專題突破09氯氣的性質和實驗室制法-高一化學重難點專題突破

2023-2024學年必修第一冊(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.氯氣與水或堿反應時,氯氣發(fā)生自身氧化還原反應,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的轉化,在反應中,氯氣既是氧化劑又是還原劑。以含不同價態(tài)同種元素的物質間的轉化為線索認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都可實現(xiàn)上述②的轉化,在反應中氯氣做氧化劑。例如:反應2FeCl2+Cl2══

2FeCl3,工業(yè)上的脫氯反應: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的轉化,在反應中HCl做還原劑?？捎米餮趸瘎┑某Ｒ娢镔|有MnO2、KMnO4、KClO3、O2等。【例題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(寫化學式):A

,B

,C

,D

。

(2)寫出①~⑤各步反應的化學方程式: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。當Cl2與變價金屬反應時,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與鐵單質反應生成氯化鐵(FeCl3)而不是氯化亞鐵(FeCl2)。相比可知,鹽酸的氧化性(實質是H+的氧化性)較弱,鹽酸與鐵單質反應生成氯化亞鐵(FeCl2)。專項突破1:從氧化還原反應的角度認知氯氣的化學性質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,例如:KI、FeCl2、H2S、SO2等。即便是氧化性較強的H2O2,與Cl2反應時,H2O2也只能做還原劑:H2O2+Cl2══2HCl+O2,工業(yè)上常用H2O2做脫氯劑。2與水或堿反應時,氯氣發(fā)生自身氧化還原反應,Cl2既是氧化劑又是還原劑。①氯氣與H2O反應——氯水

Cl2＋H2O===HCl＋HClO②氯氣與堿反應制漂白液：Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O制漂白粉：Cl2與石灰乳反應制漂白粉，2Cl2＋2Ca(OH)2===CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O典型例題【例題2】下列實驗現(xiàn)象摘抄自某同學的課堂筆記,其中不正確的是()。A.鈉與氯氣反應,產生白色的煙B.細銅絲與氯氣反應,產生棕黃色的煙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反應生成的HClO使鮮花褪色,Cl2不具有漂白性?！咀兪接柧?】下列化合物中,不能通過兩種單質間直接化合制取的是(

)22答案:C解析:鐵與氯氣反應,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Fe+2HCl══FeCl2+H2↑制取?！咀兪接柧?】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，錯誤；B項，鐵與氯氣反應生成氯化鐵，與鹽酸反應生成氯化亞鐵，錯誤；C項，鈉與氯氣或鹽酸反應均生成氯化鈉，正確；D項，根據B中分析可知D錯誤。【變式訓練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

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反應生成NaCl和NaClO，當Cl2過量時，Cl2與水反應生成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

(1)[實驗一]中產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？寫出該反應的離子方程式。[答案]CO2氣體；說明氯水中含有H＋，反應離子方程式為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？寫出反應的離子方程式。[答案]Cl－，Ag＋＋Cl－===AgCl↓。1.新制氯水的成分探析。根據反應Cl2+H2O══HCl+HClO的特點可知,氯水中含有三種溶質:Cl2、HCl、HClO。其中HCl能全部電離,產生H+和Cl-,而HClO只有一部分發(fā)生了電離,產生H+和ClO-,水也能發(fā)生微弱電離,產生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

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。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,漂白能力將變弱答案:BC解析:氯氣溶于水發(fā)生反應: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HClO2HCl+O2↑,所以逸出的氣體是O2,C項錯誤?！咀兪接柧?】在新制氯水中存在多種分子和離子，下列實驗現(xiàn)象和結論一致且正確的是(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Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，新制氯水淺黃綠色消失，故D錯誤?！咀兪接柧?】

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:根據反應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計依據

歸納提升1.反應原理的選擇(1)根據氧化還原反應原理,可使?jié)恹}酸發(fā)生氧化反應獲得氯氣: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?？梢?KMnO4的氧化性比MnO2的氧化性更強。[注]MnO2足量，HCl不能完全反應，因為濃鹽酸變稀后，反應停止。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：根據反應物的狀態(tài)和反應條件選擇發(fā)生裝置。MnO2是固體,濃鹽酸是液體,反應需要加熱,所以選用固液加熱裝置。(2)除雜裝置：根據氣體及其所含雜質的性質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)收集方法根據氣體的密度、氣體在水中的溶解性以及是否與水反應選擇收集裝置。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

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

某學習小組利用下圖所示裝置,制取氯氣并用于探究與鐵反應的現(xiàn)象及其生成物的成分。A是Cl2發(fā)生裝置,E是硬質玻璃管(其中裝有細鐵絲網),F為干燥的廣口瓶,G中盛有NaOH溶液?；卮鹣铝袉栴}。(1)B、C中的試劑名稱:B

,C

。

(2)設計C、D兩個裝置的目的是

。(3)G中反應的離子方程式為

。

(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。學習小組的同學們觀察到E中的現(xiàn)象為

,從而確定氯氣與鐵反應的生成物是

(填化學式)。

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,影響產物的判斷(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,若不除去,則會影響Cl2與Fe的反應,使生成物不純,影響產物的判斷。【變式訓練1】

18世紀70年代，瑞典化學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。下列關于實驗室制氯氣的說法中正確的是()A．濃鹽酸在反應中起到酸性和氧化劑作用B．將87gMnO2和足量濃鹽酸反應，與將含有146gHCl的濃鹽酸與足量MnO2反應制得的氯氣一樣多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。]【變式訓練2】已知KMnO4在常溫下與濃鹽酸反應生成Cl2，如圖是用KMnO4與濃鹽酸反應制取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