氯及其化合物知識(shí)點(diǎn)探究

■徐 丹

氯及其化合物的知識(shí)是高考命題的熱點(diǎn),歷年高考試題中都有所涉及,下面對(duì)氯及其化合物知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行全面解讀,并透視其常見考點(diǎn),希望對(duì)同學(xué)們有所幫助。

一、氯氣的性質(zhì)

1.氯氣的物理性質(zhì)。

黃綠色、有刺激性氣味、有毒的氣體,可溶于水,1體積水能溶解2 體積Cl2,密度比空氣大,易液化。

注意:實(shí)驗(yàn)室里聞?dòng)卸練怏w及未知?dú)怏w氣味的方法是用手在瓶口輕輕扇動(dòng),僅使極少量氣體飄進(jìn)鼻孔。

例1下列說法不正確的是()。

A.液氯可以儲(chǔ)存在鋼瓶中

B.用同一針筒先后抽取80 mL 氯氣、20mL水,振蕩,氣體完全溶解,溶液變?yōu)辄S綠色

C.氯氣、氯水、液氯不是同一種物質(zhì),狀態(tài)不同,不都屬于純凈物

D.若氯氣發(fā)生泄漏,應(yīng)立即向上風(fēng)地區(qū)轉(zhuǎn)移

解析

氯氣可溶于水,在常溫時(shí),1體積水大約能溶解2體積氯氣,因而20mL水大約能溶解40mL 氯氣,氣體大約剩余40mL未溶解,B項(xiàng)錯(cuò)誤。

答案:B

2.氯氣的化學(xué)性質(zhì)。

(1)氧化性。

①與金屬單質(zhì)反應(yīng)。

與鐵反應(yīng):2Fe+3Cl22FeCl3

與銅反應(yīng):Cu+Cl2CuCl2

注意:與變價(jià)金屬反應(yīng)生成最高價(jià)態(tài)金屬氯化物。

②與非金屬單質(zhì)反應(yīng)。

與H2反應(yīng):H2+Cl22HCl

現(xiàn)象:燃燒時(shí),安靜地燃燒,發(fā)出蒼白色火焰,瓶口有大量白霧;光照時(shí),劇烈反應(yīng),發(fā)生爆炸,瓶口有大量白霧。

能將P、Si氧化為PCl3、PCl5、SiCl4。

③與還原性化合物反應(yīng)。

與碘化鉀溶液反應(yīng):Cl2+2I-══I2+2Cl-

與SO2水溶液反應(yīng):Cl2+SO2+2H2O══2Cl-++4H+

與FeCl2溶液反應(yīng):2Fe2++Cl2══2Fe3++2Cl-

(2)歧化反應(yīng)。

氯氣與水或堿反應(yīng),氯元素的化合價(jià)既有升高又有降低,因而氯氣既表現(xiàn)有氧化性又表現(xiàn)有還原性。

例2下列關(guān)于氯氣的說法正確的是()。

A.Cl2具有很強(qiáng)的氧化性,在化學(xué)反應(yīng)中只能作氧化劑

B.氫氣在氯氣中燃燒,瓶口出現(xiàn)白霧

C.Fe在Cl2中燃燒生成FeCl3,故與其他非金屬反應(yīng)的產(chǎn)物中Fe也顯+3價(jià)

D.Fe在Cl2中的燃燒產(chǎn)物用數(shù)軸表示如下:

解析

Cl2與水反應(yīng)時(shí)Cl2既表現(xiàn)出氧化性也表現(xiàn)出還原性,A 項(xiàng)錯(cuò)誤。H2在Cl2中燃燒生成的HCl在瓶口會(huì)與空氣中的水蒸氣形成鹽酸小液滴,因此會(huì)出現(xiàn)白霧,B 項(xiàng)正確。Fe與氧化性較弱的非金屬單質(zhì)反應(yīng)只能形成+2價(jià)化合物,C項(xiàng)錯(cuò)誤。Fe在Cl2中燃燒只能生成FeCl3,D 項(xiàng)錯(cuò)誤。

答案:B

例3已知:KClO3+6HCl(濃)══KCl+3Cl2↑+3H2O。如圖1 所示,將少量試劑分別放入培養(yǎng)皿中的相應(yīng)位置,實(shí)驗(yàn)時(shí)將濃鹽酸滴在KClO3晶體上,并用表面皿蓋好。表1中由實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出的結(jié)論完全正確的是()。

圖1

表1

解析

Cl2本身沒有酸性,溶液褪色,可能是Cl2與水反應(yīng)生成的HCl和HClO 與NaOH 溶液發(fā)生中和反應(yīng)生成鹽而使溶液褪色,也可能是生成的HClO 的漂白性使溶液褪色;Cl2本身不具有漂白性,而是Cl2與H2O 作用生成的HClO具有漂白性。

答案:D

(3)氯水的成分及性質(zhì)模型。

氯氣能溶于水(2∶1),氯氣的水溶液稱為氯水,溶于水的氯氣只有少量與水反應(yīng)。

①氯水中存在三種平衡關(guān)系:

Cl2+H2OHCl+HClO

H2OH++OH-

氯水中成分有:

②新制氯水的多種成分決定了它具有多重性質(zhì),在不同的化學(xué)反應(yīng)中,氯水中參與反應(yīng)的微粒不同。

③久置的氯水由于HClO 分解了,所以成分為H2O、H+、Cl-。

例4用玻璃棒蘸取新制氯水點(diǎn)在pH試紙上,觀察到的現(xiàn)象是()。

解析

新制氯水中存在HCl(強(qiáng)酸)和HClO(弱酸),二者電離出H+使溶液顯酸性,故試紙變?yōu)榧t色,后因HClO 具有強(qiáng)氧化性又會(huì)使紅色(中間部分)褪去,故B項(xiàng)正確。

答案:B

例5氯水中存在多種分子和離子,它們?cè)诓煌姆磻?yīng)中表現(xiàn)出不同的性質(zhì)。下列結(jié)論正確的是()。

A.加入有色布條,片刻后有色布條褪色,說明有Cl2存在

B.溶液呈淺黃綠色,且有刺激性氣味,說明有Cl2存在

C.先加入鹽酸酸化,再加入AgNO3溶液,生成白色沉淀,說明有Cl-存在

D.加入NaOH 溶液,氯水的淺黃綠色消失,說明有HClO 存在

解析

A 項(xiàng),氯水能使有色布條褪色是因?yàn)槁人泻械腍ClO具有強(qiáng)氧化性;C項(xiàng),因?yàn)榧尤臌}酸酸化的過程中引入了Cl-,所以根據(jù)生成白色沉淀無法說明氯水中是否存在Cl-;D 項(xiàng),氯水的淺黃綠色消失,是由于Cl2與NaOH 溶液反應(yīng),并不是 HClO 的強(qiáng)氧化性,不能說明有HClO 存在。

答案:B

(4)氯氣的實(shí)驗(yàn)室制法。

①制取原理。

實(shí)驗(yàn)室通常用強(qiáng)氧化劑(如KMnO4、K2Cr2O7、KClO3、MnO2等)氧化濃鹽酸制取氯氣。用MnO2制取Cl2的反應(yīng)方程式為MnO2+4HCl(濃)MnCl2+Cl2↑+2H2O。

②制取過程。

③實(shí)驗(yàn)裝置(如圖2)。

圖2

④注意事項(xiàng)。

反應(yīng)物的選擇:必須用濃鹽酸,稀鹽酸與MnO2不反應(yīng),且隨著反應(yīng)的進(jìn)行,濃鹽酸變?yōu)橄←}酸時(shí),反應(yīng)停止,故鹽酸中的HCl不可能全部參加反應(yīng)。

加熱溫度:不宜過高,以減少HCl揮發(fā)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,先使反應(yīng)停止并排出殘留的Cl2后,再拆卸裝置,避免污染空氣。

尾氣吸收時(shí),用NaOH 溶液吸收Cl2,不能用澄清石灰水吸收,因?yàn)槿芤褐泻珻a(OH)2的量少,吸收不完全。

例6反 應(yīng)MnO2+4HCl(濃) △══MnCl2+Cl2↑+2H2O 中,氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比是()。

A.1∶2 B.1∶1

C.2∶1 D.4∶1

解析

Cl2為氧化產(chǎn)物,MnCl2為還原產(chǎn)物,根據(jù)化學(xué)方程式可知,其物質(zhì)的量之比為1∶1。

答案:B

例7實(shí)驗(yàn)室用MnO2和濃鹽酸制Cl2時(shí),有如下操作:

①連好裝置,檢查氣密性

②緩緩加熱

③加入MnO2粉末

④從裝有濃鹽酸的分液漏斗中加入濃鹽酸

⑤將多余氯氣用NaOH 溶液吸收

⑥用向上排氣法收集氯氣

以下操作順序正確的是()。

A.①②③④⑥⑤

B.③④②①⑥⑤

C.①④③②⑥⑤

D.①③④②⑥⑤

解析

制取氯氣的正確操作步驟:先連接裝置,檢查氣密性,然后裝入藥品(先向燒瓶中裝入二氧化錳,再向分液漏斗中裝入濃鹽酸),下一步進(jìn)行加熱制取、吸收氯氣,由于氯氣有毒,最后需要進(jìn)行尾氣吸收,故正確的排序?yàn)棰佗邰堍冖蔻荨?/p>

答案:D

例8圖3是用KMnO4與濃鹽酸反應(yīng)制取適量氯氣的簡(jiǎn)易裝置。

圖3

(1)裝置B的作用是____。

(2)裝置C的作用是_____。

(3)裝置D 的作用是_____。

答案:(1)向上排空氣收集氯氣 (2)安全瓶作用,防止D 中的液體倒吸入B 中(3)吸收尾氣,防止氯氣擴(kuò)散到空氣中污染環(huán)境

二、次氯酸和次氯酸鹽的性質(zhì)

1.次氯酸。

(2)強(qiáng)氧化性:①能將有色物質(zhì)氧化為無色物質(zhì),作漂白劑;②殺菌、消毒。

(3)弱酸性:NaClO 溶液中通入少量CO2,化學(xué)方程式為ClO-+CO2+H2O ══HClO+。

2.次氯酸鹽。

(1)“84”消毒液。

有效成分為NaClO,它與潔廁靈(主要成分是鹽酸)混合會(huì)產(chǎn)生氯氣,其離子方程式是ClO-+Cl-+2H+══Cl2↑+H2O。

(2)漂白粉。

①成分:漂白粉的主要成分是CaCl2和Ca(ClO)2,其中有效成分是Ca(ClO)2。

②漂白原理:在潮濕的空氣中能吸收CO2,化學(xué)方程式為Ca(ClO)2+CO2+H2O══2HClO+CaCO3↓。

③久置失效原因:Ca(ClO)2+H2O+CO2══CaCO3↓+2HClO,2HClO光照══2HCl+O2↑,CaCO3+2HCl══CaCl2+CO2↑+H2O。

例9在全國(guó)人民眾志成城抗擊疫情期間,使用的“84”消毒液的主要有效成分是()。

A.NaOH B.NaCl

C.NaClO D.Na2CO3

答案:C

例10化學(xué)與生活是緊密相聯(lián)系的,下列說法中正確的是()。

A.氯氣可用作消毒劑和漂白劑,是因?yàn)槁葰馀c水反應(yīng)生成的次氯酸具有強(qiáng)還原性

B.地震災(zāi)區(qū)和洪澇災(zāi)區(qū)都用漂白粉消毒,主要是利用漂白粉溶液的堿性

C.氯氣與燒堿溶液或石灰乳反應(yīng)都能得到含氯消毒劑

D.能用同一原理解釋ClO-與Fe2+、H+均不能大量共存

解析

氯氣可用作消毒劑和漂白劑的原因是Cl2與水反應(yīng)生成的HClO 具有強(qiáng)氧化性,A 項(xiàng)錯(cuò)誤。地震災(zāi)區(qū)和洪澇災(zāi)區(qū)用漂白粉消毒是利用了漂白粉的強(qiáng)氧化性,B項(xiàng)錯(cuò)誤。ClO-與Fe2+因發(fā)生氧化還原反應(yīng)而不能大量共存,ClO-與H+反應(yīng)生成HClO 為弱酸而不能大量共存,D項(xiàng)錯(cuò)誤。

答案:C

例11氯可形成多種含氧酸鹽,廣泛應(yīng)用于殺菌、消毒及化工領(lǐng)域。實(shí)驗(yàn)室中利用圖4 裝置(部分裝置省略)制備KClO3和NaClO,探究其氧化還原性質(zhì)。

圖4

回答下列問題:

(1)盛放MnO2粉末的儀器名稱是_____,a中的試劑為____。

(2)b中采用的加熱方式是____,c中化學(xué)反應(yīng)的離子方程式是____,采用冰水浴冷卻的目的是_____。

(3)d 的作用是_____,可選用試劑____(填標(biāo)號(hào))。

A.Na2S B.NaCl

C.Ca(OH)2D.H2SO4

(4)反應(yīng)結(jié)束后,取出b中試管,經(jīng)冷卻結(jié)晶,____,_____,干燥,得到KClO3晶體。

(5)取少量KClO3和NaClO 溶液分別置于1號(hào)和2號(hào)試管中,滴加中性KI溶液。1號(hào)試管溶液顏色不變。2 號(hào)試管溶液變?yōu)樽厣?加入CCl4振蕩,靜置后CCl4層顯____色?？芍摋l件下KClO3的氧化能力_____(填“大于”或“小于”)NaClO。

解析

(1)氯氣發(fā)生裝置,是在圓底燒瓶中完成,故盛放MnO2粉末的儀器名稱是圓底燒瓶,b 中是氯氣與氫氧化鉀反應(yīng),因此a中的試劑應(yīng)該除去氯氣中的氯化氫氣體,即a中的試劑為飽和食鹽水。(2)b中采用的加熱方式是水浴加熱,由題意可知b中是氯氣與氫氧化鉀在熱水浴中反應(yīng)生成KClO3,c中是氯氣與冷的氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成NaClO,故化學(xué)反應(yīng)的離子方程式為Cl2+2OH-══ClO-+Cl-+H2O,采用冰水浴冷卻的目的是防止生成NaClO3。(3)d的作用是除去多余的氯氣,防止污染大氣,可選用能與氯氣反應(yīng)的物質(zhì),題給選項(xiàng)只有Na2S 和Ca(OH)2符合條件。(4)冷卻結(jié)晶后是過濾,過濾接下來就是洗滌。(5)1號(hào)試管溶液顏色不變,表明KClO3不與KI溶液反應(yīng),即KClO3不能氧化KI。2號(hào)試管溶液變?yōu)樽厣?表明與KI溶液反應(yīng)生成了I2,加入CCl4振蕩,萃取,I2的CCl4溶液顯紫色,故KClO3的氧化能力小于NaClO的氧化能力。

答案:(1)圓底燒瓶 飽和食鹽水(2)水浴加熱 Cl2+2OH-══ClO-+Cl-+H2O 避免生成NaClO3(3)吸收尾氣(Cl2)A、C (4)過濾 少量(冷)水洗滌 (5)紫小于

感悟與提高

1.下列說法正確的是()。

①Cl2的性質(zhì)活潑,它與H2混合后立即發(fā)生爆炸

②實(shí)驗(yàn)室制取Cl2時(shí),為了防止環(huán)境污染,多余的Cl2可以用Ca(OH)2溶液吸收

③新制氯水的氧化性強(qiáng)于久置氯水的

④檢驗(yàn)HCl氣體中是否混有Cl2,方法是將氣體通入AgNO3溶液中

⑤除去HCl氣體中的Cl2,可將氣體通入飽和食鹽水中

A.①②③B.②③④

C.③D.③⑤

2.二氧化氯(ClO2)是一種黃綠色易溶于水的氣體,常用于飲用水消毒。下列有關(guān)ClO2的制備與殺菌的說法不合理的是()。

A.NaClO2在酸性條件下歧化生成ClO2和NaCl,則n(氧化劑)∶n(還原劑)=1∶4

B.ClO2在強(qiáng)堿性環(huán)境中使用失效,可能的原因是2ClO2+2OH-══

C.可用飽和食鹽水除去ClO2中的NH3

D.等物質(zhì)的量的ClO2殺菌效果比Cl2強(qiáng)

3.某中學(xué)化學(xué)興趣小組想制取飽和氯水,并進(jìn)行氯水的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)。他們使用如圖5裝置制取較多量的飽和氯水,請(qǐng)回答:

圖5

(1)寫出儀器的名稱:A 為____,B 為____。

(2)丙裝置中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_____。丁裝置中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為____。

(3)有同學(xué)提出如下改進(jìn)建議:

①在乙和丙之間增加圖6 中的a裝置,你認(rèn)為有無必要:___(填“有”或“無”)。

②在丙的長(zhǎng)導(dǎo)管下口處,接圖6中的b裝置,可以提高氯氣的吸收效果,原因是_____。

圖6

(4)向新制得氯水中加入少量下列物質(zhì),增強(qiáng)溶液漂白能力的是()。

A.碳酸鈣粉末

B.稀硫酸

C.氯化鈣溶液

D.二氧化硫水溶液

4.含氯物質(zhì)在生產(chǎn)生活中有重要作用。1774 年,舍勒在研究軟錳礦(主要成分是MnO2)的過程中,將它與濃鹽酸混合加熱,產(chǎn)生了一種黃綠色氣體。1810年,戴維確認(rèn)這是一種由新元素組成的單質(zhì),并命名為chlorine(中文命名“氯氣”)。

(1)實(shí)驗(yàn)室沿用舍勒的方法制取Cl2的化學(xué)方程式為____。

(2)實(shí)驗(yàn)室制取干燥Cl2時(shí),凈化與收集Cl2所需裝置(如圖7)的接口連接順序?yàn)開____。

圖7

(3)某氯水久置后不能使品紅溶液褪色,可推測(cè)氯水中_____已分解。檢驗(yàn)此久置氯水中Cl-存在的操作及現(xiàn)象是_____。

答案:

1.C

2.C

3.(1)分液漏斗 圓底燒瓶 (2)Cl2+H2OH++Cl-+HClO Cl2+2OH-══Cl-+ClO-+H2O (3)①無 ②可增大Cl2與水的接觸面積 (4)A

4.(1)MnO2+4HCl(濃MnCl2+Cl2↑+2H2O (2)c-d-b-a-e(3)HClO 向溶液中加入過量稀硝酸,防止溶液中含有等,再加入少量AgNO3溶液,若有白色沉淀生成,則證明原溶液中含有Cl-