化学自习室移动版

1.实验室制取氯气时，氧化剂为什么选用需要加热的MnO₂而非不需要加热的KMnO₄、K₂Cr₂O₇等？

实验室里用到少量氯气时，一般采用氧化浓盐酸的方法制备。常用氧化剂有KMnO₄、K₂Cr₂O₇、MnO₂(需加热)、漂白粉(有效成分次氯酸钙)。反应如下：

2KMnO₄＋16HCl = 2KCl ＋ 2MnCl₂＋8H₂O ＋ 5Cl₂↑；

K₂Cr₂O₇＋14HCl = 2KCl ＋ 2CrCl₃＋7H₂O ＋ 3Cl₂↑；

MnO₂＋4HCl(浓) MnCl₂＋2H₂O ＋ Cl₂↑；

Ca(ClO)₂＋4HCl = CaCl₂＋2H₂O＋2Cl₂↑。

上述所列氧化剂中，只有MnO₂可以从自然界直接获得，它是软锰矿的主要成分，用MnO₂氧化法制氯气也是当年化学家舍勒最初发现氯气的实验方法，故至今一般还是沿用这一方法制取氯气。

强氧化剂氯酸钾也能与浓盐酸反应产生氯气：KClO₃＋6HCl = KCl ＋ 3H₂O ＋ 3Cl₂↑

后来的研究发现，该反应过程中可能产生副产物ClO₂，它也是强氧化性的气体，会对氯气的化学性质形成干扰。

2KClO₃＋4HCl =2KCl＋ 2H₂O ＋ Cl₂↑＋ 2ClO₂↑

2.既然制取氯气的本质是氧化Cl^－，还原剂为什么选用浓盐酸而不选用便宜的NaCl？

这跟氧化还原反应发生的条件有密切关系。氧化和还原虽然同时发生，但这两个过程却是分开的“半反应”。

氧化过程似乎很简单：2Cl^－－2e^-= Cl₂↑，但还原过程就比较复杂了。

比如MnO₂，它的＋4价锰得电子变为Mn^2＋后，两个－2价氧变成什么？

它会跟溶液里的H^＋结合变为OH^－或H₂O：

MnO₂＋2e^-＋ 4H^＋= Mn^2＋＋ 2H₂O

显然，从还原反应的方程式看，溶液中H^＋浓度越大(溶液的酸性越强)，则反应越容易发生，MnO₄^－、Cr₂O₇^2－等氧化剂也发生类似的过程，有兴趣的同学可以独立深入研究一下。

换句话说，是因为MnO₂、MnO₄^－、Cr₂O₇^2－等氧化剂在酸性条件下氧化性比在中性条件要强得多，氧化过程更容易发生且反应更快。

具体可通过氧化剂、还原剂的电极电势计算进行判断，由于涉及的知识比较复杂，这里就不详细介绍了。

3.为什么用水(或饱和食盐水)除去氯气中的HCl？排饱和食盐水法收集氯气的原理何在？

氧化浓盐酸制取氯气时，浓盐酸会挥发产生HCl、H₂O等杂质。

除去H₂O比较容易，使用酸性干燥剂(如浓硫酸)即可。

除去HCl就难了，因为几乎一切能跟HCl发生反应的物质，都可以跟Cl₂发生反应。

无奈之下，人们根据Cl₂和HCl在水中溶解度差异较大这一事实，设计了用少量水(或饱和食盐水)洗涤气体的方法除去HCl，虽然Cl₂也会有所溶解，但毕竟其溶解度小，溶解的量有限。

排空气法很难收集到纯净、不含有空气的氯气。有时为了需要，也可采用排饱和食盐水的方法收集氯气。

之所以采用饱和食盐水，是因为与水相比，氯气在饱和食盐水里的溶解度比在纯水里要小一些，食盐水降低氯气溶解度，与化学平衡原理有关：

Cl₂＋H₂OH^＋＋Cl^－＋HClO

食盐水中有较大浓度的Cl^－，可抑制上述反应的发生，跟水反应的Cl₂的量减少，Cl₂的溶解度自然随之减小。

4.洗气瓶能够除尽杂质气体吗？

要回答这个问题，首先要分析清楚气体洗涤的原理。

以用浓硫酸洗涤Cl₂(含有H₂O蒸气杂质)为例，图示如下：

图中大球表示一个气泡，其中的小白球表示氯气分子，黑球表示杂质水分子。

硫酸对水分子的作用并不像磁铁吸引铁屑一样，距离较远即会吸引过去。

所有气体分子(Cl₂和H₂O)在球内做无规则热运动，只有当水分子运动到气泡的边缘直接接触到硫酸时，才可能跟硫酸分子发生作用被硫酸分子“捕捉”到，而从气泡内除去。

这样，气泡在浓硫酸中上升的过程中，运动到气泡边缘的H₂O即被硫酸吸收，随着气泡的上升，其中H₂O蒸气的浓度逐渐减小，最终H₂O的浓度降低到很低的比例，大部分被除去。

而始终未到过气泡边缘的H₂O是不可能被除去的。

通过以上分析可知，洗气法除去杂质的操作都是不可能100%地除掉所有杂质的，只要把杂质的比例降低到一定程度，我们就可以说杂质被除尽了。

基于上述原理，要想尽可能地运用洗气法除去杂质气体，一是增加洗涤液用量，使气泡在其中停留时间尽可能长；二是使气泡尽可能小(比如使用细的导管)，这样可以缩短杂质分子运动到气泡边缘的距离，增加杂质分子跟洗涤液接触的机会。

由于洗气法不能保证完全除去所有杂质气体分子，所以很多时候要在洗气瓶后增加装置，以检验(确认)杂质气体是否已经被除尽。