氯气的制备

制作：孙秀民高三化学实验复习[教学目标]1、掌握氯气的工业制法和实验室制法。2、通过引导学生观察、分析演示实验的现象，培养学生的观察和分析问题的能力。3、培养学生热爱科学的思想，对学生进行环境保护教育。[重点、难点]氯气的实验室制法。1、工业制备(1)电解饱和食盐水（氯碱工业）：电解的化学方程式为：2NaCl+2H2O===2NaOH+Cl2↑+H2↑电解的离子方程式为：2Cl-+2H2O===2OH-+Cl2↑+H2↑(2)电解熔融的氯化钠：电解的化学方程式为：2NaCl===2Na+Cl2↑2、实验室制备(1)反应原理:通电通电通电氯气的实验室制法(讨论)实现ClClCl的转化,分别需加入氧化剂还是还原剂?-10+1实验室制取氯气常用MnO2和浓盐酸为原料(反应需加热)MnO2+4HCl=MnCl2+2H2O+Cl2↑MnO2+4H++2Cl-=Mn2++2H2O+Cl2↑用氧化剂在适当的条件下将负一价氯氧化成为零价氯。MnO2+4HCl=MnCl2+2H2O+Cl2↑MnO2+4H++2Cl-=Mn2++2H2O+Cl2↑（1）指出氧化剂、还原剂及电子转移情况MnO2+4HCl=MnCl2+2H2O+Cl2↑氧化剂还原剂得到2e-失去2×e-（2）装置的先择如何呢？项目发生装置类型发生装置的仪器收集方法Cl2H2H2项目发生装置类型发生装置的仪器收集方法O2固液不加热排水法（或向下排空集气法固液加热向上排空集气法或排饱和食盐水法固固加热排水法（或向上排空集气法（3）用什么样的方法收集氯气呢？选择气体发生装置的原则：反应物的状态和反应条件（4）多余的Cl2如何处理？（5）Cl2中混有哪些杂质，怎样提纯、干燥？（6）实验步骤如何？通入NaOH溶液中吸收。HCl、H2O将其先通入饱和食盐水中除HCl气体，再通入浓硫酸中除去H2O。①连接好装置，检查气密性②在烧瓶中加入二氧化锰粉末③往分液漏斗中加入浓盐酸，再缓缓滴入烧瓶中④缓缓加热，加快反应，使气体均匀逸出⑤用向上排空气法收集氯气，尾气导入吸收剂中实验步骤Cl2的制备Cl2中混有HCl和H2O（g）Cl2的制备、提纯、吸收①因浓盐酸有挥发性，制氯气装置应使用分液漏斗（仪器）.②滴加浓盐酸不能过快，加热方式为微热。③氯气中含有HCl、水气，先通过盛饱和食盐水的洗气瓶，再通过盛有浓硫酸的洗气瓶。④多余的氯气应使用NaOH溶液吸收，反应的离子方程式为：Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O⑤为确保实验过程中分液漏斗里的液体顺利流下，可采取的方法有：一是把分液漏斗和圆底烧瓶用橡皮管相连通、二是在分液漏斗下端套一个小试管。1、使浓盐酸与足量的MnO2共热制Cl2、实际产生的Cl2总比理论值低，其主要原因是什么？稀盐酸与MnO2不反应，随着反应的进行，浓盐酸的物质的量浓度逐渐变小。2、下图是实验室用来制取干燥、纯净氯气的装置；由于装置和使用药品有错误而未能在D瓶中收集到Cl2；请指出装置中的错误①长颈漏斗应改成分液漏斗．②烧杯下应填石棉网．③应用酒精灯加热．④稀盐酸应改为浓盐酸．⑤多余Cl2应通入NaOH溶液中3、实验室还可用KMnO4或KClO3代替MnO2与浓盐酸反应制氯气2KMnO4+16HCl=2KCl+2MnCl2+8H2O+5Cl2↑KClO3+6HCl=KCl+3H2O+3Cl2↑思考上述反应的氧化剂、还原剂、分别是何物质？电子转移的方向和数目能标出吗？得10e-失10e-氧化剂KMnO4还原剂HCl2KMnO4+16HCl=2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O4、想一想：能不能设计一实验证明起漂白性作用的是HClO而不是Cl2？提示：实验室制得的Cl2中含有水蒸汽，同学们能不能根据课本HClO的漂白实验得到启发，将Cl2的制取装置与HClO的漂白实验装置组合成一套实验装置？课堂练习1.实验室制取下列气体的反应既是分解反应,又是氧化还原反应的是()A.NO2B.O2C.Cl2D.CO22.用二氧化锰和浓盐酸制取氯气,当有0.4L10mol/LHCl被氧化时,生成的氯气在标准状况下的体积为()A.22.4LB.44.8LC.67.2LD.89.6LBB3.将0.15mol的MnO2与过量的12mol/L的浓盐酸反应,和50mL12mol/L的浓盐酸与足量的MnO2反应两者产生的Cl2相比(其他反应条件相同)()A.一样多B.前者较后者多C.后者较前者多D.无法比较B4.有人设计了以下六步操作制备氯气，其操作顺序为：①向分液漏斗中加入浓盐酸,并将导气管插入集气瓶②检查装置的气密性③把酒精灯放在铁架台上,根据酒精灯火焰确定铁圈高度,固定铁圈,放上石棉网④在烧瓶上装好分液漏斗,安装好导气管⑤向烧瓶中装入二氧化锰固体⑥将烧瓶固定在铁架台上④③⑥②⑤①5.在氯酸钾的分解反应里，二氧化锰的催化问题，到目前还没有肯定的解释。鉴于制得的氧气中有氯气的气味，生成的氯化钾又略带紫红色，认为反应过程如下（已配平）：Ⅰ：2KClO3+2MnO2=2A+B↑+C↑Ⅱ：2A=D+MnO2+C↑Ⅲ：B+D=2KCl+□+C↑（1）反应Ⅰ中氧化产物是（填化学式）（2）反应Ⅲ化学方程式为（3）按上述反应过程，若制取1.5molO2，总共有mol电子发生转移。【解析】抓住题中的信息：有Cl2生成，有紫红色物质（为KMnO4），及A受热分解，推得A为KMnO4，C为O2，则B为Cl2；再根据MnO2作催化剂，推断出□中物质为MnO2。由2KClO3+2MnO2=2KMnO4+Cl2↑+O2↑①2KMnO4===K2MnO4+MnO2+O2↑②Cl2+K2MnO4=2KCl+MnO2+O2↑③推测：每步反应均得到0.5molO2，其中反应②和③分别转移2mole-，而反应①中Cl从+5→0价，转移电子5mol，共计2+2+5=9△Ⅰ：2KClO3+2MnO2=2A+B↑+C↑Ⅱ：2A=D+MnO2+C↑Ⅲ：B+D=2KCl+□+C↑（1）反应Ⅰ中氧化产物是（填化学式）（2）反应Ⅲ化学方程式为（3）按上述反应过程，若制取1.5molO2，总共有mol电子发生转移。KMnO4、Cl2、O2Cl2+K2MnO4＝2KCl+MnO2+O2↑△9【解题回顾】一是根据反应现象推测产物，二是明确催化剂参与反应，最后还原生成催化剂。不能根据总反应式：2KClO3＝2KCl+3O2↑来推出转移电子数为6。6.2000年全国高考题)实验室可用氯气与金属铁反应制备无水三氯化铁,该化合物呈棕红色,易潮解,100℃左右时升华,下图是两个学生设计的实验装置,左边的反应装置相同,而右边的产物收集装置则不同,分别如(Ⅰ)(Ⅱ)所示:(1)B中反应的化学方程式为：。(2)D中的反应开始前,需排除装置中的空气,应采取的方法是(3)D中反应的化学方程式为：。(4)装置(Ⅰ)的主要缺点是：。(5)装置(Ⅱ)的主要缺点是：如果选用此装置来完成实验,则必须采取的改进措施是：MnO2+4HCl(浓)MnO2+Cl2↑+2H2O△B中的反应进行一段时间后，看到黄色气体充满装置，再开始加热D2Fe+3Cl22FeCl3△导管易被产品堵塞；尾气排入空气中，易造成环境污染。产品易受潮解。在瓶E和F之间连接装有干燥剂的装置。(或其它合理答案)。【小结】此题综合了氯气的性质、制法，三氯化铁的性质和制取，化学实验操作及实验装置等问题。此题中涉及的制取氯气和三氯化铁的原理比较简单，排除装置中空气的方法属常识性操作，（1）、（2）、（3）问容易作答。只要根据题给信息，对装置（Ⅰ）、（Ⅱ）的不同部分进行对比分析，答案就在（Ⅰ）、（Ⅱ）两图中，（4）、（5）问即可得解。1.装置（Ⅰ）中三氯化铁由D进入E是通过细玻璃管，而装置（Ⅱ）D直接插入E中，此二法那一种更好呢？根据题给信息，三氯化铁在100℃左右升华，D管生成的三氯化铁已是蒸气，温度降低即凝结成固体颗粒，细玻璃管就会被堵塞，此为装置（Ⅰ）的缺点之一。2.装置（Ⅱ）中E下边有一盛有NaOH溶液的洗气瓶。NaOH溶液的作用是什么呢？联想到氯气是有毒气体，实验时的尾气排入空气前必须用NaOH溶液来吸收，而装置（Ⅰ）中没有，此为装置（Ⅰ）的缺点之二。3.装置（Ⅰ）中E右边连有盛浓H2SO4的洗气瓶，而装置（Ⅱ）中没有。浓H2SO4在此起什么作用呢？根据题目所给信息，三氯化铁易潮解，要制得无水三氯化铁，必须在制取三氯化铁装置前后都要设计干燥装置（这点原题D管前已经设计出此信息）。装置（Ⅱ）未这样设计即为缺点，需在E、F之间连接干燥装置延伸·拓展7.现用浓盐酸、MnO2共热制Cl2，并用Cl2和Ca(OH)2反应制少量漂白精，现已知反应Cl2+2Ca(OH)2=Ca(ClO)2+CaCl2+2H2OΔH＜0，若温度稍高即发生副反应6Cl2+6Ca(OH)2=Ca(ClO3)2+5CaCl2+6H2O。甲、乙、丙三人分别设计三个装置，如下图所示。石灰（1）请从：a不容易控制反应速率，b容易控制反应速率，c有副反应发生，d可防止副反应发生，e污染环境，f可防止污染环境，几个方面对上述甲、乙、丙三套装置的优缺点作出评析，并选择符合题目要求的选项填在空格内。（2）上图中甲由a、b两部分组成，乙由c、d、e三部分组成，丙由f、g组成，从上述甲、乙、丙三套装置中选出合理的部分（按气流从左到右的方向）组装一套较为完善的实验装置（填所选部分的编号）优点缺点甲装置乙装置丙装置（3）实验中若用12mol/L的浓盐酸100mL与足量的MnO2反应，最终生成Ca(ClO)2的物质的量小于0.15mol，其可能的主要原因是。（假定各步反应均无反应损耗且无副反应发生）。【解析】根据题给药品，制取氯气应用装置c或f，依据题给信息氯气与Ca(OH)2的反应是放热反应，且温度高时易发生副反应，所以制漂白精时应采取降温措施。氯气有毒，需进行尾气处理。石灰（1）优点缺点甲装置乙装置丙装置daebfcbcea不容易控制反应速率，b容易控制反应速率，c有副反应发生，d可防止副反应发生，e污染环境，f可防止污染环境.石灰（2）上图中甲由a、b两部分组成，乙由c、d、e三部分组成，丙由f、g组成，从上述甲、乙、丙三套装置中选出合理的部分（按气流从左到右的方向）组装一套较为完善的实验装置（填所选部分的编号）c或（f）、b、e（3）实验中若用12mol/L的浓盐酸100mL与足量的MnO2反应，最终生成Ca(ClO)2的物质的量小于0.15mol，其可能的主要原因是。（假定各步反应均无反应损耗且无副反应发生）。MnO2只能氧化浓盐酸，随着反应进行，c(Cl-)减小，还原性减弱，反应不能继续进行。【解题回顾】本题综合性较强，既要熟悉氯气的制备，又要抓住题给信息应用理论知识采取相应的实验措施。1、下列气体发生装置相同的是A氯气和氢气B氯气和氧气C氢气和二氧化碳D氧气和二氧化碳2．实验室制氯气时,二氧化锰的作用是A催化剂B氧化剂C还原剂D反应物3．实验室用KMnO4制氧气，为除去粘附在试管壁上的MnO2，可用试剂是A汽油B水C稀盐酸D浓盐酸CBDD4、实验室制氯气时有如下操作，操作顺序正确的是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在烧瓶中加入二氧化锰粉末④往分液漏斗中加入浓盐酸，再缓缓滴入烧瓶中⑤用向上排空气法收集氯气，尾气导入吸收剂中A①②③④⑤B④③①②⑤C①③④②⑤D①④③②⑤C小结本节课我们主要学习了氯气的制备，重点学习的是氯气实验室制法。氯气的实验室制法一直是高考及各类考试的热点内容之一，希望同学们通过本节的学习，掌握氯气的制备方法。再见