专题19主族非金属氯的氧化物及含氧酸原卷版.docx
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专题19主族非金属氯的氧化物及含氧酸原卷版
系列一主族非金属
专题9氯的氧化物及其含氧酸
一、氯的氧化物-ClO2
1.ClO2的制取
(1)实验室制法
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,化学方程式为
2NaClO3+Na2SO3+H2SO4
2ClO2↑+2Na2SO4+H2O。
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↑+2H2O
④亚氯酸钠与盐酸反应法:
5NaClO2+4HCl===5NaCl+4ClO2↑+2H2O
2.ClO2的性质
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-59℃,沸点11℃。
主要用于自来水的消毒、木质纸浆的漂白。
二氧化氯具有杀菌能力强、对人体及动物没有危害以及对环境不造成二次污染等特点。
(1)ClO2不是HClO2的酸酐,它在碱中发生歧化:
2ClO2+2OH===ClO
+ClO
+H2O
(2)ClO2极不稳定,温度稍高、浓度稍大则发生爆炸分解成单质,2ClO2===Cl2+2O2,若用空气、二氧化碳、氮气等稀释时,爆炸性会降低。
(3)光照条件下在中性水溶液中,ClO2会发生歧化分解,形成盐酸和氯酸的混合物6ClO2+3H2O
HCl+5HClO3
(4)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:
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SO
,即8ClO2+5S2-+4H2O===5SO
+8Cl-+8H+
④ClO2能把废水中的CN-氧化成无毒气体:
2ClO2+2CN-===2CO2+N2+2Cl-
二、氯的含氧酸-HClO(次氯酸)、HClO2(亚氯酸)、HClO3(氯酸)、HClO4(高氯酸)。
1.次氯酸(HClO)及其盐
(1)次氯酸是弱酸,其酸酐是一氧化二氯(Cl2O)。
(2)次氯酸具有强氧化性:
3HClO+S+H2O===H2SO4+3HCl,若HClO过量则产生Cl2:
HClO+HCl===Cl2↑+
H2O
(3)次氯酸钠也具有强氧化性:
NaClO+PbCl2+H2O=PbO2+2HCl+NaCl
Ni(OH)2+NaClO===NiO(OH)2+NaCI
(4)在水中加入新生成的HgO或碳酸盐可制得次酸:
2HgO+2Cl2+H2O===HgO・HgCl2↓+2HClO,CaCO3+2Cl2+H2O===CaCl2+CO2+2HClO
2.亚氯酸(HClO2)及其盐
(1)HClO2是弱酸,其酸性大于HClO,K=5.0×10-3。
(2)NaClO2加热或撞击爆炸分解,在溶液中受热分解:
3NaClO2
NaClO3+NaCl
(3)ClO2在碱中发生歧化反应生成亚氯酸盐和氯酸盐:
2ClO2+2NaOH===NaClO2+NaClO3+H2O
(4)Na2O2与ClO2反应制备纯NaC1O2:
Na2O2+2C1O2===2NaClO2+O2
3.氯酸(HClO3)及其盐
(1)HClO3为强酸,仅存在于溶液中,减压蒸馏冷溶液可得到黏稠的浓溶液。
(2)HClO3不稳定,可按如下方式分解:
①光催化分解:
2HClO3
2HC1+3O2↑
②歧化分解:
4HClO3
HCl+3HClO4
③浓溶液热分解:
8HClO3(浓)
4HC1O4+2Cl2↑+3O2↑+2H2O
(3)氯酸钠是强氧化剂,可用于制取ClO2:
2NaClO3+SO2+H2SO4===2C1O2+2NaHSO4
(4)氯酸钾是强氧化剂,其稳定性大于氯酸的稳定性,催化分解产生氧气:
2KCO3
2KC1+3O2↑,受热时发生歧化反应分解:
4KClO3
KCl+3KClO4。
4.高氯酸(HClO4)及其盐
(1)高氯酸是无机含氧酸中最强的酸。
KClO4和NH4ClO4的溶解度较小。
(2)HClO4不稳定,易爆炸分解:
4HClO4(浓)
2Cl2↑+7O2↑+2H2O
(3)浓HClO4具有强氧化性:
2HClO4(浓)+I2+4H2O===2H5IO6+Cl2↑
(4)工业上制备高氯酸可采用电解氧化HCl(aq)法:
Pt阳极:
Cl-+8e-+4H2O===ClO4-+8H+
Ag(Cu)阴极:
2H++2e-===H2↑
【习题1】ClO2是一种高效安全的杀菌消毒剂。
氯化钠电解法生产ClO2工艺原理示意图如下:
(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:
______________________。
【习题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)已知常温下Ka(HClO2)=1.1×10-2,则反应HClO2+OH-
+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_________________________________________。
【习题3】亚氯酸钠(NaClO2)具有强氧化性,受热易分解,可作漂白剂、食品消毒剂等。
Ⅰ.亚氯酸钠的制备
以氯酸钠等为原料制备亚氯酸钠的工艺流程如下:
(1)提高“反应1”反应速率的措施有__________________(答出一条即可)。
母液中溶质的主要成分是___________(填化学式)。
(2)每有1molSO2参加反应,理论上可生成ClO2的物质的量为________mol。
(3)“反应2”的化学方程式为_____________________________________。
(4)采取“减压蒸发”而不用“常压蒸发”,原因是____________________。
(5)“反应2”中使用H2O2而不用其他物质的原因是____________________。
Ⅱ.亚氯酸钠的应用
(6)用亚氯酸钠作水处理剂,水中可能残留少量亚氯酸钠,可以加入硫酸亚铁除去残留的亚氯酸盐,硫酸亚铁除可与亚氯酸钠反应外,还可以起到的作用是____________。
(7)实验室可用亚氯酸钠和氯酸钠在酸性条件下反应制备ClO2气体。
写出上述反应的离子方程式为____________________________。
【习题4】亚氯酸钠是一种高效氧化性漂白剂。
主要用于棉纺、亚麻、纸浆漂白、食品消毒、水处理、杀菌灭藻和鱼药制造。
某化学兴趣小组对亚氯酸进行了研究,请回答下列问题。
已知:
NaClO2饱和溶液在温度低于38℃时析出的晶体是NaClO2·3H2O,高于38℃时析出的晶体是NaClO2,高于60℃时NaClO2分解成NaClO3和NaC1。
(1)下列物质中与亚氯酸钠漂白原理相同的是_______。
A.H2O2B.NaClOC.SO2D.Al(OH)3胶体
(2)现利用下图所示装置(夹持装置省略)进行制取NaClO2晶体实验。
a.装置②中两种实验仪器的名称分别是_____________ 、___________。
b.装置②中产生ClO2的化学方程式为_________________________。
装置④中制备NaClO2的离子方程式为________________________。
c.装置③的作用是________________。
d.未反应完的ClO2在装置⑤中可被NaOH溶液吸收,生成的氧化产物与还原产物均为含氧酸盐,且二者的物质的量之比为1:
1,请写出该反应的离子方程式______________________。
e.从装置④反应后的溶液获得NaClO2晶体的操作步骤如下:
①减压,55℃蒸发结晶;②趁热过滤;③___________;④低于60℃干燥,得到成品。
(3)用如下实验方案测定亚氯酸钠样品的纯度。
亚氯酸钠样品纯度测定实验用到的化学反应方程式为ClO2-+4I-+4H+=2H2O+2I2+Cl-、I2+2S2O32-=2I-+S4O62-
a.该测定实验用到的指示剂为_________________。
b.为测定亚氯酸钠样品纯度,需要用到下列实验数据中的___________(填写选项字母)
A.亚氯酸钠样品的质量(ag)
B.过量的碘化钾晶体的质量(bg)
C.稀硫酸的浓度(cmol/L)和体积(DmL)
D.指示剂的加入量(dmol)
E.标准液的浓度(emol/L)和消耗体积(VmL)
用上述选定的数据表示出样品中NaC1O2质量分数____________。
【习题5】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_______(填序号,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0.1mol/L的NaHSO4溶液,请设计实验方案判断HSO4-在溶液中是否完全电离:
__________________________。
【习题6】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SO
,检验装置D中是否含有SO
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SO
。
(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:
ClO
+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+2S2O
===2I-+S4O
)。
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)。
【习题7】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SO
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)。
【习题8】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)
【习题9】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,ClO
很稳定;酸性条件下,ClO-、ClO
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:
ClO
+I-+H+―→Cl-+I2+H2O(未配平)。
步骤4:
加入指示剂,用0.5000mol·L-1Na2S2O3标准溶液滴定至终点,消耗标准溶液48.00mL,发生反应:
2S2O
+I2===S4O
+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______________________________________。
②该晶体中KClO3的质量分数为________。
③若步骤2中未进行煮沸,则所测KClO3的质量分数________(填“偏低”“偏高”或“无影响”)。
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- 专题 19 非金属 氧化物 含氧酸 原卷版
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