2018-2019版高中化学 专题2 从海水中获得的化学物质 第一单元 氯、溴、碘及其化合物 第1课时学案 苏教版必修1.doc

第1课时氯气的生产原理学习目标定位1.知道海水中的丰富资源和氯化钠作为重要工业原料的主要用途。2.初步认识工业上电解饱和食盐水制取氯气的反应原理。3.学会实验室制取氯气的方法。一、氯气的工业制法1实验过程右图为电解饱和食盐水的装置图：按右图所示装置进行实验。(1)接通电源，观察食盐水发生的变化。通电一段时间后，将小试管套在a管上，收集U形管左端产生的气体。2 min后，提起小试管，并迅速用拇指堵住试管口，移近点燃的酒精灯，松开拇指，检验收集到的气体。(2)取一支小试管，用向上排空气法收集从b管导出的气体，观察收集到的气体的颜色。(3)关闭电源，打开U形管左端的橡皮塞，向溶液中滴加12滴酚酞溶液，观察溶液的颜色。2实验分析实验现象结论(1)出现爆鸣声a管中气体为氢气(2)产生黄绿色的气体b管中气体为氯气(3)铁棒端溶液变红石墨棒端溶液不变色U形管左端溶液显碱性U形管右端溶液不显碱性3.实验结论根据实验推断电解饱和食盐水的产物是H2、Cl2、NaOH溶液。工业制取氯气的反应原理(1)工业制取氯气的反应原理：2NaCl2H2O2NaOHCl2H2。(2)氯碱工业：以电解饱和食盐水为基础制取Cl2等产品的工业。提醒工业上电解熔融的NaCl或MgCl2获取Na和Mg，同时得到副产物Cl2。化学方程式为2NaCl(熔融)2NaCl2，MgCl2(熔融)MgCl2。【例1】某实验兴趣小组利用如下图所示装置进行电解饱和食盐水并检验其生成物的实验，当图中开关K闭合片刻后，请回答下列问题：(1)电解饱和食盐水的化学方程式为_。(2)a为电源的_(填“正”或“负”)极；D中收集的气体是_。(3)C试管盛放_溶液。溶液中A电极附近的现象为_，_。答案(1)2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2(2)负氢气(或H2)(3)淀粉碘化钾(或淀粉碘化钠等其他合理答案均可)有气泡产生溶液由无色变为红色解析电解饱和食盐水产生NaOH、H2和Cl2，H2的密度比空气小，只能用向下排空气法收集，所以D中收集的气体是H2，而H2在与直流电源的负极相连的电极上产生，所以a为电源的负极，A极上除了有氢气产生外，溶液中还产生NaOH，所以遇酚酞溶液变红。b为电源的正极，B极上产生氯气，可以用淀粉碘化钾溶液检验。易错提醒在氯碱工业中，必须通电才能实现生成H2、Cl2和NaOH，所以在书写方程式时一定要注明反应条件。H2在阴极(与电源负极相连的一极)上产生，Cl2在阳极(与电源正极相连的一极)上产生。二、氯气的实验室制法实验室制取氯气的装置如下图所示：(1)反应原理：_(用化学方程式表示)。(2)实验装置：气体制备型化学实验装置的设计，要将化学反应原理、气体净化、收集和尾气处理等结合起来。填写装置中试剂名称：C：_，D：_，F：_。其中C的作用是除去Cl2中的_(填化学式，下同)；D的作用是除去Cl2中的_。该装置中收集Cl2使用的是_法。还可用排_的方法，原因是_。其中F的作用是_。检验Cl2是否收集满可用_放在集气瓶口，若试纸_，则证明已集满。答案(1)4HCl(浓)MnO2MnCl22H2OCl2(2)饱和食盐水浓硫酸氢氧化钠溶液HClH2O向上排空气饱和食盐水Cl2在饱和食盐水中的溶解度比较小吸收尾气Cl2，防止污染空气湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝1制气装置制取气体的一般流程：气体发生装置气体净化装置(除杂、干燥)气体收集装置尾气处理装置。(1)发生装置：固体液体气体。(2)净化装置：上图中C、D装置为洗气瓶，组装原则“长进短出”，除杂在前，干燥在后。2试剂的选择选取试剂的主要依据是制取气体的性质。氯气具有强氧化性，常用氧化Cl的方法来制取，因此要选用含有Cl的物质(如盐酸)和具有强氧化性的物质(如MnO2、KMnO4等)来制取。如MnO24HCl(浓),MnCl2Cl22H2O2KMnO416HCl=2KCl2MnCl25Cl28H2O3收集方法(1)向上排空气法(Cl2密度大于空气)。(2)排饱和食盐水法(Cl2在饱和NaCl溶液中的溶解度很小，且用此法可除去实验过程中挥发产生的HCl气体)。4干燥剂的选择选择气体干燥剂的主要依据是被干燥气体不能与干燥剂反应。如氯气能与碱反应，所以不能用碱石灰进行干燥，常用浓硫酸、五氧化二磷等进行干燥。5验满方法(1)将湿润的淀粉碘化钾试纸靠近盛Cl2的瓶口，观察到试纸立即变蓝，则证明已集满。(2)将湿润的蓝色石蕊试纸靠近盛 Cl2的瓶口，观察到试纸立即发生先变红后褪色的变化，则证明已集满。6尾气处理Cl2有毒，易污染空气，需用NaOH溶液吸收。【例2】(1)实验室制取Cl2时，下列操作不正确的是_(填序号)。装置可用于制取少量Cl2用装置除去Cl2中的少量HCl用装置制取Cl2用装置干燥Cl2(2)实验室制取干燥、纯净的氯气，除了二氧化锰、浓盐酸外还需要_、_、_。(3)已知KMnO4与浓盐酸在常温下反应能产生Cl2。若用如下图所示的实验装置来制备纯净、干燥的氯气及验证它与金属的反应。每个虚线框表示一个单元装置，其中有错误的是_(填字母)。答案(1)(2)饱和食盐水浓H2SO4NaOH溶液(3)BD解析(1)实验室制取Cl2用浓盐酸和MnO2反应，而不用稀盐酸；除去Cl2中的HCl气体用饱和食盐水，NaHCO3溶液与HCl反应并放出CO2气体，气体应“长进短出”；MnO2与浓盐酸需在加热条件下反应；干燥Cl2使用浓H2SO4洗气瓶，应“长进短出”。(2)制取纯净Cl2还需饱和食盐水除去HCl气体，浓H2SO4干燥Cl2，NaOH溶液除去多余的Cl2。(3)B处NaOH溶液与Cl2能反应；D处试管缺少出气导管且应将导管末端通入NaOH溶液中。思维启迪1实验室制备Cl2注意事项(1)必须用浓盐酸，MnO2与稀盐酸不反应。(2)为了减少制得的Cl2中HCl的含量，所以加热温度不宜过高，减少HCl的挥发。(3)实验结束后，先使反应停止并排出装置中残留的Cl2，再拆卸装置，避免污染空气。(4)尾气吸收时，不能用澄清石灰水吸收Cl2，因为溶液中Ca(OH)2浓度小，吸收不完全。2MnO2与浓盐酸反应特点(1)浓盐酸中，部分Cl的化合价升高，4 mol HCl参加反应，被氧化的Cl为2 mol。(2)随着反应的进行，盐酸浓度变小，故MnO2足量时，盐酸不能完全反应，反应后溶液为盐酸和MnCl2混合液。1下列关于电解饱和食盐水过程的说法正确的是()A电解饱和食盐水的工厂要首先将食盐进行除杂B与电源正极相连的电极区有NaOH生成C与电源负极相连的电极上有氯气生成D电解饱和食盐水的过程中Na浓度减小答案A解析根据电解饱和食盐水的装置可知，与电源正极相连的电极区产生Cl2，而与电源负极相连的电极区产生H2和NaOH，故B、C均不正确；因为Na没有参与反应，其物质的量不变，但电解过程中消耗了水，溶液体积减小，Na浓度增大，故D不正确。2工业上电解饱和食盐水制Cl2和实验室用MnO2与浓盐酸反应制Cl2相同的原理是()A都是将负价的氯转变为零价的氯B都是将正价的氯转变为零价的氯C都是复分解反应D都是置换反应答案A3欲除去Cl2中的少量HCl气体，可选用()ANaOH溶液 B饱和食盐水C浓硫酸 D石灰水答案B解析利用了HCl极易溶于水，而Cl2在饱和食盐水中溶解度很小的原理。4实验室制取下列各组气体，所用气体发生装置相同的是()A金属锌与硫酸反应制取H2、大理石与稀盐酸反应制取CO2B金属锌与硫酸反应制取H2、氯酸钾和二氧化锰混合加热制取O2C二氧化锰和浓盐酸混合加热制取Cl2、大理石与稀盐酸反应制取CO2D二氧化锰和浓盐酸混合加热制取Cl2、金属锌与硫酸反应制取H2答案A解析据反应原理选取相应的装置，二氧化锰和浓盐酸制氯气、氯酸钾与二氧化锰混合制氧气，均需要加热；A选项中制取H2和CO2的反应均不需要加热。5某化学兴趣小组利用MnO2和浓HCl及如图装置制备Cl2。下列分析中不正确的是()A中可用分液漏斗代替长颈漏斗B中缺少加热装置C中盛放的NaOH溶液可以净化Cl2D中的导管口若连接倒置漏斗可防止倒吸答案C解析本题考查Cl2的制备，旨在考查学生的实验分析与设计能力。氯气中混有氯化氢气体，应该用饱和食盐水除去氯化氢，氯化氢和氯气均能与氢氧化钠溶液反应，故B中不能盛放氢氧化钠溶液。6下图表示在没有通风橱时制取纯净的氯气设计的装置图，图中A、B是可控制的弹簧铁夹。(1)烧杯中盛放的液体是_，其作用是_，水槽中盛放的液体是_。(2)简述操作过程：(从氯气已经产生开始)在收集氯气之前，应_；当氯气纯度合乎要求时，应_；当氯气收集完毕时，应_。(3)将8.7 g MnO2与含HCl 14.6 g的浓盐酸共热制Cl2，甲同学认为可制得Cl2 7.1 g，乙同学认为制得Cl2的质量小于7.1 g，你认为_(填“甲”或“乙”)同学正确，原因是_。答案(1)NaOH溶液吸收多余的Cl2饱和食盐水(2)打开B夹，关闭A夹打开A夹，关闭B夹关闭A夹，打开B夹(3)乙浓盐酸易挥发；随着反应进行，浓盐酸浓度会降低，稀盐酸将不再反应解析用饱和食盐水可洗去Cl2中混有的HCl，又使Cl2损失较少，故可用排饱和食盐水法收集Cl2。处理制Cl2的尾气最好的试剂是强碱溶液。由于浓盐酸会挥发，稀盐酸不能反应，故用浓盐酸制Cl2时HCl不能完全反应。对点训练题组一Cl2的工业制法1许多国家十分重视海水资源的综合利用，不需要化学变化就能够从海水中获得的物质是()A氯、溴、碘 B钠、镁、铝C烧碱、氢气 D食盐、淡水答案D解析A项中Cl2是通过电解饱和食盐水制得的，Br2、I2通过Cl2置换制备；B项Na、Mg、Al均通过电解制备；C项中NaOH、H2均可通过电解饱和食盐水获得，以上均为化学变化；只有D项中食盐可通过蒸发、淡水可通过蒸馏获得，属物理变化。2下列关于电解NaCl水溶液的说法不正确的是()A电解产物为Cl2和NaB电解过程中能产生黄绿色气体C电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，然后滴加石蕊溶液，溶液呈蓝色D用排水集气法可以收集到较纯净的氢气答案A解析电解NaCl水溶液的反应式：2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2，反应过程中阳极产生了黄绿色的气体，阴极生成了难溶于水的无色气体(H2)，可用排水法收集；阴极生成NaOH使溶液呈现碱性，能使石蕊变蓝。A项错误，电解熔融的NaCl才得到Cl2和Na：2NaCl(熔融)2NaCl2(钠的工业制法)。3用惰性电极电解未精制的饱和食盐水，食盐水装在U形管内。结果很快在某一电极附近出现食盐水浑浊现象。造成浑浊的难溶物主要是()A碳酸镁 B硫酸钡C氢氧化镁 D碳酸钡答案C解析食盐中含有Ca2、Mg2等离子，Mg2与电解质在阴极产生的OH作用产生Mg(OH)2沉淀。4氯碱工业生产中，每生产1 t Cl2，理论上应得到烧碱质量为()A1.127 t B1 tC2 t D2 mol答案A解析设生成烧碱的质量为x，则2NaCl2H2O2NaOHCl2H2 8071 x 1 tx1.127 t。题组二Cl2的实验室制法5实验室制取氧气的试管壁沾附有MnO2，除去MnO2可用的试剂是()A蒸馏水 BKOH溶液C稀盐酸 D热的浓盐酸答案D解析联想实验室制备氯气的原理，本题实质上考查该反应的发生条件，即MnO2可以在加热的条件下与浓盐酸反应生成氯气，D选项正确。6下列关于氯气制备原理的说法中不正确的是()A电解饱和食盐水制氯气时，与电源正极相连的碳棒上方充满黄绿色气体B工业上制取氯气的原料是饱和食盐水C实验室制法和工业制法的反应实质是相同的D实验室制取氯气时最好大火加热使温度迅速升高答案D解析电解饱和食盐水制氯气时，Cl在与电源正极相连的碳棒上转化为Cl2，A项正确；浓盐酸具有挥发性，实验室制取氯气时应缓缓加热以减少氯化氢的损失，D项错误。7为了在实验室制得干燥而纯净的氯气，正确的净化顺序是()A第一步通过浓硫酸，第二步通过无水氯化钙B第一步通过浓硫酸，第二步通过饱和食盐水C第一步通过饱和食盐水，第二步通过浓硫酸D第一步通过碱石灰，第二步通过浓硫酸答案C解析实验室制取的氯气中通常含有HCl和H2O(g)，结合氯气性质可知先通过饱和食盐水除HCl，再通过浓硫酸除水蒸气。8在实验室中用浓盐酸与MnO2共热制取Cl2并进行相关实验。下列收集Cl2的正确装置是()答案C解析集气瓶中使用单孔橡胶塞塞紧，只能进气，不能排气，则瓶内压强增大到一定程度，可能将橡胶塞压出，A项错误；因为Cl2比空气的密度大，Cl2应短管进，B项错误；C项，该装置既能收集Cl2，又能进行尾气处理且防倒吸，正确；由于Cl2和NaOH溶液反应，所以不能收集到Cl2，D项错误。9将0.15 mol的MnO2与过量的 12 molL1的浓盐酸反应和50 mL 12 molL1的浓盐酸与足量的MnO2反应相比，两者产生的Cl2(其他反应条件相同)()A一样多 B前者较后者多C后者较前者多 D无法比较答案B解析注意MnO2与浓盐酸的反应过程，当浓盐酸少量时，随着反应的进行，浓盐酸变成稀盐酸，稀盐酸与MnO2不反应，则依据化学方程式可知，0.15 mol的MnO2与过量的12 molL1的浓盐酸反应，可产生0.15 mol的氯气，50 mL 12 molL1的浓盐酸中HCl的物质的量为0.6 mol，当MnO2足量时，0.6 mol HCl不能反应完全，则产生的氯气小于0.15 mol，B选项正确。10实验室制备氯气的装置如下图所示。图中涉及气体发生、除杂、干燥、收集、尾气处理装置，其中错误的是()A B C D答案C解析装置的导气管应长进短出。综合强化11某课外活动小组利用如图所示装置制取氯气，提供的试剂：浓盐酸、饱和食盐水、氢氧化钠溶液、高锰酸钾固体、水。反应的化学方程式为2KMnO416HCl(浓)=2KCl2MnCl25Cl28H2O。(1)装置M中盛放的试剂是_；H中盛放的试剂是_。(2)收集Cl2时，关闭弹簧夹_和弹簧夹_，打开弹簧夹_。(3)尾气处理时，关闭弹簧夹a和弹簧夹_，打开弹簧夹_。处理尾气选用的试剂为_。(4)用含0.032 mol HCl的浓盐酸跟足量高锰酸钾固体反应，产生Cl2的物质的量应_(填“大于”“等于”或“小于”)0.01 mol。解题思路结合题干中所给的原料、反应原理，观察实验装置图，找到发生装置、除杂装置、收集装置、尾气吸收装置，题目便可顺利解出。答案(1)浓盐酸饱和食盐水(2)acb(3)bc氢氧化钠溶液(4)小于解析装置M中应为浓盐酸，G中应为高锰酸钾固体，H中应为饱和食盐水，用来除去Cl2中混有的HCl气体，装置P是尾气处理装置，烧杯中的试剂是氢氧化钠溶液。(2)收集Cl2时，先关闭弹簧夹a和c，打开弹簧夹b，生成的Cl2会将饱和食盐水压入烧杯D中，从而使Cl2收集在H中。(3)尾气处理时关闭弹簧夹a和弹簧夹b，打开弹簧夹c，多余的Cl2就会被P中的氢氧化钠溶液吸收。(4)根据化学方程式可知，若含0.032 mol HCl的浓盐酸完全反应会生成0.01 mol Cl2，但由于浓盐酸具有挥发性，有一部分HCl会挥发出来，从而使反应的HCl小于0.032 mol，故生成的氯气的物质的量应小于0.01 mol。12某研究性学生小组设计了用氧化浓盐酸的方法制取氯气的实验，其实验装置如下图：(1)写出圆底烧瓶中发生反应的化学方程式：_。(2)如果将过量的二氧化锰与20 mL 12 molL1的盐酸混合加热，充分反应后生成的氯气明显少于0.06 mol。其主要的原因有_；_。(3)L的作用是_；B的作用是_。(4)为了提高浓盐酸的利用率，你对实验的建议是_。答案(1)MnO24HCl(浓)MnCl22H2OCl2(2)反应中随着HCl消耗，盐酸变稀，稀盐酸不能与MnO2反应加热时有部分HCl挥发而损失(3)恒压条件下确保浓盐酸顺利滴加利用Cl2在饱和食盐水中溶解度很小的性质来贮存Cl2(4)将浓盐酸慢慢滴下；加热时用小火慢慢加热等解析实验室制取Cl2时，使用浓盐酸和MnO2加热时反应，随着反应进行，浓盐酸变稀，反应停止；另外浓盐酸挥发，也导致其浓度降低，因此为防止浓盐酸挥发，可将浓盐酸慢慢滴下，同时用小火慢慢加热。13氯碱工厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程示意图如下： 依据上图，回答下列问题：(1)在电解过程中，与电源正极相连的电极上产生的气体的颜色为_，与电源负极相连的电极附近，溶液的碱性变化是_。(2)工业食盐含CaCl2、MgCl2等杂质，精制过程发生反应的化学方程式为_、_。(3)如果粗盐中SO含量较多，必须添加钡试剂除去SO，该钡试剂可以是_(填字母，下同)。ABa(OH)2BBa(NO3)2CBaCl2(4)为有效除去Ca2、Mg2、SO24，加入试剂的合理顺序为_。A先加NaOH，后加NaCO3，再加钡试剂B先加NaOH，后加钡试剂，再加Na2CO3C先加钡试剂，后加NaOH，再加Na2CO3答案(1)黄绿色碱性增强(2)CaCl2Na2CO3=CaCO32NaClMgCl22NaOH=Mg(OH)22NaCl(3)AC(4)BC解析根据流程图可知按溶解、除杂、电解、精制等步骤进行。(3)如选用Ba(NO3)2则引入了NO杂质，在后续操作中很难除去。14实验室制备氯气的一种方法是用KMnO4氧化密度为1.19 gcm3、溶质质量分数为36.5%的HCl，其反应方程式为2KMnO416HCl(浓)=2KCl2MnCl25Cl28H2O。(1)15.8 g KMnO4能与_mol HCl发生上述反应。(2)若Cl2在标准状况下的密度为3.17 gL1，则(1)中产生的Cl2在标准状况下的体积为_。答案(1)0.8(2)5.6 L解析n(KMnO4)15.8 g158 gmol10.1 mol2KMnO416HCl(浓)=2KCl2MnCl25Cl28H2O2 mol 16 mol 522.4 L01 mol n(HCl) V(Cl2)求得：n(HCl)0.8 mol，V(Cl2)5.6 L。