資源簡介

3.1 第1課時　氯氣的發現與制備
【學習目標】
1.知道海水中的豐富資源和氯化鈉作為重要工業原料的主要用途。
2.學會實驗室制取氯氣的方法,通過實驗探究,理解實驗室氣體制備的一般流程及選用裝置的依據,通過分析、推理、設計完成實驗。
3.認識工業上電解氯化鈉飽和溶液制取氯氣的反應原理,學會通過實驗判斷反應產物的方法,形成運用化學實驗進行探究的化學核心素養。
【合作探究】
【學習情境】
18世紀,人們致力于采礦事業,瑞典化學家舍勒也把精力放在了軟錳礦(主要成分是MnO2)的研究上。1774年的一天當他把軟錳礦粉末和濃鹽酸混合加熱時,驚奇地看到一種黃綠色的氣體逸出。1810年11月英國化學家戴維正式定名上述黃綠色氣體是由一種新元素組成的單質——氯氣,英文定名為“Chlorine”,希臘文的意思是“綠色的”。上述反應可用于實驗室制備氯氣。
現代工業對氯氣的需求量很大,大量生產氯氣不僅要求原料易得,而且成本也是必須要考慮的重要因素,因此海水就成為制備氯氣的首選原料。1833年,法拉第發現電解食鹽水能產生氯氣、氫氧化鈉,為工業制備氯氣奠定了基礎。如今,工業生產氯氣主要是通過海水曬鹽得到粗鹽,除去雜質后,電解氯化鈉飽和溶液來制備的。以電解食鹽水為基礎制取氯氣、燒堿(NaOH)等產品的工業稱為“氯堿工業”。
任務1　氯氣的實驗室制法
【新知生成】
一、反應原理
實驗室制取氯氣的化學方程式:　 　　。
二、反應裝置
1.發生裝置:固+　　　氣。
2.收集裝置:向　　　　排空氣法。
3.尾氣處理:用　　　　吸收。
【答案】MnO2+4HCl(濃)MnCl2+Cl2↑+2H2O　液　上　NaOH溶液
【核心突破】
典例1　實驗室制取氯氣的裝置如圖所示。
回答下列問題:
(1)實驗原理:　　　　　　　　　　　　　　(用化學方程式表示)。
(2)實驗裝置:氣體制備型化學實驗裝置的設計,要將反應原理、氣體凈化、收集和尾氣處理等結合起來。
①寫出下列裝置中所盛試劑的名稱:C　　　　　;D　　　　;F　　　　　　。
②其中C的作用是除去Cl2中的　　　　;D的作用是除去Cl2中的　　　　。
③該裝置中收集Cl2的方法是　　　　　　　。還可用排　　　　的方法收集,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　。
④裝置F的作用是　 。
【答案】(1)4HCl(濃)+MnO2MnCl2+2H2O+Cl2↑　(2)①飽和食鹽水　濃硫酸　氫氧化鈉溶液
②HCl氣體　水蒸氣　③向上排空氣法　飽和食鹽水　Cl2在飽和食鹽水中的溶解度比較小　④吸收尾氣,防止污染空氣
歸納總結
1.實驗室制備氯氣的注意事項
(1)實驗前,連接好裝置,檢查裝置氣密性。
(2)加熱時要墊陶土網。
(3)稀鹽酸與MnO2不反應,制取氯氣時必須選用濃鹽酸;加熱溫度不宜過高,以減少氯化氫的揮發。
(4)制取的氯氣有毒,且在加熱時容易逸出,所以應選用分液漏斗,而不用長頸漏斗。
(5)處理尾氣時,不能用澄清石灰水吸收氯氣,因為澄清石灰水中Ca(OH)2微溶于水,濃度小,吸收能力差。
　(6)驗滿方法:將濕潤的淀粉-KI試紙伸到集氣瓶口,試紙變藍,則已收集滿。
(7)實驗結束后,先使反應停止并排出裝置中殘留的氯氣,再拆卸裝置,避免污染空氣。
2.實驗室制備氯氣的裝置
3.尾氣處理的化學方程式:
2NaOH+Cl2NaCl+NaClO+H2O
訓練1　某化學興趣小組利用MnO2和濃鹽酸及如圖裝置制備氯氣。下列分析中不正確的是(　　)。
A.①中應該用分液漏斗代替長頸漏斗
B.①中缺少加熱裝置
C.②中盛放NaOH溶液可以凈化氯氣
D.④中盛放的NaOH溶液可以吸收尾氣
【答案】C
【解析】分液漏斗代替長頸漏斗,避免鹽酸揮發及產生的氣體逸出,同時便于控制反應速率,A項正確;二氧化錳和濃鹽酸需要加熱才能反應生成氯氣,B項正確;NaOH溶液吸收氯氣,不能凈化氯氣,可以用飽和食鹽水、濃硫酸凈化氯氣,C項錯誤;氫氧化鈉溶液與氯氣反應,可以吸收氯氣,防止污染空氣,D項正確。
任務2　氯氣的工業制法
【新知生成】
以電解　　　　為基礎制取氯氣、　　　　等產品的工業稱為氯堿工業,相應的化學方程式為　　　　　　　　　　　　。
實驗室模擬工業制備氯氣時石墨棒一極收集到的氣體是　　　　,鐵棒一極生成的是　　　　和　　　　。
【答案】飽和食鹽水　燒堿　2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑　Cl2　H2　NaOH
【核心突破】
典例2　某實驗興趣小組利用如圖所示裝置電解飽和食鹽水,當圖中開關K閉合片刻后,回答下列問題:
(1)電解飽和食鹽水的化學方程式為　　　　　　　　　　　　　　。
(2)a為電源的　　　　(填“正”或“負”)極;D中收集到的氣體是　　　　。
(3)C試管盛放　　　　(填化學式)溶液;溶液中A電極附近的現象為　 。
【答案】(1)2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑
(2)負　氫氣(或H2)　(3)NaOH　有氣泡產生,溶液由無色變為紅色
歸納總結
在氯堿工業中,必須通電才能生成H2、Cl2和NaOH,所以在書寫化學方程式時一定要注明反應條件。H2在與電源負極相連的鐵棒上產生,Cl2在與電源正極相連的石墨棒上產生。
訓練2　下列關于電解飽和食鹽水過程的說法正確的是(　　)。
A.電解飽和食鹽水的工廠首先要將食鹽進行除雜
B.與電源正極相連的電極區有NaOH生成
C.與電源負極相連的電極上有氯氣生成
D.電解飽和食鹽水的過程中Na+濃度逐漸減小
【答案】A
【解析】根據電解飽和食鹽水的裝置可知,與電源正極相連的電極上產生Cl2,而與電源負極相連的電極區產生H2和NaOH,B、C兩項均錯誤;因為Na+沒有參與反應,其物質的量不變,但電解過程中消耗了水,溶液體積減小,Na+濃度逐漸增大,D項錯誤。
課堂小結
【隨堂檢測】
1.工業上電解飽和食鹽水制Cl2和實驗室用MnO2與濃鹽酸反應制Cl2,相同的是(　　)。
A.化合態的氯全部轉變為游離態的氯
B.都是將正價的氯轉變為零價的氯
C.都是復分解反應
D.都是氧化還原反應
【答案】D
【解析】實驗室制法中還有部分氯以化合態存在,A項錯誤;反應前的氯都是負價,B項錯誤;兩種方法都涉及化合價的變化,屬于氧化還原反應,不屬于復分解反應,C項錯誤,D項正確。
2.某化學興趣小組用如圖所示裝置制取氯氣。下列說法正確的是(　　)。
A.該裝置圖中至少存在三處明顯錯誤
B.該實驗中收集氯氣的方法不正確
C.如果需要得到干燥純凈的Cl2,只需在氣體發生裝置和收集裝置之間連接一個裝有濃硫酸的洗氣瓶即可
D.含有4mol HCl的濃鹽酸與足量MnO2混合可制備1mol Cl2
【答案】A
【解析】A項,該裝置的錯誤:沒有用酒精燈加熱,MnO2不與濃鹽酸發生反應,從而得不到Cl2;裝置中沒有用分液漏斗而采用長頸漏斗,導致氣體外逸和HCl的揮發;沒有進行尾氣處理。B項,Cl2的密度比空氣大,該收集方法正確。C項,要得到干燥純凈的Cl2,首先應將氣體通過飽和食鹽水除去HCl,再通過濃硫酸除去水蒸氣。D項,根據反應:MnO2+4HCl(濃)MnCl2+Cl2↑+2H2O,鹽酸濃度變稀后便不再反應,故產生的Cl2的物質的量小于1mol。
3.在實驗室制氯氣時有如下操作,正確的操作順序是(　　)。
①連接好裝置,檢查氣密性
②緩緩加熱,加快反應,使氣體均勻逸出
③在圓底燒瓶中加入二氧化錳粉末
④從盛有濃鹽酸的分液漏斗中將濃鹽酸緩緩滴入燒瓶中
⑤將多余的Cl2用NaOH溶液吸收
⑥用向上排空氣法收集氯氣
A.①②③④⑤⑥ B.③④②①⑥⑤ C.①④③②⑥⑤ D.①③④②⑥⑤
【答案】D
【解析】確定實驗室制取氣體的操作順序要注意:①連接好裝置后,要先檢查裝置氣密性,后裝藥品;②裝藥品的順序是先加固體,后加液體;③對于有毒的氣體,一定要有尾氣處理裝置。
4.實驗室用下列兩種方法制氯氣:①用含146g HCl的濃鹽酸與足量的MnO2反應;②用87g MnO2與足量濃鹽酸反應。所得的氯氣(　　)。
A.①比②多 B.②比①多 C.一樣多 D.無法比較
【答案】B
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