2022高考化学专题复习 专题四 非金属及其化合物 第2讲　富集在海水中的元素——氯、溴和碘学案

这是一份2022高考化学专题复习 专题四 非金属及其化合物 第2讲　富集在海水中的元素——氯、溴和碘学案，共28页。学案主要包含了氯气的实验室制法及实验探究，卤素单质及其工业制备方法等内容，欢迎下载使用。

一、氯元素的单质及其化合物的性质及应用
1.氯气的物理性质
[注意] 实验室里闻有毒气体及未知气体的气味的方法是用手在瓶口轻轻扇动,仅使极少量气体飘进鼻孔(如图所示)。
2.氯气的化学性质
(1)与金属反应
(2)与非金属单质反应
与H2反应:④ H2+Cl22HCl
(3)与水反应
溶于水的氯气部分与水反应的离子方程式为⑨ Cl2+H2O H++Cl-+HClO 。
(4)与碱反应
(5)与还原性无机化合物反应
(6)与有机物反应
3.氯水的性质
氯气能溶于水,氯气的水溶液被称为氯水,溶于水的氯气只有少量与水反应。
(1)氯水的成分
(2)氯水性质的多重性
4.次氯酸
次氯酸见光分解的化学方程式:2HClO2HCl+O2↑。
5.次氯酸盐
(1)漂白液
(2)漂白粉
二、氯气的实验室制法及实验探究
1.氯气的实验室制法
(1)反应原理:
MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O
[注意] 实验室制氯气时也可以用KMnO4、K2Cr2O7、KClO3代替MnO2,且反应不需要加热,如2KMnO4+16HCl(浓)2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O。
(2)装置类型:固体+液体 气体。
(3)净化方法:通过盛饱和食盐水的洗气瓶除去HCl,再通过盛浓硫酸的洗气瓶除去水蒸气。
(4)收集方法: 向上排空气 法或 排饱和食盐水 法。
(5)尾气吸收:用强碱溶液(如NaOH溶液)吸收,离子方程式为 Cl2+2OH-Cl-+ClO-+H2O 。
2.验满方法
(1)将湿润的 淀粉-KI 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。
(2)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。
三、卤素单质及其工业制备方法
1.卤素单质的物理性质
2.卤素单质性质的相似性
(1)都能与大多数金属反应:如2Fe+3Br2 2FeBr3 、Fe+I2 FeI2 。
(2)都能与H2反应生成 HX (X代表F、Cl、Br、I,下同)。
(3)都能与水反应:X2+H2O HX+HXO (F2例外)。
(4)都能与碱液(如NaOH溶液)反应:X2+2NaOH NaX+NaXO+H2O (F2例外)。
3.卤素单质性质的递变性
4.卤素离子的检验方法
(1)AgNO3溶液——沉淀法
未知液生成㊵ 白 色沉淀,则有Cl-㊶ 淡黄 色沉淀,则有Br-㊷ 黄 色沉淀,则有I-
(2)置换——萃取法
(3)氧化——淀粉法检验I-
未知液溶液呈 蓝 色,表明有I-
1.易错易混辨析(正确的画“√”,错误的画“✕”)。
(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( )
(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)氯气可以使湿润的有色布条褪色,但是实际起漂白作用的物质是次氯酸而不是氯气( )
(5)氯气作水的杀菌消毒剂时没有发生化学变化( )
(6)Cl2能使湿润的淀粉-KI试纸变蓝,说明Cl2具有氧化性( )
(7)溴化银具有感光性,碘化银不具有感光性( )
(8)加碘食盐可用淀粉溶液检验其中的碘( )
(9)类比Fe与Cl2的反应判断Fe与I2反应时生成FeI3( )
(10)向无色溶液中滴加氯水和CCl4,振荡、静置,下层溶液显紫红色,证明原溶液中含有I-( )
答案 (1)✕ (2)√ (3)✕ (4)√ (5)✕ (6)√ (7)✕ (8)✕ (9)✕ (10)√
2.用滴管将新制的饱和氯水慢慢滴入含酚酞的NaOH稀溶液中,当滴到最后一滴时红色突然褪去,试回答下列问题。
(1)实验室保存新制饱和氯水的方法是 。
(2)产生上述现象的原因可能有两种(用简要文字说明):
①是由于 ;
②是由于 。
简述怎样用实验证明红色褪去的原因是①或者是②: 。
答案 (1)在阴凉处置于棕色试剂瓶中密封保存
(2)氯水与NaOH反应生成两种盐,碱性减弱 氯水过量后HClO将酚酞漂白 向无色溶液中再滴加足量NaOH溶液,若不再出现红色,应为原因②,若再出现红色,应为原因①
3.关于氟、氯、溴、碘的下列说法中,错误的是( )
A.它们最外层电子数都是7
B.原子核外电子层数依次增多
C.原子半径依次减小
D.原子核对最外层电子的吸引能力依次减弱
答案 C 氟、氯、溴、碘原子核外最外层电子数相同,都是7,A正确;随着原子序数增加,它们的电子层数依次增加,B正确;随着原子序数增加,它们的电子层数依次增加,原子半径依次增大,C错误;随着原子序数增加,原子核对最外层电子的吸引能力依次减弱,D正确。
考点一 氯元素的单质及其化合物的性质及应用
◆典例探究
例 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.氯水的颜色呈浅黄绿色,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 氯水中含有“三分四离”[Cl2、HClO、H2O、H+、Cl-、ClO-、OH-(少)],含Cl2,溶液呈浅黄绿色,A项正确;含Cl-,加入AgNO3溶液反应生成AgCl沉淀,B项正确;能与NaHCO3反应生成CO2,说明含有H+,C项正确;氯水中Cl2可以将Fe2+氧化为Fe3+,D项错误。
名师点拨
氯水中平衡(Cl2+H2OH++Cl-+HClO)移动的应用
◆题组训练
题组一 氯气的化学性质
1.下列关于氯气的叙述中不正确的是( )
A.氯气呈液态时称为液氯
B.氯气的密度比空气的大
C.氯气的水溶液中含有多种分子
D.氯气在碱性溶液中漂白性会增强
答案 D 氯气与水反应生成的次氯酸具有漂白性,氯气在碱性溶液中漂白性会降低,D错误。
2.已知:KClO3+6HCl(浓)KCl+3Cl2↑+3H2O。如图所示,将少量试剂分别放入培养皿中的相应位置,实验时将浓盐酸滴在KClO3晶体上,并用表面皿盖好。下表中由实验现象得出的结论完全正确的是( )
答案 D A项是因为Cl2具有强氧化性,错误;Cl2本身没有酸性,溶液褪色,可能是Cl2与水反应生成HCl和HClO,再与NaOH溶液发生中和反应生成盐而使溶液褪色,还可能是生成的HClO的漂白性使溶液褪色,B项错误;Cl2本身不具有漂白性,而是Cl2与H2O作用生成的HClO具有漂白性,C项错误。
题组二 氯水的性质
3.新制氯水与久置的氯水相比较,下列结论不正确的是( )
A.颜色相同
B.前者能使有色布条褪色
C.都含有H+
D.加AgNO3溶液都能生成白色沉淀
答案 A 新制氯水显浅黄绿色,而久置的氯水几乎无色,颜色不相同,A错误。
4.(2020四川绵阳诊断一)数字化实验是利用传感器和信息处理终端进行数据采集与分析的实验手段。下图是利用数字化实验测定光照氯水过程中得到的图像,该图像表示的意义是( )
A.氯离子浓度随时间的变化 B.氧气体积分数随时间的变化
C.氯水的pH随时间的变化 D.氯水导电能力随时间的变化
答案 C 氯水光照发生反应:2HClO2HCl+O2↑,则随着横坐标时间的增大,氯离子浓度应该越来越大,故A错误;随着横坐标时间的增大,氧气体积分数应该越来越大,故B错误;随着横坐标时间的增大,弱酸HClO分解生成强酸HCl,则氯水的pH越来越小,故C正确;随着横坐标时间的增大,氯水导电能力也越来越大,故D错误。
题组三 次氯酸与次氯酸盐
5.下列有关NaClO和NaCl混合溶液的叙述正确的是( )
A.该溶液中,H+、NH4+、Ag+可以大量共存
B.向该溶液中通入CO2,不发生化学反应
C.该溶液可作游泳池的消毒剂,有效成分是NaCl
D.常温下,将氯气通入NaOH溶液中可以得到该溶液
答案 D H+与ClO-,Cl-与Ag+不能大量共存,A错误;向题给溶液中通入CO2,酸性:H2CO3>HClO,所以CO2与NaClO溶液发生强酸制取弱酸的反应生成HClO,B错误;NaClO具有强氧化性,可杀菌、消毒,可作游泳池的消毒剂,有效成分是NaClO,C错误。
6.(2020北京高三二模)漂白粉和漂粉精是常用的消毒清洁用品,有效成分均为Ca(ClO)2,相应的生产流程如下:
下列说法不正确的是( )
A.①中阳极的电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑
B.②中反应的化学方程式为2Cl2+2Ca(OH)2Ca(ClO)2+CaCl2+2H2O
C.上述过程涉及氧化还原反应、化合反应、复分解反应
D.制备漂粉精过程中,Cl2转化为Ca(ClO)2时,Cl的原子利用率为100%
答案 D A项,电解过程中阳极失电子,溶液中的Cl-在阳极发生反应生成Cl2,阳极的电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,正确;B项,反应②为氯气和氢氧化钙反应,反应的化学方程式为2Cl2+2Ca(OH)2Ca(ClO)2+CaCl2+2H2O,正确;C项,题述过程中反应①、②、③均为氧化还原反应,反应④为化合反应,反应⑤为复分解反应,正确;D项,制备漂粉精过程中,Cl2与Na2CO3反应时,Cl2中的Cl原子没有全部转化为Cl2O,因此Cl的原子利用率不为100%,错误。
考点二 氯气的实验室制法、性质及实验探究
◆典例探究
例 某同学用下列装置制备并检验Cl2的性质,下列说法正确的是( )
A.Ⅰ图中:如果MnO2过量,浓盐酸就可全部反应
B.Ⅱ图中:生成蓝色的烟
C.Ⅲ图中:用日光照射量筒,量筒中会产生大量白雾,液面会迅速上升
D.Ⅳ图中:a中有色布条褪色,b中不褪色
答案 C 浓盐酸与MnO2共热发生反应:MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O,随着反应的进行HCl的量不断减少,而且反应生成水的量逐渐增多,使浓盐酸逐渐变稀,但稀盐酸不能与MnO2反应,所以即使MnO2过量,浓盐酸也不可能完全反应,A错误;铜丝在Cl2中点燃产生棕黄色的烟,B错误;因Cl2不具有漂白性,故干燥的有色布条a不会褪色,而Cl2溶解在湿润的有色布条b中生成了HClO,HClO具有漂白性,故b中有色布条褪色,D错误。
名师点拨
实验室用MnO2和浓盐酸制取Cl2时的注意事项
(1)反应物的选择:必须用浓盐酸,稀盐酸与MnO2不反应,且随着反应的进行,浓盐酸变为稀盐酸时,反应停止,故盐酸中的HCl不可能全部参加反应。
(2)加热温度:不宜过高,以减少HCl挥发。
(3)实验结束后,先使反应停止并排出残留的Cl2,再拆卸装置,避免污染空气。
(4)尾气处理时,用NaOH溶液吸收Cl2,不能用澄清石灰水吸收,因为澄清石灰水中含Ca(OH)2的量少,吸收不完全。
◆题组训练
1.(2020全国高三模拟)某化学实验创新小组设计了如图所示的检验Cl2某些性质的一体化装置。下列有关描述不正确的是( )
A.浓盐酸滴到氯酸钾固体上反应的离子方程式为5Cl-+ClO3-+6H+3Cl2↑+3H2O
B.无水氯化钙的作用是干燥Cl2,且干燥的有色布条不褪色,湿润的有色布条褪色
C.2处溶液中出现白色沉淀,3处溶液变蓝,4处溶液变为橙色,三处现象均能说明Cl2具有氧化性
D.5处溶液变为红色,底座中溶液红色消失,氢氧化钠溶液的作用为吸收剩余的Cl2以防止污染
答案 C 浓盐酸滴到氯酸钾固体上可生成Cl2,含不同化合价的同种元素的物质间发生氧化还原反应时,化合价只靠近不交叉,故反应的离子方程式为5Cl-+ClO3-+6H+3Cl2↑+3H2O,A项正确;为了检验Cl2有无漂白性,应该先把Cl2干燥,故无水氯化钙的作用是干燥Cl2,然后会出现干燥的有色布条不褪色而湿润的有色布条褪色的现象,B项正确;Cl2与水反应生成HCl和HClO,HCl与硝酸银溶液反应产生白色沉淀,无法说明Cl2具有氧化性,C项错误;Cl2与5处硫酸亚铁溶液反应生成Fe3+,Fe3+与SCN-反应生成红色配合物,氢氧化钠溶液可以吸收剩余的Cl2,防止污染空气,D项正确。
2.纯净干燥的氯气与熔融金属锡反应可制备SnCl4,某化学小组的同学设计了如下实验装置进行制备。
已知:①金属锡熔点为231℃,化学活泼性与铁相似;②SnCl4的沸点为114℃;③SnCl4易与水反应。
请根据上图装置回答:
(1)装置Ⅳ中发生反应的化学方程式为 。
(2)试管Ⅱ中的试剂是 ,装置Ⅴ的作用是 。
(3)装置Ⅵ最好选用下列装置中的 (填标号)。
(4)实验结束后,欲回收利用装置Ⅰ中未反应完的MnO2,需要的分离方法 。
(5)为了顺利完成实验,点燃酒精灯的正确操作是 (填字母)。
A.先点燃Ⅰ处酒精灯,后点燃Ⅳ处酒精灯
B.先点燃Ⅳ处酒精灯,后点燃Ⅰ处酒精灯
C.同时点燃Ⅰ、Ⅳ两处酒精灯
答案 (1)Sn+2Cl2SnCl4 (2)饱和食盐水 冷却和收集SnCl4 (3)B (4)过滤 (5)A
考点三 卤素单质及其工业制备方法
题组一 卤素单质性质的相似性与递变性
1.(2020福建南平一诊)某小组比较Cl-、Br-、I-的还原性,实验如下:
下列对实验的分析合理的是( )
A.实验1中,白烟是(NH4)2SO4
B.根据实验1和实验2判断还原性:Br->Cl-
C.根据实验3判断还原性:I->Br-
D.上述实验利用了浓H2SO4的强酸性、强氧化性等性质
答案 B 硫酸不具有挥发性,白烟不是(NH4)2SO4,而是浓硫酸与NaCl固体反应生成的挥发性酸HCl与氨气反应生成的氯化铵,故A错误。浓硫酸具有氧化性,将溴离子氧化成具有挥发性的溴单质,溴单质将湿润的淀粉-KI试纸中的碘离子氧化成碘单质,使淀粉-KI试纸变蓝,可知氧化性:浓硫酸>Br2;而浓硫酸不能氧化Cl-得到氯气,说明氯气的氧化性强于浓硫酸,则氧化性:Cl2>Br2,还原性:Br->Cl-,故B正确。结合试验2可知浓硫酸的氧化性大于溴,②中溶液中还有剩余的浓硫酸,也能将I-氧化成碘单质;所以试验3中无法确定是何种物质将碘离子氧化成I2,故C错误。①中为难挥发性酸制备易挥发性酸,②为浓硫酸氧化溴离子,所以利用了浓H2SO4的难挥发性、强氧化性,故D错误。
2.某混合溶液中含有NaI、NaBr、Na2SO4三种溶质,其物质的量均为1ml,向混合溶液中通入一定量的氯气。下列说法正确的是( )
A.将溶液蒸干最多可以得到4mlNaCl
B.将溶液蒸干并燃烧,得到的固体可能是NaCl、NaBr、Na2SO4
C.向溶液中滴加淀粉-KI溶液,溶液变蓝,则氯气一定过量
D.若通入氯气的体积为22.4L(标准状况),反应的离子方程式为2I-+Cl2I2+2Cl-
答案 B 氯气与硫酸钠不反应,因此将溶液蒸干最多可以得到2mlNaCl,A错误;若氯气与部分溴化钠反应,则将溶液蒸干并灼烧,得到的固体可能是NaCl、NaBr、Na2SO4,B正确;向溶液中滴加淀粉-KI溶液,溶液变蓝,说明有碘生成,氯气可能只与部分的NaI反应,C错误;D项,正确的离子方程式为2I-+Cl2I2+2Cl-、2Br-+Cl2Br2+2Cl-,错误。
题组二 卤素单质的工业制备方法
3.“空气吹出法”海水提溴的工艺流程如下:
下列说法中正确的是( )
A.进入吹出塔前,Br-被还原成了Br2
B.从吹出塔进入吸收塔的物质只有Br2
C.经过吸收塔后,溴元素得到了富集
D.蒸馏塔中只发生了物理变化
答案 C 进入吹出塔前,发生反应:Cl2+2Br-2Cl-+Br2,溴元素的化合价升高,Br-被氧化,A项错误;根据题给流程,从吹出塔进入吸收塔的物质除Br2外,还有空气、水蒸气、过量的氯气等,B项错误;吸收塔中发生的反应是SO2+Br2+2H2O2HBr+H2SO4,海水中c(Br-)很小,因此吸收塔的目的是富集溴元素,C项正确;蒸馏塔中发生的主要反应为Cl2+2Br-Br2+2Cl-,存在化学变化,同时也存在物理变化,D项错误。
4.用高分子吸附树脂提取卤水中的碘(主要以I-形式存在)的工艺流程如下:
下列说法不正确的是( )
A.经①和④所得溶液中,c(I-)后者大于前者
B.④的作用是将吸附的碘还原而脱离高分子树脂
C.若②和⑤中分别得到等量I2,则消耗的n(Cl2)∶n(KClO3)=5∶2
D.由⑥得到碘产品的过程,主要发生的是物理变化
答案 C A项,题给流程是碘元素富集的过程,正确;B项,④需要将树脂上吸附的I2解脱为溶液中的I-再进行⑤中的反应,正确;C项,②中反应:Cl2~I2,⑤中反应:ClO3-~3I2,根据比例关系,生成等量的I2时,消耗Cl2和KClO3的物质的量之比应为3∶1,错误;D项,升华为物理变化,正确。
1.(2020天津,1,3分)在全国人民众志成城抗击新冠病毒期间,使用的“84消毒液”的主要有效成分是( )
A.NaOH B.NaCl C.NaClO D.Na2CO3
答案 C NaClO水解产生的HClO具有强氧化性,可以杀死病毒,故C项正确。
2.(2020课标Ⅲ,26,14分)氯可形成多种含氧酸盐,广泛应用于杀菌、消毒及化工领域。实验室中利用下图装置(部分装置省略)制备KClO3和NaClO,探究其氧化还原性质。
回答下列问题:
(1)盛放MnO2粉末的仪器名称是 ,a中的试剂为 。
(2)b中采用的加热方式是 。c中化学反应的离子方程式是 ,
采用冰水浴冷却的目的是 。
(3)d的作用是 ,可选用试剂 (填标号)。
A.Na2S B.NaCl C.Ca(OH)2 D.H2SO4
(4)反应结束后,取出b中试管,经冷却结晶, , ,干燥,得到KClO3晶体。
(5)取少量KClO3和NaClO溶液分别置于1号和2号试管中,滴加中性KI溶液。1号试管溶液颜色不变。2号试管溶液变为棕色,加入CCl4振荡,静置后CCl4层显 色。可知该条件下KClO3的氧化能力 (填“大于”或“小于”)NaClO。
答案 (1)圆底烧瓶 饱和食盐水 (2)水浴加热 Cl2+2OH-ClO-+Cl-+H2O 避免生成NaClO3 (3)吸收尾气(Cl2) AC (4)过滤 少量(冷)水洗涤 (5)紫 小于
解析 (1)a装置的作用是除去Cl2中混有的HCl气体,所以a中试剂为饱和食盐水。(2)b中采用的加热方式为水浴加热。冰水浴温度下,Cl2与NaOH反应生成NaCl、NaClO和H2O;b中温度较高,生成的是KClO3,则进入c中的Cl2温度较高,为防止生成NaClO3,所以用冰水浴冷却。(3)d装置的作用是吸收多余的Cl2。Cl2能与Na2S发生置换反应生成S和NaCl;Cl2与NaCl溶液不反应;Cl2能与Ca(OH)2反应生成CaCl2、Ca(ClO)2和H2O;Cl2与H2SO4不反应;故选A、C。(4)b中得到温度较高的KClO3和KCl的混合溶液,降低温度,KClO3的溶解度明显降低,而KCl的溶解度随温度变化不明显,所以采用降温结晶的方法得到KClO3;由于低温时,KClO3的溶解度较小,所以用冷水洗涤KClO3晶体。(5)2号试管中棕色溶液为碘水,说明NaClO将I-氧化为I2,加入CCl4萃取分层,碘的CCl4溶液为紫色;1号试管溶液颜色不变,说明KClO3不能氧化I-,该对照实验说明NaClO的氧化性强于KClO3。
3.(2020课标Ⅱ,26节选)化学工业为疫情防控提供了强有力的物质支撑。氯的许多化合物既是重要化工原料,又是高效、广谱的灭菌消毒剂。回答下列问题:
(3)Cl2O为淡棕黄色气体,是次氯酸的酸酐,可由新制的HgO和Cl2反应来制备,该反应为歧化反应(氧化剂和还原剂为同一种物质的反应)。上述制备Cl2O的化学方程式为 。
(4)ClO2常温下为黄色气体,易溶于水,其水溶液是一种广谱杀菌剂。一种有效成分为NaClO2、NaHSO4、NaHCO3的“二氧化氯泡腾片”,能快速溶于水,溢出大量气泡,得到ClO2溶液。上述过程中,生成ClO2的反应属于歧化反应,每生成1mlClO2消耗NaClO2的量为 ml;产生“气泡”的化学方程式为 。
(5)“84消毒液”的有效成分为NaClO,不可与酸性清洁剂混用的原因是 (用离子方程式表示)。工业上是将氯气通入到30%的NaOH溶液中来制备NaClO溶液,若NaClO溶液中NaOH的质量分数为1%,则生产1000kg该溶液需消耗氯气的质量为 kg(保留整数)。
答案 (3)2Cl2+HgOHgCl2+Cl2O
(4)1.25 NaHCO3+NaHSO4CO2↑+Na2SO4+H2O
(5)ClO-+Cl-+2H+Cl2↑+H2O 203
解析 (3)HgO与Cl2的反应为歧化反应,Cl2既是氧化剂又是还原剂,汞元素与氧元素化合价不变,故HgO与Cl2反应生成Cl2O的同时还生成HgCl2,依据得失电子守恒可知,生成HgCl2与Cl2O的物质的量之比为1∶1。(4)由题意可知NaClO2生成ClO2的反应为歧化反应,故,依据得失电子守恒可得,生成ClO2与NaCl的物质的量之比为4∶1,依据氯原子守恒可得,NaClO2与ClO2的物质的量之比为5∶4,每生成1mlClO2消耗NaClO2的量为1.25ml;ClO2易溶于水,故“气泡”的成分只能是CO2,NaHSO4与NaHCO3反应生成Na2SO4、H2O和CO2。(5)酸性条件下ClO-与Cl-可发生氧化还原反应生成Cl2和H2O;设反应前NaOH溶液的质量为akg,消耗氯气的质量为xkg,则x+a=1000;反应消耗NaOH的质量为(0.3a-1000×1%)kg=(0.3a-10)kg,由化学方程式Cl2+2NaOHNaCl+NaClO+H2O可知:x0.3a-10=7180,与x+a=1000联立可求出x≈203。
4.(2020江苏单科,18节选)次氯酸钠溶液和二氯异氰尿酸钠(C3N3O3Cl2Na)都是常用的杀菌消毒剂。NaClO可用于制备二氯异氰尿酸钠。
(1)NaClO溶液可由低温下将Cl2缓慢通入NaOH溶液中而制得。制备NaClO的离子方程式为 ;用于环境杀菌消毒的NaClO溶液须稀释并及时使用,若在空气中暴露时间过长且见光,将会导致消毒作用减弱,其原因是 。
答案 (1)Cl2+2OH-ClO-+Cl-+H2O NaClO溶液吸收空气中的CO2后产生HClO,HClO见光分解
解析 (1)低温下Cl2与NaOH溶液发生反应可制得NaClO,则Cl2与NaOH发生的反应为Cl2+2NaOHNaCl+NaClO+H2O,故制备NaClO的离子方程式为Cl2+2OH-Cl-+ClO-+H2O;NaClO溶液吸收空气中的CO2发生反应:NaClO+CO2+H2ONaHCO3+HClO,HClO不稳定,见光易分解:2HClO2HCl+O2↑,故NaClO溶液在空气中暴露时间过长且见光会导致消毒作用减弱。
A组 基础达标
1.下列叙述中正确的是( )
A.能使润湿的淀粉-KI试纸变成蓝色的物质一定是Cl2
B.用硝酸酸化的硝酸银溶液能鉴别NaCl、NaBr、KI三种失去标签的溶液
C.某溶液加入CCl4,CCl4层显紫色,证明原溶液中存在I-
D.某浅黄色的溴水,加入CCl4振荡静置后,上层显橙红色
答案 B 很多氧化剂(如HNO3、O3等)能将I-氧化为I2,A项错;碘单质的CCl4溶液显紫色,C项错;CCl4的密度比水的大,应是下层显橙红色,D项错。
2.(2020吉林松原模拟)某化学兴趣小组利用MnO2、浓盐酸及如图装置制备Cl2。下列分析中不正确的是( )
A.①中可用分液漏斗代替长颈漏斗
B.①中缺少加热装置
C.②中盛放的NaOH溶液可以净化Cl2
D.④中的导管口若连接倒置漏斗可防止倒吸
答案 C 氯气能与氢氧化钠溶液反应,故②中不能盛放氢氧化钠溶液。
3.(2020江苏高三三模)“84消毒液”可杀灭病毒,可用Cl2与NaOH溶液反应制备。下列关于“84消毒液”的说法不正确的是( )
A.属于胶体 B.有效成分为NaClO
C.室温下溶液pH大于7 D.有强氧化性
答案 A “84消毒液”分散质直径小于1nm,属于溶液,故A错误;氯气和NaOH溶液反应生成氯化钠和次氯酸钠,次氯酸根离子具有强氧化性,可以消毒杀菌,所以有效成分为NaClO,故B正确;次氯酸为弱酸,所以次氯酸钠为强碱弱酸盐,溶液显碱性,故C正确;次氯酸根离子具有强氧化性,所以“84消毒液”具有强氧化性,故D正确。
4.某化学小组用如图所示装置验证卤素单质氧化性的相对强弱。下列说法不正确的是( )
A.E处棉花球变成黄色,说明Cl2的氧化性比Br2强
B.F处棉花球变成蓝色,说明Br2的氧化性比I2强
C.E处发生反应的离子方程式为Cl2+2Br-2Cl-+Br2
D.G装置中NaOH溶液与Cl2反应的离子方程式为2OH-+Cl2ClO-+Cl-+H2O
答案 B Cl2与NaBr反应:Cl2+2Br-2Cl-+Br2,故A、C正确;氯气和溴蒸气都能与KI反应生成碘单质,故F处棉花球变成蓝色,不能说明溴的氧化性比碘的强,B错误;Cl2与NaOH反应,其离子方程式为Cl2+2OH-Cl-+ClO-+H2O,D正确。
5.在实验室利用浓盐酸和二氧化锰制氯气,制备装置中应使用分液漏斗而不能使用长颈漏斗。下列有关理由错误的是( )
A.防止氯气扩散到空气中造成污染
B.便于控制加入盐酸的量
C.长颈漏斗便于添加液体
D.尽量避免氯化氢挥发到空气中
答案 C 用分液漏斗既可防止氯化氢气体和氯气挥发污染环境,又可控制滴加盐酸的量和滴加速度,从而控制反应速率,提高盐酸的利用率。
6.某溶液中除Na+外,还含有SO42-、HCO3-、SO32-和CO32-等离子,通入足量Cl2,溶液中浓度增大的离子是( )
A.SO42- B.HCO3- C.SO32- D.CO32-
答案 A 溶液中通入氯气时,发生反应Cl2+SO32-+H2O2Cl-+2H++SO42-,SO32-浓度减小,SO42-浓度增大;又有Cl2+H2OH++Cl-+HClO,生成的H+使HCO3-、CO32-转化成二氧化碳气体,HCO3-、CO32-浓度减小。
7.(2020云南昆明月考)溴化碘(IBr)的化学性质与卤素单质相似,能与大多数金属反应生成金属卤化物,和某些非金属单质反应生成相应的卤化物,跟水反应的化学方程式为IBr+H2OHBr+HIO,下列有关IBr的叙述中,不正确的是( )
A.IBr是双原子分子
B.在很多反应中,IBr是强氧化剂
C.和NaOH溶液反应生成NaBr和NaIO
D.和水反应时,既是氧化剂又是还原剂
答案 D IBr中I为+1价,Br为-1价,是双原子分子,A正确;IBr的化学性质与卤素相似,B正确;与碱反应的实质可看成是IBr先与水反应,生成物HBr和HIO再与碱反应,C正确;IBr跟水反应的化学方程式为IBr+H2OHBr+HIO,反应前后各元素的化合价均未发生变化,仍然是I为+1价,Br为-1价,故这个反应不是氧化还原反应,D错误。
8.(2020河南高三一模)某同学欲利用浓盐酸、MnO2、Fe等试剂制取无水氯化铁、收集一定量的氯气并验证其某些性质,实验装置如图所示(制气装置省略)。下列说法错误的是( )
A.④中a导管应向下延伸至接近集气瓶底
B.若撤去⑥,则⑤中可能有Fe2O3生成
C.当⑤中充满黄绿色气体时再点燃⑤处酒精灯
D.③中试纸若是湿润的,则根据产生的现象可证明氯气有酸性、漂白性
答案 D 氯气的密度比空气的大,应采用向上排空气法收集,故需要将a导管延长至接近集气瓶底,A正确;若撤去⑥,则⑦中的水蒸气会进入⑤中,导致FeCl3水解生成Fe(OH)3,Fe(OH)3受热分解变为Fe2O3,B正确;加热时装置中的空气会与Fe反应,故应先通入一段时间Cl2,以排尽装置中的空气,防止加热时铁被空气氧化,C正确;干燥的氯气无漂白性、酸性,D错误。
9.(2020黑龙江实验中学摸底)瑞典化学家舍勒将软锰矿(主要成分为MnO2)与浓盐酸混合加热,在世界上首先得到了氯气。已知Cl2和碱溶液在不同条件下,得到的产物不同,某兴趣小组用如图所示装置制取氯酸钾、次氯酸钠和探究氯水的性质。
图中:A为氯气发生装置;B的试管里盛有15mL30%KOH溶液,并置于水浴中;C的试管里盛有15mL8%NaOH溶液,并置于冰水浴中,D的试管里盛有紫色石蕊溶液。
请填写下列空白:
(1)制取氯气时,在圆底烧瓶里加入一定质量的二氧化锰,通过 (填仪器名称)向圆底烧瓶中加入适量的浓盐酸,装置A中反应的离子方程式是 。
(2)制取氯酸钾是在装置B中进行的,装置B中制取氯酸钾的化学方程式是 。该小组同学发现制得的氯酸钾产量偏低,原因是氯气中含有杂质,改进方法是 。
(3)实验中装置D的试管中产生的现象是 。
(4)请在装置图方框中画出上述实验还缺少的装置,并注明试剂。
(5)该小组同学认为:SO2和氯水都有漂白性,二者混合后的漂白性肯定会更强,但是如果将SO2和Cl2同时通入品红溶液中,则会发现褪色效果并不像该小组同学想象的那样,请你分析原因: (用离子方程式表示)。
答案 (1)分液漏斗 MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O
(2)3Cl2+6KOHKClO3+5KCl+3H2O 在装置A、B之间加一个盛饱和食盐水的洗气瓶
(3)溶液先变红后褪色
(4)
(5)SO2+Cl2+2H2O4H++SO42-+2Cl-
解析 (1)制备氯气的原理是利用二氧化锰和浓盐酸加热反应生成氯化锰、氯气和水,浓盐酸从分液漏斗中加入,反应的离子方程式为MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O。(2)氯气与氢氧化钾在加热条件下生成氯化钾、氯酸钾和水,化学方程式为3Cl2+6KOHKClO3+5KCl+3H2O,氯气中可能含有氯化氢气体,A、B间需增加一个洗气装置,可加一个盛饱和食盐水的洗气瓶,吸收氯化氢,避免产生误差。
B组 综合提升
10.(2020上海高三二模)锥形瓶中装有部分变质的漂粉精粉末和红色纸花,向其中注射浓盐酸,观察到纸花褪色,并有黄绿色气体生成,该实验可以得到的结论是( )
A.说明Ca(ClO)2具有漂白性
B.实验中只发生了氧化还原反应
C.浓盐酸被氧化
D.反应中生成的气体只有Cl2
答案 C 锥形瓶中装有部分变质的漂粉精粉末和红色纸花,漂粉精没有使红色纸花褪色,所以该实验不能说明Ca(ClO)2具有漂白性,故A错误;部分变质的漂粉精粉末中含有碳酸钙,加入浓盐酸,浓盐酸和次氯酸钙发生氧化还原反应生成氯气,浓盐酸与碳酸钙发生复分解反应生成二氧化碳,故B错误;浓盐酸中HCl与Ca(ClO)2反应生成氯气,浓盐酸中Cl元素的化合价升高,发生氧化反应,浓盐酸被氧化,故C正确;变质的漂粉精粉末中含有碳酸钙,加入浓盐酸可生成氯气和二氧化碳气体,故D错误。
11.(2020河南洛阳模拟)依据下列实验现象,所得结论不正确的是( )
A.品红溶液褪色是氯水漂白所致
B.集气瓶中发生了反应:Cl2+SO2+2H2OH2SO4+2HCl
C.依据现象②可确定产生的气体为SO2
D.检验SO42-的试剂为盐酸、BaCl2溶液
答案 C 氯水中的次氯酸能使品红溶液褪色,选项A正确;集气瓶中氯气与二氧化硫发生氧化还原反应生成硫酸和盐酸,反应的化学方程式为Cl2+SO2+2H2OH2SO4+2HCl,选项B正确;依据现象②加热褪色后的溶液至沸腾,未见颜色恢复,有气体逸出,说明不含有二氧化硫,产生的气体可能为次氯酸分解产生的O2和HCl,选项C不正确;检验SO42-的试剂为盐酸、BaCl2溶液,往溶液中加入过量的盐酸酸化,再滴加BaCl2溶液,若产生白色沉淀则溶液中含有SO42-,选项D正确。
12.(2020福建高三二模)卤素互化物如ICl、ICl3等具有与卤素单质相似的性质。利用反应I2+Cl22ICl,实验室可用如图所示装置(夹持仪器已略去)制取少量ICl。已知:ICl的熔点为27.2℃,沸点为97.4℃,容易水解,能发生反应:ICl+Cl2ICl3。下列叙述错误的是( )
A.圆底烧瓶中的固体可以为KMnO4或KClO3
B.装置B、C中的试剂分别为饱和食盐水和浓硫酸
C.装置E的作用为吸收尾气,可用装置F替代
D.盐酸的滴加速度过快,ICl的产率会明显降低
答案 C 装置A为氯气制备装置,此装置为固液不加热装置,故可以使用KMnO4或KClO3与浓盐酸反应制取氯气,A正确;制取的氯气中含有杂质氯化氢和水,故装置B中盛有饱和食盐水可除去HCl,装置C中盛有浓硫酸可除去H2O,B正确;因为ICl容易水解且氯气有毒,装置E的作用为吸收尾气和防止空气中水蒸气进入D装置,装置F中的氢氧化钠溶液能吸收尾气但不能防止水蒸气进入装置D,C错误;若盐酸的滴加速度过快会使反应过于剧烈,氯气与ICl继续反应生成ICl3,使ICl的产率降低,D正确。
13.(2020广西桂林月考)“84消毒液”在2020年抗击新冠病毒中被广泛用于消毒,其有效成分是NaClO。某校化学研究性学习小组在实验室制备NaClO溶液,并进行性质探究和成分测定。
已知:①室温下,饱和NaClO溶液的pH为11。
②25℃时,H2CO3:Ka1=4.4×10-7,Ka2=4.7×10-11;HClO:Ka=3.0×10-8。
Ⅰ.制备NaClO溶液
该学习小组按下图装置进行实验(部分夹持装置省去)。
(1)上图中A装置为实验室制备Cl2的发生装置,可以选用下列图中 (填代号)装置,用该装置制备Cl2反应的化学方程式为 。
(2)B装置中仪器a的名称是 ,B装置可除去氯气中氯化氢杂质,此外还有
(写出一点)作用。
Ⅱ.NaClO性质探究
按上图装置进行实验,一段时间后,取C装置中的溶液进行实验,如下表所示:
(3)C装置溶液中的溶质除NaCl外,还有 (填化学式)。
(4)将C装置中NaOH溶液换成NaHCO3溶液,反应一段时间后,取C装置中的溶液按上表实验内容进行实验。现象为实验l中紫色石蕊试液立即褪色,实验2中溶液的pH=7。结合平衡移动原理解释紫色石蕊试液立即褪色的原因: 。
Ⅲ.测定C装置溶液中NaClO含量(单位:g·L-1)
ⅰ.取C装置溶液10.00mL于锥形瓶中,加入适量硫酸酸化,迅速加入过量KI溶液,盖紧瓶塞并在暗处充分反应。
ⅱ.用0.1000ml·L-1Na2S2O3标准溶液滴定上述锥形瓶中的溶液至终点,重复操作2~3次,消耗Na2S2O3溶液的平均体积为12.00mL。(已知:I2+2S2O32-2I-+S4O62-)
(5)ⅰ中主要发生反应的离子方程式为 ,ⅱ中用 作指示剂。
(6)盖紧瓶塞并在暗处反应的原因是 。
(7)C装置溶液中NaClO含量是 g·L-1(保留2位小数)。
答案 (1)甲或乙 MnO2+4HCl(浓)Cl2↑+MnCl2+2H2O[或2KMnO4+16HCl(浓)2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O]
(2)长颈漏斗 贮藏少量气体(或平衡气压,或防倒吸)
(3)NaClO、NaOH
(4)溶液中存在平衡Cl2+H2OHCl+HClO,HCO3-消耗H+,平衡右移,HClO浓度增大
(5)ClO-+2I-+2H+I2+Cl-+H2O 淀粉溶液
(6)防止HClO分解(或防止Cl2、I2逸出)
(7)4.47
解析 (3)C装置溶液中的溶质除NaCl外,还存在产物次氯酸钠,但室温下,饱和NaClO溶液的pH为11,C装置中溶液的pH为12,从而说明溶液中还存在未反应完的氢氧化钠。
(4)溶液中存在平衡Cl2+H2OHCl+HClO,碳酸的酸性比盐酸弱,但强于次氯酸,因此碳酸氢钠只与盐酸反应不能与次氯酸反应,HCO3-消耗H+,使平衡右移,HClO浓度增大,HClO浓度越大漂白能力增强,因此使紫色石蕊立即褪色。
(5)ⅰ.取C装置溶液10.00mL于锥形瓶中,加入适量硫酸酸化,迅速加入过量KI溶液,C装置中的ClO-具有强氧化性,能氧化碘离子,发生反应的离子方程式为ClO-+2I-+2H+I2+Cl-+H2O;ⅱ.用0.1000ml·L-1Na2S2O3标准溶液滴定含碘单质的溶液至终点,应选用淀粉作指示剂。
(7)结合反应ClO-+2I-+2H+I2+Cl-+H2O,I2+2S2O32-2I-+S4O62-,根据转化关系可知ClO~2S2O32-,则n(ClO-)=12n(S2O32-)=12×0.1000ml·L-1×0.012L=0.0006ml,C装置溶液中NaClO含量是0.0006ml×74.5g·ml-10.01L=4.47g·L-1。
考试要点
核心素养
1.了解氯元素的单质及其重要化合物的制备方法。
2.掌握氯元素的单质及其重要化合物的主要性质及其应用。
3.了解氯元素的单质及其重要化合物对环境的影响。
1.宏观辨识与微观探析:认识氯气及其化合物的性质与应用,形成“性质决定应用”的观念;能从氯原子的结构理解Cl2的性质,形成“结构决定性质”的观念。
2.科学探究与创新意识:探究Cl2的制备原理及其性质,并进行实验探究验证。
3.科学精神与社会责任:认识氯及其化合物对环境的影响,具有绿色和环保的意识。
颜色
状态
气味
密度
毒性
溶解性
黄绿色
气体
① 有刺激性气味
比空气大
有毒
1体积水溶解约2体积Cl2
单质
颜色
状态
水溶液颜色
有机溶剂中的颜色
F2
浅黄绿色
气体
——
——
Cl2
黄绿色
气体
浅黄绿色
黄绿色
Br2
深红棕色
液体
橙黄色
橙红色
I2
紫黑色
固体
深黄色→褐色
紫红色
向氯水中加入的物
质或改变的条件
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用排饱和食盐水法收集Cl2
盐酸
c(H+)和c(Cl-)增大
左移
洁厕剂和“84”消毒液不宜混合使用
NaOH
c(H+)减小
右移
用NaOH吸收多余的Cl2
光照
c(HClO)减小
右移
氯水应避光保存或现用现配
碳酸钙
c(H+)减小
右移
制取次氯酸浓度较大的氯水
选项
实验现象
结论
A
滴有KSCN的FeCl2溶液变红
Cl2具有还原性
B
滴有酚酞的NaOH溶液褪色
Cl2具有酸性
C
紫色石蕊溶液先变红后褪色
Cl2具有漂白性
D
淀粉-KI溶液变成蓝色
Cl2具有氧化性
实验1
实验2
实验3
装置
现象
溶液颜色无明显变化;把蘸浓氨水的玻璃棒靠近试管口,产生白烟
溶液变黄;把湿润的淀粉-KI试纸靠近试管口,变蓝
溶液变成深紫色;经检验溶液含单质碘
实验
实验现象
①品红溶液红色褪去,经检验溶液中含有SO42-;
②加热褪色后的溶液至沸腾,未见颜色恢复,有气体逸出,可使湿润的蓝色石蕊试纸变红,遇湿润的淀粉-KI试纸,无明显变化
实验内容
实验现象
实验1
取样,滴加紫色石蕊试液
变蓝,不褪色
实验2
测定溶液的pH
12