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第四章 非金属及其化合物
第二节 富集在海水中的元素——氯
第1课时 氯气的性质
一、活泼的黄绿色气体——氯气
1.氯的原子结构及存在
(1)原子结构:○+17
(2)存在:化合态
原因Cl原子易得1个电子达到8电子稳定结构
2.氯气的发现和确认
3.氯气的物理性质
黄绿色,有刺激性气味的有毒的气体,密度比空气大,能溶于水,易液化。
4.氯气的化学性质
(1)与金属反应
2Fe+3Cl2点燃,2FeCl3(棕色烟)
Cu+Cl2点燃,CuCl2(棕黄色烟)
2Na+Cl2点燃,2NaCl(白烟)
氯原子在反应中容易得电子,表现为强氧化性,
与变价金属反应时,将金属氧化为高价。
(2)与非金属反应
H2+Cl2点燃2HCl苍白色烟,白雾
①H2在Cl2中燃烧前,一定要检验H2的纯度
②工业上制取盐酸是将HCl溶于水
③燃烧不一定有氧,任何发光发热的剧烈的
氧化还原反应都称之为燃烧。
(3)与水的反应
Cl2+H2OHCl+HClO(Cl2作氧化剂和还原剂)
2HClO光,2HCl+O2↑
①氯水
成分:Cl2,H2O,HClO,H+,Cl-,OH-,ClO-
颜色:淡黄绿色
性质表现
Cl2:强氧化性,与活泼金属及还原性的微粒反应
Cl2+2NaBrBr2+2NaCl
Cl2+2KII2+2KCl
Cl2+2FeCl22FeCl3
HClO:强氧化性 漂白、杀菌、消毒
Cl-:沉淀反应
H+:强酸性,与CaCO3、Na2CO3等反应
H+与HClO:滴入石蕊试液先变红后褪色
保存:密封,棕色试剂瓶,阴暗处
②HClO
弱酸性:弱于H2CO3
不稳定性
强氧化性:漂白、杀菌
1.下列氯化物既可由金属和氯气直接反应制得,也可由金属和盐酸反应制得的是( )
A.CuCl2 B.FeCl3
C.FeCl2 D.AlCl3
答案 D
解析 解答本题时应先由Cl2的强氧化性入手,然后根据金属活动性顺序,区分开Fe与Cl2及Fe与盐酸反应的规律,具体分析如下:
A项CuCl2可由Cu与Cl2反应制得,但不能由Cu与盐酸反应制得,A项错误;B项FeCl3可由Fe与Cl2反应制得,但不能由Fe与盐酸反应制得,B项错误;C项FeCl2可由Fe与盐酸反应制得,但不能由Fe与Cl2反应制得,C项错误;D项AlCl3既可由Al与Cl2反应制得,也可由Al与盐酸反应制得,D项正确。
误区警示 Cl2有强氧化性,与变价金属反应时,生成高价金属氯化物。如FeCl3、CuCl2,而不是FeCl2、CuCl2,HCl有氧化性是H+体现出来的,H+氧化性较弱,一般将金属只氧化到低价。
2.下列物质能使干燥的蓝色石蕊试纸先变红后褪色的是( )
①氯气 ②液氯 ③新制氯水 ④氯气溶解在四氯化碳溶液中 ⑤盐酸 ⑥盐酸与少量漂白粉的混合溶液
A.①②③ B.①②③⑥
C.③⑥ D.③④⑥
答案 C
解析 本题考查HClO的漂白性及酸性以及Cl2、漂白粉漂白的原理。能使干燥的石蕊试纸先变红后褪色,要求该物质具有酸性和漂白性。酸性需有较多的H+,漂白性要有HClO。①和②中只有Cl2分子,④中Cl2分子与CCl4溶剂之间不反应,产生不了H+和HClO。⑤中HCl只有酸性无漂白性,③中Cl2和水反应生成HCl和HClO,⑥中发生反应:Ca(ClO)2+2HClCaCl2+2HClO,且少量漂白粉反应盐酸过量。
规律总结 ①氯水、次氯酸盐均可用于杀菌消毒,真正起杀菌作用的是HClO。
②氯水成分复杂,性质多样与不同的物质反应显示不同成分的性质。
3.将8.7 g MnO2粉末与含14.6 g HCl的浓盐酸共热完全反应后,生成氯气的体积为(标
准状况)(不考虑盐酸的挥发)( )
A.等于4.48 L B.等于2.24 L
C.在2.24~4.48 L之间 D.小于2.24 L
答案 D
解析 根据实验室制取Cl2的化学方程式
MnO2+4HCl△,MnCl2+Cl2↑+2H2O
87 g 146 g 22.4 L
8.714.6 gV(Cl2)
从上述数据看出,MnO2和HCl恰好完全反应,生成Cl2 2.24 L。但事实上,MnO2与浓盐酸反应才能生成Cl2,即当盐酸的浓度降低到一定程度后,不能再生成氯气,所以,实际上生成的氯气应小于2.24 L。
误区警示 (1)没有考虑浓度变化对反应是否能继续进行的影响,因而错选B。
(2)没有考虑“部分”氧化还原反应的特点,盲目运用氯原子守恒计算Cl2的体积,错选A。
归纳总结 实验室制取Cl2时:①MnO2作氧化剂,浓HCl作还原剂,只有部分被氧化另一部分起酸性作用。②随反应的进行,浓盐酸变稀,稀HCl与MnO2不反应。③反应需加热条件,但温度不能过高,防止盐酸大量挥发。
4.某同学应用下图所示的方法研究物质的性质,其中气体a的主要成分是氯气,杂质是空气和水蒸气。回答下列问题:
(1)该项研究(实验)的主要目的是 。(2)浓H2SO4的作用是 ,与研究目的直接相关的实验现象是 。
(3)从物质性质的方面来看,这样的实验设计存在事故隐患,事故表现是____________________。请在图中D处以图的形式表明克服事故隐患的措施。
答案 (1)比较Cl2与HClO谁有漂白性 (2)吸收气体a中的水蒸气 B内的布条不褪色,C内的布条褪色 (3)多余的Cl2污染空气;如图所示
解析 本题全面地考查了研究物质性质的实验设计。解答本题首先要明确实验的目的是什么,围绕实验目的如何设计实验来验证。本题的实验目的是探究氯气本身还是氯气跟水反应生成的HClO具有漂白作用,依据此目的本题设计了氯气分别与干燥的有色布条和湿润的有色布条作用。事故隐患是Cl2有毒,污染环境,可用图装置除去。
方法技巧 首先分析各装置及试剂的作用来判断实验的目的,掌握对比实验的设计方法
及设计实验时应注意的防止环境的污染问题。
1.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
答案 C
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。
2.用自来水养金鱼时,通常先将自来水晒一段时间再注入鱼缸,目的是( )
A.提高水温 B.增加水中氧气的含量
C.除去水中少量的次氯酸 D.用紫外线杀死水中的细菌
答案 C
解析 自来水中常通入0.002 g/L氯气作消毒剂,因此水中含有微量的次氯酸,对金鱼的喂养有害,须经日晒,除去水中少量的次氯酸。
3.下列说法中正确的是( )
A.用鼻子对着盛有氯气的瓶口,就可以嗅到氯气的气味
B.用排水集气法便可以收集到纯净的氯气
C.氯气有漂白性
D.自来水常用氯气来杀菌、消毒
答案 D
解析 氯气是有毒气体,闻氯气的时候,应该用手轻轻地在瓶口扇动,使极少量的氯气飘进鼻孔。用排水法收集氯气会带有水蒸气且氯气能与水反应,氯气本身没有漂白性。
4.在空气中能稳定存在的物质是( )
A.石灰水 B.氯水
C.次氯酸钠 D.食盐水
答案 D
解析 能与空气中CO2、O2、H2O反应和见光易分解的物质在空气中均不能稳定存在。石灰水中的Ca(OH)2能与空气中的CO2反应生成CaCO3;氯水中的HClO易分解;次氯酸钠在空气中发生反应:CO2+H2O+2NaClONa2CO3+2HClO而变质。
5.实验室制Cl2的反应为4HCl(浓)+MnO2△,MnCl2+Cl2↑+2H2O,下列说法错误的是( )
A.还原剂是HCl,氧化剂是MnO2
B.每生成1 mol Cl2,转移电子的物质的量为2 mol
C.每消耗1 mol MnO2,起还原剂作用的HCl消耗4 mol
D.生成的Cl2中,除含有一些水蒸气外,还含有HCl杂质
答案 C
解析 每消耗1 mol MnO2,起还原剂作用的HCl消耗2 mol。
6.将一盛满Cl2的试管倒立在水槽中,当阳光照射相当长一段时间后试管中最后剩余气
体的体积占试管容积的( )
A.1/4 B.1/3 C.1/2 D.2/3
答案 C
解析 根据反应方程式:Cl2+H2OHCl+HClO和2HClO光,2HCl+O2↑可知,充分反应后剩余气体是O2,且Cl2与O2之间满足关系式:2Cl2~O2。
7.实验室为了使用方便,通常将氯气溶解于水中形成氯水或将其降温加压形成液氯来使
用。下列有关这两种液体的实验描述都正确的是( )
A.两种液体都可以使干燥的布条褪色
B.两种液体都可以使干燥的蓝色石蕊试纸变红
C.用这两种液体都可给自来水消毒
D.分别向这两种液体中投入几颗金属锌粒均有气泡产生
答案 C
解析 液氯成分为Cl2,氯水成分为Cl2、HCl、HClO,液氯无漂白性,无酸性,氯水有漂白性和酸性,液氯溶于水得氯水,故选C。
8.(1)氯水成分较复杂,可发生多种不同的反应。
①向氯水中加入金属Mg,发生反应的化学方程式为________________________。
②向氯水中加入淀粉KI溶液,发生反应的化学方程式为_________________________。
③向氯水中加入FeCl2溶液,发生反应的化学方程式为___________________________。
④向氯水中加入Na2CO3,发生反应的离子方程式为_________________________。
⑤向氯水中加入AgNO3溶液,发生反应的离子方程式为________________________。
(2)检验一瓶氯水是否已经完全变质,可以采用的试剂是( )
A.硝酸银溶液B.酚酞试剂
C.碳酸钠溶液D.紫色石蕊试剂
(3)传统饮用水的消毒剂是氯气。20世纪80年代初期科研人员在英国某城调查发现,儿童患白血病发病率高是源于饮了氯气消毒的饮用水,这是因为________
A.氯气有氧化性,作用于正常细胞而癌化
B.氯水中的次氯酸氧化了正常细胞,异化为癌细胞
C.氯气有毒,杀死正常细胞,不杀灭癌细胞
D.氯气作用于水中有机物,生成有机氯化合物而致癌
(4)ClO2是一种广谱型的消毒剂,根据世界环保联盟的要求,ClO2将逐渐取代Cl2成为生产自来水的消毒剂。工业上ClO2常用NaClO3和Na2SO3溶液混合并加H2SO4酸化后反应制
得,在以上反应中NaClO3和Na2SO3的物质的量之比为( )
A.1∶1 B.2∶1 C.1∶2 D.2∶3
答案 (1)①Mg+2HClMgCl2+H2↑
②Cl2+2KII2+2KCl
③2FeCl2+Cl22FeCl3
④CO+2H+CO2↑+H2O
⑤Cl-+Ag+AgCl↓ (2)D (3)D (4)B
解析 (1)由于氯水中只有少部分Cl2参与了与水的反应,而大部分Cl2仍在水中,且Cl2的氧化性大于溶液中少量的H+的氧化性,金属、还原性物质(如Fe2+、Br-、S2-、I-等)以与Cl2反应为主。
(2)久置氯水的成分为稀盐酸,新制氯水中成分为Cl2、HCl、HClO,新制氯水和稀盐酸均与AgNO3溶液反应生成AgCl沉淀,与Na2CO3溶液放出CO2气体,遇到酚酞均无明显现象变化。新制氯水中加入紫色石蕊试液先变红后褪色,而稀盐酸中加紫色石蕊试液只变红色。故选D。
(3)氯气溶于水,部分与水反应,生成了具有强氧化性的HClO,能杀死水中的病菌,起到消毒作用,但Cl2也会与水中的有机物发生反应,生成具有致癌物如CHCl3等,如今Cl2逐渐被二氧化氯(ClO2)、臭氧(O3)等代替。故只有D正确。
(4)利用电子守恒法计算:NaO3O2↓1×n(NaClO3);Na2O3Na2O4↑2×n(Na2SO3),所以n(NaClO3)=2n(Na2SO3)。故选B。
9.某课外活动小组利用如下图所示装置制取较纯净的氯气(不必干燥)。提供的试剂有:浓盐酸、饱和食盐水、氢氧化钠溶液、高锰酸钾固体。反应的化学方程式为:
2KMnO4+16HCl(浓)2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O
(1)由化学反应原理可知KMnO4的氧化性比MnO2 (填“强”或“弱”)。
(2)装置中盛放的试剂是:
H中 ,P中 ,M中 。
(3)P中发生反应的离子方程式是 。
(4)若要用下图装置来收集Cl2,可选用的是 。
答案 (1)强 (2)饱和食盐水 NaOH溶液 浓盐酸
(3)Cl2+2OH-Cl-+ClO-+H2O (4)B
解析 (1)用KMnO4与浓盐酸制Cl2时不需加热,而用MnO2与浓盐酸制Cl2时需加热才能进行,还原剂均为HCl,氧化产物都是Cl2,因此KMnO4的氧化性比MnO2的强。(2)制得的Cl2混有HCl、H2O(g)。要除去Cl2中的HCl气体,同时尽可能不减少Cl2的量,所给试剂中只有饱和食盐水能满足要求。G装置为Cl2净化装置,因而M中盛浓盐酸。收集满Cl2后,G中仍能产生Cl2,为防止Cl2污染环境,可打开旋塞a,使Cl2进入P中被吸收,则P中应盛放NaOH溶液。(4)固Cl2的密度比空气的大,应用向上排气法收集。
10.在下面的装置中,A是Cl2净化装置,C、D为气体净化装置,C中装有饱和NaCl溶液,D中装有浓H2SO4;E硬质玻璃管中装有细铁丝网;F为干燥的空广口瓶;烧杯G为尾气吸收装置。
试回答:
(1)C、D两个装置的作用是:C______________________,D______________________。
(2)F中的现象为________,生成物是________。
(3)写出在A、E、G中发生反应的化学方程式为
A: ;
E: ;
G: ;
答案 (1)除去Cl2中的HCl杂质 干燥Cl2
(2)充满棕色的烟 FeCl3
(3)MnO2+4HCl(浓)△,MnCl2+Cl2↑+2H2O
3Cl2+2Fe△,2FeCl3
Cl2+2NaOHNaCl+NaClO+H2O
解析 利用MnO2+4HCl(浓)△,MnCl2+Cl2↑+2H2O制备Cl2,由于浓盐酸易挥发产生HCl气体,且产物中有H2O生成,因此若想得到纯净的Cl2,须依次通过饱和的食盐水和浓H2SO4,所得纯净Cl2再与Fe反应:
2Fe+3Cl2△,2FeCl3,产生FeCl3棕色的烟,多余的Cl2有毒须用碱液吸收。
备课资源 下图是实验室制取Cl2,并以Cl2为原料进行特定反应的实验:
(1)A为氯气净化装置,写出反应的化学方程式
。
(2)实验开始先点燃A处的酒精灯,打开旋塞K,让Cl2充满整个装置,再点燃D处的酒精灯。Cl2通过C瓶后进入D,D装置内盛有碳粉,发生氧化还原反应,生成CO2和HCl(g),试写出D装置中反应的化学方程式 ;装置C的作用是 。
(3)E处石蕊试液的现象是 ,其原因是 。
(4)若将E处溶液改为石灰水,反应过程的现象是________。
A.有白色沉淀生成
B.无白色沉淀生成
C.先生成白色沉淀,然后沉淀消失
(5)D处反应完毕后,关闭旋塞K,移去酒精灯,由于余热的作用,A处仍有少量Cl2产生,此时B中的现象是__________________,B的作用是____________________。
答案 (1)MnO2+4HCl(浓)△MnCl2+Cl2↑+2H2O
(2)2Cl2+2H2O+C△CO2+4HCl
提供水蒸气 (3)先变红、后褪色 反应生成了HCl溶于水电离出H+,Cl2与水反应生成HClO漂白 (4)B
(5)液面下降 贮存氯气
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