2020版高考一轮复习化学通用版学案：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＋HClO②HClO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的影响外界条件的改变离子浓度的变化平衡移动方向应用加入可溶性氯化物(如NaCl)时c(Cl－)增大左移排饱和食盐水法收集Cl2；用饱和食盐水除去Cl2中混有的HCl加入浓盐酸c(H＋)、c(Cl－)均增大左移用次氯酸盐和浓盐酸制Cl2时，有利于Cl2的逸出加入NaHCO3或CaCO3二者只与H＋反应，不与HClO反应，c(H＋)减小右移c(HClO)增大，氯水的漂白性增强加入碱c(H＋)、c(HClO)减小右移Cl2的尾气处理、漂白粉的制备光照HClO分解，c(HClO)减小右移氯水需避光保存，久置的氯水最终会变成盐酸 [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(　　)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Cl2B向饱和NaHCO3溶液中加入足量氯水有无色气体产生氯水中含HClOC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 [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参与反应的微粒所加试剂(或材料)实验现象离子方程式或解释Cl－硝酸酸化的AgNO3溶液白色沉淀Cl－＋Ag＋===AgCl↓H＋Na2CO3固体有气泡产生2H＋＋CO===CO2↑＋H2OHClO有色布条布条颜色褪去HClO具有漂白性Cl2FeCl2溶液溶液由浅黄绿色变为棕黄色2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－Cl2、H2OSO2溶液浅黄绿色褪去SO2＋Cl2＋2H2O===4H＋＋2Cl－＋SOH＋、HClO石蕊溶液溶液先变红后褪色酸性和漂白性 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 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Cl2Cl2、HClO、H2O、H＋、Cl－、ClO－、OH－H2O、H＋、Cl－、OH－ [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)。 abcdⅠ干燥的有色布条干燥的有色布条湿润的有色布条湿润的有色布条Ⅱ碱石灰硅胶浓硫酸无水氯化钙Ⅲ湿润的有色布条湿润的有色布条干燥的有色布条干燥的有色布条 (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：化合物熔点/℃沸点/℃密度/(g·cm－3)水溶性TiCl4－251361.5易水解生成难溶于水的物质，能溶于有机溶剂CCl4－2576.81.6难溶于水 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HClB．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 AlCl3D．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。