氯气的生产原理

专题二从海水中获得的化学物质第一单元氯、溴、碘及其化合物海水中的主要元素及其含量元素浓度mg·L-1元素浓度mg·L-1元素浓度mg·L-1氯（Cl）19350溴（Br）67钡（Ba）0.03钠（Na）10770锶（Sr）8钼（Mo）0.01镁（Mg）1290硼（B）4.6铀（U）0.003硫（S）885锂（Li）0.17镍（Ni）0.002钙（Ca）400铷（Rb）0.12钴（Co）0.0005钾（K）380碘（I）0.06金（Au）0.000004海水中蕴含的元素有80多种，主要元素有H、O、Cl、Na、Mg、S、Ca、K、Br、Sr、B等。地球上99％以上的溴都蕴藏在大海中，总储量达1×1014t，故溴被称为“海洋元素”。海水中还含有丰富的碘元素，其总量可达8×1010t。051015202530KClCaCl2MgCl2NaCl每千克海水中几种氯化物的含量含量/g0.7211.115.1127.2222海田晒盐NaCl俗称“食盐”，它有哪些用途呢？【你知道吗】医学上：配成浓度为０.９％(即1000mL食盐水中含9gNaCl)的“生理食盐水”。日常生活中:是我们日常生活中的必需调味品。公路上的积雪也可以用氯化钠来消除。农业上：用来挑选种子。工业上：以NaCl为原料来制取Na2CO3、NaOH、Cl2和盐酸等。NaCl——“化学工业之母”工业上由氯化钠获得氯气的两条途径：1.电解熔融氯化钠制取氯气和金属钠。2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑2.电解饱和食盐水制取烧碱、氢气和氯气。一、氯气的工业制法问题2：你知道两支试管中产生的气泡是什么物质吗？问题1：通电后，我们能看到什么现象呢？两极上都产生气泡，且体积上维持1：2氢气和氧气〖实验〗接通电源，观察两个管内的变化。两极均产生气泡通电后有新的气体物质生成现象：结论：a管和b管分别是什么气体？预测氢气氧气氯气（纯）安静燃烧，淡蓝色火焰（不纯）爆鸣现象带火星的小木条复燃使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色问题3：将水换成饱和食盐水后再通直流电会有什么现象呢？〖探究〗ab-+铁棒碳棒现象：结论：有轻脆的爆鸣声有氢气生成现象：结论：小木条不复燃湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色有氯气生成a管b管〖实验〗爆鸣实验检验a管内气体。〖实验〗用带火星的小木条和湿润的淀粉碘化钾试纸检验b管产生的气体。〖实验〗关闭电源，用注射器从两端抽取少量反应液，分别注入滴加1～2滴酚酞溶液的试管中，观察现象。现象：结论：a管内溶液变红色，b管内溶液无明显现象。a管有碱性物质（NaOH）生成。问题5：根据上述现象和结论，你能写出电解氯化钠溶液的化学方程式吗？2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑通电以电解食盐水为基础制取氯气等产品的工业称为“氯碱工业”。问题4：假如溶液中Cl-全部转化为Cl2逸出，此时溶液中大量存在的溶质微粒是什么？无色气体，靠近火焰有爆鸣声遇酚酞变红色黄绿色气体，遇湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色2NaCl+2H2O=2NaOH+H2↑+Cl2↑阴极区阳极区通电实验现象结论1234两极均产生气泡通电后有新的气体物质生成将铁棒上方收集到的气体靠近火焰，有轻脆的爆鸣声有氢气生成有黄绿色、刺激性气味气体产生，湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝有氯气生成铁棒周围的溶液颜色变红有碱性物质生成氯碱工业阳离子交换膜电解槽阳离子交换膜的作用：只允许阳离子(即Na+)通过，不让阴离子(即Cl-和OH-)和气体分子(即H2和Cl2)通过。①能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸②能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO而影响烧碱的质量〖介绍〗阳离子交换膜电解槽的简单构造：由阳极（金属钛网）、阴极（碳钢网）、离子交换膜（或石棉隔膜）、电解槽框和导电铜棒等组成，每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。阳离子交换膜把电解槽隔成阴极室和阳极室。氯气的发现、生产简史1774年，瑞典化学家舍勒用软锰矿(主要成分为MnO2）和浓盐酸混合加热，意外地发现生成了一种黄绿色刺激性气体；1810年，英国化学家戴维确认这种黄绿色气体由一种元素组成，该元素被命名为chlorine，希腊文意为“绿色的”；法国化学家贝托雷将NaCl、软锰矿和浓硫酸的混合物加热制得氯气；1833年，法拉第发现电流作用于NaCl溶液可获得氯气；1836年，古萨格发明了焦化塔，可用于吸收布蓝法生产纯碱（Na2CO3）过程中排出的HCl气体，从此盐酸变得价廉易得。1868年，狄肯和红特发明了用CuCl2做催化剂，加热情况下空气中氧气可氧化HCl得到氯气（狄肯法或地康法）。想一想1.氯气是否有水蒸气？若有，该如何除去？2.氯气中是否还混有其它杂质气体？3.B和C装置先后顺序能否互换？4.如何检验氯气是否已充满集气瓶？ABCDE导气管长进短出信息提示：氯化氢气体在饱和食盐水中有较大的溶解度，而氯气难溶于饱和食盐水。二、氯气的实验室制法ABCDE导气管长进短出除HCl除水蒸气(即干燥Cl2)吸收多余Cl2★发生气体装置——A★净化气体装置——B(除杂)和C(干燥)★收集气体装置——D★处理尾气装置——E1.反应物：浓盐酸（液体）与二氧化锰（固体）2.实验原理（化学反应）：MnO2+4HCl(浓)＝MnCl2+Cl2↑+2H2O3.发生(气体)装置：固体＋液体气体实验室制取氯气与制取氧气、氢气的装置相同吗？试管、带导管的单孔橡皮塞、酒精灯、铁夹、铁架台等主要仪器制O2试管、带导管的单孔橡皮塞、铁夹、铁架台等（或启普发生器）制H2主要仪器实验室制氢气简易装置图分液漏斗、圆底烧瓶、导管、双孔橡皮塞、石棉网、酒精灯、铁圈、铁夹、铁架台等制Cl2主要仪器5.收集(气体)装置：向上排空气法或排饱和食盐水法①氯气的密度大于相同状况下空气密度；②氯气能溶于水，但在饱和NaCl溶液中溶解度很小。7.处理(尾气)装置：NaOH溶液[一般不用Ca(OH)2溶液]6.氯气的检验：湿润的淀粉碘化钾试纸（变蓝色）4.净化(气体)装置：饱和食盐水除去Cl2中的HCl，浓硫酸干燥Cl2。1.使用浓盐酸与足量的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反应很缓慢，一般认为不反应，随着反应的进行，浓盐酸的物质的量浓度逐渐变小至稀盐酸。【思考与练习】2.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D3.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A.①②③④⑤B.④③①②⑤C.①③④②⑤D.①④③②⑤C4.工业上利用电解饱和食盐水的方法制取、和。在电源正极上方收集到的气体能使湿润的变蓝色，证明是；在电源负极上方收集到的气体是，在与负极相连的电极附近的水溶液中滴几滴酚酞溶液，则溶液，证明有生成。若电解一段时间后，电源正极上方收集到的气体在标准状况下为4.48L，则在电源负极上方将收集到g气体，在溶液中产生g。停止通电后，待溶液混合均匀，溶液的碱性增强，pH会升高。Cl2H2NaOH淀粉碘化钾试纸Cl2H2变红NaOH0.4H216NaOH5.某学生设计如下实验装置用于制备纯净的氯气,请指出其中错误之处。①，②，③，④，⑤，⑥。烧瓶下面缺石棉网铁圈下面缺酒精灯原料使用稀盐酸不应使用长颈漏斗盛浓硫酸的洗气瓶和盛饱和食盐水的洗气瓶位置颠倒洗气瓶D的导气管没有长管进短管出同一种装置采用不同的操作方法，有不同的用途请思考图示的装置都有哪些用途？1.从A口进气，从B口排出瓶内的空气，可收集CO2、Cl2等比空气重的气体2.从B口进气，从A口排出瓶内的空气，可收集H2、NH3等比空气轻的气体。3.在瓶内充满水，从B口进气，将瓶内水从A口压出，可作为排水集气装置。4.在瓶内加入适量液态净化剂，从A口进气，B口出气，可作为气体净化装置。5.瓶内加入适量浓硫酸，从A口进气，B口出气，可作为气体干燥装置。