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氯及其化合物
1.实验室制氯气
氯气是由舍勒在1774年发现的。当时舍勒正埋头研究软锰矿(主要成分是MnO2),深入研究过软锰矿的性质。当他把浓盐酸倒进盛放黑色软锰矿石的烧瓶中加热时,会飘逸出一种黄绿色的气体(是他首次实现了下面的反应:MnO2+4HCl→MnCl2+Cl2+2H2O),这种气体有强烈的刺激性气味,会使人剧烈咳嗽,舍勒感到很难受。但他确信自己发现了一种从未被人们所认识的新气体,他由衷地高兴和激动。将氯气收集在玻璃管里面。舍勒把氯气溶解在水里后,发现这种溶液对纸张、纺织品都有永久性的漂白作用。他还发现这种气体的性质十分活泼,能与许多金属氧化物发生反应。舍勒把他的研究成果发表在瑞典科学院院刊上。
1.实验室制氯气
一、药品的选择
MnO2
HCl
①浓盐酸的作用是_______________________。
作还原剂,并起酸的作用
②离子方程式_____________________________________________。
MnO2+4HCl(浓) === MnCl2+Cl2↑+2H2O
△
反应原理:
MnO2+4H++2Cl- === Mn2++Cl2↑+2H2O
△
反应仪器的选择
反应发生装置:
除杂装置:
收集装置:
尾气处理:
饱和食盐水、浓硫酸
向上排空气法
用氢氧化钠溶液吸收
固液加热型装置
各装置的目的
饱和食盐水 可以降低氯气在水中的溶解度、吸收挥发的HCl
浓硫酸 干燥氯气
向上排空气法 ρ氯气>ρ空气
氢氧化钠溶液 氯气有毒有害,需进行尾气处理。用氢氧化钠进行吸收
固液加热型装置 反应需要加热进行
【问题2】实验室制取氯气时,需要加热,加热温度是否越高越好?
【问题1】一定量的浓盐酸与足量的二氧化锰反应,盐酸是否能完全参与反应?为什么?若换成足量的浓盐酸和一定量的MnO2,MnO2是否能完全参与反应呢?
不能,因为随着反应的进行,浓盐酸逐渐变为稀盐酸,不再与二氧化锰反应。
否,为了减少制得的Cl2中HCl的含量,所以加热温度不宜过高,以减少HCl的挥发。
可以,因为此时浓盐酸是足量的。
【问题3】能不能用碱石灰作为干燥剂除去水蒸气?
【问题4】尾气吸收时能不能选择澄清石灰水?
不能,因为澄清石灰水中Ca(OH)2的量少,吸收不完全。
不能,因为Cl2属于酸性气体,能与碱发生反应,不能选用碱性干燥剂
实验室快速制Cl2的方法
用KMnO4、KClO3、Ca(ClO)2、K2Cr2O7等氧化剂代替MnO2制取氯气,反应不需加热且反应速率较快
①2KMnO4+16HCl(浓)===2MnCl2+2KCl+5Cl2↑+8H2O
②KClO3+6HCl(浓)===KCl+3Cl2↑+3H2O
③Ca(ClO)2+4HCl(浓)===CaCl2+2Cl2↑+2H2O
④K2Cr2O7+14HCl(浓)===2CrCl3+2KCl+3Cl2↑+7H2O
2MnO4-+16H++10Cl- ===2Mn2++5Cl2↑+8H2O
ClO3-+6H++5Cl-===3Cl2↑+3H2O
ClO-+2H++Cl-===Cl2↑+H2O
Cr2O72-+14H+ + 6Cl- ===2Cr3++3Cl2↑+7H2O
氯气的工业制法
2NaCl+2H2O ==== 2NaOH+H2↑+Cl2↑。
通电
专家提醒:“84消毒液”与“洁厕灵”混用会有危险!
固固加热型
固液不加热型
初中当中见到的常见气体的制备
这些装置统称为气体发生装置。包括有固固加热型、固液不加热型、固液加热型
试管
酒精灯
分液漏斗
锥形瓶或试管
除杂装置
a.洗气瓶
(长进短出)
b.球形干燥管
(大进小出)
盛放液体除杂试剂
盛放固体除杂试剂
例如
CO2(HCl)可选 饱和NaHCO3
CO2(H2O)可选 浓硫酸
不可选 碱石灰
NH3(H2O)可选 碱石灰
不可选 浓硫酸
不易溶于水,不与水反应
密度比空气大
密度比空气小
除杂装置
空气
空气
尾气处理
1. 吸收法:例如用NaOH溶液吸收Cl2 、SO2等气体。
2. 燃烧法:适用于CO 、H2 等易燃性气体。
3. 收集法:利用气球直接将尾气收集起来。
吸收法
燃烧法
收集法
倒置漏斗式
防倒吸装置
肚容式
收集式
隔离式
与气体相关的大型实验制备
建立模型
驱赶装置
发生装置
主体反应
防止装置
注意事项
驱赶装置:按情况添加
发生装置——反应物的状态和反应条件;
净化装置——所含杂质的性质;
收集装置——(生成气体的性质(密度、溶解性,是否与水反应))
防止装置(包括收集装置,尾气装置)——生成物的密度、溶解度,以及是否与水反应;尾气的性质
净化装置
消毒液
自来水消毒
农药
塑料制品
漂白剂
氯气的性质
Cl原子的结构
最外层7电子,易得电子,单质表现出氧化性
在自然界中,Cl主要以化合态形式存在,主要存在于海洋、盐湖、盐矿等
颜色 状态 气味 毒性 溶解性(25 ℃) 密度
1体积水溶解约___体积氯气
黄绿
有毒
2
气体
刺激性气味
氯气的物理性质
3.214g/L
氯气的化学性质
1.强氧化性
1)与金属单质反应
2Na+Cl2=2NaCl
2Fe+3Cl2=2FeCl3
Cu+Cl2=CuCl2
【实验2-7】
H2+Cl2 = 2HCl
点燃
在空气中点燃氢气,然后把导管缓慢伸入盛满氯气的集气瓶中,观察现象。
[现象]安静燃烧,发出苍白色火焰。
HCl气体溶于水得到盐酸。浓盐酸(36%-38%)强挥发性。
2. 氯气与水的反应
实验 探究氯气和水反应的产物
从烧杯中取少量氯水于四支试管中,观察氯水的颜色。分别向四支试管中加入NaHCO3溶液,淀粉-KI溶液,AgNO3溶液、品红溶液,观察实验现象。
Cl2
试管编号 试剂 现象
①
② NaHCO3
③ 淀粉-KI
④ AgNO3
⑤ 品红
立即有气泡生成
溶液变蓝色
生成了白色沉淀
红色褪去
氯水呈现浅黄绿色
加入NaHCO3 立即有气泡生成
加入淀粉-KI 溶液变蓝色
加入AgNO3 生成了白色沉淀
加入品红 红色褪去
现象分析
HCO3- +H+=H2O+CO2
说明产物中有氢离子生成
说明反应生成了I2,与淀粉接触变蓝。说明当中含有氧化性物质。
Ag++Cl-=AgCl
说明产物中含有氯离子,化合价发生变化,反应为氧化还原反应
说明产物中具有漂白性物质生成
2I- +Cl2=2Cl-+I2
HCO3- +H+=H2O+CO2
说明产物中有氢离子生成
具有漂白性的物质为Cl2,还是某一新物质呢?
说明是反应产生了一种新物质使有色布条褪色
新物质为HClO(次氯酸)
Cl2+H2O HCl+HClO
表示该反应为可逆反应,此反应中1体积氯气溶于水中,并不能完全反应。
Cl2+H2O HCl+HClO
氯水性质的总结 含有的粒子
1)具有氧化性 Cl2
2)具有酸性 HCl
3)具有漂白性 HClO
自来水厂用氯气杀菌,消毒,闻到的刺激性气味是余氯的气味。目前使用的消毒剂还有ClO2,当然国家也规定了余氯的标准,因此我们所引用的自来水的余氯标准都是达到国家饮水用标准的,考虑到氯气对人体的一些负面作用,因此目前也在使用一些新型自来水消毒剂。
将氯水放置
通过图标观察可以帮助我们得到HClO具有哪些性质呢?
次氯酸在光照条件下易分解得到HCl和O2
[HClO的化学性质]
a.为一元弱酸(酸性比碳酸弱)。其酸性不能使指示剂变色。
b.有强氧化性。
①杀菌、消毒 — 自来水消毒
②漂白性 — 棉、麻、纸张的漂白剂
氯气用于杀菌、消毒、漂白:氯气本身不具有漂白性。
c.不稳定。(见光或受热分解)
2HClO = 2HCl+O2↑
光照
液氯、新制氯水、久置氯水的成分有什么区别?
液氯 新制氯水 久置氯水
颜色
分类
主要微粒
性质
黄绿色
浅黄绿色
无色
纯净物
混合物
混合物
Cl2
Cl2、HClO、H2O、H+、Cl-、ClO-
H+、Cl-、H2O
氧化性
酸性、氧化性、漂白性
酸性
新制氯水和久置氯水均可以用pH试纸来测定pH值吗?
3. Cl2与NaOH反应
Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O
Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O
制漂白液
4. Cl2与Ca(OH) 2反应
2Cl2+2 Ca(OH) 2 =CaCl2+Ca(ClO)2 +2H2O
Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O
制漂白粉
相同体积Cl2分别与水和NaOH溶液反应,转移的电子数相同吗
[漂白液漂白原理]
2NaClO+ CO2 + H2O = Na2CO3 + 2HClO
[漂白粉漂白原理]
Ca(ClO)2+H2O+CO2= CaCO3↓+2HClO
课后练习
1.将紫色石蕊试液滴入NaOH溶液中,溶液变蓝色,再通入氯气,溶液由蓝色先变成红色,最后颜色慢慢退去,其原因是
①氯气有漂白性 ②氯气与NaOH溶液反应 ③氯气的水溶液呈酸性 ④次氯酸有漂白性 ⑤氯化钠有漂白性
A.①④ B.②③④ C.①②③ D.④⑤
B
2.下列说法中正确的是( )
A.“84”消毒液是混合物,可以长期保存
B.“84”消毒液中含有次氯酸,所以“84”消毒液能使有色布条褪色
C.工业上将氯气通入澄清石灰水中制取漂白粉
D.漂白粉在空气中容易失效的原因是Ca(ClO)2易与空气中的二氧化碳和水反应
D
3.某城市以“液氯泄漏”作应急预警演习,演习时,下列防护措施合理的是
①及时向上风口和地势较高处转移疏散人群;
②及时戴上用浓烧碱溶液湿润过的口罩;
③用高压水枪向泄露口附近喷洒稀碱液并设法控制氯气泄漏;
④及时戴上用稀纯碱溶液湿润过的口罩;
⑤及时用毛巾包裹活性炭捂住口鼻;
⑥就近向地下商场转移。
A.②③④⑤ B.①②④⑤ C.①③④⑤ D.①③④⑥
C
实验探究
在3支试管中分别加入2~3 mL稀盐酸、NaCl溶液、Na2CO3溶液,然后各滴入几滴AgNO3溶液,观察现象。再分别加入少量稀硝酸,观察现象。
实验试剂 实验现象 反应原理
稀盐酸
NaCl溶液
Na2CO3溶液
产生白色沉淀,沉淀不溶解
HCl+AgNO3=AgCl↓+HNO3
产生白色沉淀,沉淀不溶解
NaCl+AgNO3=AgCl↓+NaNO3
产生白色沉淀,后沉淀溶解,产生气泡
Na2CO3+2AgNO3=Ag2CO3↓2NaNO3
Ag2CO3+2HNO3=CO2↑+H2O+2AgNO3
从上述反应现象可以看出CO32-、Cl-与Ag+反应的现象相同,因此当检验溶液中的Cl-时,CO32-的存在会影响Cl-的检验,需排除CO32-的干扰。
2.氯离子的检验方法
(1)操作方法:向未知溶液中先加_____________,再加
________________。
(2)现象:产生______________。
(3)原理:______________________(填离子方程式)。
稀硝酸
AgNO3溶液
白色沉淀
Ag++Cl- = AgCl↓
常见离子的检验方法
(1)CO32-:向待测液中加入BaCl2溶液,有白色沉淀生成沉淀,沉淀溶于稀盐酸或稀硝酸,生成无色无味,且能使澄清石灰水变浑浊的气体,证明有CO32-
(2)SO42-:向待测液中加入稀盐酸无明显现象,然后加入几滴氯化钡溶液,有白色沉淀产生证明有SO42-