高中化学：氯气的生产原理学案
高中化学：氯气的生产原理学案
[学习目标] 1.了解实验室制取Cl
2
的原理和实验装置.2.了解电解饱和食盐水法制取氯气的原理.
一、氯气的工业制法
氯化钠在水中的电离：NaCl===Na＋＋Cl－，水也有微弱的电离：H
2
O H＋＋OH－，这样，在食盐的水溶液中存在Na＋、Cl－、H＋、OH－，其中只有Cl－和H＋在电流作用下易被氧化和还原
而生成Cl
2
和H
2
，即发生如下反应：□012NaCl＋2H2O=====
电解
2NaOH＋Cl
2
↑＋H
2
↑.
氢气和氯气混合后在光照或点燃等条件下易发生爆炸：H
2
＋Cl
2
=====
光照
或点燃2HCl，氯气有毒，所
□02必须隔离，且要□03防止氯气泄漏.
二、氯气的实验室制法
(1)反应原理：
□01MnO2＋4HCl(浓)=====
△
MnCl
2
＋Cl
2
↑＋2H
2
O.
(2)装置设计：粉末状固体(或液体)＋液体――→
△
气体.
(3)除杂气体：根据要制取气体的化学性质和杂质气体的化学性质选择除杂试剂.一般制得的氯气中含有氯化氢杂质，常用□02饱和食盐水洗气.若要制得干燥的氯气，可以用□03浓硫酸洗气来除去水蒸气.
(4)收集方法：一般由所制气体的物理性质——密度或水溶性决定，氯气可以用□04向上排空气法或排饱和食盐水法收集.
(5)尾气吸收：氯气有毒，有毒气体必须加以吸收，防止污染空气.一般用氢氧化钠溶液吸
□05Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O.
因此，实验室制取干燥、纯净的氯气的装置可设计成如下图所示：
1．海水中除含有丰富的碘元素，还含有哪些物质？
提示：海水中蕴含的元素有80多种，氯化物主要有NaCl，还有KCl、CaCl
2、MgCl
2
等，
地球上99%以上的溴均在海水中.
2．电解饱和食盐水时，H
2、Cl
2
、NaOH各在哪个电极上生成？
提示：石墨棒：生成Cl
2；铁棒：生成H
2
和NaOH.
3．实验室制取氯气时，若向一定量浓盐酸中加入足量MnO
2
固体，能否使盐酸完全反应？为什么？
提示：盐酸一定有剩余，因MnO
2
只能与浓盐酸反应，随着反应的进行，盐酸浓度越来越小，变为稀盐酸时反应停止.
实验室制氯气的注意事项
(1)必须用浓盐酸，MnO
2
与稀盐酸不反应.
(2)为了减少制得的Cl
2
中HCl的含量，加热温度不宜过高，以减少HCl挥发.
(3)实验结束后，先使反应停止并吸收残留的Cl
2
，再拆卸装置，避免污染空气.
(4)实验室制取氯气的其他方法
可用KMnO
4代替MnO
2
与浓盐酸反应(不需加热)：
2KMnO
4＋16HCl(浓)===2KCl＋2MnCl
2
＋5Cl
2
↑＋8H
2
O.
知识拓展
氯碱工业
(1)制碱原理
在工业生产中，电解饱和食盐水常在电解槽中进行.为避免电解产物之间发生反应(如H
2
和Cl
2、Cl
2
与NaOH间的反应)常用石棉隔膜或离子交换膜将电解槽隔成两部分.下图为阳离子
交换膜电解槽的示意图.阳离子交换膜有很好的选择性，它只允许阳离子(Na＋、H＋)通过，不允
许阴离子(OH－、Cl－)及分子(H
2、Cl
2
)通过.这样既能防止阴极产生的H
2
和阳极产生的Cl
2
相混
合而引起爆炸，又能避免Cl
2
和NaOH溶液作用生成NaClO而影响烧碱的质量.
特别提醒：电解后的食盐水可循环使用.
(2)氯碱厂选址与经济效益
①氯碱厂的主要原料是食盐，从原料供应的方便性来看，氯碱厂应该建在海岸的附近.
②氯碱厂的产品是烧碱、氯气和氢气，它们主要用作化工原料，从产品销售的方便性来看，氯碱厂应该建在距离使用烧碱、氯气和氢气的工厂较近的地方.
③氢气易燃、易爆，氯气有毒，从人身安全的方面来看，氯碱厂应该建在人口稀疏的地方.
④氯碱厂的生产要消耗大量的电能，从电力供应的方面来看，氯碱厂应该建在电力供应充足的地方.
特别提醒：由于氢气易燃、易爆，氯气有毒，因此氯碱厂在生产中应该注意：一是严格防止氢气、氯气泄漏；二是在生产区严禁烟火.
[练习与实践]
1．在实验室制取Cl
2时，可以代替MnO
2
的物质是( )
A．酸性氧化物P
2O
5
或SO
3
B．碱性氧化物Na
2
O或MgO
C．氧化性比MnO
2更强的KMnO
4
或K
2
Cr
2
O
7
D．还原性比MnO
2更强的H
2
S或HI
答案 C
解析本题关键是把握实验室制取Cl
2的原理，掌握MnO
2
在反应中的作用.MnO
2
将浓盐酸
氧化为Cl
2，因此选用氧化性较强的物质代替MnO
2
即可.
2．某实验室的尾气中含有较多的氯气，有毒，要吸收这些尾气，下列试剂最适合的是( ) A．饱和的石灰水B．饱和的食盐水
C．自来水D．烧碱溶液
答案 D
解析虽然氯气能与饱和的石灰水反应，但相同条件下，氢氧化钠的溶解度远大于氢氧化钙的溶解度，吸收效果烧碱溶液更好，A项错误，D项正确；氯气在饱和的食盐水、自来水中的溶解度很小，不适合用来作吸收剂，B、C两项错误.
3．某化学小组用下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两处明显错误
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
答案 B
解析应用酒精灯加热、尾气应处理，A正确；向上排空气法收集Cl
2
是正确的，B错误；在集气瓶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，若逸出则变蓝，反之则不变色，D正确.
本课小结
1．工业上采取电解饱和食盐水的方法制取Cl
2
，原理为：
2NaCl＋2H
2
O=====
通电
2NaOH＋H
2
↑＋Cl
2
↑.
与电源正极相连的石墨棒上产生Cl
2
，与电源负极相连的铁棒上产生H
2
和NaOH.
2．实验室制取Cl
2
的原理：
MnO
2
＋4HCl(浓)=====
△
MnCl
2
＋2H
2
O＋Cl
2
↑.
3．实验室可用向上排空气法收集氯气，多余的氯气用NaOH溶液吸收.