h02氯的氧化物和含氧酸及盐.docx
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h02氯的氧化物和含氧酸及盐
元素化学02:
氯的氧化物和含氧酸及盐
(时间:
2.5小时满分:
100分)
第题(27分)ClO2是氯的最重要氧化物
世界环保联盟将全面禁止在自来水中加氯,取而代之的是安全高效的杀菌消毒剂ClO2。
ClO2是一种黄绿色,有刺激性气味的气体,熔点:
-59℃,沸点:
11.0℃。
1.干燥的ClO2分解中可生成Cl2O,后者可进一步分解为单质。
经测定:
ClO2分子中Cl-O键长为147pm,Cl2O分子中的Cl-O键长为170pm(与正常的单键是一致);键能D(Cl-O)=209kJ/mol、D(Cl-Cl)=243kJ/mol、D(O2)=499kJ/mol。
(1)从结构上解释Cl-O长短不同的原因。
(2)比较Cl2O与ClO2的键角大小,并解释。
(3)说明为什么Cl2O分子能够自动地分解为单质。
2.ClO2是含单电子的物质分子,应具有二聚倾向。
但经测定它在气态、液态和固态均无二聚的作用。
何故?
3.ClO2为高效低毒的消毒剂,其消毒的效率是等物质的量的Cl2的多少倍。
4.化学史上,从ClO2的制备到确定其化学式,经历了近百年。
(1)1797年Hoyle在用浓H2SO4和氯酸钾反应时得到一种具有爆炸性的黄色气体(ClO2)。
写出反应方程式。
(2)1851年Davy使2体积上述黄色气体完全分解,产物为3体积气体,其中氧和氯体积比为2∶1。
为什么Davy未能由此导出黄色气体的分子式为ClO2呢?
(3)1882年,Pebal测得黄色气体的密度后,确定其组成为ClO2。
他是如何确定的?
他得出结论的前提条件是什么?
5.少量的ClO2可用饱和草酸(H2C2O4)溶液与KClO3粉末在60℃时反应制得。
(1)画出实验装置(制备、收集、尾气处理)简图。
(2)写出制备和尾气处理中的反应方程式
(3)非典期间有的科研单位自行制备ClO2作为消毒杀菌试剂,为什么用该方法而不用氯酸钾与浓硫酸反应?
6.ClO2还有多种制备方法
(1)ClO2也可由KClO3在H2SO4存在下与甲醇反应制备。
写出化学反应方程式。
(2)欧洲一些国家用NaClO3氧化浓盐酸来制取ClO2,同时有Cl2生成,且Cl2的体积为ClO2的1/4。
写出化学反应方程式。
(3)我国广泛采用将经干燥空气稀释的氯气通入填有固体亚氯酸钠(NaClO2)的柱内制得ClO2。
写出化学反应方程式。
(4)和欧洲的方法相比,我国这一方法的主要优点是什么?
7.ClO2和O3反应可得到ClO3,后者在强碱中将发生歧化反应。
(1)写出反应方程式。
(2)用离子形式表示ClO3。
第题(10分)次氯酸的制备和性质
某化学兴趣小组利用饱和氯水与石灰石的反应,制取较浓的HClO溶液:
在试管中加入过量的块状碳酸钙,再加入约20mL饱和氯水,充分反应,过滤。
某学生观测到产生少量气泡。
1.该学生还能观察到什么现象?
2.解释实验现象,并写出反应方程式。
3.请你设计一个简单的实验方案,证明滤液中的HClO浓度比饱和氯水中HClO浓度大。
4.设计2个实验证实滤液中除HClO外的另一种溶质的成分,并写出实验现象。
5.有人写出了下反应:
2NaOCl+CO2+H2O=Na2CO3+2HOCl,以此说明碳酸和次氯酸的酸性强弱。
你认为上述反应方程式能否准确说明酸性的强弱?
为什么?
第题(16分)最重要的氯酸盐
KClO3是实验室一种重要的药品。
1.KClO3热分解是实验室制取氧气的一种方法。
加热KClO3在不同条件下的热效应如下:
实验
反应体系
吸热峰温度/℃
放热峰温度/℃
放热峰温度/℃
吸热峰温度/℃
A
KClO3
356℃
400
480
770℃
B
KClO3+MnO2
-
350
-
770℃
已知:
①K(s)+1/2Cl2(g)=KCl(s)ΔHΘ
(1)=-437kJ·mol-1
②K(s)+1/2Cl2(g)+3/2O2(g)=KClO3(s)ΔHΘ
(2)=-398kJ·mol-1
③K(s)+1/2Cl2(g)+2O2(g)=KClO4(s)ΔHΘ(3)=-433kJ·mol-1
(1)指出吸热峰温度356、770℃时物质发生的变化;
(2)根据以上数据,写出上述两个体系对应的分解过程的热化学方程式。
2.1820年德贝莱纳首次提出用MnO2催KClO3热分解的反应制备O2。
当时就知道气态产物有异常的气味,后来证明其中含有少量Cl2、O3及微量ClO2,测定气态产物O2中Cl2、O3含量的一种方法是:
收集1.00L干气体(标态),使之通过KI溶液。
通过溶液的气体经干燥后体积为0.98L。
溶液中的KI被氧化成I2,后者反应耗掉0.100mol/LNa2S2O3溶液0.0267L。
(1)气态产物中Cl2、O3各占多少摩尔百分含量?
(2)气态产物经过KI溶液前后,溶液的pH值有无改变?
说明原因(可以用方程式表示)。
3.取20g混有MnO2的KClO3,加热至恒重,在一定温度下,将残留的固体加入10g水中有7.9g固体未溶解,再加入5g水,仍有5.3g固体未溶,计算原混和物中可能含有的KClO3质量。
4.将1mol的KClO3加热使其部分分解,分解率为α,然后向反应后的混合溶液中加入足量的浓硫酸并加热发生反应生成Cl2。
两步反应生成的O2与Cl2总物质的量为nmol。
讨论当α取不同值时,n与α的函数关系式。
5.KCl和KClO3的溶解度(g/100gH2O,0℃)分别为28.5和3.3,简述以KCl为原料制取KClO3的方法,写出有关化学方程式。
第题(9分)一种氯的含氧酸的推理
A是一种强酸,其浓度超过40%,就会迅速分解,产生比它的酸性更强的酸B,同时放出气体C和D,该气体经干燥后,平均分子量为47.6,所得气体通过80℃NaOH溶液,得到的产物中一种是A的钠盐,同时还剩余一种可以使带火星的木条复燃的气体D。
1.确定A、B、C、D各物质的化学式;
2.定量推算气体C和D的组成;
3.写出A分解方程式并配平;
4.写出气体与湿润的淀粉-碘化钾试纸的反应方程式和现象;
5.写出将气体通过80℃NaOH溶液时发生的反应方程式。
第题(10分)高氯酸和高氯酸铵
高氯酸铵(AP)作为一种优良的固体推进剂被用于导弹和火箭发射上。
传统制备高纯AP的方法是电解氯酸钠水溶液得到高氯酸钠,再与氯化铵进行复分解反应,经重结晶得到粗AP产品后,经多步精制、提纯得到高纯AP。
Olin公司新近研究了一种制备高纯AP的新工艺,其基本方法是电解高纯次氯酸得到高纯高氯酸,再与高纯氯进行喷雾反应制成高氯酸铵。
1.纯HClO4是一种不导电的液体,而当固体HClO4·H2O熔化时其具有导电性。
(1)写出HClO4和HClO4·H2O分子的可能点电子结构图;
(2)解释HClO4和HClO4·H2O在导电性上差异的原因。
2.写出由次氯酸电解制备高氯酸的电极反应和电池反应方程式;
3.若以100A电流通电于次氯酸溶液20.0h,阴极放出H2:
40.0g。
(1)计算可得多少质量的高氯酸;
(2)计算此过程的电流效率。
4.与传统工艺相比,你认为新工艺有哪些优点。
第题(8分)常用的2种消毒液
某人买了两瓶消毒液,不小心将两种液体混在一起,结果剧烈反应,产生大量有色气体而使人中毒。
收集产生的气体,通入NaOH溶液中,气体仅部分吸收,剩余无色气体。
用pH试纸测量2瓶消毒液:
甲瓶中消毒液pH=12,乙瓶中消毒液pH=2,且都能很快使pH试纸变白。
1.写出2瓶消毒液的主要成分;
2.写出制备这2种消毒液的化学方程式;
3.写出这2种消毒液间反应的化学方程式。
第题(11分)推理一种常见氯的氧化物
某微绿色气体A是某常见酸的酸酐,由短周期2种元素组成。
若将标准状况下该气体20.00mL溶入足量的KI溶液(假设反应完全进行),再用0.1000mol/L的Na2S2O3标准溶液滴定生成的I2,消耗35.70mL。
该气体加热会爆炸性分解为B和C,将B溶于水可生成D,A溶于水也可得到D,D为弱酸性物质,具有强氧化性。
气体A在液态空气中与NH3反应生成一种常温下为固体的E,一种常温下为气体的F和水。
1.请写出从A~D的化学式:
2.以气体B为原料,通过两种制备气体A:
(1)气体B通过浓Na2CO3溶液可制备A,请写出化学方程式。
(2)气体B与干燥的氧化汞反应生成A和碱式氯化汞,请写出化学方程式。
(3)这两个反应有何相似之处,请说明。
3.写出气体A在液态空气中与NH3反应的化学方程式。
第题(9分)推理一种新型氯的氧化物
美国和欧洲的科学家合作,在同温层发现破坏臭氧的X气体。
一定条件下分解X气体,可以得到相同条件下2倍其体积的两种双原子单质气体。
17.15mg的X气体被0.080mol/L的酸性(NH4)2Fe(SO4)2溶液35.00mL吸收,过量的Fe2+需要被18.00mL0.020mol/L的酸性KMnO4溶液滴定。
1.通过计算和讨论,确定X的化学式;
2.写出X的Lewis结构式,X分子中全部原子是否共平面?
3.写出酸性(NH4)2Fe(SO4)2溶液吸收X的离子反应方程式
命题和组卷:
胡波2008年9月于浙江慈溪中学
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《氯的氧化物和含氧酸》知识要点
一、氯的氧化物
(1)Cl2O:
黄红色气体,Cl2和干燥HgO反应制备;
(2)ClO2:
制备:
①氯酸盐遇浓硫酸歧化;②酸性条件下用SO2、草酸还原氯酸盐
性质:
混合酸酐,在碱中歧化
用途:
漂白剂、高效氧化剂、净水剂
(3)Cl2O7:
无色挥发液体、HClO4在P2O5脱水下得到
二、氯的含氧酸
(1)四种酸:
高、正、亚、次。
氧化性:
低价>高价;酸性:
低价<高价
(2)HClO:
有强氧化性和漂白性,不稳定易放出O2;
制备:
Cl2通入CaCO3悬浊液;电解冷冻NaCl溶液
(3)HClO3:
强酸,加热分解得到HClO4、Cl2、O2
制备:
Ba(ClO3)2与H2SO4反应后减压浓缩;电解热的NaCl溶液
(4)HClO4:
中学常用的最强酸,电解HClO3制备
三、氯的含氧酸盐
(1)KClO3:
加热歧化,催化下释放O2;
(2)高氯酸盐:
K+、NH4+、Rb+、Cs+:
r↑,S↓
四、几个名词解释
1.二氧化氯(chlorinedioxided)化学式ClO2。
。
室温时为红黄色气体,具有与氯、硝酸相似的刺激性气味;液态时呈红棕色;固态系红黄色晶体。
有毒!
具腐蚀性。
气体密度3.09(11℃),液体比重1.642(0℃)。
熔点-59.5℃,沸点10℃。
溶于水同时水解为亚氯酸和氯酸,溶于碱溶液生成亚氯酸盐和氯酸盐。
对热不稳定,分解为氯和氧。
用二氧化碳稀释后在85℃以下稳定。
见光分解,生成氯、氧及三氧化氯,氯化物起催化分解作用。
能被硫酸溶液吸收。
具强氧化性,加热或与有机物作用引起爆炸。
由氯酸钾与硫酸或氯与亚氯酸钠作用制得。
用作氧化剂、漂白剂、杀菌剂、脱臭剂等。
2.次氯酸(hypochlorousacid)化学式:
HClO。
仅存在于水溶液中。
绿黄色。
极不稳定,见光易分解成氢氯酸和氧气。
弱酸,电离常数K=3.2×10-8(25℃)。
最高浓度为25%,保持-20℃可贮存数天。
氯与氧化汞的悬浊液在低压下蒸馏可得2.5%的次氯酸溶液。
为强氧化剂,具有漂白和消毒作用。
通常所用的漂白粉就含有次氯酸钙。
3.次氯酸钙(Caiciumhyppochlorite):
化学式Ca(OCl)2。
白色晶体。
不吸湿。
遇水或醇分解放出氯。
加热至100℃分解。
比重2.35。
将氯气通入石灰浆,沉淀出次氯酸钙二水合物,再经真空干燥而得。
工业品含有效氯约70%,较高纯度产品可达90%以上,但不能制得纯品。
用作漂白剂、氧化剂、消毒剂和去臭剂等。
4.次氯酸钠(sodiumhypochlorite):
化学式NaOCl。
白色粉末。
在空气中极不稳定,受热或与有机物接触容易引起爆炸。
与氢氧化钠混合可使之稳定。
溶于冷水,热水使之分解。
水溶液里碱性,会逐渐分解产生不稳定的次氯酸,进一步分解生成新生态氧。
遇光或受热,则加速分解。
为强氧化剂,通常以溶液状态贮存和应用。
工业品为无色或淡黄色的液体。
俗称漂白粉水。
有腐蚀性。
由氯气缓慢通入冷的氢氧化钠溶液(小于30%)中,也可用纯碱或硫酸钠与漂白粉发生复分解反应而制得。
次氯酸钠可有一水合物、五水合物等固体。
用于漂白纸浆、织物等,也用作氧化剂和水的净化剂。
5.亚氯酸钠(sodiumchlorite):
化学式NaClO2。
白色晶体或结晶粉末。
稍有吸湿性。
加热到180~200℃则分解。
溶于水。
碱性溶液对光稳定,酸性溶液光照则猛烈分解,放出ClO2。
为强氧化剂,与有机物接触会引起爆炸。
可由无机过氧化物(如过氧化氢、过氧化钠等)还原ClO2而得。
用于纸浆、各种纤维、糖、面粉、蜡、油脂等的漂白,以及皮革工业中原皮的脱毛、饮水净化和污水处理等。
也用作氧化剂和试剂。
6.氯酸(chloricacid)化学式HClO3。
仅存在于溶液中,稀溶液无色无味。
最高浓度为40%,浅黄色,有刺激性气味,比重1.282,不稳定,加热至40℃即分解并发生爆炸,低压蒸浓则分解,放出氯和氧并形成高氯酸。
具强氧化性和酸性,与有机物接触发生爆炸性反应。
由氯酸钡和稀硫酸反应,滤去硫酸钡沉淀后即得。
主要用作强氧化剂。
7.氯酸盐(chlorate):
含有氯酸根(ClO3-)的盐类。
最普通和典型的是氯酸钠(NaClO3)和氯酸钾(KClO3)。
一般为无色晶体。
易溶于水,但氯酸钾的溶解度较小(20℃时100毫升水中仅能溶解7.1克)。
为强氧化剂。
加热超过熔点时,分解并释放出氧气,同时放热。
与易燃物碳、磷、硫等混合后或撞击时会剧烈爆炸。
故应避免与还原性物质或有机物堆放在一起。
由电解热的氧化物(如钠盐、钾盐等)溶液制得。
主要用于火柴、印染等工业和制造焰火等,也用作除草剂。
8.氯酸钾(potassiumchlorate):
化学式KClO3。
有毒!
无色透明有光泽的晶体或白色粉末。
味咸而凉。
比重2.32。
熔点356℃。
400℃分解放出氧气。
溶于水,溶解度随温度升高而急剧上升,溶于甘油,难溶于乙醇。
有催化剂(如MnO2)存在时,较低温度即可分解而放出氧。
在酸性溶液中,有强氧化作用,中性或碱性溶液中无此作用。
与碳、硫、磷、有机物或可燃物的混合物及受到撞击,皆易发生燃烧和爆炸。
由电解热的浓氯化钾碱性溶液,也可由氯酸钠或氯酸钙与氯化钾在溶液中进行复分解而得。
广泛用于制火柴、雷管、炸药、烟火、医药、消毒剂、除草剂,以及用于印染、漂白、染料等方面。
9.七氧化二氯(chlorinehetpoxlde)化学式:
Cl2O7。
无色易挥发的油状液体。
比重1.86(0℃)。
熔点-91.5℃。
沸点82℃。
溶于苯。
氯的最稳定的氧化物。
受压或遇火会爆炸。
在水中缓慢水解形成高氯酸。
与碘发生爆炸性反应。
低温时不与磷、硫、木和纸等反应。
由高氯酸用五氧化二磷脱水而得。
用作催化剂。
10.高氯酸(Perchloricacid):
化学式HClO4。
无色发烟液体,极易吸湿。
比重1.764(22℃)。
熔点-112℃。
沸点39℃(7465.9帕)。
溶于水、醇、强酸。
纯酸加热至90℃即分解为二氧化氯(ClO2)及氧气。
浓酸极不稳定,放置即分解。
加热爆炸。
有强氧化作用。
接触炭、纸屑、有机物质等亦能引起爆炸。
稀酸(60%以下)较稳定,冷时无氧化性。
可形成合71.6%高氯酸的最高沸点混合物。
由高氯酸钾与浓硫酸在140~190℃减压蒸馏制得。
用于医药、电镀、化学分析中。
11.高氯酸盐(perchlorate):
含有高氯酸根(ClO4-)的盐类。
多数有潮解性,易溶于水。
钾、铷、铯、铵的盐在冷水中溶解度较小,但在热水中可溶。
强热时分解为氯化物和氧气。
有氧化性,遇还原剂或易燃物质会爆炸。
一般由高氯酸与相应的金属或金属氧化物作用制得。
可用作氧化剂和炸药。
无水的高氯酸镁和高氯酸钡可作高效脱水剂或干燥剂。
12.高氯酸铵(ammoniumperchlorate):
化学式NH4ClO4。
白色晶体。
比重1.95。
易溶于水,微溶于乙醇、丙酮,不溶于乙醚。
加热分解。
为强氧化剂,与可燃物或还原性物质相混能引起燃烧和爆炸。
由氧化铵与高氯酸钠在溶液中作用而得。
用来制炸药和烟火,也用作分析试剂。
参考答案(专题02)
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- h02 氧化物 含氧酸