法：利用氣球直接將尾氣收集起來。
根據尾氣的性質選擇試劑和方法
【思考拓展】
防倒吸裝置圖
吸收速率快，溶解度大的氣體，如NH3。
裝置順序：
【注意事項】
發生裝置——根據反應物的狀態和反應條件；
除雜裝置——根據氣體及所含雜質的性質；
收集裝置——根據氣體的密度、水溶性以及是否與水或空氣中的成分發生反應；
尾氣處理裝置——根據氣體的性質。
小結
氣體制備實驗基本模型
除雜裝置
收集裝置
發生裝置
尾氣處理裝置
氯氣的實驗室制法
練一練
1、在制氯氣時有如下操作，正確的操作順序是（ ）
①連接好裝置，檢查氣密性 ②緩緩加熱，使氣體均勻逸出 ③在圓底燒瓶中加入二氧化錳粉末 ④從盛有濃鹽酸的分液漏斗中將濃鹽酸緩慢滴入燒瓶中 ⑤將多余的Cl2用NaOH溶液吸收 ⑥用向上排空氣法收集氯氣
A. ①②③④⑤⑥ B. ③④②①⑥⑤
C. ①④③②⑥⑤ D. ①③④②⑥⑤
D
收集裝置
尾氣處理裝置
發生裝置
小結
氣體制備實驗基本模型
除雜裝置
【思考與交流】下面是實驗室制取氯氣的實驗裝置圖，請找出以下裝置的錯誤之處？
【小試牛刀】1774年，舍勒將軟錳礦與濃鹽酸混合加熱，產生了一種黃綠色氣體。1810年，戴維確認這是一種新元素組成的單質，并命名為chlorine（氯氣）。實驗室制取Cl2時，下列裝置能達到實驗目的的是（ ）
D
【庖丁解牛】已知高錳酸鉀與濃鹽酸在常溫下反應能產生氯氣。用如圖所示的實驗裝置來制備純凈、干燥的氯氣及驗證它與金屬的反應。每個虛線框表示一個單元裝置，其中有錯誤的是 （填字母）。
B
實驗室中還可以用KMnO4、K2Cr2O7、KClO3、NaClO等強氧化劑代替MnO2和濃鹽酸來制取Cl2。
K2Cr2O7 + 14HCl(濃) = 2KCl + 2CrCl3 + 3Cl2↑ + 7H2O
2KMnO4 + 16HCl(濃) = 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2↑ + 8H2O
氯氣的實驗室制法
課堂擴展
在舍勒的基礎上，法國化學家貝托萊將軟錳礦、濃硫酸、NaCl固體混合加熱制得了Cl2。
MnO2 + 2H2SO4(濃) + 2NaCl = MnSO4 + Na2SO4 + Cl2↑ + 2H2O
△
課堂擴展
法國化學家·貝托萊
（1748-1822）
1、電解飽和食鹽水
2、電解熔融食鹽
工業上制備氯氣主要考慮原料、成本、產量等問題，可用電解氯化鈉飽和溶液法制備氯氣。
Cl2的工業制法
2NaCl + 2H2O = 2NaOH + H2↑ + Cl2↑
通電
2NaCl（熔融） = 2Na + Cl2↑
通電
課堂小結
課堂小結
氯及其化合物的“價—類”二維圖
1、判斷正誤（正確的打“√”，錯誤的打“×”）
（1）Cl2中的HCl可通過盛有堿石灰的干燥管除去。（ ）
（2）溶液中加AgNO3溶液，有白色沉淀，說明溶液中一定含Cl-或CO32-。（ ）
（3）制氯氣時，用飽和NaHCO3溶液和濃硫酸凈化氣體。（ ）
（4）NaClO中含有氯元素，向NaClO溶液中加入用稀硝酸酸化的AgNO3溶液，可產生白色沉淀。（ ）
練一練
×
×
×
×
2、向某未知溶液中加入AgNO3溶液有白色沉淀生成，加入稀硝酸后，沉淀部分溶解，有無色無味的氣體生成，將氣體通入澄清石灰水，澄清石灰水變渾濁。由此判斷該溶液中含有（ ）
A. Cl-、SO 42- B.Cl-、NO3-
C. Cl-、CO32- D. Cl-、OH-
練一練
C
3、某研究性學習小組為了制取、收集純凈干燥的氯氣并探究氯氣的性質，他們設計了如圖所示的實驗裝置。請回答下列問題：整套實驗裝置的連接順序是f接（ ），（ ）接（ ），（ ）接（ ）。（填各接口處的字母代號）
a　
練一練
b　
d　
e　
c　
4、（2021·黑龍江大慶市·大慶實驗中學高一月考）某同學用以下裝置制備并檢驗Cl2的性質。下列說法不正確的是（ ）
A. Ⅰ圖：若MnO2過量，則濃鹽酸可全部消耗完
B. Ⅱ圖：證明新制氯水具有酸性和漂白性
C. Ⅲ圖：產生了棕黃色的煙
D. Ⅳ圖：驗證Cl2無漂白性
練一練
A

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