專題突破09氯氣的性質(zhì)和實驗室制法-高一化學(xué)重難點專題突破

2023-2024學(xué)年必修第一冊(人教版2019)第二章海水中的重要元素-鈉和氯氯氣的性質(zhì)和實驗室制法氯及其化合物的“價—類二維圖”1.氯氣與水或堿反應(yīng)時,氯氣發(fā)生自身氧化還原反應(yīng),部分氯元素化合價從0價升高到+1價,部分氯元素化合價從0價降低到-1價,同時實現(xiàn)上述①和②的轉(zhuǎn)化,在反應(yīng)中,氯氣既是氧化劑又是還原劑。以含不同價態(tài)同種元素的物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化為線索認(rèn)識氯及其化合物宏觀辨識與微觀探究2.氯氣具有強氧化性,在反應(yīng)中易得到電子,氯元素的化合價從0價降低到-1價。氯氣與大多數(shù)金屬(如Na、Fe、Cu等)、非金屬(如H2等)、還原性化合物等的反應(yīng)都可實現(xiàn)上述②的轉(zhuǎn)化,在反應(yīng)中氯氣做氧化劑。例如:反應(yīng)2FeCl2+Cl2══

2FeCl3,工業(yè)上的脫氯反應(yīng):H2O2+Cl2══2HCl+O2中,Cl2均只表現(xiàn)氧化性。3.實驗室里利用氧化劑氧化濃鹽酸中的-1價氯制取氯氣可實現(xiàn)上述③的轉(zhuǎn)化,在反應(yīng)中HCl做還原劑?？捎米餮趸瘎┑某Ｒ娢镔|(zhì)有MnO2、KMnO4、KClO3、O2等?！纠}1】

下圖中,A、B、C、D是氯氣或含氯的化合物。(1)推斷A、B、C、D各是什么物質(zhì)(寫化學(xué)式):A

,B

,C

,D

。

(2)寫出①~⑤各步反應(yīng)的化學(xué)方程式:①

,

②

,

③

,

④

,

⑤

。

答案:(1)Cl2

Ca(ClO)2

HCl

HClO2具有強氧化性,能夠與大多數(shù)的金屬、非金屬發(fā)生反應(yīng)。當(dāng)Cl2與變價金屬反應(yīng)時,Cl2一般將變價金屬氧化到最高價。例如:化合物中的鐵元素通常有+2、+3價兩種價態(tài),Cl2與鐵單質(zhì)反應(yīng)生成氯化鐵(FeCl3)而不是氯化亞鐵(FeCl2)。相比可知,鹽酸的氧化性(實質(zhì)是H+的氧化性)較弱,鹽酸與鐵單質(zhì)反應(yīng)生成氯化亞鐵(FeCl2)。專項突破1:從氧化還原反應(yīng)的角度認(rèn)知氯氣的化學(xué)性質(zhì)2的強氧化性還表現(xiàn)在能與許多具有還原性的化合物發(fā)生氧化還原反應(yīng),例如:KI、FeCl2、H2S、SO2等。即便是氧化性較強的H2O2,與Cl2反應(yīng)時,H2O2也只能做還原劑:H2O2+Cl2══2HCl+O2,工業(yè)上常用H2O2做脫氯劑。2與水或堿反應(yīng)時,氯氣發(fā)生自身氧化還原反應(yīng),Cl2既是氧化劑又是還原劑。①氯氣與H2O反應(yīng)——氯水

Cl2＋H2O===HCl＋HClO②氯氣與堿反應(yīng)制漂白液：Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O制漂白粉：Cl2與石灰乳反應(yīng)制漂白粉，2Cl2＋2Ca(OH)2===CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O典型例題【例題2】下列實驗現(xiàn)象摘抄自某同學(xué)的課堂筆記,其中不正確的是()。A.鈉與氯氣反應(yīng),產(chǎn)生白色的煙B.細(xì)銅絲與氯氣反應(yīng),產(chǎn)生棕黃色的煙C.純凈的氫氣在氯氣中安靜地燃燒,發(fā)出蒼白色火焰,在瓶口處產(chǎn)生白煙D.把鮮花放入盛有干燥的氯氣的集氣瓶中,鮮花褪色,說明干燥的氯氣具有漂白性答案:CD解析:C項,HCl在空氣中易結(jié)合水蒸氣形成鹽酸小液滴,呈現(xiàn)白霧狀,不是白煙。D項,鮮花中有水,Cl2與H2O反應(yīng)生成的HClO使鮮花褪色,Cl2不具有漂白性。【變式訓(xùn)練1】下列化合物中,不能通過兩種單質(zhì)間直接化合制取的是(

)22答案:C解析:鐵與氯氣反應(yīng),生成FeCl3。氯氣具有強氧化性,直接將變價金屬氧化至最高價態(tài)。FeCl2不能由Fe與Cl2直接化合制取,但可通過置換反應(yīng)Fe+2HCl══FeCl2+H2↑制取?！咀兪接?xùn)練2】下列氯化物既能由金屬和氯氣直接化合制得，又能由金屬和鹽酸反應(yīng)制得的是()A．CuCl2 B．FeCl2C．NaCl D．FeCl3答案:C

解析:A項，銅與鹽酸不反應(yīng)，錯誤；B項，鐵與氯氣反應(yīng)生成氯化鐵，與鹽酸反應(yīng)生成氯化亞鐵，錯誤；C項，鈉與氯氣或鹽酸反應(yīng)均生成氯化鈉，正確；D項，根據(jù)B中分析可知D錯誤?！咀兪接?xùn)練3】將紫色石蕊試液滴入NaOH溶液中，溶液變藍色，再通入氯氣，溶液由藍色先變成紅色，最后顏色慢慢褪去，其原因是()①氯氣有漂白性

②氯氣與NaOH溶液反應(yīng)

③氯氣的水溶液呈酸性

④次氯酸有漂白性

⑤氯化鈉有漂白性A．①④ B．②③④C．①②③ D．④⑤答案:B

解析:Cl2與NaOH反應(yīng)生成NaCl和NaClO，當(dāng)Cl2過量時，Cl2與水反應(yīng)生成HCl和HClO，溶液呈酸性，因此使石蕊變紅色，而HClO有漂白性，又使溶液褪色。專項突破2:從微觀視角探析氯水的成分與性質(zhì)

(1)[實驗一]中產(chǎn)生氣泡的成分是什么？由[實驗一]的現(xiàn)象說明氯水中含有的微粒是什么？寫出該反應(yīng)的離子方程式。[答案]CO2氣體；說明氯水中含有H＋，反應(yīng)離子方程式為CO＋2H＋===H2O＋CO2↑。(2)解釋[實驗二]中現(xiàn)象．[答案]紫色石蕊試液變紅是因為氯水存在大量H＋，紅色褪去是因為Cl2與H2O反應(yīng)生成HClO具有漂白性。(3)[實驗三]中2mL新制氯水在太陽光下放置發(fā)生的反應(yīng)是什么？實驗中“紅色不褪去”的原因是什么？(4)由[實驗四]的現(xiàn)象，說明氯水中含有的微粒是什么？寫出反應(yīng)的離子方程式。[答案]Cl－，Ag＋＋Cl－===AgCl↓。1.新制氯水的成分探析。根據(jù)反應(yīng)Cl2+H2O══HCl+HClO的特點可知,氯水中含有三種溶質(zhì):Cl2、HCl、HClO。其中HCl能全部電離,產(chǎn)生H+和Cl-,而HClO只有一部分發(fā)生了電離,產(chǎn)生H+和ClO-,水也能發(fā)生微弱電離,產(chǎn)生H+和OH-,所以新制氯水中有Cl2、HClO、H2O三種分子和H+、Cl-、ClO-、OH-四種離子。歸納提升2.氯水中的成分決定了其性質(zhì)

在紫色的石蕊溶液中滴入氯水,會看到石蕊溶液先變紅,后褪色。變紅,是H+酸性的體現(xiàn);褪色,是HClO強氧化性的體現(xiàn)。氯水中的各成分共存于一個體系中,可獨立表現(xiàn)自己的性質(zhì)。3.區(qū)別新制氯水與久置氯水、液氯的不同

由于HClO光照下容易分解,所以實驗室中使用的氯水要現(xiàn)用現(xiàn)配,并盛放在棕色試劑瓶中。典型例題【例題3】

(雙選)下列關(guān)于新制氯水的敘述,不正確的是()。A.新制氯水呈淺黃綠色,是因為含有未參加反應(yīng)的Cl2分子B.新制氯水顯酸性,使藍色石蕊試紙最終變紅色C.光照新制氯水有氣泡逸出,該氣體是Cl2D.新制氯水放置數(shù)天后,漂白能力將變?nèi)醮鸢?BC解析:氯氣溶于水發(fā)生反應(yīng):Cl2+H2O══HCl+HClO,HClO具有強氧化性,能將藍色石蕊試紙漂白,B項錯誤。光照新制氯水,發(fā)生反應(yīng)HClO2HCl+O2↑,所以逸出的氣體是O2,C項錯誤?！咀兪接?xùn)練1】在新制氯水中存在多種分子和離子，下列實驗現(xiàn)象和結(jié)論一致且正確的是(A．溶液呈淺黃綠色，且有刺激性氣味，說明有Cl2存在B．加入有色布條，有色布條褪色，說明有Cl2存在C．加入鹽酸酸化的AgNO3溶液，產(chǎn)生白色沉淀，說明有Cl－存在D．加入NaOH溶液，新制氯水淺黃綠色消失，說明有HClO存在答案:A

解析:因為Cl2是黃綠色且有刺激性氣味的氣體，所以溶液呈淺黃綠色且有刺激性氣味，說明有Cl2存在，故A正確；加入有色布條，有色布條褪色，體現(xiàn)了HClO的漂白性，故B錯誤；鹽酸中含有Cl－，加入鹽酸酸化的AgNO3溶液，產(chǎn)生白色沉淀，不能說明原溶液中有Cl－存在，故C錯誤；NaOH溶液能和新制氯水中的Cl2發(fā)生反應(yīng)Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，新制氯水淺黃綠色消失，故D錯誤。【變式訓(xùn)練2】

飽和氯水長時間放置后,下列粒子在溶液中的數(shù)量減少的是(

)①Cl2

②HClO

③H2O

④H+

⑤Cl-

⑥O2A.①②

B.①②③

C.④⑤

D.④⑤⑥答案:B解析:根據(jù)反應(yīng)Cl2+H2O══H++Cl-+HClO,HClO2HCl+O2↑可知,長時間放置后飽和氯水中減少的粒子是Cl2、H2O、HClO。專項突破3:實驗室制取純凈、干燥的氯氣的方案設(shè)計依據(jù)

歸納提升1.反應(yīng)原理的選擇(1)根據(jù)氧化還原反應(yīng)原理,可使?jié)恹}酸發(fā)生氧化反應(yīng)獲得氯氣:HCl(濃)→Cl2。(2)可選用的氧化劑的氧化性要比Cl2的氧化性強。實驗室常用氧化劑有KMnO4、MnO2等。(3)反應(yīng)原理:2KMnO4+16HCl(濃)══2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O,KMnO4常溫下可將濃鹽酸氧化,MnO2需在加熱條件下才能將濃鹽酸氧化。可見,KMnO4的氧化性比MnO2的氧化性更強。[注]MnO2足量，HCl不能完全反應(yīng)，因為濃鹽酸變稀后，反應(yīng)停止。2.實驗裝置的選擇。實驗室中制取氣體的裝置至少要包括發(fā)生裝置和收集裝置,根據(jù)實際需要,還可能用到除雜裝置和尾氣處理裝置。實驗室利用MnO2與濃鹽酸反應(yīng)制取純凈、干燥的氯氣,四部分裝置都要使用,裝置示意圖如下:(1)發(fā)生裝置：根據(jù)反應(yīng)物的狀態(tài)和反應(yīng)條件選擇發(fā)生裝置。MnO2是固體,濃鹽酸是液體,反應(yīng)需要加熱,所以選用固液加熱裝置。(2)除雜裝置：根據(jù)氣體及其所含雜質(zhì)的性質(zhì)選擇除雜試劑和除雜裝置。濃鹽酸易揮發(fā),從發(fā)生裝置中逸出的氯氣中含有HCl氣體和水蒸氣,選擇的除雜試劑可以吸收HCl氣體和水蒸氣,但不能減少Cl2。通常使用飽和食鹽水吸收HCl氣體后,再用濃硫酸吸收水蒸氣。(3)收集方法根據(jù)氣體的密度、氣體在水中的溶解性以及是否與水反應(yīng)選擇收集裝置。①向上排空氣法(Cl2的密度大于空氣的密度)。②排飽和食鹽水法(Cl2在飽和NaCl溶液中的溶解度很小，且用此法可除去實驗過程中揮發(fā)產(chǎn)生的HCl氣體)。(4)驗滿方法①將濕潤的淀粉碘化鉀試紙靠近盛Cl2的瓶口，觀察到試紙立即變藍，則證明已集滿。②將濕潤的藍色石蕊試紙靠近盛Cl2的瓶口，觀察到試紙立即發(fā)生先變紅后褪色的變化，則證明已集滿。(5)尾氣處理

根據(jù)氣體的性質(zhì)選擇尾氣處理裝置。Cl2有毒，易污染空氣，需用NaOH溶液吸收。典型例題【例題4】

某學(xué)習(xí)小組利用下圖所示裝置,制取氯氣并用于探究與鐵反應(yīng)的現(xiàn)象及其生成物的成分。A是Cl2發(fā)生裝置,E是硬質(zhì)玻璃管(其中裝有細(xì)鐵絲網(wǎng)),F為干燥的廣口瓶,G中盛有NaOH溶液。回答下列問題。(1)B、C中的試劑名稱:B

,C

。

(2)設(shè)計C、D兩個裝置的目的是

。(3)G中反應(yīng)的離子方程式為

。

(4)能否將G中的NaOH溶液換成澄清石灰水?為什么?

。

(5)資料顯示,氯化亞鐵固體是綠色或黃綠色。學(xué)習(xí)小組的同學(xué)們觀察到E中的現(xiàn)象為

,從而確定氯氣與鐵反應(yīng)的生成物是

(填化學(xué)式)。

答案:(1)濃鹽酸飽和食鹽水(2)除去HCl和水蒸氣,以免影響Cl2與Fe的反應(yīng),影響產(chǎn)物的判斷(3)Cl2+2OH-══Cl-+ClO-+H2O(4)不能。因為澄清石灰水中Ca(OH)2的濃度太小,吸收Cl2的效果差(5)產(chǎn)生棕褐色煙FeCl3解析:由圖可知,整套裝置包括Cl2的發(fā)生裝置、除雜裝置、與Fe的反應(yīng)裝置、尾氣吸收裝置等幾部分。由于濃鹽酸易揮發(fā),生成的Cl2中必含有HCl和水蒸氣雜質(zhì),若不除去,則會影響Cl2與Fe的反應(yīng),使生成物不純,影響產(chǎn)物的判斷。【變式訓(xùn)練1】

18世紀(jì)70年代，瑞典化學(xué)家舍勒將軟錳礦與濃鹽酸混合加熱，發(fā)現(xiàn)了氯氣的制備方法，至今還是實驗室制備氯氣的主要方法。下列關(guān)于實驗室制氯氣的說法中正確的是()A．濃鹽酸在反應(yīng)中起到酸性和氧化劑作用B．將87gMnO2和足量濃鹽酸反應(yīng)，與將含有146gHCl的濃鹽酸與足量MnO2反應(yīng)制得的氯氣一樣多C．為防止氯氣污染環(huán)境，必須進行尾氣處理，可選用澄清石灰水D．收集氯氣時，可采用濕潤的淀粉KI試紙進行驗滿答案:D

解析:

A項，濃鹽酸在反應(yīng)中未起氧化劑作用，而是還原劑，錯誤；B項，濃鹽酸變稀時，反應(yīng)可能停止，二者制得的氯氣不一樣多，錯誤；C項，澄清石灰水濃度小，不能作為吸收尾氣Cl2的吸收劑，錯誤；D項，Cl2把I－氧化為I2，I2遇淀粉變藍，正確。]【變式訓(xùn)練2】已知KMnO4在常溫下與濃鹽酸反應(yīng)生成Cl2，如圖是用KMnO4與濃鹽酸反應(yīng)制取Cl2的簡易裝置，下列敘述不正確的是()

①

②

③A．在試管①中盛有飽和食鹽水，用試管②收集Cl