高考化学一轮复习第四章非金属及其化合物第13讲富集在海水中的元素卤素讲义.docx
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高考化学一轮复习第四章非金属及其化合物第13讲富集在海水中的元素卤素讲义
第13讲 富集在海水中的元素——卤素
[考纲要求] 1.了解氯气及其重要化合物的主要性质及应用。
2.掌握氯气的实验室制法(包括所用试剂、仪器、反应原理和收集方法)。
3.了解氯元素的单质及其重要化合物对环境质量的影响。
考点一 氯及其化合物的性质和应用
1.Cl2的物理性质和收集方法
Cl2是一种黄绿色具有刺激性气味的有毒气体,可溶于水,通常状况下,1体积水能溶解2体积Cl2,密度比空气的大,可用向上排空气法收集Cl2。
2.Cl2的化学性质
(1)与金属反应:
与变价金属反应生成高价金属氯化物(书写化学方程式):
a.①与铁反应:
2Fe+3Cl2
2FeCl3。
b.②与铜反应:
Cu+Cl2
CuCl2。
(2)与非金属反应:
与H2反应:
H2+Cl2点燃,2HCl,
(3)与水反应:
溶于水的氯气部分与水反应,离子方程式为Cl2+H2O
H++Cl-+HClO。
(4)与碱反应:
与NaOH溶液反应,离子方程式为Cl2+2OH-===Cl-+ClO-+H2O。
(5)与还原性无机化合物反应(书写离子方程式):
①与碘化钾溶液反应:
2I-+Cl2===I2+2Cl-。
②与SO2水溶液反应:
Cl2+SO2+2H2O===4H++2Cl-+SO
。
③与FeCl2溶液反应:
2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-。
3.次氯酸的性质
(1)不稳定性:
2HClO===2HCl+O2↑。
氯水须现用现配,保存在棕色试剂瓶中,置于冷暗处。
(2)强氧化性:
①能将有色物质氧化为无色物质,有漂白性。
②杀菌、消毒。
(3)弱酸性:
NaClO溶液中通少量CO2,化学方程式为:
2NaClO+CO2+H2O===2HClO+Na2CO3。
4.漂白液和漂白粉
(1)漂白液的有效成分为NaClO,其漂白原理为漂白液与酸性物质反应生成HClO。
(2)漂白粉的主要成分为Ca(ClO)2和CaCl2,其有效成分为Ca(ClO)2,其中Ca(ClO)2水解使溶液呈碱性,其水解离子方程式为ClO-+H2O
HClO+OH-。
漂白原理与漂白液相同。
(3)根据要求写出下列反应的化学方程式。
①漂白粉的制备原理:
2Ca(OH)2+2Cl2===CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O;
②漂白粉的失效原因:
Ca(ClO)2+CO2+H2O===CaCO3↓+2HClO,
2HClO
2HCl+O2↑。
1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”
(1)氯分子的电子式:
。
(2015·高考江苏卷,2C)( )
(2)Cl2与H2O或NaOH的反应中氯气既是氧化剂又是还原剂。
( )
(3)氯气溶于水的离子方程式为Cl2+H2O===2H++Cl-+ClO-。
(2015·高考江苏卷,9A)( )
(4)氯气可用于消灭田鼠,为此,可将氯气用软管通入到田鼠洞中,这是利用了氯气的毒性和密度比空气的大。
( )
(5)生活中漂粉精用作消毒剂时,是应用了其还原作用。
(2015·高考四川卷,1C改编)( )
(6)为测定新制氯水的pH,用玻璃棒蘸取液体滴在pH试纸上,与标准比色卡对照即可。
(2015·高考浙江卷,8A)( )
(7)漂白粉和明矾都常用于处理自来水,二者的作用原理是不同的。
( )
(8)工业上将Cl2通入石灰水中制取漂白粉。
( )
(9)HClO见光不会分解。
(2015·高考上海卷,2A)( )
答案:
(1)√
(2)√ (3)× (4)√ (5)× (6)× (7)√ (8)× (9)×
2.我们日常生活中常见的漂白粉的有效成分是________,“84”消毒液的有效成分是________,均是次氯酸盐,在空气中与H2O、CO2反应生成________,而具有杀菌消毒作用。
答案:
Ca(ClO)2 NaClO HClO
氯单质及其化合物的性质认识误区
(1)氯气具有强氧化性,与变价金属反应时均生成高价态的金属氯化物,如FeC12不能由单质化合生成。
(2)氯气没有漂白性,不能使干燥的有色布条褪色,但可使湿润的有色布条褪色,实际起漂白作用的是HClO。
(3)对于燃烧反应,Cl2也可以作助燃剂(即氧化剂)。
(4)次氯酸盐本身不具有漂白性,而是与酸性物质作用生成HClO。
考向1 氯气和氯水的性质
(2014·高考江苏卷)在探究新制饱和氯水成分的实验中,下列根据实验现象得出的结论不正确的是( )
A.氯水的颜色呈浅黄绿色,说明氯水中含有Cl2
B.向氯水中滴加硝酸酸化的AgNO3溶液,产生白色沉淀,说明氯水中含有Cl-
C.向氯水中加入NaHCO3粉末,有气泡产生,说明氯水中含有H+
D.向FeCl2溶液中滴加氯水,溶液颜色变成棕黄色,说明氯水中含有HClO
[解析] A.Cl2的颜色为黄绿色,正因为氯水中溶解了黄绿色的Cl2,才使得氯水显示了浅黄绿色,A选项正确。
B.Cl-与Ag+结合生成AgCl白色沉淀,B选项正确。
C.Cl2与水反应生成HCl和HClO,H+与NaHCO3反应生成CO2气体,C选项正确。
D.氯水中的Cl2也能将Fe2+氧化为Fe3+,D选项错误。
[答案] D
「思维建模」 氯水的成分及性质模型
氯水性质的多重性:
新制氯水的多种成分决定了它具有多重性质,在不同的化学反应中,氯水中参与反应的微粒不同。
1.(2016·河北秦皇岛模拟)氯水中存在多种分子和离子,可通过实验的方法加以确定。
下列有关氯水中存在的粒子的说法错误的是( )
选项
实验操作及现象
结论
A
加入含有NaHSO3的石蕊试液,红色褪去
说明有Cl2分子存在
B
加入有色布条,有色布条褪色
说明有HClO分子存在
C
氯水呈浅黄绿色,且有刺激性气味
说明有Cl2分子存在
D
加硝酸酸化的AgNO3溶液,产生白色沉淀
说明有Cl-存在
解析:
选A。
A项NaHSO3溶液显酸性,能使石蕊试液变红色,当滴入氯水后即使HSO
被氧化,溶液也显酸性,之所以褪色说明含有具有漂白性的物质,从而证明其中含有HClO;B项HClO具有漂白作用,可漂白有色布条;C项溶于水的Cl2,只有部分Cl2与水反应,其余Cl2溶于水,导致氯水呈浅黄绿色,具有刺激性气味;D项Cl2与水反应生成HCl和HClO,滴加AgNO3溶液时,产生白色沉淀AgCl。
2.(最新改编题)已知次氯酸是比碳酸还弱的酸,反应Cl2+H2O
HCl+HClO达到平衡后,不能使HClO浓度增大的是( )
A.水 B.AgNO3固体
C.CaCO3固体D.NaHCO3固体
解析:
选A。
加水平衡正向移动,但由于体积增大c(HClO)减小;加入AgNO3固体,可同时消耗Cl-,致使c(HClO)增大;加CaCO3(s)或NaHCO3(s),只消耗HCl,平衡右移,c(HClO)增大,C、D均正确。
Cl2+H2O
HCl+HClO平衡移动的应用
向氯水中加入的物质(或改变的条件)
浓度变化
平衡移动的方向
应用
可溶性氯化物
c(Cl-)增大,c(HClO)减小
左移
1用饱和食盐水除Cl2中的HCl
2②用排饱和食盐水法收集Cl2
盐酸
c(H+)和c(Cl-)增大
左移
洁厕剂和“84”消毒液不宜混用
NaOH
c(H+)减小
右移
用NaOH吸收多余的Cl2
光照
c(HClO)减小
右移
氯水应避光保存或现用现配
碳酸钙
c(HClO)增大
右移
制取次氯酸浓度较大的氯水
考向2 氯的重要化合物的实验探究
(高考经典题)某学生对SO2与漂粉精的反应进行实验探究:
操作
现象
取4g漂粉精固体,加入100mL水
部分固体溶解,溶液略有颜色
过滤,测漂粉精溶液的pH
pH试纸先变蓝(约为12),后褪色
ⅰ.液面上方出现白雾
ⅱ.稍后,出现浑浊,溶液变为黄绿色ⅲ.稍后,产生大量白色沉淀,黄绿色褪去
(1)Cl2和Ca(OH)2制取漂粉精的化学方程式是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)pH试纸颜色的变化说明漂粉精溶液具有的性质是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)向水中持续通入SO2,未观察到白雾。
推测现象ⅰ的白雾由HCl小液滴形成,进行如下实验:
a.用湿润的碘化钾淀粉试纸检验白雾,无变化;
b.用酸化的AgNO3溶液检验白雾,产生白色沉淀。
①实验a的目的是________________________________________________________________________。
②由实验a、b不能判断白雾中含有HCl,理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)现象ⅱ中溶液变为黄绿色的可能原因:
随溶液酸性的增强,漂粉精的有效成分和Cl-发生反应。
通过进一步实验确认了这种可能性,其实验方案是________________________________________________________________________。
(5)将A瓶中混合物过滤、洗涤,得到沉淀X。
①向沉淀X中加入稀HCl,无明显变化。
取上层清液,加入BaCl2溶液,产生白色沉淀。
则沉淀X中含有的物质是________________________________________________________________________
____________________。
②用离子方程式解释现象ⅲ中黄绿色褪去的原因:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
[解析]
(1)Cl2和Ca(OH)2制取漂粉精的化学方程式为2Cl2+2Ca(OH)2===CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O。
(2)由pH试纸先变蓝后褪色可知,漂粉精溶液具有碱性和漂白性。
(3)向水中通入过量SO2不能形成白雾,说明二氧化硫不能形成白雾;用湿润的碘化钾淀粉试纸检验白雾,无变化,说明白雾中不含氯气;根据实验a、b不能判断白雾中含有HCl,因为白雾中混有SO2时也能满足实验a、b的现象,最终生成硫酸银白色沉淀。
(4)现象ⅱ中溶液变为黄绿色,说明有氯气生成,即发生反应:
Cl-+ClO-+2H+===Cl2↑+H2O,为确认这种可能性,可向漂粉精溶液中逐滴加入硫酸,观察溶液是否变为黄绿色。
(5)①向沉淀X中加入稀HCl,无明显变化。
取上层清液,加入BaCl2溶液,产生白色沉淀,说明上层清液中含有SO
,则沉淀X中含有CaSO4。
[答案]
(1)2Cl2+2Ca(OH)2===CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O
(2)碱性、漂白性 (3)①检验白雾中是否含有Cl2,排除Cl2干扰 ②白雾中混有SO2,SO2可与酸化的AgNO3反应生成白色沉淀 (4)向漂粉精溶液中逐滴加入硫酸,观察溶液是否变为黄绿色 (5)①CaSO4 ②SO2+Cl2+2H2O===SO
+2Cl-+4H+
3.(2016·甘肃兰州一中冲刺卷)已知漂白粉有效成分能与浓盐酸反应生成Cl2和一种固体时能作干燥剂的物质等。
请从图中选用适当的实验装置,设计一个最简单的实验,测定漂白粉有效成分的质量分数。
请填写下列空白:
(1)实验中漂白粉有效成分与浓盐酸反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
(2)所选用装置的连接顺序应是(填各接口的字母代号)
________________________________________________________________________。
(3)在读取量筒的刻度数时,应注意________________________________________________________________________。
(4)若各仪器内仍残留有少量Cl2,则测定结果将________________(填“偏高”“偏低”或“不影响”),其原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)某同学在实验中发现量筒里未收集到液体,其失败的原因可能是下列中的________________________________________________________________________。
①装置漏气 ②浓盐酸已变成稀盐酸 ③所选仪器容积太大 ④漂白粉已全变质 ⑤e接f ⑥d接f
A.①②③ B.①②④⑤
C.①②④⑥D.全部
解析:
(1)漂白粉的有效成分是Ca(ClO)2,与浓盐酸反应的化学方程式为Ca(ClO)2+4HCl===CaCl2+2Cl2↑+2H2O。
(2)根据题目要求可选A为氯气的发生装置,C、D为测量气体体积装置。
(3)在读取量筒的刻度数时,应注意①C、D两仪器内的液面应相平;②视线与凹液面最低点应相平;③装置内气体应恢复至室温。
(4)不影响,因为同温同压下,同量的Cl2和空气所排出的液体体积相等。
(5)装置漏气、e接f会造成无法收集到气体,浓盐酸已变成稀盐酸、漂白粉已全变质会造成气体无法制得。
答案:
(1)Ca(ClO)2+4HCl===CaCl2+2Cl2↑+2H2O
(2)a接e,d接f (3)①C、D两仪器内的液面应相平;②视线与凹液面最低点应相平;③装置内气体应恢复至室温 (4)不影响 同温同压下,同量的Cl2和空气所排出的液体体积相等 (5)B
考点二 氯气的实验室制法和Cl-检验
1.实验室制取、收集干燥纯净氯气的装置
2.Cl-的检验
试剂:
AgNO3溶液和稀HNO3
操作步骤:
取待测液少许于一洁净试管中,滴加硝酸酸化再加AgNO3溶液,生成白色沉淀,则说明含Cl-。
注意事项:
检验Cl-时一般用稀HNO3的目的是排除CO
等离子的干扰。
1.实验室用MnO2和浓盐酸来制取氯气,主要操作有:
①将蒸馏烧瓶固定在铁架台上;②把酒精灯放在铁架台上,根据酒精灯确定铁圈的高度,固定好铁圈,放好石棉网;③用药匙向蒸馏烧瓶中加入MnO2,再向分液漏斗中加浓盐酸,并将导管放入集气瓶中;④检查气密性;⑤在蒸馏烧瓶上装好分液漏斗,连接好导管。
最好的实验操作顺序是________________________________________________________________________。
答案:
②①⑤④③
2.根据装置及实验目的填写试剂和实验现象。
装置
试剂
实验现象
实验目的
A
验证干燥的氯气无漂白作用,湿润的氯气有漂白作用
B
C
D
验证氯气具有强氧化性,可与金属及还原性物质反应
E
F
G
吸收多余的氯气
答案:
浓硫酸 干燥红色布条 无明显变化 湿润红色布条 红色布条褪色 FeCl2溶液 溶液由浅绿色变棕黄色 淀粉KI溶液 溶液变为蓝色 铁粉 产生棕色烟 NaOH溶液
考向1 氯气的制备实验原理、装置问题
某同学设计的实验室制备氯气的装置如下图。
图中涉及的实验装置或药品有错误的是( )
A.①③④ B.①③
C.③④ D.①②③④
[解析] 装置①中如果使用普通漏斗,会造成氯气的外逸,所以应将①中的普通漏斗改为分液漏斗,且反应物要用浓盐酸;装置③的导气管长短错误,应长进短出;④中尾气处理装置中不能用Ca(OH)2溶液,Ca(OH)2溶液浓度小,吸收不充分,通常用NaOH溶液。
[答案] A
「思维建模」
1.氯气制取过程中的四注意:
(1)反应物的选择:
必须用浓盐酸,稀盐酸与MnO2不反应,且随着反应的进行,浓盐酸变为稀盐酸时,反应停止,故盐酸中的HCl不可能全部参加反应。
(2)加热温度:
不宜过高,以减少HCl挥发。
(3)实验结束后,先使反应停止并排出装置中残留的Cl2,再拆卸装置,避免污染空气。
(4)尾气吸收:
Cl2有毒,必须有尾气吸收装置,常用吸收剂为NaOH溶液或碱石灰,不用澄清石灰水,因澄清石灰水中Ca(OH)2浓度小,吸收慢且吸收不完全。
2.氯气制备与性质探究实验典型实验装置设计,如下图:
1.(2014·高考江苏卷)下列装置应用于实验室制氯气并回收氯化锰的实验,能达到实验目的的是( )
A.用装置甲制取氯气
B.用装置乙除去氯气中的少量氯化氢
C.用装置丙分离二氧化锰和氯化锰溶液
D.用装置丁蒸干氯化锰溶液制MnCl2·4H2O
解析:
选C。
A项,利用MnO2和浓盐酸制氯气,需要加热,故无法达到实验目的;B项,洗气装置气体应该是长进短出,且Cl2和HCl都能与NaHCO3溶液反应,应用饱和食盐水除去Cl2中的HCl,故无法达到实验目的;C项,MnO2不溶于水,MnCl2能溶于水,因此可以用过滤法分离,正确;D项,加热蒸干时MnCl2会发生水解:
MnCl2+2H2O
Mn(OH)2↓+2HCl↑,无法制得MnCl2·4H2O。
2.已知KMnO4与浓盐酸在常温下反应能产生Cl2。
若用下图所示的实验装置来制备纯净、干燥的氯气,并使它与金属反应。
每个虚线框表示一个单元装置,其中错误的是( )
A.①和② B.②
C.②和③D.②③④
解析:
选D。
NaOH与氯气反应,不能用氢氧化钠溶液除去氯气中的氯化氢杂质,②错误;③中的进气管短,出气管浸入液面下,错误;④为密闭装置,错误。
3.(2016·山东单县五中高三检测)实验室用下列两种方法制氯气:
①用含HCl146g的浓盐酸与足量的MnO2反应;②用87gMnO2与足量浓盐酸反应。
所得的氯气( )
A.①比②多B.②比①多
C.一样多D.无法比较
解析:
选B。
146gHCl的物质的量为4mol,87gMnO2的物质的量为1mol,由方程式:
MnO2+4HCl(浓)
MnCl2+Cl2↑+2H2O知,1molMnO2可以与4molHCl反应,但是,应注意稀盐酸与MnO2不反应,也就是说1molMnO2与足量浓盐酸反应生成的Cl2多。
考向2 以氯气性质为载体的综合实验探究
(2016·河南洛阳复习效果测评)高锰酸钾是一种典型的强氧化剂,无论在实验室还是在化工生产中都有重要的应用。
如下图是实验室制备氯气并进行一系列相关实验的装置(夹持设备已略)。
(1)制备氯气选用的药品为高锰酸钾和浓盐酸,相应的离子方程式为________________________________________________________________________。
(2)装置B的作用是________________________________________________________________________。
实验进行时C中可能发生堵塞,请写出发生堵塞时B中的现象:
________________________________________________________________________。
(3)装置C的实验目的是验证氯气是否具有漂白性,为此C中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ依次放入________(选“a”“b”或“c”)。
a
b
c
Ⅰ
干燥的有色布条
湿润的有色布条
湿润的有色布条
Ⅱ
碱石灰
浓硫酸
无水氯化钙
Ⅲ
湿润的有色布条
干燥的有色布条
干燥的有色布条
(4)设计装置D、E的目的是比较氯、溴、碘的非金属性。
当向D中缓缓通入足量氯气时,可以看到无色溶液逐渐变为红棕色,说明氯的非金属性大于溴。
打开活塞,将D中的少量溶液加入E中,振荡E,观察到的现象是________________________________________________________________________
________________。
该现象________(填“能”或“不能”)说明溴的非金属性强于碘,原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
[解析]
(2)盐酸易挥发,反应制取的氯气中含有氯化氢,装置B中饱和食盐水的作用是除去Cl2中的HCl;装置B也兼起安全瓶的作用,实验进行时若C中发生堵塞,B中的压强增大,B中长颈漏斗中的液面上升,形成水柱。
(3)装置C的实验目的是验证氯气是否具有漂白性。
验证干燥氯气无漂白性,而湿润的有色布条中氯气和水反应生成的次氯酸具有漂白性。
所以装置C中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ应依次放入湿润的有色布条、无水氯化钙、干燥的有色布条,故选c。
(4)打开活塞,将装置D中含溴单质的少量溶液加入含碘化钾溶液和苯的装置E中,溴单质和碘化钾溶液反应生成碘单质,碘单质溶于苯呈紫红色。
振荡,观察到的现象是E中溶液分为两层,上层(苯层)为紫红色。
但是若通入的氯气过量,Cl2也能将I-氧化为I2,则不能说明溴的非金属性比碘强。
[答案]
(1)2MnO
+16H++10Cl-===2Mn2++5Cl2↑+8H2O
(2)除杂和安全瓶 锥形瓶中的液面下降,长颈漏斗中的液面上升 (3)c (4)E中溶液分为两层,上层(苯层)为紫红色 不能 过量的Cl2也可将I-氧化为I2
「思维拓展」
(1)制取Cl2原理的创新
实验室制取Cl2不一定只用MnO2和浓盐酸混合共热,而采用常温下就能发生反应的浓盐酸和强氧化剂,如:
KMnO4、KClO3、K2Cr2O7、Ca(ClO)2等。
(2)制取Cl2装置的创新
4.(高考经典题)下图所示仪器可用于实验室制备少量无水FeCl3,仪器连接顺序正确的是( )
A.a-b-c
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