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第一单元　氯气及氯的化合物
第1课时　氯气的发现与制备
[核心素养发展目标]　
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.初步认识工业上电解饱和食盐水制取氯气的反应原理。
3.学会实验室制取氯气的方法，通过分析、推理，设计并完成实验。
一、氯气的发现
1．元素的存在形态
元素
2．氯元素在自然界中的存在
在自然界中，氯元素全部以化合态的形式存在，海水中蕴含丰富的氯元素，它主要以氯化钠、氯化镁等氯化物的形式存在。
3．氯气的发现
(1)1774年，瑞典化学家舍勒将软锰矿与浓盐酸混合加热，意外的产生一种具有强烈刺激性气味的黄绿色气体，受当时条件的限制未能确定这种气体。
(2)用时三十多年，历经数位科学家的不懈探索，1810年，英国化学家戴维仔细研究了这种黄绿色气体，确认它是一种新元素组成的单质，并将其命名为氯气。

(1)海水中蕴含大量的氯元素，全部以化合态的形式存在(　　)
(2)用物理的方法，通过特殊的分离手段可以获取氯气(　　)
(3)在自然界氯元素主要以NaCl、MgCl2、CaCl2等形式大量存在于海水中(　　)
(4)由于氯元素在自然界中存在很广，因而它很容易被发现(　　)
(5)氯气是无色无味的气体(　　)
答案　(1)√　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×

二、氯气的实验室制法
1．反应原理
实验室常用MnO2将浓盐酸中化合态的氯元素氧化为游离态的氯气，化学方程式：
MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O。
2．仪器装置

(1)气体发生装置类型：固＋液气。
(2)发生装置所用仪器的名称为分液漏斗、圆底烧瓶。
3．收集方法
用向上排空气法，理由是氯气与空气不反应且密度比空气的大。
4．尾气处理
(1)仪器装置图中的烧杯内盛放的液体是NaOH溶液。
(2)该液体的作用是吸收过量的氯气，防止污染环境。

(1)收集氯气时，可通过观察集气瓶中是否充满黄绿色，判断是否收集满瓶(　　)
(2)MnO2与稀盐酸在加热条件下也可制取Cl2(　　)
(3)在实验室制取Cl2的试剂中，HCl只作还原剂(　　)
(4)Cl2尾气也可用饱和的澄清石灰水吸收处理(　　)
答案　(1)√　(2)×　(3)×　(4)×

1．制取Cl2的原理是利用氧化还原反应氧化浓盐酸中的Cl－生成Cl2。若MnO2过量，待充分反应后，溶液中仍有HCl剩余，为什么？
提示　随着反应的进行，浓盐酸的浓度逐渐减小，小到一定浓度将不再与MnO2反应。
2．KMnO4可以代替MnO2，常温下即可与浓盐酸反应生成Cl2，请写出化学方程式。
提示　2KMnO4＋16HCl(浓)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O。
3．查阅资料知氯气可溶于水，但在饱和食盐水中几乎不溶。
(1)利用MnO2与浓盐酸制取的Cl2中混有的杂质有HCl、水蒸气。
(2)如何获取纯净的氯气？
提示　先将气体通过饱和食盐水除去HCl气体，再通过浓硫酸除去水蒸气。


氯气的实验室制取流程及相应原理

三、氯气的工业制法
1．实验探究——模拟工业制备氯气
(1)实验过程
按下图所示电解饱和食盐水的装置进行实验。

①接通电源，观察铁棒和石墨棒上发生的现象。通电一段时间后，将小试管套在a管上，收集U形管左端产生的气体。2 min后，提起小试管，并迅速用拇指堵住试管口，移近点燃的酒精灯，松开拇指，检验收集到的气体。
②取一支小试管，用向上排空气法收集从b管导出的气体，观察收集到的气体的颜色。
③关闭电源，打开U形管左端的橡皮塞，向溶液中滴加1～2滴酚酞溶液，观察溶液的颜色。
(2)现象与推理

实验现象
结论
①
出现爆鸣声
a管中的气体为氢气
②
产生黄绿色的气体
b管中的气体为氯气
③
铁棒端溶液变红，石墨棒端溶液不变色
U形管左端溶液显碱性，右端溶液不显碱性

(3)实验结论
根据实验推断电解饱和食盐水的产物是H2、Cl2、NaOH溶液。
2．氯碱工业
(1)工业制取氯气的反应原理：
2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑。
(2)氯碱工业：以电解饱和食盐水为基础制取氯气等产品的工业。

1．下列物质制备中应用氧化还原反应的是________。
①海水晒盐
②煅烧石灰石制取生石灰
③从铁矿石中获取金属铁
④工业上用液化空气法制取氧气
⑤实验室制取二氧化碳
⑥实验室制取氯气
⑦氯碱工业
提示　③⑥⑦
2．200年前，科学家运用电解方法成功制备了一系列新物质，请简述电解法制备物质的优点。
提示　提高了反应的选择性，将原本不能进行的化学反应，通过外加电流迫使电子转移使之发生氧化还原反应。

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相同的原理是(　　)
A．都是将负价的氯转变为零价的氯
B．都是将正价的氯转变为零价的氯
C．都是复分解反应
D．都是置换反应
答案　A
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要首先将食盐进行除杂
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＋的浓度减小
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区产生Cl2，而与电源负极相连的电极区产生H2和NaOH，故B、C均不正确；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＋的浓度增大，故D不正确。

3．下列关于实验室制氯气的说法中错误的是(　　)
A．该反应是一个氧化还原反应
B．盐酸中的氯元素部分被氧化为Cl2
C．该反应的离子方程式为MnO2＋4H＋＋4Cl－MnCl2＋2H2O＋Cl2↑
D．该方法是瑞典化学家舍勒最先发现的
答案　C
解析　由MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋2H2O＋Cl2↑可知，HCl中氯元素部分化合价升高，氯化锰是可溶于水的强电解质，在离子方程式中应写成离子符号。
【考点】　氯气的实验室制法
【题点】　氯气的实验室制法的原理分析
4．(2019·湖北荆州中学高一月考)某化学小组用图示装置制取氯气，下列说法不正确的是(　　)

A．该装置图中至少存在两处明显错误
B．为了防止氯气污染空气，必须进行尾气处理
C．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
D．该实验中收集氯气的方法不正确
答案　D
解析　MnO2与浓盐酸在加热的条件下反应，图中缺少加热装置，实验时一般不用长颈漏斗，氯气有毒，气体不能直接排放到空气中，应有尾气吸收装置，A、B正确；氯气具有强氧化性，可与碘化钾反应生成单质碘，淀粉遇碘变蓝色，C正确；氯气的密度比空气大，可以用向上排空气法收集，装置中的收集方法正确，D错误。
5．某实验兴趣小组利用如下图所示装置进行电解饱和食盐水并检验其生成物的实验，当图中开关K闭合片刻后，请回答下列问题：

(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中收集的气体是______________________。
(3)C试管盛放____________________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)淀粉碘化钾(或淀粉碘化钠等其他合理答案均可)　有气泡产生，溶液由无色变为红色
解析　电解饱和食盐水产生NaOH、H2和Cl2，H2的密度比空气小，用向下排空气法收集，所以D中收集的气体是H2，而H2在与直流电源的负极相连的电极上产生，所以a为电源的负极，A电极上除了有氢气生成外，溶液中还生成NaOH，所以遇酚酞溶液变红。b为电源的正极，B极上产生氯气，可以用淀粉碘化钾溶液检验。

A组　基础对点练
题组一　氯气的实验室制法
1．下列关于实验室用二氧化锰制取氯气的叙述不正确的是(　　)
A．二氧化锰与浓盐酸共热
B．缓慢加热反应
C．用向下排空气法收集氯气
D．多余的氯气常用较浓的碱液吸收
答案　C
解析　氯气的密度比空气大，应选择向上排空气法收集。
2．在实验室利用浓盐酸和二氧化锰制氯气，制备装置中应使用分液漏斗而不能使用长颈漏斗，下列有关理由叙述错误的是(　　)
A．防止氯气扩散到空气中造成污染
B．便于控制加入盐酸的量
C．长颈漏斗便于添加液体
D．尽量避免氯化氢挥发到空气中
答案　C
解析　用分液漏斗既可防止氯化氢气体和氯气挥发，污染环境，同时又可控制滴加盐酸的量和快慢，从而控制反应速率，提高盐酸的利用率。
【考点】　氯气的实验室制法
【题点】　氯气的实验室制法仪器的选取
3．为了在实验室制得干燥而纯净的氯气，正确的净化顺序是(　　)
A．第一步通过浓硫酸，第二步通过无水氯化钙
B．第一步通过浓硫酸，第二步通过饱和食盐水
C．第一步通过饱和食盐水，第二步通过浓硫酸
D．第一步通过碱石灰，第二步通过浓硫酸
答案　C
解析　实验室制取的氯气中通常含有HCl和H2O(g)，结合氯气的性质可知先通过饱和食盐水除HCl，再通过浓硫酸除水蒸气。
考点　氯气的实验室制法
题点　氯气的除杂
4．下列关于氯的说法不正确的是(　　)
A．氯元素在自然界中存在游离态，只是量极少
B．实验室制备Cl2可用排饱和食盐水法收集
C．氯气是一种黄绿色、有刺激性气味的气体
D．氯是重要的“成盐元素”，主要以NaCl的形式存在于海水和陆地的盐矿中
答案　A
解析　氯元素在自然界中只以化合态存在，A项错误；Cl2难溶于饱和食盐水，可用排饱和食盐水法收集，B项正确；氯气是一种黄绿色、有刺激性气味的气体，故C正确；氯元素主要以NaCl的形式存在，故D正确。
考点　氯气的实验室制法
题点　氯元素的存在，氯气的收集
5．下图表示在没有通风橱时制取纯净的氯气设计的装置图，图中A、B是可控制的弹簧铁夹。

(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________________________________________________________________________。
答案　(1)NaOH溶液　吸收多余的Cl2　饱和食盐水
(2)打开B夹，关闭A夹　打开A夹，关闭B夹　打开B夹，关闭A夹
解析　用饱和食盐水可洗去Cl2中混有的HCl，又使Cl2损失较少，故可用排饱和食盐水法收集Cl2。处理制Cl2的尾气最好的试剂是强碱溶液。
题组二　氯气的工业制法
6．许多国家十分重视海水资源的综合利用，不需要化学变化就能够从海水中获得的物质是(　　)
A．氯、溴 B．钠、镁
C．烧碱、氢气 D．食盐、淡水
答案　D
解析　海水中，氯元素、溴元素、钠元素、镁元素均以化合物的形式存在，要想获得其单质，必须要经过化学变化，A、B错误；C项中NaOH、H2均可通过电解饱和食盐水获得，为化学变化；只有D项中食盐可通过蒸发、淡水可通过蒸馏获得，属于物理变化。
7．下列关于电解氯化钠水溶液的说法不正确的是(　　)
A．电解产物为氯气和钠
B．电解过程中能产生黄绿色气体
C．电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，然后滴加石蕊溶液，溶液呈蓝色
D．用排水法可以收集到较纯净的氢气
答案　A
解析　电解熔融的NaCl才得到Cl2和Na：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑(钠的工业制法)，A项错误。
8．下列关于氯气制备原理的说法中不正确的是(　　)
A．电解饱和食盐水制氯气时，与电源正极相连的碳棒上方充满黄绿色气体
B．工业上制取氯气的原料是饱和食盐水
C．实验室制法和工业制法的反应实质是相同的
D．实验室制取氯气时最好大火加热使温度迅速升高
答案　D
解析　电解饱和食盐水制氯气时，Cl－在与电源正极相连的碳棒上转化为Cl2，A项正确；浓盐酸具有挥发性，实验室制取氯气时应缓缓加热以减少氯化氢的损失，D项错误。
9．某同学利用如图所示装置电解饱和食盐水，他在导气管b处收集到的气体不具有的特征是(　　)

A．呈黄绿色 B．有毒
C．密度小于空气 D．刺激性气味
答案　C
解析　电解饱和食盐水时，Cl－在与电源正极相连的碳棒上转化为Cl2，该气体的密度大于空气。
10．下列装置中验证氯化钠溶液(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)(　　)


答案　D
解析　向下排空气法收集的是氢气，故电源的左端是负极，右端是正极，A、C错误；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，B错误、D正确。
B组　综合强化练
1．将0.2 mol MnO2和50 mL 12 mol·L－1的盐酸混合后缓缓加热，向反应完全后的溶液中加入足量AgNO3溶液，则生成的AgCl沉淀的物质的量(不考虑盐酸的挥发)(　　)
A．等于0.3 mol B．小于0.3 mol
C．在0.3～0.6 mol之间 D．以上结论均不正确
答案　C
解析　本题易错之处在于没有考虑到盐酸浓度降低到一定程度后，MnO2与HCl不再继续反应，因而错选A。由题意可知n(HCl)＝0.6 mol，根据化学方程式MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O可判断出MnO2过量。若0.6 mol HCl完全反应，则有0.3 mol HCl被氧化，反应后的溶液中存在0.3 mol Cl－，加入足量AgNO3溶液生成0.3 mol AgCl。但随着反应的进行，盐酸的浓度减小，而稀盐酸与MnO2不反应，所以实际被氧化的HCl的物质的量必然小于0.3 mol，即反应后溶液中存在的Cl－的物质的量大于0.3 mol，故加入足量AgNO3溶液产生的AgCl的物质的量大于0.3 mol且小于0.6 mol，C项正确。
2．用惰性电极电解未精制的饱和食盐水，食盐水装在U形管内。结果很快在某一电极附近出现食盐水浑浊现象。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
答案　C
解析　食盐中含有Ca2＋、Mg2＋等离子，Mg2＋与电解产生的OH－作用产生Mg(OH)2沉淀。
3．已知KMnO4与浓盐酸在常温下反应能产生Cl2。用如图所示的实验装置(夹持及加热装置已省略)来制备纯净、干燥的氯气，并探究它与金属的反应。每个虚线框表示一个装置单元，其中有错误的是(　　)

A．①和②处 B．②处
C．②和③处 D．②③④处
答案　D
解析　①是制备氯气的装置，②是除去氯气中氯化氢杂质的装置，③是干燥装置，④是氯气与金属反应的装置。氯气可与NaOH溶液反应，除去氯气中的氯化氢气体应用饱和食盐水，所以②处错误；③中干燥气体时，应长导管进气，短导管出气，所以③处错误；④中未反应的气体不断增加会使容器因内部压强过大而发生爆炸，所以④处错误。
4．某研究性学生小组设计了用氧化浓盐酸的方法制取氯气的实验，其实验装置如下图：

(1)写出圆底烧瓶中发生反应的化学方程式：
________________________________________________________________________。
(2)如果将过量的二氧化锰与20 mL 12 mol·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 mol。其主要的原因有
①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________。
(3)L的作用是____________________________；B的作用是___________________________。
(4)为了提高浓盐酸的利用率，你对实验的建议是_____________________________________
________________________________________________________________________。
答案　(1)MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋2H2O＋Cl2↑
(2)①反应中随着HCl的消耗，盐酸变稀，稀盐酸不能与MnO2反应　②加热时有部分HCl挥发而损失
(3)恒压条件下确保浓盐酸顺利滴加　利用Cl2在饱和食盐水中溶解度很小的性质来贮存Cl2
(4)将浓盐酸慢慢滴下；加热时用小火慢慢加热等
解析　实验室制取Cl2时，使用浓盐酸和MnO2加热的反应，随着反应进行，浓盐酸变稀，反应停止；另外浓盐酸挥发，也导致其浓度降低，因此为防止浓盐酸挥发，可将浓盐酸慢慢滴下，同时用小火慢慢加热。
5．氯碱工厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程示意图如下：

依据上图，回答下列问题：
(1)在电解过程中，与电源正极相连的电极上产生的气体的颜色为______________，与电源负极相连的电极附近，溶液的碱性变化是_____________________________________________。
(2)工业食盐含CaCl2、MgCl2等杂质，精制过程发生反应的化学方程式为______________________________、______________________________________________。
(3)如果粗盐中SO含量较多，必须添加钡试剂除去SO，该钡试剂可以是________(填字母，下同)。
A．Ba(OH)2　　B．Ba(NO3)2　　C．BaCl2
(4)为有效除去Ca2＋、Mg2＋、SO，加入试剂的合理顺序为________。
A．先加NaOH，后加Na2CO3，再加钡试剂
B．先加NaOH，后加钡试剂，再加Na2CO3
C．先加钡试剂，后加NaOH，再加Na2CO3
答案　(1)黄绿色　碱性增强　(2)CaCl2＋Na2CO3===CaCO3↓＋2NaCl　MgCl2＋2NaOH===Mg(OH)2↓＋2NaCl　(3)AC　(4)BC
解析　根据流程图可知按溶解、除杂、电解、精制等步骤进行。(3)如选用Ba(NO3)2则引入了NO杂质，在后续操作中很难除去。

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