2020版高考一轮复习化学新课改省份专用学案：第四章第3课时　重点专攻——氯水、氯气的制备

第3课时　重点专攻——氯水、氯气的制备

考点一　氯水的成分和性质

从平衡的角度理清氯水的成分与性质

(1)氯水中存在三个平衡关系

①Cl2＋H2OHCl＋HClO

②HClOH＋＋ClO－

③H2OH＋＋OH－

(2)氯水性质的多重性

新制氯水的多种成分决定了它具有多重性质：①Cl2的强氧化性；②HCl的强酸性；③HClO的强氧化性、弱酸性、不稳定性；④Cl－的性质。在不同的反应中，新制氯水中起作用的成分不同。

(3)外界因素对平衡Cl2＋H2OH＋＋Cl－＋HClO的影响

[提醒]　新制氯水作氧化剂时，若Cl2能发生反应，则认为主要是Cl2反应，若Cl2不能发生反应，则认为是HClO发生反应；新制氯水与足量强碱反应时，可认为Cl2先与水反应，生成的HCl、HClO再与碱反应生成氯化物和次氯酸盐。

 [考法精析]

考法一　新制氯水成分的实验探究

[典例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(　　)

[解析]　氯气为黄绿色气体，氯水呈浅黄绿色，是因为溶解了氯气，A正确；向饱和NaHCO3溶液中加入足量氯水，有无色气体产生，是因为HCO与氯水中的H＋发生反应生成水和二氧化碳，B错误；红色纸条褪色，说明氯水具有漂白性，C正确；向FeCl2溶液中滴加氯水，溶液变成棕黄色，是因为发生反应2FeCl2＋Cl2===2FeCl3，说明氯水具有氧化性，D正确。

[答案]　B

[备考方略]　新制氯水成分的实验探究方法

考法二　新制氯水与久置氯水的比较

[典例2]　下列关于新制氯水及久置氯水的说法，不正确的是(　　)

A．新制的氯水呈浅黄绿色，而久置的氯水无色

B．新制的氯水漂白作用强，而久置的氯水漂白作用很弱

C．新制的氯水所含成分多，而久置的氯水所含成分少

D．新制的氯水中无氯离子，而久置的氯水中则含氯离子

[解析]　新制氯水中含有氯气，呈浅黄绿色，而久置氯水溶质为HCl，溶液为无色，A正确；新制氯水含有次氯酸，具有漂白性，HClO不稳定，见光易分解，久置氯水中HClO浓度较小，漂白作用很弱，B正确；氯气与水发生反应：Cl2＋H2OHCl＋HClO，HClO不稳定，见光易分解，促进平衡向正反应方向移动，久置的氯水所含Cl2少，新制氯水含有Cl2、HClO、H＋、Cl－、ClO－、OH－等粒子，C正确、D错误。

[答案]　D

[备考方略]　液氯、新制氯水、久置氯水的比较

 [综合训练]

1．向新制氯水中加入少量下列物质，能增强溶液漂白能力的是(　　)

A．碳酸钙粉末　　　　　　　 B．稀硫酸

C．氯化钙溶液   D．二氧化硫水溶液

解析：选A　在氯水中存在反应：Cl2＋H2OH＋＋Cl－＋HClO，若反应使溶液中c(HClO)增大，则溶液的漂白能力会增强。A项，由于酸性HCl>H2CO3>HClO，所以向溶液中加入碳酸钙粉末，会发生反应：2HCl＋CaCO3===CaCl2＋H2O＋CO2↑，使平衡Cl2＋H2OH＋＋Cl－＋HClO正向移动，导致c(HClO)增大，溶液的漂白能力会增强，正确；B项，若加入稀硫酸，使溶液中c(H＋)增大，平衡逆向移动，溶液的漂白能力减弱，错误；C项，加入氯化钙溶液，不能发生反应，但对氯水起稀释作用，使溶液的漂白能力减弱，错误；D项，加入二氧化硫的水溶液，SO2与Cl2反应，平衡左移，c(HClO)减小，溶液的漂白能力减弱，错误。

2．SO2是大气污染物之一，某同学在实验室中对SO2与氯水的反应进行了探究。制备SO2与氯水可供选择的仪器如图所示，请回答下列问题：

(1)该同学选用KMnO4和浓盐酸快速制备Cl2，该反应的离子方程式为________________________________________________________________________。

欲利用上图中的装置制备一瓶饱和氯水，正确的连接顺序为____________(按气流方向，用字母表示)。

(2)制备SO2选用的最合适试剂为________(填代号)。

①Na2SO3固体　②Na2SO3溶液　③20%H2SO4溶液

④70%H2SO4溶液　⑤铜片

(3)对SO2与氯水的反应进行探究

①用注射器吸入一定量的饱和氯水和SO2，振荡，静置，再吸入少量品红溶液，发现品红溶液不褪色，解释其原因(用化学方程式表示)：________________________________________________________________________。

②改变氯水用量，重复①操作，发现品红溶液褪色，你认为可能的原因是___________

_________________________，设计实验来验证你的假设： ____________________

(说明操作方法、现象及结论)。

(4)请设计一个实验，测定饱和氯水中氯元素的含量：________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：(1)KMnO4和浓盐酸反应的离子方程式为2MnO＋10Cl－＋16H＋===5Cl2↑＋2Mn2＋＋8H2O，发生装置为固液不加热型，故选择B装置制备氯气，并将生成的氯气先通入饱和食盐水中除去HCl，再通入水中，尾气可以用NaOH溶液或碱石灰吸收，防止污染。(2)SO2在水中的溶解度较大，制备SO2可以选用Na2SO3固体和70%H2SO4溶液。(3)①氯气与SO2在水中能够反应生成HCl和H2SO4，反应的化学方程式为Cl2＋SO2＋2H2O===2HCl＋H2SO4，HCl和H2SO4均没有漂白性。②改变氯水用量，过量氯水将品红氧化漂白或过量SO2与品红结合成无色物质；氯水漂白后的物质不能恢复成原来的颜色，SO2漂白后的物质加热后能够恢复原来的颜色，将实验②注射器中的溶液注入试管少许，加热，若无红色出现，原因为前者，反之则为后者。(4)氯水具有氧化性，可加入还原剂将氯水中的氯全部转化为氯离子，再转化为氯化银沉淀，通过称量氯化银的质量进行测定，具体步骤为量取一定量的试样，加入足量的Fe(NO3)2溶液，再加入足量的硝酸银溶液，过滤、洗涤、干燥，称量沉淀质量。

答案：(1)2MnO＋10Cl－＋16H＋===5Cl2↑＋2Mn2＋＋8H2O　BFEH(或BFEC)　(2)①④　(3)①Cl2＋SO2＋2H2O===2HCl＋H2SO4　②过量氯水将品红氧化漂白或过量SO2与品红结合成无色物质　将实验②注射器中的溶液注入试管少许，加热，若无红色出现，则是过量氯水将品红氧化漂白，反之则是过量SO2与品红结合成无色物质　(4)量取一定量的试样，加入足量的Fe(NO3)2溶液，再加入足量的硝酸银溶液，过滤、洗涤、干燥、称量沉淀质量(或其他合理答案也可)

考点二　氯气的实验室制法

氯气的制备是中学化学中最典型的固—液制气实验，高考既可直接考查Cl2的制备，又可以此实验为基础，考查相关的陌生气体的制备，因此是命题者眼中的极好素材。高考“题在书外，理在书中”，高考实验无非是教材实验的创新考查而已。本书对一些经典实验的编排不囿旧规，创新编排思路——在用直观的实验图示展示实验流程的同时，又巧妙地将一些高考创新实验给予对照比较，旨在让考生迁移思维、开阔视野，记牢更要用活，学会更要学通。

[装置图解]

　　[思考交流]

1．如何检验集气瓶中已收集满氯气？

提示：(1)实验室制取Cl2时，常常根据集气瓶中气体的颜色判断是否收集满。

(2)将湿润的蓝色石蕊试纸靠近盛Cl2的瓶口，观察到试纸先变红后褪色，则证明已集满。

(3)将湿润的淀粉碘化钾试纸靠近盛Cl2的瓶口，观察到试纸立即变蓝，则证明已集满。

2．实验室里能否用K2Cr2O7(或KClO3)代替MnO2与浓盐酸反应制取Cl2？若能，写出反应的离子方程式。

提示：能；常温下即可反应，故不需要酒精灯加热，离子方程式为Cr2O＋6Cl－＋14H＋===2Cr3＋＋3Cl2↑＋7H2O，ClO＋5Cl－＋6H＋===3Cl2↑＋3H2O。

3．400 mL 10 mol·L－1的浓盐酸与足量的MnO2混合共热，能否得到1 mol Cl2?

提示：不能；因为MnO2与稀盐酸不反应，故生成的Cl2小于1 mol。

[考法精析]

考法一　氯气的制取与性质探究

[典例1]　如图是实验室制备氯气并进行一系列相关实验的装置(夹持装置已略)。

(1)制备氯气选用的试剂为漂粉精固体和浓盐酸，则相关反应的化学方程式为________________________________________________________________________。

(2)装置B中饱和食盐水的作用是________________________________________；

同时装置B也是安全瓶，监测实验进行时装置C是否发生堵塞，请写出发生堵塞时装置B中的现象： _____________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)装置C的实验目的是验证氯气是否具有漂白性，为此装置C中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ处依次放入________(填字母)。

(4)设计装置D、E的目的是比较氯、溴、碘的非金属性。当向D装置中缓缓通入一定量氯气时，可以看到无色溶液逐渐变为________色，说明氯的非金属性强于溴。

(5)打开活塞，将装置D中少量溶液加入装置E中，振荡后静置。观察到的现象是________________________________________________________________________。

[解析]　(1)根据氧化还原反应的规律，次氯酸钙与浓盐酸反应生成氯化钙、氯气与水，反应的化学方程式为Ca(ClO)2＋4HCl(浓)===CaCl2＋2Cl2↑＋2H2O。

(2)浓盐酸易挥发，反应制取的氯气中含有HCl，装置B中饱和食盐水的作用是除去Cl2中的HCl；若装置C发生堵塞，装置B中的压强会增大，长颈漏斗中液面上升，形成水柱。

(3)验证氯气是否具有漂白性，要对比验证干燥氯气和湿润氯气有无漂白性，因此Ⅰ处应为湿润的有色布条，Ⅱ处应为干燥剂，Ⅲ处应为干燥的有色布条，U形管中应用固体干燥剂。

(4)当向装置D中缓缓通入少量氯气时，可以看到无色溶液逐渐变为棕黄色，发生反应：Cl2＋2NaBr===2NaCl＋Br2。

(5)打开活塞，将装置D中含Br2的少量溶液加入装置E中，发生反应：Br2＋2KI===2KBr＋I2，碘单质溶于苯呈紫红色，振荡后静置，观察到的现象是装置E中液体分为两层，上层(苯层)为紫红色。

[答案]　(1)Ca(ClO)2＋4HCl(浓)===CaCl2＋2Cl2↑＋2H2O

(2)除去Cl2中的HCl　长颈漏斗中液面上升，形成水柱

(3)d

(4)棕黄

(5)装置E中液体分为两层，上层(苯层)为紫红色

考法二　陌生氯化物的制备

[典例2]　TiCl4是制备钛及其化合物的重要中间体，某小组同学利用下列装置在实验室制备TiCl4，设计实验如下(夹持装置略去)：

相关信息如下表所示：

请回答下列问题：

(1)按照气流由左到右的方向，上述装置合理的连接顺序为a→___→___→f→g→___→___→d→e→j。(填仪器接口字母)

(2)根据完整的实验装置进行实验，实验步骤如下：检查装置气密性后，装入试剂，________________________________________________________________________

(按正确的顺序填入下列操作的序号)。

①关闭分液漏斗活塞　　　　 ②打开分液漏斗活塞

③停止加热，充分冷却   ④加热装置D中陶瓷管

(3)装置A中导管m的作用是______________________________________________。

(4)装置D中除生成TiCl4外，同时生成一种气态不成盐氧化物，该反应的化学方程式为________________________________________________________________________。

(5)设计实验证明装置E中收集到的液体中含有TiCl4： _______________________。

(6)制得的TiCl4中常含有少量CCl4，从混合液体中分离出TiCl4的操作名称为_________。

[解析]　(1)由于TiCl4易溶于水，所以参加反应的Cl2必须先干燥，而收集TiCl4的装置后面必须有防止水蒸气进入的装置，则正确的连接顺序为a→c→b→f→g→h→i→d→e→j。

(2)为防止炭粉在高温下被氧化，防止装置内的水蒸气使TiCl4变质，所以应先通入Cl2一段时间后再加热装置D，正确的操作顺序为②④③①。

(3)分液漏斗上连接的导管是为了平衡压强，使液体顺利流下。

(4)装置D中的反应物为TiO2、C和Cl2，而生成物为TiCl4和CO，所以反应的化学方程式为TiO2＋2C＋2Cl2TiCl4＋2CO。

(5)根据表中信息，TiCl4遇水生成难溶物，所以可取少量收集到的液体于洁净试管中，滴加适量水，液体变浑浊，即证明收集到的液体中含有TiCl4。

(6)由于二者的沸点相差较大，所以可用蒸馏的方法分离TiCl4中含有的CCl4。

[答案]　(1)c　b　h　i　(2)②④③①

(3)平衡压强，使浓盐酸更易滴落

(4)TiO2＋2C＋2Cl2TiCl4＋2CO

(5)取少量收集到的液体于洁净试管中，滴加适量水，液体变浑浊，则收集到的液体中含有TiCl4(或其他合理答案也可)

(6)蒸馏

[综合训练]

1．(2019·郑州质检)某同学设计如图装置制备少量的AlCl3(易水解)。下列说法错误的是(　　)

A．B装置中所装试剂为饱和NaCl溶液，其作用是除去Cl2中的HCl

B．装置C和F中的试剂均为浓硫酸，其作用是防止水蒸气进入E中

C．用50 mL 12 mol·L－1的盐酸与足量的MnO2反应，所得氯气可以制取26.7 g AlCl3

D．实验过程中应先点燃A处的酒精灯，待装置中充满黄绿色气体时再点燃D处的酒精灯

解析：选C　实验室利用二氧化锰和浓盐酸在加热条件下反应生成Cl2，制得的Cl2中混有HCl和水蒸气，HCl极易溶于水，而Cl2在饱和NaCl溶液中溶解度很小，因此B装置中所装试剂为饱和NaCl溶液，用于除去Cl2中的HCl，A正确；因为AlCl3易水解，所以铝和氯气反应必须在干燥的环境下进行，因此装置C和F中的试剂均为浓硫酸，其作用是防止水蒸气进入E中，B正确；50 mL 12 mol·L－1的盐酸与足量的MnO2反应，由于浓盐酸不断消耗，变为稀盐酸，不再与二氧化锰反应，所以50 mL 12 mol·L－1的盐酸产生氯气的量小于0.15 mol，因此氯气与铝反应生成AlCl3的量少于0.1 mol，质量小于13.35 g，C错误；实验过程中应先点燃A处的酒精灯，反应产生氯气，利用氯气排净装置内的空气，再点燃D处的酒精灯，D正确。

2．硫酰氯(SO2Cl2)是一种重要的化工试剂，氯化法是合成硫酰氯(SO2Cl2)的常用方法。实验室合成硫酰氯的实验装置如下图所示(部分夹持装置未画出)：

已知：①SO2(g)＋Cl2(g)===SO2Cl2(l)

ΔH＝－97.3 kJ·mol－1。

②常温下硫酰氯为无色液体，熔点－54.1 ℃，沸点69.1 ℃，在潮湿空气中“发烟”。

③100 ℃以上或长时间存放硫酰氯都易分解，生成二氧化硫和氯气。

回答下列问题：

(1)硫酰氯在潮湿空气中“发烟”的原因是_______________________________

________________________________________________________________________(用化学方程式表示)。

(2)装置B中盛放的试剂是____________；仪器D的名称为____________。

(3)装置E的作用是________，E中冷凝水的入口是______(填“a”或“b”)；整套装置存在的一处缺陷是____________。

(4)当装置A中生成氯气1.12 L(已折算成标准状况)时，硫酰氯的产率为44%，则最终得到纯净的硫酰氯________g。

(5)氯磺酸(ClSO3H)加热分解，也能制得硫酰氯与另外一种物质，该反应的化学方程式为____________________________，分离两种产物的方法是__________________。

(6)硫酰氯的工业品中常含有少量硫酸，请你设计实验验证其中含有硫酸(写出实验方案及相关实验现象，不必写出具体实验操作。可选试剂：稀盐酸、稀硫酸、BaCl2溶液、蒸馏水、石蕊溶液)。

解析：由图中信息可知，该实验先用浓盐酸和KMnO4反应制备氯气，然后通过B和C两装置净化氯气，最后在D中合成硫酰氯。

(1)硫酰氯在潮湿空气中“发烟”的原因是其遇空气中水蒸气发生水解生成酸雾，该反应的化学方程式为SO2Cl2＋2H2O===2HCl＋H2SO4。

(2)装置B的作用是除去氯气中的氯化氢杂质，故B中盛放的试剂是饱和食盐水；仪器D的名称是三颈烧瓶。

(3)装置E的作用是冷凝回流。为保证冷凝回流的效率，E中冷凝水的入口是a；整套装置存在的一处缺陷是缺少尾气处理装置。

(4)当装置A中生成氯气1.12 L(已折算成标准状况)时，氯气的物质的量为0.05 mol，由于硫酰氯的产率为44%，则生成硫酰氯的物质的量为0.05 mol×44%＝0.022 mol，所以最终得到纯净的硫酰氯的质量为0.022 mol×135 g·mol－1＝2.97 g。

(5)氯磺酸(ClSO3H)加热分解，也能制得硫酰氯与另外一种物质，由质量守恒可知，该反应的化学方程式为2ClSO3HSO2Cl2＋H2SO4，硫酸沸点高，由题中信息可知，硫酰氯的沸点较低，故分离两种产物的方法是蒸馏。

(6)欲设计实验验证硫酰氯的工业品中含有少量硫酸，可根据硫酸的组成和性质用题给试剂进行检验。

答案：(1)SO2Cl2＋2H2O===2HCl＋H2SO4

(2)饱和食盐水　三颈烧瓶

(3)冷凝回流　a　缺少尾气处理装置

(4)2.97

(5)2ClSO3HSO2Cl2＋H2SO4　蒸馏

(6)取少量产品在干燥条件下加热至硫酰氯完全挥发，剩余物质冷却并用水稀释。取少量所得的溶液滴加紫色石蕊溶液，溶液变红；再另取少量溶液滴加BaCl2溶液，产生白色沉淀。