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新高一化学 | 氯气的实验室制法与 Cl⁻ 的检验
从一场“黄绿色的意外”说起
1774 年，舍勒把软锰矿（主要成分 MnO₂）与浓盐酸一起加热，冒出了一种从来没见过的黄绿色气体。这条两百多年前的路，至今仍是中学实验室制氯气的标准方法。它的本质只有一句话：用强氧化剂把浓盐酸中的 Cl⁻ 氧化成 Cl₂。
为什么必须用浓盐酸？为什么必须加3热？为什么气体要先净化？为什么最后一定要吸收尾气？——这四个“为什么”，正好对应一套制气装置的四个部分。本篇按气流的顺序走一遍：发生装置 → 净化装置 → 收集与验满 → 尾气吸收，每一段都说清楚“装什么、为什么这样装、装错了会怎样”。
一、原理：强氧化剂氧化浓盐酸
MnO₂ + 4HCl(浓) △= MnCl₂ + Cl₂↑ + 2H₂O
离子方程式更能说明问题：
MnO₂ + 4H⁺ + 2Cl⁻ △= Mn²⁺ + Cl₂↑ + 2H₂O
从方程式的系数看：每 4 份 HCl 参加反应，只有 2 份被氧化成 Cl₂，另外 2 份的 Cl⁻ 生成了 MnCl₂。也就是说，浓盐酸在这套反应里既显还原性，又显酸性——这是本节的经典考点。
为什么要用浓盐酸，还要加热？
● 稀盐酸不反应。盐酸一变稀，Cl⁻ 的还原性就不足以被 MnO₂ 氧化；而反应本身在消耗 HCl、又在生成水，盐酸会越来越稀，所以反应会自行停止。这就是“足量 MnO₂ 与一定量浓盐酸反应，氯气产量总达不到理论值”的原因。
● 必须加热。常温下 MnO₂ 的氧化性还不足以氧化 Cl⁻。但只能小火，温度过高会让 HCl 挥发加剧，得到的氯气里杂质更多。
手上没有 MnO₂，用 KMnO₄ 也可以——它氧化浓盐酸不需要加热：
2KMnO₄ + 16HCl(浓) = 2KCl + 2MnCl₂ + 5Cl₂↑ + 8H₂O（常温即可）
用 KMnO₄ 与浓盐酸反应不需要加热，发生装置可以简化成“分液漏斗 + 圆底烧瓶”，但反应太剧烈、不好控制。实验室最常用的仍是 MnO₂ 加热法。
二、发生装置：固体＋液体，加热型
选发生装置只看两条：反应物状态和反应条件。MnO₂ 是固体、浓盐酸是液体、需要加热，所以选“固体＋液体、加热型”装置：分液漏斗 + 圆底烧瓶 + 酒精灯。
图1 氯气的实验室制法完整装置：发生 → 净化 → 干燥 → 收集 → 尾气吸收
三处细节，考试常考
● 圆底烧瓶要垫陶土网加热，不能直火加热；烧瓶里还要放少量 MnO₂ 固体。
● 分液漏斗的活塞用来控制浓盐酸的滴加速率，从而控制产气快慢——这正是它比长颈漏斗好的地方（长颈漏斗无法控制速率，浓盐酸还会从漏斗口挥发）。分液漏斗不能换成长颈漏斗。
● 装药品前必须检查装置气密性；拆装置前必须先停止加热、让装置里残留的氯气被 NaOH 溶液吸收掉，再拆。
⚠ 长颈漏斗、启普发生器都不能用于这套反应：前者无法控制速率，浓盐酸还会从漏斗口挥发；后者只能用于“块状固体＋液体、不加热”的制气（如 Zn 与稀硫酸制 H₂）。
三、净化装置：先除氯化氢，再干燥
从烧瓶里出来的气体并不纯：浓盐酸易挥发，气体里混着 HCl；反应又生成水，气体里还混着水蒸气。两者都必须除去，而且顺序不能颠倒。
图2 净化装置：除 HCl 用饱和食盐水，干燥用浓硫酸，洗气瓶长进短出
两个“为什么”
⚠ 干燥剂不能选碱石灰（或 NaOH 固体）。氯气是酸性气体，会被碱吸收，气体还没进集气瓶就被“吃”光了。能用的是浓硫酸、P₂O₅、无水 CaCl₂。
四、收集与验满：向上排空气，长进短出
收集方法由密度和溶解性决定。氯气的密度约为空气的 2.45 倍，且能溶于水、还能与水反应，所以只能用向上排空气法：进气管伸到集气瓶底部，把瓶内空气从瓶口顶出去；出气管只需伸出瓶口一点。
为什么不能用排水法？ 收集到的氯气既损失了（溶解），又被水蒸气污染了，还混进了 HCl 与 HClO。
验满有两种常用方法，答一种即可：
五、尾气吸收：必须做，不能省
氯气有毒，多余的氯气绝不能直接排入空气。用 NaOH 溶液吸收：
Cl₂ + 2NaOH = NaCl + NaClO + H₂O
但吸收装置有两种常见接法，考试常考它们的区别：
⚠ 不能用澄清石灰水代替 NaOH 溶液。Ca(OH)₂ 微溶，澄清石灰水中浓度太低，吸收不完全，尾气照样污染空气。
六、Cl⁻ 的检验：一瓶 AgNO₃ 认到底
检验 Cl⁻ 只用两样试剂：AgNO₃ 溶液和稀硝酸。原理很简单：
Ag⁺ + Cl⁻ = AgCl↓（白色，不溶于稀硝酸）
考试考的不是这个方程式，而是操作顺序和为什么这样操作：
图3 Cl⁻ 的检验流程
规范表述（背下来直接抄）
取少量待测液于试管中，先滴加稀硝酸酸化，再滴加少量 AgNO₃ 溶液，若产生不溶于稀硝酸的白色沉淀，则说明原溶液中含有 Cl⁻。
三个“为什么”，答全才给分
- 为什么先加稀硝酸？
溶液里可能含有 CO₃²⁻、OH⁻ 等离子，它们与 Ag⁺ 也生成白色沉淀（Ag₂CO₃、AgOH），但这些沉淀都能溶于稀硝酸，只有 AgCl 不溶。先酸化就把干扰排除掉了。 - 为什么不用盐酸酸化？
盐酸本身带入 Cl⁻，就分不清白色沉淀是原来的还是刚加进去的。 - 为什么不用硫酸酸化？
Ag₂SO₄ 微溶，当 Cl⁻ 少、Ag⁺ 多时可能析出，造成干扰。
⚠ 只答“加 AgNO₃ 有白色沉淀”是不完整的，必须同时写明先加稀硝酸酸化和沉淀不溶于稀硝酸两个要点。
七、易错清单
把“浓盐酸”写成“盐酸”或“稀盐酸”，方程式条件也漏掉 △。 净化顺序颠倒（先干燥后除 HCl），气体重新带水。 用碱石灰、NaOH 固体干燥氯气——氯气被吸收，什么都收不到。 用排水法收集氯气——氯气溶于水且与水反应。 忘记尾气吸收，或用澄清石灰水代替 NaOH 溶液。 制气装置的离子方程式把 4H⁺ 写成 2H⁺，或漏写 △。 检验 Cl⁻ 漏写“稀硝酸酸化”，或把酸化试剂写成盐酸、硫酸。
💡 口诀：浓盐酸、要加热；先除 HCl 后干燥；向上排空长进短出；尾气全靠碱液收。
八、练一练（带装置图·8 题）
1. 实验室用 MnO₂ 与浓盐酸制取纯净、干燥的氯气。下列说法正确的是（ ）
A. 可用稀盐酸代替浓盐酸，只是反应慢一些
B. 气体应先通过浓硫酸干燥，再通过饱和食盐水除去 HCl
C. 可用碱石灰干燥氯气
D. 尾气应用 NaOH 溶液吸收，不能用澄清石灰水
2. 用 KMnO₄ 与浓盐酸制取少量氯气（常温即可反应），下列发生装置最合适的是（ ）
A. 长颈漏斗 + 圆底烧瓶，不加热
B. 分液漏斗 + 圆底烧瓶，不加热
C. 分液漏斗 + 大试管，酒精灯加热
D. 启普发生器
3. 实验室制的氯气中混有 HCl 和水蒸气。下列试剂：①饱和食盐水 ②浓硫酸 ③碱石灰 ④NaOH 溶液 ⑤无水 CaCl₂。要得到干燥纯净的氯气，应依次选用（ ）
A. ①② B. ②①
C. ①③ D. ①⑤
4. 实验室用浓盐酸与 MnO₂ 共热制 Cl₂ 并进行相关实验。下列收集 Cl₂ 的装置正确的是（ ）
图4：四种收集 Cl₂ 的装置
A. 集气瓶用单孔塞塞紧，只进气、不排气
B. 集气瓶倒置，Cl₂ 从短管进入
C. 长管进气、瓶口短管连尾气吸收，且用倒置漏斗防倒吸
D. 集气瓶内预先装入 NaOH 溶液后再进气
5. 用图5 装置制取并验证氯气的部分化学性质。已知 Cl₂ + 2KI = 2KCl + I₂。请回答：
图5
(1) 装置 A 中仪器 a 的名称是，其中盛放的试剂是，A 中发生反应的离子方程式为。
(2) 装置 C 中溶液变为色，原因是。
(3) 装置 D 中干燥有色布条不褪色，说明；若 D 中的布条也褪色了，应在哪两个装置之间加什么装置？
(4) 装置 E 中发生反应的离子方程式为。
6. 小明设计了图6 中的四套装置来制取氯气并验证其性质，其中 2 号装置里盛 NaHCO₃ 饱和溶液的洗气瓶是他为除去 HCl 而添加的。请回答：
图6 自左向右依次为 1、2、3、4 号
(1) 指出 1、2装置各自的错误或不当之处。(2) 用 NaHCO₃ 饱和溶液除 HCl 是否可行？说明理由并写出有关离子方程式，指出应改用的试剂。(3) 3 号装置中 NaOH 溶液的作用是什么？写出离子方程式。
7. 某化学小组用图甲装置制备氯气并进行一系列实验，小华认为图甲得到的氯气纯度不高，改用图乙（在发生装置与收集装置之间加了盛碱石灰的干燥管）。请回答：
第 7 题装置：甲、乙两套制备方案（乙在发生与收集之间加了碱石灰干燥管）
(1) 实验室制备氯气的离子方程式为。
(2) 图甲得到的氯气中一定混有的杂质是，要得到干燥纯净的氯气，应依次通过盛、的洗气瓶。
(3) 指出图乙装置中的错误之处，并提出改进方案。
8. 要检验某无色溶液中是否含有 Cl⁻，下列操作最规范的是（ ）
A. 取少量溶液，滴加 AgNO₃ 溶液，有白色沉淀即证明含 Cl⁻
B. 取少量溶液，先滴加稀盐酸酸化，再滴加 AgNO₃ 溶液
C. 取少量溶液，先滴加稀硝酸酸化，再滴加 AgNO₃ 溶液，产生白色沉淀且沉淀不溶解
D. 取少量溶液，先滴加 AgNO₃ 溶液，再加稀硫酸，沉淀不溶解即证明含 Cl⁻
九、本讲小结
氯及其化合物这一章，方程式是骨头、实验是血肉。把本篇四个环节按顺序默写一遍：发生 → 净化 → 收集验满 → 尾气，每一环都能说出“为什么这样装”，实验题就不再是失分项。
参考答案与解析
1. D。2. B。3. A。4. C。
5. (1) a 是分液漏斗，盛放浓盐酸；MnO₂ + 4H⁺ + 2Cl⁻ △= Mn²⁺ + Cl₂↑ + 2H₂O。(2) C 中溶液变蓝；Cl₂ + 2KI = 2KCl + I₂，生成的 I₂ 遇淀粉变蓝。(3) 说明干燥的氯气本身没有漂白性；若有色布条褪色，说明气体中混有水蒸气，应在 B 与 C 之间（或 C 与 D 之间）加一个盛浓硫酸的洗气瓶干燥氯气。(4) Cl₂ + 2OH⁻ = Cl⁻ + ClO⁻ + H₂O。
6. (1) 1 号：把稀盐酸与 MnO₂ 共热，稀盐酸不与 MnO₂ 反应，制不出氯气；2 号：用 NaHCO₃ 饱和溶液除 HCl，HCl 与 NaHCO₃ 反应生成 CO₂，既引入新杂质又消耗 Cl₂，应用饱和食盐水；(2) 不可行。HCl + HCO₃⁻ = H₂O + CO₂↑，同时 Cl₂ + H₂O ⇌ HCl + HClO 生成 HCl 又会继续与 HCO₃⁻ 反应，结果是既消耗 Cl₂ 又混入 CO₂；应改用饱和食盐水。(3) 吸收多余 Cl₂，防止污染空气：Cl₂ + 2OH⁻ = Cl⁻ + ClO⁻ + H₂O。
7. (1) MnO₂ + 4H⁺ + 2Cl⁻ △= Mn²⁺ + Cl₂↑ + 2H₂O。(2) 一定混有 HCl（还有水蒸气）；应依次通过盛饱和食盐水、浓硫酸的洗气瓶。(3) 错误：碱石灰干燥管装在发生装置与收集装置之间，而碱石灰能与 Cl₂ 反应（Cl₂ + 2OH⁻ = Cl⁻ + ClO⁻ + H₂O），氯气在进入收集装置前就被吸掉了，收集不到气体。改进：把碱石灰干燥管移到收集装置之后作尾气吸收装置；若要收集干燥纯净的氯气，应按图甲的路径先经饱和食盐水除 HCl、再经浓硫酸干燥，然后再收集。
8. C。
