一拓展点氯的氧化物及含氧酸.docx
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一拓展点氯的氧化物及含氧酸
、拓展点——氯的氧化物及含氧酸
氧化氯的性质与
制备
1.ClO2的制备
(1)实验室制法
化学方程式
把氯酸钠、亚硫酸钠和稀H2SO4混合水浴加热可制得黄棕色的ClO2气体,
为
△
2NaClO3+Na2SO3+H2SO4=====2ClO2↑+2Na2SO4+H2O。
[说明]①可以用SO2代替Na2SO3;
2要避光,否则会使ClO2分解;
3控制水浴温度和加入H2SO4的速度,使ClO2均匀生成。
(2)工业制法①氯酸钠与浓盐酸反应法:
2NaClO3+4HCl(浓)===2NaCl+Cl2↑+2ClO2↑+2H2O
②亚氯酸钠与Cl2反应法:
2NaClO2+Cl2===2NaCl+2ClO2
③草酸还原法:
H2C2O4+2NaClO3+H2SO4===Na2SO4+2CO2↑+2ClO2↑+2H2O④亚氯酸钠与盐酸反应法:
5NaClO2+4HCl===5NaCl+4ClO2↑+2H2O
2.ClO2的性质
59℃,沸点
常温下为黄绿色或黄红色气体,其液体为红褐色,固体为浅红色,熔点-
11℃。
(1)ClO2见光或遇热水分解。
(2)氧化作用:
ClO2属强氧化剂,其氧化能力是Cl2的2.6倍。
①ClO2能把Mn2+氧化成MnO2
2++-
2ClO2+5Mn2++6H2O===5MnO2+12H++2Cl-
②ClO2能把Fe2+氧化成Fe3+
ClO2+5Fe2+4H===5Fe3+Cl+2H2O
③ClO2在pH为5~9的区间内,很快将硫化物(S2-)氧化成SO24-,即
8ClO2+5S2+4H2O===5SO24+8Cl+8H
4ClO2能把废水中的CN-氧化成无毒气体
2ClO2+2CN-===2CO2+N2+2Cl-
ClO2工艺原理示意
[示例1]ClO2是一种高效安全的杀菌消毒剂。
氯化钠电解法生产图如下:
(1)写出氯化钠电解槽内发生反应的离子方程式:
(2)写出二氧化氯发生器中的化学方程式,并标出电子转移的方向及数目:
(3)ClO2能将电镀废水中的CN-氧化成两种无毒气体,自身被还原成Cl-。
写出该反应
的离子方程式:
-电解
[分析]
(1)根据电解原理,氯化钠电解槽内发生反应的离子方程式为Cl-+3H2O=====
3H2↑+ClO3-。
(2)二氧化氯发生器中NaClO3被还原为ClO2,盐酸被氧化为Cl2,化学方程
式为。
(3)ClO2能将电镀废水中的CN-氧化成两种无毒气体,自身被还原成Cl-。
该反应的离子方程式为2ClO2+2CN-===2CO2+2Cl+N2。
-电解-
[答案]
(1)Cl-+3H2O=====3H2↑+ClO3-
(2)
(3)2ClO2+2CN-===2CO2+2Cl-+N2
氯的含氧酸及亚氯
酸盐
1.氯的含氧酸氯的含氧酸中,氯元素有+1、+3、+5、+7四种化合价,分别为HClO(次氯酸)、
HClO2(亚氯酸)、HClO3(氯酸)、HClO4(高氯酸)。
(1)四种酸的酸性强弱顺序:
HClO4>HClO3>HClO2>HClO。
(2)四种含氧酸中,HClO的氧化性最强。
2.亚氯酸钠(NaClO2)的制备与性质
(1)制备
向NaOH和H2O2的混合溶液中通入ClO2,在玻璃棒的搅拌下反应,并用冰浴控制温度在4±1℃,得到亚氯酸钠晶体。
反应的化学方程式为2NaOH+2ClO2+H2O2===2NaClO2+O2+2H2O。
(2)性质
1NaClO2在常温下稳定,是白色结晶性粉末,加热到180~200℃时分解:
△
3NaClO2=====2NaClO3+NaCl。
2在酸性条件下,亚氯酸钠发生歧化反应,反应方程式为
5NaClO2+4HCl===4ClO2↑+5NaCl+2H2O。
[示例2]亚氯酸(HClO2)是一种中强酸,易分解,亚氯酸及其盐类在工业生产和环境治理等方面用途非常广泛。
回答下列问题:
(1)HClO2中氯元素的化合价为;亚氯酸不稳定,易分解为Cl2、ClO2和H2O,
分解后的氧化产物与还原产物的物质的量之比为。
-2--
(2)已知常温下Ka(HClO2)=1.1×10-2,则反应HClO2+OH-ClO2-+H2O在常温下
的平衡常数K=。
(3)亚氯酸盐可用于脱除氮氧化物和硫氧化物,当其他条件不变时,测得脱除率与吸收液pH的关系如图所示。
已知:
Cl2和ClO2溶于水后比亚氯酸盐更易与SO2和NO反应。
①亚氯酸盐脱除SO2的离子方程式为
②pH越小,脱除率越大,其原因是。
[分析]
(1)HClO2中Cl显+3价,HClO2→Cl2,化合价由+3→0,因此Cl2为还原产物;HClO2→ClO2,化合价由+3→+4,化合价升高,ClO2为氧化产物,根据得失电子守恒,n(Cl2)×2×3=n(ClO2)×1,因此有n(ClO2)∶n(Cl2)=6∶1。
(2)根据平衡常数的表达式,
--+-2
K=cClO2-=cClO2×c-H+=KaHClO2=1.1×-11042=1.1×1012。
(3)cHClO2×cOH-cHClO2×cOH-×cH+KW10-14
①ClO2-与SO2发生反应,ClO2-转化成Cl-,SO2被氧化成SO24-,离子方程式为2SO2+ClO2-+2H2O===2SO24-+Cl-+4H+。
②根据题中信息,亚氯酸盐的氧化性在酸性条件下较强;pH较小时有利于释放出ClO2及Cl2,ClO2和Cl2溶于水可提高脱除率。
[答案]
(1)+36∶1
(2)1.1×1012(3)①2SO2+ClO2-+2H2O===2SO42-+Cl-+4H+②亚氯酸盐的氧化性在酸性条件下较强;pH较小时有利于释放出ClO2及Cl2,ClO2和Cl2溶于水可提高脱除率
[专项增分集训]
1.(2018大·庆模拟)亚氯酸钠是重要漂白剂,某校化学实验探究小组设计如下实验制备亚氯酸钠(NaClO2)晶体。
[查阅资料]
Ⅰ.NaClO2饱和溶液在低于38℃时析出NaClO2·3H2O,高于38℃时析出NaClO2,
高于60℃时NaClO2分解成NaClO3和NaCl。
Ⅱ.B中发生的主要反应:
2NaClO3+Na2SO3+H2SO4(浓)===2ClO2↑+2Na2SO4+H2O。
[进行实验]
(1)盛装NaClO3和Na2SO3固体的仪器名称是。
(2)装置C的作用是。
(3)ClO2气体与装置D中混合溶液反应生成NaClO2,生成NaClO2的化学方程式为
(4)反应后,经以下步骤可从装置D的溶液获得NaClO2晶体。
请补充完整操作。
①55℃蒸发结晶;②趁热过滤;③38~60℃热水洗涤;④低于干燥,得到
成品。
如图是某同学的过滤操作示意图,其操作不规范的是(填字母)。
a.将滤纸湿润,使其紧贴漏斗壁b.滤纸边缘高出漏斗边缘c.用玻璃棒引流d.用玻璃棒在漏斗中轻轻搅动以加快过滤速度
[实验反思]
(5)如果撤去D中的冷水浴,可能导致产品中混有的杂质是。
(6)实验须使B中NaClO3稍微过量,原因是,如NaClO3不足,则装置D中可能产生SO42-,检验装置D中是否含有SO24-的方法是取少量D中反应后的溶液于试管中,,证明溶液中存在SO42-。
(7)测定样品中NaClO2的纯度。
测定时进行如下实验:
准确称取一定质量的样品,加入适量蒸馏水和过量的KI晶体,在酸性条件下发生反应:
ClO2-+4I-+4H+===2H2O+2I2+Cl-,将所得混合液稀释成100mL待测溶液。
取25.00mL待测溶液,加入淀粉溶液做指示剂,用cmol·L-1Na2S2O3标准液滴定至终点,测得消耗标准溶液体积的平均值为VmL(已知:
I2+2S2O23-===2I-+S4O62-)。
1确认滴定终点的现象是
②所称取的样品中NaClO2的物质的量为(用含c、V的代数式表示)。
解析:
(1)盛放NaClO3和Na2SO3固体的仪器是三颈烧瓶。
(2)装置C的作用是安全瓶,防止D试管中液体进入装置B中。
(3)根据信息,ClO2→NaClO2,其中Cl的化合价由+4价→+3价,ClO2作氧化剂,H2O2作还原剂,被氧化成O2,离子方程式为2ClO2+H2O2+2OH-===2ClO2-+O2+2H2O。
(4)根据信息,NaClO2在高于60℃时,分解成NaClO3和NaCl,因此低于60℃干燥;过滤注意事项:
一贴二低三靠,a项,根据过滤时注意事项知,正确;b项,过滤时滤纸的边缘应低于漏斗边缘,错误;c项,过滤时用玻璃棒引流,正确;d项,过滤时不能用玻璃棒搅拌,防止弄破滤纸,错误。
(5)如果撤去D中冷水浴,可能造
成温度超过60℃,使NaClO2分解成NaClO3和NaCl,因此产品中杂质可能是NaClO3和NaCl。
(6)H2SO4和Na2SO3反应生成的SO2进入装置D中,产生杂质,因此NaClO3稍微过量的目的是防止B中产生的SO2进入D装置的试管中,影响产品纯度;检验SO42-的操作是加入足量的盐酸,无现象,再加适量BaCl2溶液,产生白色沉淀。
(7)①达到滴定终点时,I2完全转化为I-,选用淀粉溶液作指示剂,故确定滴定终点的现象是溶液蓝色恰好褪去且半分钟内不复原。
②根据ClO2+4I+4H===2I2+Cl+2H2O,I2+2S2O32===2I+S4O26可得对应关系:
NaClO2~4Na2S2O3
1-31-3
n(NaClO2)=4n(Na2S2O3)=c·V×10-3mol×4×4=c·V×10-3mol。
答案:
(1)三颈烧瓶
(2)防止D试管中液体进入B中(或安全瓶、防倒吸)(3)2ClO2+H2O2+2OH-===2ClO2-+O2+2H2O(4)60℃bd(5)NaClO3和NaCl
(6)防止B中产生SO2进入D装置的试管中,影响产品纯度加入足量的盐酸,无现象,再加适量BaCl2溶液,产生白色沉淀(7)①溶液蓝色恰好褪去且半分钟内不复原
②c·V×10-3mol2.高氯酸可用于生产高氯酸盐、人造金刚石提纯、电影胶片制造、医药工业等方面。
工业上用以下工艺流程生产高氯酸,同时得到副产物亚氯酸钠(NaClO2)粗品。
已知:
①NaHSO4的溶解度随温度的升高而增大,适当条件下可结晶析出。
②高氯酸是迄今为止已知含氧酸中的最强酸,沸点为90℃。
③NaClO2固体受热易分解。
请回答下列问题:
(1)反应器Ⅰ中发生反应的化学方程式为,冷却过滤的目的
是,能用蒸馏法分离出高氯酸的原因是
(2)反应器Ⅱ中通入SO2的目的是。
(3)从反应器Ⅱ中获得NaClO2粗品的实验操作依次是(填字母,下同),进一步
提纯的操作为。
a.过滤b.重结晶c.蒸馏d.蒸发浓缩e.蒸干灼烧f.冷却结晶g.萃取分液
(4)现提供0.1molL·-1的NaHSO4溶液,请设计实验方案判断HSO4-在溶液中是否完全电离:
解析:
(1)分析流程图可以看出,反应器Ⅰ中的反应物是NaClO3和浓H2SO4,反应产物是NaHSO4、ClO2、HClO4和H2O,据此可写出化学方程式。
因为NaHSO4的溶解度随
温度的升高而增大,冷却过滤可降低NaHSO4的溶解度并分离出NaHSO4晶体。
因为高氯酸的沸点为90℃,与H2O的沸点相差10℃,所以可通过蒸馏法使之从溶液中逸出。
(2)反
应器Ⅱ中,NaOH、ClO2与通入的SO2反应生成NaClO2,显然SO2是作为还原剂把ClO2还原为NaClO2。
(3)从溶液中得到晶体需经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤的过程,进一步提纯的操作为重结晶。
(4)若HSO4-完全电离,则0.1mol·L-1的NaHSO4溶液中,c(H+)=0.1mol·L-1,其pH=1,因此通过测定溶液的pH可达到实验目的。
答案:
(1)3NaClO3+3H2SO4(浓)===HClO4+2ClO2↑+3NaHSO4+H2O降低NaHSO4的溶解度并分离出NaHSO4晶体高氯酸的沸点比较低,与溶剂H2O的沸点相差10℃,容易从溶液中逸出
(2)SO2作为还原剂把ClO2还原为NaClO2
(3)dfab
-1
(4)用精密pH试纸或pH计测定0.1mol·L-1的NaHSO4溶液的pH,如果pH=1,则HSO4-在溶液中完全电离;若pH>1,则HSO4-在溶液中不完全电离
3.(2018·深圳一模)二氧化氯(ClO2)是极易溶于水且不与水发生化学反应的黄绿色气体,沸点为11℃,可用于处理含硫废水。
某小组在实验室中探究ClO2与Na2S的反应。
回答下
列问题:
(1)ClO2的制备
已知:
SO2+2NaClO3+H2SO4===2ClO2+2NaHSO4。
①装置A中反应的化学方程式为
2欲收集干燥的ClO2,选择上图中的装置,其连接顺序为a→(按气
流方向,用小写字母表示)。
3装置D的作用是。
(2)ClO2与Na2S的反应
将上述收集到的ClO2用N2稀释以增强其稳定性,并将适量的稀释后的ClO2通入下图
所示装置中充分反应,得到无色澄清溶液。
一段时间后,通过下列实验探究Ⅰ中反应的产物。
操作步骤
实验现象
结论
取少量Ⅰ中溶液于试管甲中,滴加品红溶液和
盐酸
品红始终不
褪色
①无
生成
另取少量Ⅰ中溶液于试管乙中,加入Ba(OH)2
溶液,振荡
②
有SO24-生成
③继续在试管乙中滴加Ba(OH)2溶液至过量,静置,取上层清液于试管丙中,
有白色沉淀
生成
有Cl-生成
④ClO2与Na2S反应的离子方程式为。
用于处理含硫
废水时,ClO2相对于Cl2的优点是(任写一条)。
解析:
(1)②装置A生成SO2,通入装置E过渡,防止倒吸,接着通入B中生成ClO2,在装置D中冷却收集ClO2,最后装置C处理尾气。
(2)④可以从反应物或产物的性质去比较。
答案:
(1)①Cu+2H2SO4(浓)=====CuSO4+SO2↑+2H2O
②g→h(或h→g)→b→c→e→f→d③冷凝并收集ClO2
(2)①SO2②生成白色沉淀③加入足量稀硝酸酸化的硝酸银溶液④8ClO2+5S2-+
4H2O===8Cl-+5SO24-+8H+ClO2除硫效果彻底,氧化产物稳定;ClO2在水中的溶解度大;剩余的ClO2不会产生二次污染;均被还原为Cl-时,二氧化氯得到的电子数是氯气的2.5倍(任写一条即可)
4.(2018新·乡模拟)常温常压下,一氧化二氯(Cl2O)为棕黄色气体,沸点为3.8℃,42℃以上会分解生成Cl2和O2,Cl2O易溶于水并与水反应生成HClO。
[制备产品]
甲组同学拟将氯气和空气(不参与反应)按体积比1∶3混合通入含水8%的碳酸钠中制备Cl2O,并用水吸收Cl2O(不含Cl2)制备次氯酸溶液。
(1)仪器a的名称是
(2)各装置的连接顺序为→→→→
(3)装置B中多孔球泡和搅拌棒的作用是
(4)制备Cl2O的化学方程式为。
(5)反应过程中,装置B需放在冷水中,其目的是
(6)装置E中生成的HClO见光易分解,宜采用(填颜色)平底烧瓶,装置C的
作用是。
[测定浓度]
(7)已知次氯酸可被KI、FeSO4等物质还原出Cl-。
乙组同学设计实验方案测定装置E
中所得溶液中HClO的物质的量浓度,请补充完整实验方案:
用酸式滴定管量取一定体积的次氯酸溶液于锥形瓶中,,(所提供试剂:
淀粉KI溶液、0.10mol·L-1的
FeSO4溶液、0.10mol·L-1的KMnO4酸性溶液)
解析:
(1)仪器a为三颈烧瓶。
(2)实验目的是制备Cl2O并用Cl2O制备次氯酸,Cl2O是由Cl2与含水8%的Na2CO3反应生成,因此首先制备Cl2,即A开始,制备的Cl2中混有
HCl和水蒸气,HCl能与Na2CO3反应,因此必须除去,用饱和食盐水除去Cl2中的HCl,
即A连接D,再通入到B装置,制备Cl2O,Cl2O中混有Cl2,利用Cl2易溶于有机溶剂,通过装置C分离出Cl2O,最后通入到E装置,装置连接顺序是A→D→B→C→E。
(3)装置B中多孔球泡和搅拌棒的作用是加快反应速率,多孔球泡增大Cl2与液体的接触面积,使
Cl2充分反应。
(4)根据信息,得出反应方程式为2Cl2+Na2CO3===Cl2O+2NaCl+CO2(或2Cl2+2Na2CO3+H2O===Cl2O+2NaCl+2NaHCO3)。
(5)Cl2O在高于42℃时会分解成Cl2和O2,因此装置B需放在冷水中,目的是防止反应放热后温度过高导致Cl2O分解。
(6)HClO
见光易分解,为防止分解,因此E装置应选用棕色平底烧瓶;根据
(2)的分析,装置C的作用是除去Cl2O中的Cl2。
(7)根据题目中信息,HClO可被KI、FeSO4等物质还原出Cl-,加入一定体积过量的FeSO4溶液,然后用酸性高锰酸钾溶液对过量的FeSO4溶液进行滴定,
求出与HClO反应FeSO4的物质的量,从而求出HClO的浓度,具体操作是,加入一定体积的0.10mol·L-1FeSO4溶液(足量),然后用0.10mol·L-1的KMnO4酸性溶液滴定至溶液变为浅红色,读数。
答案:
(1)三颈烧瓶
(2)ADBCE(3)加快反应速率,使反应充分进行(4)2Cl2
+Na2CO3===Cl2O+2NaCl+CO2(或2Cl2+2Na2CO3+H2O===Cl2O+2NaCl+2NaHCO3)(5)防止反应放热后温度过高导致Cl2O分解(6)棕色除去Cl2O中的Cl2(7)加入一定体11
积的0.10mol·L-1FeSO4溶液(足量),然后用0.10mol·L-1的KMnO4酸性溶液滴定至溶液变为浅红色,读数
5.(2018·石家庄调研)某实验小组欲制取氯酸钾,并测定其纯度。
制取装置如图甲所示,请回答:
(1)Ⅱ中玻璃管a的作用为
(2)为了提高KOH的利用率,可将上述实验装置进行适当改进,其方法是
(3)反应完毕经冷却后,Ⅱ的大试管中有大量KClO3晶体析出。
乙图中符合该晶体溶解度曲线的是(填编号字母);要从Ⅱ
的大试管中分离已析出的晶体,下列仪器中不需要的是(填仪
器编号字母)。
A.铁架台B.长颈漏斗C.烧杯
D.蒸发皿E.玻璃棒F.酒精灯(4)上述制得的晶体中含少量KClO、KCl杂质。
已知:
碱性条件下,C1O-有强氧化性,ClO3-很稳定;酸性条件下,ClO-、ClO3-都具有较强的氧化性。
为测定KClO3的纯度,进行如下实验:
步骤1:
取上述晶体3.00g,溶于水配成100mL溶液。
步骤2:
取20.00mL溶液于锥形瓶中,调至pH=10,滴加双氧水至不再产生气泡,煮沸。
步骤3:
冷却后,加入足量KI溶液,再逐滴加入足量稀硫酸。
发生反应:
ClO3-+I-+
H―→Cl+I2+H2O(未配平)。
步骤4:
加入指示剂,用0.5000molL·-1Na2S2O3标准溶液滴定至终点,消耗标准溶液
2-2--
48.00mL,发生反应:
2S2O3+I2===S4O6+2I。
①步骤2中用双氧水除去溶液中残留ClO-的离子方程式为
(1)在圆底烧瓶中先放入一定量的KClO3和草酸(H2C2O4),然后再加入足量的稀硫酸,
在60~80℃之间生成ClO2、CO2和一种硫酸盐,该反应的化学方程式为
(2)A装置中使用温度计的目的。
反应开始后,可以观察到圆底
烧瓶内的现象是
合价的降低就有化合价的升高,设另一种盐中氯元素的化合价为x,生成两种盐的物质的量为1∶1,根据得失电子数目守恒,1×1=1×(x-4),即x=5,此盐为NaClO3。
(5)因为淀
2ClO2~5I2~
粉遇I2变蓝,因此选用的指示剂为淀粉溶液,根据两个反应方程式得关系
KClO3与草酸反应,环境是酸性,此酸为硫酸,因此检验Cl-时,应先除去SO42-,即具体
操作是:
取少量A装置反应后的溶液于试管中,加入足量Ba(NO3)2溶液,充分反应后静置,取上层清液于试管中,加入硝酸酸化的AgNO3溶液,观察是否有白色沉淀产生。
若有,则
存在Cl;若无,则不存在Cl。
答案:
(1)2KClO3+H2C2O4+H2SO46=0=~=8=0=℃K2SO4+2ClO2↑+2H2O+2CO2↑
(2)控制温度,避免温度过高引起爆炸溶液中有气泡逸出,圆底烧瓶内产生黄绿色气体(3)将ClO2
冷凝并收集(4)NaCl
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- 拓展 氧化物 含氧酸