1、第1课时氯气的生产原理学习目标核心素养建构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.能记住氯气的生产原理。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知 识 梳 理一、海水中的化学资源1.海水中蕴含的元素有80多种，它是一个巨大的宝藏，期待着人们的开发和利用。2.海水中的氯化物主要为NaCl，其次是 MgCl2、 CaCl2和KCl。3.地球上99%以上的溴蕴藏在大海中，海水中溴的总储量高达11014t，溴被称为“海洋元素”。此外，海水中还含有丰富的碘元素。据估计，海水中碘的总量可达81010t。二、氯气的工业生产原理1.氯碱工业：以电解饱和
2、食盐水为基础制取氯气等产品的工业。2.氯气生产的化学原理(1)电解装置和现象(2)电解产物的验证实验操作实验现象实验结论试管移近酒精灯以后，发出“噗”的响声(或爆鸣声)与电源负极相连的铁棒上逸出氢气湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝与电源正极相连的石墨棒上逸出氯气溶液颜色变红左管溶液中有 NaOH产生(3)电解原理电解饱和食盐水的化学方程式为2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2。【自主思考】1.b端为何要通入氢氧化钠溶液？提示生成的氯气有毒，进行尾气处理。2.电解饱和食盐水两电极产生的气体体积比为多少？提示在铁棒上产生H2，在石墨棒上产生Cl2，体积比为11。3.工业制备Cl2为什么用电解食盐水，而不
3、用电解熔融NaCl?提示熔融NaCl会消耗大量的能源。三、氯气的实验室制法1.反应原理：1774年，瑞典化学家舍勒在研究软锰矿(主要成分是 MnO2)时，把浓盐酸与软锰矿混合在一起加热，发现有黄绿色气体生成，反应为4HCl(浓)MnO2MnCl2Cl22H2O。2.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，主要有气体发生收集装置、净化除杂装置、干燥装置、收集装置和尾气处理装置。3.收集方法：向上排空气法或排饱和食盐水法。4.净化方法：用饱和食盐水除去HCl，再用浓H2SO4除去水蒸气。5.尾气吸收：用强碱溶液(如NaOH溶液)吸收。【自主思考】4.如何检验Cl2是否收满？提示用湿润的
4、淀粉碘化钾试纸，变蓝色。5.收集氯气为什么用向上排空气法而不用向下排空气法？提示氯气的密度大于空气。6.NaOH溶液的作用是什么？提示Cl2有毒，NaOH溶液吸收多余的Cl2，防止污染大气。效 果 自 测1.医生建议患甲状腺肿大的病人多食海带，这是由于海带中含有较丰富的()A.碘元素 B.铁元素 C.钠元素 D.钾元素解析甲状腺肿大是缺碘，海带中富含碘元素。答案A2.关于电解NaCl水溶液的说法正确的是()电解产物为Cl2和Na电解过程中，能产生黄绿色气体电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，然后滴加酚酞溶液，溶液呈红色电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，然后滴加酚酞溶液，溶液呈无色
5、A. B. C. D.解析电解NaCl水溶液产生氢氧化钠、氢气和氯气。答案C探究一、电解饱和食盐水实验【探究讨论】在氯气的工业制法中，如何检验生成产物？提示H2：快速收集一试管生成的气体。用拇指堵住试管口，移近酒精灯，松开拇指，可听到爆鸣声。Cl2：使湿润的淀粉KI试纸变蓝。NaOH：滴入酚酞试液，溶液变红。【点拨提升】1.原理：反应方程式是2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2；溶液中存在四种离子：Na、Cl、H、OH，通电后，氯离子在阳极失电子生成氯气，氢离子在阴极得电子生成氢气，溶液中剩下氢氧化钠。2.装置3.实验现象及结论实验现象结论铁棒和碳棒上通电后有气泡产生通电后有新的气体物质生成
6、铁棒周围的溶液滴加酚酞变红色有碱性物质(NaOH)生成将铁棒上方收集到的气体靠近火焰，有爆鸣声有氢气生成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有黄绿色刺激性气味的气体(Cl2)生成【典题例证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产物的实验，当图中开关K闭合片刻后，试填空：(1)电解饱和食盐水的化学方程式为 。(2)a为电源的 极(填“正”或“负”)；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 。解析电解饱和食盐水产生NaOH、H2和Cl2，H2的密度比空气小，用向下排空气法收集，所以
7、D中收集的气体是H2，而H2是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，所以遇酚酞试液变红。b为电源的正极，B极上产生氯气，可以用淀粉碘化钾试液检验。答案(1)2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2(2)负氢气(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【学以致用1】如图为教材中电解饱和食盐水的实验装置。据此，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.以食盐水为基础原料制取氯气等产品的工业称为“氯碱工业”D.在石墨棒电极区域有NaOH生成解析由教材中的相关实验装置可知，
8、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。答案D探究二、氯气的实验室制法【探究讨论】1.用浓HCl和MnO2共热制取Cl2中有哪些杂质气体？如何除去？提示盐酸具有挥发性，故Cl2中会含有HCl、水蒸气，故可用饱和食盐水除去HCl，用浓H2SO4吸收水蒸气。2.根据Cl2的密度，如何收集Cl2？用什么溶液吸收尾气中的Cl2?提示向上排空气法，NaOH溶液。【
9、点拨提升】氯气的实验室制法(1)化学原理：也可以用高锰酸钾、重铬酸钾、氯酸钾等氧化剂代替二氧化锰。如2KMnO416HCl=2KCl2MnCl25Cl28H2O。(2)装置设计：粉末状固体液体气体。(3)除杂装置(洗气瓶)除去Cl2中少量HCl、水蒸气，可先通入饱和食盐水除去HCl，再通过浓H2SO4(或P2O5或CaCl2)除去水。(4)收集装置验满：观察法黄绿色湿润的淀粉碘化钾试纸(变蓝)或品红试纸(先变红后褪色)(5)吸收装置烧杯中盛有NaOH溶液(不能用水代替)。氯气有毒，有毒气体必须加以吸收，防止污染空气。一般用氢氧化钠溶液吸收多余的氯气：Cl22NaOH=NaClNaClOH2O。
10、(6)实验步骤：实验室制取干燥纯净的氯气可按如下思路设计：发生装置净化装置收集装置尾气吸收装置。固液气除去HCl除去H2O向上排空气集气法NaOH溶液吸收。实验装置如下图所示：【典题例证2】某校化学兴趣小组拟用浓盐酸与二氧化锰加热反应，制取并收集2瓶干燥、纯净的氯气。为防止换集气瓶时生成的氯气污染空气，设计了如下装置：(1)写出装置烧瓶中发生反应的化学方程式： 。(2)装置中盛放的药品是饱和氯化钠溶液，其作用是 ；装置的作用是干燥氯气，应盛放 。(3)实验开始后，先 a b(填“关闭”或“打开”，下同)；当集满一瓶氯气时，为减少换集气瓶时氯气的外逸，再 a b，换好集气瓶后，继续收集氯气。(4
11、)兴趣小组的某些同学准备在烧杯中加入下列溶液中的一种来吸收残余氯气，你认为其中不恰当的是 (填序号)。A.氢氧化钠溶液B.浓硫酸C.水解析(1)装置是制取氯气的发生装置，反应的化学方程式为MnO24HCl(浓)MnCl2Cl22H2O。(2)、部分属于净化装置，饱和氯化钠溶液是除去氯气中的HCl气体；装置应盛放浓硫酸，用来干燥氯气。(3)首先明确装置的作用用来临时储存氯气，防止换集气瓶时生成的氯气排出；故实验开始时，关闭a，打开b，换瓶时关闭b，打开a。(4)要吸收多余的氯气一般用碱液，而氯气在水和浓硫酸中溶解度都非常小。答案(1)MnO24HCl(浓)MnCl2Cl22H2O(2)除去Cl2
12、中混有的HCl浓硫酸(3)关闭打开打开关闭(4)BC【学以致用2】如图所示为在没有通风橱的条件下制备氯气时设计的装置，图中a、b是可控制的弹簧铁夹。(已知：氯气在饱和氯化钠溶液中的溶解度较小)(1)仪器A的名称是 ；烧杯中盛放的是 ；烧瓶中反应的化学方程式 。(2)在收集氯气时，应 (填如何控制a、b，下同)；当氯气收集完毕时应 。(3)若要制得标准状况下的Cl2 0.672 L，理论上需要MnO2的质量是 。解析(3)n(Cl2)0.03 moln(MnO2)n(Cl2)0.03 molm(MnO2)0.03 mol87 g/mol2.61 g答案(1)分液漏斗氢氧化钠溶液MnO24HCl(
13、浓)MnCl2Cl22H2O(2)关闭b，打开a关闭a，打开b(3)2.61 g1.海水中含有大量的化学元素，自然界中的有些元素主要存在于海水中。下列元素中，被称为“海洋元素”的是()A.氮 B.硫C.溴 D.氯答案C2.下列关于实验室用MnO2制取Cl2的叙述不正确的是()A.MnO2与浓盐酸共热B.缓慢加热反应C.用向下排空气法收集Cl2D.多余的氯气常用较浓的碱液吸收解析由于浓盐酸易挥发，故必须缓慢加热以减少HCl的挥发；Cl2的密度比空气的密度大，故应用向上排空气法收集Cl2；Cl2与碱发生反应：Cl22OH=ClClOH2O，故应用较浓的碱液吸收多余的Cl2。答案C3.铁钉和石墨棒用
14、导线连接直流电源如图，浸入饱和氯化钠溶液中电解，一段时间内可能出现的现象是()石墨棒附近产生OH 铁钉上放出氢气石墨棒上放出氢气石墨棒上放出氯气A. B.C. D.答案D4.检验HCl气体中是否混有Cl2，可采用的方法为()A.用干燥的蓝色石蕊试纸 B.用干燥的有色布条C.将气体通入硝酸银溶液 D.用湿润的淀粉碘化钾试纸答案D5.如图所示是某学生在实验室中制取干燥纯净的氯气及吸收多余氯气的装置图。(1)这个装置图中有哪些错误？请分别指出： ， ， ， 。(2)在改正的装置中，洗气瓶中各溶液起什么作用？饱和食盐水起的作用是 。浓硫酸起的作用是 。氢氧化钠溶液起的作用是 。(3)写出气体发生装置中反应的化学方程式： ，写出氯气通入氢氧化钠溶液中的化学方程式： 。答案(1)应该使用浓盐酸圆底烧瓶下缺少酒精灯盛浓硫酸的洗气瓶和盛饱和食盐水的洗气瓶位置颠倒了两个洗气瓶中的导管的进气口长应插入液面下，导管的出气口短(2)吸收氯化氢吸收水蒸气吸收多余的氯气，防止污染空气(3)MnO24HCl(浓)MnCl22H2OCl2Cl22NaOH=NaClNaClOH2O