化学必修 第一册第一单元 氯气及氯的化合物学案

这是一份化学必修 第一册第一单元 氯气及氯的化合物学案，共14页。

课程目标
1．了解氯气的发现。
2．了解氯气的实验室制法。
3．了解氯气的工业制法。
图说考点
学业基础——自学·思记·尝试
[新知预习]
一、氯气的发现
1． ________中含有大量氯元素，但其单质氯气的化学性质非常活泼，在自然界中不存在________态的氯，只存在________态的氯。
2．1774年，瑞典化学家________意外地发现了氯气，1810年，英国化学家________将其命名为氯气。
二、工业制取氯气——电解饱和食盐水
1．反应原理
________________________________________________________________________。
2．电解装置
3．电解产物的验证
三、氯气的实验室制法
1．反应原理
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
2．实验装置
[即时自测]
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”
(1)氯元素广泛存在于海水中。( )
(2)自然界中既有游离态氯又有化合态氯。( )
(3)氯气最先由英国化学家戴维发现。( )
(4)多余的氯气可以用氢氧化钠溶液吸收。( )
(5)氯气可以用向下排空气法收集。( )
(6)电解饱和食盐水，与电源负极相连的铁棒上逸出Cl2。( )
(7)电解饱和食盐水，与电源正极相连的石墨棒电极区域有NaOH生成。( )
2．下列有关说法错误的是( )
A．“氯碱工业”是用直流电对精制饱和氯化钠溶液电解
B．根据氯碱工业的原理，若电解氯化钾溶液，反应为：2KCl＋2H2O通电2KOH＋Cl2↑＋H2↑
C．氯碱工业产生两种气体，一种无色，一种为黄绿色
D．地球上的海水可以供人们使用，因此节约用水是没有意义的
3．如图为教科书中电解饱和食盐水的实验装置。据此，下列叙述不正确的是( )
A．装置中，a管能产生氢气
B．b管导出的是氯气
C．以食盐水为基础原料制取氯气等产品的工业称为“氯碱工业”
D．在石墨棒电极区域有NaOH生成
核心素养——合作·探究·分享
提升点1 氯气的工业生产原理
例1 (已知：Cl2可与KI反应生成I2，I2遇淀粉变蓝)请用如图所示仪器设计一个包括电解饱和食盐水并测定电解时产生的氢气的体积和检验氯气的实验装置。
(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________。
[提升1] 下列装置中能验证氯化钠溶液(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)( )
状元随笔 氯气工业制法应注意几点
(1)电解食盐水时，在电源的正极(Cl2)和负极(H2)上得到的气体体积比为1∶1。
(2)检验氯气的方法：
①能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝。
②能使湿润的蓝色石蕊试纸先变红后褪色。
(3)NaOH溶液的作用是吸收多余氯气。
(4)电解方程式书写时要注明“通电”条件。
关键能力
Cl2的工业制法
(1)工作原理：
2NaCl＋2H2O通电2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
(2)制备装置：
(3)产物判断H2 ：点燃Cl2：观察颜色或湿润KI­淀粉试纸NaOH：酚酞
(4)注意事项：①铁和石墨电极不能接反；②两极产物必须隔开。
提升点2 氯气的实验室制法解析
例2 下列关于实验室制取Cl2的说法正确的是( )
A．将混有HCl杂质的Cl2通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶除去杂质
B．用1 L 10 ml·L－1浓HCl与足量MnO2共热，最多可得2.5 ml Cl2
C．实验室用如图装置除去Cl2中的少量HCl
D．实验室制备Cl2，可用排饱和食盐水集气法收集
[提升2] 如图所示是某学生设计的实验室制备并干燥Cl2及吸收多余氯气的实验装置图，请回答：
(1)指出上述图中的各处错误：
①________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
③________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
④________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)在改进后的装置中，下列物质的作用分别是：
①饱和食盐水_____________________________________________________；
②浓硫酸_________________________________________；
③NaOH溶液______________________________________________。
(3)制备实验开始时，先检查装置的气密性，接下来的操作依次是________。
A．向烧瓶中加入MnO2粉末
B．加热
C．向烧瓶中加入浓盐酸
(4)如果将过量二氧化锰与20 mL 12 ml·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 ml。其主要原因有：①______________________，②______________________。
(5)为了提高浓盐酸的利用率，你对实验的建议是
________________________________________________________________________。
(6)圆底烧瓶中发生反应的化学方程式是____________________________________。
实验结束清洗仪器时，为了减少烧瓶中残留氯气对环境的污染，可以向烧瓶中加入的溶液是________，有关的化学方程式是____________________________________。
状元随笔 实验室制备Cl2注意事项
①必须用浓盐酸，MnO2与稀盐酸不反应。
②为了减少制得的Cl2中HCl的含量，所以加热温度不宜过高，减少HCl的挥发。
③实验结束后，先使反应停止并排出装置中残留的Cl2，再拆卸装置，避免污染空气。
④尾气吸收时，不能用澄清石灰水吸收Cl2，因为溶液中Ca(OH)2浓度小，吸收不完全。
关键能力
Cl2的实验室制法
1．反应原理
化学方程式：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(浓)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O。
状元随笔 MnO2与浓HCl反应特点
①浓盐酸中，部分Cl－的化合价升高，4 ml HCl参加反应，被氧化的Cl－为2 ml。②随着反应的进行盐酸浓度变小，故MnO2足量时，盐酸不能完全反应。
2．实验装置
(1)发生装置(Ⅰ)
①特点：固体＋液体△气体。②仪器：铁架台、酒精灯、石棉网、圆底烧瓶、分液漏斗等。③试剂：A中盛放浓盐酸，B中盛放二氧化锰。
(2)净化装置(Ⅱ)
(3)收集装置(Ⅲ)
①收集方法：向上排空气法(装置E，Cl2的密度大于空气的密度)。也可用排饱和食盐水法(Cl2在饱和NaCl溶液中的溶解度很小，且用此法可除去实验过程中挥发产生的HCl气体)。
②验满方法：用湿润的KI­淀粉试纸检验。将湿润的KI­淀粉试纸放在集气瓶口，若试纸变蓝，则证明Cl2已收集满。
(4)尾气处理装置(Ⅳ)
①导气管要伸入液面以下。
②F中盛放试剂：氢氧化钠溶液，作用：吸收过量的氯气，防止污染环境。
学考评价——夯实·测控·演练
1.电解饱和食盐水时，如果溶液中滴有酚酞，则先变红的一极连在电源的( )
A．负极 B．正极
C．同时变红 D．都不会变红
2．[2022·苏州高一调研]1774年，舍勒在研究软锰矿(主要成分是MnO2)的过程中，将它与浓盐酸混合加热，产生了一种黄绿色气体。1810年，戴维确认这是一种新元素组成的单质，并命名为chlrine(中文命名—氯气)。实验室制取Cl2时，下列装置能达到相应实验目的的是( )
3.某化工厂通过电解食盐水制取一些化学工业的基本原料，此反应的产物不可能是( )
A．烧碱 B．硫酸
C．氢气 D．氯气
4．(双选)下列关于实验室用MnO2制取Cl2的叙述不正确的是( )
A．MnO2与浓盐酸共热
B．缓慢加热反应
C．用向下排空气法收集Cl2
D．多余氯气常用较浓的NaCl溶液吸收
5．有同学设计了如图所示的一个电解饱和食盐水的装置图，请回答以下问题：
(1)X是铁棒、Y是石墨棒，a是饱和食盐水，实验开始时，同时向两边各滴入几滴酚酞试液，则：
①X电极附近观察到的现象是____________；
②检验Y电极反应产物的方法是________________________________
________________________________________________________________________。
(2)写出上述反应的化学方程式：_____________________________________
________________________________________________________________________。
6．某研究性学习小组为了制取、收集纯净干燥的氯气并探究氯气的性质，他们设计了如图所示的实验装置：
请回答下列问题：
(1)整套实验装置的连接顺序是f接( )( )接( )( )接( )(填各接口处的字母代号)。
(2)E装置中制取氯气的化学反应方程式是_________________________
________________________________________________________________________。
(3)B装置的作用是________________；A装置中试剂X是________。
(4)C装置中可观察到的现象是______________，D装置中可观察到的现象是______________。
练后感悟
气体净化装置的选择
气体净化装置的设计必须同时考虑主要成分和杂质成分的性质，以便选择适当的装置除去杂质。用浓盐酸和二氧化锰制取氯气时，氯气中混有HCl和水蒸气等杂质，除去氯气中的HCl可以用饱和食盐水(如下图中Ⅰ所示)；除去氯气中的水蒸气可用浓硫酸(如下图中Ⅱ所示)或无水CaCl2(如下图中Ⅲ所示)。
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
学业基础
新知预习
海水 游离 化合 舍勒 戴维 2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑ 氢气 黄绿 氯气 eq \(□,\s\up1(10)) 红 eq \(□,\s\up1(11)) NaOH eq \(□,\s\up1(12)) MnO2＋4HCl(浓) MnCl2＋Cl2↑＋2H2O
即时自测
1．答案：(1)√ (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)× (7)×
2．解析：由于海水中含有较多的盐类，因此不能作为生活用水，人类和很多其他生物的生长都需要淡水，而地球上的淡水资源很有限，而且能利用的淡水还有不少已被污染，因此节约用水对人类和其他生物的生存有非常重要的意义。
答案：D
3．解析：由教科书中的相关实验可知，a管中导出的气体遇明火有爆鸣声，则该气体为氢气，A正确；根据题中实验装置可知，b管导出的气体可用NaOH溶液吸收，则b管中导出的气体应为氯气，B正确；由氯碱工业的定义可知，C正确；根据教科书中的演示实验，在两极滴入酚酞，只有铁棒附近溶液变红色，而石墨棒附近不变红，说明NaOH不在石墨棒电极区域，D不正确。
答案：D
核心素养
例1 【解析】 由题知A管产生H2，B管产生Cl2，所以反应器两边所选用的各仪器接口连接顺序为A接贮气瓶的G导管，把水挤入量筒上的H导管，用量筒测量出排出的水量，以测定产生H2的体积；B接洗气瓶的D导管，生成的Cl2使淀粉­KI溶液变蓝，多余的Cl2通入NaOH溶液被吸收；已知电解产生的H2物质的量为：n(H2)＝0.005 6 L22.4 L·ml-1＝0.000 25 ml，由电解反应方程式知n(NaOH)＝2n(H2)＝0.000 5 ml，则c(NaOH)＝0.000 5 ml0.05 L＝0.01 ml·L-1。
【答案】 (1)G F H D E C (2)淀粉­KI溶液变蓝30.01 ml·L-1
提升1 解析：向下排空气法收集的是氢气，故装置的左端是负极，右端是正极，故A、C不符合题意；淀粉—碘化钾溶液变蓝可证明有氯气产生，氢氧化钠溶液不能验证Cl2的产生，故B不符合题意，D符合题意。
答案：D
例2 【解析】 Cl2通入饱和NaHCO3溶液反应生成CO2，引入新的杂质，并且消耗Cl2，A项不正确；由于稀盐酸不能与MnO2反应，故盐酸不能耗尽，产生的Cl2小于2.5 ml，B项不正确；用饱和食盐水除去Cl2中的HCl气体时，导气管应长进短出，C项不正确；实验室用排饱和食盐水法收集Cl2是因为Cl2难溶于饱和食盐水，而能溶于水，D项正确。
【答案】 D
提升2 解析：(1)从试剂，装置(制气、净化、收集、尾气吸收)角度考虑。(2)先除HCl，后干燥，再收集，最后尾气吸收。(3)检查装置气密性后的操作顺序为先加固体药品，然后加入液体药品，最后加热。(4)题中所给盐酸中HCl的物质的量是0.24 ml，但由于盐酸受热易挥发，且随反应的不断进行，盐酸浓度越来越小，变为稀盐酸后不再与MnO2反应，所以产生的Cl2的物质的量小于0.06 ml。(5)为减少盐酸的挥发，慢慢滴加浓盐酸，用小火加热。(6)利用Cl2和NaOH溶液反应除多余的Cl2。
答案：(1)①不能用稀盐酸，而应用浓盐酸 ②应有加热装置，应用酒精灯加热 ③盛浓硫酸和盛饱和食盐水的洗气瓶位置颠倒 ④两洗气瓶里进气导管应插入液面，出气导管不应插入液面
(2)①除去Cl2中的氯化氢 ②除去氯气中的水蒸气 ③吸收多余的氯气
(3)ACB
(4)①加热使HCl大量挥发 ②盐酸变稀后不再发生反应
(5)将浓盐酸慢慢滴下；加热用小火
(6)MnO2＋4HCl(浓) ≜MnCl2＋Cl2↑＋2H2O NaOH溶液
HCl＋NaOH===NaCl＋H2O、Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O
学考评价
1．解析：生成H2一极上消耗H＋，而使溶液中余下OH－显碱性。放出氢气的一极连电源负极。
答案：A
2．解析：A.二氧化锰与浓盐酸共热反应制备氯气，由图可知，装置中缺酒精灯，故A错误；B.净化氯气时，应先将混合气体通过盛有饱和食盐水的洗气瓶除去氯气中混有的氯化氢气体，再通过盛有浓硫酸的洗气瓶干燥氯气，由图可知，洗气瓶的顺序颠倒，得到的是含有水蒸气的氯气，故B错误；C.由图可知，收集氯气的装置只有进气管，无出气管，不能收集氯气，故C错误；D.氯气有毒，收集氯气后应将尾气通过盛有氢氧化钠溶液的烧杯中吸收氯气，防止污染空气，故D正确。
答案：D
3．答案：B
4．解析：由于浓盐酸易挥发，故必须缓慢加热以减少HCl的挥发；Cl2的密度比空气的密度大，故应用向上排空气法收集；Cl2极易与碱反应：Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，故应用较浓的碱液吸收多余的Cl2。
答案：CD
5．答案：(1)①放出气体，溶液变红色 ②把湿润的淀粉—碘化钾试纸放在Y电极附近，试纸变蓝
(2)2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
6．解析：(1)制得的Cl2中含有HCl、H2O(g)杂质，先依次通过饱和食盐水、浓硫酸除去杂质，再利用向上排空气法收集，最后通过淀粉碘化钾溶液探究其性质，因此实验装置连接顺序为fabedc。(2)E装置中为MnO2氧化浓盐酸制取Cl2，化学反应方程式为MnO2＋4HCl(浓) ≜MnCl2＋Cl2↑＋2H2O。(3)B装置中盛有浓硫酸，可以吸收H2O(g)、干燥Cl2；A装置中试剂X是饱和食盐水，作用是除去HCl。(4)C装置中氯气置换出单质碘，因此溶液变为蓝色；D装置中Cl2与NaOH溶液反应生成NaCl、NaClO和H2O，溶液碱性变弱，且NaClO具有漂白性，所以溶液红色逐渐褪去。
答案：(1)a b e d c
(2)MnO2＋4HCl(浓) ≜MnCl2＋Cl2↑＋2H2O
(3)干燥Cl2 饱和食盐水
(4)溶液变蓝 溶液红色逐渐褪去
实验操作
实验现象
实验结论
发出爆鸣声
与电源负极相连的铁棒上逸出____________
用向上排空气法收集b导管处的气体，观察气体颜色
气体呈______色
与电源正极相连的石墨棒上逸出________
溶液呈______色
左管溶液中有________产生
组成
盛放试剂
试剂的作用
C
饱和氯化钠溶液
除去氯气中的氯化氢
D
浓硫酸
干燥氯气
A.制备Cl2
B.净化Cl2
C.收集Cl2
D.尾气处理