高中化学学案专题3第一单元第1课时氯气的制备性质及应用

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1课时氯气的制备、性质及应用一、氯气的发现与制备1．氯气的发现与命名：项目年代国家名字发现者1774年瑞典舍勒命名者1810年英国戴维2．氯气的实验室制备方法：(1)反应原理MnO2＋4HCl(浓)eq\o(=,\s\up7(△))MnCl2＋Cl2↑＋2H2O。(2)实验装置①A装置为气体发生装置，作用是制备气体。②B装置为收集装置，作用是收集气体。③C装置为尾气处理装置，作用是吸收多余Cl2。3．Cl2的工业制备——氯碱工业：(1)电解装置和反应现象(2)反应方程式：2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通电))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。1．实验室制取氯气时，由于反应条件是“浓盐酸”和“加热”，生成的Cl2中含挥发出来的HCl气体和水蒸气，若实验室要制取纯净、干燥的Cl2，如何除去Cl2中的杂质并干燥？提示：用饱和食盐水除去Cl2中的HCl，并用浓硫酸干燥。2．(知识关联)工业上制取氯气使用的是电解饱和食盐水的方法，电解饱和食盐水的时候，主要产生的是氢气、氯气和氢氧化钠，请从物质分类的角度对三种物质进行分类。提示：氢气和氯气属于单质，氢氧化钠是碱。二、氯气的性质及应用1．氯气的物理性质：颜色密度气味毒性状态溶解性特性黄绿色比空气大刺激性气味有毒气体1体积水约能溶解2体积氯气易液化2.Cl2的化学性质——活泼非金属单质：(1)Cl2与金属的反应(2)Cl2与H2反应氢气在Cl2中燃烧，其化学方程式为H2＋Cl22HCl，工业利用此法制盐酸。(3)氯气和水的反应化学方程式：Cl2＋H2OHCl＋HClO(4)氯气和碱的反应①氯气和氢氧化钠、氢氧化钙的反应②漂白粉主要成分Ca(ClO)2、CaCl2，有效成分Ca(ClO)2，漂白原理Ca(ClO)2＋CO2＋H2O=CaCO3＋2HClO。3．氯气的用途：(1)常用于自来水的消毒。(2)制造盐酸。(3)制造漂白剂。(4)用于农药的生产、药物的合成。(情境思考)1915年4月22日，第一次世界大战西线战场，夜幕刚刚落下，防守比利时伊普尔的法军阵地前方，从对面德军战壕里突然升起一股奇怪的致命绿烟，微弱的东北风将这股绿烟吹向法军阵地，法军士兵四处溃逃，瞬间许多人就中毒倒地，渐渐地没有了呼吸。这是人类战争史上第一次使用生化武器。1．氯气使人中毒死亡的原理是什么？提示：氯气具有强烈的刺激性气味，吸入少量氯气会使人鼻腔和喉头黏膜受到刺激并引起胸痛和咳嗽，吸入较多氯气时会使人窒息死亡。2．当日常生活中遇到氯气泄漏时，应如何躲避？提示：氯气密度比空气大，应躲避到较高位置。氯水的性质及应用氯水性质的多样性在氯水中含有多种微粒，因此在与不同物质发生反应时，表现出不同微粒的性质，现列表如下：所加试剂参与反应的微粒实验现象化学方程式或解释AgNO3溶液Cl－产生白色沉淀HCl＋AgNO3=AgCl↓＋HNO3Na2CO3固体H＋有气泡产生2HCl＋Na2CO3=2NaCl＋CO2↑＋H2O有色布条HClO布条颜色褪去漂白性FeCl2溶液Cl2溶液由浅绿色变为棕黄色2FeCl2＋Cl2=2FeCl3石蕊溶液HClO、H＋先变红后褪色酸性和漂白性【特别警示】氯水中含有Cl2、HClO，当氯水发生氧化还原(如与FeCl2、NaBr、KI等)反应时，只看作Cl2参与反应，如2FeCl2＋Cl2=2FeCl3；当考虑氯水的漂白性和消毒性时，只看作HClO起作用。1．将盛有氯水的烧瓶置于阳光下照射，有气泡产生，此气泡成分是氯气吗？烧瓶内溶液的酸碱性有何变化？(科学探究与创新意识)提示：不是；酸性增强。因反应2HClOeq\o(=,\s\up7(光照))2HCl＋O2↑，放出O2，有HCl生成，酸性增强。2．(思维升华)品红溶液呈红色，向品红溶液中加入新制氯水，溶液的颜色有何变化？(宏观辨识与微观探析)提示：新制氯水中含有HClO，具有漂白性，因此品红溶液褪色。3．(情境思考)你知道如何用自来水正确养金鱼吗？首先，用容器取适量的自来水，将其放置在阳光照射的地方两天以上(三天更好)，再将其倒进鱼缸里面。(1)自来水用氯气来消毒，说明氯气具有哪些方面的性质？(证据推理与模型认知)(2)自来水晒过一段时间后，可以减少水中的有毒物质，发生了哪些化学反应？(科学探究与创新意识)提示：(1)自来水用氯气来消毒，说明氯气具有强氧化性。(2)氯气对自来水消毒后，含有少量氯气和次氯酸。经过阳光照射后，发生的化学反应有2HClOeq\o(=,\s\up7(△))2HCl＋O2↑。【典例】(2021·福州高一检测)向氯水中加入下列物质，表中各项正确的是()选项加入物质现象解释或离子方程式AAgNO3溶液有白色沉淀生成Cl－＋Ag＋=AgCl↓B石蕊试液显红色氯水中有盐酸、次氯酸CCaCO3有气体放出COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))＋2H＋=H2O＋CO2↑D有色布条有色布条褪色Cl2有漂白性【解题指南】解答本题注意以下两点：(1)新制氯水的主要成分；(2)新制氯水中各成分的主要性质。【解析】选A。A.氯水中存在浓度较大的Cl－，和Ag＋结合生成白色沉淀，离子反应为Cl－＋Ag＋=AgCl↓，故A正确；B.氯水中有盐酸，故存在浓度较大的H＋，能使石蕊显红色，存在HClO分子具有漂白性，所以溶液先变红后褪色，故B错误；C.氯水中有盐酸，故存在浓度较大的H＋，能与CaCO3反应生成氯化钙、水和二氧化碳，离子反应为CaCO3＋2H＋=Ca2＋＋H2O＋CO2↑，故C错误；D.氯水中存在HClO，具有漂白性，能够使有色布条褪色，而Cl2不具有漂白性，故D错误。【规律方法】氯水的粒子成分和性质(1)粒子：H2O、Cl2、HClO、H＋、Cl－、ClO－、(OH－)(2)性质新制氯水可以使碳酸氢钠溶液放出气泡，主要是哪种物质起的作用？提示：主要是新制氯水中的氢离子在起作用。(2021·南通高一检测)在探究新制饱和氯水成分的实验中，下列根据实验现象得出的结论正确的是()A.新制的氯水呈浅黄绿色，说明氯水中含有Cl－B.向氯水中加入NaHCO3粉末，有气泡产生，说明氯水中含有H＋C.新制氯水滴在有色布条上，有色布条褪色，说明Cl2有漂白性D.向FeCl2溶液中滴加氯水，溶液颜色变为棕黄色，说明氯水中含有HClO【解析】选B。A项，Cl2呈黄绿色，Cl－为无色，错误；B项，H＋与NaHCO3反应放出CO2，正确；C项，有色布条褪色是因为氯水中含有HClO分子，错误；D项，棕黄色为Fe3＋的颜色，Cl2与FeCl2反应生成FeCl3，而不是HClO，错误。氯气的实验室制法实验室制取氯气的装置图1．试剂的选择：通常选用浓盐酸和MnO2或KMnO4等来制取。如MnO2＋4HCl(浓)eq\o(=,\s\up7(△))MnCl2＋Cl2↑＋2H2O2KMnO4＋16HCl(浓)=2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O2．发生装置：选取发生装置的依据是制取气体所用试剂的状态和反应条件(加热与否)。以此分析可知，实验室制取氯气是加热固体与液体的混合物，所以应选用固液加热制气发生装置。3．收集方法：选用收集方法的主要依据是气体的密度和水溶性。因为氯气能溶于水，密度比空气的大，所以收集氯气时，不能用排水法，应该用向上排空气法。Cl2在饱和食盐水中的溶解度较小，也可用排饱和食盐水法收集Cl2。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．吸收装置：氯气有毒，实验室制取氯气时应在密闭系统或通风橱中进行，通常在收集装置的后面连接盛有NaOH溶液的吸收装置。6．验满：常用湿润的淀粉碘化钾试纸或湿润的蓝色石蕊试纸检验Cl2。方法是将湿润的淀粉碘化钾试纸靠近集气瓶瓶口，试纸变蓝，或将湿润的蓝色石蕊试纸靠近集气瓶瓶口，试纸先变红后褪色，则可证明Cl2已收集满。【方法导引】实验装置的安装方法以及常见气体的收集方法总结(1)气体实验装置的安装顺序①由下到上(如制氯气的发生装置安装顺序是：放铁架台→摆酒精灯→固定铁圈→放置石棉网→固定圆底烧瓶)。②从左到右(如制氯气：发生装置→净化装置→收集装置→尾气处理装置)。③先塞后定(把带导管的胶塞在烧瓶固定前塞好)。(2)常用气体收集方法①排水法：适用于不溶于水且不与水反应的气体。②排空气法：适用于同温同压下密度与空气密度相差较大的且不与空气中的任何气体反应的气体。它又包括：a.向上排空气法：适用于密度比空气大的气体。b.向下排空气法：适用于密度比空气小的气体。③排液法：Cl2可用排饱和食盐水法收集。1．(思维升华)含有4molHCl的浓盐酸与足量的MnO2反应，能生成1molCl2吗？(宏观辨识与微观探析)提示：不能，因为随着反应的进行，盐酸的浓度变小，MnO2与稀盐酸不反应，故生成的Cl2小于1mol。2．某同学认为用澄清石灰水代替氢氧化钠溶液进行尾气处理，同时还可以制得漂白粉，你认为该同学的想法是否合理？(科学探究与创新意识)提示：不合理。澄清石灰水的浓度很小，不能确保氯气被完全吸收，且制备漂白粉是利用氯气与石灰乳反应。【典例】(2021·南京高一检测)实验室制备氯气的装置如图。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．①B．②C．③D．④【解题指南】解答本题注意以下两点：(1)注意氯气制取装置从前到后的排列顺序；(2)各装置的连接及相应的特点。【解析】选C。③装置中的导气管应从长管进短管出。(1)氯气的发生装置中主要发生的反应是什么？提示：MnO2＋4HCl(浓)eq\o(=,\s\up7(△))MnCl2＋Cl2↑＋2H2O。(2)氯气的尾气处理装置中主要发生的反应是什么？提示：Cl2＋2NaOH=NaCl＋NaClO＋H2O。(2021·苏州高二检测)某校化学实验兴趣小组为了探究在实验室制备Cl2的过程中有水蒸气和HCl挥发出来，同时证明氯气的某些性质，甲同学设计了如图所示的实验装置(支撑用的铁架台省略)，按要求回答问题。(1)若用含有0.2molHCl的浓盐酸与足量的MnO2反应制取Cl2，发生的化学反应方程式为_________________________________，实验制得的Cl2体积(标准状况下)总是小于1.12L的原因是____________________________________________________。(2)①装置B的作用是_________________________________________，现象是_______________________________________________________。②装置D和E出现的不同现象说明的问题是__________________________________________________________。③装置F的作用是___________________________________________。④写出装置G中发生反应的化学方程式：______________________。【解析】(1)MnO2和浓盐酸在加热条件下发生反应制Cl2。浓盐酸变成稀盐酸时，将不再反应。(2)用无水CuSO4可以检验H2O。用D、E可以检验Cl2是否有漂白性。Cl2易溶于CCl4，可以用于吸收Cl2，但是HCl不溶于CCl4，G中HCl与AgNO3溶液反应生成AgCl沉淀。答案：(1)MnO2＋4HCl(浓)eq\o(=,\s\up7(△))MnCl2＋Cl2↑＋2H2O浓盐酸随着反应的进行浓度逐渐降低，最终变为稀盐酸，反应不再产生氯气(2)①证明有水蒸气产生白色固体变蓝色②氯气无漂白性，氯水有漂白性③吸收氯气④AgNO3＋HCl=AgCl↓＋HNO3由氯气制备的常用消毒剂和漂白剂1．次氯酸的漂白原理、特点及应用范围：2．次氯酸盐：(1)“84”消毒液：①制备：由Cl2和NaOH溶液反应制得。②主要成分：NaCl和NaClO；有效成分：NaClO。(2)漂白粉3．ClO2：二氧化氯可用于消毒和漂白，其漂白能力和消毒能力比氯气强且使用起来更加安全。4．向氯水中加入CaCO3固体后，氯水的杀菌、漂白能力将增强的原因(后续课程会学习)：氯水中存在平衡：Cl2＋H2OH＋＋Cl－＋HClO，CaCO3固体与H＋反应，降低H＋的浓度，使平衡向右移动，HClO的浓度增大，所以漂白性会增强。(1)制取漂白粉时，应选择石灰水还是石灰乳？为什么？提示：由于氢氧化钙的溶解度较小，制备漂白粉时不能用石灰水，应用石灰乳。在石灰乳中通入氯气可制得漂白粉，也可以用氯气与稍湿的消石灰作用制得。(2)漂白粉中起漂白作用的是HClO，为什么工业上却不保存HClO，而保存漂白粉？提示：HClO不稳定，见光易分解，久置后会变质，所以制备稳定的次氯酸盐更便于储存和运输。(3)(情境应用)下面几幅图片是某氯气泄漏事故现场。①从图片可以看出现场人员撤离时均用一块毛巾捂住口鼻以防止吸入氯气，那么，这块毛巾应怎样处理会更好？提示：由于Cl2易和碱反应，因此可以将毛巾蘸肥皂水或小苏打水等呈弱碱性的溶液。②消防人员在现场向空中喷洒石灰水，这是为什么？请用化学方程式说明原理。提示：2Cl2＋2Ca(OH)2=CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O。【典例】城市生活用水常用漂白粉杀菌、消毒。下列关于漂白粉的叙述正确的是()A．漂白粉的有效成分是Ca(ClO)2和CaCl2B．将Cl2制成漂白粉的主要目的是使它转化为较稳定的物质，便于保存和运输C．漂白粉是由Cl2与烧碱制得的D．在使用漂白粉时应用浓盐酸【解题指南】解答本题需注意以下两点：(1)熟记漂白粉的主要成分和有效成分；(2)浓盐酸能与漂白粉反应。【解析】选B。A.漂白粉的有效成分是Ca(ClO)2，故A错误；B.氯水中的HClO能漂白，但易分解且不易保存、运输，所以制成固态漂白粉，故B正确；C.氯气与烧碱反应生成NaCl、NaClO，故C错误；D.漂白粉与浓盐酸发生反应生成氯气，氯气有毒，故D错误。【误区警示】(1)工业上制备漂白粉是用Cl2与石灰乳反应而不是与澄清石灰水反应。(2)次氯酸盐的漂白和消毒作用通常是靠转化为HClO来实现的。Cl2是一种重要的化工原料。如图是一些含氯产品。(1)①中钢瓶上应贴的标签为________。A．腐蚀品B．爆炸品C．有毒品D．易燃品(2)下列有关漂白粉和漂白液的说法正确的是______________________________________________________________________。A．漂白粉是纯净物，漂白液是混合物B．漂白粉的有效成分是Ca(ClO)2C．工业上将氯气通入澄清石灰水制取漂白粉D．漂白液的有效成分是Na2O2(3)工业上利用Cl2制盐酸，其化学方程式为_________________________________________________________________________________________。Cl2溶于水可制得氯水，如何检验一瓶氯水已经完全变质？_______________________________________________________________。【解析】(1)Cl2有毒，储存Cl2的钢瓶应贴的标签为有毒品。(2)漂白粉的有效成分是Ca(ClO)2，漂白液的有效成分是NaClO，二者均是混合物，A、D项错误；制取漂白粉时，不用澄清石灰水，因氢氧化钙的溶解度较小，一般用石灰乳，也可用氯气与稍湿的消石灰作用制得，C项错误。(3)久置氯水的成分为稀盐酸，新制氯水的成分为Cl2、HCl、HClO，新制氯水和稀盐酸均与AgNO3溶液反应生成白色沉淀，均与Na2CO3溶液反应放出CO2气体，遇酚酞溶液均无明显现象。新制氯水中加入紫色石蕊溶液先变红后褪色，而稀盐酸中加入紫色石蕊溶液只变红色。答案：(1)C(2)B(3)H2＋Cl2eq\o(=,\s\up7(点燃或光照),\s\do5())2HCl用试管取适量该氯水，滴入几滴紫色石蕊试液，若溶液只变红不褪色，证明氯水已经完全变质氯气的实验室制法三言两语话重点(1)掌握氯气的制备方法：氯气实验室制法和工业制法。(2)掌握氯气的“四大”性质：与金属反应、与非金属反应、与水反应、与碱反应。(3)知道新制氯水的主要成分：“三分子”“四离子”。(4)掌握两种常见含氯化合物的有效成分：漂白粉－次氯酸钙、“84”消毒液－次氯酸钠。1．(2021·青岛高一检测)为了探究氯气的性质，进行了以下四个实验：①金属钠在氯气中燃烧、②铁丝在氯气中燃烧、③铜丝在氯气中燃烧、④氢气在氯气中燃烧。下列说法错误的是()A．四个实验中氯气均表现氧化性B．可以用坩埚钳夹住灼烧后的钠立刻放入充满氯气的集气瓶中C．金属铁和铜在实验中均燃烧得到高价态的金属氯化物D．氢气需要先验纯再通入氯气中点燃【解析】选B。A.钠在氯气中燃烧：2Na＋Cl2eq\o(=,\s\up7(点燃))2NaCl；铁在氯气中燃烧：2Fe＋3Cl2eq\o(=,\s\up7(点燃))2FeCl3；铜在氯气中燃烧：Cu＋Cl2eq\o(=,\s\up7(点燃))CuCl2；氢气在氯气中燃烧：H2＋Cl2eq\o(=,\s\up7(点燃))2HCl；四个实验中氯气中氯元素都是从0价变为－1价，表现氧化性，故A正确；B.用坩埚钳夹住灼烧后的钠，此时钠与氧气反应生成了过氧化钠，正确的操作为取一块绿豆大的金属钠(切去氧化层)，用滤纸吸净煤油，放在石棉网上，用酒精灯微热。待钠熔成球状时，将盛有氯气的集气瓶迅速倒扣在钠的上方，现象为钠首先熔化成闪亮的小球，然后剧烈燃烧，产生大量白烟，故B错误；C.氯气与变价金属反应，生成高价的金属氯化物，故C正确；D.氢气在氯气中燃烧，点燃前需要先验纯，以防止爆炸，故D正确。2.(2021·南通高一检测)下列氯化物既可由金属和氯气直接反应制得，也可由金属和盐酸反应制得的是()A．CuCl2B．FeCl3C．FeCl2D．AlCl3【解析】选D。A项，Cu与HCl不反应，错误；B项，Fe与HCl反应生成FeCl2，错误；C项，Fe与Cl2反应生成FeCl3，错误。【补偿训练】(2021·嘉兴高一检测)氯气是重要的化工原料，能用于对自来水消毒。下列有关氯气的叙述中正确的是()A．氯气在常温下能与铁反应，故不能用钢罐存放液氯B．液氯和氯水不是同一物质C．点燃氢气和氯气的混合气体可以制取氯化氢D．用氯气对生活用水进行消毒的原因是氯气能杀灭细菌【解析】选B。干燥的氯气与铁在常温下不反应，因此可以用钢罐存放液氯，故A错误；氯水为氯气的水溶液，液氯为纯净物，二者不是同一种物质，故B正确；点燃氢气和氯气的混合气体，易发生爆炸，不安全，故C错误；氯气之所以长期用于自来水消毒，是因氯气与水反应生成的HClO，具有强氧化性，可以杀死细菌、病毒，故D错误。3．(2021·石家庄高一检测)如图装置用来检验氯气的部分性质，下列说法不正确的是()A．装置A的作用是除去氯气中的水蒸气B．该实验必须在通风橱中进行C．装置B的现象是两种布条都褪色D．装置C中发生的反应为Cl2＋2NaOH=NaCl＋NaClO＋H2O【解析】选C。氯气中混有水蒸气，会干扰其漂白性的检验，用装置A除去氯气中的水蒸气，A正确；氯气有毒，会污染环境，所以该实验必须在通风橱中进行，B正确；装置B的现象是干燥的有色布条不褪色，湿润的有色布条褪色，C不正确；装置C中发生的反应为Cl2被NaOH溶液吸收，生成NaCl、NaClO、H2O，D正确。【补偿训练】下列说法正确的是()A．向久置的氯水中滴入紫色石蕊溶液，溶液将先变红后褪色B．欲除去Cl2中少量的HCl气体，可将此混合气体通过盛有饱和食盐水的洗气瓶C．漂白粉的有效成分是CaCl2和Ca(ClO)2D．氯水的成分为Cl2和Ca(ClO)2，应密封保存【解析】选B。HClO易分解，久置氯水实际是盐酸，因此只能使紫色石蕊溶液变红，而不能使其褪色，A项错误；漂白粉的主要成分是CaCl2和Ca(ClO)2，有效成分是Ca(ClO)2，C项错误；新制氯水的成分有Cl2、H＋、ClO－、OH－、Cl－、HClO、H2O，不含有Ca(ClO)2，D项错误；Cl2几乎不溶于饱和食盐水，但HCl易溶于饱和食盐水，因此可用饱和食盐水除去Cl2中少量的HCl气体，B项正确。4．(2021·厦门高一检测)向盛有紫色石蕊溶液的试管中持续通入氯气至过量，溶液颜色可能出现无色、浅黄绿色、红色等变化。下列叙述错误的是()A．过程Ⅰ溶液由紫色变成红色，起作用的微粒是H＋B．过程Ⅱ溶液由红色变成无色，起作用的微粒是HClOC．过程Ⅲ溶液颜色由无色变成浅黄绿色，证明溶液中有Cl2D．若向紫色石蕊溶液中持续加入Na2O2粉末，也会出现相同的颜色变化【解析】选D。氯气与水反应方程式：Cl2＋H2O⇌HCl＋HClO，生成HCl、HClO，HCl、HClO具有酸性，HClO具有漂白性，氯气能溶于水形成氯水溶液，过氧化钠和水反应生成氢氧化钠，过氧化钠具有强氧化性，据此分析解答。A.氯气与水反应方程式：Cl2＋H2O⇌HCl＋HClO，生成HCl、HClO，酸能使紫色石蕊溶液变成红色，故A正确；B.HClO具有漂白性，过程Ⅱ溶液由红色变成无色，是次氯酸的漂白作用的结果，溶液中仍然含有盐酸，故B正确；C.形成饱和氯水溶液中显浅黄绿色为溶解的氯气分子，故C正确；D.向盛有紫色石蕊溶液的试管中加入过氧化钠，过氧化钠和水反应生成氢氧化钠，使石蕊溶液呈蓝色，过氧化钠具有强氧化性使蓝色褪去，溶液颜色也不可能出现浅黄绿色、红色，故D错误。【补偿训练】(2021·扬州高一检测)实验室用如图所示装置来制取氯气，该装置由A、B、C三个基本装置组合而成，请回答下列问题：(1)该制取氯气的装置有一个错误，请指出错误_________________________________________________________________________________________。(2)说出A、B、C三个