化学苏教版 (2019)第一单元 氯气及氯的化合物第一课时学案设计

第一课时　氯气的发现与制备

1．结合实验室制取氯气所用的二氧化锰和浓盐酸的性质，选择合适的实验装置制取氯气，培养科学探究与创新意识，提高实验能力。

2．了解氯气的工业制法的反应原理，培养证据推理与模型认知和科学探究与创新意识的化学学科核心素养。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

由教材P58提供的氯气的实验室制备装置，思考下列问题：

1．从氯气的发现到氯被确认为一种新的元素，时间长达三十多年，期间经历了数位科学家的不懈探索。你从这一史实中得到什么启示？

提示：科学研究需以大量事实为依据，不能凭主观想象，更不能迷信一些所谓的权威，真理的发现需要经过漫长、曲折的道路；科学研究需要有热爱科学的思想和奉献科学的精神。

2．如何根据原料的状态和反应的条件来选择合适的气体制备装置？

提示：气体制备实验时反应装置的选择，依据的是原料的状态和反应的条件。

装置A适用于“固体＋固体气体”，例如实验室制氧气；装置B适用于“固体(或液体)＋液体气体”，例如实验室制氯气；装置C适用于“固体(或液体)＋液体→气体”，例如实验室制H2、CO2。

3．用此装置能否收集到纯净干燥的氯气，结合反应原理思考杂质气体可能有什么？应该如何除去杂质气体？

提示：由于浓盐酸易挥发，氯气中的杂质气体有HCl、水蒸气，因此无法收集到纯净干燥的氯气。因为HCl极易溶于水，而氯气在饱和食盐水中溶解度很小，所以先用饱和食盐水除去HCl，再用浓硫酸进行干燥，就可获得纯净干燥的氯气。除杂装置如图所示：

4．结合氯气的性质分析，为什么氯气通常用向上排空气法收集？还可以用什么方法收集？

提示：氯气密度大于空气，能溶于水，通常用向上排空气法收集；氯气在饱和食盐水中溶解度很小，可以用排饱和食盐水法收集。

1．氯气的实验室制法

(1)反应原理

MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O

(2)仪器装置

(3)收集方法

选用气体收集装置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的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。化学方程式为Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O。

(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。

2．实验室制取氯气的其他方法

可用KMnO4、K2Cr2O7、KClO3等氧化剂代替MnO2与浓盐酸反应(不需加热)。方程式如下：2KMnO4＋16HCl(浓)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O。

K2Cr2O7＋14HCl(浓)===2KCl＋2CrCl3＋3Cl2↑＋7H2O

KClO3＋6HCl(浓)KCl＋3Cl2↑＋3H2O

3．实验室用MnO2和浓盐酸制Cl2时的注意点

(1)为了减少制得的Cl2中HCl的含量，加热温度不宜过高，以减少HCl的挥发。

(2)因Cl－浓度越小，其还原性越弱，所以必须用浓盐酸加热才可反应，稀盐酸不反应。

(3)实验结束后，先使反应停止并排出残留的Cl2后，再拆卸装置，避免污染空气。

(4)尾气吸收时，用NaOH溶液吸收Cl2，不能用澄清石灰水吸收，因为溶液中Ca(OH)2的含量少，吸收不完全。

1．下列关于氯气研究的科学史话，正确的是(　　)

A．瑞典化学家舍勒在实验室制得氯气，并确定氯气是一种单质

B．英国化学家戴维在前人研究基础上，通过大量实验确认，氯气是一种单质

C．舍勒是用食盐来制取氯气的

D．舍勒发现氯气的方法至今仍是工业制氯气的方法之一

解析：选B　舍勒制备、发现氯气，戴维确认氯气是一种单质。舍勒发现氯气的方法仍是现在实验室制备氯气的方法，但不是工业制法。

2．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．③④②①⑥⑤

C．①④③②⑥⑤   D．①③④②⑥⑤

解析：选D　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。

3．某化学兴趣小组利用MnO2和浓盐酸及如图装置制备Cl2。下列分析不正确的是(　　)

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NaOH溶液可以净化Cl2

D．d中的导管口若连接倒置漏斗可防止倒吸

解析：选C　生成的氯气中易混有氯化氢气体，应该用饱和食盐水除去氯化氢，氯化氢和氯气均能与NaOH溶液反应，故b中不能盛放氢氧化钠溶液。

4．实验室制取氯气的装置如图所示：

(1)用化学方程式表示制取氯气的反应原理：___________________________________

________________________________________________________________________。

(2)发生装置所用仪器的名称为___________________________________________。

(3)装置C的作用是_____________________________________________，

装置D的作用是_______________________________________________________。

(4)检验E集气瓶集满氯气的方法是_______________________________________

________________________________________________________________________。

(5)烧杯F中盛放的溶液是________，其作用是__________________________________

________________________________________________________________________。

解析：实验室用二氧化锰和浓盐酸反应制取氯气，由于浓盐酸具有挥发性，制取的氯气中含有杂质氯化氢，还有水蒸气，所以要得到干燥、纯净的氯气，应先通过饱和氯化钠溶液以除去氯气中的氯化氢，再通过浓硫酸干燥氯气。用湿润的淀粉碘化钾试纸或湿润的蓝色石蕊试纸检验集气瓶中是否集满了氯气，为防止氯气污染环境，要用氢氧化钠溶液吸收尾气。

答案：(1)MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O

(2)分液漏斗、圆底烧瓶、酒精灯、铁架台

(3)除去Cl2中的少量HCl气体　干燥氯气(或除去氯气中的水蒸气)

(4)将湿润的淀粉碘化钾试纸放在集气瓶口(或将湿润的蓝色石蕊试纸放在集气瓶口)

(5)NaOH溶液　吸收过量的氯气，防止污染环境

工业上制取氯气大多采用电解饱和食盐水(一般为净化后的饱和食盐水)的方法，人们把以电解饱和食盐水为基础制取氯气、烧碱等产品的工业称为氯碱工业。

1．电解饱和食盐水的原理

2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑

2．电解饱和食盐水的装置及产物的验证

(1)电解饱和食盐水的装置

(2)电解产物的验证

[名师点拨]

(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)检验Cl2的反应为2KI＋Cl2===2KCl＋I2，淀粉遇碘变蓝色。

(4)氯碱工业产品的用途

①Cl2：用于制取盐酸、漂白粉，饮用水消毒，有机合成(农药、药物等)。

②H2：用于生产盐酸、金属冶炼等。

③NaOH：工业生产中最常用的碱，主要用于有机合成、造纸、印染等。

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

解析：选A　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。

2．请用如下图所示仪器设计一个包括电解饱和食盐水并测定电解时产生氢气的体积和检验氯气的实验装置(提示：Cl2可与KI反应生成I2，淀粉遇I2变蓝)。

(1)连接所选仪器时，各接口的顺序是(填各接口的字母代号)：A接________，________接________，B接________，________接________。

(2)证明产物Cl2的实验现象是________________。

解析：电解时，与电源负极相连的A端产生H2，与电源正极相连的B端产生Cl2。用排水量气法测量H2的体积，用淀粉­KI溶液检验Cl2，用NaOH溶液吸收剩余的Cl2。

答案：G　F　H　D　E　C　(2)淀粉­KI溶液变蓝

3．(1)写出电解饱和食盐水的化学方程式：____________________________________。

(2)上述反应的氧化产物是________，实验室常用________________检验该物质。

(3)若生成标准状况下11.2 L氯气，生成NaOH的质量为________，转移电子的物质的量为________。

解析：由2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑知：NaCl中氯元素化合价由－1价升高到0价，Cl2是氧化产物。每生成1 mol Cl2，转移2 mol电子，生成2 mol NaOH，当生成标准状况下11.2 L氯气即0.5 mol Cl2时，生成1 mol 即40 g NaOH，转移1 mol电子。

答案：(1)2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑

(2)Cl2　淀粉碘化钾试纸

(3)40 g　1 mol

[分级训练·课课过关]________________________________________________________

1．用含0.4 mol HCl的浓盐酸与足量的MnO2反应生成Cl2的物质的量的关系为(　　)

A．等于0.2 mol   B．等于0.1 mol

C．大于0.1 mol   D．小于0.1 mol

解析：选D　随着反应的进行，浓盐酸的浓度变小，当成为稀盐酸时，不再与MnO2反应生成Cl2，即盐酸中的0.4 mol HCl不能完全反应，故生成Cl2的物质的量小于0.1 mol。

2．下列收集Cl2的装置正确的是(　　)

解析：选C　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。

3．已知KMnO4与浓盐酸在常温下反应能产生Cl2。若用如图所示的实验装置来制备纯净、干燥的氯气，并验证其与金属的反应，每个虚线框表示一个单元装置，其中有错误的是(　　)

A．①和②处   B．只有②处

C．②和③处   D．②③④处

解析：选D　①是氯气发生装置，②应是除去氯气中氯化氢杂质的装置，③是气体干燥装置，④是氯气与金属反应的装置。②中除杂时能消耗欲保留的气体，因为氯气可与NaOH溶液反应，化学方程式为Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，错误；③中进气管短，出气管却插入液面以下，无法干燥气体，也不能使气体进入④中与金属反应，错误；④是一个封闭体系，未反应的气体不断蓄积，会使容器内压强过大而发生爆炸，且进气导管应伸入试管底部，错误。

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＋2H2O2KOH＋Cl2↑＋H2↑

C.氯碱工业中产生两种气体，一种是无色的，一种是黄绿色的

D．地球上的海水可以供人们使用，因此节约用水是没有意义的

解析：选D　D项，由于海水中含有较多的盐类，因此海水不能直接作为生活用水，而地球上淡水资源有限，因此节约用水对人类和其他生物的生存有着非常重要的意义。