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【创新设计】2014-2015学年高中化学 2-3-1 利用化学反应制备物质课件 鲁科版必修2


第三节

化学反应的利用

1.列表比较实验室制取 CO2和NH 3所用到的药 药品的状 反应 药品 主要仪器 品及其状态、反应条件和发生装置中的主要 态 条件 仪器? 制 盐酸和大 液态和固 圆底烧瓶、 提示 常温 取 理石 态 长颈漏斗 CO2

2.如何根据气体的性质选择收集方法? 提示 根据气体与空气密度的相对

大小可选 择向上排空气法或者向下排空气法收集;根 据气体是否溶于水可选择排水法或者排空气 法收集。

3.化学反应中能量变化的实质是什么? 提示 化学反应中的能量变化取决于旧化学 键的断裂所吸收能量与形成新化学键所释放 的能量的相对大小。若形成新化学键所释放 的能量大于旧化学键的断裂所吸收的能量, 则该反应释放能量;若形成新化学键所释放 的能量小于旧化学键的断裂所吸收的能量, 则该反应吸收能量。

1.掌握实验室制备氯气的原理和尾气处理方 法。 2.了解其他气体制备装置及收集方法。 3.了解原电池的工作原理。

第1课时 利用化学反应制备物质
笃学一 化学物质的制备 ,

人们可以通过电解饱和食盐水制备 氢氧化钠 、 氯气 和 氢气 盐酸 以氯气和氢气为原料合成 等。利用 与 氯气

熟石灰 反应制造漂白粉??人们可以利用化学反应制备所

需的物质,这对人类的生产活动和日常生活有着十分重要的
意义。 新的物质的制备应根据物质的性质,选择科学合理的实验原 理,合适的仪器和药品;根据实验的特点,设计安全可靠的 实验装置。

笃学二

利用化学反应制备氯气

1.氯气的实验室制法 (1)制备的原理 在实验室中,氯气可以用 浓盐酸 与二氧化锰 的反应来 △ MnO + 4HCl( 浓 )===== 2 制取。反应的化学方程式为

MnCl2+Cl2↑+2H2O

,反应的离子方程式为 △ Mn2++Cl ↑+2H O MnO2+4H++2Cl-===== 。 2 2

MnO2 ,还原剂是 HCl 。 反应中的氧化剂是_______
盐酸必须是浓盐酸 ,反应中盐酸显示了酸性 和还原性 ; 反应必须在 加热 的条件下进行。

(2)制备装置

气体发生

净化

实验室制取氯气的装置包括: 干燥 除杂 收集 尾气处理 装置→ 装置(包括 装置和 装 置)→ 装置→ 装置四部分。

△ 气体 固体+液体――→ 铁架台 (3)气体发生装置

分液漏斗

圆底烧瓶

石棉网 酒精灯 导管 可根据原料的状态、反应条件选择气体发生 装置为:“ ”型反 应装置。气体发生装置中的各仪器名称为 (带铁夹)、 、 、 、 、 。

(4)净化方法 挥发性 由于浓盐酸具有 ,则氯气中会混 饱和食盐水 有HCl和H2O蒸气等杂质,除去氯气中的 浓硫酸 HCl可用盛 洗气瓶洗气,除 去氯气中的H2O蒸气可用盛 洗气瓶 洗气,即可得到纯净的氯气。 (5)收集方法 不 大 由于氯气的密度比空气的密度 且 向上排空气 与空气反应,所以可以用 法收 不大 排饱和食盐水 集;又由于氯气在饱和食盐水中的溶解 度 ,所以氯气也可以用 法收集。

(6)验满方法 黄绿色气体充满集气瓶 因氯气是黄绿色气体,若观察 到 ,则证明已收 湿润 淀粉-KI试纸 集满氯气。 变蓝 可将贴在玻璃棒一端的 的 靠近集气瓶口,若试纸 ,则证明已 收集满氯气。 NaOH溶液 (7)尾气处理 Cl2+2NaOH===NaClO+NaCl+H2O 由于氯气有毒,结合氯气的性质,可用 吸收多余氯气,以防止造成污染。反应的 化学方程式为 。

(8)其他制备方法 2KMnO4+16HCl(浓) ===2MnCl2+2KCl+5Cl2↑+8H2O KClO3+6HCl(浓)===KCl+3Cl2↑+3H2O △ Na SO + MnSO + Cl ↑+ 2NaCl + 2H2SO4 + MnO2 ===== 2 4 4 2 2H2O

通电 2NaOH+H ↑+Cl ↑ 2NaCl+2H2O===== 2 2

H2O

NaCl

2.氯气的工业制法 -1价的氯被氧化为氯气单质 化学方程式为 。 反应中的氧化剂是 ,还原剂 是 。 Cl2的实验室制法和工业制法中都 是 。

【慎思1】 舍勒用盐酸和软锰矿矿石混合在一起加热制 取氯气的方法,实验室中至今仍在使用。在 实验室没有MnO2的情况下,可用什么物质代 替? 提示 KMnO4、KClO3等。

【慎思2】 在MnO2与浓盐酸反应制取氯气的 反应中浓盐酸的作用是什么? 提示 还原性、酸性。 【慎思3】 氢气在氯气中燃烧及氢气和氯气 混合光照的反应都能生成HCl。工业上制盐 酸通常用上述哪个方法合成HCl? 提示 工业上制盐酸通常用点燃H2在Cl2中 燃烧的方法合成HCl。

【慎思4】 怎样检查装置的气密性? 提示

(1)加热法:是将装置的导管口的一端浸没 于水中,再用双手握住容器(试管可用一只 手握住,如上图所示,有时还可稍微加热), 若在导管口有气泡冒出,手掌离开后,管 端又形成一段高于水面的水柱,则证明连 接装置不漏气。

(2)液面下降法:有长颈漏斗插入液面内(如 启普发生器)的气体发生装置可用紧闭导气 管出口,从漏斗中加水,观察液面稳定后 是否下降的方法检查气密性,若水面下降, 则表示漏气,若水面不下降,表示不漏气。

【慎思5】 氯气的实验室制法与工业制法的 区别是什么? 提示 实验室制法主要考虑快速、便捷, 不考虑成本,工业制法考虑的是成本、经 济和总量及效率。

要点一 |Cl2的实验室制备
1.药品选择 制备 Cl2 时所用的盐酸必须为浓盐酸,因为稀盐酸与 MnO2 不反应。 2.仪器装置 △ 气,Cl 的制备、净化装置如下图所示: 固+液――→ 2

说明:C装置的作用是除去Cl2中的HCl;D装 置的作用是干 燥Cl2;F装置的作用是吸收多余的Cl2。

3.收集方法 (1)向上排空气法(Cl2的密度大于空气且不 与空气反应)。 (2)排饱和食盐水法(Cl2在饱和NaCl溶液中 的溶解度很小)。 4.净化装置 用饱和食盐水洗气除去HCl,再用浓硫酸干 燥。 5.尾气处理 Cl2有毒,易污染空气,需用NaOH溶液吸 收。

【例1】某校化学实验兴趣小组探究实验室中 制备Cl2的过程,为证明实验过程中有水蒸 气生成,同时证明Cl2的某些性质,甲同学 设计了如下图所示的实验装置,按要求回 答问题。

(1)若用含有0.2 mol HCl的浓盐酸与足量的 MnO2反应制备Cl2,制得的Cl2体积(标准状 况下)总是小于1.12 L的原因是 __________________________________ ___________。 (2)①装置B中盛放的试剂名称为________, 作用是 __________________________________ ______________, 现象是 __________________________________ ____。

解析 只有浓盐酸才能被MnO2氧化生成Cl2, 反应一段时间 后,浓盐酸浓度变小,将不再与MnO2反应。 本实验选用无 水硫酸铜检验Cl2中水蒸气的存在。 答案 (1)浓盐酸的浓度随着反应的进行逐渐 变稀,变稀以后 将不再与MnO2反应;加热时浓盐酸因挥发而 损失 (2)①无水硫酸铜 证明有水蒸气产生 白色 固体变蓝

一套气体综合实验的装置通常设计如下:
由方程式设计反应原理 ―→ 制备气体 ―→ 净化 ―→ 干燥 ―→ 收集气体、进行反应 ―→ 尾气处理

【体验1】实验室用二氧化锰和浓盐酸来制取 氯气,主要操作有:①将烧瓶固定在铁架 台上;②把酒精灯放在铁架台上,根据酒 精灯确定铁圈高度,固定铁圈并放好石棉 网;③用药匙向烧瓶中加二氧化锰,再向 分液漏斗中加入浓盐酸,并将导气管放入 集气瓶中;④检查装置的气密性; ⑤在烧瓶上装好分液漏斗,连接好导气管。 则最合理的实验操作顺序是 ( )。 A.②③④①⑤ B.②①④③ ⑤

解析 实验室组装仪器时,要遵循“从下往上, 从左到右” 的原则,组装完成后,要先检查装置气密性完 好后再加入试 剂。 答案 C

要点二 |常见气体的制备

1.常见气体发生装置 根据反应原理、反应物状态和反应所需条 件等因素来选择合适反应装置。装置基本 类型: 装
置 固体反应 类 物(加热) 型 装 置 示 意 固液反应物 (不加热) 固液反应物 (加热)

2.净化与干燥装置 (1)根据净化药品的状态及条件等选择合适 的干燥装置。常见的净化装置基本类型: 装置 类型 适用 范围 装置 示意 液体除杂 剂(不加 热) 不溶于水 (液)的气 体 固体除杂剂 固体除杂 (不加热) 剂(加热) 加热条件 常温下不与 下不与除 除杂剂反应 杂剂反应

(2)气体的净化剂的选择 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 水分可用干燥剂来吸收;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。

(3)常用的气体干燥剂 按酸碱性可分为三类: ①酸性干燥剂,如浓硫酸、五氧化二磷、硅 胶。酸性干燥剂 能够干燥显酸性或中性的气体,如CO2、SO2、 NO2、HCl、 H2、Cl2、O2等气体。 ②碱性干燥剂,如生石灰、碱石灰、固体 NaOH。碱性干燥 剂用来干燥显碱性或中性的气体,如NH3、 H2、O2等气体。

3.常见气体收集装置 根据所收集气体的溶解性和密度等因素选 择合适的收集装置。装置基本类型: 排水(液) 装置类型 集气法 装置示意 图 不溶于水 密度大于 密度小于 适用范围 (液)的气 空气的气 空气的气 体 体 体 Cl 、HCl、 向上排空 向下排空 气集气法 气集气法

4.尾气吸收装置 有毒、污染环境的气体应在最后安装尾气 吸收装置。实验室常用的尾气吸收装置: 装置类 型 装置示 意图 适用范 围 有毒可 燃气体 燃烧法 吸收法 收集法

有毒气体 有毒气体

【例2】某化学兴趣小组为探究SO2的性质,按 下图所示装置进行实验。

请回答下列问题: (1)装置A中盛放亚硫酸钠的仪器名称是 __________,其中发 生反应的化学方程式为 __________________________; (2)实验过程中,装置B、C中发生的现象分别 是 __________、__________,这些现象分别 说明SO2具有的性 质是__________和__________;装置B中发 生反应的离子方 程式为__________;

解析 (1)装置A中盛放亚硫酸钠的仪器带有 支管,所以是蒸 馏烧瓶。(2)由于酸性的KMnO4具有强氧化性, SO2具有一定 的还原性,二者发生氧化还原反应,使 KMnO4紫红色退 去;S2-具有很强的还原性,SO2具有一定的 氧化性,二者也 可发生氧化还原反应生成S单质沉淀,使无色 溶液中出现黄 色浑浊。(3)SO2与品红相互作用生成不稳定 的无色物质使品

答案

(1) 蒸馏烧瓶

Na2SO3 + H2SO4( 浓 )===Na2SO4 + 无色溶液中出


SO2↑+H2O 现黄色浑浊

(2)溶液由紫红色变为无色 还原性 氧化性

5SO2 + 2MnO 4 +

- + 2H2O===2Mn2++5SO2 + 4H 4

(3)品红溶液退色后,关

闭分液漏斗的旋塞,点燃酒精灯加热,溶液恢复为红色 (4)NaOH

其他几种常见物质的制取

化学方程式 Zn+H2SO4===ZnSO4+ 氢气 H2↑(实验室) CaCO3+2HCl===CaCl3+H2O 二氧化碳 +CO2↑(实验室)

物质

物质 生铁(以赤铁矿 为原料)

化学方程式 高温 Fe2O3+3CO=====2Fe+3CO2(工业)

点燃 V2O5 硫酸(以硫磺为 S+O2=====SO2,2SO2+O2? ? ? ? 2SO3, △ 原料) SO3+H2O===H2SO4(工业)

物质

化学方程式 △ 2NH4Cl + Ca(OH)2 ===== CaCl2 + 2NH3↑ +



2H2O(实验室) 高温、高压 N2+3H2 ? ? ? ? 2NH3(工业) 催化剂

Pt 硝酸(以氨 4NH3 + 5O2 ===== 4NO + 6H2O,2NO + △ 为原料) O2===2NO2,3NO2+H2O===2HNO3+NO(工业)

【体验2】下图是中学化学中常用玻璃仪器组 成的实验装置图(根据需要可在其中加入液 体或固体)。

请回答下列问题: (1)能用作干燥氨气的装置有________(填字母 序号,下同)。 (2)能用于收集氯气的装置有________。 (3)在氯气和铁反应实验中,能添加在收集氯气 和反应装置之 间以除去氯气中氯化氢等杂质气体的装置有 ________。

规律探究十一 防止倒吸的尾气处理装置 【知识支持】 实验原理 防止倒吸问题。在某些实验中,由于吸收 液的倒吸,会对实验产生不良的影响,如 玻璃仪器的炸裂,反应试剂的污染等,因 此,在有关实验中必须采取一定的措施防 止吸收液的倒吸。防止倒吸一般采用下列 措施:

(1)切断装置 将有可能产生液体倒吸的密闭装置系统切断, 以防止液体倒 吸,如实验室中制取氧气、甲烷时,通常用 排水法收集气 体,当实验结束时,必须先从水槽中将导管 拿出来,然后熄 灭酒精灯。

(2)设置防护装置 ①倒立漏斗式 这种装置可以增大气体与吸收液的接触面积, 有利于吸收液 对气体的吸收。当易溶性气体被吸收液吸收 时,导管内压强 减小,吸收液上升到漏斗中,由于漏斗容积 较大,导致烧杯 中液面下降,使漏斗口脱离液面,漏斗中的 吸收液受自身重 力的作用又流回烧瓶内,从而防止吸收液的 倒吸。所以除了

②肚容式 当易溶于吸收液的气体由干燥管末端进入吸 收液被吸收后, 导气管内压强减小,使吸收液倒吸进入干燥 管的吸收液本身 质量大于干燥管内外压强差,吸收液受自身 重量的作用又流 回烧杯内,从而防止吸收液的倒吸。这种装 置与倒置漏斗很 类似(如下图乙所示)。 ③蓄液式

④此外,还有如图丁和戊类的防倒吸的装置。 图丁所示的为 易溶于水而不溶于CCl4的尾气的吸收;图戊 所示的为溶于水 而密度大的尾气的吸收。

【问题探究】 制备CaCO3可采用向CaCl2溶液中通入足量 NH3然后再通入适量的CO2气体的方法。若实 验过程中有氨气逸出,可选用下列回收装置 中的 ( )。

解析 CaCl2溶液不能与CO2反应,加入碱能反 应,但又不 能引入杂质,应通入NH3;氨气极易溶于水, 要注意防倒 吸,A装置广口瓶内的进气管长,容易倒吸,B 装置中的倒 置漏斗可以防倒吸,C装置中的倒置漏斗、D中 的多孔球泡


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