高考化学一轮复习考点过关非金属元素及其化合物专题1氯及其化合物.docx
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高考化学一轮复习考点过关非金属元素及其化合物专题1氯及其化合物
专题1氯及其化合物
【复习目标】
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。
【考点过关】
1.氯气的性质
(1)氯气的性质
物理性质
常温下,氯气是黄绿色、有刺激性、能溶于水、比空气重、易液化的有毒气体
化学性质
与金属反应
2Na+Cl2
2NaCl(产生白烟)
Cu+Cl2
CuCl2(产生棕黄色的烟)
2Fe+3Cl2
2FeCl3(产生棕色的烟,常温下干燥的氯气或液氯不与铁反应,所以液氯通常储存在钢瓶中)
与非金属反应
H2+Cl2
2HCl(发出苍白色火焰,有白雾生成,可用于工业制盐酸)
H2+Cl2
2HCl(发生爆炸,不可用于工业制盐酸)
2P+3Cl2
2PCl3(氯气不足;产生白雾)
2P+5Cl2
2PCl5(氯气充足;产生白烟)
与水反应
Cl2+H2O=HCl+HClO()
与碱反应
Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O(用于除去多余的氯气)
2Cl2+2Ca(OH)2=Ca(ClO)2+CaCl2+2H2O(用于制漂粉精或漂白粉)
与还原性物质反应
2FeCl2+Cl2=2FeCl3
2KI+Cl2=2KCl+I2(使湿润的淀粉-KI试纸变蓝色,用于氯气的检验)
SO2+Cl2+2H2O=2HCl+H2SO4(将SO2气体和Cl2气体混合后作用于有色溶液,漂白效果将大大减弱)
与某些有机物反应
CH4+Cl2
CH3Cl+HCl(取代反应)
CH2=CH2+Cl2→CH2ClCH2Cl(加成反应)
(2)氯水的组成与性质
平衡关系
Cl2+H2O
HCl+HClO(部分反应)
HClO
H++ClO-(少量电离)
H2O
H++OH-(少量电离)
存在微粒
三种分子H2O、Cl2、HClO
四种离子H+、Cl-、ClO-和OH-
新制氯水
浅黄绿色,有强氧化性和漂白性,含有Cl2、HClO、H2O、H+、Cl―、ClO―等微粒
久置氯水
无色,无强氧化性和漂白性,含有H2O、H+、Cl―等微粒
溶液性质
Cl2没有漂白性,但能够氧化Fe2+、Br—、I—、S2—、SO2—等
Cl—与硝酸银生成白色沉淀
HClO不稳定,在强光照射下氯水中有气泡产生,新制氯水应保存在棕色瓶中且置于阴凉处
HClO有漂白性,如氯水漂白物质,用氯水杀菌、消毒
H+表现酸性,能与碱或某些盐作用。
如在Na2CO3溶液中加入氯水,有气泡产生,CO32―+H+==CO2↑+H2O
多微粒同时表现,如将氯水加入石蕊试液中,观察到:
先变红(H+作用),后褪色(HClO作用)
平衡移动
c(Cl-)增大平衡左移,常用饱和食盐水除Cl2中的HCl和用排饱和食盐水法收集Cl2
加入碱,c(H+)减小平衡右移,常用NaOH溶液吸收多余Cl2和工业上制漂白粉
加入CaCO3,c(H+)减小平衡右移,常用制高浓度的HClO溶液
光照。
c(HClO)减小平衡右移,所以氯水避光保存或现用现配
(3)次氯酸盐的性质
水解性
ClO-+H2O
HClO+OH-
与强酸反应
Ca(ClO)2+CO2+H2O===2HClO+CaCO3↓(漂白剂或消毒剂的漂白原理和漂白粉变质的原因)
强氧化性
无论在酸性还是在碱性溶液中,ClO―都具有强氧化性。
在酸性条件下,ClO―的氧化性比Cl2的氧化性强,消毒杀菌效果也强一些。
次氯酸及其盐主要用作强氧化剂及杀菌消毒
【巩固演练】
下列说法正确的是。
①新制氯水显酸性,向其中滴加少量紫色石蕊试液,充分振荡后溶液呈红色A
②将CO2通入次氯酸钙溶液可生成次氯酸
③液氯和氯水是同一物质
④氯气与水的反应中氯是氧化剂,水是还原剂
⑤次氯酸钠水解的溶液呈碱性,说明次氯酸是弱酸
⑥Cl2具有很强的氧化性,在化学反应中只能做氧化剂
⑦Cl2+H2O=2H++Cl—+ClO—
⑧氯气作水的杀菌消毒剂时没有发生化学变化
⑨Cl2能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝,说明Cl2具有氧化性
⑩Cl2通入NaOH溶液的离子方程式为Cl2+OH-===Cl-+ClO-+H2O
⑪分别加新制氯水后,用CCl4萃取鉴别NaBr和KI溶液
⑫密闭容器中1molPCl3与1molCl2反应制备PCl5(g),增加2NA个P-Cl键
解析:
新制氯水中含有HCl和HClO,HClO具有强氧化性,滴入少量紫色石蕊试液的现象是先变红,后褪色,①错误;在复分解反应中,一般情况下只能用较强的酸制较弱的酸,酸性H2CO3>HClO,CO2通入次氯酸钙溶液反应为CO2+H20+Ca(ClO)2=CaCO3↓+2HClO,②正确;液氯、氯水都是液体,但前者是纯净物,后者是混合物,③错误;氯气与水的反应是氯分子中氯原子间发生的自身氧化还原,即歧化反应,水虽然是反应物,却未参加氧化还原,④错误;次氯酸钠是弱酸强碱盐,其水溶液呈碱性,⑤错误;Cl2中的氯元素化合价为0价,处于中间价态,既有氧化性又有还原性,⑥错误;HClO是弱酸,不能拆开写,⑦错误;氯气和水反应生成盐酸和次氯酸,次氯酸具有强氧化性,能使蛋白质变性而杀菌消毒,发生化学变化,⑧错误;Cl2可以用湿润的淀粉碘化钾试液检验,试液变蓝,说明KI转化为I2,则说明Cl2有强氧化性,⑨正确;电荷不守恒,应该是Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O,⑩错误;NaBr和NaI都能与氯水反应生成对于的单质,再用四氯化碳萃取,颜色层不同,⑪正确;Cl3与Cl2反应生成PCl5的反应是可逆反应,所以1molPCl3与1molCl2反应制备PCl5,增加的P-Cl键的数目小于2NA个,C错误;二氧化锰与浓盐酸反应需要加热,不能用启普发生器,⑫错误。
答案:
②④⑨⑪
2.氯气的实验室制法
实验原理
MnO2+4HCl(浓)
MnCl2+Cl2↑+2H2O(必须用浓盐酸,MnO2与稀盐酸不反应)
还可以使用KMnO4、K2Cr2O7、KClO3等作氧化剂与浓盐酸反应,使用以上物质时,反应不需要加热,如2KMnO4+16HCl(浓)=2MnCl2+2KCl+5Cl2↑+8H2O
实验装置
除杂方法
Cl2的净化用水或饱和食盐水洗气,除去混在Cl2中的HCl气体
干燥方法
用浓H2SO4除去混在Cl2中的水蒸气
收集方法
由于Cl2的密度比空气大,常用向上排空法收集,还可用排饱和食盐水的方法收集
验满方法
将湿润的淀粉碘化钾试纸靠近盛Cl2的集气瓶口,观察到试纸立即变蓝,则证明已集满
将湿润的蓝色石蕊试纸靠近盛Cl2的集气瓶口,观察到试纸先变红后褪色,则证明已集满
尾气吸收
由于Cl2有毒,多余的Cl2不能直接排放,一般用浓NaOH溶液吸收,而不能用水或澄清石灰水吸收。
因Cl2在水中溶解度不大,澄清石灰水中溶解的Ca(OH)2的量很少,只能吸收少量的Cl2
【巩固演练】
(2016届贵州七校联考)
Ⅰ.实验室常用以下几种方法制取氯气。
(1)二氧化锰与浓盐酸反应制氯气,写出其反应的离子方程式:
______________。
(2)高锰酸钾与浓盐酸反应制氯气,写出其反应的化学方程式:
_____________________。
(3)氯酸钾与浓盐酸反应制氯气,该反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比为________。
Ⅱ.某研究性学习小组利用下列装置制备漂白粉,并进行漂白粉有效成分的质量分数的测定。
(4)装置④中的X试剂为______________。
(5)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少副反应发生的方法是____________。
(6)测定漂白粉有效成分的质量分数:
称取1.000g漂白粉于锥形瓶中,加水溶解,调节溶液的pH,以淀粉为指示剂,用0.1000mol·L-1KI溶液进行滴定,溶液出现稳定浅蓝色时为滴定终点。
反应原理为:
3ClO-+I-===3Cl-+IO
,IO
+5I-+3H2O===6OH-+3I2,实验测得数据如下表所示。
滴定次数
1
2
3
KI溶液体积/mL
19.98
20.02
20.00
该漂白粉中有效成分的质量分数为________;若滴定过程中未充分振荡溶液,局部变浅蓝色时就停止滴定,则测定结果将________(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。
Ⅲ.测定饱和氯水中氯元素的总量
(7)某小组设计的实验方案为:
使用如图装置,加热15.0mL饱和氯水试样,测定产生气体的体积。
此方案不可行的主要原因是____________________________。
(不考虑实验装置及操作失误导致不可行的原因)
(8)资料:
次氯酸会破坏酸碱指示剂;次氯酸或氯气可被SO2、H2O2、FeCl2等物质还原成Cl-。
根据下列资料,为该小组设计一个可行的实验方案(不必描述操作过程的细节):
________。
解析:
(1)二氧化锰与浓盐酸反应制氯气的化学方程式为MnO2+4HCl(浓)
MnCl2+Cl2↑+2H2O,离子方程式为MnO2+4H++2Cl-
Mn2++Cl2↑+2H2O。
(2)高锰酸钾与浓盐酸反应制氯气的化学方程式为2KMnO4+16HCl(浓)===2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O。
(3)氯酸钾与浓盐酸反应制氯气的化学方程式为KClO3+6HCl(浓)===KCl+3Cl2↑+3H2O,1mol氧化剂KClO3与5mol还原剂HCl反应生成3molCl2,所以该反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比为5∶1。
高锰酸钾与浓盐酸反应制氯气,用饱和食盐水除去挥发出的氯化氢气体,氯气与石灰浆发生反应,化学方程式为2Ca(OH)2+2Cl2===CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O。
氯气有毒,所以不能直接排放,氯气能和氢氧化钠溶液反应生成氯化钠、次氯酸钠和水,所以X试剂为氢氧化钠溶液。
根据题意知,减少副反应发生的方法是降低温度,可以将装置③放于冷水浴中进行实验。
(6)消耗KI溶液的平均体积为
=20.00mL。
设ClO-的物质的量为xmol,
3ClO-+ I-===3Cl-+IO
3mol 1mol
xmol 0.1000mol·L-1×0.020L
所以x=0.006,次氯酸钙的质量为143g·mol-1×0.003mol=0.429g,所以其质量分数为
×100%=42.90%;若滴定过程中未充分振荡溶液,局部变浅蓝色时就停止滴定,则消耗KI的物质的量偏少,所以测定结果将偏低。
(7)从烧瓶中挥发出的氯气又会有一部分重新溶解在水中,同时HClO分解导致与水发生反应的氯气量增加、氯气可溶于水,不可能全部从水中逸出,故此方案无法测量水中氯元素的总量。
(8)因次氯酸会破坏酸碱指示剂,因此实验不用酸碱指示剂,可采用加入适当还原剂如H2O2、FeCO3等,将氯水中的氯元素全部转化为Cl-,然后加入足量的AgNO3溶液,测量生成沉淀的质量,然后进行计算。
答案:
(1)MnO2+4H++2Cl-
Mn2++Cl2↑+2H2O
(2)2KMnO4+16HCl(浓)===2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O(3)5∶1(4)NaOH溶液(5)2Ca(OH)2+2Cl2===CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O将装置③放于冷水浴中进行实验(6)42.90% 偏低(7)因存在Cl2的重新溶解、HClO分解等,此方案无法测算试样含氯总量(或其他合理答案)(8)量取一定量的试样,加入足量的H2O2溶液,加热除去过量的H2O2,冷却,再加入足量的硝酸银溶液,称量沉淀质量(或其他合理答案)
3.卤族元素
周期表位置
卤族元素位于周期表ⅦA族,包含氟、氯、溴、碘、砹五种元素
单质的相似性
都能与大多数金属反应,如2Fe+3Br2===2FeBr3,但I2与Fe反应生成FeI2
都能与H2反应生成HX:
X2+H2===2HX(X代表Cl、Br、I)
都能与水反应:
X2+H2O
HX+HXO(F2例外:
2F2+2H2O===4HF+O2)
都能与碱溶液反应:
X2+2NaOH===NaX+NaXO+H2O(F2例外)
单质的递变性
氟、氯、溴、碘四种单质的状态分别为气、气(易液化)、液(易挥发)固(易升华),熔、沸点逐渐升高,颜色逐渐加深(浅黄绿色、黄绿色、红棕色、紫黑色),密度逐渐增大
氯、溴、碘单质的氧化性强弱是Cl2>Br2>I2,阴离子的还原性:
Cl-<Br-<I-。
与氢气化合由难到易,Cl2能从Br-的溶液中置换出Br2,其离子方程式:
Cl2+2Br-===2Cl-+Br2;同理Br2能置换出I2,其离子方程式:
Br2+2I-===2Br-+I2
元素特殊性
氟元素无正价,非金属性最强,F-的还原性最弱;2F2+2H2O===4HF+O2,与H2反应在暗处即爆炸;氢氟酸是弱酸,能腐蚀玻璃,故应保存在塑料瓶中
Br2是深红棕色液体,易挥发;Br2易溶于有机溶剂;盛溴的试剂瓶中加水,进行水封,保存液溴不能用橡胶塞
淀粉遇I2变蓝色;I2加热时易升华;I2易溶于有机溶剂
AgX中只有AgF溶于水,且不具有感光性;CaF2中只有CaF2难溶
离子的检验
AgNO3溶液沉淀法:
置换萃取法:
氧化淀粉检验I-:
【巩固演练】
下列说法正确的是。
①卤素的钾盐中,最容易被氧化的是氟化钾
②溴化银具有感光性,碘化银不具有感光性
③某溶液与淀粉碘化钾溶液反应出现蓝色,则证明该溶液是氯水或溴水
④从HF、HCl、HBr、HI酸性递增的事实,可推出F、Cl、Br、I的非金属性递增的规律
⑤碘在KI溶液中的溶解度大于在纯水中的溶解度
⑥能使润湿的淀粉KI试纸变成蓝色的物质一定是Cl2
⑦某浅黄色的溴水,加入CCl4振荡静置后,上层显橙红色
⑧室温下,向FeCl3溶液中滴加少量KI溶液,再滴加几滴淀粉溶液,溶液变蓝色,说明Fe3+的氧化性比I2的强
⑨酸性溶液中KIO3与KI反应生成I2:
IO
+I-+6H+===I2+3H2O
⑩用湿润的碘化钾淀粉试纸鉴别Br2(g)和NO2
⑪加碘食盐可用淀粉溶液检验其中的碘
⑫要除去KBr溶液中混有的单质Br2,可用酒精萃取除去
解析:
在卤素的钾盐中,氟化钾最难氧化,①错误;AgI也具有感光性,②错误;能氧化I-→I2的还有其他溶液,碘水本身也能与淀粉反应出现蓝色,③错误;元素的非金属性强弱与其对应的氢化物溶液的酸性无关,可根据其最高价氧化物对应的水化物的酸性强弱进行比较,④错误;I2在KI溶液中存在I2+I-
I
,可使其溶解度增大,⑤正确;还有很多氧化剂(如HNO3、O3等)能将I-氧化为I2,⑥错误;CCl4的密度比水大,应下层显橙红色,⑦错误;室温下,向FeCl3溶液中滴加少量KI溶液,发生反应:
2Fe3++2I–===2Fe2++I2,Fe3+的氧化性比I2的强,⑧正确;反应前后所带电荷数不等,⑨错误;Br2(g)和NO2均具有强氧化性,均能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝,⑩错误;食盐加碘加入的是KIO3,KIO3不能使淀粉变蓝,⑪错误;由于酒精与水互溶,因此不能用酒精萃取溶液中的Br2,⑫错误。
答案:
⑤⑧
【过关演练】
1.(2017届宁德模拟)某同学在一pH试纸上滴几滴新制的氯水,现象如图所示,下列有关该实验的说法中正确的是( )
A.该实验说明Cl2分子具有漂白性
B.该实验说明H+扩散速度比HClO分子快
C.将实验后的pH试纸在酒精灯上微热,试纸又恢复为原来的颜色
D.若用久置的氯水进行实验,现象相同
2.(2016·届高邮模拟)氯水中存在多种分子和离子,它们在不同的反应中表现出各自的性质。
下列实验现象与新制氯水中的某些成分(括号内物质)没有关系的是( )
A.使红色布条褪色(HCl)B.氯水呈黄绿色(Cl2)
C.将NaHCO3固体加入新制氯水,有无色气泡(H+)D.滴加AgNO3溶液生成白色沉淀(Cl-)
3.(2016届枣庄模拟)下列说法正确的是( )
A.由酸性溶液中Mn
可以氧化Cl-可知,酸性溶液中Mn
也能氧化Br-
B.向某溶液中加入CCl4,CCl4层显紫色,证明原溶液中存在I-
C.将Na、Fe、Cu分别在Cl2中燃烧,可得到NaCl、FeCl2、CuCl2
D.将钠投入NH4Cl溶液中,只能生成一种气体
4.(2016届宿迁模拟)下列说法正确的是( )
①氯气的性质活泼,它与氢气混合后立即发生爆炸
②实验室制取氯气时,为了防止环境污染,多余的氯气可以用氢氧化钙溶液吸收
③新制氯水的氧化性强于久置氯水
④检验HCl气体中是否混有Cl2的方法是将气体通入硝酸银溶液
⑤除去Cl2中的HCl,可将气体通入饱和食盐水
A.①②③ B.②③④C.③⑤D.③
5.(2017届天一大联考)下图是工业海水提溴的部分流程,下列有关说法正确的是( )
A.“吹出”采用热空气而不是常温空气的原因是热空气的氧化性强
B.碱液吸收所发生的化学反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶5
C.第③步中“酸化”要用强氧化性的酸,如硝酸
D.含溴的水溶液B中的单质溴浓度比A中的大
6.(2016年高考上海卷)向新制氯水中加入少量下列物质,能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
7.(2017年高考浙江选考卷)已知还原性:
SO32->I―。
向含amolKI和amolK2SO3的混合液中通入bmolCl2充分反应(不考虑Cl2与I2之间的反应)。
下列说法不正确的是
A.当a≥b时,发生的离子反应为SO32-+Cl2+H2O=SO42-+2H++2Cl―
B.当5a=4b时,发生的离子反应为4SO32-+2I―+5Cl2+4H2O=4SO42-+I2+8H++10Cl―
C.当a≤b≤
时,反应中转移电子的物质的量n(e―)为amol≤n(e―)≤3amol
D.当a
时,溶液中SO42-、I―与Cl―的物质的量之比为a:
(3a—2b):
2b
8.(2017届天一大联考)某兴趣小组拟制备氯气并验证其一系列性质,实验装置如下图所示(省略夹持装置)。
已知:
硫代硫酸钠(Na2S2O3)溶液在工业上可作为脱氯剂。
(1)仪器a的名称是 ,其中盛有浓盐酸,烧瓶A中盛有的固体试剂是 (填化学式)。
(2)装置B中盛有饱和NaCl溶液,装置B的作用是 (填字母)。
a.除去Cl2中的杂质HClb.干燥c.提供后续水蒸气d.观察装置是否堵塞
(3)c处有色布条褪色,而d处不褪色,这说明 。
(4)实验结束后,打开e的活塞,使其中的溶液流入到锥形瓶D中,摇匀锥形瓶,静置后可观察到 。
(5)装置E中发生反应的离子方程式为 。
9.(2017届揭阳模拟)实验室用下图所示装置制备氯气并进行性质实验(必要时可加热,省略夹持装置)。
(1)仪器a的名称是 ;装置B中长颈漏斗的作用是 。
蒸馏烧瓶b中发生反应的化学方程式为 。
(2)洗气装置B中试剂是饱和食盐水,其作用是 ,分液漏斗D中发生反应的化学方程式为 。
(3)装置C中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ依次放入湿润的有色布条、无水氯化钙、干燥的有色布条,设计C装置的目的是 。
(4)F处为尾气吸收装置,写出实验室利用烧碱溶液吸收Cl2的离子方程式:
。
(5)实验结束后将产生的氯气通入含紫色石蕊溶液的试管中,请填写下表中的空白:
实验现象
原因
溶液最初从紫色逐渐变为 色
氯气与水反应生成的H+使石蕊变色
随后溶液逐渐变为无色
然后溶液从无色逐渐变为 色
10.(2016年高考全国卷Ⅰ)NaClO2是一种重要的杀菌消毒剂,也常用来漂白织物等,其一种生产工艺如下:
回答下列问题:
(1)NaClO2中Cl的化合价为________。
(2)写出“反应”步骤中生成ClO2的化学方程式__________________________。
(3)“电解”所用食盐水由粗盐水精制而成,精制时,为除去Mg2+和Ca2+,要加入的试剂分别为________、________。
“电解”中阴极反应的主要产物是________。
(4)“尾气吸收”是吸收“电解”过程排出的少量ClO2。
此吸收反应中,氧化剂与还原剂的物质的量之比为________,该反应中氧化产物是________。
(5)“有效氯含量”可用来衡量含氯消毒剂的消毒能力,其定义是:
每克含氯消毒剂的氧化能力相当于多少克Cl2的氧化能力。
NaClO2的有效氯含量为________。
(计算结果保留两位小数)
11.(2017年高考浙江选考卷)氯及其化合物在生活和生产中应用广泛。
(1)已知:
900K时,4HCl(g)+O2(g)
2Cl2(g)+2H2O(g),反应自发。
①该反应是放热还是吸热,判断并说明理由_________。
②900K时,体积比为4:
l的HCl和O2在恒温恒容的密闭容器中发生反应,HCl的平衡转化率α(HCl)随压强(P)变化曲线如图。
保持其他条件不变,升温到TK(假定反应历程不变),请画出压强在1.5×l05~4.5×105Pa范围内,HCl的平衡转化率α(HCl)随压强(P)变化曲线示意图。
(2)已知:
Cl2(g)+2NaOH(aq)==NaCl(aq)+NaClO(aq)+H2O(l)△Hl=―102kJ·mol-1
3Cl2(g)+6NaOH(aq)==5NaCl(aq)+NaClO3(aq)+3H2O
(1)△H2=―422kJ·mol-1
①写出在溶液中NaClO分解生成NaClO3的热化学方程式_____________________。
②用过量的冷NaOH溶液吸收氯气,制得NaClO溶液(不含NaClO3),此时ClO―的浓度为c0mol·L-1;加热时NaClO转化为NaClO3,测得t时刻溶液中ClO―浓度为ctmol·L-1,写出该时刻溶液中Cl―浓度的表达式;c(Cl―)=_________mol·L-1(用c0、ct表示)
③有研究表明,生成NaClO3的反应分两步进行:
I、2ClO―=ClO2―+Cl―,II、ClO2―+ClO―=ClO3―+Cl―。
常温下,反应II能快速进行,但氯气与NaOH溶液反应很难得到NaClO3,试用碰撞理论解释其原因:
_______________________________。
(3)电解NaClO3水溶液可制备NaClO4。
在电解过程中由于阴极上吸附氢气,会使电解电压升高,电解效率下降。
为抑制氢气的产生,可选择合适的物质(不引入杂质),写出该电解的总化学方
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