高中化学第15讲富集在海水中的元素卤素 考点一氯及其化合物的性质和应用.docx
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高中化学第15讲富集在海水中的元素卤素考点一氯及其化合物的性质和应用
第15讲 富集在海水中的元素——卤素
考纲要求
1.了解氯元素单质及其重要化合物的制备方法,掌握其主要性质及其应用。
2.了解氯元素单质及其重要化合物对环境的影响。
考点一 氯及其化合物的性质和应用
一、氯气的性质
1.氯气的物理性质
颜色
气味
毒性
密度
特性
黄绿色
刺激性气味
有毒
比空气重
易液化
注意 实验室里闻有毒气体及未知气体气味的方法是:
用手在瓶口轻轻扇动,仅使极少量气体飘进鼻孔。
(如图所示)
2.从氯的原子结构认识氯气的化学性质——氧化性
依据氯气的氧化性完成下列方程式:
(1)与金属反应
①Fe:
2Fe+3Cl2
2FeCl3,棕红色烟。
②Cu:
Cu+Cl2
CuCl2,棕黄色烟。
(2)与非金属反应
H2:
H2+Cl2
2HCl,苍白色火焰;
H2和Cl2的混合气体光照时会发生爆炸。
(3)与还原性无机化合物反应:
①与碘化钾溶液反应:
Cl2+2KI===2KCl+I2。
②与SO2水溶液反应:
Cl2+SO2+2H2O===H2SO4+2HCl。
③与FeCl2溶液反应:
Cl2+2FeCl2===2FeCl3。
3.从化合价的角度认识Cl2的化学性质——歧化反应
氯气与水或碱反应,氯元素的化合价既有升高又有降低,因而氯气既表现氧化性又表现还原性。
(1)与水反应
化学方程式:
Cl2+H2OHCl+HClO,
离子方程式:
Cl2+H2OH++Cl-+HClO。
(2)与碱反应
①与烧碱反应:
Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O。
②制取漂白粉:
2Cl2+2Ca(OH)2===CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O。
4.从平衡的角度理解氯水的成分和性质
氯气能溶于水(1∶2),氯气的水溶液称为氯水,溶于水的氯气只有少量与水反应。
(1)氯水中存在三种平衡关系:
①Cl2+H2OHCl+HClO
②HClOH++ClO-
③H2OH++OH-
(2)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。
注:
氯水常代替氯气进行溶液中的实验。
二、次氯酸和次氯酸盐的性质
1.次氯酸
次氯酸见光分解的化学方程式:
2HClO
2HCl+O2↑。
2.次氯酸盐
(1)“84”消毒液
有效成分为NaClO,它与洁厕灵(主要成分盐酸)混合立即会产生氯气,其离子方程式是ClO-+Cl-+2H+===Cl2↑+H2O。
(2)漂白粉
①成分:
漂白粉的主要成分是CaCl2和Ca(ClO)2,其中有效成分是Ca(ClO)2。
②漂白原理:
在潮湿的空气中能吸收CO2,化学方程式为Ca(ClO)2+CO2+H2O===2HClO+CaCO3↓。
(1)过量的铁粉在少量氯气中加热,充分反应后产物为FeCl2( )
(2)氯气溶于水得氯水,溶液呈酸性且可以导电,所以氯气是电解质( )
(3)新制取的漂白粉是混合物( )
(4)氯气可以使湿润的有色布条褪色,但是实际起漂白作用的物质是次氯酸,而不是氯气( )
(5)Cl2具有很强的氧化性,在化学反应中只能作氧化剂( )
(6)标准状况下,11.2LCl2与水充分反应转移电子数为0.5NA( )
(7)“84”消毒液的消毒原理与H2O2的相同,都是利用强氧化性( )
答案
(1)×
(2)× (3)√ (4)√ (5)× (6)× (7)√
解析 (6)该反应为可逆反应,Cl2不能完全反应。
1.在空气中长时间放置的漂白粉,最终得到的主要固体物质是_____________________,
其原因是_____________________________________________________。
(用化学方程式说明)
答案 CaCO3和CaCl2 Ca(ClO)2+H2O+CO2===CaCO3↓+2HClO,2HClO
2HCl+O2↑,CaCO3+2HCl===CaCl2+CO2↑+H2O
2.(规范书写,培养答题能力)根据下列装置图回答问题:
(1)A、B通入Cl2后,观察到的现象是_______________________________________
________________________________________________________________________,
根据现象可得出的结论是__________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)集气瓶B中发生反应的离子方程式是______________________________________
________________________________________________________________________。
(3)F装置的作用是________________________________________________________。
(4)实验开始后,观察装置C中的现象是_____________________________________
________________________________________________________________________。
(5)装置E中发生反应的离子方程式是________________________________________
________________________________________________________________________。
(6)通入Cl2时装置D中发生反应的离子方程式是______________________________
________________________________________________________________________。
答案
(1)干燥的红色(或A中)布条不褪色,湿润的红色(或B中)布条褪色 Cl2无漂白性,Cl2与水反应生成的HClO有漂白性
(2)Cl2+H2OH++Cl-+HClO
(3)吸收氯气,防止污染环境
(4)溶液先变红色,然后褪色
(5)2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-
(6)H2O+SO
+Cl2===2H++SO
+2Cl-
题组一 氯气的性质
1.下列说法错误的是( )
A.氯气作水的杀菌消毒剂
B.氯气能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝,说明Cl2具有氧化性
C.氯气溶于水的离子方程式为Cl2+H2O2H++Cl-+ClO-
D.氯气与NaOH溶液反应,Cl2既是氧化剂又是还原剂
答案 C
解析 氯气与水反应生成盐酸和次氯酸,次氯酸有强氧化性,能够杀菌消毒,A项正确;氯气与KI发生反应:
Cl2+2KI===2KCl+I2,反应中Cl2作氧化剂,B项正确;Cl2溶于水为可逆反应,且生成的HClO为弱电解质,不可拆开,C项错误;Cl2与NaOH溶液发生反应的化学方程式为Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O,反应中Cl2既是氧化剂又是还原剂,D项正确。
2.(2018·郑州高三测试)某地化工厂的贮氯罐意外发生泄漏,下列关于安全处理措施不正确的是( )
A.紧急组织群众沿逆风方向疏散
B.消防队员向贮氯罐周围空气中喷洒稀NaOH溶液
C.处在该环境中的群众,应用浸有稀氨水的毛巾捂住鼻子,趴在低洼处等待救援
D.处在该环境中的群众,应用浸有一定浓度NaHCO3的毛巾捂住鼻子,向高处转移
答案 C
解析 稀氨水挥发出的NH3具有强烈的刺激性气味;氯气的密度比空气的密度大,应往高处转移。
题组二 氯水中的平衡关系及多重性质
3.向新制氯水中加入少量下列物质,增强溶液漂白能力的是( )
A.碳酸钙粉末B.稀硫酸
C.氯化钙溶液D.二氧化硫水溶液
答案 A
解析 新制氯水中存在平衡:
Cl2+H2OH++Cl-+HClO,要增强溶液的漂白性,需要促进平衡正向移动,提高HClO的浓度。
碳酸钙粉末消耗溶液中的H+,促进平衡正向移动,HClO的浓度增大,A项正确;加入稀硫酸会增大溶液中H+的浓度,促进平衡逆向移动,HClO的浓度减小,B项错误;加入CaCl2溶液会增大溶液中Cl-的浓度,促进平衡逆向移动,HClO的浓度减小,C项错误;二氧化硫具有还原性,能与Cl2、HClO发生氧化还原反应,使HClO浓度减小,D项错误。
4.(2018·宜昌高三检测)氯水中存在多种分子和离子,它们在不同的反应中表现出不同的性质。
下列结论正确的是( )
A.加入有色布条,片刻后有色布条褪色,说明有Cl2存在
B.溶液呈浅黄绿色,且有刺激性气味,说明有Cl2存在
C.先加入盐酸酸化,再加入AgNO3溶液,生成白色沉淀,说明有Cl-存在
D.加入NaOH溶液,氯水的浅黄绿色消失,说明有HClO存在
答案 B
解析 A项,氯水能使有色布条褪色是因为氯水中含有的HClO具有强氧化性;C项,由于加入盐酸酸化的过程中引入了Cl-,所以根据生成白色沉淀无法说明氯水中是否存在Cl-;D项,因Cl2、HCl和HClO均能与NaOH溶液反应,所以加入NaOH溶液时氯水颜色消失不能说明其中有HClO存在。
5.在新制饱和氯水中,若只改变某一条件,下列叙述正确的是( )
A.再通入少量氯气,
减小
B.通入少量SO2,溶液漂白性增强
C.加入少量的碳酸钠粉末,pH增大,溶液漂白性增强
D.光照过程中,有气泡冒出,溶液的导电性减弱
答案 C
解析 饱和氯水不能再溶解氯气,各成分的浓度不变,A项错;SO2+Cl2+2H2O===2HCl+H2SO4,Cl2+H2OH++Cl-+HClO的平衡左移,HClO的浓度减小,漂白性减弱,B项错;加入少量的碳酸钠粉末,消耗H+,使上述平衡正向移动,HClO的浓度增大,C项正确;光照过程中,HClO分解,生成O2和HCl,溶液中的离子浓度增大,导电性增强,D项错误。
氯水的组成及性质在应用中的常见误区
(1)氯水中因HClO见光分解,随着HClO的消耗,最后成为盐酸,故久置氯水酸性增加,无漂白性。
因此,氯水要现用现配。
(2)制取氯水的反应为Cl2+H2OHCl+HClO,反应中Cl2既是氧化剂,又是还原剂,且1molCl2参加反应,转移电子数为NA。
(3)Cl2尽管有较强的氧化性,但没有漂白性,氯水具有漂白性是因为Cl2与水反应生成了强氧化性的HClO。
(4)ClO-与Fe2+、I-、S2-、HS-、SO
等在水中因发生氧化还原反应而不能大量共存。
题组三 其他含氯消毒剂
6.氯胺是一种长效缓释有机氯消毒剂,有强氧化性,其杀菌能力是一般含氯消毒剂的4~5倍,下列有关氯胺(NH2Cl)的说法一定不正确的是( )
A.氯胺的水解产物为NH2OH(羟氨)和HCl
B.氯胺的电子式为
C.氯胺中氯的化合价为+1
D.氯胺的消毒原理与漂白粉相似
答案 A
解析 NH2Cl+H2ONH3+HClO,反应生成的HClO能杀菌消毒。
该水解反应是一个可逆反应,HClO杀菌后浓度减小,平衡向右移动,氯胺转化成HClO;相反,当HClO浓度较高时,平衡向左移动,转化为氯胺,相当于暂时“贮存”,避免其分解损失,这样就延长了消毒时间。
7.二氧化氯(ClO2)是一种黄绿色易溶于水的气体,常用于饮用水消毒。
下列有关ClO2制备与杀菌的说法不合理的是( )
A.NaClO2在酸性条件下歧化生成ClO2和NaCl,则n(氧化剂)∶n(还原剂)=1∶4
B.ClO2在强碱性环境中使用失效,可能的原因是2ClO2+2OH-===ClO
+ClO
+H2O
C.可用饱和食盐水除去ClO2中的NH3
D.等物质的量的ClO2杀菌效果比Cl2强
答案 C
解析 A项,酸性条件下ClO
发生歧化反应,生成Cl-和ClO2,可写出方程式:
4H++5ClO
===Cl-+4ClO2↑+2H2O,显然氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶4,正确;B项,方程式符合歧化反应化合价的变化,正确;C项,ClO2易溶于水,显然不能用饱和食盐水除杂,错误;D项,等物质的量的ClO2作氧化剂时得电子数比Cl2得电子数多,正确。
含氯消毒剂的共同特点是利用本身的强氧化性,或与水反应产生HClO,杀灭具有生命活性的微生物。
解答这类题目,一般要从氧化性,得电子数目以及平衡移动等角度分析思考。
考点二 氯气的实验室制法
实验室制取气体装置一般由发生装置、净化装置、收集装置以及尾气吸收装置组成。
以Cl2的实验室制法为例(见下图):
(1)反应原理:
用强氧化剂(如KMnO4、K2Cr2O7、KClO3、MnO2等)氧化浓盐酸。
MnO2+4HCl(浓)
MnCl2+Cl2↑+2H2O
(2)制备装置类型:
固体+液体
气体
(3)净化方法:
用饱和食盐水除去HCl,再用浓硫酸除去水蒸气。
(4)收集方法:
向上排空气法或排饱和食盐水法。
(5)尾气吸收:
用强碱溶液(如NaOH溶液)吸收,不用Ca(OH)2溶液吸收的原因是Ca(OH)2溶解度小,溶液浓度低,吸收不完全。
(6)验满方法:
将湿润的淀粉-KI试纸靠近盛Cl2的试剂瓶口,观察到试纸立即变蓝,则证明已集满;或将湿润的蓝色石蕊试纸靠近盛Cl2的试剂瓶口,观察到试纸先变红后褪色,则证明已集满。
(1)含4molHCl的浓盐酸与足量MnO2反应,可制备22.4LCl2( )
(2)用饱和NaHCO3溶液除去Cl2中混有的HCl( )
(3)用浓硫酸或碱石灰干燥Cl2( )
(4)可用排饱和食盐水法收集Cl2( )
(5)常用饱和石灰水吸收尾气中的Cl2( )
(6)用干燥的淀粉碘化钾试纸检验Cl2是否收集满( )
答案
(1)×
(2)× (3)× (4)√ (5)× (6)×
1.Ca(ClO)2、KClO3、KMnO4均能将盐酸中的Cl-氧化成Cl2,试分别写出反应的离子方程式。
(1)________________________________________________________________________。
(2)________________________________________________________________________。
(3)________________________________________________________________________。
答案
(1)ClO-+Cl-+2H+===Cl2↑+H2O
(2)ClO
+5Cl-+6H+===3Cl2↑+3H2O
(3)2MnO
+10Cl-+16H+===2Mn2++5Cl2↑+8H2O
2.下图是用KMnO4与浓盐酸反应制取适量氯气的简易装置。
思考装置B、C、D的作用分别是:
(1)B________________________________________________________________________;
(2)C________________________________________________________________________;
(3)D________________________________________________________________________。
答案
(1)向上排空气法收集氯气
(2)安全瓶作用,防止D中的液体倒吸入B中 (3)吸收尾气,防止氯气扩散到空气中污染环境
题组一 仪器连接及操作注意事项
1.实验室用MnO2和浓盐酸制Cl2时,有如下操作:
①连好装置,检查气密性;②缓缓加热;③加入MnO2粉末;④从装有浓盐酸的分液漏斗中加入浓盐酸;⑤将多余氯气用NaOH溶液吸收;⑥用向上排气收集氯气。
顺序正确的是( )
A.①②③④⑥⑤B.③④②①⑥⑤
C.①④③②⑥⑤D.①③④②⑥⑤
答案 D
解析 制取氯气的正确操作步骤:
先连接装置、检查气密性,然后装入药品:
先向烧瓶中装入二氧化锰,再向分液漏斗中装入浓盐酸,下一步进行加热制取、收集氯气,由于氯气有毒,最后需要进行尾气吸收,故正确的排序为①③④②⑥⑤。
2.(2018·烟台模拟)实验室制备氯气的装置如图。
图中涉及气体发生、除杂、干燥、收集、尾气处理装置,其中错误的是( )
A.①②④B.①②③C.①③④D.②③④
答案 D
解析 ②除HCl应用饱和NaCl溶液,③洗气瓶干燥应从长管进气,④应用NaOH溶液。
3.实验室既可用浓盐酸与MnO2在加热时反应制备Cl2,也可用KMnO4与浓盐酸在常温下反应制备Cl2,下列有关说法不正确的是( )
A.KMnO4的氧化性比MnO2的强
B.制备Cl2的整个实验过程中,只需要使用氧化剂与还原剂
C.用排气法收集Cl2时,不需要利用其他试剂就能确定集气瓶中已收集满
D.用足量MnO2与含有4molHCl的浓盐酸在加热条件下反应,得到Cl2的物质的量小于1mol
答案 B
解析 比较反应的条件即可证明KMnO4的氧化性强于MnO2,A项正确;Cl2有毒,需要用碱溶液吸收尾气,B项错误;当整个集气瓶充满黄绿色气体时表明已收集满,C项正确;浓盐酸变稀后不再与MnO2反应,生成Cl2的物质的量小于1mol,D项正确。
实验室用MnO2和浓盐酸制取Cl2时应注意以下四点
(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残留的Cl2后,再拆卸装置,避免污染空气。
(4)尾气吸收时,用NaOH溶液吸收Cl2,不能用澄清石灰水吸收,因为溶液中含Ca(OH)2的量少,吸收不完全。
题组二 氯气与其他含氯化合物制备的综合
4.(2018·山东济宁教学质量检测)Cl2O是黄棕色具有强烈刺激性气味的气体,是一种强氧化剂,易溶于水且会与水反应生成次氯酸,与有机物、还原剂接触或加热时会发生燃烧并爆炸。
一种制取Cl2O的装置如图所示。
已知:
Cl2O的熔点为-116℃,沸点为3.8℃;Cl2的沸点为-34.6℃;HgO+2Cl2===HgCl2+Cl2O。
下列说法中不正确的是( )
A.装置②③中盛装的试剂依次是饱和食盐水和浓硫酸
B.通入干燥空气的目的是将生成的Cl2O稀释,减小爆炸危险
C.从装置⑤中逸出气体的主要成分是Cl2O
D.装置④与⑤之间不用橡胶管连接,是为了防止橡胶管燃烧和爆炸
答案 C
解析 制取Cl2O需要干燥纯净的氯气,所以②③中盛装的试剂依次是饱和食盐水和浓硫酸,A项正确;高浓度的Cl2O易爆炸,所以通入干燥空气的目的是将生成的Cl2O稀释,减小爆炸危险,B项正确;装置⑤是收集Cl2O,所以温度低于3.8℃,此时氯气是气体,逸出的气体主要是空气和剩余的Cl2,C项错误;Cl2O与有机物接触会发生燃烧并爆炸,装置④与⑤之间不用橡胶管连接,是为了防止橡胶管燃烧和爆炸,D项正确。
5.某研究性学习小组利用下列装置制备漂白粉。
(1)装置④中的X试剂为_________________________________________________________。
(2)装置③中发生反应的化学方程式为____________________________________________
________________________________________________________________________,
该反应是放热反应,反应温度较高时有副反应发生,改进该实验装置以减小副反应发生的方法是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
(1)NaOH溶液
(2)2Ca(OH)2+2Cl2===CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O 将装置③放于冷水浴中进行实验
1.(高考选项组合)下列说法不正确的是( )
A.漂白粉可用于生活用水的消毒(2018·全国卷Ⅱ,7B)
B.石蕊溶液滴入氯水中,溶液变红,随后迅速褪色,不涉及氧化还原反应(2018·北京,9B)
C.氯水具有较强的氧化性,可用于漂白纸张、织物等(2018·海南,5D)
D.清洗碘升华实验所用试管,先用酒精清洗,再用水清洗(2017·全国卷Ⅲ,9B)
答案 B
解析 B项,红色褪去是HClO表现强氧化性;D项,碘易溶于酒精,可用酒精清洗碘,又由于酒精与水互溶,再用水清洗即可洗净,正确。
2.(高考选项组合)下列说法正确的是( )
A.漂白粉在空气中久置变质是因为漂白粉中的CaCl2与空气中的CO2反应生成CaCO3
(2014·全国卷Ⅰ,8B)
B.向含I-的无色溶液中滴加少量新制氯水,再滴加淀粉溶液,若溶液变成蓝色,则氧化性:
Cl2>I2
(2015·广东理综,22C)
C.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·浙江理综,8A)
D.氯气溶于水的离子方程式:
Cl2+H2O===2H++Cl-+ClO-(2015·江苏,9A)
答案 B
解析 Ca(ClO)2与空气中的CO2和水蒸气反应生成CaCO3和HClO,HClO见光分解,导致漂白粉变质,而CaCl2与CO2不反应,A项错误;向含I-的无色溶液中滴加少量新制氯水,发生反应:
Cl2+2I-===2Cl-+I2,淀粉遇碘变蓝,说明氧化性Cl2>I2,B项正确;氯水具有漂白性,会将pH试纸漂白,故无法测定其pH,C项错误;Cl2溶于水为可逆反应,且生成的HClO为弱电解质,应保留分子式,D项错误。
3.(2015·全国卷Ⅱ,12)海水开发利用的部分过程如图所示。
下列说法错误的是( )
A.向苦卤中通入Cl2是为了提取溴
B.粗盐可采用除杂和重结晶等过程提纯
C.工业生产中常选用NaOH作为沉淀剂
D.富集溴一般先用空气和水蒸气吹出单质溴,再用SO2将其还原吸收
答案 C
解析 A项,向苦卤中通入Cl2时发生反应Cl2+2Br-===2Cl-+Br2,故其目的是为了提取溴,正确;B项,可将粗盐溶解、过滤除去难溶性杂质,然后向滤液中加入沉淀剂,过滤后调节滤液pH以除去可溶性杂质,最后重结晶可得精盐,正确;C项,工业生产常选用廉价的Ca(OH)2作为沉淀剂,错误;D项,由于通入Cl2后所得溶液中Br2的浓度很小,因此利用Br2的挥发性,可先用热空气和水蒸气吹出Br2,再用SO2将其还原为HBr进行富集,正确。
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