高中化学必修一 专题2.2.3 氯气的制备

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第二章  海水中的重要元素----钠和氯第二节 氯及其化合物第3课时  氯气的制备 ( 1)能通过氯气的制备,体会实验对认识和研究物质性质的重要作用，培养证据推理意识。(2)通过氯气的制备，继续完善含氯元素的物质间的转化关系，进一步了解研究物质的思路和方法。(3)通过氯气的制备，体会环境保护的重要意义，增强社会责任感。(4)通过价类二维图的构建，掌握物质研究的基本思路和方法。【内容分析】本节内容以氯气的制备为主线，对气体的制备模型进行了初步构建。该模型包括发生装置、除杂装置、收集装置和尾气处理装置。通过研究该模型的选择依据，深化氯气的性质，让学生对于氯及其化合物的相互转化理解得更透彻。在完成气体制备模型的构建后，本节还从氧化还原的角度深入探讨了氯气制备的原理，更好地落实了宏观辨识和微观辨析、模型构建和证据推理素养。在内容的选取上，借助了初中氧气和二氧化碳制备的知识作为对比，让学生的学习进一步体会对比法、归纳法等对于化学学习的重要性。此外，在完成氯气制备的探讨后，还增加了氯的价类二维图的构建。通过该活动，让学生进一步构建非金属及其化合物的研究模型，为学生后续学习其他的非金属元素及其相应的化合物等奠定了基础。【教学重点和难点】重点：氯气的制备；气体制备的研究思路和方法的建构。难点：装置的选择依据。【教学流程】【学习任务一】温故知新，追求新知回顾氯气有什么用途？
1. 自来水消毒
2. 制漂白液
3. 制漂白粉、漂粉精
4. 氯气是重要的化工原料
【思考】怎样制备氯气？舍勒发现氯气的方法至今还是实验室中制取氯气的主要方法之一。在实验室中，通常用浓盐酸与二氧化锰反应来制取氯气，装置如图2-17所示。请写出制取氯气的化学方程式。 【设计意图】温故知新，引发学生的兴趣。同时通过方程式的书写，巩固氧化还原知识。【思考与讨论】
(1)观察图2-17所示的装置，你能说出其中NaOH溶液的作用吗?
吸收多余的氯气，防止环境污染。
【方法导引】
（1）是否所有气体制备实验都要进行尾气处理？
尾气处理主要针对有毒或对环境有污染的气体。
（2）尾气处理的依据是什么？
依据是气体本身的性质。
【学习任务二】对比归纳，构建气体制备模型  【思考与讨论】
(2)回顾初中所学的氧气、二氧化碳等气体的实验室制取方法，将相关内容填入下表。讨论氯气的制备装置和它们一样吗？如果一样，属于哪一种？如果不一样，请类比归纳氯气的制备装置。氯气的实验室制取是固体+液体加热制取气体，不属于初中学习的任何一种实验室制取模型，一般会选取分液漏斗、圆底烧瓶和酒精灯组装气体发生装置。
【方法导引】
如何选择气体的发生装置？依据反应物的状态和条件。
【思考与讨论】(3)根据上述装置图归纳氧气、二氧化碳和氯气是怎样收集的？依据是什么？氧气用了排水法收集，二氧化碳和氯气都用了向上排空气法收集。
【方法导引】
依据气体的密度、气体在水中的溶解性，以及是否与水反应，选择收集装置。【思考与讨论】
(4)应用上述装置能否收集到纯净干燥的氯气？如果不能，杂质是什么。
不能。浓盐酸会挥发，而且含有水蒸气。【思考与讨论】
请根据以下信息，设计实验方案，制备并收集一瓶纯净干燥的氯气。
1. 常温常压下，HCl的溶解度为1：500
2. 常见除杂装置

3. 常用干燥剂：浓硫酸、碱石灰（主要成分氧化钙和氢氧化钠）
【思考】如何验满？
取一小片湿润的淀粉碘化钾试纸于集气瓶口，若试纸变蓝，则集气瓶已充满氯气。【思考与讨论】
（5）气体的除杂装置选择依据是什么？
【方法导引】
依据气体及其所含杂质的性质，选择除杂装置;
（6）在设计实验室制取气体的装置时，应考虑哪些方面?【方法导引】
选择和组装实验室制取气体的装置时，应考虑装置的选取依据和装置的连接顺序。
【方法导引小结】
                         实验室中制取气体装置的设计
实验室中制取气体的装置包括发生装置和收集装置，根据实际需要，还可增加除杂装置和尾气处理装置等。
选择各部分装置时，应注意:依据反应物的状态和反应条件，选择气体的发生装置;依据气体及其所含杂质的性质，选择除杂装置;依据气体的密度、气体在水中的溶解性，以及是否与水反应，选择收集装置;依据气体的性质，选择尾气处理装置。
装置的连接顺序一般为:发生装置→除杂装置(如需要)→收集装置-→尾气处理装置(如需要)。
【设计意图】通过氯气的制备，掌握气体制备的各个装置选择的依据以及装置的连接顺序，构建气体制备模型，落实实验探究创新意识、模型构建与证据推理素养。【评价任务一】
据台湾媒体报道，北县中和市锦和中学的部分学生，在清扫厕所时误以为浴厕清洁剂（主要成分是盐酸）与漂白液混合，清洁效果会更强，结果混合后产生氯气，并冒出大量浓烟，九名学生疑似氯气吸入过多，身体不适被送往双和医院，诊治后幸无大碍。  请尝试写出产生氯气的化学方程式。
2HCl＋ NaClO = NaCl＋H2O＋ Cl2↑
【思考与讨论】
对比上述方程式与实验室制备氯气的方程式，你能总结出制备氯气的原理吗？ 两个反应中盐酸都是做还原剂，要制备氯气可在浓盐酸中加入氧化剂。
【思考与讨论】
模仿上述方程式，试着用你熟悉的试剂写出其他制备氯气的方法。【设计意图】结合氧化还原反应，拓展氯气的制备知识，巩固氧化还原知识。【评价任务二】
1.分析下列反应，回答问题。1. _________是氧化产物，_________是还原产物
2.浓盐酸表现出________性和________性
3.氧化剂与还原剂的质量之比为________
【答案】Cl2     Cl2                    还原         酸                73：492.实验室中为进行有关氯气的性质实验，需要4瓶体积为100mL的氯气。(常温下，氯气的密度为2.91 g/L。)
(1)制取4瓶氯气，理论上需要MnO2的质量是多少?
(2)实际称取的MnO2固体的质量必须适当多于理论量，主要原因是什么?
【答案】1.426g       实际称取的MnO2固体的质量必须适当多于理论量
【解析】需制备氯气0.1*2.91*4=1.164g，根据反应方程式可计算需要MnO2的质量是1.426g。实际实验中不能实现全部转化，要考虑损耗，所以实际称取的MnO2固体的质量必须适当多于理论量。
【设计意图】通过氧化还原的知识应用，回顾初中质量的计算知识，为后面学习物质的量打下基础。【评价任务三】
1.在实验室中用浓盐酸与MnO2共热制取Cl2并进行相关实验。
下列收集Cl2的正确装置是___________。【答案】C2.对比上述C装置与教材中氯气收集的装置，有什么区别，哪个更合理。【答案】C装置更合理。因为氯气和氢氧化钠反应后，会导致导管口压强减小，容易产生倒吸。
【评价任务四】【答案】A【解析】
A. 二氧化碳中含有氯化氢，需用饱和碳酸氢钠溶液除去氯化氢，不能用饱和碳酸钠，因为碳酸钠和二氧化碳也反应，故A不能达到目的；
B．氯气中混有少量的氯化氢气体，可以用饱和食盐水除去；饱和食盐水在吸收氯化氢气体的同时，也会抑制氯气在水中的溶解，故B项能实现除杂目的；
C．氮气中混有少量氧气，在通过灼热的铜丝网时，氧气可以与之发生反应： ，而铜与氮气无法反应，因此可以采取这种方式除去杂质氧气，故C项能实现除杂目的；
D. 一氧化碳中含有二氧化碳，可用氢氧化钠除去二氧化碳，D达到目的。【设计意图】通过高考题的改编，结合初中知识以及气体制备的除杂与尾气处理知识，检测学生的学习成果，落实证据推理与模型构建、宏观辨识与微观辨析素养。
【学习任务五】模型构建，形成知识体系
请把氯及其常见化合物填入下图。画出它们之间的转化关系，并写出相关的化学方程式或离子方程式。（课后完成） 【设计意图】元素化合物的知识比较零散，通过价类二维图进行归纳总结能有效提高学习效率，在整个元素及其化合物的学习过程中必须不断强化。一、思考与讨论(1)观察图2-17所示的装置，你能说出其中NaOH溶液的作用吗?(2)结合初中所学的氧气、二氧化碳等气体的实验室制取方法讨论:在设计实验室制取气体的装置时,应考虑哪些方面?【答案】(1) NaOH溶液的作用是吸收多余的氯气，防止环境污染。(2)选择和组装实验室制取气体的装置时，应考虑装置的选取依据和装置的连接顺序。【建议】在实验室制法的学习中，可结合初中所学习的氧气、二氧化碳气体的制备，帮助学生梳理出从实验原理的分析到实验装置的选择，再到实验仪器的连接的基本思路，构建制取气体的方法模型。二、方法导引
                         实验室中制取气体装置的设计
实验室中制取气体的装置包括发生装置和收集装置，根据实际需要，还可增加除杂装置和尾气处理装置等。
选择各部分装置时，应注意:依据反应物的状态和反应条件，选择气体的发生装置;依据气体及其所含杂质的性质，选择除杂装置;依据气体的密度、气体在水中的溶解性，以及是否与水反应，选择收集装置;依据气体的性质，选择尾气处理装置。
装置的连接顺序一般为:发生装置→除杂装置(如需要)→收集装置-→尾气处理装置(如需要)。
三、日常生活情境的应用84消毒液与洁厕灵( 酸)能否混合使用?【建议】一、可通过具体生活案例引入。如“据台湾媒体报道，北县中和市锦和中学的部分学生，在清扫厕所时误以为浴厕清洁剂（主要成分是盐酸）与漂白液混合，清洁效果会更强，结果混合后产生氯气，并冒出大量浓烟，九名学生疑似氯气吸入过多，身体不适被送往双和医院，诊治后幸无大碍。  请尝试写出产生氯气的化学方程式。”二、可通过实验探究引入：探究84消毒液与酸反应得到的气体产物的性质，包括实验中观察到的物理性质，分别遇干、湿红色石蕊试纸的现象等，获取证据进行推理，培养证据意识。实验结论:得出84消毒液与洁厕灵不能混合使用的结论，发展学生的社会参与意识。这样的教学设计,问题来自于实际生活，探究中突出了对证据意识的培养，也突出了化学学习的社会价值。四、课后练习（教材P48）6.实验室中为进行有关氯气的性质实验，需要4瓶体积为100mL的氯气。(常温下，氯气的密度为2.91 g/L。)
(1)制取4瓶氯气，理论上需要MnO2的质量是多少?
(2)实际称取的MnO2固体的质量必须适当多于理论量，主要原因是什么?
【答案】1.426g       实际称取的MnO2固体的质量必须适当多于理论量
【解析】需制备氯气0.1*2.91*4=1.164g，根据反应方程式可计算需要MnO2的质量是1.426g。实际实验中不能实现全部转化，要考虑损耗，所以实际称取的MnO2固体的质量必须适当多于理论量。