1、4.2富集在海水中的元素氯 【学习目标】1了解氯气的物理性质,理解氯气的化学性质。2了解氯气的试验室制法和用途。3了解Cl检验。【要点梳理】 要点一、氯元素在自然界中的存在和氯气的物理性质1氯元素的存在在自然界里,氯元素以化合态存在,游离态的氯只能通过人工方法制得。氯元素是最重要的“成盐元素”,主要以NaCl的形式存在于海水和陆地的盐矿中。海洋中含盐3%,主要是NaCl,还含有MgCl2、MgSO4等盐类,致使海水既咸又苦,不能直接饮用。人体体液中的Na+和Cl对于调整体液的物理和化学特性,保证体内正常的生理活动和功能发挥着重要作用。人体每天必需经过食物和食盐来补充人体所缺失的Na+和Cl。
2、2氯气的物理性质氯气是一种黄绿色、具有猛烈刺激性气味的有毒气体,在低温存加压状况下可以转化为液态(液氯)和固态。氯气能溶于水,25C 时,1体积的水可以溶解2体积的氯气,所得水溶液称为氯水。在试验室闻氯气气味时,应当用手轻轻在瓶口扇动,仅使极少量的氯气飘过鼻孔,如右图所示,闻其他气体的气味时也应接受这种方法。留意:应留意气体溶解度的表示方法与固体不同,固体的溶解度是在确定温度下,溶液达到饱和状态时,100g溶剂(水)中溶解的溶质的质量(g)。气体的溶解度用体积比表示,与温度、压强有关,如常温(25C)常压下,氯气可以溶解于水,应理解为1L水中可溶解2L的氯气或体积水中可溶解体积的氯气。要点二、
3、氯气的化学性质要点诠释:氯是第17号元素,其原子的最外层有个电子,在化学反应过程中很简洁得一个电子形成氯离子(Cl)即达到个电子的稳定结构,表现为典型的非金属性。氯气是双原子分子,其分子虽已达到电子稳定结构但不是最稳定状态,在确定条件下易与其他物质发生化学反应,通常做氧化剂,且是强氧化剂。氯气格外活泼,因而在自然界中无游离态的氯存在,化合态的氯主要以-1价的氯化物形式存在于自然界中。1与金属的反应大多数金属在点燃或灼热的条件下,都能与氯气发生反应生成氯化物。对于有变价的金属元素和氯气发生反应时生成其高价氯化物。如Fe与Cl2反应不管Fe是否过量都只能生成FeCl3。Cl2+2Na2NaCl 3
4、Cl2+2Fe2FeCl3 Cl2+CuCuCl2但在常温下干燥的氯气不与铁反应,所以可以将液氯储存在钢瓶里。 2与非金属反应 H2+Cl22HCl。 现象:氢气在氯气中安静燃烧,发出苍白色火焰,瓶口上方有白雾。留意:(1)光照H2和Cl2的混合气体时,会发生爆炸,因此工业生产是用点燃的方法来生产盐酸,确定不能用光照的方法。(2)工业盐酸呈黄色是因其中混有FeCl3。 3与水反应 (1)氯气与水反应的状况 在常温下,溶于水中的部分Cl2与水发生反应,生成盐酸(HCl)和次氯酸(HClO):Cl2+H2O=HCl+HClO。 Cl2既被氧化又被还原,氧化剂、还原剂都是Cl2。 (2)次氯酸的重要
5、性质 强氧化性:HClO中+1价Cl表现出很强的得电子力气,得电子还原成Cl,其氧化性比Cl2还强。HClO以其强氧化性杀死水中的病菌,起到消毒的作用,还能使染料和有机物质褪色而具有漂白作用。 弱酸性:HClO是一元弱酸,酸性比碳酸还弱,在水中只有少部分发生电离:HClOH+ClO。 不稳定性:HClO只存在于水溶液中,在光照下易分解放出氧气:2HClO2HCl+O2。 4与碱反应 Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O(可作漂白液,有效成分为NaClO)。2Cl2+2Ca(OH)2=CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O。漂白粉(或漂粉精)的有效成分均为Ca(ClO)2。 要点三、
6、氯水的成分和性质富集在海水中的元素氯ID:395509#练习题】 1氯水及液氯的区分液氯新制氯水久置氯水成分Cl2Cl2、HClO、H2O、H+、Cl、ClO、OHH+、Cl、H2O分类纯洁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、漂白性酸性要点诠释:氯水久置,会因HClO的分解导致其中的Cl2全部与H2O反应,HClO完全分解成盐酸和O2,使溶液酸性增加,失去强氧化性而变质(久置氯水实为极稀的盐酸)。 2氯水的性质 氯水的多种成分打算了它具有多重性质: Cl2的强氧化性;HCl的强酸性;HClO的强氧化性、弱酸性;Cl的性质。 在不同的反应中,氯水起作用的成分不同,现列表如下
7、:所加试剂参与反应的微粒试验现象离子方程式或解释AgNO3溶液Cl白色沉淀Cl+Ag+=AgClNa2CO3固体H+有气泡产生2H+CO32=CO2+H2O有色布条HClO布条颜色褪去发生氧化还原反应FeCl2溶液Cl2溶液变棕黄色2Fe2+Cl2=2Fe3+2Cl石蕊溶液HClO、H+先变红后褪色酸性和漂白性镁粉Cl2、H+氯水的颜色褪去并有气泡产生Mg+Cl2=Mg2+2ClMg+2H+=Mg2+H2 要点四、氯气的试验室制法富集在海水中的元素氯ID:395509#氯气的试验室制法】1、原理:MnO2+4HCl (浓) MnCl2+Cl2+2H2O或:2KMnO4+16HCl (浓)=2M
8、nCl2+2KCl+5Cl2+8H2O注:若用KMnO4制Cl2,则不需加热。2、发生装置: 固+液加热型 3、净化:将气体通过盛有饱和食盐水的洗气瓶4、干燥:将气体通过盛有浓硫酸的洗气瓶5、收集:用向上排空气法或排饱和食盐水法。6、尾气吸取:用NaOH溶液吸取多余的氯气,防止污染空气。注:Ca(OH)2的溶解度太小,所以尾气吸取时不用石灰水,而用NaOH溶液。7、验满方法将潮湿的淀粉-KI试纸靠近盛Cl2的瓶口,观看到试纸马上变蓝,则证明已集满。将潮湿的蓝色石蕊试纸靠近盛Cl2的瓶口,观看到试纸先变红后褪色,则证明已集满。要点五、氯离子的检验1试剂:稀硝酸、AgNO3溶液。 2操作:取待测液
9、2mL加入试管中,先滴入少量稀硝酸,然后再滴入AgNO3溶液。 3现象及结论:产生白色沉淀,该溶液中含有Cl。4原理:Ag+Cl=AgCl。要点诠释: (1)加稀硝酸的目的是排解CO32的干扰,由于Ag2CO3是可以溶于稀硝酸的白色不溶物。因此,鉴定时可以将加试剂的挨次颠倒,即可以先加AgNO3,再加稀硝酸。若生成不溶于稀硝酸的白色沉淀,同样可以证明溶液中有Cl。(2)不用稀盐酸、稀硫酸酸化,否则引入Cl、SO42产生干扰。【典型例题】类型一、氯气的物理性质例1、下列说法正确的是( )A液氯的成分是氯分子和水B可用鼻子直接靠在集气瓶口闻氯气的气味C可用向上排空气法收集氯气D试验中,可用水吸取剩
10、余的氯气 【思路点拨】氯气的物理性质:氯气是一种黄绿色、具有刺激性气味的有毒气体,密度大于空气,在水中溶解性不大,易液化。【答案】C 【解析】氯气在低温存加压时会变为液体,称为液氯,是一种纯洁物,所以A错误;氯气有毒,闻其气味的方法:用手在集气瓶口轻轻扇动,使极少量的氯气飘进鼻孔,所以B错误;氯气的密度比空气大,所以可以用向上排空气法收集,因此C正确;由于氯气在水中的溶解性不大,所以不能用水吸取余氯,所以D错误。 【总结升华】本题是对氯气物理性质的直接考查。对于物理性质,不仅要记住,还要会应用,如颜色、气味、状态、密度、溶解性等性质在氯气制取中收集方法的选择上的应用。举一反三:【变式1】可以用
11、氯气灌洞的方法来毁灭田鼠,这是利用了氯气的( )。 密度比空气大 易液化 能溶于水 有毒 A B C D 【答案】D 【解析】灌洞类似于“灌水”利用的是密度比空气大的性质;毁灭田鼠,利用了氯气的毒性。启示:因氯气密度比空气大,故当发生氯气泄漏时,人应逆风往高处“跑”。【变式2】下列关于液氯和氯气的说法正确的是( )。 A液氯和氯气不是同种物质 B标准状况下Cl2的密度为3.17 gL1 C液氯不导电,是非电解质,氯气能导电,是电解质D液氯是混合物,氯气是纯洁物【答案】B【解析】标准状况下Cl2的密度约为:71g/(22.4 Lmol-1)= 3.17 gL1【变式3】关于氯气的叙述中,下列正确
12、的是 ( )A氯气是一种黄绿色、有毒的气体 B氯气在自然界中既可以以化合态存在,也可以以游离态存在C氯气不能溶解于水,所以可用排水法收集氯气D氯气、氯水、液氯是同一种物质,只是状态不同,都属于纯洁物【答案】A类型二、氯气的化学性质例2、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( )ACuCl2 BFeCl2 CFeCl3 DAlCl3 【思路点拨】具有可变价态的金属(如Fe、Cu等)与氯气反应,生成高价态金属氯化物;活泼的金属与盐酸反应,生成低价态金属氯化物,而不活泼的金属与盐酸不反应。 【答案】D【解析】铜与氯气反应,生成CuCl2,与盐酸不反应,所以A错误;
13、铁与氯气反应生成FeCl3,与盐酸反应生成FeCl2,所以B、C错误;铝与氯气反应生成AlCl3,与盐酸反应生成AlCl3和H2,所以D正确。 【总结升华】氯气与大多数金属反应,生成高价态金属氯化物;只有金属活动挨次表中氢以前的金属,才能跟盐酸反应,并且一般生成低价态金属氯化物和氢气,所以符合题意的是具有不变价态、且在金属活动挨次表中排在氢以前的金属的氯化物。举一反三:【变式1】氯气跟下列物质反应时,能产生白雾的是( );能产生白烟的是( );产物溶于水后,溶液呈蓝色的是( )ANa BCu CH2 DFe 【答案】C A B【变式2】当不慎有大量Cl2集中到四周环境,处在该环境中的人可以用浸
14、有确定浓度某种物质的水溶液的毛巾捂住鼻子,快速逃离该环境。该物质最适宜接受的是( )ANaOH BNaCl CNa2CO3 DNH3H2O 【答案】C类型三、氯水的性质 例3、下列关于氯水的叙述,正确的是( )。 A新制氯水中只含Cl2和H2O分子 B新制氯水可使蓝色石蕊试纸先变红后褪色 C光照氯水有气泡逸出,该气体是Cl2 D氯水久置后,由于Cl2挥发,酸性减弱 【思路点拨】解题的关键是明确氯水的各种组成成分,这些组成成分打算了其性质的多样性。【答案】B 【解析】在新制的氯水中溶有大量Cl2分子,其中小部分Cl2与水发生反应生成HCl和HClO,HCl完全电离产生H+和Cl,HClO部分电离
15、产生H+、ClO。所以氯水中有三种分子H2O、Cl2、HClO和四种离子H+、Cl、ClO、OH,故A项错误。HClO有强氧化性、漂白性,所以新制氯水可使蓝色石蕊试纸先变红后褪色,故B项正确。HClO见光易分解放出O2,故C项错误。氯水放置数天后HClO分解接近完全,转化为盐酸,酸性增加,故D项错误。 【总结升华】(1)氯水含有HClO,常用于漂白、杀茵、消毒等。(2)氯水含有Cl2,能与大多数的还原性物质发生反应。(3)常温下,氯水与碱反应生成氯化物、次氯酸盐及水。(4)在氯水中加入指示剂,先因H+的存在而变色,然后被次氯酸氧化而褪色。(5)Ag+与氯水中的Cl反应而产生白色沉淀,而碳酸盐与
16、氯水反应则因盐酸的存在而放出CO2。(6)光照氯水时,因次氯酸易分解而放出O2。举一反三:【变式1】自来水一般是用少量的氯气消毒。假照试验室中临时没有蒸馏水,可以用自来水配制某些急需的药品,但有些药品若用自来水配制,则明显会导致药品变质。下列哪些药品不能用自来水配制的是( )。ANa2SO4 BNaCl CAgNO3 DK2CO3 【答案】CD【变式2】新制氯水中存在H2O、Cl2、HClO、HCl,其中能起杀菌消毒作用的是_,能与锌反应生成氢气的是_,能与硝酸酸化的硝酸银溶液作用生成白色沉淀的是_,能使染料和有机物质褪色的是_,能与FeCl2反应的是_。 【答案】HClO HCl HCl H
17、ClO Cl2 【解析】HClO具有强氧化性,可杀菌消毒和漂白有机物质;HCl具有强酸性,能与活泼金属反应生成H2,并且HCl电离产生的Cl可与硝酸酸化的硝酸银溶液反应,生成白色沉淀;Cl2具有强氧化性,可与具有还原性的物质反应。类型四、氯气的试验室制法例4、试验室用二氧化锰和浓盐酸加热来制取氯气,反应的化学方程式为_,其中二氧化锰的作用是_。按上述方法制得的氯气中,可能含有的杂质气体有_、_。若需制得纯洁、干燥的氯气,应将由发生装置导出的气体依次通过分别盛有_、_的洗气瓶。为防止氯气污染空气,多余的氯气通常可用_吸取,这个反应的离子方程式为_。 【思路点拨】本题考查氯气的试验室制法,在除杂过
18、程中抓住每个杂质气体的特殊性质进行处理。【答案】MnO2+4HCl (浓)MnCl2+Cl2+2H2O 氧化剂 HCl H2O(g) 饱和食盐水 浓硫酸 NaOH溶液 Cl2+2OH=Cl+ClO+H2O 【解析】试验室制取氯气的反应为:MnO2+4HCl (浓)MnCl2+Cl2+2H2O,由此分析从气体发生装置出来的氯气中有HCl和H2O(g)杂质,所以需用饱和食盐水洗去HCl,用浓硫酸干燥氯气;由氯气的密度和溶解性,可选择向上排空气法收集氯气;依据氯气的性质,可用潮湿的KI淀粉试纸检验集气瓶是否布满,剩余的氯气可用NaOH溶液吸取。 【总结升华】对气体的试验室制法,一般应从以下几个方面考
19、虑分析:反应原理 反应装置及仪器 除杂装置 干燥装置 气体收集方法及装置 验满方法 余气处理装置。要擅长运用所学的试验学问和氯气的性质,通过分析整理出有关气体的试验室制法的七个方面的内容,使之成为理性记忆分析力气。举一反三:【变式1】某同学设计如下试验装置用于制备纯洁的Cl2。 (1)装置中有五处错误,请指出_,_,_,_,_。 (2)在更正后的装置图中,洗气瓶(净化气体)中的饱和食盐水、浓硫酸、氢氧化钠溶液的作用分别是: 饱和食盐水的作用:_;浓硫酸的作用:_;氢氧化钠的作用:_。【答案】(1)用长颈漏斗错误,应用分液漏斗 不能用稀盐酸,应用浓盐酸 没有用酒精灯,应用酒精灯加热 盛浓硫酸的洗
20、气瓶和盛饱和食盐水的洗气瓶位置颠倒,应予更换位置 盛饱和食盐水洗气瓶中的进气导管未插入液面下,出气导管插入液面下,应进气导管插入液面下,出气导管不插入液面下 (2)除去氯气中混有的HCl 除去氯气中混有的水蒸气 吸取多余的氯气,防止污染环境类型五、Cl的检验例5、向下列液体中分别滴入AgNO3溶液和足量的稀硝酸溶液,有白色沉淀存在的是( )。 A氯水 B氯酸钾溶液 C食盐水 D碳酸钠溶液 【思路点拨】在溶液中与Ag+反应生成不溶于稀硝酸的白色沉淀(AgCl)的是Cl,而不是其他的离子或分子。【答案】A、C【解析】氯水中因Cl2+H2O=HCl+HClO、HCl=H+Cl而含有Cl。氯酸钾溶液中
21、的含氯粒子是ClO3,而不是Cl。而CO32和Ag+生成的沉淀溶于稀硝酸。【总结升华】要鉴定KClO3中含有氯元素,可先将KClO3固体(加MnO2)加热,残渣溶于水后过滤,取滤液再加AgNO3溶液和稀硝酸进行检验。举一反三:【变式1】下列说法正确的是( )。 ACl和Cl2都有毒 B将AgNO3溶液滴入甲溶液中,若毁灭白色沉淀,则说明甲溶液中含有Cl C将NaCl溶液滴入AgNO3溶液中或将Cl2通入AgNO3溶液中均会毁灭白色沉淀 D含Cl的溶液和氯水一样均呈浅黄绿色 【答案】C【变式2】在未知溶液中加入AgNO3溶液,有白色沉淀生成;加入稀硝酸后,沉淀部分溶解,有无色无味的气体生成;将气体通入澄清石灰水中,石灰水变浑浊。由此推断溶液中含有的离子是( )ACl、SO42 BCl、NO3 CCl、CO32 DCl、OH 【答案】C