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专题2从海水中获得的化学物质专题复习
【学习目标】
1.认识氯水性质的多样性。
2.掌握氧化还原反应有关概念、规律,学会有关氧化还原反应计算的方法。
3.学会利用比较法进行物质的鉴别及除杂。
【专题突破】
一、解析氯水性质的多重性
1.氯水中的反应
Cl2+H2OH++Cl-+HClO
2HClO===2H++2Cl-+O2↑(光照加快分解)
所以,保存氯水要密闭、放在冷暗处、棕色瓶中。
但氯水不宜长期存放,最好是现用现配,因为不见光也缓慢分解。
2.氯水的成分
新制氯水:
分子有Cl2、HClO、H2O三种,溶质分子中以Cl2为主;离子有H+、Cl-、ClO-、OH-(少量)四种。
长期放置的氯水,由于HClO分解,Cl2全部反应,氯水最终变为稀盐酸。
3.氯水的性质
(1)表现Cl2的性质
氯水中含有Cl2,所以氯水呈黄绿色,由于Cl2具有强氧化性,当向氯水中加入强还原性物质,便可与Cl2发生氧化还原反应。
如:
氯水能使润湿的淀粉碘化钾试纸变蓝(用于对Cl2收集的验满),能与Na2SO3、FeBr2等发生氧化还原反应:
Na2SO3+Cl2+H2O===Na2SO4+2HCl,
2FeBr2+3Cl2(足量)===2FeCl3+2Br2。
(2)表现HClO的强氧化性
氯水中含有HClO,HClO具有强氧化性,能杀死水里的病菌,故常用氯气给自来水杀菌、消毒。
另外HClO还可将色素氧化而使其颜色褪去,故氯水常用于漂白。
(3)表现H+的性质
氯水中含有H+,所以氯水具有H+的性质,如氯水能与镁粉反应放出氢气,能与CaCO3反应放出CO2。
(4)具有Cl-的性质
氯水中加入硝酸银溶液反应生成白色沉淀。
反应的离子方程式:
Ag++Cl-===AgCl↓。
4.液氯与新制氯水、久置氯水的区别
物质
液氯
新制氯水
久置氯水
成分
Cl2
Cl2、HClO、H2O、H+、Cl-、ClO-、OH-
H+、Cl-、H2O
分类
纯净物
混合物
混合物
颜色
黄绿色
黄绿色
无色
性质
氧化性
酸性、氧化性、漂白性
酸性
保存
特制钢瓶
棕色瓶盛装,放阴凉处,一般现用现配
-
【例1】 下列有关化学反应过程或实验现象的叙述中正确的是( )
A.氯气的水溶液可以导电,说明氯气是电解质
B.漂白粉和明矾都常用于自来水的处理,二者的作用原理是相同的
C.氯气可以使湿润的有色布条褪色,但实际起漂白作用的物质是次氯酸而不是氯气
D.氯水中加入有色布条,布条褪色,说明溶液中有Cl2存在
二、氧化还原反应的概念、规律与计算
1.熟记氧化还原反应的有关概念
(1)理清概念间的关系
(2)联想记忆关键词
①记忆口诀:
“升失氧还、降得还氧”。
其含义即:
化合价升高→失去电子(电子对偏离)→被氧化→还原剂→具有还原性(失电子能力);化合价降低→得到电子(电子对偏向)→被还原→氧化剂→具有氧化性(得电子能力)。
②记忆口诀:
“剂性一致,其他相反”。
其含义即:
氧化剂具有氧化性,还原剂具有还原性;“其他相反”即氧化剂被还原,发生还原反应,得还原产物;还原剂被氧化,发生氧化反应,得氧化产物。
(3)学会正确的分析方法
化合价变化是分析一切氧化还原反应问题的前提和基础,正确标出各元素的化合价是分析氧化还原反应的关键和突破口。
具体方法是找变价,判类型(是否氧化还原反应);分升降,定其他(化合价升高,失去电子,发生氧化反应,化合价降低,得到电子,发生还原反应)。
【例2】 在K2Cr2O7+14HCl===2KCl+2CrCl3+3Cl2↑+7H2O反应中。
(1)________元素被氧化,________是氧化剂。
(2)________是氧化产物,________发生氧化反应。
(3)在参加反应的盐酸中,起还原剂(被氧化)作用的HCl与起酸性作用的HCl的质量比为________。
(4)用双线桥法标明电子转移的方向和数目。
2.物质氧化性、还原性相对强弱的判断方法
一般而言,得到电子的能力越强,物质的氧化性就越强;失去电子的能力越强,物质的还原性就越强。
物质的氧化性和还原性的强弱,可依据以下几个方面判断:
(1)根据化合价推断
①一般来说,含有同种元素不同价态的物质,价态越高氧化性越强,价态越低还原性越强。
如氧化性:
浓H2SO4>SO2(H2SO3)>S;还原性:
H2S>S>SO2。
提醒 氯元素的含氧酸不符合此规律,在HClO、HClO2、HClO3、HClO4(高氯酸)等4种含氧酸中,HClO氧化性最强。
②相同条件下,不同氧化剂与同一种还原剂反应,氧化产物价态高的反应对应的氧化剂氧化性强。
例如:
2Fe+3Cl2
2FeCl3 Fe+S
FeS
氧化性:
Cl2>S。
(2)根据活动性顺序判断
①根据金属活动性顺序表进行判断
例如:
(注意:
Fe对应的离子是Fe2+)
②根据非金属的活泼性判断
非金属性越强,单质氧化性越强,其对应阴离子的还原性越弱。
例如:
(3)根据氧化还原反应进行的难易程度(反应条件)的不同进行判断
不同的氧化剂制取同一种氧化产物,反应越容易进行,氧化剂的氧化性越强。
不同的还原剂制取同一种还原产物,反应越容易进行,还原剂的还原性越强。
如:
2KMnO4+16HCl(浓)===2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O
MnO2+4HCl(浓)
MnCl2+Cl2↑+2H2O
O2+4HCl(浓)
2H2O+2Cl2
由上述反应条件的不同,可判断氧化性:
KMnO4>MnO2>O2。
(4)据氧化还原反应方程式判断
用方程式来判断物质的氧化性、还原性强弱是最常用也是最重要的方法。
氧化性:
氧化剂>氧化产物;
还原性:
还原剂>还原产物。
例如,由反应2F2+2H2O===4HF+O2可知,氧化性:
F2>O2;还原性:
H2O>HF。
提醒 物质氧化性、还原性的强弱只与得失电子的难易程度有关,与得失电子的数目没有关系。
【例3】 已知如下反应:
①2BrO
+Cl2===Br2+2ClO
②ClO
+5Cl-+6H+===3Cl2↑+3H2O
③2FeCl3+2KI===2FeCl2+2KCl+I2
④2FeCl2+Cl2===2FeCl3
下列各微粒氧化能力由强到弱的顺序正确的是( )
A.ClO
>BrO
>Cl2>Fe3+>I2
B.BrO
>Cl2>ClO
>I2>Fe3+
C.BrO
>ClO
>Cl2>Fe3+>I2
D.BrO
>ClO
>Fe3+>Cl2>I2
3.氧化还原反应的重要规律
(1)性质规律
判断物质是否具有氧化性或还原性——“高氧、低还、中兼”规律,即最高价态只有氧化性,最低价态只有还原性,中间价态既有氧化性又有还原性。
例如:
2-→
→
O2→H2
O4(浓),S2-只具有强还原性,H2SO4(浓)只具有氧化性,SO2和S既具有氧化性又有还原性。
提醒 不能认为含有最高价元素的物质一定具有氧化性,如CaCO3中碳元素显最高价,但它无氧化性。
(2)强弱规律
自发的氧化还原反应总是“两强”——强氧化剂和强还原剂之间发生反应,生成相应的“两弱”——还原产物(弱还原剂)和氧化产物(弱氧化剂),而两弱之间不反应。
如:
则按方向,左上方与右下方的两种粒子(两强)能反应,而
方向的两种粒子(两弱)则不能反应,且为两强反应的产物。
如Br2能氧化Fe2+,Fe3+能氧化I-,而I2与Fe2+、Fe3+与Br-不反应。
(3)先强后弱规律
当几个氧化还原反应均可能发生时,氧化(还原)性强的粒子先反应。
如Fe、Cu投入AgNO3溶液中,Fe先溶解;Fe投入Cu(NO3)2、AgNO3混合溶液中,Ag先析出。
(4)价变规律
在氧化还原反应中,元素化合价的变化有以下规律。
①邻价不反应规律
同一元素的相邻价态之间不发生氧化还原反应,如Fe2+与Fe3+、S与SO2、SO2与H2SO4等不反应。
②“间价可归中,归中不交叉”规律
不同价态且化合价不相邻的同种元素发生氧化还原反应时,高价态降低,低价态升高,这样的氧化还原反应又称为归中反应。
归中反应的规律:
“两头变中间,只靠拢,不交叉”,即高价态降低后的价态不能低于低价态升高后的价态,同样,低价态升高后的价态不能高于高价态降低后的价态。
如:
而不是
(5)守恒规律
氧化还原反应中元素的化合价有升必有降,电子有失必有得,且化合价降低总数一定等于升高总数,失电子总数一定等于得电子总数,即符合三个守恒规律:
守恒规律主要应用于:
①求反应中被氧化与被还原的原子数之比,或求氧化剂与还原剂、氧化产物与还原产物的物质的量(分子数)之比;②配平氧化还原反应方程式;③进行氧化还原反应的有关计算。
【例4】 现有下列三个氧化还原反应:
①2FeCl3+2KI===2FeCl2+2KCl+I2;
②2FeCl2+Cl2===2FeCl3;
③2KMnO4+16HCl(浓)===2KCl+2MnCl2+8H2O+5Cl2↑。
若某溶液中有Fe2+和I-共存,要氧化除去I-而又不影响Fe2+和Cl-。
下列试剂中,可加入的试剂是( )
A.Cl2B.KMnO4溶液
C.FeCl3溶液D.浓盐酸
【例5】 PbO2、KMnO4、Cl2、FeCl3、CuCl2的氧化性依次减弱。
下列反应在水溶液中不可能发生的是( )
A.Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+
B.10Cl-+2MnO
+16H+===2Mn2++5Cl2↑+8H2O
C.2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-
D.5Pb2++2MnO
+2H2O===5PbO2+2Mn2++4H+
4.守恒法在氧化还原反应计算中的应用
(1)氧化还原反应的计算主要有:
求氧化剂与还原剂物质的量之比或质量之比,计算参加反应的氧化剂或还原剂的量,确定反应前后某一元素的价态变化或物质的化学式等。
其计算的关键是依据氧化剂得电子总数与还原剂失电子总数相等(即得失电子守恒)。
(2)电子守恒解题步骤:
首先找出氧化剂、还原剂及其物质的量以及每摩尔氧化剂、还原剂得失电子的量,然后根据电子守恒列等式:
氧化剂的物质的量×每摩尔氧化剂得电子数=还原剂的物质的量×每摩尔还原剂失电子数,利用这一等式,解氧化还原反应计算题,可化难为易,化繁为简。
【例6】 实验室用MnO2和浓盐酸制氯气的反应为MnO2+4HCl(浓)
MnCl2+2H2O+Cl2↑。
反应中,如果有17.4gMnO2被还原,那么:
(1)被氧化的氯化氢的质量为_______________________________________________。
(2)转移电子的物质的量为________________________________________________。
(3)纺织工业中常用氯气作漂白剂,漂白布匹后,过量的氯需要除去,通常可用Na2SO3作“脱氯剂”,脱氯后的产物为Na2SO4,氯变为-1价。
若把本题中产生的Cl2完全转化,需要Na2SO3的质量为____________________________________________________________。
三、比较法学习钠的两种氧化物
1.氧化钠和过氧化钠的比较
氧化物
氧化钠(Na2O)
过氧化钠(Na2O2)
组成
Na+和O2-
Na+和O
类别
碱性氧化物
过氧化物
颜色、状态
白色固体
淡黄色固体
与水反应
Na2O+H2O===2NaOH
2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑
与CO2反应
Na2O+CO2===Na2CO3
2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2
与酸反应
Na2O+2HCl===2NaCl+H2O
2Na2O2+4HCl===4NaCl+2H2O+O2↑
漂白作用
无
有
2.有关Na2O2与CO2、H2O反应的几个重要关系
2Na2O2+2CO2===2Na2CO得2×e-3+O2失2×e-
2Na2O2+2H2O===4NaO得2×e-H+O失2×e-2↑
(1)物质的量的关系
无论是CO2或H2O的单一物质还是二者的混合物,通过足量的Na2O2时,CO2或H2O与放出的O2的物质的量之比为2∶1,解决此类问题可以借助物质的量守恒关系。
(2)电子转移关系
当Na2O2与CO2、H2O反应时,每产生1molO2转移2mole-。
(3)固体质量关系
CO2、H2O与Na2O2反应,增加的固体质量相当于Na2O2只吸收了CO2中的“CO”、H2O中的“H2”,得到如下关系式:
CO+Na2O2===Na2CO3、H2+Na2O2===2NaOH。
(4)反应的先后顺序关系
一定量的Na2O2与一定量的CO2和H2O(g)混合物反应时,可视为Na2O2先与CO2反应,待CO2反应完全后,Na2O2再与H2O反应。
3.氧化钠和过氧化钠与水形成的溶液的质量分数的比较
Na2O与水反应,每消耗62gNa2O,生成80gNaOH,溶液质量增加62g;Na2O2与水反应,每消耗78gNa2O2,生成80gNaOH,溶液质量增加62g(产生16gO2),因此,有如下规律:
(1)等物质的量的Na2O和Na2O2投入等量且足量的水中,所形成的溶液完全相同。
(2)等质量的Na2O与Na2O2投入等量且足量的水中,w(NaOH)前者大于后者。
【例7】 1mol过氧化钠与2mol碳酸氢钠固体混合后,在密闭容器中加热并充分反应,排出气体物质后冷却,残留的固体物质是( )
A.Na2CO3
B.Na2O2、Na2CO3
C.NaOH、Na2CO3
D.Na2O2、NaOH、Na2CO3
四、碳酸钠、碳酸氢钠的比较与鉴别方法
1.碳酸钠和碳酸氢钠比较
碳酸钠(Na2CO3)
碳酸氢钠(NaHCO3)
俗名
纯碱、苏打
小苏打
溶解性
均易溶,碳酸钠的溶解度大于碳酸氢钠的溶液度
热稳定性
稳定,不易分解
2NaHCO3
Na2CO3+CO2↑+H2O
溶液酸碱性
碱性
与盐酸反应
Na2CO3+2HCl===
2NaCl+H2O+CO2↑
NaHCO3+HCl===
NaCl+H2O+CO2↑
与碱
NaOH
不反应
NaHCO3+NaOH
===Na2CO3+H2O
石灰水
Na2CO3+Ca(OH)2===
CaCO3↓+2NaOH
2NaHCO3+Ca(OH)2
===CaCO3↓+
Na2CO3+2H2O
与CaCl2反应
Na2CO3+CaCl2===CaCO3↓+2NaCl
不反应
与CO2反应
Na2CO3+CO2+H2O===2NaHCO3
不反应
用途
应用于玻璃、制皂、造纸、纺织、洗涤剂等工业
食品工业上作发酵粉,医疗上用于治疗胃酸过多,用作泡沫灭火剂
相互转化
Na2CO3
NaHCO3
2.碳酸钠、碳酸氢钠性质异同的应用
(1)除杂净化
①CO2气体中混有少量HCl气体:
可将混合气体通入饱和NaHCO3溶液中,然后干燥后收集。
NaHCO3+HCl===NaCl+H2O+CO2↑
②Na2CO3固体粉末中混有NaHCO3,用加热法。
2NaHCO3
Na2CO3+H2O+CO2↑
③Na2CO3溶液中混有NaHCO3,滴加适量NaOH溶液。
NaHCO3+NaOH===Na2CO3+H2O
④NaHCO3溶液中混有Na2CO3,通入过量的CO2气体。
Na2CO3+CO2+H2O===2NaHCO3
(2)鉴别方法
①固体受热法:
将两种粉末加热,产生能使澄清石灰水变浑浊的气体的是NaHCO3,不产生气体的是Na2CO3。
②CaCl2(或BaCl2)溶液:
各取适量两待测液分别置于洁净的试管中,向两溶液中分别加入BaCl2(或CaCl2)溶液,产生白色沉淀的是Na2CO3,不产生白色沉淀的是NaHCO3。
③用稀盐酸:
各取适量两待测液分别置于洁净的试管中,分别逐滴加入稀盐酸,立即产生气体的是NaHCO3;开始无气泡,加入一定量稀盐酸后,才开始产生气体的是Na2CO3。
【例8】 日常生活中,经常用到苏打(又叫纯碱)和小苏打两种物质。
(1)下列有关苏打和小苏打的叙述中不正确的是______(填字母,下同)。
A.苏打和小苏打都易溶于水
B.在受热的条件下,苏打比小苏打稳定
C.苏打和小苏打中分别滴加等浓度的盐酸,苏打放出气体的速率比小苏打慢
D.相同质量的苏打和小苏打分别与足量等浓度的盐酸反应,苏打放出的气体比小苏打多
(2)欲除去小苏打溶液中少量的苏打杂质,加入的物质最适宜的是________。
A.过量的二氧化碳
B.足量的盐酸
C.适量的NaOH溶液
D.适量的Ca(HCO3)2溶液
(3)欲除去苏打粉中的小苏打杂质的方法是________。
A.加入盐酸B.通入二氧化碳
C.加热D.加入氢氧化钙
答案精析
专题突破
【例1】 C [电解质必须是化合物,Cl2是单质,既不是电解质,也不是非电解质,A不正确;漂白粉是利用HClO的强氧化性杀菌消毒,而明矾是利用Al3+和水反应生成Al(OH)3胶体吸附杂质,B不正确;有色布条褪色只能说明溶液中存在HClO,D不正确。
]
【例2】
(1)氯 K2Cr2O7
(2)Cl2 HCl (3)3∶4
(4)
【例3】 C [在同一个氧化还原反应中,氧化性:
氧化剂>氧化产物;还原性:
还原剂>还原产物。
反应①中氧化剂是BrO
、氧化产物是ClO
,则氧化性:
BrO
>ClO
;同理,由反应②知,氧化性:
ClO
>Cl2;由反应③知,氧化性:
Fe3+>I2;由反应④知,氧化性:
Cl2>Fe3+。
综上可知,氧化性:
BrO
>ClO
>Cl2>Fe3+>I2。
]
【例4】 C [可由三个反应方程式得出如下结论:
氧化性:
MnO
>Cl2>Fe3+>I2;还原性:
Mn2+<Cl-<Fe2+<I-。
所以MnO
可氧化Cl-、Fe2+、I-,Cl2能氧化Fe2+、I-,Fe3+只能氧化I-,因而符合题意的氧化剂只能为FeCl3。
]
【例5】 D [由题意,氧化性PbO2>MnO
,则还原性Pb2+<Mn2+,那么Pb2+与MnO
间不能发生氧化还原反应。
]
【例6】
(1)14.6g
(2)0.4mol (3)25.2g
解析
(1)设被氧化的HCl的质量为x,根据反应方程式:
MnO2+4HCl(浓)
MnCl2+Cl2↑+2H2O知,若有1molMnO2被还原,则有2molHCl被氧化,
则:
=
,解得:
x=14.6g。
(2)该方程式中转移电子数为2,所以电子数(未知量)与MnO2(已知量)的关系为MnO2~2e-。
(3)Na2SO3与Cl2的反应为Na2SO3+Cl2+H2O===Na2SO4+2HCl,所以MnO2(已知量)与Na2SO3(待求量)的物质的量比关系为MnO2~Cl2~Na2SO3。
综合上述关系,有如下关系式:
MnO2~2e-~Na2SO3
即
=
=
解得:
n(e-)=0.4mol,m(Na2SO3)=25.2g。
【例7】 A
【例8】
(1)D
(2)A (3)C
解析 根据Na2CO3和NaHCO3的相互转化关系得知,除去NaHCO3溶液中混有的Na2CO3,可采取往溶液中通入过量的二氧化碳的方法;除去Na2CO3固体中混有的NaHCO3的简易方法是加热。
【例9】
序号
正误判断
错误原因
正确的离子方程式
①
×
不符合反应事实,产物应为Fe2+,不是Fe3+
Fe+2H+===Fe2++H2↑
②
×
产物为Fe(OH)3胶体,不是沉淀
Fe3++3H2O
Fe(OH)3(胶体)+3H+
③
×
氢氧化铜不能写成OH-,应写化学式
Cu(OH)2+2H+===Cu2++2H2O
④
×
生成Cu(OH)2沉淀的同时生成BaSO4沉淀
Ba2++2OH-+Cu2++SO
===BaSO4↓+Cu(OH)2↓
⑤
×
反应方程式两边电荷不守恒
2Al+3Cu2+===2Al3++3Cu
⑥
×
生成BaSO4与H2O的物质的量之比应为1∶2
2H++SO
+Ba2++2OH-===BaSO4↓+2H2O
⑦
√
⑧
×
Ca2+应参与反应,有CaCO3沉淀生成
Ca2++2HCO
+2OH-===CaCO3↓+CO
+2H2O
【例10】
(1)①N溶液中不含CO
、SO
(或M溶液中一定含有CO
、SO
)
②取M溶液进行焰色反应,焰色为黄色,再透过蓝色钴玻璃观察火焰颜色,不呈紫色
(2)M N溶液中含有H+、Fe2+、Al3+、NH
、K+,由于N溶液为酸性,又含有Fe2+,所以N溶液中不含NO
N 根据溶液呈电中性原则,可以确定Cl-存在于N溶液中
(3)OH-、AlO
、CO
、SO
、Na+、NO
解析 少量N溶液中滴加足量的硝酸钡溶液,无沉淀产生,说明N溶液中不含CO
、SO
,那么M溶液中一定含有CO
、SO
。
取M溶液进行焰色反应,焰色为黄色,证明含有Na+,再透过蓝色钴玻璃观察火焰颜色,不呈紫色,说明M中不含K+;用pH试纸检测M溶液,pH试纸呈蓝色,说明M溶液显碱性,含有大量的OH-,那么N溶液中含有大量的H+。
AlO
不可能存在于酸性溶液中,Al3+、Fe2+、NH
不可能存在于碱性溶液中,所以判断M溶液中有OH-、AlO
、CO
、SO
、Na+,N溶液中含有H+、Fe2+、Al3+、NH
、K+。
由于N溶液为酸性,又含有Fe2+,所以N溶液中不含NO
;根据溶液呈电中性原则,可以确定Cl-存在于N溶液中。
【例11】
(1)①Cl2+2Br-===2Cl-+Br2
③BrO
+5Br-+6H+===3Br2+3H2O Br2 Br2
(2)Br2+SO2+2H2O===2HBr+H2SO4
(3)分液漏斗
解析 本题主要是根据信息书写化学方程式。
(1)由方程式②可知用纯碱溶液吸收后,溶液中溴元素以BrO
、Br-形式存在,溴元素的化合价分别为+5价、-1价,在酸性条件下又生成0价的Br2,所以反应③的反应物为BrO
、Br-、H+,生成物为Br2和H2O。
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