第1課時氯氣的生產(chǎn)原理學(xué)習(xí)目標定位1.知道海水中的豐富資源和氯化鈉作為重要工業(yè)原料的主要用途。2.初步認識工業(yè)上電解飽和食鹽水制取氯氣的反應(yīng)原理。3.學(xué)會實驗室制取氯氣的方法。一、氯氣的工業(yè)制法1實驗過程右圖為電解飽和食鹽水的裝置圖：按右圖所示裝置進行實驗。(1)接通電源，觀察食鹽水發(fā)生的變化。通電一段時間后，將小試管套在a管上，收集U形管左端產(chǎn)生的氣體。2 min后，提起小試管，并迅速用拇指堵住試管口，移近點燃的酒精燈，松開拇指，檢驗收集到的氣體。(2)取一支小試管，用向上排空氣法收集從b管導(dǎo)出的氣體，觀察收集到的氣體的顏色。(3)關(guān)閉電源，打開U形管左端的橡皮塞，向溶液中滴加12滴酚酞溶液，觀察溶液的顏色。2實驗分析實驗現(xiàn)象結(jié)論(1)出現(xiàn)爆鳴聲a管中氣體為氫氣(2)產(chǎn)生黃綠色的氣體b管中氣體為氯氣(3)鐵棒端溶液變紅石墨棒端溶液不變色U形管左端溶液顯堿性U形管右端溶液不顯堿性3.實驗結(jié)論根據(jù)實驗推斷電解飽和食鹽水的產(chǎn)物是H2、Cl2、NaOH溶液。工業(yè)制取氯氣的反應(yīng)原理(1)工業(yè)制取氯氣的反應(yīng)原理：2NaCl2H2O2NaOHCl2H2。(2)氯堿工業(yè)：以電解飽和食鹽水為基礎(chǔ)制取Cl2等產(chǎn)品的工業(yè)。提醒工業(yè)上電解熔融的NaCl或MgCl2獲取Na和Mg，同時得到副產(chǎn)物Cl2。化學(xué)方程式為2NaCl(熔融)2NaCl2，MgCl2(熔融)MgCl2。【例1】某實驗興趣小組利用如下圖所示裝置進行電解飽和食鹽水并檢驗其生成物的實驗，當(dāng)圖中開關(guān)K閉合片刻后，請回答下列問題：(1)電解飽和食鹽水的化學(xué)方程式為_。(2)a為電源的_(填“正”或“負”)極；D中收集的氣體是_。(3)C試管盛放_溶液。溶液中A電極附近的現(xiàn)象為_，_。答案(1)2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2(2)負氫氣(或H2)(3)淀粉碘化鉀(或淀粉碘化鈉等其他合理答案均可)有氣泡產(chǎn)生溶液由無色變?yōu)榧t色解析電解飽和食鹽水產(chǎn)生NaOH、H2和Cl2，H2的密度比空氣小，只能用向下排空氣法收集，所以D中收集的氣體是H2，而H2在與直流電源的負極相連的電極上產(chǎn)生，所以a為電源的負極，A極上除了有氫氣產(chǎn)生外，溶液中還產(chǎn)生NaOH，所以遇酚酞溶液變紅。b為電源的正極，B極上產(chǎn)生氯氣，可以用淀粉碘化鉀溶液檢驗。易錯提醒在氯堿工業(yè)中，必須通電才能實現(xiàn)生成H2、Cl2和NaOH，所以在書寫方程式時一定要注明反應(yīng)條件。H2在陰極(與電源負極相連的一極)上產(chǎn)生，Cl2在陽極(與電源正極相連的一極)上產(chǎn)生。二、氯氣的實驗室制法實驗室制取氯氣的裝置如下圖所示：(1)反應(yīng)原理：_(用化學(xué)方程式表示)。(2)實驗裝置：氣體制備型化學(xué)實驗裝置的設(shè)計，要將化學(xué)反應(yīng)原理、氣體凈化、收集和尾氣處理等結(jié)合起來。填寫裝置中試劑名稱：C：_，D：_，F(xiàn)：_。其中C的作用是除去Cl2中的_(填化學(xué)式，下同)；D的作用是除去Cl2中的_。該裝置中收集Cl2使用的是_法。還可用排_的方法，原因是_。其中F的作用是_。檢驗Cl2是否收集滿可用_放在集氣瓶口，若試紙_，則證明已集滿。答案(1)4HCl(濃)MnO2MnCl22H2OCl2(2)飽和食鹽水濃硫酸氫氧化鈉溶液HClH2O向上排空氣飽和食鹽水Cl2在飽和食鹽水中的溶解度比較小吸收尾氣Cl2，防止污染空氣濕潤的淀粉碘化鉀試紙變藍1制氣裝置制取氣體的一般流程：氣體發(fā)生裝置氣體凈化裝置(除雜、干燥)氣體收集裝置尾氣處理裝置。(1)發(fā)生裝置：固體液體氣體。(2)凈化裝置：上圖中C、D裝置為洗氣瓶，組裝原則“長進短出”，除雜在前，干燥在后。2試劑的選擇選取試劑的主要依據(jù)是制取氣體的性質(zhì)。氯氣具有強氧化性，常用氧化Cl的方法來制取，因此要選用含有Cl的物質(zhì)(如鹽酸)和具有強氧化性的物質(zhì)(如MnO2、KMnO4等)來制取。如MnO24HCl(濃),MnCl2Cl22H2O2KMnO416HCl=2KCl2MnCl25Cl28H2O3收集方法(1)向上排空氣法(Cl2密度大于空氣)。(2)排飽和食鹽水法(Cl2在飽和NaCl溶液中的溶解度很小，且用此法可除去實驗過程中揮發(fā)產(chǎn)生的HCl氣體)。4干燥劑的選擇選擇氣體干燥劑的主要依據(jù)是被干燥氣體不能與干燥劑反應(yīng)。如氯氣能與堿反應(yīng)，所以不能用堿石灰進行干燥，常用濃硫酸、五氧化二磷等進行干燥。5驗滿方法(1)將濕潤的淀粉碘化鉀試紙靠近盛Cl2的瓶口，觀察到試紙立即變藍，則證明已集滿。(2)將濕潤的藍色石蕊試紙靠近盛 Cl2的瓶口，觀察到試紙立即發(fā)生先變紅后褪色的變化，則證明已集滿。6尾氣處理Cl2有毒，易污染空氣，需用NaOH溶液吸收?！纠?】(1)實驗室制取Cl2時，下列操作不正確的是_(填序號)。裝置可用于制取少量Cl2用裝置除去Cl2中的少量HCl用裝置制取Cl2用裝置干燥Cl2(2)實驗室制取干燥、純凈的氯氣，除了二氧化錳、濃鹽酸外還需要_、_、_。(3)已知KMnO4與濃鹽酸在常溫下反應(yīng)能產(chǎn)生Cl2。若用如下圖所示的實驗裝置來制備純凈、干燥的氯氣及驗證它與金屬的反應(yīng)。每個虛線框表示一個單元裝置，其中有錯誤的是_(填字母)。答案(1)(2)飽和食鹽水濃H2SO4NaOH溶液(3)BD解析(1)實驗室制取Cl2用濃鹽酸和MnO2反應(yīng)，而不用稀鹽酸；除去Cl2中的HCl氣體用飽和食鹽水，NaHCO3溶液與HCl反應(yīng)并放出CO2氣體，氣體應(yīng)“長進短出”；MnO2與濃鹽酸需在加熱條件下反應(yīng)；干燥Cl2使用濃H2SO4洗氣瓶，應(yīng)“長進短出”。(2)制取純凈Cl2還需飽和食鹽水除去HCl氣體，濃H2SO4干燥Cl2，NaOH溶液除去多余的Cl2。(3)B處NaOH溶液與Cl2能反應(yīng)；D處試管缺少出氣導(dǎo)管且應(yīng)將導(dǎo)管末端通入NaOH溶液中。思維啟迪1實驗室制備Cl2注意事項(1)必須用濃鹽酸，MnO2與稀鹽酸不反應(yīng)。(2)為了減少制得的Cl2中HCl的含量，所以加熱溫度不宜過高，減少HCl的揮發(fā)。(3)實驗結(jié)束后，先使反應(yīng)停止并排出裝置中殘留的Cl2，再拆卸裝置，避免污染空氣。(4)尾氣吸收時，不能用澄清石灰水吸收Cl2，因為溶液中Ca(OH)2濃度小，吸收不完全。2MnO2與濃鹽酸反應(yīng)特點(1)濃鹽酸中，部分Cl的化合價升高，4 mol HCl參加反應(yīng)，被氧化的Cl為2 mol。(2)隨著反應(yīng)的進行，鹽酸濃度變小，故MnO2足量時，鹽酸不能完全反應(yīng)，反應(yīng)后溶液為鹽酸和MnCl2混合液。1下列關(guān)于電解飽和食鹽水過程的說法正確的是()A電解飽和食鹽水的工廠要首先將食鹽進行除雜B與電源正極相連的電極區(qū)有NaOH生成C與電源負極相連的電極上有氯氣生成D電解飽和食鹽水的過程中Na濃度減小答案A解析根據(jù)電解飽和食鹽水的裝置可知，與電源正極相連的電極區(qū)產(chǎn)生Cl2，而與電源負極相連的電極區(qū)產(chǎn)生H2和NaOH，故B、C均不正確；因為Na沒有參與反應(yīng)，其物質(zhì)的量不變，但電解過程中消耗了水，溶液體積減小，Na濃度增大，故D不正確。2工業(yè)上電解飽和食鹽水制Cl2和實驗室用MnO2與濃鹽酸反應(yīng)制Cl2相同的原理是()A都是將負價的氯轉(zhuǎn)變?yōu)榱銉r的氯B都是將正價的氯轉(zhuǎn)變?yōu)榱銉r的氯C都是復(fù)分解反應(yīng)D都是置換反應(yīng)答案A3欲除去Cl2中的少量HCl氣體，可選用()ANaOH溶液 B飽和食鹽水C濃硫酸 D石灰水答案B解析利用了HCl極易溶于水，而Cl2在飽和食鹽水中溶解度很小的原理。4實驗室制取下列各組氣體，所用氣體發(fā)生裝置相同的是()A金屬鋅與硫酸反應(yīng)制取H2、大理石與稀鹽酸反應(yīng)制取CO2B金屬鋅與硫酸反應(yīng)制取H2、氯酸鉀和二氧化錳混合加熱制取O2C二氧化錳和濃鹽酸混合加熱制取Cl2、大理石與稀鹽酸反應(yīng)制取CO2D二氧化錳和濃鹽酸混合加熱制取Cl2、金屬鋅與硫酸反應(yīng)制取H2答案A解析據(jù)反應(yīng)原理選取相應(yīng)的裝置，二氧化錳和濃鹽酸制氯氣、氯酸鉀與二氧化錳混合制氧氣，均需要加熱；A選項中制取H2和CO2的反應(yīng)均不需要加熱。5某化學(xué)興趣小組利用MnO2和濃HCl及如圖裝置制備Cl2。下列分析中不正確的是()A中可用分液漏斗代替長頸漏斗B中缺少加熱裝置C中盛放的NaOH溶液可以凈化Cl2D中的導(dǎo)管口若連接倒置漏斗可防止倒吸答案C解析本題考查Cl2的制備，旨在考查學(xué)生的實驗分析與設(shè)計能力。氯氣中混有氯化氫氣體，應(yīng)該用飽和食鹽水除去氯化氫，氯化氫和氯氣均能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，故B中不能盛放氫氧化鈉溶液。6下圖表示在沒有通風(fēng)櫥時制取純凈的氯氣設(shè)計的裝置圖，圖中A、B是可控制的彈簧鐵夾。(1)燒杯中盛放的液體是_，其作用是_，水槽中盛放的液體是_。(2)簡述操作過程：(從氯氣已經(jīng)產(chǎn)生開始)在收集氯氣之前，應(yīng)_；當(dāng)氯氣純度合乎要求時，應(yīng)_；當(dāng)氯氣收集完畢時，應(yīng)_。(3)將8.7 g MnO2與含HCl 14.6 g的濃鹽酸共熱制Cl2，甲同學(xué)認為可制得Cl2 7.1 g，乙同學(xué)認為制得Cl2的質(zhì)量小于7.1 g，你認為_(填“甲”或“乙”)同學(xué)正確，原因是_。答案(1)NaOH溶液吸收多余的Cl2飽和食鹽水(2)打開B夾，關(guān)閉A夾打開A夾，關(guān)閉B夾關(guān)閉A夾，打開B夾(3)乙濃鹽酸易揮發(fā)；隨著反應(yīng)進行，濃鹽酸濃度會降低，稀鹽酸將不再反應(yīng)解析用飽和食鹽水可洗去Cl2中混有的HCl，又使Cl2損失較少，故可用排飽和食鹽水法收集Cl2。處理制Cl2的尾氣最好的試劑是強堿溶液。由于濃鹽酸會揮發(fā)，稀鹽酸不能反應(yīng)，故用濃鹽酸制Cl2時HCl不能完全反應(yīng)。對點訓(xùn)練題組一Cl2的工業(yè)制法1許多國家十分重視海水資源的綜合利用，不需要化學(xué)變化就能夠從海水中獲得的物質(zhì)是()A氯、溴、碘 B鈉、鎂、鋁C燒堿、氫氣 D食鹽、淡水答案D解析A項中Cl2是通過電解飽和食鹽水制得的，Br2、I2通過Cl2置換制備；B項Na、Mg、Al均通過電解制備；C項中NaOH、H2均可通過電解飽和食鹽水獲得，以上均為化學(xué)變化；只有D項中食鹽可通過蒸發(fā)、淡水可通過蒸餾獲得，屬物理變化。2下列關(guān)于電解NaCl水溶液的說法不正確的是()A電解產(chǎn)物為Cl2和NaB電解過程中能產(chǎn)生黃綠色氣體C電解一段時間后，將全部電解液轉(zhuǎn)移到燒杯中，然后滴加石蕊溶液，溶液呈藍色D用排水集氣法可以收集到較純凈的氫氣答案A解析電解NaCl水溶液的反應(yīng)式：2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2，反應(yīng)過程中陽極產(chǎn)生了黃綠色的氣體，陰極生成了難溶于水的無色氣體(H2)，可用排水法收集；陰極生成NaOH使溶液呈現(xiàn)堿性，能使石蕊變藍。A項錯誤，電解熔融的NaCl才得到Cl2和Na：2NaCl(熔融)2NaCl2(鈉的工業(yè)制法)。3用惰性電極電解未精制的飽和食鹽水，食鹽水裝在U形管內(nèi)。結(jié)果很快在某一電極附近出現(xiàn)食鹽水渾濁現(xiàn)象。造成渾濁的難溶物主要是()A碳酸鎂 B硫酸鋇C氫氧化鎂 D碳酸鋇答案C解析食鹽中含有Ca2、Mg2等離子，Mg2與電解質(zhì)在陰極產(chǎn)生的OH作用產(chǎn)生Mg(OH)2沉淀。4氯堿工業(yè)生產(chǎn)中，每生產(chǎn)1 t Cl2，理論上應(yīng)得到燒堿質(zhì)量為()A1.127 t B1 tC2 t D2 mol答案A解析設(shè)生成燒堿的質(zhì)量為x，則2NaCl2H2O2NaOHCl2H2 8071 x 1 tx1.127 t。題組二Cl2的實驗室制法5實驗室制取氧氣的試管壁沾附有MnO2，除去MnO2可用的試劑是()A蒸餾水 BKOH溶液C稀鹽酸 D熱的濃鹽酸答案D解析聯(lián)想實驗室制備氯氣的原理，本題實質(zhì)上考查該反應(yīng)的發(fā)生條件，即MnO2可以在加熱的條件下與濃鹽酸反應(yīng)生成氯氣，D選項正確。6下列關(guān)于氯氣制備原理的說法中不正確的是()A電解飽和食鹽水制氯氣時，與電源正極相連的碳棒上方充滿黃綠色氣體B工業(yè)上制取氯氣的原料是飽和食鹽水C實驗室制法和工業(yè)制法的反應(yīng)實質(zhì)是相同的D實驗室制取氯氣時最好大火加熱使溫度迅速升高答案D解析電解飽和食鹽水制氯氣時，Cl在與電源正極相連的碳棒上轉(zhuǎn)化為Cl2，A項正確；濃鹽酸具有揮發(fā)性，實驗室制取氯氣時應(yīng)緩緩加熱以減少氯化氫的損失，D項錯誤。7為了在實驗室制得干燥而純凈的氯氣，正確的凈化順序是()A第一步通過濃硫酸，第二步通過無水氯化鈣B第一步通過濃硫酸，第二步通過飽和食鹽水C第一步通過飽和食鹽水，第二步通過濃硫酸D第一步通過堿石灰，第二步通過濃硫酸答案C解析實驗室制取的氯氣中通常含有HCl和H2O(g)，結(jié)合氯氣性質(zhì)可知先通過飽和食鹽水除HCl，再通過濃硫酸除水蒸氣。8在實驗室中用濃鹽酸與MnO2共熱制取Cl2并進行相關(guān)實驗。下列收集Cl2的正確裝置是()答案C解析集氣瓶中使用單孔橡膠塞塞緊，只能進氣，不能排氣，則瓶內(nèi)壓強增大到一定程度，可能將橡膠塞壓出，A項錯誤；因為Cl2比空氣的密度大，Cl2應(yīng)短管進，B項錯誤；C項，該裝置既能收集Cl2，又能進行尾氣處理且防倒吸，正確；由于Cl2和NaOH溶液反應(yīng)，所以不能收集到Cl2，D項錯誤。9將0.15 mol的MnO2與過量的 12 molL1的濃鹽酸反應(yīng)和50 mL 12 molL1的濃鹽酸與足量的MnO2反應(yīng)相比，兩者產(chǎn)生的Cl2(其他反應(yīng)條件相同)()A一樣多 B前者較后者多C后者較前者多 D無法比較答案B解析注意MnO2與濃鹽酸的反應(yīng)過程，當(dāng)濃鹽酸少量時，隨著反應(yīng)的進行，濃鹽酸變成稀鹽酸，稀鹽酸與MnO2不反應(yīng)，則依據(jù)化學(xué)方程式可知，0.15 mol的MnO2與過量的12 molL1的濃鹽酸反應(yīng)，可產(chǎn)生0.15 mol的氯氣，50 mL 12 molL1的濃鹽酸中HCl的物質(zhì)的量為0.6 mol，當(dāng)MnO2足量時，0.6 mol HCl不能反應(yīng)完全，則產(chǎn)生的氯氣小于0.15 mol，B選項正確。10實驗室制備氯氣的裝置如下圖所示。圖中涉及氣體發(fā)生、除雜、干燥、收集、尾氣處理裝置，其中錯誤的是()A B C D答案C解析裝置的導(dǎo)氣管應(yīng)長進短出。綜合強化11某課外活動小組利用如圖所示裝置制取氯氣，提供的試劑：濃鹽酸、飽和食鹽水、氫氧化鈉溶液、高錳酸鉀固體、水。反應(yīng)的化學(xué)方程式為2KMnO416HCl(濃)=2KCl2MnCl25Cl28H2O。(1)裝置M中盛放的試劑是_；H中盛放的試劑是_。(2)收集Cl2時，關(guān)閉彈簧夾_和彈簧夾_，打開彈簧夾_。(3)尾氣處理時，關(guān)閉彈簧夾a和彈簧夾_，打開彈簧夾_。處理尾氣選用的試劑為_。(4)用含0.032 mol HCl的濃鹽酸跟足量高錳酸鉀固體反應(yīng)，產(chǎn)生Cl2的物質(zhì)的量應(yīng)_(填“大于”“等于”或“小于”)0.01 mol。解題思路結(jié)合題干中所給的原料、反應(yīng)原理，觀察實驗裝置圖，找到發(fā)生裝置、除雜裝置、收集裝置、尾氣吸收裝置，題目便可順利解出。答案(1)濃鹽酸飽和食鹽水(2)acb(3)bc氫氧化鈉溶液(4)小于解析裝置M中應(yīng)為濃鹽酸，G中應(yīng)為高錳酸鉀固體，H中應(yīng)為飽和食鹽水，用來除去Cl2中混有的HCl氣體，裝置P是尾氣處理裝置，燒杯中的試劑是氫氧化鈉溶液。(2)收集Cl2時，先關(guān)閉彈簧夾a和c，打開彈簧夾b，生成的Cl2會將飽和食鹽水壓入燒杯D中，從而使Cl2收集在H中。(3)尾氣處理時關(guān)閉彈簧夾a和彈簧夾b，打開彈簧夾c，多余的Cl2就會被P中的氫氧化鈉溶液吸收。(4)根據(jù)化學(xué)方程式可知，若含0.032 mol HCl的濃鹽酸完全反應(yīng)會生成0.01 mol Cl2，但由于濃鹽酸具有揮發(fā)性，有一部分HCl會揮發(fā)出來，從而使反應(yīng)的HCl小于0.032 mol，故生成的氯氣的物質(zhì)的量應(yīng)小于0.01 mol。12某研究性學(xué)生小組設(shè)計了用氧化濃鹽酸的方法制取氯氣的實驗，其實驗裝置如下圖：(1)寫出圓底燒瓶中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：_。(2)如果將過量的二氧化錳與20 mL 12 molL1的鹽酸混合加熱，充分反應(yīng)后生成的氯氣明顯少于0.06 mol。其主要的原因有_；_。(3)L的作用是_；B的作用是_。(4)為了提高濃鹽酸的利用率，你對實驗的建議是_。答案(1)MnO24HCl(濃)MnCl22H2OCl2(2)反應(yīng)中隨著HCl消耗，鹽酸變稀，稀鹽酸不能與MnO2反應(yīng)加熱時有部分HCl揮發(fā)而損失(3)恒壓條件下確保濃鹽酸順利滴加利用Cl2在飽和食鹽水中溶解度很小的性質(zhì)來貯存Cl2(4)將濃鹽酸慢慢滴下；加熱時用小火慢慢加熱等解析實驗室制取Cl2時，使用濃鹽酸和MnO2加熱時反應(yīng)，隨著反應(yīng)進行，濃鹽酸變稀，反應(yīng)停止；另外濃鹽酸揮發(fā)，也導(dǎo)致其濃度降低，因此為防止?jié)恹}酸揮發(fā)，可將濃鹽酸慢慢滴下，同時用小火慢慢加熱。13氯堿工廠電解飽和食鹽水制取NaOH的工藝流程示意圖如下： 依據(jù)上圖，回答下列問題：(1)在電解過程中，與電源正極相連的電極上產(chǎn)生的氣體的顏色為_，與電源負極相連的電極附近，溶液的堿性變化是_。(2)工業(yè)食鹽含CaCl2、MgCl2等雜質(zhì)，精制過程發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_、_。(3)如果粗鹽中SO含量較多，必須添加鋇試劑除去SO，該鋇試劑可以是_(填字母，下同)。ABa(OH)2BBa(NO3)2CBaCl2(4)為有效除去Ca2、Mg2、SO24，加入試劑的合理順序為_。A先加NaOH，后加NaCO3，再加鋇試劑B先加NaOH，后加鋇試劑，再加Na2CO3C先加鋇試劑，后加NaOH，再加Na2CO3答案(1)黃綠色堿性增強(2)CaCl2Na2CO3=CaCO32NaClMgCl22NaOH=Mg(OH)22NaCl(3)AC(4)BC解析根據(jù)流程圖可知按溶解、除雜、電解、精制等步驟進行。(3)如選用Ba(NO3)2則引入了NO雜質(zhì)，在后續(xù)操作中很難除去。14實驗室制備氯氣的一種方法是用KMnO4氧化密度為1.19 gcm3、溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)為36.5%的HCl，其反應(yīng)方程式為2KMnO416HCl(濃)=2KCl2MnCl25Cl28H2O。(1)15.8 g KMnO4能與_mol HCl發(fā)生上述反應(yīng)。(2)若Cl2在標準狀況下的密度為3.17 gL1，則(1)中產(chǎn)生的Cl2在標準狀況下的體積為_。答案(1)0.8(2)5.6 L解析n(KMnO4)15.8 g158 gmol10.1 mol2KMnO416HCl(濃)=2KCl2MnCl25Cl28H2O2 mol 16 mol 522.4 L01 mol n(HCl) V(Cl2)求得：n(HCl)0.8 mol，V(Cl2)5.6 L。