第13講-氯氣的制取與性質(zhì)(講義)(解析版)

第13講氯氣的制取與性質(zhì)【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．初步認(rèn)識工業(yè)上電解飽和食鹽水制取氯氣的反應(yīng)原理。2．學(xué)會實驗室制取氯氣的方法。3．了解氯氣的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。4．了解氯水的成分和性質(zhì)。【基礎(chǔ)知識梳理】一、氯氣的發(fā)現(xiàn)1．氯元素在自然界中的存在在自然界中，氯元素全部以化合態(tài)的形式存在。海水中蘊含豐富的氯元素，它主要以氯化鈉、氯化鎂等氯化物的形式存在。2．氯氣的發(fā)現(xiàn)1774年，瑞典化學(xué)家舍勒將軟錳礦與濃鹽酸混合加熱，意外的產(chǎn)生一種具有強(qiáng)烈刺激性氣味的黃綠色氣體。1810年，英國化學(xué)家戴維仔細(xì)研究了這種氣體，并將其命名為氯氣。二、氯氣的實驗室制法1．反應(yīng)原理實驗室常用MnO2將濃鹽酸中化合態(tài)的氯元素氧化為游離態(tài)的氯氣，化學(xué)方程式：MnO2＋4HCl(濃)eq\o(=====,\s\up7(△))MnCl2＋Cl2↑＋2H2O。2．儀器裝置(1)氣體發(fā)生裝置類型：固＋液eq\o(――→,\s\up7(△))氣。(2)發(fā)生裝置所用儀器的名稱為分液漏斗、圓底燒瓶。3．收集方法用向上排空氣法，理由是氯氣與空氣不反應(yīng)且密度比空氣的大。4．尾氣處理燒杯內(nèi)盛放的液體是NaOH溶液，其作用是吸收過量的氯氣，防止污染環(huán)境。【例1】有關(guān)實驗室制取氯氣的說法中，正確的是（）A．能用排水法收集氯氣B．如果加入足量的MnO2，鹽酸將會完全反應(yīng)C．可以用澄清石灰水來吸收氯氣D．如果加入足量的濃鹽酸，MnO2將會完全反應(yīng)答案：D解析：A.氯氣可溶于水，不能用排水法收集，錯誤；B.實驗室制取氯氣時，必須用濃鹽酸，鹽酸變稀后不再與MnO2反應(yīng)，錯誤；C.由于Ca(OH)2微溶于水，石灰水的濃度較小，只能不宜用石灰水吸收氯氣，錯誤；D.當(dāng)濃鹽酸足量時，MnO2會完全與濃鹽酸反應(yīng)，正確。故選D。三、氯氣的工業(yè)制法1．實驗探究——模擬工業(yè)制備氯氣(1)按下圖所示電解飽和食鹽水的裝置進(jìn)行實驗。①接通電源，觀察鐵棒和石墨棒上發(fā)生的現(xiàn)象。通電一段時間后，將小試管套在a管上，收集U形管左端產(chǎn)生的氣體。2min后，提起小試管，并迅速用拇指堵住試管口，移近點燃的酒精燈，松開拇指，檢驗收集到的氣體。②取一支小試管，用向上排空氣法收集從b管導(dǎo)出的氣體，觀察收集到的氣體的顏色。③關(guān)閉電源，打開U形管左端的橡皮塞，向溶液中滴加1～2滴酚酞溶液，觀察溶液的顏色。(2)現(xiàn)象與推理實驗現(xiàn)象結(jié)論①出現(xiàn)爆鳴聲a管中的氣體為氫氣②產(chǎn)生黃綠色的氣體b管中的氣體為氯氣③鐵棒端溶液變紅，石墨棒端溶液不變色U形管左端溶液顯堿性，右端溶液不顯堿性(3)實驗結(jié)論根據(jù)實驗推斷電解飽和食鹽水的產(chǎn)物是H2、Cl2、NaOH溶液。2．氯堿工業(yè)(1)工業(yè)制取氯氣的反應(yīng)原理：2NaCl＋2H2Oeq\o(=====,\s\up7(通電))2NaOH＋Cl2↑＋H2↑。(2)氯堿工業(yè)：以電解飽和食鹽水為基礎(chǔ)制取氯氣、燒堿等產(chǎn)品的工業(yè)?！纠?】下列關(guān)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要首先將食鹽進(jìn)行除雜B．與電源正極相連的電極區(qū)有NaOH生成C．與電源負(fù)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＋的濃度減小答案：A解析：根據(jù)電解飽和食鹽水的裝置可知，與電源正極相連的電極區(qū)產(chǎn)生Cl2，而與電源負(fù)極相連的電極區(qū)產(chǎn)生H2和NaOH，故B、C均不正確；因為Na＋沒有參與反應(yīng)，其物質(zhì)的量不變，但電解過程中消耗了水，溶液體積減小，Na＋的濃度增大，故D不正確。四、氯的原子結(jié)構(gòu)及物理性質(zhì)1．氯的原子結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu)示意圖為，氯原子容易得到1個電子而形成Cl－。2．氯氣物理性質(zhì)氯氣是一種黃綠色、密度比空氣大、有刺激性氣味的有毒氣體。氯氣易液化，在加壓條件下，氯氣轉(zhuǎn)化為液態(tài)，可儲存在鋼瓶中。【例3】下列說法正確的是（）A．Cl-和Cl2的性質(zhì)相同B．Cl2有毒，Cl-也有毒C．Cl原子比Cl-離子活潑D．Cl2和Cl原子都呈黃綠色答案：C解析：A選項，Cl-和Cl2是兩種不同的微粒，結(jié)構(gòu)上不同，性質(zhì)也不同，錯誤；B選項，氯氣有毒，但Cl-無毒，錯誤；C選項，Cl原子最外層有7個電子，易得到一個電子，化學(xué)性質(zhì)活潑，Cl-最外層有8個電子，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，性質(zhì)比Cl原子穩(wěn)定，正確；D選項，Cl2為黃綠色，Cl原子不會表現(xiàn)顏色，錯誤。故選C。五、氯氣的化學(xué)性質(zhì)氯氣是一種化學(xué)性質(zhì)很活潑的非金屬單質(zhì)，在一定條件下能與多種金屬和非金屬單質(zhì)反應(yīng)，生成氯化物。1．與金屬單質(zhì)反應(yīng)反應(yīng)現(xiàn)象化學(xué)方程式Na劇烈燃燒，黃色火焰，產(chǎn)生大量白煙2Na＋Cl2eq\o(=====,\s\up7(點燃))2NaClFeFe絲在氯氣中燃燒，產(chǎn)生棕色煙2Fe＋3Cl2eq\o(=====,\s\up7(點燃))2FeCl3CuCu絲在氯氣中燃燒，產(chǎn)生棕黃色煙，溶于水后，溶液呈藍(lán)綠色Cu＋Cl2eq\o(=====,\s\up7(點燃))CuCl22．與非金屬單質(zhì)反應(yīng)氯氣與H2反應(yīng)的方程式為：H2＋Cl2eq\o(============,\s\up7(點燃或光照))2HCl。反應(yīng)現(xiàn)象：H2在Cl2中能安靜地燃燒，發(fā)出蒼白色火焰，瓶口有白霧。工業(yè)上用電解飽和食鹽水得到的氯氣和氫氣制取鹽酸。3．氯氣與水的反應(yīng)【實驗探究1】氯氣在水中的溶解實驗(1)實驗操作：取一支100mL的針筒抽取80mL的氯氣和20mL的水，振蕩。(2)實驗現(xiàn)象：活塞向里移動，水溶液顏色逐漸變?yōu)闇\黃綠色。(3)實驗結(jié)論：氯氣能溶于水，常溫常壓下，1體積的水約能溶解2體積的氯氣，氯水呈淺黃綠色?！緦嶒炋骄?】氯水的成分探究實驗1：將干燥的有色布條和濕潤的有色布條分別放入兩瓶干燥的氯氣中。實驗操作實驗現(xiàn)象實驗結(jié)論有色布條不褪色干燥氯氣不具有漂白性有色布條褪色氯水具有漂白性實驗2：分別用玻璃棒蘸取新制氯水和稀鹽酸，滴在pH試紙上。實驗操作實驗現(xiàn)象實驗結(jié)論新制氯水滴在pH試紙上試紙先變紅后變?yōu)榘咨轮坡人仕嵝?，有漂白性稀鹽酸滴在pH試紙上試紙變紅色稀鹽酸無漂白性實驗3：在潔凈的試管中加入1mL性質(zhì)氯水，再向試管中加入幾滴硝酸銀溶液和稀硝酸。實驗現(xiàn)象：有白色沉淀生成，且白色沉淀不溶解。實驗結(jié)論：氯水中含有Cl-。反應(yīng)方程式為：Cl2＋H2OHCl＋HClO?？赡娣磻?yīng)的概念：在相同條件下，既能向正反應(yīng)方向進(jìn)行，又能向逆反應(yīng)方向進(jìn)行的反應(yīng)。氯水中含有Cl2、HClO等分子，也含有H+、Cl-等離子。4．氯氣與堿的反應(yīng)（1）與氫氧化鈉溶液反應(yīng)——制取漂白劑反應(yīng)的化學(xué)方程式：Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O。漂白劑的有效成分是次氯酸鈉（NaClO）。（2）與石灰乳反應(yīng)——制取漂白粉反應(yīng)的化學(xué)方程式：2Ca(OH)2＋2Cl2===CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O。漂白粉的主要成分是CaCl2、Ca(ClO)2，有效成分是Ca(ClO)2，漂粉精的主要成分是Ca(ClO)2。漂白粉的漂白原理：利用復(fù)分解反應(yīng)原理，漂白粉中的次氯酸鈣與酸(如鹽酸或碳酸等)反應(yīng)生成具有漂白性的次氯酸。次氯酸鈣溶液與二氧化碳反應(yīng)的方程式為Ca(ClO)2+CO2+H2O=CaCO3+2HClO。（3）含氯消毒劑的合理使用①漂白粉應(yīng)密封、避光保存，并置于陰涼干燥處。②含氯漂白劑與潔廁劑（含有鹽酸）不能混合使用，因為兩者混合會反應(yīng)生成氯氣。③新型滅菌消毒劑——二氧化氯：殺菌、消毒能力比氯氣強(qiáng)。【例4】寫出下列實驗現(xiàn)象，并解釋產(chǎn)生現(xiàn)象的原因。實驗操作現(xiàn)象和解釋將氯水滴加到藍(lán)色石蕊試紙上將氯水加入Na2CO3溶液中將氯水加入品紅試液中答案：石蕊試紙先變紅后褪色，鹽酸是石蕊試紙變紅，HClO具有漂白性，使試紙褪色有氣泡產(chǎn)生，2HCl+Na2CO3=2NaCl+CO2↑+H2O品紅溶液褪色，與水反應(yīng)生成了HClO，HClO具有漂白性。課堂檢測1．工業(yè)上電解飽和食鹽水制Cl2和實驗室用MnO2與濃鹽酸反應(yīng)制Cl2相同的原理是()A．都是將負(fù)價的氯轉(zhuǎn)變?yōu)榱銉r的氯B．都是將正價的氯轉(zhuǎn)變?yōu)榱銉r的氯C．都是復(fù)分解反應(yīng)D．都是置換反應(yīng)答案：A2．某化學(xué)小組用圖示裝置制取氯氣，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．為了防止氯氣污染空氣，必須進(jìn)行尾氣處理C．在集氣瓶的導(dǎo)管口處放一片濕潤的淀粉碘化鉀試紙，可以證明是否有氯氣逸出D．該實驗中收集氯氣的方法不正確答案：D解析：MnO2與濃鹽酸在加熱的條件下反應(yīng)，圖中缺少加熱裝置，實驗時一般不用長頸漏斗，氯氣有毒，氣體不能直接排放到空氣中，應(yīng)有尾氣吸收裝置，A、B正確；氯氣具有強(qiáng)氧化性，可與碘化鉀反應(yīng)生成單質(zhì)碘，淀粉遇碘變藍(lán)色，C正確；氯氣的密度比空氣大，可以用向上排空氣法收集，裝置中的收集方法正確，D錯誤。3．下列物質(zhì)中含有Cl-的是（）A．液氯B．KClO3溶液C．HCl氣體D．NaCl晶體答案：D解析：A選項，液氯由Cl2分子組成，B選項，KClO3溶液中含有ClOeq\o\al(－,3)，C選型，HCl氣體有HCl分子組成，D選項，NaCl晶體由Na+和Cl-構(gòu)成。故選D。4．下列說法中正確的是()A．用鼻子對著盛有氯氣的瓶口，就可以嗅到氯氣的氣味B．用向下排空氣法可以收集到純凈的氯氣C．貯氯罐意外泄漏，應(yīng)沿逆風(fēng)方向疏散群眾D．氯氣車間液氯泄漏時，應(yīng)彎腰逃離氯氣泄漏區(qū)域答案：C解析：聞氣體氣味的方法是用手輕輕地在瓶口扇動，僅使少量的氣體飄入鼻孔，不能直接用鼻子聞，A不正確；氯氣的密度比空氣大，可用向上排空氣法收集氯氣，B不正確；氯氣是一種有毒的氣體，氯氣會順著風(fēng)向擴(kuò)散，疏散時應(yīng)該逆著風(fēng)向轉(zhuǎn)移，C正確；氯氣的密度比空氣大，泄漏時離地面越近氯氣濃度越大，應(yīng)盡量向高處逃生，D不正確。5．下列實驗現(xiàn)象的描述正確的是()A．氫氣在氯氣中燃燒，發(fā)出蒼白色火焰，瓶口上方形成白色煙霧B．鐵絲在氯氣中燃燒，產(chǎn)生棕褐色的煙，產(chǎn)物溶于水，溶液呈淺綠色C．銅絲在氯氣中燃燒，產(chǎn)生棕黃色的煙，產(chǎn)物溶于水，溶液呈藍(lán)綠色D．鈉在空氣中燃燒，發(fā)出黃色火焰，生成白色固體答案：C解析：氫氣在氯氣中燃燒，發(fā)出蒼白色火焰，瓶口形成白霧，沒有煙，A項錯誤；鐵與氯氣反應(yīng)生成FeCl3，F(xiàn)eCl3溶液呈棕黃色，B項錯誤；鈉與空氣中的氧氣反應(yīng)，生成的過氧化鈉為淡黃色固體，D項錯誤。6．如圖所示是某學(xué)生在實驗室中制取干燥純凈的氯氣及吸收多余氯氣的裝置圖。(1)這個裝置圖中有哪些錯誤？請分別指出：①____________________________________，②____________________________________，③____________________________________，④____________________________________。(2)在改正的裝置中，洗氣瓶中各溶液起什么作用？①飽和食鹽水起的作用是__________________________________。②濃硫酸起的作用是_________________________。③氫氧化鈉溶液起的作用是_______________________________。(3)寫出氣體發(fā)生裝置中反應(yīng)的化學(xué)方程式：___________________________________，寫出氯氣通入氫氧化鈉溶液中的化學(xué)方程式：_________________________。答案：(1)①應(yīng)該使用濃鹽酸②圓底燒瓶下缺少酒精燈③盛濃硫酸的洗氣瓶和盛飽和食鹽水的洗氣瓶位置顛倒了④兩個洗氣瓶中的導(dǎo)管的進(jìn)氣口長應(yīng)插入液面下，導(dǎo)管的出氣口短(2)①吸收氯化氫②吸收水蒸氣③吸收多余的氯氣，防止污染空氣(3)MnO2＋4HCl(濃)eq\o(=====,\s\up7(△))MnCl2＋2H2O＋Cl2↑Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O7．某同學(xué)利用如圖所示的裝置進(jìn)行有關(guān)實驗。其中氣體A的主要成分是氯氣，還含有少量空氣和水蒸氣。請回答下列問題：(1)該實驗的主要目的是研究