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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2课时 氯气与碱的反应及氯离子的检验
一、活泼的黄绿色气体——氯气
4.氯气的化学性质
(4)氯气与碱的反应
①Cl2+2NaOHNaCl+NaClO+H2O
应用于制漂白液和尾气吸收
②2Cl2+Ca(OH)2CaCl2+Ca(ClO)2+H2O
应用于制漂白粉
①②反应的本质:Cl2+2OH-Cl-+ClO-+H2O,Cl2作氧化剂、还原剂。
漂白粉
二、氯离子(Cl-)的检验
1.试剂:AgNO3 稀HNO3
2.步骤:在被检溶液中先加稀HNO3酸化,再加AgNO3溶液
3.现象:白色沉淀不溶于稀HNO3
4.反应:Ag++Cl-AgCl↓
5.CO的干扰:Ag2CO3+2HNO32AgNO3+H2O+CO2↑
三、卤素
1.结构相似;性质相似
(1)与金属反应:X2+MgMgX2
(2)与H2反应:H2+X22HX(反应条件不同)
(3)与H2O反应:X2+H2OHX+HXO(F2例外)
(4)与碱反应:X2+2NaOHNaX+NaXO+H2O(F2例外)
2.卤素性质比较
氧化性:F2>Cl2>Br2>I2
还原性:F-Cl2+2Br-Br2+2Cl-
Br2+2I-I2+2Br-
3.溴、碘的特性
溴易挥发、碘易升华、I2遇淀粉变蓝色
1.某温度下,将Cl2通入NaOH溶液中,反应得到NaClO、NaClO3的混合溶液,经测定ClO-与ClO的浓度之比为1∶3,则Cl2与NaOH溶液反应时被还原的氯元素与被氧化的
氯元素的物质的量之比为( )
A.21∶5 B.11∶3 C.3∶1 D.4∶1
答案 D
解析 解氧化还原反应的定量计算,利用电子守恒可简化计算步骤。由条件可知氯气在反应中既作氧化剂又作还原剂,一部分被还原为NaCl,一部分被氧化为NaClO、NaClO3,且已知ClO-与ClO的浓度之比(即物质的量之比)为1∶3,利用在氧化还原反应中得失电子总数相等列式:n(Cl-)×1=n(ClO-)×1+n(ClO)×5,得n(被还原):n(被氧化)=16∶4=4∶1。
方法技巧 极端假设讨论法是化学题中常用的一种解题方法,根据化学方程式计算时,如不知反应用量需分几种情况讨论,运用极端假设讨论,可确定某个范围或某些取值。
2.检验某未知溶液中是否含有氯离子(Cl-),正确的操作是( )
A.向未知溶液中加入AgNO3溶液,有白色沉定产生
B.向未知溶液中加入AgNO3溶液,有白色沉淀产生,加入盐酸,沉淀不消失
C.向未知溶液中加入稀HNO3酸化后,再加入AgNO3溶液,有白色沉淀产生
D.向未知溶液中加入稀盐酸酸化后,再加入AgNO3溶液,有白色沉淀产生
答案 C
解析 A操作不正确,它不能排除CO的干扰;B操作不正确,因为Ag2CO3跟HCl反应时,生成的AgCl仍是白色沉淀;C操作正确;D操作用盐酸酸化,加入了Cl-,无法确定原溶液中是否有Cl-。
方法规律 离子的检验要注意排除杂质离子的干扰。
1.干扰离子CO,CO+2Ag+Ag2CO3↓(白),Ag2CO3+2HNO32AgNO3+H2O+CO2↑,故检验Cl-时,要加稀HNO3防止CO的干扰。
2.干扰离子PO
AgI、AgBr和Ag3PO4是淡黄色或黄色沉淀,而Ag3PO4可溶于稀HNO3,故检验Br-、I-时,先加AgNO3溶液,再加稀HNO3防止PO的干扰,反应离子方程式为Ag++Br-AgBr↓(淡黄色),I-+Ag+AgI↓(黄色)。
3.某溶液中Cl-、Br-、I-的物质的量之比为2∶3∶4。要使溶液中的Cl-、Br-、I-的物质的量之比为4∶3∶2,则通入Cl2的物质的量是原溶液中的I-的物质的量的( )
A.1/2 B.1/3 C.1/4 D.1/8
答案 C
解析 n(Cl-)∶n(Br-)∶n(I-)=2∶3∶4,要使n(Cl-)∶n(Br-)∶n(I-)=4∶3∶2,n(Br-)不变。通入Cl2使Cl2+2I-2Cl-+I2,n(I-)减少2,n(Cl-)增加2,则反应后n(I-)为原n(I-)的1/2,n(Cl2)为原n(I-)的1/4。
拓展延伸 当同一种氧化剂(或还原剂)起氧化(或还原)作用时,总是先把还原性(或氧化性)强的先氧化(或还原)。本题中,Cl2、Br2、I2的氧化性依次减弱,Cl-、Br-、I-的还原性依次增强,可以发生如下反应Cl2+2I-I2+2Cl-,Cl2+2Br-2Cl-+Br2,若I-、Br-存在于同一溶液中,则Cl2先与I-反应,当I-反应完,多余的Cl2才与Br-继续反应。
备课资源 为讲授“氯气的性质和用途”,某老师利用二氧化锰和浓盐酸为主要原料,设计一套如图所示的实验装置(其中A是连有注射器针头的橡皮管,针头已插入并穿过橡皮塞)进行教学。试回答下列问题:
(1)丙中的现象是______________;丁中的现象是______________。分离戊中液体的方法是 。
(2)橡皮管连通后,分液漏斗中的气体压强p1和烧瓶中气体压强p2的关系是:p1________p2(填“>”、“<”或“=”),连接橡皮管的目的是 。
(3)烧瓶中发生反应的化学方程式为
。
(4)已知氯气与冷水反应的化学方程式为Cl2+H2OHCl+HClO。①你认为使有色布条褪色的是什么物质?②试用实验验证你的推论,写出实验的操作方法、假设和推论。
答案 (1)干燥的红色布条不褪色 湿润的红色布条褪色 用分液漏斗进行分液
(2)= 有利于分液漏斗中的浓盐酸顺利流入烧瓶中
(3)MnO2+4H++2Cl-△Mn2++Cl2↑+2H2O
(4)①HClO ②实验验证方法:a.干燥的Cl2不能使干燥的有色布条褪色,说明Cl2本身没有漂白性。b.在干燥的有色布条上滴加盐酸,结果没有褪色现象。说明盐酸及水没有漂白作用。c.在干燥的有色布条上滴加新制氯水,结果有色布条褪色。氯气与水存在反应
Cl2H2OHCl+HClO,说明HClO有漂白作用。
1.标准状况下有22.4 L氯气和氢气的混合气体,在一密闭容器中使其充分反应,冷却
后将此气体与1 L 1 mol·L-1的NaOH溶液充分反应,最后此溶液( )
A.一定显酸性
B.一定显碱性
C.可能显酸性,可能显碱性,也可能显中性
D.以上都不正确
答案 C
解析 充分反应后溶液的酸碱性取决于22.4L混合气体中Cl2、H2的相对多少。Cl2多显酸性,H2多显碱性,Cl2与H2等体积则恰好与1 mol NaOH反应,溶液显中性。
2.鉴别氯水和盐酸两种物质时,最合适的试剂是( )
A.硝酸银溶液 B.碘化钾淀粉溶液
C.碳酸钠溶液 D.酚酞溶液
答案 B
解析 氯水和盐酸与硝酸银溶液反应都能生成白色沉淀,A不正确;与碳酸钠溶液反应都有气泡冒出,C不正确;遇到酚酞都没有明显变化,D不正确。所以最佳答案为B。
3.向NaI和NaBr的混合溶液中通入足量的氯气,充分反应后将溶液蒸干,灼烧上述残
留物,最后得到的物质是( )
A.NaCl、I2 B.NaCl、NaBr
C.NaBr、I2 D.NaCl
答案 D
解析 通入足量的氯气时,发生反应:Cl2+2I-I2+2Cl-,Cl2+2Br-Br2+2Cl-,故最后将溶液蒸干,I2受热升华,Br2挥发,最后物质为NaCl。
4.将潮湿的Cl2通过甲装置后,再通过放有干燥红色布条的乙装置,红色布条不褪色,
则甲装置中所盛试剂(足量)可能是( )
①浓硫酸 ②NaOH溶液 ③KI溶液 ④饱和食盐水
A.①② B.②③ C.①②③ D.①②③④
答案 C
解析 ①浓H2SO4将Cl2干燥,Cl2无漂白性;②Cl2+2NaOHNaCl+NaClO+H2O;③Cl2+2KII2+2KCl;Cl2被吸收,红色布条不褪色;④Cl2在饱和食盐水中的溶解度很小,不能被吸收,红色布条褪色。
5.甲、乙、丙三种溶液中各含一种X-(X-为Cl-、Br-或I-),向甲中加入淀粉溶液和过量氯水,则溶液变为橙色,再加入丙溶液,颜色无明显变化,则甲、乙、丙依次含有( )
A.Br-、Cl-、I- B.Br-、I-、Cl-
C.I-、Br-、Cl- D.Cl-、I-、Br-
答案 B
解析 向甲中加入淀粉溶液和新制的氯水,溶液变为橙色,说明甲溶液中存在Br-,生成溴单质后,加入丙溶液,颜色无明显变化,说明丙中含有氯离子,若有碘离子,则溶液变为蓝色。故乙中含有碘离子。
6.已知KMnO4与浓HCl在常温下反应能产生Cl2。若用下图所示的实验装置来制备纯净、干燥的氯气,并试验它与金属的反应。每个虚线框表示一个单元装置,其中有错误的是( )
A.只有①和②处 B.只有②处
C.只有②和③处 D.只有②、③、④处
答案 D
解析 ①是制备氯气的装置,②是除去氯气中氯化氢杂质的装置,③是干燥装置,④是用于氯气与金属反应的装置。除杂时不能消耗欲保留的气体,因为氯气可与NaOH溶液反应,方程式为:Cl2+2NaOHNaCl+NaClO+H2O,所以②处错误;③中进气管短,出气管却插入液面下,所以无法干燥气体也不能使气体进入④中与金属反应,所以③处错误;④是一个封闭体系,未反应的气体不断蓄积会使容器内压强过大而发生爆炸,所以④处错误。
7.把95 mg含有某一种氯化物杂质的氯化镁粉末溶于水后,与足量的AgNO3溶液反应,
生成氯化银沉淀300 mg,则该氯化镁中的杂质可能是( )
A.NaCl B.CaCl 2 C.KCl D.AlCl3
答案 D
解析 根据样品中氯元素的含量与MgCl2中氯元素含量的相对大小来判断。若95 mg全部是MgCl2,根据化学方程式计算可知应生成×2×143.5=287 mg AgCl沉淀。而实际得到AgCl沉淀为300 mg,说明杂质中氯元素的质量分数比MgCl2中氯元素的质量分数大,只有AlCl3符合。
8.已知常温下氯酸钾与浓盐酸反应放出氯气,现按下图进行卤素的性质实验。玻璃管内装有分别滴有不同溶液的白色棉球,反应一段时间后,对图中指定部位颜色描述正确的是( )
① ② ③ ④
A 黄绿色 橙色 蓝色 白色
B 无色 橙色 紫色 白色
C 黄绿色 橙色 蓝色 无色
D 黄绿色 无色 紫色 白色
答案 A
解析 本题主要考查对卤素之间的相互置换、单质的颜色、I2遇淀粉变蓝,以及Cl2与NaOH反应等知识的掌握情况,题目设计巧妙,是一道好题。
由①处产生的Cl2通过②时发生Cl2+2NaBr2NaCl+Br2,通过③时发生Cl2+2KI2KCl+I2,通过④时发生Cl2+2NaOHNaCl+NaClO+H2O,因Cl2为黄绿色,Br2为橙色,I2遇淀粉变蓝,Cl2与NaOH溶液反应,生成无色NaCl、NaClO溶液,棉球仍为白色,故选A。
卤素单质在不同溶剂中的颜色
水 苯或CCl4、汽油橙 橙→橙 橙→橙红褐 紫→褐 紫→紫红
9.漂白粉在社会生活、工业生产中用途广泛,漂白粉除了具有漂白作用外,还能杀菌消毒。回答下列问题:
(1)工业上用的漂白剂主要是漂白粉、漂粉精或漂白液,即是次氯酸盐,而不是次氯酸,
主要原因是( )
A.漂白粉、漂粉精或漂白液的氧化性强于次氯酸
B.漂白粉等盐较次氯酸经济
C.次氯酸盐较次氯酸稳定,易保存
D.漂白粉等盐较次氯酸易于制备
(2)2008年,我国四川发生强烈地震,灾区人们的饮用水,必须用漂白粉等药品消毒后才能饮用,以防传染病发生,但瓶装漂白粉久置空气中会呈稀粥状而失效。试用化学方程式表
示漂白粉在空气中易失效的原因
。
(3)浓盐酸和次氯酸钙能发生下列反应:Ca(ClO)2+4HCl(浓)CaCl2+2Cl2↑+2H2O,用贮存很久的漂白粉与浓盐酸反应制得的氯气中,可能含有的杂质气体是( )
①CO2 ②HCl ③H2O(气) ④O2
A.①②③B.②③④C.②③D.①④
答案 (1)C
(2)Ca(ClO)2+CO2+H2OCaCO3↓+2HClO,2HClO光照,2HCl+O2↑ (3)A
解析 (1)氯水和次氯酸盐均有漂白杀菌作用,但HClO不稳定且氯水不易保存和运输,应选C。
(2)由于酸性H2CO3>HClO,所以Ca(ClO)2在空气中易跟CO2、H2O反应生成CaCO3和HClO,HClO见光易分解。
(3)用含CaCO3的Ca(ClO)2跟浓盐酸反应制Cl2,除题给反应外,还发生下列反应生成CO2:CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑,生成的Cl2必然含有CO2、H2O、HCl等杂质。在解释漂白粉在空气中易失效的原因时易遗漏HClO的分解反应。
10.用滴管将新制的饱和氯水慢慢滴入含酚酞的NaOH稀溶液中,当滴到最后一滴时红色突然褪去。试回答下列问题:
(1)实验室保存饱和氯水的方法是________。
(2)产生上述现象的原因可能有两种(简要文字说明):
①是由于________;②是由于________。
简述怎样用实验证明红色褪去原因是①或者②:________。
答案 (1)在阴凉处置于棕色试剂瓶中密封保存 (2)①氯水与NaOH反应生成两种盐,碱性减弱 ②氯气过量后HClO的漂白性将溶液变成无色 向无色溶液中再滴加NaOH溶液,若不再出现红色,应为原因②,若再次出现红色,应为原因①。
解析 能使变红的酚酞褪色的原因可能是溶液碱性减弱(中和碱性)或过量氯气的HClO将变红的酚酞漂白。若要设计实验证明褪色的可能原因,最简便的方法就是在褪色后溶液中再滴加NaOH溶液,若不再出现红色,说明是HClO漂白作用的结果;若再次出现红色,说明是氯水与NaOH反应,碱性减弱的原因。
11.某课外活动小组利用如图所示装置制取氯气。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。
(1)反应的化学方程式为 。
(2)装置H中盛放的试剂是 。
(3)尾气处理时关闭弹簧夹a和弹簧夹________,打开弹簧夹________。
(4)处理尾气时,发生反应的离子方程式是____________________________________。
答案 (1)2KMnO4+16HCl(浓)2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O (2)饱和食盐水 (3)b c (4)2OH-+Cl2Cl-+ClO-+H2O
解析 从整套装置分析,G是反应的净化装置,G中盛放高锰酸钾固体,反应时关闭弹簧夹c,浓盐酸由注射器推入,发生反应2KMnO4+16HCl(浓)2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O。装置H和D是Cl2的收集装置,H中盛满液体,可分析得本实验用排饱和食盐水的方法收集Cl2。装置F中盛放NaOH溶液,是Cl2的吸收装置。
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