2020春高中化学 第2章 化学键 化学反应与能量 第3节 化学反应的利用 第1课时 利用化学反应制

第2章化学键化学反应与能量第3节化学反应的利用第1课时利用化学反应制备物质[学习目标]1.掌握实验室制取氯气的原理、净化方法及尾气处理方法。2.总结常见气体的制备装置及收集方法。3.知道如何利用化学反应制备新物质，体会化学对人类生活和社会发展的贡献。写出下列化学方程式：1．实验室制CO2：CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑。2．实验室制O2：________________________。2KClO3=====MnO2△2KCl＋3O2↑3．实验室制NH3：____________________________________________。4．实验室制H2：Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑或Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑。2NH4Cl＋Ca(OH)2=====△CaCl2＋2NH3↑＋2H2O一、氯气的实验室制法1．反应原理。化学方程式：___________________________________________。MnO2＋4HCl(浓)=====△MnCl2＋Cl2↑＋2H2O2．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．装置设计。4．实验步骤。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：Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O。二、氯气的工业制法化学方程式：2NaCl＋2H2O=====电解2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。离子方程式：2Cl－＋2H2O=====电解2OH－＋H2↑＋Cl2。反应中氧化剂是H2O，还原剂是Cl－。三、利用化学反应制备其他物质物质实验室制法工业制法氢气Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑C＋H2O(g)=====高温CO＋H2CO＋H2O(g)=====高温CO2＋H2二氧化碳CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑CaCO3=====高温CaO＋CO2↑氧气2H2O2=====MnO2△2H2O＋O2↑分离液态空气法硫酸S＋O2=====点燃SO22SO2＋O2V2O5△2SO3SO3＋H2O===H2SO4氨气2NH4Cl＋Ca(OH)2=====△CaCl2＋2NH3↑＋2H2ON2＋3H2高温、高压催化剂2NH3硝酸NaNO3＋H2SO4(浓)=====△NaHSO4＋HNO3↑4NH3＋5O2=====高温催化剂4NO＋6H2O2NO＋O2===2NO23NO2＋H2O===2HNO3＋NO利用化学反应制备物质，应该根据物质的性质，选择科学合理的反应原理、合适的仪器和药品；如果是工业生产，还需要考虑原料是否经济、步骤是否简便、操作是否安全。实验室中制备物质还要考虑切实可行和简单易行。易错提醒1．制备物质应从原理的科学性、原料的经济性、操作的简洁性、安全性等方面统筹考虑。2．制备的装置应依据反应物的状态和制备气体的溶解性情况选择。3．除杂的试剂应依据制备气体的性质选择合适的试剂，必须过量。1.如图是一套实验室制气装置，用于发生、干燥和收集气体。下列各组物质中能利用这套装置进行实验的是()A．碱石灰和浓氨水B．二氧化锰和浓盐酸C．锌和稀硫酸D．碳酸钙和稀盐酸解析：A项产生的气体是NH3，不能用浓H2SO4净化，也不能用向上排气法收集；B项中反应需要加热，且生成的Cl2中混有HCl气体，也不能用浓H2SO4除去；C项生成的H2不能使用向上排气法收集。答案：D2．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可能是()A．NO2B．HClC．CO2D．NH3解析：如图所示，该气体可用向下排空气法收集，尾气用倒置漏斗吸收说明该气体易溶于水，只有NH3符合题意。答案：D3．根据侯氏制碱原理制备少量NaHCO3的实验，经过制取氨气、制取NaHCO3、分离NaHCO3、干燥NaHCO3四个步骤。下列图示装置和原理能达到实验目的的是()解析：A项，NH4Cl受热分解生成NH3和HCl，遇冷后二者又迅速化合，收集不到NH3；B项，CO2应长导管进短导管出；D项，干燥NaHCO3应在干燥器内进行，不能在烧杯内进行，更不能直接加热，加热会导致NaHCO3分解。答案：C要点一氯气的实验室制法和净化方法及注意事项问题：实验室制Cl2，应如何完成制备、净化、收集与尾气吸收？提示：(1)实验装置图。(2)反应原理。①化学方程式为：MnO2＋4HCl(浓)=====△MnCl2＋Cl2↑＋2H2O反应中，氧化剂是MnO2，还原剂是浓HCl。②若无MnO2，可以用KMnO4、K2Cr2O7、KClO3等氧化剂代替，如2KMnO4＋16HCl(浓)===2MnCl2＋2KCl＋5Cl2↑＋8H2O。(3)制备气体的类型：固体＋液体――→△气体。(4)收集方法：向上排空气法或排饱和食盐水法。(5)净化方法：用饱和食盐水除去HCl，再用浓H2SO4除去水蒸气。(6)尾气吸收：用强碱溶液(如NaOH溶液)吸收。[例1]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()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中的反应化学方程式为A_________________________________________。E__________________________________________。(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。(5)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________V2(填“＞”“＜”或“＝”)，原因是________________________________________________________________________________________。解析：实验题应从实验目的出发，设计实验步骤，仪器连接应从左至右保证气流的通畅性。答案：(1)afhbcedg(2)除掉氯气中混有的HCl吸收多余的氯气(3)MnO2＋4HCl(浓)=====△MnCl2＋Cl2↑＋2H2OCl2＋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，反应不再进行解题归纳注意导气管的“长进短出”与“短进长出”。除杂用的洗气瓶导气管应长进短出；排空气法收集气体的集气瓶应注意所收集气体的密度与空气密度的比较，若要收集气体的密度比空气大，应长进短出，反之，则短进长出，关键的一点在于排出的是空气；若是排液体法收集气体，如采用排饱和食盐水的方法收集氯气，导气管应短进长出。总之，导气管的连接应注意到底要排出什么物质。1．某化学兴趣小组利用MnO2和浓盐酸及如图所示装置制备Cl2。下列叙述不正确的是()A．A中可用分液漏斗代替长颈漏斗B．A中缺少加热装置C．B中盛放的NaOH溶液可以净化Cl2D．D中的导管口若连接倒置漏斗可防止倒吸解析：B中盛放的试剂应为饱和食盐水而不是NaOH溶液。答案：C要点二常见气体的制备问题：常见气体制备的制备装置、收集装置、净化装置、尾气处理装置是如何分类的？选择的依据是什么？提示：气体的制取一般包括气体的发生装置、收集装置、净化装置和尾气处理装置四部分。(1)气体制备装置。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O2、NH3H2Cl2(2)气体收集装置。装置类型排水(液)集气法向上排空气集气法向下排空气集气法装置示意图适用范围不溶于水(液)的气体密度大于空气且常温下不与空气中的物质反应的气体密度小于空气且常温下不与空气中的物质反应的气体典型气体H2、O2、NO、COCl2、HCl、CO2、SO2H2、NH3(3)气体除杂装置的基本类型。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)尾气处理装置。①溶液吸收法(防止吸收不充分和发生倒吸)。②燃烧法。③收集法。[例2]思考并完成下列两个题目：(1)①实验室制备、收集干燥的SO2，所需仪器如下图所示。装置A产生SO2，按气流方向连接各仪器接口，顺序为a→________→________→________→______→f。装置D的作用是________________，装置E中NaOH溶液的作用是_______________________________。②验证SO2的方法是_________________________。(2)CaCO3广泛存在于自然界，是一种重要的化工原料。大理石主要成分为CaCO3，另外有少量的硫化物。实验室用大理石和稀盐酸反应制备CO2气体。下列装置可用于CO2气体的提纯和干燥。完成下列填空：①上述装置中，A是________溶液，NaHCO3溶液可以吸收________。②上述装置中，B物质是________。解析：(1)①收集干燥的SO2，应先干燥，再收集(SO2密度比空气的大，要从c口进气)，最后进行尾气处理；因为SO2易与NaOH反应，故D的作用是安全瓶，防止倒吸。②检验SO2的方法一般是：将气体通入品红溶液中，品红退色，加热后又变红色。(2)①根据实验所用药品，制得的气体中可能含有H2S、HCl和水蒸气；根据除杂的要求，除去H2S可选用CuSO4溶液或酸性KMnO4溶液；碳酸氢钠溶液用于吸收HCl气体或吸收酸性气体；②B物质用于干燥制得的CO2，可选用无水CaCl2。答案：(1)①decb安全瓶，防止倒吸尾气处理，防止污染②将气体通入品红溶液中，如品红溶液退色，加热后变红，证明有SO2(2)①CuSO4溶液或酸性KMnO4溶液HCl气体或酸性气体②无水CaCl2解题归纳1．品红溶液用来鉴别SO2，不能用来吸收SO2气体。2．固体干燥剂常用碱石灰和无水CaCl2，但碱石灰不能干燥CO2气体。3．选择气体吸收剂应根据气体的性质和杂质的性质而确定，所选用的吸收剂只能吸收气体中的杂质，而不能与被提纯的气体反应。一般情况下：(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)水可用干燥剂来吸收；(5)能与杂质反应生成沉淀(或可溶物)的物质也可作为吸收剂。2.利用下列各组中的物质制备并收集少量相应的气体(不考虑尾气的处理)，能采用右图的是()①浓氨水和固体CaO制NH3②大理石和稀硝酸制CO2③过氧化氢溶液和二氧化锰制O2④稀硝酸和铜片制NO⑤浓盐酸和高锰酸钾制Cl2⑥氯酸钾和二氧化锰制O2⑦锌粒和稀硫酸制H2⑧二氧化锰和浓盐酸制Cl2A．①⑥⑦B．②③⑤C．②⑤⑧D．①④⑥解析：图中的发生装置为不加热制气体的装置，应排除⑥⑧，收集装置是向上排空气法收集气体，应排除①④⑦。答案：B课堂小结