2024届高考化学一轮复习专题4第16讲氯气及氯的化合物基础学案

这是一份2024届高考化学一轮复习专题4第16讲氯气及氯的化合物基础学案，共27页。
1．了解氯及其重要化合物的性质、制备及应用。 2．掌握Cl2的实验室制法(包括所用试剂、原理、仪器和收集等)。 3．了解氯水的成分及其性质多重性。
氯气的制备
1．Cl2的实验室制法
(1)实验装置：
(2)反应原理：(写出上述制Cl2的化学方程式)
MnO2＋4HCl(浓)eq \(=====,\s\up9(△))MnCl2＋Cl2↑＋2H2O。
(3)发生装置类型：固体＋液体eq \(――→,\s\up9(△))气体。
(4)净化装置：
①除去Cl2中的HCl用饱和食盐水的原理是增大c(Cl－)，减少Cl2与H2O的反应，即减少Cl2的溶解；
②干燥Cl2可以用浓硫酸，也可以用P2O5或CaCl2，用P2O5或CaCl2时可用的仪器名称为干燥管或U形管。
(5)收集装置：Cl2可用向上排空气法，也可以用排饱和食盐水法。
(6)尾气处理：Cl2有毒，一般用NaOH溶液吸收，其反应的离子方程式为Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O。一般不用澄清石灰水的理由是Ca(OH)2微溶，Ca(OH)2的浓度较小，吸收Cl2不完全。
(7)验满方法：将湿润的淀粉­KI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；或将湿润的蓝色石蕊试纸靠近盛Cl2的试剂瓶口，观察到试纸先变红后褪色，则证明已集满。
①用KMnO4、K2Cr2O7、KClO3、次氯酸盐等与浓盐酸在不加热的条件下可以制取Cl2。当浓盐酸反应变为稀盐酸时，反应停止。无论氧化剂KMnO4等是否过量，盐酸永远有剩余。
②洗气瓶除杂时从长管进短管出；干燥管除杂时从粗口进，细口出；U形管、玻璃管除杂无前后。
2．氯气的工业制法
(1)电解饱和食盐水的原理：
2NaCl＋2H2Oeq \(=====,\s\up9(通电))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
(2)电解饱和食盐水的装置及产物的验证：
①电解饱和食盐水的装置
②电解产物的验证
①与电源正极相连的石墨棒上生成氯气，与负极相连的铁棒附近生成NaOH。Cl2与NaOH可发生反应，两极产物必须隔开。
②电解饱和食盐水时，在与电源正极、负极相连的电极上得到的气体体积比为1∶1。
③检验Cl2的反应为2KI＋Cl2===2KCl＋I2，淀粉遇碘变蓝色。
3．Cl2性质及应用探究模型
净化气体→干燥→干燥有色布条→湿润有色布条→FeCl2、KBr、NaI等溶液→干燥→Fe加热→安全瓶→尾气处理
①为了防止G中溶液倒吸，可在F、G之间连一个防倒吸安全瓶。
②如果F中生成易水解或易潮解的氯化物，则F装置前后均要有干燥装置。
1．实验室制取Cl2时，下列装置能达到相应实验目的的是( )


D [A.浓盐酸与二氧化锰常温下不反应，缺少加热装置，不能制备氯气，故A错误；B.应先通过饱和食盐水除去HCl，后通入浓硫酸干燥氯气，除杂顺序错误，故B错误；C.氯气的密度比空气密度大，应长管进短管出，故C错误；D.氯气有毒，可用NaOH溶液吸收，反应的化学方程式为Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，图中装置可吸收尾气，故D正确；故答案为D。]
2．实验室制备氯气时的尾气吸收一般使用的是氢氧化钠溶液，氯气和氢氧化钠溶液反应时会随着温度的变化而发生如下两个反应：Cl2 ＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O；3Cl2＋6NaOH===5NaCl＋NaClO3＋3H2O。将一定量的氯气通入100 mL浓度为10.00 ml/L的热的氢氧化钠溶液中使其完全反应，溶液中形成NaCl、NaClO、NaClO3共存体系，下列判断不正确的是( )
A．n(Na＋)∶n(Cl－)可能为9∶7
B．与NaOH反应的氯气一定为0.5 ml
C．若反应中转移的电子为n ml，则0.5＜n＜2/3
D．n(NaCl)∶n(NaClO)∶n(NaClO3)可能为11∶1∶2
C [A.若氯气和NaOH只发生反应 Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋ H2O，则n(Na＋)∶n(Cl－)＝2∶1；若氯气和NaOH只发生反应 3Cl2＋6NaOH===5NaCl＋ NaClO3＋3H2O，则：n(Na＋)∶n(Cl－)＝6∶5,9∶7介于两者之间，所以
n(Na＋)∶n(Cl－)可能为 9∶7，故A 正确；B.NaCl、NaClO、NaClO3中 Na和 Cl的个数均相等，所以和1 ml NaOH 参加反应的氯气为 0.5 ml，故B正确；C.若氯气和NaOH只发生反应 Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O,1 ml NaOH 参加反应，转移0.5 ml电子 ；若氯气和NaOH只发生反应 3Cl2＋6NaOH===5NaCl＋NaClO3＋3H2O,6 ml NaOH参加反应，转移 5 ml 电子，则1 ml NaOH 参加反应，转移 eq \f(5,6) ml电子，所以 0.5I
B．c处先变红后褪色，说明Cl2与H2O反应生成HCl
C．d处立即褪色，说明Cl2与H2O反应生成HClO
D．e处变红，说明Cl2与Fe2＋反应生成Fe3＋
D [Cl2分别与KI、NaBr作用生成I2、Br2，a处变蓝、b处变棕红，可证明氧化性：Cl2>I2、Cl2>Br2，无法证明I2与Br2氧化性的强弱，则无法证明非金属性：Cl>Br>I，A项错误；氯气与水发生反应Cl2＋H2OH＋＋Cl－＋HClO，H＋使湿润蓝色石蕊试纸变红，HClO具有漂白性，可使试纸褪色，则c处先变红后褪色，能证明氯气与水反应生成了酸性物质和漂白性物质，B项错误；Cl2和氢氧化钠反应生成氯化钠、次氯酸钠和水，消耗了氢氧化钠，红色褪去，不能证明生成物是HClO，C项错误；Cl2将Fe2＋氧化为Fe3＋，试纸e处变为红色，D项正确。]
3．“84消毒液”主要成分为次氯酸钠溶液，它是最常见的消毒剂之一，它可由氯气和氢氧化钠溶液反应制得。为制备氯气并探究氯气的性质，某同学设计了如图所示的实验装置。
请回答：
(1)实验室制取氯气的化学方程式为________________________________
______________________________________________________________，
用该反应制取氯气选用的发生装置是________(填字母)。
(2)装置B、C中依次放入的是干燥的红色布条和湿润的红色布条，观察到装置C中的湿润布条褪色，涉及的化学反应的方程式为______________________
____________________________________________________________________；
实验过程中该同学还发现装置B中的布条也褪色，使实验结果不准确，为保证实验结果的准确性，在AB之间加装一个洗气瓶，洗气瓶中加入的试剂为________。
(3)写出F中氯气与NaOH溶液反应的化学方程式
_______________________________________________________________。
(4)为验证装置F中吸收完氯气的溶液中存在Cl－，正确的操作是：取少量待测液体于试管中，加入足量稀硝酸酸化，再向其中加入________，若观察到________，则证明溶液中存在Cl－；该反应的离子方程式为__________________。
[解析] (1)二氧化锰和浓盐酸在加热条件下反应生成氯化锰、氯气、水，反应的化学方程式为MnO2＋4HCl(浓)eq \(=====,\s\up9(△))MnCl2＋Cl2↑＋2H2O，固液加热制取气体，选用的发生装置是c；(2)装置C中的湿润布条褪色，说明氯气和水反应生成次氯酸，反应的化学方程式为Cl2＋H2OHCl＋HClO；从A中产生的氯气中混有水蒸气，氯气和水反应生成具有漂白性的HClO，所以实验过程中该同学还发现装置B中的布条也褪色，在AB之间加装一个洗气瓶，除去氯气中的水蒸气，洗气瓶中加入的试剂为浓硫酸；(3)氯气与NaOH溶液反应生成氯化钠、次氯酸钠、水，F中发生反应的化学方程式是2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O；(4)氯离子和银离子反应生成氯化银沉淀，为验证装置F中吸收完氯气的溶液中存在Cl－，取少量待测液体于试管中，加入足量稀硝酸酸化，再向其中加入硝酸银溶液，若观察到白色沉淀，则证明溶液中存在Cl－；该反应的离子方程式为Ag＋＋Cl－===AgCl↓。
[答案] (1)MnO2＋4HCl(浓)eq \(=====,\s\up9(△))MnCl2＋Cl2↑＋2H2O c
(2)Cl2＋H2OHCl＋HClO 浓硫酸
(3)2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O
(4)硝酸银溶液 有白色沉淀产生(或溶液变浑浊) Ag＋＋Cl－===AgCl↓
氯水的成分及其性质多重性
1．氯水中的平衡及其影响
(1)三种平衡
①Cl2＋H2OH＋＋Cl－＋HClO
②HClOH＋＋ClO－
③H2OH＋＋OH－
(2)外界因素对平衡Cl2＋H2OH＋＋Cl－＋HClO的影响。
①加入可溶性氯化物(如NaCl)时，c(Cl－)增大，平衡左移，如排饱和食盐水法收集Cl2，用饱和食盐水除去Cl2中混有的HCl。
②加入浓盐酸，c(H＋)、c(Cl－)均增大，平衡左移，如用次氯酸盐和浓盐酸制Cl2时，有利于Cl2的逸出。
③加入NaHCO3或CaCO3，二者只与H＋反应，不与HClO反应，c(H＋)减小，平衡右移，c(HClO)增大，氯水的漂白性增强。
④加入碱，c(H＋)、c(HClO)减小，平衡右移，如Cl2的尾气处理和漂白粉的制备等。
⑤光照，HClO分解，c(HClO)减小，平衡右移，如氯水需避光保存，久置的氯水最终会变成盐酸。
2．氯水中的粒子及其性质
新制氯水中含有三分子(H2O、Cl2、HClO)四离子(H＋、Cl－、ClO－、OH－)。
1．在探究新制氯水成分及性质的实验中，依据下列方法和现象，不能得出相应结论的是 ( )
B [饱和NaHCO3溶液中加入氯水有CO2气体生成，是因为氯水含H＋(HCl)且酸性HClONaClO3
b．氧化性：NaClO3>CH3OH
c．还原性：CH3OH> ClO2
d．还原性：CH3OH >Na2SO4
[解析] (1)已知，二氧化氯遇水生成次氯酸、氯气和氧气；次氯酸具有漂白性，可以使品红溶液褪色。(2)根据元素守恒左边加入硫酸，右边加水，氧化剂是NaClO3，氯元素的化合价从＋5降低到＋4价，化合价降低了1，CH3OH中碳元素的化合价从－2升高到＋4价，化合价升高了6，根据得失电子守恒，配平氧化剂和还原剂的系数，根据元素守恒，配平其余物质，得到化学方程式为CH3OH＋6NaClO3＋3H2SO4===CO2↑＋6ClO2↑＋3Na2SO4＋5H2O。(3)该反应中，化合价升高的元素是CH3OH中－2价的碳，被氧化的元素是CH3OH中－2价的碳，还原产物是二氧化氯，氧化产物是二氧化碳，还原产物和氧化产物的物质的量之比是6∶1。(4)该反应中，氧化剂是NaClO3，还原剂是CH3OH，氧化产物是CO2，还原产物是ClO2，氧化剂的氧化性大于氧化产物，还原剂的还原性大于还原产物，故说明氧化性：NaClO3>CH3OH，还原性：CH3OH>ClO2，答案选bc。
[答案] (1)二氧化氯遇水生成次氯酸，次氯酸具有漂白性，可以使品红溶液褪色
(2)CH3OH＋6NaClO3＋3H2SO4===CO2↑＋6ClO2↑＋3Na2SO4＋5H2O
(3)碳 6∶1 (4)bc实验操作
实验现象
试管靠近火焰，有爆鸣声
湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝
溶液变红
实验结论
与负极相连的铁棒上有氢气生成
与正极相连的石墨棒上有氯气生成
U形管左端溶液中有氢氧化钠生成
颜色
气味
毒性
密度
特性
黄绿色
强烈刺激性气味
有毒
比空气大
易液化
选项
方法
现象
结论
A
观察氯水颜色
氯水呈浅黄绿色
氯水中含Cl2
B
向饱和NaHCO3溶液中加入足量氯水
有无色气体产生
氯水中含HClO
C
向红色纸条上滴加氯水
红色纸条褪色
氯水具有漂白性
D
向FeCl2溶液中滴加氯水
溶液变成棕黄色
氯水具有氧化性
序号
物质a
C中实验现象
通入Cl2前
通入Cl2后
Ⅰ
水
得到无色溶液
产生棕黑色沉淀，且放置后不发生变化
Ⅱ
5% NaOH
溶液
产生白色沉淀，在空气中缓慢变成棕黑色沉淀
棕黑色沉淀增多，放置后溶液变为紫色，仍有沉淀
Ⅲ
40%
NaOH溶液
产生白色沉淀，在空气中缓慢变成棕黑色沉淀
棕黑色沉淀增多，放置后溶液变为紫色，仍有沉淀