新高一化学 · 必修一 · 氯气的实验室制法

       研究氯气的性质，总离不开一瓶氯气。可氯气有毒，又不能像试剂瓶里的药品那样随取随用——它只能在实验室里现制现用。

于是一连串问题就来了：用什么药品、什么装置才能把它造出来？造出的氯气里混着氯化氢和水蒸气，该怎么除？收集时能不能像收集氧气那样用排水法？多出来的氯气又该往哪儿去？

这几个问题，恰好串成了一条完整的"气体制备思路"——发生 → 净化 → 收集 → 尾气处理。这条思路走通了，以后遇到任何气体的制备，只要换掉药品和收集方式，骨架完全一样。

一、制取原理：浓盐酸与二氧化锰

实验室里通常用浓盐酸和二氧化锰在加热条件下反应制取氯气：

MnO₂ + 4HCl(浓) ＝^Δ MnCl₂ + Cl₂↑ + 2H₂O

对应的离子方程式：MnO₂ + 4H⁺ + 2Cl^- ＝^Δ Mn²⁺ + Cl₂↑ + 2H₂O。反应中 MnO₂ 是氧化剂，浓盐酸既表现还原性，又表现酸性。

这里面有三个必须弄明白的点：

• 必须用浓盐酸
  ：随着反应进行，盐酸越来越稀，Cl^- 的还原性减弱，MnO₂ 就再也氧化不动它了，反应会停下来；何况浓盐酸还有挥发性。所以浓盐酸中的 HCl 不可能全部被氧化。
• 浓盐酸身兼两职
  ：一部分 HCl 被氧化成 Cl₂，表现还原性；另一部分 HCl 去生成 MnCl₂，表现酸性。
• 必须加热
  ：这个反应常温下几乎不发生，所以发生装置里少不了酒精灯。

例题 1　关于实验室制取氯气的反应 MnO₂ + 4HCl(浓) ＝^Δ MnCl₂ + Cl₂↑ + 2H₂O，下列说法正确的是（　　）

A．用含 4 个 HCl 的浓盐酸与足量 MnO₂ 反应，可收集到 1 个 Cl₂ 分子

B．反应中氧化剂与还原剂的个数之比为 1∶4

C．每生成 1 个 Cl₂ 分子，转移 2 个电子

D．反应中 HCl 只表现还原性

答案：C

解析： A 错——盐酸变稀后反应会停止，浓盐酸又会挥发，HCl 不可能全部反应完，得到的 Cl₂ 少于 1 个。B 错——4 个 HCl 中只有 2 个被氧化，所以氧化剂（MnO₂）与还原剂（HCl）的个数之比是 1∶2，不是 1∶4。C 对——Cl 由 −1 价升高到 0 价，每生成 1 个 Cl₂ 分子失去 2 个电子。D 错——一部分 HCl 被氧化成 Cl₂（表现还原性），另一部分生成 MnCl₂（表现酸性）。

二、装置的"四段式"：发生 → 净化 → 收集 → 尾气

图 1　实验室制取、净化、收集氯气并处理尾气的装置

（一）发生装置：固体 ＋ 液体，需要加热

• 主要仪器：铁架台、酒精灯、圆底烧瓶、分液漏斗。
• 圆底烧瓶里放 MnO₂ 固体，分液漏斗中装 浓盐酸，缓缓滴下并加热，就有氯气放出。

（二）净化装置：先除氯化氢，再干燥

• 先通过饱和食盐水：除去混在氯气里的 HCl 气体。
• 再通过浓硫酸：除去水蒸气。

顺序不能颠倒：如果先干燥、后除 HCl，"除 HCl"这一步又会把氯气重新润湿，前面的干燥就白做了。口诀是——先除杂，后干燥。

为什么用饱和食盐水除 HCl，而不用 NaOH 溶液？因为 NaOH 会与氯气反应（Cl₂ + 2NaOH ＝ NaCl + NaClO + H₂O），用它除杂会把要收集的氯气一起吸收掉；而 HCl 极易溶于水、氯气在饱和食盐水中溶解度很小，所以用饱和食盐水既能除去 HCl，又几乎不损失氯气。

（三）收集装置：向上排空气法，或排饱和食盐水法

• 主要用向上排空气法（Cl₂ 的密度比空气大），导管要伸到集气瓶底部，把瓶里的空气从瓶口挤出去。
• 不能用排水法
  ——氯气能溶于水，还会与水反应，用排水法既收集不到多少氯气，又会混进杂质。
• 但可以用"排饱和食盐水法"收集
  ——氯气在饱和食盐水中溶解度很小，用它收集可以减少氯气的溶解损失。

一句话区分："排水法"不行，"排饱和食盐水法"可行，关键就在"饱和食盐水"这几个字。

（四）验满：用湿润的淀粉碘化钾试纸

• 将湿润的淀粉碘化钾试纸靠近瓶口，试纸变蓝，说明氯气已收集满：Cl₂ + 2KI ＝ 2KCl + I₂，淀粉遇 I₂ 变蓝。
• 也可用湿润的蓝色石蕊试纸，试纸先变红后褪色，说明已满。

试纸一定要"湿润"——干燥的氯气既不能让干燥的淀粉碘化钾试纸变蓝，也不能让干燥的石蕊试纸褪色。

（五）尾气处理：用 NaOH 溶液吸收

• 用 NaOH 溶液吸收多余的氯气，防止污染空气：Cl₂ + 2NaOH ＝ NaCl + NaClO + H₂O。
• 不能用饱和石灰水代替
  ——即使饱和，Ca(OH)₂ 的浓度也很低，吸收不完全。

例题 2　实验室用 MnO₂ 和浓盐酸制取并收集干燥、纯净的氯气，下列说法正确的是（　　）

A．可以用排水法收集氯气，得到的气体比较纯净

B．氯气在饱和食盐水中溶解度很小，所以也可以用排饱和食盐水法收集

C．应先用浓硫酸干燥，再用饱和食盐水除去 HCl

D．多余的氯气可以用饱和石灰水吸收

答案：B

解析： A 错——氯气能溶于水且能与水反应，不能用排水法。B 对——氯气在饱和食盐水中溶解度很小，可用排饱和食盐水法收集。C 错——顺序应为先除杂（饱和食盐水）、后干燥（浓硫酸）。D 错——饱和石灰水中 Ca(OH)₂ 浓度太低，吸收不完全，应用 NaOH 溶液。

三、怎样检验 Cl^-

制得的氯气、氯水以及各种含氯化合物里，常常要判断有没有 Cl^-。规范操作是：

取少量待测液于试管中，先滴加适量稀硝酸酸化，再滴入 AgNO₃ 溶液；若产生白色沉淀，则溶液中含有 Cl^-。

反应的离子方程式：Ag⁺ + Cl^- ＝ AgCl↓

为什么要先加稀硝酸？因为 Ag₂CO₃ 也是白色沉淀，会干扰判断；而 Ag₂CO₃ 能溶于稀硝酸，AgCl 不溶于稀硝酸——加硝酸就是把"假的"溶掉，只留下"真的"。

所以这个检验顺序很关键：先酸化、再加 AgNO₃。

例题 3　检验某溶液中是否含有 Cl^-，正确的操作是（　　）

A．取少量溶液，滴入 AgNO₃ 溶液，若产生白色沉淀，则含有 Cl^-

B．取少量溶液，先滴入稀盐酸酸化，再滴入 AgNO₃ 溶液，若产生白色沉淀，则含有 Cl^-

C．取少量溶液，先滴入稀硝酸酸化，再滴入 AgNO₃ 溶液，若产生白色沉淀，则含有 Cl^-

D．取少量溶液，滴入 AgNO₃ 溶液，若产生黄色沉淀，则含有 Cl^-

答案：C

解析： A 错——CO₃^2- 等也能生成白色沉淀，会误判。B 错——稀盐酸本身就含 Cl^-，等于自己往待测液里加了待检验的离子，结果必然"有"。C 对——先用稀硝酸排除干扰，再加 AgNO₃。D 错——AgCl 是白色沉淀，不是黄色。

四、装置题精练（带装置图）

下面两道题把"制取 → 净化 → 收集 → 尾气"整条思路串起来考，一道大题、一道选择，做完再回看前面那张流程图。

例题 4　某小组同学拟用图 2 所列仪器，在实验室中制备干燥、纯净的氯气。请完成下列空白。

(1) 上述仪器正确连接后应进行的操作是________。

(2) 实验室制备氯气反应的化学方程式是________。

(3) 饱和食盐水的作用是________，浓硫酸的作用是________。

(4) 为防止污染空气，实验时烧杯中所盛溶液的化学式为________，发生反应的离子方程式是________。

(5) 下列说法正确的是________（填字母）。

A．钠、铁和铜都能和氯气反应，生成金属氯化物

B．液氯是氯气的水溶液，它能使干燥的有色布条褪色

C．氢气在氯气中燃烧，发出苍白色火焰

D．氯水中含有次氯酸，氯水具有杀菌、漂白作用

图 2　可供选择的仪器（A、B 为浓硫酸，C、D 为饱和食盐水，E 为发生装置，F 为烧杯）

答案：(1) 检查装置的气密性。

(2) MnO₂ + 4HCl(浓) ＝^Δ MnCl₂ + Cl₂↑ + 2H₂O。

(3) 除去氯气中的 HCl；干燥氯气。

(4) NaOH；2OH^- + Cl₂ ＝ Cl^- + ClO^- + H₂O。

(5) ACD。

解析： 组装好装置后第一步必是检查气密性，否则后面白做。净化时先除杂、后干燥——用饱和食盐水洗去 HCl，再用浓硫酸吸水，所以气流要先经过 C、D（饱和食盐水），再经过 A、B（浓硫酸）。尾气用 NaOH 溶液吸收，离子方程式为 2OH^- + Cl₂ ＝ Cl^- + ClO^- + H₂O。(5) A 对——钠、铁、铜与氯气反应分别生成 NaCl、FeCl₃、CuCl₂；B 错——液氯是纯净物（液态的氯气），不是水溶液，它不能使干燥的有色布条褪色；C 对；D 对——氯水中的 HClO 有强氧化性，能杀菌、漂白。

例题 5　实验室也可用 KMnO₄ 和浓盐酸反应制取 Cl₂，现用图 3 装置制取纯净的无水 CuCl₂（部分夹持装置已略去）。下列说法正确的是（　　）

A．装置 C 中试剂是饱和食盐水，目的是除去 HCl 气体

B．实验过程中，硬质玻璃管中产生大量蓝色的烟

C．将装置 A 中的 KMnO₄ 直接换为 MnO₂，也可完成该实验

D．实验时，应先打开装置 A 中分液漏斗的活塞，再加热装置 D

图 3　制取纯净无水 CuCl₂ 的装置（B、C 为洗气瓶，D 为硬质玻璃管，E 为烧杯）

答案：D

解析： 整套装置是"制取（A）→ 除 HCl（B）→ 干燥（C）→ 性质（D 中铜被氯气氧化）→ 尾气（E）"。A 错——装置 B 中才是饱和食盐水（除 HCl），装置 C 中装的是浓硫酸（干燥）。B 错——铜在氯气中燃烧产生棕黄色的烟，不是蓝色。C 错——MnO₂ 与浓盐酸反应需要加热，直接替换实验无法进行（KMnO₄ 与浓盐酸反应不需要加热，所以装置 A 没有酒精灯）。D 对——要先打开分液漏斗的活塞，让生成的氯气把装置里的空气排尽，再点燃装置 D 的酒精灯；顺序反了，铜会被空气中的氧气氧化，还可能发生危险。

五、写在最后

制取氯气的难点，从来不在方程式，而在"顺序"两个字：

先浓盐酸、后加热；先除杂、后干燥；先长管、后短管；先收集、后尾气——一处颠倒，整道题就错了。

把"发生 → 净化 → 收集 → 尾气"记成一张流程图，再遇到别的气体，换掉药品和收集方式就行——骨架完全一样。

#高中化学#高一化学#氯气#实验室制法#知识点总结#元素化合物#非金属#易错点#典型例题    

新高一化学 · 必修一 · 氯气的性质、氯水与漂白剂