课本为什么选二氧化锰与浓盐酸加热制氯气,而不是盐酸与次氯酸盐制氯气?明明觉得后者方便、成本低?

课本为什么选二氧化锰与浓盐酸加热制氯气,而不是盐酸与次氯酸盐制氯气?明明觉得后者方便、成本低?

实验室中,实用的制备氯气方法,一般来说有3种:

1、最古老的方法,即舍勒发现氯气时的方法,用食盐(NaCl)、二氧化锰(可用天然的软锰矿,中药“无名异”即软锰矿,主要成分就是MnO2)和较浓的硫酸(一般60%以上)共热,总反应可写作:

也可写作:

这一方法的优点是原料可完全来自天然产物,食盐来源不用多说,天然的软锰矿也不难得到,硫酸在炼金术时代即可用干馏天然绿矾(七水合硫酸亚铁)的方法制得,当时俗称“矾油”或者“绿矾油”。

2、二氧化锰与较浓的盐酸(市售37%浓盐酸,约12mol/L)共热,此方法与上一方法没有本质区别,属于古老方法的改进,反应众所周知:

3、将较浓的盐酸(用2:1的盐酸,即约8mol/L即可,尽量不要用37%浓盐酸)慢慢滴加到固体高锰酸钾上(一次用量不宜超过10g),注意不要让反应过于剧烈,主要反应是:

此方法制取氯气无需加热,反应速率快,但盐酸不要过浓,更切勿滴加过快,反应过于剧烈有一定的危险性,原因后续有解释。

某些资料介绍的其它制取氯气方法,不是完全不能用,而是容易带来安全隐患,例如,经常有资料介绍用固体氯酸钾(KClO3)与浓盐酸反应制取氯气,并将反应写成:

实际上,氯酸钾(或者氯酸钠)与浓盐酸的反应,是多个反应并行进行的,大多数情况下,主反应并不是上述反应,而是:

二氧化氯(ClO2)为绿黄色气体,颜色比黄绿色的Cl2要深,ClO2混在生成的Cl2中,看起来生成的“氯气”好像“颜色深、浓度高”,但ClO2浓度过高极易分解自爆:

因此该方法有相当大的危险性,实验室中切勿使用。如果将氯酸钾改为氯酸钠,该方法可作为一种工业生产二氧化氯消毒剂的方法,但也必须注意安全操作,例如采用负压操作的方法,降低ClO2分压,防止ClO2自爆。

再例如,漂白粉或者漂粉精(主要成分都是次氯酸钙)与浓盐酸的反应是可以制备Cl2的,但如果直接使用市售漂白粉,由于漂白粉是粉末状,遇到浓盐酸后反应剧烈:

除了反应容易失控,也可能发生一系列副反应:

一氧化二氯(Cl2O)是次氯酸的酸酐,为红黄色气体,浓度过高时,如同ClO2一样容易发生分解自爆:

因此这种方法同样不安全,如果一定要使用,盐酸不宜过浓,2:1盐酸,约8mol/L已足够,不要使用市售37%浓盐酸,可在市售漂白粉中加入约1/4质量的熟石膏粉(半水硫酸钙,2CaSO4·H2O或者CaSO4·0.5H2O)混匀,再加少量水混匀,制成小块,待其凝固(半水硫酸钙与水反应重新生成二水硫酸钙,即生石膏)后再使用,这种方法相当于将市售漂白粉制成“缓释剂型”,可以防止粉末状漂白粉与盐酸接触后反应过于剧烈。

用二氧化锰作为氧化剂制备氯气,最大优点就是反应缓和,而且二氧化锰氧化性不是太强,一般不会生成高价氯氧化物,例如Cl2O、ClO2、Cl2O7等,这些高价氯氧化物多数都是易爆的,避免了氯氧化物的生成,能明显降低实验风险。

使用固体高锰酸钾与浓盐酸反应制备氯气,如果盐酸过浓,滴加过快,反应过于剧烈,也有生成易爆氯氧化物Cl2O7的可能,因此实验操作也需要谨慎,固体高锰酸钾的用量一次不宜超过10g,一般情况用5g就可以了,切不要让反应过于剧烈。