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第二章 第二节 氯及其化合物
第1课时 氯气的性质
【学习目标】
1.了解氯元素的存在,初步掌握氯气的化学性质,并从氯原子结构特点分析氯气跟金属、非金属的反应。
2.了解氯气的主要物理性质,掌握氯气与水、碱反应及相关的生活生产应用。
【素养目标】
1.能通过实验探究Cl2、HClO、次氯酸盐的性质,培养学生“实验探究与证据推理”的核心素养。
2.建立含氯元素的物质间的转化关系,培养学生“变化观念与模型认知”的核心素养。
3.了解Cl2的主要用途和发现史,培养学生“科学态度与社会责任”的核心素养。
必备知识与关键能力
知识点一:氯气的物理性质
颜色 状态 气味 毒性 溶解性 特性
黄绿色 气体 刺激性气味 有毒 1体积水约溶解2体积氯气 易液化
典例1.一家大型化工厂发生爆炸,有大量的Cl2扩散。下列应急措施不正确的是( )
A.向顺风方向的低洼处跑
B.用浸有纯碱液的毛巾捂住口鼻迅速逃离
C.向逆风方向的高处跑
D.来不及逃离的可用浸湿的棉被堵好门窗,并及时请求救援
【答案】A
【解析】氯气有毒且密度比空气大,如果发生氯气泄漏,氯气向顺风方向和低洼处扩散较快,应将人群逆风向高处疏散,A项错误,C项正确;氯气能和碱反应生成盐,可以用浸有弱碱性溶液的毛巾捂住口鼻来防止氯气中毒,B项正确;氯气能和水反应,来不及逃离的可用浸湿的棉被堵好门窗,并及时请求救援,D项正确。
典例2.将氯气通过软管通入鼠洞中,可以用来消灭田鼠。在此过程中利用了氯气下列性质中的( )
①黄绿色 ②密度比空气大 ③有毒 ④易液化 ⑤溶于水
A.①②③ B.②③ C.③④ D.③④⑤
【答案】B
【解析】氯气密度比空气大,所以易通入鼠洞,其毒性可以杀死田鼠。
知识点二:氯气的化学性质
1.氯气与单质的反应
【点拨】(1)Cl2是具有强氧化性的非金属单质,与变价金属反应时,生成高价态的金属氯化物,如与Fe反应生成FeCl3而不是FeCl2,Cu与Cl2反应生成的是CuCl2而不是CuCl(氯化亚铜)。
(2)描述现象时,固体小颗粒分散在空气中形成“烟”,液体小液滴分散到空气中形成“雾”。
典例3.下列氯化物中,既能由金属和氯气直接反应制得,又能由金属和盐酸反应制得的是( )
A.CuCl2 B.FeCl2 C.AlCl3 D.FeCl3
【答案】C
【解析】当氯气与Cu、Fe等变价金属反应时,生成高价金属氯化物,故B项不正确;A项中Cu不与盐酸反应,D项中Fe与盐酸反应生成FeCl2,故A、D两项均不正确;C项既可由金属与氯气直接反应制得,又可由金属与盐酸反应制得。
2.氯气与水的反应
化学方程式: Cl2+H2O===HCl+HClO。离子方程式: Cl2+H2O===H++Cl-+HClO。
(1) 氯水的成分
氯水的成分——“三分子、四离子”
(2)液氯、新制氯水、久置氯水的成分和性质比较
液氯 新制氯水 久置氯水
成分 Cl2 Cl2、HClO、H2O、H+、Cl 、ClO 、OH H+、Cl 、H2O、OH
分类 纯净物 混合物 混合物
颜色 黄绿色 黄绿色 无色
性质 氧化性 酸性、氧化性、漂白性 酸性
保存 特制钢瓶 棕色试剂瓶盛装,密封保存于阴凉处,一般现用现配 —
典例4.下列说法中正确的是( )
A.液氯和氯水都含有氯离子
B.氯气和液氯都能使干燥的有色布条褪色
C.盐酸和氯水中都含有氯离子
D.盐酸和氯水都能使湿润的有色布条褪色
【答案】C
【解析】A项,液氯中不含有Cl-;B项,Cl2和液氯均不能使干燥的有色布条褪色;D项,盐酸不能使有色布条褪色。
(3)新制氯水的性质
所加试剂 参与反应的微粒 实验现象 离子方程式或解释
AgNO3溶液 Cl 白色沉淀 Cl +Ag+===AgCl↓
Na2CO3固体 H+ 有气泡产生 2H++===CO2↑+H2O
有色布条 HClO 布条颜色褪去 漂白性
FeCl2溶液 Cl2 溶液变棕黄色 2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl
石蕊溶液 HClO、H+ 先变红后褪去 酸性和漂白性
典例5.在氯水中存在多种分子和离子,它们在不同的反应中表现出各自的性质。下列实验现象和结论一致且正确的是( )
A.加入有色布条,一会儿有色布条褪色,说明溶液中有HCl存在
B.溶液呈黄绿色,且有刺激性气味,说明有Cl2存在
C.加入硝酸酸化的AgNO3溶液产生白色沉淀,说明有Cl2存在
D.加入Na2CO3溶液,有气泡产生,说明有HClO分子存在
【答案】B
【解析】氯气溶于水后,氯水中含有的微粒有分子:Cl2、HClO、H2O,离子:H+、Cl-、ClO-、OH-。盐酸不具有漂白性,次氯酸具有漂白性,加入有色布条,一会儿有色布条褪色,说明溶液中有HClO存在,A错误;氯水中含有氯气分子,氯气为黄绿色且有刺激性气味,B正确;氯水中含有氯离子,氯离子与银离子反应生成氯化银沉淀,所以加入AgNO3溶液产生白色沉淀,但不能据此说明有氯气存在,C错误;次氯酸的酸性弱于碳酸钠,加入Na2CO3溶液,有气泡产生,说明氯水溶液呈酸性,有盐酸存在,不能证明含有次氯酸,D错误。
(4)次氯酸的性质
【点拨】氯水应保存于棕色试剂瓶中,放于冷暗处。
典例6.新制氯水中含有的次氯酸具有杀菌作用,常用于自来水的消毒。下列有关说法正确的是( )
A.次氯酸中氯元素呈-1价
B.HClO既不是电解质,也不是非电解质
C.新制氯水长期放置后仍可用于自来水的消毒
D.向氯水中加入AgNO3溶液产生白色沉淀,说明氯水中有Cl-存在
【答案】D
【解析】次氯酸中氢元素为+1价,氧元素为-2价,氯元素呈+1价,A错误;HClO为弱电解质,B错误;新制氯水长期放置后,次氯酸见光分解,最后变为盐酸,无强氧化性,不可用于自来水的消毒,C错误;氯水显酸性,氯化银不溶于硝酸,加入AgNO3 溶液产生白色沉淀,说明溶液中有氯离子,D正确。
3.氯气与碱的反应
①制漂白液:Cl2+2NaOH === NaCl+NaClO+H2O
Cl2+2OH-===Cl-+ClO-+H2O
“84”消毒液的主要成分是NaClO
②制漂白粉:Cl2与石灰乳反应制漂白粉,2Cl2+2Ca(OH)2===CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O
【点拨】漂白粉的使用: Ca(OH)2+CO2+H2O===CaCO3+2HClO
典例7.地震后,抗震救灾要用大量漂白粉和漂白液杀菌消毒。下列叙述中正确的是( )
A.漂白粉是纯净物,漂白液是混合物
B.漂白粉的有效成分是Ca(ClO)2
C.工业上将氯气通入澄清石灰水中制取漂白粉
D.漂白液的有效成分是Na2O2
【答案】B
【解析】A项,漂白粉是氯化钙和次氯酸钙的混合物,漂白液是次氯酸钠和氯化钠的水溶液,也是混合物,错误;B项,漂白粉的有效成分为次氯酸钙,正确;C项,工业上通常将氯气通入石灰乳中制取漂白粉,不是通入澄清石灰水中,错误;D项,漂白液的有效成分为次氯酸钠,不是过氧化钠,错误。
4.氯气与盐的反应
(1)Cl2通入FeCl2溶液中:Cl2+2Fe2+===2Fe3++2Cl-
(2)Cl2通入KI溶液中:Cl2+2I-===I2+2Cl-
核心价值与学科素养
【知识结构化】
1.氯元素物质之间转化图
2.氯元素价类二维图
典例8.含氯消毒剂能杀灭新型冠状病毒,常用的含氯消毒剂有漂白粉、“84”消毒液、二氧化氯等。“84”消毒液的主要成分是什么?“84”消毒液能否与洁厕灵(主要成分是盐酸)混合使用?
【答案】“84”消毒液的主要成分是NaClO
“84”消毒液能与洁厕灵会产生有毒气体Cl2,NaClO+HCl === NaCl+Cl2↑+HO,不能混用。
典例9.下面两幅图片是某氯气泄漏事故现象。
从图片可以看出现场人员撤离时均用一块毛巾捂住口鼻以防止吸入氯气。
(1)现场人员撤离时,是向高处转移还是向低处转移?若有风时,是逆风撤离还是顺风撤离?
(2)捂口鼻的毛巾如何处理?
(3)消防人员在现场向空中喷洒石灰水,这是为什么?写出有关化学方程式。
【答案】(1)高处、逆风撤离。
(2)将毛巾蘸碱性肥皂水或小苏打水吸收Cl2,不能蘸碱性很强的Na2CO3和NaOH溶液。
(3)吸收空气中的Cl2,2Cl2+2Ca(OH)2===CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O。
【跟踪练习】 基础过关
1. 向盛有Cl2的三个集气瓶甲、乙、丙中各加入下列液体中的一种,经振荡,现象如下图所示,则甲、乙、丙中注入的液体分别是( )
①AgNO3溶液 ②NaOH溶液 ③水
A.①②③ B.②①③ C.③②① D.①③②
【答案】B
【解析】 氯气全部与NaOH溶液反应生成无色溶液,所以甲中注入的是NaOH溶液;由Cl2+H2O HCl+HClO可知,加入AgNO3溶液生成AgCl沉淀,使平衡右移,最终氯气全部溶于水,所以乙中注入的是AgNO3溶液;氯气部分溶于水呈现浅黄绿色,丙中注入的是水。
2. 在氯水中存在多种分子和离子,它们在不同的反应中表现出各自的性质。下列实验现象和结论一致且正确的是( )
A.加入有色布条,一会儿有色布条褪色,说明溶液中有HCl存在
B.溶液呈黄绿色,且有刺激性气味,说明有Cl2存在
C.加入硝酸酸化的AgNO3溶液产生白色沉淀,说明有Cl2存在
D.加入Na2CO3溶液,有气泡产生,说明有HClO分子存在
【答案】B
【解析】氯气溶于水后,氯水中含有的微粒有分子:Cl2、HClO、H2O,离子:H+、Cl-、ClO-、OH-。盐酸不具有漂白性,次氯酸具有漂白性,加入有色布条,一会儿有色布条褪色,说明溶液中有HClO存在,A错误;氯水中含有氯气分子,氯气为黄绿色且有刺激性气味,B正确;氯水中含有氯离子,氯离子与银离子反应生成氯化银沉淀,所以加入AgNO3溶液产生白色沉淀,但不能据此说明有氯气存在,C错误;次氯酸的酸性弱于碳酸钠,加入Na2CO3溶液,有气泡产生,说明氯水溶液呈酸性,有盐酸存在,不能证明含有次氯酸,D错误。
3. 下列除去杂质的方法正确的是( )
A.Cl2中混有少量HCl:通过盛有硝酸银溶液的洗气瓶
B.Cl2中混有少量水蒸气:通过足量浓硫酸,收集气体
C.Cl2中混有少量HCl:通过碱石灰后收集气体
D.HCl中混有少量Cl2:通入氢气并光照
【答案】B
【解析】Cl2+H2OHCl+HClO,所以Cl2能与硝酸银溶液反应,也能与碱石灰反应,所以A、C均错误;用气体除去气体中的杂质,易混入新的气体杂质,D错误。
4. 用Cl2与消石灰充分反应可以制取漂白粉。使用漂白粉作漂白剂比使用氯水更好的理由是( )
A.转变为易与水反应的物质
B.转变为较为稳定、便于贮存的物质
C.Ca(ClO)2比HClO漂白效果快
D.提高氯的质量分数
【答案】B
【解析】氯水不稳定,不易贮存,而漂白粉稳定,易于贮存。
5. 如图所示,若关闭Ⅰ阀,打开Ⅱ阀,让潮湿的氯气经过甲瓶后,通入乙瓶,布条不褪色;若关闭Ⅱ阀,打开Ⅰ阀,再通入潮湿的氯气,布条褪色。甲瓶中所盛的试剂不可能是( )
A.浓H2SO4 B.NaOH溶液 C.NaCl溶液 D.Ca(OH)2溶液
【答案】C
【解析】若关闭Ⅰ阀,打开Ⅱ阀,让潮湿的氯气经过甲瓶后再进入乙瓶,布条不褪色,则可能有两种情况:一是氯气被干燥,二是氯气被吸收。若关闭Ⅱ阀,打开Ⅰ阀,则潮湿的氯气直接进入乙中,能使布条褪色。氯气经过浓硫酸后被干燥,干燥的氯气不能使有色布条褪色,不选A;氯气通过NaOH溶液被吸收,乙瓶布条不褪色,不选B;通过饱和NaCl溶液后,氯气不能被吸收也不能被干燥,湿润的氯气可将红色布条漂白,选C;氯气通过Ca(OH)2溶液被吸收,乙瓶布条不褪色,不选D。
能力达成
6. 实验表明:将氯水滴加到一张蓝色石蕊试纸上,试纸上会出现如图所示的半径慢慢扩大的内外两个圆环,且两环颜色不同,下列有关说法中不正确的是( )
A.此实验表明氯水具有酸性、漂白性
B.内环呈白色外环呈红色或浅红色
C.内外环上颜色的差异表明此变化过程中,中和反应比氧化还原反应快
D.氯水中形成次氯酸的反应中还原产物是HClO
【答案】D
【解析】内外两环颜色不同,说明两种物质起作用,表现出酸性和漂白性,A正确;内环HClO表现强氧化性,起漂白作用,外环H+表现酸性而呈红色或浅红色,B正确;由现象可知外环是由于H+表现酸性的结果,说明中和反应快,内环是HClO的强氧化性的表现,氧化还原反应慢些,C正确;HClO是Cl元素化合价升高的产物为氧化产物,D错误。
NaCl是一种化工原料,可以制备一系列物质,如图所示。下列说法中正确的是( )
A.25 ℃时,NaHCO3在水中的溶解度比Na2CO3的大
B.石灰乳与Cl2的反应中,Cl2既是氧化剂,又是还原剂
C.常温下干燥的Cl2能用钢瓶贮运,所以Cl2不与铁反应
D.上图所示转化反应都是氧化还原反应
【答案】B
【解析】25 ℃时,NaHCO3在水中的溶解度比Na2CO3的小,故A错误;氯气与铁在加热或潮湿的环境中易反应,而在常温和干燥的环境中不反应,C错误;制备NaHCO3和NaHCO3分解的反应均不是氧化还原反应,D错误。
8. 为了探究新制饱和氯水的组成和性质而进行了下列科学实验,请根据要求回答问题:
(1)请写出新制饱和氯水中含有氯元素的物质的化学式:______________________________。
(2)若不再进行更多的实验,请说明能快速判断氯水中含有Cl2的主要依据:_________________。
(3)取适量新制饱和氯水滴入品红溶液后褪色,可得出氯气与水反应的产物具有漂白性,请你评价该结论是否合理?________。若不合理,请说明理由(若合理,则无需填写):_______________________。
(4)先观察了氯水的外观性质以后,又用胶头滴管将该氯水逐滴滴入含有酚酞的NaOH溶液中,边滴边振荡,并连续观察现象,发现溶液的红色逐渐褪去而得无色溶液。根据预测,实验中溶液红色褪去的原因可能有两种,请用简要的文字说明:
①_________________________________________________。
②_________________________________________________。
他们又要通过实验进一步探究溶液红色褪去的原因究竟是上述中的①还是②。
[实验步骤]
①取试管内的无色溶液3 mL盛于另一支洁净的试管中;
②______________________________,振荡试管。
[实验现象及结论]
①若 ,则证明溶液红色褪去的原因是①而不是②;
②若 ,则证明溶液红色褪去的原因是②而不是①。
【答案】(1)Cl2、HCl(或Cl )、HClO (2)氯水显浅黄绿色
(3)不合理 没有事先证明干燥的氯气无漂白性
(4)①HCl和HClO中和了NaOH ②HClO氧化了酚酞
[实验步骤]②再向试管内滴加2滴NaOH溶液
[实验现象及结论]①恢复红色 ②仍为无色
【解析】(1)由题意中信息可知,溶于水的Cl2,一部分与H2O发生化学反应生成HCl和HClO,另一部分以Cl2的形式溶解于水中。(2)氯水因的存在而显浅黄绿色,氯水显浅黄绿色就是其中含有Cl2的依据。(3)将氯水滴入品红溶液后溶液褪色,不能得到氯气与水反应的产物具有漂白性的结论。国为没有事先证明干燥的氯气无漂白性。(4)溶液的红色是酚酞与NaOH相互作用的结果。若没有酚酞,NaOH溶液呈无色;若没有NaOH,酚酞溶液也呈无色。由“(1)”中的分析可知,新制的氯水中既含有以显强酸性为主的HCl,又含有以显强氧化性为主的HClO。可滴加NaOH溶液来验证红色褪去的原因。滴入少量NaOH后溶液显红色,说明还存在酚酞,红色褪去的原因是HCl和HClO与NaOH发生了反应;若加入NaOH不再显红色,说明溶液中不存在酚酞,即酚酞已被HClO氧化。
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