【同步讲义】高中化学（苏教版2019）必修第一册--3.1.1 氯气的发现与制备 讲义

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 氯气的发现与制备

知识点01  氯气的发现

1．元素的存在形态

游离态：元素以________形式存在的状态。

化合态：元素以________形式存在的状态。

2．氯元素在自然界中的存在

在自然界中，氯元素全部以________的形式存在。

海水中蕴含丰富的氯元素，它主要以________、________等氯化物的形式存在。

3．氯气的发现

1774年，瑞典化学家舍勒将________与________混合加热，意外的产生一种具有强烈________气味的________气体。

1810年，英国化学家戴维仔细研究了这种气体，并将其命名为氯气。

【即学即练1】判断正误：

(1)海水中蕴含大量的氯元素，全部以化合态的形式存在(　　)

(2)用物理的方法，通过特殊的分离手段可以获取氯气(　　)

(3)在自然界氯元素主要以NaCl、MgCl2、CaCl2等形式大量存在于海水中(　　)

(4)由于氯元素在自然界中存在很广，因而它很容易被发现(　　)

(5)氯气是无色无味的气体(　　)

知识点02  氯气的实验室制法

1．反应原理

实验室常用MnO2将浓盐酸中化合态的氯元素氧化为游离态的氯气，化学方程式：

MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O。

2．仪器装置

(1)气体发生装置类型：________________________________。

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

3．收集方法

用________排空气法，理由是________________________________________。

4．尾气处理

烧杯内盛放的液体是________，其作用是________________________________。

【即学即练2】有关实验室制取氯气的说法中，正确的是（    ）

A．能用排水法收集氯气

B．如果加入足量的MnO2，盐酸将会完全反应

C．可以用澄清石灰水来吸收氯气

D．如果加入足量的浓盐酸，MnO2将会完全反应

知识点03  氯气的工业制法

1．实验探究——模拟工业制备氯气

(1)实验过程

按下图所示电解饱和食盐水的装置进行实验。

①接通电源，观察铁棒和石墨棒上发生的现象。通电一段时间后，将小试管套在a管上，收集U形管左端产生的气体。2 min后，提起小试管，并迅速用拇指堵住试管口，移近点燃的酒精灯，松开拇指，检验收集到的气体。

②取一支小试管，用向上排空气法收集从b管导出的气体，观察收集到的气体的颜色。

③关闭电源，打开U形管左端的橡皮塞，向溶液中滴加1～2滴酚酞溶液，观察溶液的颜色。

(2)现象与推理

 (3)实验结论

根据实验推断电解饱和食盐水的产物是________________________。

2．氯碱工业

(1)工业制取氯气的反应原理：________________________________________。

(2)氯碱工业：以电解饱和食盐水为基础制取________________等产品的工业。

【即学即练3】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要首先将食盐进行除杂

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氯气生成

D．电解饱和食盐水的过程中Na＋的浓度减小

考法01  氯气的实验室制法

1．化学原理：

MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O

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2KMnO4＋16HCl===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O。

2．实验装置：

(1)制备装置：粉末状固体＋液体气体。

(2)除杂装置：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。

(3)收集装置

验满：①观察法：集气瓶中充满黄绿色气体

②湿润的淀粉碘化钾试纸(变蓝)或品红试纸(先变红后褪色)

(4)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：Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O。

3．实验步骤：

实验室制取干燥纯净的氯气可按如下思路设计：

①发生装置―→②净化装置―→③收集装置―→④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：

【典例1】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Ⅰ装置烧瓶中发生反应的化学方程式：____________________________。

(2)装置Ⅱ中盛放的药品是饱和氯化钠溶液，其作用是__________________；装置Ⅲ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)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

考法02  氯气的工业制法——电解饱和食盐水

1．反应原理：

2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑

2．产物的检验：

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。

3．实验现象及结论

【典例2】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_______________________________。

题组A  基础过关练

1．海水中含量最多的离子是(　　)

A．钠离子 B．氯离子 

C．钙离子 D．镁离子

2．下列关于实验室制取氯气的说法正确的是(　　)

A．盛浓盐酸的分液漏斗可用长颈漏斗代替

B．为了便于学生观察氯气的制备实验，可在讲台上直接做氯气的制备实验

C．可用饱和食盐水吸收尾气

D．可在集气瓶口放一张湿润的淀粉－碘化钾试纸，观察氯气是否收集满

3．电解饱和食盐水时，与电源负极相连的电极上得到的气态物质是(　　)

A．氯气        B．氢气       C．烧碱       D．氯化氢

4．下列关于实验室用二氧化锰制取氯气的叙述不正确的是(　　)

A．二氧化锰与浓盐酸共热

B．缓慢加热反应

C．用向下排空气法收集氯气

D．多余的氯气常用较浓的碱液吸收

5．某化学小组用如图所示的装置制取氯气，下列说法正确的是(　　)

A．该装置图中只存在两处错误

B．该实验中收集氯气的方法正确

C．为了防止氯气污染空气，必须用饱和食盐水进行尾气处理

D．在集气瓶的导管口处放一片湿润的淀粉碘化钾试纸可以验证是否有氯气逸出

6．下列关于氯的说法不正确的是(　　)

A．氯元素在自然界中存在游离态，只是量极少

B．实验室制备Cl2可用排饱和食盐水法收集

C．氯气是一种黄绿色、有刺激性气味的气体

D．氯是重要的“成盐元素”，主要以NaCl的形式存在于海水和陆地的盐矿中

7．下列关于氯气制备原理的说法中不正确的是(　　)

A．电解饱和食盐水制氯气时，与电源正极相连的碳棒上方充满黄绿色气体

B．工业上制取氯气的原料是饱和食盐水

C．实验室制法和工业制法的反应实质是相同的

D．实验室制取氯气时最好大火加热使温度迅速升高

8．工业上电解饱和食盐水制Cl2和实验室用MnO2与浓盐酸反应制Cl2相同的原理是(　　)

A．都是将负价的氯转变为零价的氯

B．都是将正价的氯转变为零价的氯

C．都是复分解反应

D．都是置换反应

9．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要首先将食盐进行除杂

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氯气生成

D．电解饱和食盐水的过程中Na＋的浓度减小

10．某化学小组用图示装置制取氯气，下列说法不正确的是(　　)

A．该装置图中至少存在两处明显错误

B．为了防止氯气污染空气，必须进行尾气处理

C．在集气瓶的导管口处放一片湿润的淀粉碘化钾试纸，可以证明是否有氯气逸出

D．该实验中收集氯气的方法不正确

11．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：

①____________________________________，②____________________________________，

③____________________________________，④____________________________________。

(2)在改正的装置中，洗气瓶中各溶液起什么作用？

①饱和食盐水起的作用是__________________________________。

②浓硫酸起的作用是_________________________。

③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：_________________________。

题组B  能力提升练

1．实验室用浓盐酸和足量的MnO2共热制氯气时，若实际参加反应的HCl为0.2mol，理论上可收集到的氯气的质量（    ）

A．约等于3.55 g　　　　　B．小于3.55 g      C．大于3.55 g　　　D．约等于7.1 g

2．已知KMnO4与浓盐酸在常温下反应能产生Cl2。用如图所示的实验装置(夹持及加热装置已省略)来制备纯净、干燥的氯气，并探究它与金属的反应。每个虚线框表示一个装置单元，其中有错误的是(　　)

A．①和②处      B．②处      C．②和③处   D．②③④处

3．下列装置中验证氯化钠溶液(含酚酞)电解产物的装置是(电极均为石墨，Cl2能使淀粉­KI溶液变蓝)(　　)

4．用惰性电极电解未精制的饱和食盐水，食盐水装在U形管内。结果很快在某一电极附近出现食盐水浑浊现象。造成浑浊的难溶物主要是(　　)

A．碳酸镁         B．硫酸钡        C．氢氧化镁    D．碳酸钡

5．下图表示在没有通风橱时制取纯净的氯气设计的装置图，图中A、B是可控制的弹簧铁夹。

(1)烧杯中盛放的液体是________，其作用是________________________，水槽中盛放的液体是________。

(2)简述操作过程：(从氯气已经产生开始)在收集氯气之前，应__________________________；当氯气纯度合乎要求时，应_______________________；当氯气收集完毕时，应__________________________。

题组C  培优拔尖练

1．将0.2 mol MnO2和50 mL 12 mol·L－1的盐酸混合后缓缓加热，向反应完全后的溶液中加入足量AgNO3溶液，则生成的AgCl沉淀的物质的量(不考虑盐酸的挥发)(　　)

A．等于0.3 mol   B．小于0.3 mol

C．在0.3～0.6 mol之间   D．以上结论均不正确

2．某研究性学生小组设计了用氧化浓盐酸的方法制取氯气的实验，其实验装置如下图：

(1)写出圆底烧瓶中发生反应的化学方程式：__________________________________。

(2)如果将过量的二氧化锰与20 mL 12 mol·L－1的盐酸混合加热，充分反应后生成的氯气明显少于0.06 mol。其主要的原因有

①_______________________________；②______________________________。

(3)L的作用是____________________________；B的作用是___________________________。

(4)为了提高浓盐酸的利用率，你对实验的建议是_________________________________________。

3．请用如图所示仪器，设计一个电解饱和食盐水并测定电解时产生的H2的体积和检验Cl2的实验装置(提示：Cl2可与KI反应生成I2，淀粉遇I2变蓝)。

(1)所选仪器连接时，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_________________________。

(3)实验测得产生的氢气体积(已折算成标准状况)为5.60 mL，电解后溶液的体积恰好为50.0 mL，则溶液中NaOH的物质的量浓度为________。