学案19 富集在海水中的元素(一)——氯及其化合物
[考纲要求] 1.了解氯元素单质及其重要化合物的主要性质及应用。2.了解氯元素单质及其化合物对环境质量的影响。
知识点一 氯元素的存在和原子结构
1.氯元素在自然界中以__________存在,其中主要以__________形式存在于海水中,是最重要的成盐元素。
2.氯元素位于元素周期表中第____周期第____族,原子结构示意图为__________,最外层有 ____ 个电子,容易得到 ____ 个电子形成 ____ 个电子的稳定结构。是活泼的非金属元素。
知识点二 氯气
1.物理性质
通常情况下,氯气是________色__________气味的____体。密度比空气____,有____,易________,能溶于水,通常1体积水约溶解 ____ 体积氯气,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
(1)与金属反应
铜、铁在氯气中燃烧的化学方程式为:
__________________________________________________________(________色烟);
__________________________________________________________(________色烟)
(2)与非金属反应
氢气在氯气中燃烧的化学方程式为:
________________________________________________________(________色火焰)。
(3)与水反应
氯气与水反应的化学方程式:______________________________________________。
(4)与碱反应(完成下列化学方程式)
①与烧碱反应:__________________________________________________________,
②制取漂白粉:___________________________________________________________。
漂白粉的主要成分是____________,有效成分是__________。
(5)跟还原性物质反应(完成下列化学方程式)
①氯气与KI溶液:_______________________________________________________。
②氯气与FeCl2溶液:_______________________________________________________。
③向氯水中通入SO2:_____________________________________________________。
问题思考
1.思考并回答下列问题:
(1)Cl2为什么易液化?常见的易液化的气体还有哪几种?
(2)用什么现象说明Cl2溶于水时只有少量Cl2与水发生了反应?
(3)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值吗?
(4)常见的有特殊颜色的气体有哪些?各显什么颜色?
知识点三 含氯化合物
1.次氯酸(HClO)
(1)不稳定性:化学方程式为______________________________________________。
(2)弱酸性:比碳酸酸性____,电离方程式为_________________________________
________________________________________________________________________。
(3)强氧化性:具有________性。
2.Ca(ClO)2的主要化学性质
(1)稳定性比HClO____。
(2)水解显____性,其水解离子方程式:_____________________________________
________________________________________________________________________。
(3)与酸反应生成______,作为漂白或消毒剂的原理可用化学方程式表示为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
问题思考
2.漂白粉为何要密封保存?
一、氯水的成分和性质
1.氯水的成分
氯气溶于水,发生反应的离子方程式是Cl2+H2OH++Cl-+HClO,其中含有的分子有Cl2、H2O、HClO,共3种;含有的离子有Cl-、H+、OH-、ClO-,共4种。
2.液氯、新制氯水、久置氯水的比较
液氯 新制氯水 久置氯水
分类 纯净物 混合物 混合物
颜色 黄绿色 浅黄绿色 无色
性质 氧化性 酸性、氧化性、漂白性 酸性
粒子
种类 Cl2 Cl2、HClO、H2O、H+、Cl-、ClO-、OH- H2O、H+、Cl-、OH-
3.氯水的性质
(1)完成下列表格中的内容填空
在不同的反应中,氯水起作用的成分不同,现列表如下:
参与反应
的微粒 所加试剂 实验现象 离子方程式或解释
Cl- AgNO3溶液 白色沉淀 Cl-+Ag+===AgCl↓
H+ Na2CO3固体 有气泡产生 2H++CO=== CO2↑+H2O
HClO 有色布条 布条颜色褪去 发生氧化还原反应
Cl2 FeCl2溶液 溶液变棕黄色 2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-
Cl2、H2O SO2 黄绿色褪去 SO2+Cl2+2H2O===4H++2Cl-+SO
HClO、H+ 石蕊试液 先变红后褪色 酸性和漂白性
Cl2、H+ 镁粉 氯水的颜色褪去并有气泡产生 Mg+Cl2=== Mg2++2Cl-
Mg+2H+===
Mg2++H2↑
(2)氯水的多种成分决定了氯水的化学性质表现出多样性,根据上述表格归纳总结氯水的主要化学性质。
4.Cl2+H2OHCl+HClO平衡移动的应用
(1)完成下列表格
向氯水中加
入的物质 浓度变化 平衡移动的
方向 应用
可溶性氯化物 c(Cl-)____
(1)用饱和食盐水除Cl2中的HCl(2)用排饱和食盐水收集Cl2
盐酸 c(H+)和c(Cl-)____
次氯酸盐与浓盐酸反应制Cl2
NaOH c(H+)____
用NaOH溶液吸收多余Cl2
Ca(OH)2 c(H+)____
制漂白粉
CaCO3 c(H+)____
制高浓度的HClO溶液
光照 c(HClO)____
氯水避光保存或现用现配
(2)平衡移动原理的应用
①用排饱和食盐水的方法收集Cl2的原理是什么?除去Cl2的混有的HCl气体时,所选最佳试剂是什么?
②如何制备较高浓度的HClO?
③如何保存氯水?
典例导悟1 (2011·山东威海联考)某学习小组设计以下四个实验探究氯水的成分,请根据下表回答问题。
实验
序号 实验方法 实验现象 结论
① 将氯水滴加到AgNO3溶液中 生成白色沉淀
② 将氯水滴加到含有酚酞的NaOH溶液中
③淀粉KI试纸变蓝色 氯水中含有Cl2
④ 将足量的氯水滴加到Na2CO3溶液中
氯水中含有H+
(1)实验①得出的结论______________________________________________________。
(2)指出实验②和实验④中的“实验现象”:②________________
④________________________。
(3)实验③中“实验方法”的具体操作过程是:________________________________
________________________________________________________________________。
(4)通过实验②的“实验现象”,同学们得出两个不同的结论。这两个结论可能是a.________________________________________________________________________,
b.________________________________________________________________________。
请设计简单的实验证明哪一个是正确的______________________________________
________________________________________________________________________。
二、氯气的实验室制法
典例导悟2 某校化学实验兴趣小组为了探究在实验室制备Cl2的过程中有水蒸气和HCl挥发出来,同时证明氯气的某些性质,甲同学设计了如下图所示的实验装置(支撑用的铁架台省略),按要求回答问题。
(1)下列方法中,可制得氯气的正确组合是________。
①MnO2和浓盐酸混合共热 ②KMnO4和浓盐酸混合
③次氯酸钠和浓盐酸混合 ④K2Cr2O7和浓盐酸混合
⑤KClO3和浓盐酸混合
A.①②⑤B.②④⑤C.①②④D.全部可以
(2)若用含有0.2 mol HCl的浓盐酸与足量的MnO2反应制取Cl2,制得的Cl2体积(标准状况下)总是小于1.12 L的原因是________________________________________________________________________。
(3)①装置B的作用是__________,现象是___________________________________。
②装置D和E出现的不同现象说明的问题是________________________________。
③装置F的作用是______________________________________________________。
④写出装置G中发生反应的离子方程式:____________________________________
________________________________________________________________________。
(4)乙同学认为甲同学的实验有缺陷,不能确保最终通入AgNO3溶液中的气体只有一种。为了确保实验结论的可靠性,证明最终通入AgNO3溶液的气体只有一种,乙同学提出在某两个装置之间再加一个装置。你认为装置应加在________与________之间(填装置字母序号),装置中应放____________________试剂。
1.判断正误
(1)将氯气溶于水制备次氯酸:Cl2+H2O===2H++Cl-+ClO-()
(2010·天津理综-5C)
(2)氯气在饱和食盐水中的溶解度小于在纯水中的溶解度()
(2010·全国理综Ⅱ-8A)
2.(2009·山东理综,10)下列关于氯的说法正确的是()
A.Cl2具有很强的氧化性,在化学反应中只能作氧化剂
B.Cl、Cl为不同的核素,有不同的化学性质
C.实验室制备Cl2,可用排饱和食盐水集气法收集
D.1.12 L Cl2含有1.7NA个质子(NA 表示阿伏加德罗常数)
3.(2010·上海,18)图是模
拟氯碱工业生产中检查氯气是否泄漏的装置,下列有关说法错误的是()
A.烧瓶中立即出现白烟
B.烧瓶中立即出现红棕色
C.烧瓶中发生的反应表明常温下氨气有还原性
D.烧杯中的溶液是为了吸收有害气体
4.(2009·上海理综,14)生活中难免会遇到一些突发事件,我们要善于利用学过的知识,采取科学、有效的方法保护自己。如果发生了氯气泄漏,以下自救方法得当的是()
A.只要在室内放一盆水
B.向地势低的地方撤离
C.观察风向,顺风撤离
D.用湿毛巾或蘸有石碱水的毛巾捂住口鼻撤离
题组一 氯气的性质
1.(2010·贵州安顺期末)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
2.检验氯化氢气体中是否混有Cl2,可采用的方法是()
A.用干燥的蓝色石蕊试纸
B.用干燥的有色布条
C.将气体通入硝酸银溶液
D.用湿润的淀粉碘化钾试纸
3.自来水常用氯气进行消毒。如果在实验室用自来水配制下列物质的溶液,不会产生明显药品变质问题的是()A.FeCl2
B.Na2SO3
C.NaOH
D.AlCl3
4.今有甲、乙、丙三瓶等体积的新制氯水,浓度均为0.1 mol·L-1。如果在甲瓶中加入少量的NaHCO3晶体(n mol),在乙瓶中加入少量的NaHSO3晶体(n mol),丙瓶不变。片刻后,甲、乙、丙三瓶溶液中HClO的物质的量浓度的大小关系是(溶液体积变化忽略不计)()
A.甲=乙>丙
B.甲>丙>乙
C.丙>甲=乙
D.乙>丙>甲
题组二 含氯化合物
5.下列现象或事实可用同一原理解释的是()
A.浓硫酸和浓盐酸长期暴露在空气中浓度降低
B.氯水和活性炭使红墨水褪色
C.漂白粉和钠长期暴露在空气中变质
D.氯水和过氧化钠使品红褪色
6.下图所涉及的物质均为中学化学中的常见的物质,其中C、D、E为单质,其余为化合物。它们存在如下转化关系,反应中生成的水及次要产物已略去。
(1)写出B的名称________,F的化学式________。
(2)指出MnO2在相关反应中的作用:反应①中是______剂;反应②中是________剂。
(3)若反应①是加热条件下进行,A是________;若反应①是在常温条件下进行,A是________。若在上述两种条件下得到等量的C单质,反应中转移的电子数之比为________。
题组三 氯气的制取
7.(2011·福建泉州统考)实验室用下列两种方法制氯气:①用含HCl 146 g的浓盐酸与足量的MnO2反应;②用87 g MnO2与足量浓盐酸反应。所得的氯气()
A.①比②多
B.②比①多
C.一样多
D.无法比较
8.将0.2 mol MnO2和50 mL 12 mol·L-1盐酸混合后缓缓加热,反应完全后向留下的溶液中加入足量AgNO3溶液,生成AgCl沉淀物质的量为(不考虑盐酸的挥发)()
A.等于0.3 mol
B.小于0.3 mol
C.大于0.3 mol
D.以上结论都不正确
9.下图Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是常见的气体发生装置;Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ是气体收集装置,根据要求回答下列问题:
(1)若用MnO2与浓盐酸反应制取氯气,应选用发生装置____________,用方程式表示制取氯气的反应原理是_________________________________________________________。
(2)若用KMnO4与浓盐酸反应制取氯气,应选用发生装置__________,试完成并配平下列离子方程式:
MnO+____Cl-+____H+===____Mn2++____Cl2↑+____。
(3)若选用Ⅳ为氯气的收集装置,应该在试管口放置一团棉花,该棉花团应用________溶液浸湿,其作用是___________________________________________________________。
(4)若选用Ⅴ为氯气收集装置,则氯气应从__________口通入。用化学方法检验氯气收集满了的方法是_____________________________________________________________。
题组四 实验探究
10.(2011·济南一模)甲、乙是同主族非金属元素组成的单质,乙通常状况下是深红棕色液体。X、Y、Z是化合物。X溶液呈浅绿色,Y、Z的溶液都能使KSCN溶液变红。它们之间有如下图所示的转化关系。
(1)写出少量单质甲通入X溶液中发生的离子方程式:
________________________________________________________________________。
(2)欲在实验室中制取并收集纯净、干燥的气体甲,某同学设计了如下图所示的装置。
①装置A中发生反应的化学方程式为_______________________________________
________________________________________________________________________。
②装置B的作用是_______________________________________________________。
③装置C中的试剂为____________。
④装置D中收集气体甲的方法是___________________________________________。学案19 富集在海水中的元素(一)——氯及其化合物
【课前准备区】
知识点一
1.化合态 氯化钠
2.三 ⅦA7 1 8
知识点二
1.黄绿 有刺激性 气 大 毒 液化 2 用手在瓶口轻轻扇动,仅使极少量气体飘进鼻孔
2.(1)Cu+Cl2CuCl2 棕黄
2Fe+3Cl22FeCl3 棕褐
(2)H2+Cl22HCl 苍白
(3)Cl2+H2OHCl+HClO
(4)①Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O
②2Cl2+2Ca(OH)2===CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O
Ca(ClO)2、CaCl2 Ca(ClO)2
(5)①2KI+Cl2===2KCl+I2
②2FeCl2+Cl2===2FeCl3
③SO2+2H2O+Cl2===H2SO4+2HCl
知识点三
1.(1)2HClO2HCl+O2↑
(2)弱 HClOH++ClO-(3)漂白
2.(1)强 (2)碱 ClO-+H2OHClO+OH-
(3)HClO Ca(ClO)2+CO2+H2O===2HClO+CaCO3↓
问题思考
1.(1)Cl2分子的相对分子质量较大,分子间的作用力较大,所以易液化。常见的易液化的气体还有NH3、SO2等。
(2)氯水呈黄绿色,说明氯水中有大量Cl2分子。(3)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。
(4)Cl2呈黄绿色,NO2为红棕色。
2.①隔绝CO2、H2O(g);②HClO见光易分解。
【课堂活动区】
3.(2)①Cl2的强氧化性; ②HCl的强酸性; ③HClO的强氧化性、弱酸性和不稳定性; ④Cl-的性质。
4.(1)
向氯水中加
入的物质 浓度变化 平衡移动的方向 应用
可溶性氯化物 c(Cl-)增大 左移 (1)用饱和食盐水除Cl2中的HCl (2)用排饱和食盐水收集Cl2 盐酸 c(H+)和c(Cl-)增大 左移 次氯酸盐与浓盐酸反应制Cl2
NaOH c(H+)减小 右移 用NaOH溶液吸收多余Cl2
Ca(OH)2 c(H+)减小 右移 制漂白粉
CaCO3 c(H+)减小 右移 制高浓度的HClO溶液
光照 c(HClO)减小 右移 氯水避光保存或现用现配
(2)①利用Cl2+H2OH++Cl-+HClO的平衡移动原理,Cl-浓度大时,Cl2在水中的溶解度小,故用排饱和食盐水法收集Cl2;除去HCl杂质时,把混合气体通过盛有饱和食盐水的洗气瓶。
②可向新制氯水中加入CaCO3粉末,此时HCl反应,而HClO的酸性较H2CO3弱不反应,平衡右移,HClO浓度增大。
③避光、密闭保存(棕色瓶中)。
典例导悟1 (1)氯水中含有Cl-
(2)溶液褪色 有气泡冒出
(3)取一片淀粉KI试纸,置于表面皿或玻璃片上,用洁净的玻璃棒蘸取氯水,滴在试纸上
(4)a.氯水中含有HClO,其漂白作用使溶液褪色
b.氯水中含有H+,中和OH-使溶液褪色
向褪色后的溶液中滴加NaOH溶液至溶液显碱性,若溶液不再显红色,证明红色消失是HClO的漂白作用引起的;若溶液重新显红色,证明是H+的中和作用引起的
2 (1)D
(2)浓盐酸随着反应的进行浓度逐渐降低,最终变为稀盐酸,反应不再产生氯气
(3)①证明有水蒸气产生 白色固体变蓝色
②氯气无漂白性,次氯酸有漂白性
③吸收氯气
④Ag++Cl-===AgCl↓
(4)F G 湿润的淀粉KI试纸(或湿润的有色布条)
解析 实验目的是证明Cl2中混有水蒸气和HCl气体,同时证明干燥Cl2和潮湿Cl2有无漂白性。首先从(1)题中选择正确的组合利用A装置制备Cl2;然后根据实验目的,再分析其他每个装置的作用。只有B装置能够证明水蒸气的存在,则B装置中的药品为CuSO4粉末;D、E装置用来证明干燥Cl2无漂白性,潮湿氯气发生反应:Cl2+H2OHCl+HClO,HClO具有强氧化性,因此潮湿Cl2具有漂白性。G装置是用来证明HCl气体的,因为Cl2与AgNO3溶液反应也能生成AgCl沉淀,因此F装置利用是Cl2易溶于CCl4的性质除去Cl2,F、G装置之间应增加验证Cl2被除尽的装置。
【课后练习区】
高考集训
1.(1)×
解析 HClO是弱酸,不能拆开写。
(2)√
2.C [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,A错误;同位素原子的质子数和电子数分别相等,所以化学性质几乎完全相同,B错误;通过实验室制得的Cl2中含有少量HCl, Cl2在饱和食盐水中溶解度很小,而HCl易溶,C正确;没有指明气体所处的状态, D错误。]
3.B [此题考查化学实验、元素化合物的性质等知识。分析装置图,可知氨气和氯气接触时发生反应:8NH3+3Cl2===6NH4Cl+N2,烧瓶中出现白烟,A对;不能出现红棕色气体,B错;该反应中氨气中的氮元素化合价升高,表现还原性,C对;烧杯中的氢氧化钠可以吸收多余的有害气体,D对。]
4.D [氯气与水可发生化学反应,但反应慢且反应不充分,故A项错;氯气的密度大于空气,所以Cl2聚集在地势低的地方,故应向地势高的地方、逆风跑,B、C项均错;D项中石碱水可以吸收氯气,D正确。]
考点集训
1.B
2.D [HClO具有漂白性,而Cl2不具有,A、B选项中是在干燥环境下,Cl2都不能转变为HClO,因而无漂白性,无法与HCl气体区别。C选项,气体通入AgNO3溶液产生白色沉淀,因为Cl2与H2O反应也产生Cl-。D选项,Cl2与KI反应产生I2,I2遇淀粉变蓝,可以与HCl区别开。]
3.D [氯水的成分为:Cl2、HClO、HCl、H2O,故遇到FeCl2时:2FeCl2+Cl2===2FeCl3;遇到Na2SO3时:Na2SO3+Cl2+H2O===Na2SO4+2HCl;遇到NaOH时:Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O,所以A、B、C项中药品都会变质。]
4.B [氯水中存在下列平衡:Cl2+H2OHCl+HClO,加入NaHCO3后,因为酸性:HCl>H2CO3>HClO,所以NaHCO3与HCl反应而不与HClO反应,平衡向右移动,HClO浓度增大;乙瓶中因HClO具有强氧化性,可将NaHSO3氧化,从而使HClO浓度下降。]
5.D
6.(1)浓盐酸 Fe3O4 (2)催化 氧化
(3)KClO3 H2O2 2∶1
解析 此题的关键在MnO2的作用和对变价金属铁的判断。在中学阶段,MnO2在用KClO3加热或双氧水分解时制O2时均作催化剂,在和浓盐酸加热反应制氯气时作氧化剂,则C、D可能是氯气、氧气,A、B可能是KClO3、H2O2或浓盐酸;由D+E→H,H+E→G,G+D→H可知,E为金属Fe,D为Cl2,C为O2,B为浓盐酸;C(O2)+E(Fe)→F,F为Fe3O4。MnO2在反应①中是催化剂,反应②中是氧化剂;反应①若在加热条件下进行,由2KClO32KCl+3O2↑可知A是KClO3;若在常温下进行,由2H2O22H2O+O2↑可知A是H2O2;由2→2和2→2可知,反应中转移的电子数之比是2∶1。
7.B [146 g HCl的物质的量为4 mol,87 g MnO2的物质的量为1 mol,由方程式:MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O,1 mol MnO2可以与4 mol HCl反应,但是,应注意稀盐酸与MnO2不反应的事实,也就是说1 mol MnO2与足量浓盐酸反应生成的Cl2多。]
8.C [由MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O
1 mol4 mol
0.2 mol 0.6 mol
知盐酸的量不足,根据盐酸进行计算,理论上余Cl-的物质的量为0.3 mol,但随着反应的进行,盐酸的浓度变稀,不再进行以上反应,实际余Cl-的物质的量大于0.3 mol,故生成AgCl沉淀物质的量大于0.3 mol。]
9.(1)Ⅰ MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O
(2)Ⅲ 2 10 16 2 5 8H2O
(3)氢氧化钠 防止氯气逸出污染空气
(4)A 将湿润的淀粉KI试纸放在B口处,试纸变蓝色,证明氯气已集满
解析 MnO2与浓盐酸反应制取氯气需要加热,选Ⅰ装置;用KMnO4与浓盐酸反应制取氯气,由于KMnO4的氧化性强,可以不加热,选Ⅲ装置;若选用Ⅳ为氯气的收集装置,为了防止氯气逸出污染空气,应将蘸有氢氧化钠溶液的棉花团放置在试管口;由于氯气的密度比空气大,导气管应该“长进短出”;将湿润的淀粉KI试纸放在B口处,试纸变蓝色,证明氯气已集满。
10.(1)Cl2+2Fe2+===2Fe3++2Cl-
(2)①MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O
②吸收挥发出来的HCl气体(或除去Cl2中混有的HCl气体)
③浓H2SO4
④向上排空气法
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