2019_2020学年高中化学专题2从海水中获得的化学物质第一单元第1课时氯气的生产原理学案苏教版必修.docx

第1课时氯气的生产原理核心素养发展目标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，通过分析、推理、设计实验并完成实验。一、氯气的工业制法1实验过程按下图所示电解饱和食盐水的装置进行实验。(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。2min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氯气等产品的工业。(3)工业上电解熔融的氯化钠制取金属钠：2NaCl(熔融)2NaCl2。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1反应原理实验室常用强氧化剂(如MnO2、KMnO4等)氧化浓盐酸等来制取氯气：MnO24HCl(浓),MnCl2Cl22H2O2KMnO416HCl(浓)=2KCl2MnCl25Cl28H2O2仪器装置(1)气体发生装置类型：固液气(2)发生装置所用仪器的名称为分液漏斗、圆底烧瓶。(3)装置C的作用是除去Cl2中少量的HCl气体。(4)装置D的作用是干燥氯气(或除去氯气中的水蒸气)。3收集方法(1)向上排空气法(氯气密度大于空气)。(2)排饱和食盐水法(氯气在饱和氯化钠溶液中的溶解度很小，用此法可除去实验中挥发产生的氯化氢气体)。4验满方法(1)将湿润的淀粉碘化钾试纸靠近盛氯气的瓶口，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氯气的瓶口，观察到试纸立即发生先变红后褪色的变化，则证明已集满。5尾气处理(1)仪器装置图中烧杯F中盛放的液体是NaOH溶液。(2)该液体的作用是吸收过量的氯气，防止污染环境。例2某化学兴趣小组利用MnO2和浓盐酸及如图装置制备氯气。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溶液可以净化氯气D中盛放的NaOH溶液可以吸收尾气答案C解析A中可用分液漏斗代替长颈漏斗，避免盐酸挥发，气体逸出，同时便于控制反应速率，A正确；二氧化锰和浓盐酸需要加热才能反应生成氯气，需要添加加热装置，B正确；中盛放的NaOH溶液吸收氯气，不能净化Cl2，可以用饱和食盐水净化氯气，C错误；氢氧化钠溶液与氯气反应，可以吸收氯气，防止污染空气，D正确。例3如图所示装置可用于二氧化锰与浓盐酸在加热条件下制取氯气，并利用产物进行后续实验，请填写下列空白：(1)写出二氧化锰与浓盐酸反应的化学方程式：_。(2)在该反应中，HCl充当的是_(填“氧化剂”或“还原剂”)。(3)洗气瓶B中盛有饱和食盐水，洗气瓶C中盛有品红溶液，在洗气瓶D中放有石灰乳，则C瓶中观察到的现象是_；D瓶中发生反应的化学方程式是_。(4)若反应产生了标况下11.2L的氯气，则参与氧化还原反应的HCl的物质的量是_mol。答案(1)4HCl(浓)MnO2MnCl2Cl22H2O(2)还原剂(3)品红溶液褪色2Cl22Ca(OH)2=CaCl2Ca(ClO)22H2O(4)1思维启迪(1)稀盐酸与MnO2不反应，制取氯气时必须选用浓盐酸；加热温度不宜过高，以减少氯化氢的挥发。(2)制取的氯气有毒，且在加热时容易逸出，所以应选用分液漏斗，而不用长颈漏斗。(3)尾气处理时，不能用澄清石灰水吸收氯气，因为澄清石灰水中Ca(OH)2含量少，吸收不完全。(4)实验结束后，先使反应停止并排出装置中残留的氯气，再拆卸装置，避免污染空气。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。5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8.7gMnO2与含HCl14.6g的浓盐酸共热制Cl2，甲同学认为可制得Cl27.1g，乙同学认为制得Cl2的质量小于7.1g，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。题组一氯气的工业制法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B钠、镁C烧碱、氢气D食盐、淡水答案D解析海水中，氯元素、溴元素、钠元素、镁元素均以化合物的形式存在，要想获得其单质，必须要经过化学变化，A、B错误；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，属于物理变化。2下列关于电解氯化钠水溶液的说法不正确的是()A电解产物为氯气和钠B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(Cl2)，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某同学利用如图所示装置电解饱和食盐水，他在导气管b处收集到的气体不具有的特征是()A呈黄绿色B有毒C密度小于空气D刺激性气味答案C解析电解饱和食盐水时，Cl在与电源正极相连的碳棒上转化为Cl2，该气体的密度大于空气。4下列装置中验证氯化钠溶液(含酚酞)电解产物的装置是(电极均为石墨，Cl2能使淀粉KI溶液变蓝)()答案D解析向下排空气法收集的是氢气，故电源的左端是负极，右端是正极，A、C错误；淀粉碘化钾溶液变蓝可证明有氯气产生，氢氧化钠溶液不能验证Cl2的产生，B项错误，D项正确。5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。题组二氯气的实验室制法6下列关于实验室制氯气的说法中错误的是()A该反应是一个氧化还原反应，其中二氧化锰是氧化剂B每生成1mol氯气，就要转移2mol电子C该反应的离子方程式为MnO24H4ClMnCl22H2OCl2D该方法是瑞典化学家舍勒最先发现的答案C解析由MnO24HCl(浓)MnCl22H2OCl2可知，二氧化锰是氧化剂，盐酸部分作还原剂，部分起酸的作用；每生成1mol氯气，转移2mol电子，4mol浓盐酸中有2mol被氧化成氯气；氯化锰是可溶于水的强电解质，在离子方程式中应写成离子符号。7将0.2molMnO2和50mL12molL1的盐酸混合后缓缓加热，向反应完全后的溶液中加入足量AgNO3溶液，则生成的AgCl沉淀的物质的量(不考虑盐酸的挥发)()A等于0.3molB小于0.3molC在0.30.6mol之间D以上结论均不正确答案C解析本题易错之处在于没有考虑到盐酸浓度降低到一定程度后，MnO2与HCl不再继续反应，因而错选A。由题意可知n(HCl)0.6mol，根据化学方程式MnO24HCl(浓)MnCl2Cl22H2O可判断出MnO2过量。若0.6molHCl完全反应，则有0.3molHCl被氧化，反应后的溶液中存在0.3molCl，加入足量AgNO3溶液生成0.3molAgCl。但随着反应的进行，盐酸的浓度减小，而稀盐酸与MnO2不反应，所以实际被氧化的HCl的物质的量必然小于0.3mol，即反应后溶液中存在的Cl的物质的量大于0.3mol，故加入足量AgNO3溶液产生的AgCl的物质的量大于0.3mol，小于0.6mol，C项正确。8在实验室利用浓盐酸和二氧化锰制氯气，制备装置中应使用分液漏斗而不能使用长颈漏斗，下列有关理由叙述错误的是()A防止氯气扩散到空气中造成污染B便于控制加入盐酸的量C长颈漏斗便于添加液体D尽量避免氯化氢挥发到空气中答案C解析用分液漏斗既可防止氯化氢气体和氯气挥发污染环境，同时又可控制滴加盐酸的量和快慢，从而控制反应速率，提高盐酸的利用率。9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。10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。11某化学小组用如图所示装置制取氯气。下列说法不正确的是()A该装置图中至少存在三处明显错误B该实验中收集氯气的方法不正确C为了防止氯气污染空气，必须进行尾气处理D在集气瓶的导管口处放一片湿润的淀粉碘化钾试纸可以证明是否有Cl2逸出答案B解析装置中未用酒精灯加热，应该用分液漏斗，没有尾气吸收装置，共3处明显错误。12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0.032molHCl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”)0.01mol。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0.032molHCl的浓盐酸完全反应会生成0.01molCl2，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0.032mol，故生成的氯气的物质的量应小于0.01mol。13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20mL12molL1的盐酸混合加热，充分反应后生成的氯气明显少于0.06mol。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，