高一化学氯气的生产原理

【典例1】下图是电解饱和NaCl溶液的实验装置，X是铁电极、Y是石墨电极，a是饱和NaCl溶液，同时在两边各滴入几滴酚酞试液。下列有关实验的说法正确的是（已知氢气难溶于水，而氯气能够部分溶于水）A.X电极产生的气体能够使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝B.X电极附近溶液变红色，且有刺激性气味气体产生C.若将X、Y两极产生的气体收集起来，其体积比略大于1∶1D.电解后，将溶液混匀，电解前后溶液的pH未发生变化【思路点拨】解题关键是明确H2、Cl2分别在哪个电极上产生，并根据它们的性质进行分析判断。【自主解答】选C。电解饱和NaCl溶液时，与电源负极相连的电极X上产生H2，电极X附近产生NaOH，与电源正极相连的电极Y上产生氯气，反应的化学方程式为：2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑。氯气能够使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，A选项错误；NaOH能够使酚酞试液变红色，但H2无刺激性气味，B选项错误；由于氯气能够部分溶于水，所以其体积偏小，C选项正确；电解后溶液中含有NaOH，碱性增强，溶液的pH变大，D选项错误。通电====【典例2】（2010·杭州高一检测）实验室用如图所示装置来制取氯气，该装置由A、B、C三个基本装置组合而成，请回答下列问题：（1）该制取氯气的装置有一个错误，请指出错误____。（2）说出A、B、C三个基本装置的名称：A是_______装置，B是_______装置，C是_______装置。（3）C装置中烧杯内所装液体是_______溶液。（4）写出A装置中反应的离子方程式_______，在该反应中盐酸表现的性质是_______。【思路点拨】解答本题应明确典型的制气装置由哪几部分组成，每一部分作用是什么。【自主解答】（1）烧瓶容积比较大，不能用酒精灯直接加热，应该垫上石棉网；（2）典型的制气装置分为四部分：气体发生装置→气体净化装置→气体收集装置→尾气吸收装置，本题缺少气体净化装置（依次盛放饱和食盐水和浓硫酸）；（3）一般用碱溶液吸收多余的氯气防止污染，其反应原理是Cl2+2OH-====Cl-+ClO-+H2O；（4）MnO2和浓盐酸反应制取氯气的化学方程式为：MnO2+4HCl（浓）MnCl2+Cl2↑+2H2O，在该反应中有一半的HCl被氧化成氯气，表现还原性；还有一半的HCl变成MnCl2，没有发生氧化还原反应，表现酸性。△====答案：（1）加热时烧瓶底部缺少石棉网（2）气体发生气体收集（或集气）尾气吸收（3）NaOH或KOH（4）MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O还原性和酸性△====知识点一：氯气的工业生产1.某化工厂通过电解饱和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【解析】选B。电解饱和食盐水的化学方程式为：2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH，所以不可能得到硫酸。通电====2.如图所示装配仪器，接通直流电源，电解的是未精制的饱和食盐水（含有Ca2+、Mg2+、SO42-及泥沙等杂质），结果很快在某一电极附近出现浑浊现象。造成浑浊的难溶物主要是（）A.碳酸镁B.硫酸钡C.氢氧化镁D.碳酸钡【解析】选C。未精制的饱和食盐水中含有Ca2+、Mg2+、SO42-及泥沙等杂质，阴极H+得到电子生成H2，产生OH-，OH-和Mg2+反应生成Mg（OH）2白色沉淀，而使阴极附近出现浑浊现象。3.电解原理在化学工业中有广泛应用。如图表示一个电解装置，其中盛有饱和食盐水，X、Y是两块石墨电极，通过导线与直流电源相连，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液，若X电极上产生无色无味的气体，请回答以下问题：（1）在X电极附近溶液中观察到的现象是＿＿＿。（2）检验Y电极上产物的方法是＿＿＿＿＿。（3）电解的化学方程式是＿＿＿＿＿。解题提示：氢气和NaOH在与电源负极相连的电极上及电极附近产生，氯气在与电源正极相连的电极上产生。【解析】电解饱和食盐水的反应为：2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH，氢气和NaOH在同一电极产生，氢气是无色无味的气体，所以X电极上产生H2和NaOH，酚酞试液变红；Y电极上及X电极附近产生氯气，可以用湿润的淀粉碘化钾试纸检验。通电====答案：（1）溶液变红（2）把湿润的淀粉碘化钾试纸放在Y电极附近，若试纸变蓝，则说明产生的气体为氯气（3）2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH通电====知识点二：实验室制氯气4.在实验室中制取纯净、干燥的氯气，常使生成的氯气通过两个洗气瓶，第一个洗气瓶中盛有（）A.浓硫酸B.烧碱溶液C.饱和食盐水D.石灰水【解析】选C。实验室制出的氯气中常混有少量HCl气体和水蒸气，只有先通过盛有饱和食盐水的洗气瓶除去HCl气体后，再除去水蒸气。如顺序颠倒，则干燥后的氯气通过食盐水时又会带出水蒸气，最终不能得到干燥的氯气。5.如图表示在没有通风橱的情况下收集氯气时设计的装置图，图中A、B是可控制的弹簧夹。（1）烧杯中盛放的液体是＿＿＿，其作用是＿＿＿，水槽中盛放的液体是＿＿＿。（2）简述操作过程：（从氯气已经产生开始）在收集氯气之前，应＿＿＿，当氯气纯度合乎要求时，应＿＿＿，当氯气收集完毕时，应＿＿＿。【解析】Cl2有毒，尾气应用NaOH溶液（或其他碱液）吸收，Cl2可以用向上排空气法或排饱和食盐水法收集；在收集Cl2前，应用生成的Cl2将装置中的空气排出。答案：（1）NaOH溶液（或其他碱液）吸收多余的Cl2饱和食盐水（2）打开B，关闭A打开A，关闭B打开B，关闭A一、选择题(本题包括5个小题，每小题4分，共20分)1.湿润的淀粉碘化钾试纸接触氯气最后会变成（）A.红色B.白色C.蓝色D.紫色【解析】选C。湿润的淀粉碘化钾试纸遇到氯气变蓝，这是检验氯气的方法。2.（2010·安阳高一检测）实验室制取HCl气体的反应原理为：NaCl（固）+H2SO4（浓）NaHSO4+HCl↑，则其所用的气体发生装置是（）△====【解析】选A。制氯化氢用的是固体和液体反应，且反应需要加热，所用气体的发生装置与制备氯气的相同。3.（2010·宝鸡高一检测）下列物质：①无水CaCl2；②碱石灰；③浓H2SO4；④P2O5，可以用来干燥Cl2的是（）A.①②B.③④C.①③④D.①②③④【解析】选C。碱石灰是NaOH和CaO的混合物，能与Cl2发生反应，不能用来干燥氯气。4.某化学小组用如图所示装置制取氯气，下列说法不正确的是（）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.为了防止氯气污染空气，必须进行尾气处理D.在集气瓶的导管口处放一片湿润的淀粉碘化钾试纸可以证明是否有氯气逸出【解析】选B。该装置图中存在三处明显错误：①未用酒精灯加热；②由于盐酸易挥发、产生的氯气易从长颈漏斗中逸出，从而造成空气污染，所以应该用分液漏斗，而不应该用长颈漏斗；③缺少尾气吸收装置，所以A选项正确，C选项正确；由于氯气的密度比空气大，所以可以采取向上排空气法收集，导气管长管为进气口，短管为出气口，B选项错误；检验氯气可以用湿润的淀粉碘化钾试纸，若试纸变蓝，则说明氯气逸出，D选项正确。5.实验室制取氯气可以有以下途径，用化学方程式表示如下。若制取等质量的氯气，消耗盐酸最少的是（）A.8HCl（浓）+K2Cr2O7====2KCl+Cr2O3+4H2O+3Cl2↑B.16HCl（浓）+2KMnO4====2MnCl2+8H2O+2KCl+5Cl2↑C.4HCl（浓）+MnO2MnCl2+2H2O+Cl2↑D.6HCl（浓）+KClO3====KCl+3H2O+3Cl2↑△====【解析】选D。为了方便比较，可以假设生成氯气的物质的量都为15mol，则四个选项消耗的HCl的物质的量依次为40mol、48mol、60mol、30mol。二、非选择题（本题包括1个小题，共10分）6.氯气是一种重要的化工原料，在生产和生活中应用十分广泛，制取氯气也有多种方法。（1）写出实验室制取氯气的化学方程式＿＿＿＿。（2）KMnO4跟浓盐酸在室温下制氯气的反应方程式为2KMnO4+16HCl（浓）====2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O，该反应＿＿＿＿（填“是”或“不是”）氧化还原反应。（3）历史上曾用“地康法”制氯气。这一方法是用CuCl2作催化剂，在450℃利用空气中的氧气跟氯化氢反应制氯气。这一反应的化学方程式为＿＿＿＿。（4）从氯元素的化合价看，以上三种方法的共同点是＿＿＿＿。【解析】（1）实验室用MnO2和浓盐酸反应制取氯气，在该反应中氯元素的化合价由-1价变成0价；（2）在KMnO4跟浓盐酸反应中，氯元素的化合价也由-1价变成0价，所以属于氧化还原反应；（3）氯化氢和氧气是反应物，氯气和水是生成物，然后再配平即得相应的化学方程式，在该反应中氯元素的化合价也是由-1价变成0价。答案：（1）MnO2+4HCl（浓）MnCl2+Cl2↑+2H2O（2）是（3）O2+4HCl2Cl2+2H2O（4）氯元素的化合价都由-1价变成0价△====1.（5分）（2010·宿迁高一检测）已知MnO2只有和浓盐酸在加热的条件下才能反应产生Cl2。稀盐酸与MnO2不反应。请问在课堂上做演示实验时，用下列两种方法制取Cl2：①用含HCl146g的浓盐酸与足量的MnO2反应；②用87gMnO2与足量的浓盐酸反应，则所得Cl2（）A.②比①多B.①比②多C.一样多D.无法比较【解析】选A。n（MnO2）＝＝1mol，n（HCl）＝＝4mol，由方程式MnO2+4HCl（浓）MnCl2+Cl2↑+2H2O可知，如果不考虑其他因素，两者产生的Cl2是相同的，但是随着反应进行，浓盐酸变为稀盐酸，不再继续反应产生Cl2，所以前者产生的Cl2少。△====2.（15分）请从下图中选用必要的装置进行电解饱和食盐水的实验，要求测定产生的氢气的体积，并检验氯气（氯气有毒，可以用NaOH溶液吸收，氯气可以和碘化钾反应生成碘单质）。（1）设计上述气体实验装置时，各接口的正确连接顺序为：A接＿＿＿、＿＿＿接＿＿＿；B接＿＿＿、＿＿＿接＿＿＿。（2）证明产物中有Cl2的实验现象是＿＿＿。（3）已知电解后测得产生的H2的体积为44.8mL（已经折算成标准状况），电解后溶液的体积为50mL，此时溶液中NaOH的物质的量浓度为＿＿＿。【解析】A极产生H2，测定氢气的体积可以用排水法，而最后产生氢气的体积为44.8mL，所以应该选择100mL的量筒，接口连接顺序应为：A接G、F接H；B极为阳极，产生Cl2，检验Cl2可以用淀粉碘化钾溶液，最后将多余的Cl2用NaOH溶液吸收，防止污染空气，所以接口连接顺序应为：B接D、E接C。n（Cl2）＝＝0.002mol，由方程式：2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑得n（NaOH）＝2n（Cl2）＝0.002mol×2＝0.004mol，c（NaOH）＝＝0.08mol/L。0.0448L22.4L/mol通电====0.004mol0.05L答案：（1）GFHDEC（2）淀粉碘化钾溶液变蓝（3）0.08mol/L