2024-2025學年高中化學專題2從海水中獲得的化學物質(zhì)第一單元氯溴碘及其化合物第1課時氯氣的生產(chǎn)原理學案含解析蘇教版必修1

PAGE3-第1課時氯氣的生產(chǎn)原理[學習目標]1.了解試驗室制取Cl2的原理和試驗裝置。2.了解電解飽和食鹽水法制取氯氣的原理。一、氯氣的工業(yè)制法氯化鈉在水中的電離：NaCl=Na＋＋Cl－，水也有微弱的電離：H2OH＋＋OH－，這樣，在食鹽的水溶液中存在Na＋、Cl－、H＋、OH－，其中只有Cl－和H＋在電流作用下易被氧化和還原而生成Cl2和H2，即發(fā)生如下反應：eq\o(□,\s\up3(01))2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up17(電解))2NaOH＋Cl2↑＋H2↑。氫氣和氯氣混合后在光照或點燃等條件下易發(fā)生爆炸：H2＋Cl2eq\o(=,\s\up17(光照),\s\do15(或點燃))2HCl，氯氣有毒，所以電解的產(chǎn)物氯氣和氫氣eq\o(□,\s\up3(02))必需隔離，且要eq\o(□,\s\up3(03))防止氯氣泄漏。二、氯氣的試驗室制法(1)反應原理：eq\o(□,\s\up3(01))MnO2＋4HCl(濃)eq\o(=,\s\up17(△))MnCl2＋Cl2↑＋2H2O。(2)裝置設(shè)計：粉末狀固體(或液體)＋液體eq\o(→,\s\up17(△))氣體。(3)除雜氣體：依據(jù)要制取氣體的化學性質(zhì)和雜質(zhì)氣體的化學性質(zhì)選擇除雜試劑。一般制得的氯氣中含有氯化氫雜質(zhì)，常用eq\o(□,\s\up3(02))飽和食鹽水洗氣。若要制得干燥的氯氣，可以用eq\o(□,\s\up3(03))濃硫酸洗氣來除去水蒸氣。(4)收集方法：一般由所制氣體的物理性質(zhì)——密度或水溶性確定，氯氣可以用eq\o(□,\s\up3(04))向上排空氣法或排飽和食鹽水法收集。(5)尾氣汲?。郝葰庥卸荆卸練怏w必需加以汲取，防止污染空氣。一般用氫氧化鈉溶液汲取多余的氯氣：eq\o(□,\s\up3(05))Cl2＋2NaOH=NaCl＋NaClO＋H2O。因此，試驗室制取干燥、純凈的氯氣的裝置可設(shè)計成如下圖所示：1．海水中除含有豐富的碘元素，還含有哪些物質(zhì)？提示：海水中蘊含的元素有80多種，氯化物主要有NaCl，還有KCl、CaCl2、MgCl2等，地球上99%以上的溴均在海水中。2．電解飽和食鹽水時，H2、Cl2、NaOH各在哪個電極上生成？提示：石墨棒：生成Cl2；鐵棒：生成H2和NaOH。3．試驗室制取氯氣時，若向肯定量濃鹽酸中加入足量MnO2固體，能否使鹽酸完全反應？為什么？提示：鹽酸肯定有剩余，因MnO2只能與濃鹽酸反應，隨著反應的進行，鹽酸濃度越來越小，變?yōu)橄←}酸時反應停止。試驗室制氯氣的留意事項(1)必需用濃鹽酸，MnO2與稀鹽酸不反應。(2)為了削減制得的Cl2中HCl的含量，加熱溫度不宜過高，以削減HCl揮發(fā)。(3)試驗結(jié)束后，先使反應停止并汲取殘留的Cl2，再拆卸裝置，避開污染空氣。(4)試驗室制取氯氣的其他方法可用KMnO4代替MnO2與濃鹽酸反應(不需加熱)：2KMnO4＋16HCl(濃)=2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O。學問拓展氯堿工業(yè)(1)制堿原理在工業(yè)生產(chǎn)中，電解飽和食鹽水常在電解槽中進行。為避開電解產(chǎn)物之間發(fā)生反應(如H2和Cl2、Cl2與NaOH間的反應)常用石棉隔膜或離子交換膜將電解槽隔成兩部分。下圖為陽離子交換膜電解槽的示意圖。陽離子交換膜有很好的選擇性，它只允許陽離子(Na＋、H＋)通過，不允許陰離子(OH－、Cl－)及分子(H2、Cl2)通過。這樣既能防止陰極產(chǎn)生的H2和陽極產(chǎn)生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避開Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO而影響燒堿的質(zhì)量。特殊提示：電解后的食鹽水可循環(huán)運用。(2)氯堿廠選址與經(jīng)濟效益①氯堿廠的主要原料是食鹽，從原料供應的便利性來看，氯堿廠應當建在海岸的旁邊。②氯堿廠的產(chǎn)品是燒堿、氯氣和氫氣，它們主要用作化工原料，從產(chǎn)品銷售的便利性來看，氯堿廠應當建在距離運用燒堿、氯氣和氫氣的工廠較近的地方。③氫氣易燃、易爆，氯氣有毒，從人身平安的方面來看，氯堿廠應當建在人口稀疏的地方。④氯堿廠的生產(chǎn)要消耗大量的電能，從電力供應的方面來看，氯堿廠應當建在電力供應足夠的地方。特殊提示：由于氫氣易燃、易爆，氯氣有毒，因此氯堿廠在生產(chǎn)中應當留意：一是嚴格防止氫氣、氯氣泄漏；二是在生產(chǎn)區(qū)嚴禁煙火。[練習與實踐]1．在試驗室制取Cl2時，可以代替MnO2的物質(zhì)是()A．酸性氧化物P2O5或SO3B．堿性氧化物Na2O或MgOC．氧化性比MnO2更強的KMnO4或K2Cr2O7D．還原性比MnO2更強的H2S或HI答案C解析本題關(guān)鍵是把握試驗室制取Cl2的原理，駕馭MnO2在反應中的作用。MnO2將濃鹽酸氧化為Cl2，因此選用氧化性較強的物質(zhì)代替MnO2即可。2．某試驗室的尾氣中含有較多的氯氣，有毒，要汲取這些尾氣，下列試劑最適合的是()A．飽和的石灰水 B．飽和的食鹽水C．自來水 D．燒堿溶液答案D解析雖然氯氣能與飽和的石灰水反應，但相同條件下，氫氧化鈉的溶解度遠大于氫氧化鈣的溶解度，汲取效果燒堿溶液更好，A項錯誤，D項正確；氯氣在飽和的食鹽水、自來水中的溶解度很小，不適合用來作汲取劑，B、C兩項錯誤。3．某化學小組用下圖所示裝置制取氯氣，下列說法不正確的是()A．該裝置圖中至少存在兩處明顯錯誤B．該試驗中收集氯氣的方法不正確C．為了防止氯氣污染空氣，必需進行尾氣處理D．在集氣瓶的導管口處放一片潮濕的淀粉碘化鉀試紙可以證明是否有氯氣逸出答案B解析應用酒精燈加熱、尾氣應處理，A正確；向上排空氣法收集Cl2是正確的，B錯誤；在集氣瓶口處放一片潮濕的淀粉碘化鉀試紙可以證明是否有氯氣逸出，若逸出則變藍，反之則不變色，D正確。本課小結(jié)1．工業(yè)上實行電解飽和食鹽水的方法制取Cl2，原理為：2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up17(通電))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。與電源正