课时7 氯气的性质及其制备.docx
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课时7氯气的性质及其制备
专题二非金属元素及其化合物
课时7氯气的性质及其制备
(本课时对应学生用书第30~34页)
【课时导航】
复习目标
1.了解氯及其化合物的主要性质和重要应用。
2.了解氯及其重要化合物的主要物理性质。
了解氯气的氧化性(与氢气、钠、铁、某些盐等的反应)及与水、碱的反应,知道氯水的消毒和漂白原理。
3.能说出氯单质的主要用途。
4.了解次氯酸的强氧化性。
知识网络
问题思考
问题1 怎样判断氯水中的各成分?
问题2 请设计多种方案鉴别NaCl、NaBr、KI三种白色固体。
【自主学习】
考点1 氯气的性质
【基础梳理】
1.物理性质
通常情况下,氯气是 色、有 气味的 体。
密度比空气 ,有 , 液化,能溶于水,其水溶液称为氯水。
实验室里闻有毒气体及未知气体气味的方法是 。
2.化学性质(写出化学方程式)
(1)Cl2与金属反应
Fe:
( , 色烟)
Cu:
( , 色烟)
(2)Cl2与非金属反应
H2:
( , 色火焰)
H2和Cl2的混合气体光照时会发生爆炸。
(3)Cl2与H2O反应
化学方程式:
,
离子方程式:
。
HClO具有 性、 性和 性。
(4)Cl2与碱反应
①与烧碱反应(化学方程式):
。
②制取漂白粉(化学方程式):
。
漂白粉的有效成分是 ,其漂白原理为(用化学方程式表示) 。
(5)Cl2与还原性物质反应(完成下列化学方程式)
①与KI溶液反应:
。
②与FeCl2溶液反应:
。
③向氯水中通入SO2:
。
【举题说法】
例题1 (2014·江苏高考)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
【答案】 D
【解析】 氯气是黄绿色气体,氯水中含有氯气而显浅绿色,A正确;Cl-的检验方法:
向溶液中滴加硝酸酸化的AgNO3溶液,产生白色沉淀,说明溶液中含有Cl-,B正确;H++HC
CO2↑+H2O,C正确;溶液颜色变成棕黄色,说明生成了氯化铁,有可能是氯水中的HClO将Fe2+氧化成Fe3+,也有可能是氯水中的Cl2将Fe2+氧化成Fe3+,所以不能说明氯水中含有HClO,D错误。
变式1 将Cl2分别通入下列四种溶液中,有关现象及结论的说法正确的是( )
A.试管①中有白色沉淀生成,说明Cl2与水反应生成了盐酸
B.试管②中溶液褪色,只是氯气与水反应生成HClO的缘故
C.试管③中能产生白色沉淀,说明Cl2具有还原性
D.试管④中溶液变红色,说明Cl2具有氧化性
【答案】 AD
【解析】 生成白色沉淀AgCl,Ag++Cl-
AgCl↓,说明生成了盐酸,A正确;溶液褪色主要是由于Cl2与NaOH反应使碱性消失,B错误;Cl2+SO2+2H2O
4H++2Cl-+S
,Ba2++S
BaSO4↓,Cl2被还原成Cl-,说明Cl2有氧化性,C错误;2Fe2++Cl2
2Fe3++2Cl-,氯气将Fe2+氧化为Fe3+,D正确。
微课1 Cl2与Ca(OH)2反应的产物及其相关计算
已知Ca(OH)2和Cl2反应的氧化产物与温度有关,在一定量的石灰乳中通入足量的氯气,二者恰好完全反应。
生成Cl-、ClO-、Cl
三种含氯元素的离子,其中ClO-、Cl
两种离子的物质的量(n)与反应时间(t)的曲线如右图所示。
(1)t1时,开始有Cl
生成的原因是 。
(2)t2时,Ca(OH)2和Cl2发生反应的总的化学方程式为 。
(3)该石灰乳中Ca(OH)2的物质的量是 mol。
(4)若反应物的量不变,在某温度下恰好完全反应时,氧化产物比值
=a,则n(Cl-)= (用含a的代数式来表示)mol。
分析:
问题1.t1时,开始有Cl
生成的原因
Ca(OH)2和Cl2反应的氧化产物与温度有关
问题2.t2时,Ca(OH)2和Cl2发生反应的总的化学方程式
问题3.石灰乳中Ca(OH)2的物质的量—
问题4.求n(Cl-)用含a的代数式来表示
与问题3相似综合运用得失电子守恒、电荷守恒
答案:
(1)反应放热使温度升高,在较高温度下可生成Cl
(2)10Cl2+10Ca(OH)2
Ca(ClO3)2+2Ca(ClO)2+7CaCl2+10H2O (3)5 (4)
解析:
(1)根据图示氯气与Ca(OH)2开始反应生成次氯酸盐,随着反应进行,反应放热使温度升高,在较高温度下发生副反应生成氯酸盐。
(2)t2时,生成2molClO-,生成1molCl
,同时生成Cl-,根据得失电子守恒配平得到离子方程式为5Cl2+10OH-
Cl
+2ClO-+7Cl-+5H2O,化学方程式为10Cl2+10Ca(OH)2
Ca(ClO3)2+2Ca(ClO)2+7CaCl2+10H2O。
(3)t2时,n(ClO-)=2mol,n(Cl
)=1mol,根据离子方程式:
n(Cl-)=7mol,根据电荷守恒:
2n(Ca2+)=n(Cl
)+n(ClO-)+n(Cl-)=2mol+1mol+7mol,n[Ca(OH)2]=n(Ca2+)=5mol。
(4)反应物的量不变,n[Ca(OH)2]=n(Ca2+)=5mol,假设n(Cl-)=xmol,n(Cl
)=ymol,则n(ClO-)=aymol,由电荷守恒得:
x+y+ay=10…①,由得失电子相等得:
x=5y+ay…②,解①②得x=
。
考点2 实验室制取氯气
【基础梳理】
实验室制取气体装置由发生装置、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):
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
制备装置类型:
固体+液体
气体
净化方法:
用 除去HCl,再用浓硫酸除去水蒸气。
收集气体:
法或排饱和食盐水法。
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。
验满方法:
将湿润的淀粉-碘化钾试纸靠近盛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 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。
【举题说法】
例题2 (2014·江苏高考)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( )
甲 乙 丙 丁
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
【答案】 C
【解析】 二氧化锰和浓盐酸需要在加热条件下反应产生氯气,A错误;用装置乙除去氯气中的少量氯化氢应该是长管进短管出,且应用饱和NaCl溶液,B错误;二氧化锰不溶于水,氯化锰溶于水,分离二氧化锰和氯化锰溶液可以通过过滤方法,C正确;氯化锰是强酸弱碱盐,会发生水解,加热会促进水解,从溶液中制备MnCl2·4H2O应该在氯化氢气流中进行加热,D错误。
变式2 (2016·南京、盐城一模)某课外小组的同学设计了以下装置(部分夹持仪器已略)制取无水AlCl3(易升华),其中不能达到相应实验目的的是( )
A.用装置甲制取氯气
B.用装置乙干燥氯气
C.用装置丙制取并收集AlCl3
D.用装置丁处理丙中排出的尾气
【答案】 B
【解析】 高锰酸钾溶液和浓盐酸反应生成氯气且不需要加热,A正确;氯气和碱石灰反应,不能用碱石灰干燥氯气,应该用浓硫酸干燥氯气,B错误;加热条件下氯气和Al反应生成氯化铝,氯化铝易水解,无水氯化钙能吸收水分且和氯化铝不反应,C正确;氯气有毒,不能直接排放,用NaOH溶液来吸收,D正确。
1.一套完整的制取气体的实验装置包括四个部分:
发生装置→净化装置→收集或性质验证装置→尾气处理装置。
在组合装置制取气体时,可按此顺序选择需要的仪器和相应的药品,对有毒气体必须有尾气处理装置。
2.从制取氯气的原理来看,是用固体MnO2和液体浓盐酸在加热条件下反应,因此制Cl2可适用于“固体(或液体)+液体
气体”的装置。
注意:
①该反应必须用浓盐酸,因为稀盐酸几乎无还原性;②随着反应进行,浓盐酸将逐渐变稀,一定程度时,该反应会自动停止,HCl不可能消耗尽;③因氧化性强弱不同,KClO3氧化浓盐酸微热即可,KMnO4氧化浓盐酸不需要加热。
考点3 卤族元素
【基础梳理】
卤族元素在周期表中位置、相似性、递变性和特殊性列表比较如下:
元素名称
氟
氯
溴
碘
元素符号
F
Cl
Br
I
周期表中的位置
周期
2
3
4
5
族
ⅦA
原子
结构
相同点
原子最外层都是 个电子,原子半径都是同周期中最 的
不同点
随着核电荷数增大,电子层数逐渐增多,原子半径逐渐增大
主要化合价
-1、0、+1、+3、+5、+7(F仅有-1、0价)
单质物理性质
颜色、状态
淡黄绿色气体
黄绿色气体
深红棕色液体
紫黑色固体
密度
按F2、Cl2、Br2、I2顺序密度逐渐
熔、沸点
按F2、Cl2、Br2、I2顺序熔、沸点逐渐
溶解性
Cl2、Br2、I2在水中溶解度不大,易溶于CCl4、C6H6等有机溶剂
单质化学性质
氧化性
按F2、Cl2、Br2、I2顺序氧化性逐渐
与H2化合
按F2、Cl2、Br2、I2顺序与H2化合越来
与H2O反应
F2与水剧烈反应放出O2,Cl2、Br2、I2与水反应生成HX和HXO
与碱反应
Cl2、Br2、I2易与碱发生歧化反应生成卤化物和次卤酸盐或卤酸盐
氢化物
稳定性
按HF、HCl、HBr、HI顺序稳定性逐渐
水溶液酸性
按HF、HCl、HBr、HI顺序水溶液酸性逐渐
还原性
按HF、HCl、HBr、HI顺序还原性逐渐 (F-无还原性)
卤化银
颜色
AgF白色,AgCl白色,AgBr淡黄色,AgI黄色
溶解性
AgF可溶于水,AgCl、AgBr、AgI不溶于水也不溶于稀硝酸
最高价含氧酸酸性(F无含氧酸)
HClO4>HBrO4>HIO4(与非金属性强弱相对应)
单质的特殊性
Br2易挥发,保存时需加水液封
I2易升华,遇淀粉呈现蓝色
【举题说法】
例题3 (2013·上海高考)溴主要以Br-形式存在于海水中,海水呈弱碱性。
工业上制备Br2的操作步骤如下:
①一定条件下,将Cl2通入浓缩的海水中,生成Br2;
②利用热空气将Br2吹出,并用浓Na2CO3溶液吸收,生成NaBr、NaBrO3等;
③用硫酸酸化步骤②得到的混合物。
完成下列填空:
(1)Cl2氧化Br-应在 条件下进行,目的是为了避免 。
(2)Br2可用热空气吹出,其原因是 。
(3)写出步骤③所发生反应的化学方程式:
。
用硫酸而不用盐酸酸化的原因可能是 。
步骤②的产品有时运输到目的地后再酸化,主要是因为 。
(4)为了除去工业Br2中微量的Cl2,可向工业Br2中 (填字母)。
a.通入HBr b.加入Na2CO3溶液
c.加入NaBr溶液 d.加入Na2SO3溶液
【答案】
(1)通风橱 污染环境
(2)Br2易挥发
(3)3H2SO4+5NaBr+NaBrO3
3Na2SO4+3Br2+3H2O用盐酸酸化,则盐酸被NaBrO3氧化 Br2易挥发,对大气有污染 (4)ac
【解析】 Cl2、Br2都是污染性气体,应该在通风橱中进行操作;步骤③所发生反应是归中反应,盐酸有还原性,NaBrO3有氧化性,二者可发生氧化还原反应;利用HBr、NaBr溶液与Cl2反应,然后分液可除去Cl2。
变式3 (2015·泰州一模)过滤海带灰制取单质碘的实验中,操作正确且能达到实验目的的是( )
图1图2
图3图4
A.用图1装置过滤海带灰浸取液
B.用图2装置在滤液中通入Cl2
C.用图3装置,先放出下层液体,再从下口放出有机层
D.用图4装置回收萃取剂苯并获得单质碘
【答案】 A
【解析】 海带灰浸取后,含不溶性杂质,则利用图中过滤操作可除杂,A正确;氧化碘离子时,氯气从长导管进短导管出,且NaOH的试剂瓶应防止倒吸,B错误;分液时,上层液体从上口倒出,避免上下层液体混合,C错误;回收萃取剂苯并获得单质碘,在蒸馏时需要测定馏分的温度,则温度计水银球应在蒸馏烧瓶支管口处,D错误。
微课2 卤素单质的工业制法及卤素离子的检验方法
1.卤素单质的工业制法
(1)氯碱工业
原理:
2NaCl+2H2O
2NaOH+Cl2↑+H2↑
(2)溴、碘的提取
①提溴:
Cl2+2KBr
Br2+2KCl
②提碘:
Cl2+2KI
I2+2KCl
2.卤素离子的检验方法
(1)AgNO3溶液——沉淀法
未知液
生成
(2)置换——萃取法
未知液
有机层呈
(3)氧化——淀粉法检验I-
未知液
蓝色溶液,表明有I-
【随堂检测】
1.某同学用下列装置制备并检验Cl2的性质。
Ⅰ Ⅱ
Ⅲ Ⅳ
下列说法正确的是( )
A.图Ⅰ中:
如果MnO2过量,浓盐酸就可全部消耗完
B.图Ⅱ中:
生成蓝色的烟
C.图Ⅲ中:
量筒中发生了加成反应
D.图Ⅳ中:
湿润的有色布条褪色,将硫酸滴入烧杯中至溶液显酸性,有Cl2生成
【答案】 D
【解析】 二氧化锰和浓盐酸在加热条件下发生氧化还原反应生成氯气,但稀盐酸与二氧化锰不反应,当盐酸浓度降低到一定程度时,反应停止,则盐酸不能完全消耗,A错误;氯气与铜反应生成棕黄色的烟,加水溶液呈蓝色,B错误;氯气和甲烷在光照下发生取代反应,C错误;氯气与水反应生成具有漂白性的HClO,能使湿润的有色布条褪色,与NaOH反应生成NaCl和NaClO,二者在酸性条件下反应生成氯气,D正确。
2.(2015·浙江杭州期中)Cl2、HCl的混合气体通入足量的氢氧化钠溶液中,充分反应后产物溶液中除大量OH-外,还有Cl-、ClO-、Cl
,并知这三种离子的物质的量之比为9∶2∶1。
试问原混合气体中Cl2与HCl的体积比为( )
A.5∶2 B.3∶1C.2∶5 D.1∶1
【答案】 A
【解析】 Cl2与氢氧化钠溶液反应生成ClO-、Cl
是氯原子被氧化的过程,化合价分别由0价升高到+1和+5价,Cl-、ClO-、Cl
的物质的量之比为9∶2∶1,可设物质的量分别为9mol、2mol、1mol,则被氧化的Cl原子的物质的量共3mol,Cl原子失电子的总物质的量:
2mol×(1-0)+1mol×(5-0)=7mol;根据氧化还原反应中得失电子数相等,Cl2生成Cl-为被还原的过程,化合价从0价降低为-1价,得到电子的物质的量也应该为7mol,即被还原的Cl的物质的量为7mol,则参加反应的氯气的物质的量为
(7mol+3mol)=5mol;由氯气生成的氯离子为7mol,总的氯离子为9mol,则氯化氢生成的氯离子为9mol-7mol=2mol,所以原混合气体中氯气与HCl的体积之比为5∶2。
3.(2015·上海普陀一模)实验室制取氯气并回收氯化锰,能达到该实验目的的装置是( )
A.用装置甲制取氯气
B.用装置乙吸收制取氯气的尾气
C.用装置丙分离二氯化锰和氯化锰溶液
D.用装置丁蒸干氯化锰溶液制MnCl2·4H2O
【答案】 B
【解析】 浓盐酸与二氧化锰反应需要加热,A错误;氯气可与氢氧化钠溶液反应,装置乙可用于吸收氯气,B正确;应用过滤法分离二氧化锰和氯化锰溶液,而不是分液,C错误;Mn2+能水解,水解生成的HCl易挥发,蒸干得不到MnCl2·4H2O,D错误。
4.判断下列说法是否正确。
(1)Cl2可用于制漂白粉和农药生产。
( )
(2)ClO2具有强氧化性,可用于自来水的消毒杀菌。
( )
(3)常温下干燥氯气与铁不反应,可以用钢瓶储存氯水。
( )
(4)1molCl2发生反应时,转移的电子数一定是2NA。
( )
(5)在漂白粉中滴入70%的硫酸,立即产生黄绿色气体,说明硫酸具有还原性。
( )
(6)80mL10mol·L-1盐酸与足量MnO2加热反应,产生Cl2分子数为0.2NA。
( )
(7)湿润的KI-淀粉试纸靠近气体Y,试纸变蓝,Y一定是Cl2。
( )
(8)标准状况下,将11.2LCl2通入足量NaOH溶液中,转移的电子数为NA。
( )
(9)向无色溶液中加入氯水,再加CCl4,振荡静置后CCl4层显紫色,则原溶液中含I-。
( )
(10)0.1molCl2全部溶于水后转移电子的数目为0.1NA。
( )
【答案】
(1)√
(2)√ (3)✕ (4)✕ (5)✕ (6)✕ (7)✕ (8)✕ (9)√ (10)✕
【解析】
(1)Cl2可与碱及有机物反应,制漂白粉和制农药。
(2)ClO2具有强氧化性,且氧化效率高,没有残留,可用于自来水的消毒杀菌。
(3)常温下干燥氯气与铁不反应,但氯水中的盐酸、次氯酸会和铁反应,不可以用钢瓶储存氯水。
(4)Cl2+H2O
HCl+HClO反应中电子转移数是1,所以1molCl2发生反应时,转移的电子数不一定是2NA。
(5)漂白粉中滴入70%硫酸发生的反应是2H++Cl-+ClO-
Cl2↑+H2O,硫酸体现出酸性。
(6)随着反应进行浓盐酸变成稀盐酸,不再与MnO2反应,所以产生Cl2分子数小于0.2NA。
(7)使湿润的KI-淀粉试纸变蓝的是氧化性气体,如Cl2、O3等。
(8)Cl2+2NaOH
NaCl+NaClO+H2O反应中电子转移数是1,0.5molCl2通入足量NaOH溶液中,转移的电子数为0.5NA。
(9)发生的反应是Cl2+2I-
2Cl-+I2,I2在CCl4层显紫色。
(10)Cl2溶于水发生可逆反应,电子转移数目小于0.1NA。
5.(2013·广东高考)在实验室中用浓盐酸与MnO2共热制取Cl2并进行相关实验。
(1)上列收集Cl2的正确装置是 (填字母)。
(2)将Cl2通入水中,所得溶液中具有氧化性的含氯粒子是 。
(3)设计实验比较Cl2和Br2的氧化性,操作与现象:
取少量新制氯水和CCl4于试管中, 。
【答案】
(1)C
(2)Cl2、HClO、ClO- (3)用胶头滴管向试管中滴加溴化钠溶液,振荡使其充分反应,发现溶液出现分层现象,下层溶液变为橙红色
【解析】
(1)氯气的密度比空气大,收集时采取向上排空气法,又因为氯气有毒,所以在收集装置后要有尾气处理装置(NaOH溶液)。
(2)氯气溶于水后有一部分生成了具有强氧化性的HClO,溶液中溶解的Cl2也具有氧化性,故溶液中具有氧化性的含氯粒子有Cl2、HClO、ClO-三种。
(3)比较Cl2和Br2的氧化性强弱,可以通过非金属单质间的置换反应来判断,即把溴化钠溶液加入到盛有新制氯水以及四氯化碳的试管中,然后振荡,静置后可发现溶液出现分层现象,下层溶液变为橙色(说明生成了溴单质),从而说明Cl2的氧化性强于Br2。
【问题思考和基础梳理答案】
【参考答案】
问题思考
问题1 氯水中存在三个平衡体系:
Cl2的溶解平衡Cl2+H2O
HCl+HClO;次氯酸的电离平衡HClO
H++ClO-;水的电离平衡H2O
H++OH-。
所以氯水中的成分为
问题2 方法一:
可用氯水鉴别。
把这三种物质各取少量配成溶液,加入新制的氯水和汽油(或四氯化碳),振荡,分层,使汽油层呈无色的是NaCl,使汽油层呈橙色的是NaBr,使汽油层呈紫红色的是KI。
方法二:
可先用焰色反应将KI区分出来,然后再将另外两种物质各取少量配成溶液,加入AgNO3溶液,有白色沉淀生成的是NaCl,有淡黄色沉淀生成的是NaBr。
方法三:
分别取少量固体配成溶液,分别加入AgNO3溶液,有白色沉淀生成的是NaCl,有淡黄色沉淀生成的是NaBr,有黄色沉淀生成的是KI。
基础梳理
考点1 1.黄绿 刺激性 气 大 毒 易 用手轻轻在试剂瓶口扇动,使少量气体飘进鼻孔
2.
(1)2Fe+3Cl2
2FeCl3 棕褐 Cu+Cl2
CuCl2 棕黄
(2)H2+Cl2
2HCl 苍白
(3)Cl2+H2O
HCl+HClO Cl2+H2O
H++Cl-+HClO 弱酸 强氧化 不稳定
(4)①Cl2+2NaOH
NaCl+NaClO+H2O ②2Cl2+2Ca(OH)2
CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O Ca(ClO)2
Ca(ClO)2+CO2+H2O
CaCO3↓+2HClO
(5)①Cl2+2KI
2KCl+I2 ②Cl2+2FeCl2
2FeCl3 ③SO2+Cl2+2H2O
2HCl+H2SO4
考点2 饱和食盐水 向上排空气法 蓝色石蕊试纸
考点3 7 小 增大 升高 减弱 越难 减小 增强 增强
趁热打铁,事半功倍。
请老师布置同学们完成《配套检测与评估》中的练习第11~12页。
【课后检测】
专题二 非金属元素及其化合物
课时7 氯气的性质及其制备
1.下图所示是验证氯气性质的微型实验,a、b、c、d、e是浸有相关溶液的滤纸。
向KMnO4晶体滴加一滴浓盐酸后,立即用另一培养皿扣在上面。
已知:
2KMnO4+16HCl
2KCl+5Cl2↑+2MnCl2+8H2O
对实验现象的解释或结论正确的是( )
选项
实验现象
解释或结论
A
a处变蓝,b处变红棕色
氧化性:
Cl2>Br2>I2
B
c处先变红,后褪色
氯气与水生成了酸性物质
C
d处立即褪色
氯气与水生成了漂白性物质
D
e处变红色
还原性:
Fe2+>Cl-
2.关于漂粉精的说法正确的是( )
A.工业上用氯气与澄清石灰水反应可制得漂粉精
B.漂粉精固体中加入浓盐酸可生成氯气,加入稀盐酸不反应
C.用pH试纸测试可知漂粉精溶液呈碱性
D.漂粉精在空气中会变质,并且有氧化还原反应发生
3.(2015·上海浦东二模)常温下,将
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- 课时7 氯气的性质及其制备 课时 氯气 性质 及其 制备