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111 專題二 從海水中獲得的化學(xué)物質(zhì) 第一單元 氯、溴、碘、及其化合物 第一課時(shí) 氯氣的生產(chǎn)原理 基礎(chǔ)梳理 1．氯氣的工業(yè)制法 工業(yè)上制取氯氣大多采用電解食鹽水（一般為凈化后的飽和食鹽水）的方法，人們把以電解食鹽水為基礎(chǔ)制取氯氣等產(chǎn)品的工業(yè)稱為“氯堿工業(yè)”。 要點(diǎn)提示：①電解飽和食鹽水的原理： ； 溶液中存在四種離子：Na+、 Cl-、H+、OH-，通電后，氯離子在正極失電子生成氯氣，氫離子在負(fù)極得電子生成氫氣，溶液中剩下氫氧化鈉。 ②實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)論： 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 結(jié)論 鐵棒和碳棒上通電后有氣泡產(chǎn)生 通電后有新的氣體物質(zhì)生成 鐵棒周圍的溶液變紅色 有堿性物質(zhì)（NaOH）生成 將鐵棒上方收集到的氣體靠近火焰，有爆鳴聲 有氫氣生成 用手輕輕扇動(dòng)在碳棒上方收集到的黃綠色氣體，聞到有刺激性氣味且該氣體能使?jié)駶?rùn)的淀粉碘化鉀試紙變藍(lán) 有黃色刺激性氣味的氣體（Cl2）生成 ③與電源正極相連的電極稱之為陽(yáng)極，產(chǎn)生氯氣，發(fā)生的反應(yīng)：2Cl-－2eCl2↑； 與電源負(fù)極相連的電極稱之為陰極，產(chǎn)生氫氣，發(fā)生的反應(yīng)：2H++2eH2↑。 ④a口收集的氣體是氫氣，b口收集的氣體是氯氣。因?yàn)槁葰庥卸荆苯优欧艜?huì)造成空氣的污染，所以b口排出的氣體應(yīng)該通入氫氧化鈉溶液中，目的是為了吸收氯氣。 Cl2 + 2NaOH NaCl + NaClO + H2O（化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，凡是有毒的或易燃易爆的尾氣，都要進(jìn)行收集或轉(zhuǎn)化處理，使之無(wú)害化，切不可隨意向空氣中排放）。 ⑤滴加酚酞先在鐵棒（負(fù)極）處變紅：因?yàn)镠+在負(fù)極得到電子變成H2跑出，負(fù)極處的H+不斷減少，OH-相應(yīng)增多，溶液顯堿性，酚酞遇堿變紅。 注意：⑴反應(yīng)物除了NaCl之外還有H2O； ⑵在電源的正極得到黃綠色的氯氣，在電源的負(fù)極得到無(wú)色氫氣，在溶液中得到了氫氧化鈉，所以該反應(yīng)的方程式為2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH。由方程式可知在兩電極上方得到氣體的體積比為1：1。 電解產(chǎn)物探究，分析過(guò)程如下： (1)從氣體的顏色和氣味可知在電極上產(chǎn)生了兩種不同的氣體。 (2)從滴有酚酞的氯化鈉溶液變紅可知電解過(guò)程中有氫氧化鈉生成。 (3)從反應(yīng)物為H2O和NaCl，可分析產(chǎn)生的氣體為O2、C12和H2中的兩種。 (4)從一支試管中產(chǎn)生的氣體為黃綠色、有刺激性氣味，可知該氣體不可能是氫氣或氧氣。 (5)檢驗(yàn)生成的氣體，仔細(xì)分析現(xiàn)象，可知一個(gè)電極上生成了氫氣。 (6)綜合歸納上述分析，可寫出電解飽和氯化鈉溶液的化學(xué)方程式。 2．氯氣的實(shí)驗(yàn)室制法 實(shí)驗(yàn)室常用二氧化錳（MnO2）、KMnO4等氧化劑和濃鹽酸共熱來(lái)制取氯氣。 要點(diǎn)提示： ①實(shí)驗(yàn)原理：MnO2+4HCl（濃） MnCl2+2H2O+Cl2↑； 2KMnO4+16HCl2KCl+2MnCl2+8H2O+5Cl2 ↑； KClO3+6HClKCl+3H2O+3Cl2 ↑ ②MnO2和稀鹽酸不反應(yīng)，所以必須用濃鹽酸，而且此反應(yīng)必須加熱，因?yàn)樵诔叵露趸i與鹽酸幾乎不反應(yīng)。 ③實(shí)驗(yàn)裝置圖： ④制取裝置：固體與液體加熱制氣型，一般用圓底燒瓶和分液漏斗 ⑤凈化裝置：濃鹽酸易揮發(fā)出氯化氫氣體，而且加熱時(shí)會(huì)產(chǎn)生水蒸氣，所以應(yīng)在收集裝置和發(fā)生裝置之間連接一個(gè)凈化裝置。飽和食鹽水用來(lái)除去氯化氫氣體，濃硫酸用來(lái)除去水蒸氣，除雜順序?yàn)橄瘸渌s質(zhì)氣體，最后除去水蒸氣。氣流方向?yàn)殚L(zhǎng)導(dǎo)管進(jìn)氣，短導(dǎo)管出氣。 ⑥收集裝置：由于氯氣密度大于空氣，一般用向上排空氣法收，或排飽和食鹽水收集。當(dāng)集氣瓶?jī)?nèi)的氣體全部為均勻的黃綠色時(shí)，即認(rèn)為容器內(nèi)的氯氣已經(jīng)收集滿。 ⑦吸收裝置：尾氣處理裝置的設(shè)計(jì)，要針對(duì)尾氣的性質(zhì)選擇恰當(dāng)?shù)膬x器和吸收劑。氯氣有毒，必須吸收，防止污染環(huán)境，原理為2NaOH+Cl2 NaCl + NaClO + H2O 不能用澄清石灰水來(lái)吸收氯氣。其所含Ca(OH)2太少。（注意：在設(shè)計(jì)收集氣體或處理尾氣的實(shí)驗(yàn)裝置和方法時(shí)，有時(shí)還必須做到防止液體倒吸現(xiàn)象的發(fā)生）。 ⑧氯氣的檢驗(yàn)：氯氣可用濕潤(rùn)的KI淀粉試紙檢驗(yàn)，其原理為Cl2 + 2KI 2KCl + I2，生成的碘與淀粉在濕潤(rùn)條件下生成藍(lán)色物質(zhì)。 例題解析 例1．家用消毒液的發(fā)生器是以精鹽和自來(lái)水為反應(yīng)物，通電時(shí)，發(fā)生器的電解槽的極板上產(chǎn)生大量氣泡，切斷電源后，生成液具有強(qiáng)烈的殺菌消毒能力。與該反應(yīng)器工作原理直接有關(guān)的化學(xué)方程式是（ ） A、2NaOH +Cl2NaCl +NaClO + H2O B、H2 + Cl22HCl C、2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2↑ + Cl2↑ D、2HClO 2HCl + O2↑ 思路分析：根據(jù)發(fā)生器的反應(yīng)物和反應(yīng)條件，可以推測(cè)在發(fā)生器中電解食鹽水， C中反應(yīng)會(huì)發(fā)生。再根據(jù)生成液具有強(qiáng)烈的殺菌消毒能力，結(jié)合電解食鹽水后的產(chǎn)物可以推斷Cl2和NaOH發(fā)生作用生成了NaClO，A中反應(yīng)也會(huì)發(fā)生。 解題：A、C 例2．下圖是某老師設(shè)計(jì)的一個(gè)微型實(shí)驗(yàn)裝置圖： 請(qǐng)你說(shuō)出實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能出現(xiàn)的現(xiàn)象，試寫有關(guān)化學(xué)方程式。 思路分析：本裝置將氯氣的制取與鹵素間的置換反應(yīng)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，把氯氣、溴蒸氣及單質(zhì)碘之間的相互關(guān)系充分地體現(xiàn)出來(lái)了，整套裝置渾然一體，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯直觀，各種性質(zhì)由于顏色的明顯變化而一目了然，實(shí)驗(yàn)藥品用量較少，實(shí)驗(yàn)過(guò)程氣體不外漏，不僅可節(jié)約藥品，而且綠色環(huán)保。有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。 解題：①出現(xiàn)黃綠色氣體：2KMnO4 + 16HCl 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 ↑+ 8H2O； ②濕潤(rùn)的紅紙條褪色：Cl2 + H2O HCl + HClO； ③c處濕碘化鉀的棉團(tuán)變棕褐色：Cl2 + 2KI 2KCl + I2； ④b附近浸有濕溴化鈉的棉團(tuán)變黃色：Cl2 + 2NaBr 2NaCl + Br2； e、f處的現(xiàn)象分別為變藍(lán)色（因含有淀粉）和棕褐色：Br2 + 2KI 2KBr + I2； ⑤d處的現(xiàn)象、原因均同e處：Cl2 + 2KI 2KCl + I2； ⑥濕的氫氧化鈉棉花團(tuán)均先變淡黃綠色后又褪色：Cl2+2NaOHNaCl +NaClO+H2O。 基礎(chǔ)訓(xùn)練 1、海水中含量最多的離子是 （ ） A、鈉離子 B、氯離子 C、鈣離子 D、鎂離子 2、氯在自然界以化合物形態(tài)存在，18世紀(jì)70年代，首先發(fā)現(xiàn)并制得氯氣的化學(xué)家是 （ ） A、漢弗萊戴維 B、舍勒 C、阿伏加德羅 D、侯德榜 3、如圖所示裝配儀器，接通直流電源，電解飽和食鹽水，則電解一段時(shí)間后，在碳棒和鐵釘表面都有氣體生成，其中碳棒表面生成的氣體是（ ） A、Cl2 B、O2 C、H2 D、HCl 4、若上題中電解的是未精制的飽和食鹽水，結(jié)果很快在某一電 極附近出現(xiàn)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 5、在電解食鹽水之前，需要提純食鹽水。為了除去粗鹽中的Ca2＋、Mg2＋、SO42－及泥沙，可將粗鹽溶于水，然后進(jìn)行下列五項(xiàng)操作，正確的操作順序是 ( ) ①過(guò)濾　 ②加過(guò)量的NaOH溶液 　③加適量的鹽酸　 ④加過(guò)量的碳酸鈉溶液 ?、菁舆^(guò)量的氯化鋇溶液 A、①④②⑤③ B、④①②⑤③ C、②⑤④①③ D、⑤②④③① 6、下列選項(xiàng)中，與氯氣用途無(wú)關(guān)的是 （ ） A、消毒殺菌 B、制漂白粉 C、制鹽酸 D、從海水中提取食鹽 7、用下列兩種方法制取氯氣：①用含氯化氫146克的濃鹽酸與足量的二氧化錳反應(yīng)②用87克二氧化錳與足量的濃鹽酸反應(yīng)，則所得氯氣 （ ） A、②比①多 B、①比②多 C、一樣多 D、無(wú)法比較 8、為了在實(shí)驗(yàn)室制得不含氯化氫的干燥的氯氣，正確的凈化順序是 （ ） A、第一步通過(guò)濃硫酸，第二步通過(guò)無(wú)水氯化鈣 B、第一步通過(guò)水，第二步通過(guò)氧化鈣 C、第一步通過(guò)飽和食鹽水， 第二步通過(guò)無(wú)水氯化鈣 D、第一步通過(guò)堿石灰，第二步通過(guò)濃硫酸 9、實(shí)驗(yàn)室制取氯氣可以有以下途徑，用化學(xué)方程式表示如下。若制取等質(zhì)量的氯氣，消耗鹽酸最少的是（ ） A、8HCl+K2Cr2O7==2KCl+Cr2O3+4H2O+3Cl2↑ B、16HCl+2KMnO4==2MnCl2+8H2O+2KCl+5Cl2↑ C、4HCl+MnO2 △MnCl2+2H2O+Cl2↑ D、6HCl+KClO3==KCl+3H2O+3Cl2↑ 10、目前我國(guó)工業(yè)上大多采用離子交換膜法電解食鹽水制燒堿和氯氣。如圖：電解槽中用石墨或鈦?zhàn)麝?yáng)極與電源正極相接，用鐵網(wǎng)作陰極與電源負(fù)極相接，中間設(shè)特殊的離子交換膜。 a b 試分析：從a進(jìn)入的液體是 ，從b流出的液體是 ；圖中的離子交換膜只允許_____離子通過(guò)，該離子交換膜的作用是 。 你認(rèn)為這種制堿的方法存在的缺點(diǎn)是________(填序號(hào)) A、消耗大量的電能 B、產(chǎn)品中氫氣和氯氣用途不大，造成浪費(fèi) C、食鹽不易獲取 D、生產(chǎn)過(guò)程中若處理不當(dāng)易造成環(huán)境污染 11、右圖表示在沒(méi)有通風(fēng)櫥的條件下制備氯氣時(shí)設(shè)計(jì)的裝置， 圖中a、b是可控制的彈簧鐵夾。（氯氣在飽和氯化鈉溶液中的溶解度較小。） ⑴儀器A的名稱是 ；水槽中應(yīng)盛放的 是 ；燒杯中盛放的是 ； 燒瓶中反應(yīng)的化學(xué)方程式 ； ⑵在收集氯氣時(shí)，應(yīng) 。當(dāng)氯氣收集完畢時(shí) 應(yīng) 。（填如何控制a、b） ⑶ 若要制得標(biāo)準(zhǔn)狀況下的Cl2 0.672L，理論上需要MnO2的物質(zhì)的量是多少？ 12、某氯堿廠打算利用電解食鹽水所得氣體生產(chǎn)鹽酸。 ⑴寫出電解食鹽水制取H2、Cl2的化學(xué)方程式： 。 ⑵若該氯堿廠日產(chǎn)50% NaOH溶液3000 kg。如果把同時(shí)生產(chǎn)的Cl2和H2都制成38%的鹽酸，試計(jì)算理論上每天可生產(chǎn)鹽酸的質(zhì)量。 1、B 2、B 3、A 4、C 5、C 6、D 7、A 8、C 9、D 10、精制飽和食鹽水，氫氧化鈉溶液；Na＋ ，防止陰極產(chǎn)生的氫氣和陽(yáng)極產(chǎn)生的氯氣相混合而引起爆炸，又能避免氯氣和氫氧化鈉作用生成次氯酸鈉。 A D 11、⑴ 分液漏斗 飽和食鹽水 氫氧化鈉溶液 MnO2＋4HCl(濃)△MnCl2＋Cl2↑＋2H2O 通電 ⑵ 打開(kāi)a關(guān)閉b 打開(kāi)b關(guān)閉a ⑶理論上需要0.03mol MnO2 12、⑴2NaCl＋2H2O===H2↑＋Cl2↑＋2NaOH ⑵ 3601.97 kg 1、B 2、B 3、A 4、C 5、C 6、D 7、A 8、C 9、D 10、精制飽和食鹽水，氫氧化鈉溶液；Na＋ ，防止陰極產(chǎn)生的氫氣和陽(yáng)極產(chǎn)生的氯氣相混合而引起爆炸，又能避免氯氣和氫氧化鈉作用生成次氯酸鈉。 A D 11、⑴ 分液漏斗 飽和食鹽水 氫氧化鈉溶液 MnO2＋4HCl(濃)△MnCl2＋Cl2↑＋2H2O 通電 ⑵ 打開(kāi)a關(guān)閉b 打開(kāi)b關(guān)閉a ⑶理論上需要0.03mol MnO2 12、⑴2NaCl＋2H2O===H2↑＋Cl2↑＋2NaOH ⑵ 3601.97 kg 111