优化方案教师用书届高考化学一轮复习第四章第二讲富集在海水中的元素卤素.docx
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优化方案教师用书届高考化学一轮复习第四章第二讲富集在海水中的元素卤素
第二讲 富集在海水中的元素——卤素
[考纲展示]
1.了解氯单质及其重要化合物的主要性质及应用。
2.了解氯单质及其重要化合物对环境质量的影响。
3.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)。
4.了解卤族元素的性质递变规律及与化工生产相结合的资源综合利用。
考点一 氯及其化合物的性质及应用[学生用书P76]
一、氯气的物理性质
颜色
状态
气味
密度
溶解性
黄绿色
气体
刺激性气味
比空气大
可溶于水
二、氯气的化学性质
1.与金属反应
2.与非金属反应
3.与水反应:
H2O+Cl2
HCl+HClO。
4.与碱液反应
5.与还原性物质反应
三、次氯酸和次氯酸盐的性质
1.次氯酸(HClO)
(1)不稳定性:
见光易分解,化学方程式为2HClO
2HCl+O2↑。
(2)弱酸性:
比碳酸酸性弱,电离方程式为HClO
H++ClO-。
(3)强氧化性:
具有漂白性。
2.Ca(ClO)2的主要化学性质
(1)Ca(ClO)2是漂白粉的有效成分,它的稳定性比HClO强。
(2)水解显碱性,其水解离子方程式为ClO-+H2O
HClO+OH-。
(3)与CO2和水反应生成HClO,作为漂白或消毒剂的原理可用化学方程式表示为
Ca(ClO)2+CO2+H2O===2HClO+CaCO3↓。
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FeCl2不能由两种单质化合生成。
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。
3HClO不稳定,不能单独存在,只存在于氯水、次氯酸盐溶液或次氯酸盐与酸反应的混合物中。
4不能用pH试纸测量氯水的pH,原因是氯水中的HClO具有漂白性。
5工业上制取漂白粉是用氯气与石灰乳反应制得,而不是用氯气与石灰水反应。
6氯水中的HClO见光易分解,通常保存在棕色试剂瓶中并置于阴暗处。
(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.(2015·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。
题组一 氯气的性质
1.(教材改编)
(1)如遇到氯气泄漏应如何自救?
(2)将Cl2通入石蕊试液中的现象是什么?
能用pH试纸测定氯水的pH吗?
答案:
(1)用蘸有肥皂水或纯碱溶液的毛巾捂住口鼻,并沿逆风向往高处转移。
(2)现象是先变红后褪色。
不能用pH试纸测定,因为氯水中的HClO能将pH试纸漂白。
2.(2015·山东潍坊高三联考)氯气是一种化学性质很活泼的非金属单质,它具有较强的氧化性,下列叙述中不正确的是( )
A.红热的铜丝在氯气里剧烈燃烧,生成棕黄色的烟
B.通常状况下,干燥的氯气能和Fe反应
C.纯净的H2在Cl2中安静地燃烧,发出苍白色火焰,集气瓶瓶口呈现雾状;光照H2和Cl2的混合气体时,因迅速化合而爆炸
D.氯气能与水反应生成HClO和HCl,久置氯水最终变为稀盐酸
解析:
选B。
Cl2与铁的反应需要加热,所以在通常状况下,干燥的Cl2与Fe不能反应。
题组二 氯水的性质及变化
3.氯气溶于水达到平衡后,若其他条件不变,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.加入少量固体NaOH,一定有c(Na+)=c(Cl-)+c(ClO-)
D.加入少量水,水的电离平衡向正反应方向移动
解析:
选D。
Cl2溶于水后,存在如下平衡:
Cl2+H2O
H++Cl-+HClO,HClO
H++ClO-,前者程度大,后者程度小,c(H+)增大的多,c(ClO-)增大的少,
增大,A错;SO2+Cl2+2H2O===2HCl+H2SO4,溶液漂白性减弱,B错;加入少量NaOH固体后,当溶液pH=7时选项中式子成立,故C错;D中加入水后,水的电离平衡向正反应方向移动,D对。
4.已知次氯酸是比碳酸还弱的酸,反应Cl2+H2O
HCl+HClO达到平衡后,要使HClO浓度增大,可加入( )
A.NaCl固体 B.水
C.CaCO3固体D.NaOH固体
解析:
选C。
加入NaCl(s),c(Cl-)增大,平衡左移,c(HClO)减小,A错误;加水平衡正向移动,但由于体积增大c(HClO)减小,B错误;加CaCO3(s),只消耗HCl,平衡右移,c(HClO)增大,C正确,加入NaOH(s),可同时消耗HCl和HClO,致使c(HClO)减小。
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
②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
考点二 氯气的实验室制法[学生用书P78]
一、实验室制取、收集干燥纯净氯气的装置
二、验满方法
1.将湿润的淀粉碘化钾试纸靠近收集Cl2的瓶口,观察到试纸立即变蓝,则证明已集满。
2.将湿润的蓝色石蕊试纸靠近收集Cl2的瓶口,观察到试纸立即发生先变红后褪色的变化,则证明已集满。
氯气的制取及性质实验中易出现的错误
(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)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。
(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] A.MnO2固体与浓HCl要在加热条件下发生反应制取Cl2,缺少加热装置。
B.除去Cl2中混有的HCl气体,应将混合气体从长导气管通入盛有饱和食盐水的洗气瓶洗气,较纯净的气体从短导气管流出。
C.制取Cl2实验结束后,将剩余物过滤除去未反应的MnO2,得到MnCl2溶液,从而回收MnCl2。
D.MnCl2为强酸弱碱盐,易发生水解反应,直接蒸发溶剂,不能得到纯净的MnCl2·4H2O。
[答案] C
2.如图是某研究性学习小组设计制取氯气并以氯气为反应物进行特定反应的装置。
(1)要将C装置接入B和D之间。
正确的接法是a→____→______→d。
(2)实验开始先点燃A处的酒精灯,打开旋塞K,让Cl2充满整个装置,再点燃D处酒精灯。
Cl2通过C装置后进入D,D装置内盛有炭粉,发生氧化还原反应,生成CO2和HCl(g),发生反应的化学方程式为________________________________________________。
为了使C装置发挥更好的作用,可向烧杯中加入浓硫酸,加入浓硫酸的作用是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)D处反应完毕后,关闭旋塞K,移去两个酒精灯,由于余热的作用,A处仍有少量Cl2产生,此时B中的现象是________________________________,B的作用是________________________________。
(4)用量筒量取20mLE中溶液,倒入气密性良好的分液漏斗中,然后再注入10mLCCl4,盖好玻璃塞,振荡,静置于铁架台上(如图),等分层后取上层液和下层液,呈黄绿色的是________(填“上层液”或“下层液”),再装入如图所示的烧杯中,能使有色布条褪色的是________(填“上层液”或“下层液”)。
(5)在A、B、C、D、E装置中有一处需要改进,说明需要改进的理由并在方框中画出改进后的装置图______________________________________________。
解析:
(1)连接的关键是C装置的作用,由于D中反应生成了CO2和HCl,有氢元素存在,说明有水参加反应,反应方程式为2Cl2+C+2H2O(g)
4HCl+CO2,C装置的作用是提供水蒸气,而且Cl2从C中出来带出水蒸气,因此应该是长进短出。
(2)C中提供水蒸气,烧杯中加入浓硫酸,浓硫酸溶于水放热,有利于水蒸气生成。
(3)K关闭,此时B相当于量气装置,生成的气体将B中水压入长颈漏斗中。
(4)此步操作是卤素单质的萃取,Cl2易溶于CCl4,而使CCl4层呈黄绿色,Cl2无漂白性,上层液中含有Cl2和水反应生成的HCl和HClO,HClO具有漂白性,可以使有色布条褪色。
(5)由于D中反应生成了极易溶于水的HCl,E装置不正确,会造成E中水倒吸,可以用一个倒置的小漏斗防止倒吸。
答案:
(1)c b
(2)2Cl2+C+2H2O(g)
4HCl+CO2 加入的浓硫酸溶于水能放出大量的热,有利于试管中的水变为水蒸气,从而提供足量的水蒸气供D中反应需要
(3)瓶中液面下降,长颈漏斗内液面上升 贮存少量Cl2,避免Cl2对环境造成污染
(4)下层液 上层液
(5)D中反应生成的HCl气体极易溶于水,易发生倒吸 改进后装置为
题组一 氯气的制备
1.(教材改编)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( )
A.②③④①⑤ B.②①③⑤④
C.②①⑤④③D.②①③④⑤
解析:
选C。
安装顺序从下到上,从左到右,检查气密性要在加入试剂之前。
2.实验室制备氯气的装置如下图。
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.①B.②
C.③D.④
解析:
选C。
装置③的导气管长短错误,应长进短出。
题组二 氯气的制取和性质综合实验
3.(2015·河北邢台模拟)某学习小组通过查阅资料发现用KClO3和浓盐酸反应也可以制备氯气。
为此该小组利用如图所示装置在实验室中制取Cl2并探究其相关性质。
(1)装置A中存在一处错误,请改正这处错误:
____________________________。
(2)写出装置A中发生反应的化学方程式:
_________________________________。
(3)为了除去氯气中的氯化氢,需要在装置A、B之间添加装置E,装置E中所盛装的试剂为________。
为了探究使有色布条褪色的是氯气还是氯气与水反应的生成物,需要在整套装置中添加装置E,其中加入浓硫酸,装置E在整套装置中的添加位置为________(填序号)。
a.A、B之间b.B、C之间
c.C、D之间d.D之后
(4)取下集气瓶B,将铁丝加热至红热状态,伸入到集气瓶B中,可以观察到的现象是________________________________________________________________________,
能检验该反应产物中铁元素价态的试剂是________(填序号)。
a.氯水b.蒸馏水和铁粉
c.氢氧化钠溶液d.KSCN溶液
解析:
(1)装置A中如果使用普通漏斗,会造成氯气的外逸,所以应将A中的普通漏斗改为分液漏斗;
(2)KClO3与浓盐酸反应的产物有KCl、H2O和Cl2;
(3)除去Cl2中所含的HCl应选用饱和食盐水,浓硫酸起到干燥Cl2的作用,所以盛有浓硫酸的装置E应添加在B、C之间;
(4)氯气与铁反应生成红棕色的FeCl3,检验产物中铁元素的价态可以选用的试剂有b、c、d,其现象分别是
①将生成的产物溶解在蒸馏水中,加入铁粉,如果溶液的颜色由棕黄色变成浅绿色,说明产物中铁元素的价态为+3价;
②将生成的产物加入到NaOH溶液中,如果生成红褐色沉淀,证明产物中铁元素的价态为+3价;
③如果产物能使KSCN溶液变红,说明产物中铁元素的价态为+3价。
答案:
(1)普通漏斗换为分液漏斗
(2)KClO3+6HCl(浓)===KCl+3Cl2↑+3H2O
(3)饱和食盐水 b
(4)集气瓶内有红棕色烟产生 bcd
4.实验室常用MnO2与浓盐酸反应制备Cl2(发生装置如右图所示)。
(1)制备实验开始时,先检查装置气密性,接下来的操作依次是________________(填序号)。
A.往烧瓶中加入MnO2粉末
B.加热
C.往烧瓶中加入浓盐酸
(2)制备反应会因盐酸浓度下降而停止。
为测定反应残余液中盐酸的浓度,探究小组同学提出下列实验方案:
甲方案:
与足量AgNO3溶液反应,称量生成的AgCl质量。
乙方案:
采用酸碱中和滴定法测定。
丙方案:
与已知量CaCO3(过量)反应,称量剩余的CaCO3质量。
丁方案:
与足量Zn反应,测量生成的H2体积。
继而进行下列判断和实验:
①判定甲方案不可行,理由是________________________________________。
②进行乙方案实验:
准确量取残余清液稀释一定倍数后作为试样。
a.量取试样20.00mL,用0.1000mol·L-1NaOH标准溶液滴定,消耗22.00mL,该次滴定测得试样中盐酸浓度为________mol·L-1;
b.平行滴定后获得实验结果。
③判断丙方案的实验结果________(填“偏大”、“偏小”或“准确”)。
[已知:
Ksp(CaCO3)=2.8×10-9、Ksp(MnCO3)=2.3×10-11]
④进行丁方案实验:
装置如右图所示(夹持器具已略去)。
(ⅰ)使Y形管中的残余清液与锌粒反应的正确操作是将________转移到________中。
(ⅱ)反应完毕,每间隔1分钟读取气体体积,气体体积逐次减小,直至不变。
气体体积逐次减小的原因是____________________________________(排除仪器和实验操作的影响因素)。
解析:
(1)注意加药品时先加入固体MnO2,再通过分液漏斗加入浓盐酸,最后才能加热。
(2)①根据反应的离子方程式:
MnO2+4H++2Cl-
Mn2++Cl2↑+2H2O,可以看出反应残余液中c(Cl-)>c(H+),用甲方案测得的是c(Cl-),而不是c(H+)。
②根据c(盐酸)×V(盐酸)=c(氢氧化钠)×V(氢氧化钠),c(盐酸)=c(氢氧化钠)×V(氢氧化钠)/V(盐酸)=22.00mL×0.1000mol·L-1/20.00mL=0.1100mol·L-1。
③由于Ksp(MnCO3)
④Zn与盐酸反应放热,因此,冷却后气体的体积将缩小。
答案:
(1)A、C、B(按序号写出三项)
(2)①残余清液中,n(Cl-)>n(H+)(或其他合理答案)
②0.1100 ③偏小 ④(ⅰ)Zn粒 残余清液(按序写出两项) (ⅱ)装置内气体尚未冷却至室温
高考实验中“三大创新”的启示
(1)制取Cl2原理的创新
实验室制取Cl2不再用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KMnO4(或KClO3或K2Cr2O7),使制取Cl2的反应更易进行。
(2)制取Cl2装置的创新
(3)化学实验微型化的“三大优势”
①仪器微型化:
避免了常规实验中不同实验装置的连接,
可以使实验在一个一体化实验装置内完成,从而减少了实验操作步骤、节省了资源。
②试剂微量化:
微型化实验较常规实验达到同等实验效果节约试剂用量在
以上。
③减少污染,实现化学实验绿色化:
由于实验所用的试剂量较少,产生的有害物质少,从而减少了对环境的污染,实现了化学实验的绿色化要求。
(4)微型化实验示例
如下图所示,利用培养皿探究氨气的性质:
实验时向NaOH固体上滴几滴浓氨水,立即用另一表面皿扣在上面,观察实验现象。
考点三 卤素性质及X-的检验[学生用书P80]
一、结构与性质
卤素位于元素周期表中第ⅦA族,包括:
氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)、砹(At)。
卤素原子最外层都有7个电子,都是典型的非金属元素,其单质具有相似的化学性质。
1.卤素单质和H2的反应:
X2+H2===2HX。
2.卤素单质和H2O的反应:
X2+H2O
HX+HXO(X为Cl、Br)。
3.卤素间的置换反应
将氯水滴入溴化钠溶液:
Cl2+2NaBr===2NaCl+Br2。
将溴水滴入碘化钾溶液:
Br2+2KI===2KBr+I2。
二、特殊性
卤素单质及其化合物除了具有共性外,都有其特殊性质。
1.氟
(1)无正价,非金属性最强,F-的还原性最弱。
(2)2F2+2H2O===4HF+O2,与H2反应在暗处即爆炸。
(3)氢氟酸是弱酸,能腐蚀玻璃,故应保存在铅制器皿或塑料瓶中;有毒;在HX中沸点最高。
2.溴
(1)Br2是深红棕色液体,易挥发。
(2)Br2易溶于有机溶剂。
(3)盛溴的试剂瓶中加水,进行水封,保存液溴不能用橡胶塞。
3.碘
(1)I2遇淀粉变蓝色。
(2)I2加热时易升华。
(3)I2易溶于有机溶剂。
(4)食用盐中加入KIO3可预防甲状腺肿大。
三、卤素离子的检验
1.AgNO3溶液——沉淀法
未知液
生成
2.置换——萃取法
未知液
有机层
3.氧化——淀粉法检验I-
未知液
蓝色溶液,表明有I-
(1)卤族元素单质能将同主族原子序数大的元素从其盐溶液中置换出来,但氟不能进行相应的置换,原因是F2能与NaX溶液中的水发生反应。
(2)卤族元素的单质F2、Cl2、Br2均能将Fe氧化为Fe3+,而I2只能把铁氧化为Fe2+。
(3)加碘食盐中的碘是KIO3而不是I2或KI。
(4)ClO-、ClO
、CCl4等微粒中的非离子型氯,不能与Ag+结合生成沉淀,故不能用AgNO3溶液直接检验。
(2014·高考福建卷)元素周期表中第ⅦA族元素的单质及其化合物的用途广泛。
(1)与氯元素同族的短周期元素的原子结构示意图为________。
(2)能作为氯、溴、碘元素非金属性(原子得电子能力)递变规律的判断依据是________(填序号)。
a.Cl2、Br2、I2的熔点
b.Cl2、Br2、I2的氧化性
c.HCl、HBr、HI的热稳定性
d.HCl、HBr、HI的酸性
(3)工业上,通过如下转化可制得KClO3晶体:
NaCl溶液
NaClO3溶液
KClO3晶体
①完成Ⅰ中反应的总化学方程式:
□NaCl+□H2O===□NaClO3+□________。
②Ⅱ中转化的基本反应类型是________,该反应过程能析出KClO3晶体而无其他晶体析出的原因是________________________________。
(4)一定条件下,在水溶液中1molCl-、ClO
(x=1,2,3,4)的能量(kJ)相对大小如图所示。
①D是________(填离子符号)。
②B→A+C反应的热化学方程式为______________________________________
(用离子符号表示)。
[解析]
(1)根据题意可知,与Cl同族的短周期元素为F,其原子序数为9,最外层电子数为7,电子层数为2,故其原子结构示意图为
。
(2)比较元素的非金属性强弱可以通过比较元素的气态氢化物的稳定性或者最高价氧化物对应水化物的酸性,气态氢化物越稳定、最高价氧化物对应水化物的酸性越强,元素的非金属性越强,也可以通过单质之间的置换反应,故只有b、c正确。
(3)①NaCl中Cl元素的化合价由-1价升高到NaClO3中的+5价,故必定有一种元素的化合价要降低,经分析只能是H元素由+1价降到0价,因此结合原子守恒和电子守恒可写出化学方程式:
NaCl+3H2O===NaClO3+3H2↑。
②由NaClO3和KCl反应生成KClO3和NaCl,元素的化合价都没有变化,故为复分解反应;其他晶体没有析出,只析出了KClO3,说明KClO3的溶解度较小,小于其他晶体。
(4)①根据图示曲线可知Cl元素的化合价越来越高,由曲线可知D中Cl元素的化合价是+7价,因此ClO
中x=4,即D为ClO
。
②根据曲线可知A为Cl-、B为ClO-,故化学方程式为3ClO-===2Cl-+ClO
,结合曲线可知ClO-相对Cl-的能量为60kJ,ClO
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