3.1 第1课时 氯气的发现与制备 学案（含答案） 2023-2024学年高一化学苏教版（2020）必修第一册

3.1 第1课时　氯气的发现与制备
【学习目标】
1.知道海水中的丰富资源和氯化钠作为重要工业原料的主要用途。
2.学会实验室制取氯气的方法,通过实验探究,理解实验室气体制备的一般流程及选用装置的依据,通过分析、推理、设计完成实验。
3.认识工业上电解氯化钠饱和溶液制取氯气的反应原理,学会通过实验判断反应产物的方法,形成运用化学实验进行探究的化学核心素养。
【合作探究】
【学习情境】
18世纪,人们致力于采矿事业,瑞典化学家舍勒也把精力放在了软锰矿(主要成分是MnO2)的研究上。1774年的一天当他把软锰矿粉末和浓盐酸混合加热时,惊奇地看到一种黄绿色的气体逸出。1810年11月英国化学家戴维正式定名上述黄绿色气体是由一种新元素组成的单质——氯气,英文定名为“Chlorine”,希腊文的意思是“绿色的”。上述反应可用于实验室制备氯气。
现代工业对氯气的需求量很大,大量生产氯气不仅要求原料易得,而且成本也是必须要考虑的重要因素,因此海水就成为制备氯气的首选原料。1833年,法拉第发现电解食盐水能产生氯气、氢氧化钠,为工业制备氯气奠定了基础。如今,工业生产氯气主要是通过海水晒盐得到粗盐,除去杂质后,电解氯化钠饱和溶液来制备的。以电解食盐水为基础制取氯气、烧碱(NaOH)等产品的工业称为“氯碱工业”。
任务1　氯气的实验室制法
【新知生成】
一、反应原理
实验室制取氯气的化学方程式:　 　　。
二、反应装置
1.发生装置:固+　　　气。
2.收集装置:向　　　　排空气法。
3.尾气处理:用　　　　吸收。
【答案】MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O　液　上　NaOH溶液
【核心突破】
典例1　实验室制取氯气的装置如图所示。
回答下列问题:
(1)实验原理:　　　　　　　　　　　　　　(用化学方程式表示)。
(2)实验装置:气体制备型化学实验装置的设计,要将反应原理、气体净化、收集和尾气处理等结合起来。
①写出下列装置中所盛试剂的名称:C　　　　　;D　　　　;F　　　　　　。
②其中C的作用是除去Cl2中的　　　　;D的作用是除去Cl2中的　　　　。
③该装置中收集Cl2的方法是　　　　　　　。还可用排　　　　的方法收集,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　。
④装置F的作用是　 。
【答案】(1)4HCl(浓)+MnO2MnCl2+2H2O+Cl2↑　(2)①饱和食盐水　浓硫酸　氢氧化钠溶液
②HCl气体　水蒸气　③向上排空气法　饱和食盐水　Cl2在饱和食盐水中的溶解度比较小　④吸收尾气,防止污染空气
归纳总结
1.实验室制备氯气的注意事项
(1)实验前,连接好装置,检查装置气密性。
(2)加热时要垫陶土网。
(3)稀盐酸与MnO2不反应,制取氯气时必须选用浓盐酸;加热温度不宜过高,以减少氯化氢的挥发。
(4)制取的氯气有毒,且在加热时容易逸出,所以应选用分液漏斗,而不用长颈漏斗。
(5)处理尾气时,不能用澄清石灰水吸收氯气,因为澄清石灰水中Ca(OH)2微溶于水,浓度小,吸收能力差。
　(6)验满方法:将湿润的淀粉-KI试纸伸到集气瓶口,试纸变蓝,则已收集满。
(7)实验结束后,先使反应停止并排出装置中残留的氯气,再拆卸装置,避免污染空气。
2.实验室制备氯气的装置
3.尾气处理的化学方程式:
2NaOH+Cl2NaCl+NaClO+H2O
训练1　某化学兴趣小组利用MnO2和浓盐酸及如图装置制备氯气。下列分析中不正确的是(　　)。
A.①中应该用分液漏斗代替长颈漏斗
B.①中缺少加热装置
C.②中盛放NaOH溶液可以净化氯气
D.④中盛放的NaOH溶液可以吸收尾气
【答案】C
【解析】分液漏斗代替长颈漏斗,避免盐酸挥发及产生的气体逸出,同时便于控制反应速率,A项正确;二氧化锰和浓盐酸需要加热才能反应生成氯气,B项正确;NaOH溶液吸收氯气,不能净化氯气,可以用饱和食盐水、浓硫酸净化氯气,C项错误;氢氧化钠溶液与氯气反应,可以吸收氯气,防止污染空气,D项正确。
任务2　氯气的工业制法
【新知生成】
以电解　　　　为基础制取氯气、　　　　等产品的工业称为氯碱工业,相应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　。
实验室模拟工业制备氯气时石墨棒一极收集到的气体是　　　　,铁棒一极生成的是　　　　和　　　　。
【答案】饱和食盐水　烧碱　2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑　Cl2　H2　NaOH
【核心突破】
典例2　某实验兴趣小组利用如图所示装置电解饱和食盐水,当图中开关K闭合片刻后,回答下列问题:
(1)电解饱和食盐水的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　。
(2)a为电源的　　　　(填“正”或“负”)极;D中收集到的气体是　　　　。
(3)C试管盛放　　　　(填化学式)溶液;溶液中A电极附近的现象为　 。
【答案】(1)2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑
(2)负　氢气(或H2)　(3)NaOH　有气泡产生,溶液由无色变为红色
归纳总结
在氯碱工业中,必须通电才能生成H2、Cl2和NaOH,所以在书写化学方程式时一定要注明反应条件。H2在与电源负极相连的铁棒上产生,Cl2在与电源正极相连的石墨棒上产生。
训练2　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首先要将食盐进行除杂
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+浓度逐渐减小
【答案】A
【解析】根据电解饱和食盐水的装置可知,与电源正极相连的电极上产生Cl2,而与电源负极相连的电极区产生H2和NaOH,B、C两项均错误;因为Na+没有参与反应,其物质的量不变,但电解过程中消耗了水,溶液体积减小,Na+浓度逐渐增大,D项错误。
课堂小结
【随堂检测】
1.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,相同的是(　　)。
A.化合态的氯全部转变为游离态的氯
B.都是将正价的氯转变为零价的氯
C.都是复分解反应
D.都是氧化还原反应
【答案】D
【解析】实验室制法中还有部分氯以化合态存在,A项错误;反应前的氯都是负价,B项错误;两种方法都涉及化合价的变化,属于氧化还原反应,不属于复分解反应,C项错误,D项正确。
2.某化学兴趣小组用如图所示装置制取氯气。下列说法正确的是(　　)。
A.该装置图中至少存在三处明显错误
B.该实验中收集氯气的方法不正确
C.如果需要得到干燥纯净的Cl2,只需在气体发生装置和收集装置之间连接一个装有浓硫酸的洗气瓶即可
D.含有4mol HCl的浓盐酸与足量MnO2混合可制备1mol Cl2
【答案】A
【解析】A项,该装置的错误:没有用酒精灯加热,MnO2不与浓盐酸发生反应,从而得不到Cl2;装置中没有用分液漏斗而采用长颈漏斗,导致气体外逸和HCl的挥发;没有进行尾气处理。B项,Cl2的密度比空气大,该收集方法正确。C项,要得到干燥纯净的Cl2,首先应将气体通过饱和食盐水除去HCl,再通过浓硫酸除去水蒸气。D项,根据反应:MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O,盐酸浓度变稀后便不再反应,故产生的Cl2的物质的量小于1mol。
3.在实验室制氯气时有如下操作,正确的操作顺序是(　　)。
①连接好装置,检查气密性
②缓缓加热,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缓滴入烧瓶中
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
【答案】D
【解析】确定实验室制取气体的操作顺序要注意:①连接好装置后,要先检查装置气密性,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。
4.实验室用下列两种方法制氯气:①用含146g HCl的浓盐酸与足量的MnO2反应;②用87g MnO2与足量浓盐酸反应。所得的氯气(　　)。
A.①比②多 B.②比①多 C.一样多 D.无法比较
【答案】B
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