1、第二节 富集在海水中的元素氯【本节学习要点】1了解氯的存在和氯原子的结构；2.掌握氯气的物理性质、化学性质，了解 Cl2 的主要用途；3了解次氯酸和漂白粉的性质和应用；4.掌握 Cl 的检验重难点一、氯水的成分和性质1反应原理及成分Cl2H 2OH Cl HClOHClOH ClO 2HClO 光照 2HClO 2新制氯水中，所含的分子有：Cl 2、H 2O、HClO；离子有：H 、Cl 、ClO 、OH (少量)。2氯水的性质氯水的多种成分决定了它具有多重性质：Cl 2 的强氧化性：与活泼金属(如 Mg)，还原性离子或分子( 如 S2 、I 、HS 、Fe 2等)反应，如Cl22KII 22
2、KClCl2H 2S2HClSCl22FeCl 22FeCl3HCl 的强酸性：与弱酸盐 Na2CO3、CaCO 3、NaHCO 3 等反应如：CaCO 32HClCaCl 2H 2OCO 2HClO 酸性弱于 H2CO3，与 CaCO3 不反应。HClO 的强氧化性：漂白、杀菌、消毒；弱酸性Cl 的性质：与 Ag 生成白色沉淀 AgCl。在不同的反应中，氯水起作用的成分不同，例如另外，氯水呈黄绿色是因为新制氯水中含 Cl2 分子；新制氯水有刺激性气味是氯水中溶解的 Cl2 可挥发出来，有些反应中还会表现多种成分的性质。氯水与不同试剂发生反应，氯水所表现哪种性质，必须视具体情况确定。现列表如下
3、：参与反应的微粒所加试剂成药品 实验现象 离子方程式或解释Cl AgNO3 溶液 白色沉淀 Cl Ag = AgClH Na2CO3 固体 有气泡产生 2H CO2CO 2H 2OHClO 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 Cl 2=2Fe3 2Cl Cl2、H 2O SO2 黄绿色褪去SO2Cl 22H 2O=4H 2Cl SO24酸性和漂白性HClO、H Cl2、H 石蕊试液后褪色镁粉先变红氯水的颜色褪去并有气泡产生Cl2H 2O= HClHClOMg2H =Mg2 H 23.液氯和氯水的比较液氯 新制氯水 久置氯水成分 Cl2 Cl
4、2、HClO、H 、Cl 、ClO 、H 2O、OH H 、Cl 、H 2O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、无漂白性特别提醒 久置氯水成分与性质分析：氯水中存在 Cl2H 2OHClHClO，久置氯水中因发生2HClO 光,2HClO 2，随 HClO 的消耗，最后成为盐酸，久置氯水酸性增强，无漂白性。氯水的保存：密封保存在棕色试剂瓶中，并放在阴暗处。Cl 2 尽管有较强的氧化性，但没有漂白性，氯水具有漂白性的原因是 Cl2 与水反应生成的 HClO 具有强氧化性，使有色物质被氧化而褪色。氯水能导电，但氯水是混合物，液氯是单质，
5、它们既不是电解质，也不是非电解质。离子共存问题：ClO 与 Fe2 、I 、S 2 、HS 、SO 等在水中因发生氧化还原反23应不能大量共存。4HClO、Na 2O2(H2O2)、Ca(ClO) 2、活性炭的漂白性比较漂白剂 氯水(HClO) Na2O2 Ca(ClO)2 活性炭漂白原理 氧化漂白 氧化漂白 氧化漂白 吸附漂白紫色石蕊试液先变红后褪色先变蓝后褪色褪色 褪色重难点二、氯气与碱的反应1常温下，Cl 2 与碱反应的化学方程式的一般模式Cl2碱次氯酸盐金属氯化物水Cl2 作氧化剂和还原剂，氧化剂与还原剂的质量比为 112氯气与强碱溶液反应的本质Cl22OH Cl ClO H 2O3氯
6、气与强碱反应的利用(1)制漂白液：Cl 22NaOHNaClNaClOH 2O(2)吸收多余的 Cl2 用 NaOH 溶液(3)制漂白粉：2Cl 22Ca(OH) 2CaCl2Ca(ClO) 22H 2O由于 Ca(OH)2 溶解度小，制备时用石灰乳而不用石灰水。4漂白粉的有关问题(1)漂白原理Ca(ClO)2 与空气中的 H2O 和 CO2 反应Ca(ClO)2H 2OCO 2CaCO32HClO在溶液中：Ca 2 2ClO H 2OCO 2CaCO32HClO，该反应可证明 HClO 酸性比H2CO3 的酸性弱。(2)保存方法：由于漂白粉久置空气中易与空气中的 H2O、CO 2 反应生成
7、HClO，HClO易分解失效，其方程式表示为Ca(ClO)2CO 2H 2OCaCO32HClO,2HClO 光照,2HClO 2，由此可确定漂白粉的保存方法为：密封(隔绝空气)保存于避光干燥阴凉处。(3)向漂白粉溶液中加稀盐酸能增强其漂白性，原因是 Ca(ClO)22HClCaCl 2 2HClO，用离子方程式表示为 ClO H HClO，HClO 浓度增大。(4)ClO 遇稀盐酸生成 HClO，遇浓 HCl 生成 Cl2，ClO H Cl Cl2H 2O，洗厕灵(浓 HCl)与 84 消毒液(主要成分为 NaClO)混合生成 Cl2。重难点三、氯气的实验室制法1反应原理4HCl(浓)MnO
8、 2MnCl 22H 2OCl 2MnO24HCl(浓)M 得 12e nCl2Cl 失去 2e 22H 2O氧化剂：MnO 2，还原剂：HCl离子方程式 MnO24H 2Cl ,Mn 2 Cl 22H 2O注意 MnO 2 与浓 HCl 在加热条件下反应，与稀 HCl 或不加热时，均不反应，因浓HCl 随反应进行变稀，故盐酸不能完全反应。浓 HCl 一部分作还原剂，一部分起酸性作用。应缓缓加热，防止盐酸挥发。2仪器装置：固液,气主要仪器：铁架台、酒精灯、圆底烧瓶、分液漏斗、集气瓶、烧杯等装置如下图所示说明 C 装置的作用是除去 Cl2 中的 HCl，D 装置的作用是干燥 Cl2，F 装置的作
9、用是吸收多余的 Cl2。3收集方法(1)向上排空气法(Cl 2 密度大于空气)。(2)排饱和食盐水法(Cl 2 在饱和 NaCl 溶液中的溶解度很小，且用此法可除去实验过程中挥发产生的 HCl 气体)4验满方法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，则证明已经集满。5尾气处理Cl2 有毒，易污染空气，需用 NaOH 溶液吸收。特别提醒 (1)气体的制备装置一般包括：气体发生气体净化气体收集尾气吸收(2)气体净化装置的选择依据：反应物状态，反应条件气体收集的选择依据：气体的密度、溶解性及在空气中的稳定性。(3)不用 Ca(OH)2 溶液吸收多余的 Cl2，因为 Ca(O
10、H)2 的溶解度小，吸收 Cl2 不彻底。题型 1 氯水的性质【例 1】 常用氯气给自来水消毒，某同学用自来水配制下列物质的溶液，会产生明显药品变质的是( )FeCl 2 AgNO 3 Na 2CO3 AlCl 3 KI 石蕊试液A B.C D.全部解析 氯水中含有 Cl 2、H 2O、HClO、H 、Cl 等，Cl 2 氧化 FeCl2、KI ；Cl 与AgNO3 反应；H 与 Na2CO3 反应；石蕊试液先遇 H 变红后被 HClO 氧化而褪色，Al 3 与这些微粒不反应。故只有不会产生明显的药品变质。答案 B氯水中加入 FeCl2、KI、NaBr、Na 2S、Na 2SO3 或通入 SO
11、2、H 2S 等还原性物质时，起氧化作用的是 Cl2 而不是 HClO。氯水具有漂白作用是因为氯水中含有 HClO，HClO 具有强氧化性，而 Cl2 没有漂白性。归纳整合氯水的性质表现(1)氯水含有 HClO，常用于漂白、杀菌、消毒等。 (2)氯水含有 Cl2，能与还原性物质发生反应。(3)在氯水中加入指示剂，先因 H 的存在而变色，然后被 HClO 氧化而褪色。(4)Ag 与氯水中的 Cl 反应生成白色沉淀，而碳酸盐与氯水反应则因 H 的存在而放出CO2。(5) 光照氯水时，因 HClO 易分解而放出 O2。 题型 2 Cl 的检验【例 2】 氯仿(CHCl 3)可用作麻醉剂，常因保存不慎
12、而被空气氧化产生剧毒物质COCl2(光气 )和氯化氢，为了防止事故发生，使用前要检验氯仿是否变质，应选用的检验试剂是( )A水 B.硝酸银溶液C氢氧化钠溶液 D.KI 溶液解析 根据已有的知识和题目所给信息，要检查 CHCl3 是否变质，只要检验是否有HCl 生成即可。HCl 溶于水得盐酸，含有氯离子，所以可用硝酸银溶液来检验。答案 BCHCl3、CCl 4 不溶于水，不能电离出 Cl ，KClO 3、Ca(ClO) 2 溶于水，但不能电离出Cl ，加 AgNO3 溶液和稀 HNO3 不能生成白色沉淀 AgCl。拓展提升思考 1.怎样用实验方法证明 KClO3 中含有氯元素？2某溶液中同时存在
13、 Cl 、 SO 、Ag 2SO4 为难溶于水的白色沉淀，如何检验溶液中24含有 Cl ？思路点拨 1.在 KClO3 中存在 K 和 ClO ，要证明 KClO3 中含有氯元素，需思考的 3问题是如何才能使 ClO 转化为 Cl ，通过检验 Cl 来证明 KClO3 中存在氯元素。 32检验 Cl 时，为防止 SO 的干扰，应选择试剂将 SO 转化为 BaSO4 沉淀除去，24 24再检验 Cl 。答案 1.将 KClO3 与 MnO2 混合并加热，然后将残余固体溶于水，过滤，向滤液中滴加 AgNO3 溶液和稀硝酸，若有白色沉淀生成，则说明 KClO3 中含有氯元素。2先向少许待测溶液中加入
14、定量的 Ba(NO3)2 溶液，静置，取上层清液滴加 AgNO3 溶液和稀 HNO3，若有白色沉淀生成，则证明含有 Cl 。题型 3 Cl2 与碱反应的计算【例 3】 一定量的氢气在氯气中燃烧，所得混合物用 100 mL 3.00 mol/L 的 NaOH 溶液(密度为 1.12 g/mL)恰好完全吸收，测得溶液中含有 NaClO 的物质的量为 0.05 mol。(1)原 NaOH 溶液的质量分数为 _。(2)所得溶液中 Cl 的物质的量为_mol。(3)所用氯气和参加反应的氢气的物质的量之比 n(Cl2)n(H 2)_。解析 (1)n(NaOH) 0.1 L3.00 mol/L0.3 mol
15、，故 NaOH 的质量为 m1(NaOH)0.3 mol40 gmol 1 12 g，溶液的质量为 m2100 mL1.12 gmL1 112 g。所以 NaOH 溶液的质量分数为 w(NaOH) 100% 100%10.7% 。m1m2 12 g112 g(2)根据 Na 守恒 n(NaCl)n(NaOH)n(NaClO)0.3 mol 0.05 mol0.25 mol，即n(Cl ) 0.25 mol。(3)从所给物质间的反应情况看，可以将原来的 Cl2 分为两部分，一部分发生反应H 2Cl 22HCl，此部分转化为 NaCl，另一部分发生反应Cl 2 2NaOHNaClNaClO H 2
16、O，从反应可推出该部分 Cl2 的物质的量 n1(Cl2)n(NaClO)0.05 mol，根据 NaOH 守恒发生反应的 Cl2 为n2(Cl2) n(NaOH)n(NaClO) 2/2(0.3 mol0.05 mol2)/2 0.1 mol，此部分需要 H2 也为 0.1 mol，即 n(H2)0.1 mol，因此参加反应的 Cl2 和 H2 物质的量之比为 32。n1(Cl2) n2(Cl2)n(H2) 0.05 mol 0.1 mol0.1 mol答案 (1)10.7% (2)0.25 (3)32解题时要运用好守恒关系，特别是最后所得溶液中溶质为 NaCl、NaClO，则 n(NaOH
17、)n(NaCl) n(NaClO)2n(Cl 2)，n(Na )n(Cl )，n(ClO )。 题型 4 物质制备的实验设计与评价【例 4】 现用浓盐酸、MnO 2 共热制 Cl2，并用 Cl2 和 Ca(OH)2 反应制少量漂白粉。现已知反应 2Cl22Ca(OH) 2Ca(ClO)2CaCl 22H 2O，该反应为放热反应，温度稍高即发生副反应 6Cl26Ca(OH)25CaCl2Ca(ClO 3)26H 2O。甲、乙、丙三人分别设计三个实验装置，如图所示。(1)请从：a 不容易控制反应速率；b 容易控制反应速率；c 有副反应发生；d 可防止副反应发生；e 污染环境；f 可防止污染环境，几
18、个方面对上述甲、乙、丙三套装置的优缺点作出评价，并选择符合题目要求的选项填在表中的空格内。优点 缺点甲装置乙装置丙装置(2)图中甲由 A、B 两部分组成，乙由 C、D 、E 三部分组成，丙由 F、G 组成，从上述甲、乙、丙三套装置中选出合理的部分(按气流从左到右的方向) 组装一套较完善的实验装置( 填所选部分的编号) 。(3)实验中若用 12 molL-1 的浓盐酸 10 mL 与足量的 MnO2 反应，最终生成 Ca(ClO)2的物质的量总小于 0.015 mol，其可能的主要原因是_(假定各步反应均无反应损耗且无副反应发生)。解析 本题综合性较强，既要熟悉 Cl2 的制法，又要抓住题给信息
19、，应用理论知识采取相应的实验措施。根据题给药品，制 Cl2 应选用装置 C 或 F。由信息可知 Cl2 与 Ca(OH)2 反应为放热反应，且温度高时易发生副反应，所以制漂白粉时应采取降温措施。澄清石灰水中含 Ca(OH)2 很少，应用消石灰。当然 Cl2 有毒，故需要进行尾气处理。根据 MnO24HCl(浓)MnCl 2Cl 22H 2O2Cl22Ca(OH) 2CaCl2Ca(ClO) 22H 2O12 molL1 0.01 L0.12 mol 的浓盐酸可生成 Cl20.03 mol，即理论上生成 Ca(ClO)2 为 0.015 mol。但由于随着反应的进行，0.12 mol4盐酸浓度变
20、小，而 MnO2 不能氧化稀盐酸。答案 (1)甲：d ae 乙：bf c 丙：b ce(2)C(F)、B 、E (3)MnO 2 只能氧化浓盐酸，随着反应进行，c(Cl )减小，还原性减弱，反应不能继续进行。再就是最后有部分 Cl2 滞留在容器中，不能完全反应思考时应注意两方面问题：一是如何用已有知识选择正确的制气装置、反应装置及尾气吸收装置，以及如何选择反应物。与 Cl2 反应制漂白粉的原料应是消石灰，石灰水太稀。二是注意题目中的新信息和新情况。如 Cl2 与 Ca(OH)2 反应的放热反应及由于高温而产生的副反应，要想到用冷却来解决这一矛盾；第二个新情况是浓盐酸的变稀问题。号1检验氯化氢气
21、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把气体通入硝酸银溶液D用湿润的淀粉碘化钾试纸答案 D解析 氯化氢气体遇水时才体现酸性，氯气遇到水并与其反应时才体现酸性及强氧化性使有机色素漂白，故 A、B 均不正确。氯化氢、氯气通入硝酸银溶液时，均产生白色沉淀，则 C 项也不正确。氯气能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，而氯化氢无此性质。2下列关于氯水的叙述，正确的是( )A新制氯水中只含 Cl2 和 H2O 分子B新制氯水可使蓝色石蕊试纸变红C光照氯水有气泡逸出，该气体是 Cl2D氯水在密闭无色玻璃瓶中放置数天后酸性将增强答案 D解析 氯水成分的多样性决定了氯水性
22、质上的多重性。氯水中主要含有三种分子H2O、Cl 2、HClO 和三种离子 H 、Cl 、ClO 。新制氯水含有 H 和 HClO，蓝色石蕊试纸遇 H 变红，变红后的试纸被 HClO 氧化褪色。光照氯水，发生反应 2HClO 光照,2HClO 2，逸出的是 O2 而不是 Cl2。该反应进行后，弱酸 HClO 转化为强酸 HCl，密封在密闭无色玻璃瓶中不考虑 HCl 挥发，溶液的酸性增强。3自来水是用氯气杀菌消毒的，不法商贩用自来水冒充纯净水出售，为辨真伪，可用下列哪一种试剂鉴别( )A酚酞试液 B.氯化铁溶液C销酸银溶液 D.氢氧化钠溶液答案 C解析 如果是自来水，则其中含有 Cl ，故加 A
23、gNO3 溶液后，若有白色 AgCl 沉淀生成，说明是自来水，否则为纯净水。选 C。4如图是一种实验某气体化学性质的实验装置，图中 B 为活塞。如先打开 B，在 A 处通入干燥氯气，C 中红布条颜色无变化；当关闭 B 时，C 中红布条颜色褪去。则 D 瓶中盛有的溶液是( )A浓硫酸 B.浓 NaOH 溶液CH 2OD.饱和 NaCl 溶液答案 CD解析 由于干燥的 Cl2 不能使有色物质褪色，当打开 B 阀时，通入的是干燥的 Cl2，C处的红布条不褪色；关闭 B 阀后， Cl2 通过 D 装置，变成潮湿的 Cl2，从而使 C 处的红布条逐渐褪色。因此，D 中装的是 H2O 或饱和 NaCl 溶
24、液。5某校化学兴趣小组用浓盐酸与二氧化锰加热反应来制取并收集氯气，装置如下：(1)写出该反应的化学方程式： 。(2)上述反应中，还原剂是 ，若有 1 mol 氧化剂参加反应，转移电子的物质的量是 mol。(3)实验开始前，某学生对装置进行了气密性检查。方法是：连接好装置之后，用弹簧夹夹住 处(填“A”或“B ”)橡皮管；向分液漏斗中加水并打开活塞，当加到一定量时，停止加水，静置观察。当观察到分液漏斗中 时，表明该装置不漏气。(4)兴趣小组的某些同学准备在烧杯中加入下列溶液中的一种来吸收残余氯气，你认为其中错误的是_(填写序号 )。A氢氧化钠溶液 B.碳酸钠溶液C浓硫酸答案 (1)4HCl(浓)
25、MnO 2MnCl 22H 2OCl 2(2)HCl(盐酸或浓盐酸) 2(3)B 液面不下降 (4)C解析 本题考查 Cl2 的实验室制法， 4HCl(浓)MnO 2MnCl 22H 2OCl 2，由反应原理可知，氧化剂是 MnO2，还原剂是 HCl,1 mol 氧化剂参加反应，转移的电子的物质的量是 2 mol。检验气密性是制备气体的前提，应夹住 B 处的橡皮管；由于气密性较好，所以分液漏斗中液面不下降；收集气体之前应先用饱和食盐水除杂(HCl) ，再用浓硫酸干燥除水；用氢氧化钠溶液吸收多余的 Cl2 最好，碳酸钠溶液也可以，浓硫酸不行。6室温下，单质 A、B、C 分别为固体、黄绿色气体、无
26、色气体，在合适的反应条件下，它们可按下面框图进行反应。又知 D 溶液为黄色，E 溶液是无色的，请回答：(1)A 是_ ，B 是_ ，C 是_( 填写化学式 )。(2)反应的化学方程式为_。(3)反应的化学方程式为_。(4)反应的化学方程式为_。答案 (1)Fe Cl 2 H 2 (2)2Fe3Cl 22FeCl 3(3)Fe2HClFeCl 2H 2(4)2FeCl2Cl 22FeCl3解析 本题考查铁的变价。从 B 为黄绿色气体知 B 为 Cl2，D 溶液为黄色可能为 Fe3盐，C 为无色气体，BCE 溶于水 E 溶液AFC 及 F BD 可知，A 为 Fe，C 为 H2。7含有 H2、Cl
27、 2 混合气 100 mL(标况)，其中一种气体体积为 45 mL。光照使两种气体发生反应后恢复到标况，气体体积为_mL。为了说明反应后气体中 H2 或 Cl2 有剩余，使气体通过 10 mL 水，并使剩余气体干燥后恢复到标况，若(1)剩余_mL ，证明有_剩余；理由_。(2)溶液有_性质，证明有_剩余；理由是 。答案 100 (1)10 H 2 H 2 不溶于水 (2)漂白 Cl 2 Cl 2 溶于水生成有漂白性的 HClO解析 因为 H2Cl 22HCl 是一个反应前后体积不变的反应，故不管反应进行到何种程度(恰好完全反应或是有一种反应物剩余) ，反应后气体的总体积总是和反应前的总体积相等，即仍为 100 mL。由题给条件可知，反应后生成 90 mL HCl，剩余反应物 10 mL，(可能是 H2 或 Cl2)。根据 H2、Cl 2 本身的性质，即可证明是何种气体有剩余。
