塩素の製法で入試に出るものを全てまとめてみた。

入試に出る塩素の製法

ロゲンで非常に理論化学、有機化学、無機化学問わずに全ての分野でひたすら出てくるこの塩素。

受験化学コーチわたなべ

もはや塩素を制するものは入試を制する!

といっても過言ではない!!

過言です

 

ですが、非常に重要な元素であるのは間違いありません。この塩素の単体であるCl2の製法をまとめてみました。

 

無機の気体の製法としてよく聞かれますし、化学反応式まで書けるようにしておいてください!

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塩素の工業的製法

受験化学コーチわたなべ

まず覚えておいてほしいのが、工業的製法の考え方やね、工業的=ビジネスなんや。ビジネスってことはCl2をいかに安く作るかが大事なんや!

なので、原料は塩化ナトリウムNaClをつかう。

優等生の森長君
なるほど、NaClって食塩ですから、海水からも取れるし岩塩からもとれるし、原料がメチャクチャ安いからですね!
受験化学コーチわたなべ
そういうことや!

こんなどこにでもある原料から、塩素が出来るって考えるとワクワクするやろ!

 

詳しい、工業的製法の考え方についてはこの記事を読んでや!

このNaClを水に溶かして電気分解することで、塩素が発生します。

 

もし、まだ電気分解があやふやな人が居たら、電気分解からちゃんと学んでいきましょう!「電気分解を学んでからこの記事を読む人はこちら

 

このNaCl水溶液を電気分解する方法なのですが、これは特別な名前がついています。それが『陽イオン交換膜法』です。

 

落ちこぼれ受験生のしょうご
あれ、これってなんか聞いたことがある!なんかの製法だった気がする、、、、
優等生の森長君
なるほどね〜これは、水酸化ナトリウムの製法だよ
受験化学コーチわたなべ
そう!この陽イオン交換膜法は、塩素だけでなく水酸化ナトリウムも作ることが出来るんだよ!

陽イオン交換膜

この陽イオン交換膜法に関しては水酸化ナトリウムの製法として全力で解説しまくっていますので、こちらの記事をご覧下さい!

イオン交換膜法で水酸化ナトリウムを工業的に生成する原理!

塩素の実験室的製法

それでは次は実験室的に塩素Cl2の気体を生成する方法をまとめていきます。

酸化マンガン(IV)に濃塩酸を加える

酸化マンガンMnO2と濃塩酸を混ぜて加熱させると、塩素が出来上がります。

化学反応式を作成!

この反応は実は酸化還元反応なのです!酸化還元反応と言うのは、覚えるのは酸化剤と還元剤の反応前と反応後の物質だけでした。

 

酸化還元の反応式の詳しい作り方はコチラをご覧下さい

酸化剤と還元剤の半反応式の作り方!極限まで暗記を減らす方法

これにより、還元剤は塩化物イオンで酸化剤は酸化マンガン(IV)となります。

 

還元剤:2Cl-→Cl2+2e

酸化剤:MnO2+4H++2e→Mn2++2H2O

 

です。ここから電子が消えるようにこの反応式を足し合わせると、

MnO2+2H++2HCl→Mn2++Cl2+2H2O

となります。これを完全なる化学反応式にするために、両辺に2Clを加えます。すると、

 

MnO2+4HCl→MnCl2+Cl2+2H2O

となります。

塩素の製法の装置

この酸化マンガン(IV)と塩酸を反応させるパターンは、非常に入試問題で出やすいです。それは装置を使う上での注意点があるからです

 

 

塩素の製法

このような装置になります。

 

この装置では、記述問題で出題されるポイントが4つあります。この4つに確実に答えられるようにしておいてください!めっちゃ頻出問題です!

記述問題出題ポイント①「水の役割」

なぜ水をくぐらせなあかんねんって言う話が出てきます。これは塩化水素HClを取り除くためです。というのも、この反応は、加熱を必要としますよね。

 

HClは揮発性の物質です。加熱すると気体になります。すると、本来取り出したいのは、塩素だけなのに塩化水素までついて来てしまいます

 

なので、水が登場します。HClは極性分子なので水に解けやすいのですが、Cl2は無極性分子ですので多少水に溶けにくいです。よって塩素だけ取り出すことが出来ます!

 

水への溶けやすさと極性の関係は、コチラをご覧下さい。

なぜ「似た者同士よく溶ける」と言われる?その理由を解説

 

記述問題出題ポイント②「濃硫酸の役割」

濃硫酸ゾーンに到達するまでに塩酸(HCl+水)の水やその前に塩化水素を取り除くタメの水が塩素に含まれちゃっています。つまり、その気体は塩素と水の混合物になっているのでこの気体の水を取り除くためにこの濃硫酸は使われます

 

乾燥剤ではないですが、濃硫酸は脱水剤としても使われます。

濃硫酸が脱水剤として使われる理由が構造式から明らかに!

2016.08.03

記述問題出題ポイント③「水と濃硫酸の順序を逆にしてはいけない理由」

それでは、ここまで勉強してきたら何となくわかるかもしれませんが、水と濃硫酸は逆にすると、思うように塩素のみを取り出すことが出来ません!

塩素の製法

このように水→濃硫酸の順番でないと行けません。その理由は、濃硫酸のあとに水をくぐらせると、水蒸気を含んだ塩素が取り出されてしまうからです。

記述問題出題ポイント④「下方置換を使う理由」

塩素は水に少し溶け、空気の平均分子量(28.8)よりも塩素分子が大きいため下方置換を使います。

 

ちなみに塩素と水の反応は、

Cl2+H2O→HCl+HClO

になって塩化水素と次亜塩素酸になります!

加熱の有無は覚えるしか無い?

落ちこぼれ受験生のしょうご
どういうときに加熱をすべきか?っていうのが覚えられないんですけど1個ずつ覚えていくしか無いんですか?

まさか!

そんなことはないよ!1個ずつ覚えるなんて絶対に無理!こういうときは、加熱するっていうパターンが4個あるから、そのパターンだけ頭に入れておけば、ええよ!

気体の発生装置は加熱の有無で変える?使い分けをキッチリ分ける!

Cl-を還元剤として使えばすべて塩素は発生する

この塩素の製法ですが、これは、塩素が還元剤として働けば塩素の単体を取り出すことは可能です。例えば、硫酸酸性で塩化カリウムと酸化マンガン(IV)であっても塩素は発生します。

 

還元剤:2Cl-→Cl2+2e

酸化剤:MnO2+4H++2e→Mn2++2H2O

です。ここから電子が消えるようにこの反応式を足し合わせると、

MnO2+2H++2HCl→Mn2++Cl2+2H2O

となります。

 

②さらし粉に塩酸を加える

さらし粉にCaCl(ClO)・H2O塩酸を加えると気体の塩素が発生します!

 

実はこれなんですが、2つの反応が起こって塩素が発生しているのです!

この反応は意外と複雑な2つの反応が起こっているので、さらし粉の反応をまとめた記事を書きました!

入試に出るさらし粉の反応まとめ!化学式を2倍する方法とは?

 

まとめ

塩素の発生反応は、塩化物イオンの還元反応が絡んできます。

 

電気分解も酸化還元ですし、MnO2と塩酸の反応も酸化還元です!塩化物イオンの還元剤としての性質をキッチリ覚えておきましょう!

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2 件のコメント

  • ゆう より:

    酸化マンガンに濃硫酸を加えるときの酸化マンガンの半反応式で、MnO4-+5e-+8H+ →4H2O+Mn2+ではダメなのでしょうか?

    • 受験化学コーチわたなべ より:

      MnO4は酸化マンガンではないから駄目ですね

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