人教版（2019）化学必修第一册 2_2_1氯气的性质导学案（含答案）

2.2.1 氯气的性质导学案
1、了解氯气的物理性质和用途；
2、初步掌握氯气的化学性质，并从氯的原子结构特点，了解氯气是一种化学性质非常活泼的非金属；
3、提高规范操作能力、实验观察能力、归纳思维能力和分析思维能力。
一、氯气的性质
1、氯气是一种_______________________气味的气体。
2、与金属、非金属单质的反应
钠、铁、铜等都能与氢气在加热的条件下发生反应，方程式如下：
__________________________________________
__________________________________________
__________________________________________
纯净的氢气在氯气中安静的燃烧，发出苍白色的火焰，方程式如下：
__________________________________________
3、与水的反应
1体积的水大约可以溶解______体积的氯气，氯气的水溶液称为________，在常温下溶于水的部分氯气与水发生反应，方程式如下：
___________________________________________
4、与碱反应
在常温下，将Cl2通入NaOH溶液中，可以得到以__________为主要成分的漂白液，反应的化学方程式如下：
____________________________________________________
二、氯气的实验室制法
舍勒发现氯气的方法至今还是实验室制取氯气的主要方法之一。方程式如下：
__________________________________________________________________
知识导入
1915年4月22日，德军与英、法联军在比利时的伊普尔对峙。黎明时，英法联军前线战场的士兵突然看到一股黄绿色气体慢慢向前袭来，很快数百名英、法战士窒息而死，数千名士兵双目失明，你知道这种黄绿色气体是什么吗？
一、氯气的实验室制法
1．反应原理
MnO2＋4HCl(浓) MnCl2＋Cl2↑＋2H2O
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
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装置的作用是吸收多余的Cl2。
3．收集方法
(1)向上排空气法(Cl2密度大于空气)。
(2)排饱和食盐水法(Cl2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．尾气处理
Cl2有毒，易污染空气，需用NaOH溶液吸收。
二、氯气的性质
你能初步预测氯气能与哪些物质发生反应吗？你能否设计实验验证你的预测？
1．氯元素的存在及原子结构
(1)氯元素的存在
自然界中氯以化合态形式存在，主要以NaCl的形式存在于海水和陆地的盐矿中，海洋是氯的巨大的资源宝库。
(2)氯原子的结构
氯原子的核电荷数是17，原子结构示意图如图为。
(3)氯原子的结构特点
氯原子的最外层电子数是7个，原子半径较小。原子核对最外层电子的吸引力较大，在化学反应中容易结合1个电子，使最外电子层达到8个电子的稳定结构，所以，氯气是一种化学性质很活泼的非金属单质，具有较强的氧化性。
2．氯气的物理性质
在通常情况下，氯气呈黄绿色，是一种有强烈刺激性气味的有毒气体，在低温和加压的条件下可以转变为液态或固态。在同温同压下，氯气密度比空气大。在常温下，1体积水约溶解2体积的氯气。使用Cl2要十分注意安全，因为Cl2有毒，且Cl2主要是损伤人的喉黏膜和肺，严重时可窒息死亡。因此，闻Cl2的气味时应用手在瓶口轻轻扇动，使少量气体飘进鼻孔，如图所示。
特别提醒：①通常讲的气体溶解度是指该气体在压强为101 kPa，一定温度时溶解在1体积水里达到饱和状态时的气体体积。气体的体积值为标准状况时的体积值。由此可知，在常温(25℃)、1 L水中能溶解的氯气的最大量，在标准状况下的体积为2 L。②综合氯气的密度、溶解度、毒性和颜色等知识可知：在实验室里收集氯气，可采用向上排空气法，不能用向下排空气法，也不能用排水法；在收集和应用氯气时，要防止使人中毒或污染环境；可通过气体的颜色判断氯气是否充满集气瓶。③氯气在饱和食盐水中的溶解度很小，实验室中可用排饱和食盐水法收集氯气。
3．氯气与金属的反应
(1)与不活泼的金属——铜的反应：
①反应条件：加热。
②反应现象：红热的铜丝在氯气中剧烈燃烧，生成棕黄色的烟(CuCl2)，加入水后，溶液呈蓝绿色。
③化学方程式：Cu＋Cl2 CuCl2
(2)与活泼金属——钠的反应：
①反应条件：钠去氧化膜，并切碎，加热。
②反应现象：钠在氯气中剧烈燃烧，生成白色的烟(NaCl)。
③化学方程式：2Na＋Cl2 2NaCl
(3)与较活泼的金属——Fe、Mg、Al的反应：
①反应条件：加热。
②反应现象：红热的铁丝在氯气中剧烈燃烧，生成棕黄色的烟(FeCl3)，加入水后，溶液呈黄色。
③化学方程式：2Fe＋3Cl2 2FeCl3
特别提醒：(1)干燥的氯气不能与铁起反应，因此，可用钢瓶储运液氯；
(2)铁元素有＋2、＋3价，氯气有强氧化性，铁与氯气反应时，铁呈＋3价，而铁与稀盐酸、稀硫酸、硫酸铜溶液反应时，铁呈＋2价。
4．氯气与非金属的反应
(1)与氢气的反应：
①反应条件：点燃或光照。
②反应现象：纯净的氢气在氯气中安静地燃烧，发出苍白色火焰，生成的氯化氢在集气瓶口呈白雾状(氯化氢与空气中的水蒸气结合形成的盐酸小液滴)。氯气与氢气混合光照，会发生爆炸，生成氯化氢。
③化学方程式：H2＋Cl2 2HCl，
H2＋Cl2 2HCl。
(2)与磷的反应
①反应条件：点燃。
②反应现象：磷在氯气中剧烈燃烧，在集气瓶口产生大量白色烟雾(三氯化磷是液体，呈雾状；五氯化磷是固体，呈白烟状)。
③化学方程式：2P＋3Cl2(不足) 2PCl3，
2P＋5Cl2(足量) 2PCl5。
(3)氯化氢与盐酸
氯化氢通常为气体，有刺激性气味，有毒，极易溶于水(在常温下1体积水溶解HCl气体约500体积)
HCl的水溶液叫做盐酸。常用的浓盐酸中的HCl的质量分数约为37%～38%，密度为1.19 g/cm3，HCl的物质的量浓度约为12 mol/L。盐酸里易挥发出HCl气体，盐酸浓度越大或温度越高越易挥发。浓盐酸在空气里会生成白雾，这是因为从浓盐酸里挥发出来的HCl气体跟空气里的水蒸气接触，形成盐酸小液滴的缘故。浓盐酸为无色液体，有刺激性气味，有酸味，工业浓盐酸常因含有杂质(主要是Fe3＋)而带黄色。浓盐酸要密封包装，低温储存。
5．氯气与水的反应
(1)Cl2的水溶液叫氯水，该水溶液的颜色为黄绿色，这说明其中含有氯气分子。
(2)Cl2与水反应的化学方程式及电子转移的方向和数目：
在该反应中，氧化剂是Cl2，还原剂是Cl2。写出该反应的离子方程式为Cl2＋H2O===H＋＋Cl－＋HClO。
(3)氯水中含有的微粒主要有Cl2、H2O、HClO、H＋、ClO－、Cl－。
其中包括三种分子，三种离子。
(4)次氯酸的性质
①弱酸性：
HClO的酸性比碳酸的酸性弱，能证明该事实的化学方程式为Ca(ClO)2＋CO2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO，跟NaOH溶液反应的离子方程式为HClO＋OH－===ClO－＋H2O。
说明：次氯酸是一种极弱的酸，其电离方程式为HClOH＋＋ClO－。
a．次氯酸的酸性不能使指示剂变色。
b．次氯酸的酸性比碳酸还弱。
Ca(ClO)2＋CO2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO
②不稳定性：
补充实验：次氯酸的见光分解实验
在一个盛满蒸馏水的500 mL的烧瓶中通入Cl2至饱和，然后倒置于水槽中，固定在铁架台上，置于阳光直射的地方，观察现象。
观察到的现象为有无色气泡溢出，浅黄绿色溶液颜色变淡，直至消失。检验该气体的方法为用带火星的木条检验，木条复燃，产生的气体是O2。该反应的化学方程式和离子方程式分别为2HClO 2HCl＋O2↑、
2HClO 2H＋＋2Cl－＋O2↑。
③强氧化性：
次氯酸是一种强氧化剂，能杀死水中的病菌，所以自来水常用氯气来杀菌消毒。次氯酸的强氧化性还能使某些染料和有机色素褪色，可用作棉、麻和纸张等的漂白剂。
实验中发生的现象为干燥的有色布条没有褪色，而湿润的有色布条褪色了。该事实说明起漂白作用的物质是次氯酸，而不是Cl2。
探究：氯水的成分与性质
(1)反应原理及成分：
Cl2＋H2O H＋＋Cl－＋HClO
HClO H＋＋ClO－
2HClO 2HCl＋O2↑
新制氯水中，所含的分子有：Cl2、H2O、HClO；离子有：H＋、Cl－、ClO－、OH－(少量)。
(2)新制氯水与久置氯水的比较(见下表)：
新制氯水 久置氯水
成分 Cl2、HCl、HClO、H2O HCl、H2O
颜色 淡黄绿色 无色
性质 酸性、漂白作用 酸性(比新制的强)、无漂白作用
原因 Cl2＋H2O HCl＋HClO， 2HClO 2HCl＋O2↑
(3)氯水的性质
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；　④Cl－的性质。在不同的反应中，氯水起作用的成分不同有如下6种情况：
a．只考虑Cl2的性质
新制氯水中存在着大量的Cl2分子，Cl2是新制氯水的主要成分。为了方便，有时实验室中常用氯水代替Cl2。如将新制氯水滴加到淀粉碘化钾溶液中和通入Cl2的效果一样，都是Cl2分子将I－氧化成I2使淀粉变蓝。
Cl2＋2KI===2KCl＋I2
类似的还有KBr、FeCl2、H2S。如：2FeCl2＋Cl2===2FeCl3
将SO2气体通入氯水中，氯水的浅黄绿色褪去，其反应为：
SO2＋2H2O＋Cl2===H2SO4＋2HCl
b．只考虑H＋参与反应
向NaHCO3溶液中加适量的氯水，有气泡产生，就是利用了盐酸的强酸性。反应为：NaHCO3＋HCl===NaCl＋CO2↑＋H2O
c．只考虑Cl－参与的反应向AgNO3溶液中加适量的氯水，有白色沉淀产生，就是利用了Cl－的性质，反应为：AgNO3＋HCl===AgCl↓＋HNO3
d．只考虑HClO参与的反应
将氯水滴在红色纸条上，可使红色褪去，便是HClO将有机色素氧化的结果。
e．考虑HCl和HClO同时参与反应
往新制得的氯水中滴入紫色石蕊试液时，溶液先变红后褪色，便是盐酸的强酸性和HClO的强氧化性的具体体现。
总结：
1、氯气是有毒的，曾被法西斯制成毒气弹用于侵略战争。当这种毒气弹顺风爆炸时，通常可用的防御方法是(　　)
A．人、畜应躲到低洼的地方
B．人、畜应到较高的地方去
C．人应多饮豆浆和牛乳
D．可用肥皂水浸湿软布蒙面
2、下列气体中，被当作化学武器，首次使用于战争的是 (　　)
A．氯气 B．一氧化碳 C．芥子气 D．沙林
3、下列关于氯气的叙述正确的是(　　)
A．钠在氯气中燃烧产生白色烟雾
B．红热的铜丝可以在氯气中燃烧，产生棕黄色烟雾
C．纯净的氢气可以在氯气中安静地燃烧，发出苍白色火焰
D．氯气可用于漂白，这是氯气的漂白作用
4、下列关于氯气的叙述，错误的是(　　)
A．是黄绿色气体
B．能溶于水
C．不跟非金属反应
D．易与大多数金属反应生成金属氯化物
5、下列关于氯水的叙述，正确的是 (　　)
A．新制氯水中只含有Cl2和H2O分子
B．新制氯水可使蓝色石蕊试纸先变红后褪色
C．光照氯水有气泡逸出，该气体是Cl2
D．氯水放置数天后，酸性增强
6、久置的氯水与新制的氯水比较，下列结论正确的是 (　　)
A．颜色相同
B．都能使有色布条褪色
C．pH相同
D．加入AgNO3溶液都能产生白色沉淀
参考答案
自主学习
一、氯气的性质
1、黄绿色、有刺激性
2、2Na ＋ Cl2 2NaCl
2Fe ＋ 3Cl2 2FeCl3
Cu ＋ Cl2 CuCl2
H2 ＋ Cl2 2HCl
3、与水的反应
2，氯水，Cl2 ＋ H2O===HCl ＋ HClO
4、与碱反应
NaClO，Cl2 + 2NaOH = NaCl + NaClO + H2O
二、氯气的实验室制法
MnO2＋4HCl(浓) MnCl2＋Cl2↑＋2H2O
随堂检测
1、解析：氯气的密度比空气大，故人、畜应转移到较高地方去，又因为Cl2能被碱性溶液吸收，故可选用BD。
答案：BD
2、答案：A
3、解析：A中钠在氯气中燃烧，生成NaCl固体小颗粒，形成白烟，没有雾出现(雾为液态小液滴)，A不正确。B中红热的铜丝在氯气中燃烧生成CuCl2固体小颗粒，生成棕黄色的烟，但没有雾，所以B也不正确。C中的说法完全符合实验事实，因此是正确答案。D中氯气用于漂白，这是对的，但起漂白作用的不是氯气本身，而是它与水反应后生成的次氯酸具有强氧化性，使有机色素氧化而褪色，D的说法不正确。
答案：C
4、解析：本题要求找出错误叙述，在所给的四个选项中有两个是Cl2的物理性质，都正确。氯气是化学性质活泼的非金属，容易跟大多数金属在一定条件下直接反应，D项正确。错误的选项只有C项，因为通过纯净的H2在Cl2中燃烧可知Cl2与非金属是可以反应的。
答案：C
5、解析：在新制的氯水中溶有大量Cl2分子，其中小部分Cl2与水发生反应生成盐酸和次氯酸，HCl完全电离成H＋和Cl－，HClO部分电离产生H＋、ClO－。所以氯水中含有H2O、Cl2、HClO分子和H＋、Cl－、ClO－、OH－离子。HClO有强氧化性、漂白性，见光易分解放出O2。氯水放置数天后HClO分解接近完全，转化为盐酸，酸性增强，pH变小。故选B、D。
答案：BD
6、解析：新制氯水中含有HClO、H2O、Cl2三种分子，H＋、ClO－、Cl－、OH－四种离子，其水溶液的颜色取决于Cl2分子的多少，其漂白性取决于HClO分子的多少，溶液的pH取决于H＋浓度的大小，与Ag＋作用生成沉淀取决于有没有Cl－。氯水久置过程中发生如下反应：Cl2＋H2O HCl＋HClO,2HClO 2HCl＋O2↑，在久置的氯水中因Cl2、HClO不断反应最终变成稀盐酸。因此，颜色比新制的氯水浅，不再具有漂白能力，酸性增强，Cl－浓度增大。
答案：D