3.1.1 氯气的发现与制备学案2023-2024学年高一上学期化学苏教版（2019）必修第一册

新苏教版高中化学必修1PAGEPAGE1专题3从海水中获得的化学物质第一单元氯气及氯的化合物第一课时氯气的发现与制备【课程标准要求】1.能知道从海水或海产品中提取氯气的基本原理和方法。2.能通过利用氯元素的价态变化设计氯气的实验室制法，能记住氯气的生产原理。一、海水中的氯元素、氯气的实验室制法1.海水中的氯元素(1)海水中蕴含的元素有80多种，它是一个巨大的宝藏，人们正在开发或待利用。(2)海水中蕴含丰富的氯元素，对应的氯化物主要为NaCl，其次是MgCl2、CaCl2和KCl。2.氯气的实验室制法(1)原始反应原理：把浓盐酸与软锰矿(主要成分是MnO2)混合在一起加热，可以生成黄绿色氯气，反应为4HCl(浓)＋MnO2eq\o(=,\s\up7(△))MnCl2＋Cl2↑＋2H2O。(2)气体发生装置：实验室制取氯气是采用固体和液体混合加热制气体的装置。(3)收集方法：向上排空气法。(4)尾气吸收：用强碱溶液(如NaOH溶液)吸收。【微自测】1.判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)氯气有毒，可用氢氧化钠溶液吸收多余的氯气(√)(2)实验室制备氯气的仪器主要有铁架台、酒精灯、石棉网、圆底烧瓶、长颈漏斗(×)(3)制备氯气前，需检验整套装置的气密性(√)(4)可改用稀盐酸与MnO2在加热条件下制备氯气(×)二、工业生产氯气的原理1.工业生产氯气的化学原理(1)电解装置和现象(2)电解产物的验证①将a管处收集气体的试管移近酒精灯以后，发出“噗”的响声(或爆鸣声)，证明与电源负极相连的铁棒上逸出氢气。②取U型管左端管内溶液滴加酚酞，溶液颜色变红，证明左管溶液中有NaOH产生。(3)电解原理电解饱和食盐水的化学方程式为2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通电))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。2.氯碱工业：以电解饱和食盐水为基础制取氯气、烧碱等产品的工业。【微自测】2.判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)实验室用电解饱和食盐水的方法制取氯气(×)(2)电解NaCl水溶液的产物为Cl2和Na(×)(3)电解NaCl水溶液时，与直流电源正极相连的一极能产生黄绿色气体(√)(4)电解NaCl水溶液一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，然后滴加酚酞溶液，溶液呈红色(√)一、氯气的实验室制法1.实验室制取Cl2的装置图解(1)验室制取干燥纯净的氯气可按如下思路设计：①发生装置→②净化装置→③收集装置→④尾气吸收装置。(2)实验操作中注意事项：①注意盐酸浓度的变化。本实验中浓盐酸要过量，因为随着反应的进行，盐酸浓度减小，MnO2与稀盐酸不反应。②实验中要缓缓加热，以减少HCl的挥发。2.实验室制取Cl2的原理拓展(1)可以用高锰酸钾、重铬酸钾、氯酸钾等代替二氧化锰制取氯气，且反应在常温下就能发生，不需要加热，反应较快。①2KMnO4＋16HCl(浓)=2MnCl2＋2KCl＋5Cl2↑＋8H2O，②KClO3＋6HCl(浓)=KCl＋3Cl2↑＋3H2O，③Ca(ClO)2＋4HCl(浓)=CaCl2＋2Cl2↑＋2H2O，④K2Cr2O7＋14HCl(浓)=2CrCl3＋2KCl＋3Cl2↑＋7H2O。(2)因为Cl2＋2KI=2KCl＋I2，I2遇淀粉变蓝色，因此可以用湿润的KI-淀粉试纸检验氯气。1.在制氯气时有如下操作，操作顺序正确的是()①连接好装置，检查气密性②缓慢加热，加快反应，使气体均匀逸出③在圆底烧瓶中加入二氧化锰粉末④从盛有浓盐酸的分液漏斗中将浓盐酸缓慢滴入烧瓶中⑤将多余的Cl2用NaOH溶液吸收⑥用向上排空气法收集氯气A.①②③④⑤⑥ B.③④②①⑥⑤C.①④③②⑥⑤ D.①③④②⑥⑤答案D解析实验室制取气体的操作顺序要注意：①连接好装置后，要先检查气密性，后装药品；②装药品的顺序是先加固体，后加液体；③对于有毒的气体，一定要有尾气处理装置。2.(2021·江苏东海高一期中)Cl2是重要的工业原料，可用于生产盐酸、漂白粉及制氯仿等有机溶剂。Cl2的制备可用下列反应：NaClO＋2HCl(浓)=NaCl＋Cl2↑＋H2O。利用下列装置能达到实验目的的是()A.制备Cl2B.除去Cl2中的少量HClC.干燥Cl2D.收集Cl2答案A解析在锥形瓶中浓盐酸与NaClO发生反应：NaClO＋2HCl(浓)=NaCl＋Cl2↑＋H2O，因此可以制取得到Cl2，能够达到实验目的，A正确；浓盐酸具有挥发性，挥发的HCl能够与NaHCO3反应产生CO2，导致Cl2中含有新的杂质CO2，因此不能达到除杂、净化的目的，B错误；Cl2能够与碱石灰反应，不能达到干燥气体的目的，C错误；集气瓶口只有进气口，没有出气口，不能收集到Cl2，D错误。二、电解饱和食盐水制氯气电解水实验是一个测试水的组成的实验。水由氢、氧两种元素组成。水通电生成氢气、氧气。正极产生的是氧气，负极产生的是氢气。若将水换成饱和食盐水，可以制得氯气和烧碱等，工业上称为氯碱工业。1.在氯气的工业制法中，如何检验生成产物氢气和氯气？提示：试管中收集的黄绿色气体用湿润的KI-淀粉试纸检验；快速收集一试管生成的无色气体，用拇指堵住试管口，移近酒精灯，松开拇指，可听到爆鸣声，(或“噗”的响声)证明生成氢气。2.在氯气的工业制法中，如何检验生成产物氢氧化钠？提示：用小试管取电解后的溶液，滴入2滴酚酞试液，溶液变红。1.原理：反应方程式是2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通电))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。溶液中存在四种离子：Na＋、Cl-、H＋、OH-，通电后，两个电极分别生成氯气和氢气，溶液中剩下氢氧化钠。2.实验现象及结论(1)铁棒和石墨棒上通电后有气泡产生，说明通电后有新的气体物质生成。(2)铁棒周围的溶液滴加酚酞变红色，说明有碱性物质(NaOH)生成。(3)将铁棒上方收集到的气体靠近火焰，有爆鸣声(或“噗”的响声)，说明有氢气生成。(4)用手轻轻扇动在石墨棒上方收集到的黄绿色气体，闻到有刺激性气味且该气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，说明有黄绿色刺激性气味的气体(Cl2)生成。3.注意问题(1)与电源正极相连的石墨棒上生成氯气，与负极相连的铁棒附近生成NaOH。Cl2与NaOH可发生反应，两极产物必须隔开。(2)电解饱和食盐水时，在与电源正极、负极相连的电极上得到的气体体积比为1∶1。3.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可以生产盐酸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氧气生成D.电解饱和食盐水的过程中Na＋浓度减小答案A解析电解饱和食盐水过程中，与正极相连的电极上有Cl2生成，与负极相连的电极上有H2生成，同时与负极相连的电极区附近还有NaOH生成。H2、Cl2两种产品可用于制取盐酸。电解过程中Na＋的物质的量不变，但电解过程中消耗了水，故Na＋的浓度增大。4.如图为电解饱和食盐水的实验装置。下列叙述不正确的是()A.装置中，a管能产生氢气B.b管导出的是氯气C.以饱和食盐水为基础原料制取氯气、烧碱等产品的工业称为“氯碱工业”D.在石墨棒电极区域有NaOH生成答案D解析由教材中的相关实验装置可知，a管中导出的气体遇明火有爆鸣声，则该气体为氢气，A正确；b管导出的气体可用NaOH溶液吸收，则b管中导出的气体应为氯气，B正确；由氯碱工业的定义可知，C正确；根据教材中的演示实验，在两极滴入酚酞，只有铁棒附近溶液变红色，而石墨棒附近不变红，说明NaOH不在石墨棒电极区域生成，D错误。微专题2实验室中制取气体装置的设计1.设计气体制备装置的基本思路2.气体制备装置的连接顺序eq\x(\a\al(气体发,生装置))→eq\x(\a\al(气体净,化装置))→eq\x(\a\al(气体干,燥装置))→eq\x(\a\al(气体收集或性,质检验装置))→eq\x(\a\al(尾气吸,收装置))3.气体发生与净化装置的选择(1)实验室制备气体的发生装置的选择依据反应原理、反应物的状态、反应条件等选择。选择装置的基本类型a.固体加热型固体＋固体eq\o(→,\s\up7(△))气体。b.固-液不加热型固体＋液体→气体。c.固-液加热型固体＋液体eq\o(→,\s\up7(△))气体。(2)实验室制备气体的净化装置的选择装置Ⅰ(洗气瓶)：盛液体除杂试剂，气流方向是长管进，短管出。装置Ⅱ(干燥管)：盛固体除杂试剂，气流方向是粗口进，细口出。装置Ⅲ(U型管)：盛固体除杂试剂，气流方向不限。4.常用气体收集方法方法排水法向上排空气法向下排空气法装置典型气体O2、H2等O2、Cl2、CO2等H2、NH3等5.常用气体尾气处理方法方法燃烧法吸收法收集法装置典型气体CO等Cl2、SO2等CO等[典例](2021·江苏泰州高一期中)氯气(Cl2)是一种重要的化工原料，大量用于制造盐酸、有机溶剂、农药、燃料和药品等。氯气的制备：氯气在实验室中可通过MnO2和浓盐酸混合加热制备，实验装置见图；在工业上可通过电解饱和NaCl溶液获得。(1)装置A中发生反应的化学方程式是__________________________________。(2)装置B的作用是__________________________________________________。(3)装置D用于收集Cl2，请将装置D中的导气管补充完整：_________________________________(4)装置E用于吸收尾气Cl2，E中发生反应的化学方程式是______________________。(5)电解饱和NaCl溶液对应的化学方程式为2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，则该反应中转移的电子数为1.204×1023时，溶液质量减少____________g。(假设生成的气体全部逸出)答案(1)MnO2＋4HCleq\o(=,\s\up7(△))MnCl2＋Cl2↑＋2H2O(2)除去Cl2中混有的HCl(3)(4)Cl2＋2NaOH=NaCl＋NaClO＋H2O(5)7.3解析氯气的制备：装置A中利用浓盐酸和二氧化锰共热制取氯气，装置B中饱和食盐水可以除去氯气中混有的HCl气体，经浓硫酸干燥后在装置D中收集，氯气的密度比空气大，应利用向上排空气法收集，最后用NaOH溶液吸收多余的氯气，防止污染空气。(1)装置A中利用浓盐酸和二氧化锰共热制取氯气，离子方程式为MnO2＋4HCleq\o(=,\s\up7(△))MnCl2＋Cl2↑＋2H2O。(2)装置B中饱和食盐水可以除去氯气中混有的HCl气体。(3)氯气的密度比空气大，应利用向上排空气法收集，所以长进短出，如图。(4)氯气和氢氧化钠反应生成氯化钠、次氯酸钠和水，化学方程式为Cl2＋2NaOH=NaCl＋NaClO＋H2O。(5)溶液减少的质量即生成的氯气和氢气的质量，转移的电子数为1.204×1023，即0.2mol电子，根据方程式可知生成0.1mol氯气和0.1mol氢气，质量为0.1mol×71g·mol-1＋0.1mol×2g·mol-1＝7.3g。1.实验室可用如图装置制得氯气并与铝粉反应制备无水AlCl3。已知AlCl3在183℃升华，遇潮湿空气即反应产生大量白雾。请回答问题：(1)A中反应的化学方程式为__________________________________________；HCl在反应中表现出的性质为____________(填“酸性”“氧化性”或“还原性”)。(2)A中g管的作用是________________________________________________。(3)B中盛放饱和食盐水的作用是_____________________________________；若D中生成的AlCl3凝华堵塞导管，B中可观察到的现象为_________________________________。(4)C和F所装试剂相同，其中F的作用是__________________________。答案(1)MnO2＋4HCleq\o(=,\s\up7(△))MnCl2＋Cl2↑＋2H2O酸性、还原性(2)平衡气压，使盐酸顺利流下(3)除去混有的HCl气体长颈漏斗中液面上升或瓶中液面下降(4)防止G中水分扩散到E中与产品反应解析(1)根据所给的装置图可知，A装置制取氯气：二氧化锰和浓盐酸反应生成氯化锰和氯气以及水，A中反应的化学方程式为MnO2＋4HCleq\o(=,\s\up7(△))MnCl2＋Cl2↑＋2H2O；HCl在反应中一部分氯化合价不变(生成MnCl2)，一部分氯化合价升高，表现出的性质为酸性、还原性。(2)A中g管的作用是平衡气压，使盐酸顺利流下。(3)A装置制取氯气，氯化氢易挥发，制取的氯气中含有氯化氢，氯气在饱和食盐水中溶解度小，B中的饱和食盐水是为了除去混有的HCl气体；若D中生成的AlCl3凝华堵塞导管，B中可观察到的现象为长颈漏斗中液面上升或瓶中液面下降。(4)C和F所装试剂相同，其中F的作用是防止G中水分扩散到E中与产品反应。2.氯气和漂白粉是现代工业和生活中常用的杀菌消毒剂，实验室拟用如图所示装置制备干燥纯净的氯气，请回答下列问题。(1)Ⅰ中所盛试剂为________(填序号，下同)，Ⅱ中所盛试剂为________。A.氢氧化钠溶液 B.饱和食盐水C.浓硫酸 D.硝酸银溶液(2)请按正确的顺序连接装置：H→________、________→________、__________→________；选择最后一个装置的目的是_________________________。(3)写出工业上用氯气和石灰乳制取漂白粉的化学反应方程式：____________________________________________________。(4)实验室有一瓶密封不严的漂白粉样品，其中肯定含有CaCl2，请设计实验探究该样品中可能存在的其他物质。提出合理假设。假设1：该漂白粉未变质，含有_________________________________________；假设2：该漂白粉全部变质，含有_______________________________________；假设3：该漂白粉部分变质，既含有CaCl2、Ca(ClO)2，又含有CaCO3。答案(1)CB(2)BACDE吸收尾气，防止污染空气(3)2Cl2＋2Ca(OH)2=CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O(4)CaCl2、Ca(ClO)2CaCl2、CaCO3解析(1)H导出的氯气中含有HCl、水蒸气，先用饱和食盐水除去HCl，再用浓硫酸干燥氯气，采取向上排空气法收集氯气，最后用氢氧化钠溶液吸收多余的氯气，防止污染空气，用氢氧化钠溶液吸收氯气，各装置中气体应为长进短出；Ⅰ中所盛试剂为浓硫酸；Ⅱ中所盛试剂为饱和食盐水；(2)实验室制取氯气时，首先要制取氯气，然后通过饱和食盐水除去挥发出来的氯化氢气体，再通过浓硫酸除去混入的水蒸气，这时得到了干燥、纯净的氯气，要用向上排空气法收集氯气，最后要吸收多余的氯气，仪器连接为H→B→A→C→D→E；(3)氯气和石灰乳反应生成氯化钙、次氯酸钙和水，反应的方程式为2Cl2＋2Ca(OH)2=CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O；(4)漂白粉的主要成分为CaCl2和Ca(ClO)2，变质生成CaCO3，则漂白粉未变质，只含CaCl2、Ca(ClO)2，漂白粉全部变质，只含CaCl2、CaCO3，漂白粉部分变质，则含有CaCl2、Ca(ClO)2、CaCO3。1.下列收集Cl2的装置正确的是()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将橡胶塞弹出，A项错误；因为Cl2的密度比空气的大，Cl2应短管进长管出，B项错误；该装置既能收集Cl2，又能进行尾气处理且防倒吸，C项正确；由于Cl2和NaOH溶液反应，所以不能收集到Cl2，D项错误。2.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.A中可用分液漏斗代替长颈漏斗B.A中缺少加热装置C.B中盛放的NaOH溶液可以净化Cl2D.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项正确；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项正确；B中盛放的NaOH溶液吸收氯气，不能净化Cl2，最后不能收集干燥纯净的氯气，C项错误；氯气和氢氧化钠溶液反应，可吸收含氯气的尾气，D项正确。3.(2021·江苏高邮高一期中)下列装置用于实验室制氯气并回收二氧化锰的实验。能达到实验目的的是()A.用装置甲制取氯气B.用装置乙除去氯气中的少量氯化氢C.用装置丙干燥氯气D.用装置丁分离二氧化锰和氯化锰溶液答案D解析A项，MnO2与浓盐酸混合需要加热反应制取Cl2，图示装置缺少加热装置，因此不能制取得到Cl2;B项，HCl与NaHCO3反应产生CO2气体，使Cl2中混有新的杂质CO2，不能达到除杂净化的目的，且不能从短导管通入待净化气体；C项，由于Cl2能与碱石灰反应，不能用碱石灰干燥；D项，二氧化锰难溶于水，可以用过滤的方法分离二氧化锰和氯化锰溶液。4.下列有关氯碱工业的说法错误的是()A.氯碱工业是以电解饱和食盐水为基础制取氯气等产品的工业B.根据氯碱工业原理分析，若电解氯化钾溶液，则发生的反应为2KCl＋2H2Oeq\o(