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人教版2022届高中化学一轮复习 第四单元 第2节 富集在海水中的元素——氯 海水资源利用 课件
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这是一份人教版2022届高中化学一轮复习 第四单元 第2节 富集在海水中的元素——氯 海水资源利用 课件，共60页。PPT课件主要包含了必备知识自主预诊，刺激性，②漂白粉，答案CD，关键能力考向突破，知识梳理1实验装置，制取过程，2净化装置，FeBr3，FeI2等内容，欢迎下载使用。
知识梳理1.氯气的物理性质
2.氯气的化学性质写出反应的化学方程式和相应现象,指出Cl2在反应中表现氧化性还是还原性。
微点拨 Cl2具有强氧化性,与变价金属反应时均生成高价态的金属氯化物,如FeCl2不能由Fe与Cl2发生化合反应而生成。
3.氯水的成分与性质(1)氯水的成分。氯水性质的多重性:新制氯水的多种成分决定了它具有多重性质,在不同的化学反应中,氯水中参与反应的微粒可能不同。
(2)氯水的性质分析。
(3)氯水性质的探究实验。
微点拨 (1)干燥的Cl2没有漂白性,但Cl2能使湿润的有色布条褪色,起漂白作用的是HClO,故不能用pH试纸测量氯水的pH。(2)1 ml Cl2与强碱溶液完全反应转移电子数为NA,而把1 ml Cl2充入水中反应转移的电子数小于NA(可逆反应)。
4.氯的重要化合物(1)次氯酸(HClO)。
①不稳定性。次氯酸见光分解反应的化学方程式为 。 ②强氧化性。能使某些染料和有机色素褪色,可用作棉、麻和纸张的漂白剂;可用于自来水的杀菌、消毒。
③弱酸性。向NaClO溶液中通入少量CO2,发生反应的离子方程式为 。向NaClO溶液中通入CO2(不论是少量还是过量),均生成HC 和HClO。原因是酸性:H2CO3>HClO>HC 。
2HClO 2HCl+O2↑
(2)次氯酸盐。①漂白液。
微点拨 ①向Ca(ClO)2溶液中通入SO2生成的是CaSO4而不是CaSO3。②次氯酸盐(含ClO-)不论是在酸性、碱性还是中性条件下,均具有强氧化性,均能氧化I-、Fe2+、S 、S2-等还原性离子。
自我诊断1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)过量的铁粉在少量氯气中加热,充分反应后产物为FeCl2。( )(2)标准状况下,11.2 L Cl2充入水中,反应转移的电子数为0.5 NA。( )(3)Cl2能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝,说明Cl2具有氧化性。( )(4)氯气用作水的杀菌消毒剂时没有发生化学变化。( )(5)新制取的漂白粉是混合物。( )
答案 (1)× (2)× (3)√ (4)× (5)√
2.(双选)(2020江苏启东期中)碘酸钾(KIO3)是重要的食品添加剂,某化学兴趣小组查阅资料得知,HIO3与KIO3均为白色固体,能溶于水,难溶于部分有机溶剂,且KIO3在碱性条件下易被ClO-氧化为KIO4,于是设计了以下路线制备碘酸钾。下列有关说法正确的是( )
A.浓盐酸在反应中体现了氧化性B.加入CCl4目的是萃取I2C.加入KOH前,应先对原溶液加热煮沸D.系列操作包括:加入乙醇溶液、搅拌、静置、过滤、洗涤、干燥
考向1 氯及其化合物的性质【典例1】 (2020全国2,26)化学工业为疫情防控提供了强有力的物质支撑。氯的许多化合物既是重要化工原料,又是高效、广谱的灭菌消毒剂。回答下列问题:(1)氯气是制备系列含氯化合物的主要原料,可采用如图(a)所示的装置来制取。装置中的离子膜只允许 离子通过,氯气的逸出口是 (填标号)。
(2)次氯酸为一元弱酸,具有漂白和杀菌作用,其电离平衡体系中各成分的组成分数δ[δ(X)= ,X为HClO或ClO-]与pH的关系如图(b)所示。HClO的电离常数Ka值为 。 (3)Cl2O为淡棕黄色气体,是次氯酸的酸酐,可由新制的HgO和Cl2反应来制备,该反应为歧化反应(氧化剂和还原剂为同一种物质的反应)。上述制备Cl2O的化学方程式为 。
(4)ClO2常温下为黄色气体,易溶于水,其水溶液是一种广谱杀菌剂。一种有效成分为NaClO2、NaHSO4、NaHCO3的“二氧化氯泡腾片”,能快速溶于水,溢出大量气泡,得到ClO2溶液。上述过程中,生成ClO2的反应属于歧化反应,每生成1 ml ClO2消耗NaClO2的量为 ml;产生“气泡”的化学方程式为 。 (5)“84消毒液”的有效成分为NaClO,不可与酸性清洁剂混用的原因是 (用离子方程式表示)。工业上是将氯气通入到30%的NaOH溶液中来制备NaClO溶液,若NaClO溶液中NaOH的质量分数为1%,则生产1 000 kg该溶液需消耗氯气的质量为 kg(保留整数)。
答案 (1)Na+ a(2)10-7.5(3)2Cl2+HgO==HgCl2+Cl2O(4)1.25 NaHCO3+NaHSO4==CO2↑+Na2SO4+H2O(5)ClO-+Cl-+2H+==Cl2↑+H2O 203
解析 (1)图(a)左侧电极为阳极,精制盐水中Cl-在阳极放电:2Cl--2e-==Cl2↑,故Cl2从a口逸出,Na+通过离子交换膜进入阴极。(2)次氯酸的电离常数表达式Ka= ,图(b)中δ(HClO)=δ(ClO-)时,对应溶液的pH为7.5,所以Ka=c(H+)=10-7.5。(3)Cl2→Cl2O的过程中氯元素的化合价升高,由于Cl2与HgO的反应是歧化反应,则Cl2既是氧化剂又是还原剂,反应还应生成HgCl2,结合得失电子守恒配平反应的化学方程式为2Cl2+HgO==HgCl2+Cl2O。
(4)由于题述生成ClO2的反应属于歧化反应,则酸性条件下生成ClO2的同时,应有NaCl生成,配平反应的离子方程式为5Cl +4H+==4ClO2+Cl-+2H2O。生成1 ml ClO2则消耗1.25 ml NaClO2。同时NaHSO4与NaHCO3反应会产生CO2:NaHCO3+NaHSO4==CO2↑+Na2SO4+H2O。(5)酸性条件下ClO-与Cl-发生归中反应:ClO-+Cl-+2H+==Cl2↑+H2O。设原30%的NaOH溶液的质量为x,结合反应2NaOH+Cl2==NaCl+NaClO+H2O,可得方程:
解得x=796.74 kg,则消耗Cl2为1 000 kg-796.74 kg=203.26 kg≈203 kg。
易错警示 (1)Cl2可使湿润的有色布条褪色,不能使干燥的有色布条褪色,说明Cl2没有漂白性,而是HClO有漂白作用。Cl2可使湿润的石蕊试纸先变红后褪色,原因是Cl2与水反应生成的酸使石蕊先变红,HClO使变色后的石蕊褪色。(2)工业制取漂白粉是用氯气与石灰乳反应,而不是用氯气与石灰水反应。(3)ClO-不论是在酸性还是碱性条件下都能跟亚铁盐、碘化物、硫化物、亚硫酸盐等发生氧化还原反应,即ClO-与I-、Fe2+、S2-、S 不论是在酸性环境还是在碱性环境中均不能大量共存。
对点演练1(2020上海奉贤一模)下图所示是验证氯气性质的微型实验,a、b、c、d、e是浸有相关溶液的滤纸。向KMnO4晶体滴加一滴浓盐酸后,立即用另一培养皿扣在上面。已知2KMnO4+16HCl==2KCl+5Cl2↑+2MnCl2+8H2O
对实验现象的“解释或结论”正确的是( )
答案 B 解析 a处变蓝,b处变红棕色,说明Cl2分别与KI、NaBr反应生成I2、Br2,可证明氧化性:Cl2>I2,Cl2>Br2,无法证明I2与Br2之间氧化性的强弱,A项错误;c处先变红,说明氯气与水生成酸性物质,后褪色,则证明氯气与水生成具有漂白性物质,B项正确;d处立即褪色,也可能是氯气与水生成酸性物质中和了NaOH或Cl2与NaOH反应消耗了NaOH,C项错误;e处变红色说明Cl2将Fe2+氧化为Fe3+,证明氧化性Cl2>F ,D项错误。
考向2 氯水的多重性质及应用【典例2】 (2020湖南张家界月考)在探究新制氯水成分及性质的实验中,依据下列方法和现象,不能得出相应结论的是( )
答案 B 解析 氯气为黄绿色气体,氯水呈浅黄绿色是因为溶解了氯气,A正确;向饱和NaHCO3溶液中加入足量氯水,有无色气体产生,是因为HC 与氯水中的H+发生反应生成水和二氧化碳,B错误;红色纸条褪色,说明氯水具有漂白性,C正确;向FeCl2溶液中滴加氯水,溶液变成黄色,是因为发生反应2FeCl2+Cl2==2FeCl3,说明氯水具有氧化性,D正确。
归纳总结 氯水中的平衡(Cl2+H2O HCl+HClO)移动及应用
对点演练2(2020山大附中模块诊断)在新制饱和氯水中,若只改变某一条件,下列叙述正确的是( )
A.通入少量氯气, 减小B.通入少量SO2,溶液漂白性增强C.加入少量的碳酸钠粉末,pH增大,溶液漂白性增强D.光照过程中,有气泡冒出,溶液的pH增大
答案 C 解析 在新制饱和氯水中,再通入少量氯气,由于此时已经为饱和溶液,所以氢离子和次氯酸根离子浓度的比值不变,故A错误;氯气和二氧化硫在水溶液中会发生反应生成硫酸和盐酸,硫酸与盐酸不具有漂白性,因此反应后的溶液漂白性会逐渐减弱甚至消失,B错误;加入少量的碳酸钠粉末,Na2CO3与溶液中的HCl发生反应,溶液中c(H+)降低,使平衡Cl2+H2O HCl+HClO向正反应方向移动,当达到平衡后,溶液中氢离子浓度减小,次氯酸浓度增加,pH增大,溶液漂白性增强,C正确;光照下,次氯酸易分解为盐酸和氧气,溶液酸性增强,pH减小,D项错误。
微点拨 实验室用MnO2和浓盐酸反应制取Cl2时应注意以下四点(1)反应物的选择:必须用浓盐酸,稀盐酸与MnO2不反应,且随着反应的进行,浓盐酸变为稀盐酸时,反应停止,故盐酸中的HCl不可能全部参加反应。(2)加热时的温度:不宜过高,以减少HCl的挥发。(3)实验结束后,先使反应停止并排出残留的Cl2后,再拆卸装置,避免污染空气。(4)尾气吸收时,用NaOH溶液吸收Cl2,不能用澄清石灰水吸收,因为澄清石灰水中含Ca(OH)2的量少,吸收不完全。
自我诊断1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)将Cl2与HCl的混合气体通过饱和食盐水可得到纯净的Cl2。( )(2)为了减少制得的Cl2中HCl的含量,加热温度不宜过高,以减少HCl的挥发。( )(3)除去Cl2中少量的HCl气体,可用饱和食盐水,也可用饱和碳酸氢钠溶液。( )(4)过量浓盐酸与一定量的二氧化锰反应,MnO2能完全反应。( )(5)检验氯气可用湿润的淀粉碘化钾试纸。( )
答案 (1)× (2)√ (3)× (4)√ (5)√
2.某科研小组对实验室制取氯气的装置进行改进,根据装置回答相关问题。(1)制备装置:
①用KMnO4代替MnO2,常温下即可反应,故不需要 ,反应原理为 。 ②图中橡皮管a的作用是使 , 便于分液漏斗中的液体流下。
①拓展装置中长颈漏斗的作用除用于检查装置气密性外,还可以检查整套装置是否发生堵塞。若发生堵塞时的现象可能为 。 ②拓展装置还可以观察气体的生成速率。
答案 (1)①加热 2KMnO4+16HCl(浓) ==2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O ②分液漏斗和圆底烧瓶中的气压相等 (2)①长颈漏斗中的液面会迅速上升
考向 氯气的制备与性质探究【典例】 (2020全国3,26)氯可形成多种含氧酸盐,广泛应用于杀菌、消毒及化工领域。实验室中利用下图装置(部分装置省略)制备KClO3和NaClO,探究其氧化还原性质。
回答下列问题:(1)盛放MnO2粉末的仪器名称是 ,a中的试剂为 。 (2)b中采用的加热方式是 。c中化学反应的离子方程式是 ,采用冰水浴冷却的目的是 。 (3)d的作用是 ,可选用试剂 (填标号)。 A.Na2S (OH)2D.H2SO4
(4)反应结束后,取出b中试管,经冷却结晶, , ,干燥,得到KClO3晶体。 (5)取少量KClO3和NaClO溶液分别置于1号和2号试管中,滴加中性KI溶液。1 号试管溶液颜色不变。2号试管溶液变为棕色,加入CCl4振荡,静置后CCl4层显 色。可知该条件下KClO3的氧化能力 (填“大于”或“小于”)NaClO。
答案 (1)圆底烧瓶 饱和食盐水(2)水浴加热 Cl2+2OH-==Cl-+ClO-+H2O 避免生成NaClO3(3)吸收尾气(Cl2) AC(4)过滤 少量(冷)水洗涤(5)紫 小于
解析 实验装置分析:整套装置的最左端为氯气的发生装置,利用二氧化锰固体和浓盐酸在加热条件下制取氯气,由于盐酸有挥发性,导致氯气中含有杂质HCl和水蒸气。其中,氯气中的杂质HCl气体会影响后面KClO3和NaClO的制备,故需要用饱和食盐水(a中盛放试剂)除去氯气中的HCl杂质。b为氯气与KOH溶液在加热条件下制取KClO3的装置,发生的反应为3Cl2+6KOH KClO3+5KCl+3H2O。c为氯气与NaOH溶液在较低温度下制取NaClO的装置,发生的反应为Cl2+2NaOH==NaCl+NaClO+H2O。d为尾气的吸收装置,可防止污染环境,吸收氯气可用还原性物质或碱性溶液。(2)b中采用的是水浴加热方法。c装置中反应的离子方程式为Cl2+2OH-==Cl-+ClO-+H2O,c中采用冰水浴的目的是防止温度较高时氯气和NaOH溶液反应生成NaClO3。
(3)d装置中应盛放还原性物质或碱性物质,故符合条件的试剂为A、C。(4)从溶液中获得晶体可采用的实验步骤为:冷却结晶→过滤→洗涤(少量冷水)→干燥。(5)1号试管中的KClO3溶液不能将I-氧化为单质I2,而2号试管中的NaClO溶液可将I-氧化为I2,故在此条件下氧化性:KClO3小于NaClO。四氯化碳萃取出碘水中的I2后,静置一段时间可观察到液体分为两层,由于四氯化碳的密度大于水的密度,则碘的四氯化碳溶液在下层,呈紫色。
归纳总结氯气制备与性质探究实验的典型装置
对点演练(2020山东泰安第四中学期中)如图是某研究性学习小组设计制取氯气并以氯气为反应物进行特定反应的装置。
(1)要将C装置接入B和D之间,正确的接法是a→ → → 。 (2)连接好装置,实验开始先点燃A处的酒精灯,打开旋塞K,让Cl2充满整个装置,再点燃D处的酒精灯。Cl2通过C装置后进入D,D装置内盛有炭粉,发生氧化还原反应,生成CO2和HCl(g),发生反应的化学方程式为 。 (3)D处反应完毕后,关闭旋塞K,移去两个酒精灯,由于余热的作用,A中仍有少量Cl2产生,此时B中的现象是 ,B的作用是 。
(4)用量筒量取20 mL E装置中的溶液,倒入已检查完气密性良好的分液漏斗中,然后再注入10 mL CCl4,盖好玻璃塞,振荡,静置于铁架台上(如图,铁架台省略),等分层后取上层液体和下层液体,呈黄绿色的是 (填“上层液体”或“下层液体”,下同),再装入如图所示的烧杯中,能使有色布条褪色的是 。
(5)在A、B、C、D、E装置中有一处需要改进,说明需要改进的理由并在方框中画出改进后的装置图: 。
答案 (1)c b d (2)2Cl2+C+2H2O 4HCl+CO2 (3)瓶中液面下降,长颈漏斗内液面上升 贮存少量Cl2,避免Cl2造成污染 (4)下层液体 上层液体 (5)D中反应生成的HCl气体极易溶于水,易使E装置中的溶液发生倒吸,改进后的E装置如图所示:
解析 (1)由装置图判断,气体由B流经C进入到D中反应,气体通过盛有水的试管时应长进短出,否则不能通过C装置,检验装置气密性时,可利用微热或加入水的方式形成压强差,观察长颈漏斗液面的变化来判断气密性,具体操作有两种方法:一是关闭K和A中分液漏斗的活塞,微热圆底烧瓶,B中长颈漏斗内液面升高,停止加热后,长颈漏斗液面恢复至原位,则A、B气密性良好;二是关闭K和A中分液漏斗的活塞,往长颈漏斗中不断加水至没过长颈漏斗下端管口,若B中长颈漏斗内液面升高,且静置一段时间后高度保持不变,则A、B气密性良好,要将C装置接入B和D之间,正确的接法是a→c→b→d。(2)由题意可知D装置中是Cl2、C和H2O反应生成HCl和CO2,则该反应的化学方程式为2Cl2+C+2H2O 4HCl+CO2。
(3)关闭旋塞K,移去两个酒精灯,由于余热的作用,A处仍有少量Cl2产生,B中的气体逐渐增多,压强增大,则导致瓶中液面下降,长颈漏斗内液面上升,氯气有毒,不能直接排放到空气中,B可贮存少量氯气,并能防止空气污染。(4)氯气在CCl4中的溶解度大于在H2O中的溶解度,CCl4的密度比水大,分层后上层为水层,其中含有次氯酸,下层为CCl4层,CCl4层溶有氯气呈黄绿色,水层中含有盐酸和次氯酸,次氯酸具有强氧化性,可使有色布条褪色。(5)D中反应生成的HCl气体极易溶于水,易使E装置中的溶液发生倒吸,改进后的E装置应为
深度指津 氯气制取装置的创新考查
知识梳理1.卤族元素(1)卤素单质的相似性。①都能与大多数金属反应:
2Fe+3Br2 Fe+I2
②都能与H2反应:H2+X2 ③与水反应:X2+H2O (F2除外) ④与碱液(如NaOH溶液)反应:X2+2NaOH== (F2除外)
NaX+NaXO+H2O
(2)卤素单质的递变性。
(3)卤素单质性质的特殊性。①Br2是常温下唯一呈液态的非金属单质;液溴易挥发且有毒,保存时通常用水液封。②I2易升华,淀粉遇I2变蓝色。③Br2和I2都可被某些有机溶剂(如四氯化碳、苯等)萃取。④氟元素无正价,F2与H2O发生置换反应生成O2:2F2+2H2O==4HF+O2。⑤F2不能从NaX水溶液中置换出X2(X代表Cl、Br、I)。
微点拨 (1)一般情况下,卤族元素单质能将同主族原子序数比其大的元素从其盐溶液中置换出来,但氟不能进行相应的置换,原因是F2能与水发生剧烈反应。(2)卤族元素的单质Cl2、Br2均能将Fe氧化为Fe3+,而I2只能将铁氧化为Fe2+。(3)卤素氢化物的两大性质:①酸性:HF是弱酸,HCl、HBr、HI是强酸。②沸点:HCl
(2)置换——萃取法。
(3)氧化——淀粉法检验I-。
3.海水资源的综合利用(1)氯碱工业。工艺流程:
产物及其用途:阴极产物是NaOH和H2,阳极产物是Cl2。产物可用于冶炼金属、制备盐酸、纯碱、农药和漂白剂等。
(2)海水提取溴。工艺流程:
步骤及主要反应:①浓缩:海水晒盐和海水淡化的过程中Br-得到浓缩。②氧化:向浓缩的海水中通入Cl2,将Br-氧化为Br2,反应的离子方程式为 。 ③富集:利用溴的挥发性,通入热空气或水蒸气,将吹出的溴蒸气用SO2吸收。反应的化学方程式为 。
Cl2+2Br-==Br2+2Cl-
Br2+SO2+2H2O==2HBr+H2SO4
(3)从海藻中提取碘。工艺流程:
发生反应的化学方程式: 。
Cl2+2I-==I2+2Cl-
(4)从海水中提取镁。①工艺流程。
②基本步骤及主要反应。
CaCO3 CaO+CO2↑
Mg(OH)2+2HCl==MgCl2+2H2O
MgCl2(熔融) Mg+Cl2↑
微点拨 (1)由MgCl2·6H2O到无水MgCl2,必须在HCl气流中加热,以抑制MgCl2水解。(2)因镁在高温下能与O2、N2、CO2等气体发生反应,故工业上电解MgCl2得到的镁应在H2氛围中冷却。
4.【实验活动】用化学沉淀法去除粗盐中的杂质离子【实验目的】(1)用化学沉淀法去除粗盐中的Ca2+、Mg2+和S 。(2)熟练掌握溶解、过滤、蒸发等操作,认识化学方法在物质分离和提纯中的重要作用。
【实验用品】托盘天平、药匙、量筒、烧杯、玻璃棒、胶头滴管、漏斗、滤纸、蒸发皿、坩埚钳、铁架台(带铁圈)、石棉网(或陶土网)、酒精灯、火柴。粗盐、蒸馏水、0.1 ml·L-1 BaCl2溶液、20% NaOH溶液、饱和Na2CO3溶液、6 ml·L-1盐酸、pH试纸。
【实验步骤】(1)溶解:用托盘天平称取5 g粗盐,放入100 mL烧杯中,然后加入20 mL水,用玻璃棒搅拌,使粗盐全部溶解,得到粗盐水。
(5)用与(3)中类似的方法检验Mg2+、Ca2+和Ba2+是否沉淀完全。(6)将烧杯静置,然后过滤除去生成的沉淀和不溶性杂质。
(7)向所得滤液中滴加盐酸,用玻璃棒搅拌,直到没有气泡冒出,并用pH试纸检验,使滤液呈中性或微酸性。发生反应的化学方程式为NaOH+HCl==NaCl+H2O、Na2CO3+2HCl==2NaCl+H2O+CO2↑。(8)蒸发结晶:将滤液倒入蒸发皿中,用酒精灯加热,同时用玻璃棒不断搅拌溶液。当蒸发皿中出现较多固体时,停止加热,利用蒸发皿的余热使滤液蒸干。(9)用坩埚钳将蒸发皿夹持到石棉网(或陶土网)上冷却,得到去除了杂质离子的精盐。
【问题和讨论】(1)本实验中加入试剂的顺序是什么?按照其他顺序加入试剂能否达到同样的目的?
提示 本实验中加入除杂试剂的顺序是:BaCl2→NaOH→Na2CO3→HCl。还有两种试剂加入顺序,也能达到同样的目的:①BaCl2→Na2CO3→NaOH→HCl;②NaOH→BaCl2→Na2CO3→HCl。
(2)为什么每次所加的试剂都要略微过量?最后加入盐酸的目的是什么?(3)本实验中第(6)步和第(7)步的操作顺序能否颠倒?为什么?
提示 BaCl2过量,确保硫酸根被除尽;NaOH过量,确保镁离子被除尽;Na2CO3过量,确保钙离子和前面过量的钡离子被除尽。加入盐酸是为了中和过量的氢氧根离子和过量的碳酸根离子,这样就不引进杂质了。
提示 不能。因为先加入盐酸会导致前面生成的碳酸钡、碳酸钙及氢氧化镁沉淀溶解。
自我诊断1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)用CCl4萃取碘水中的碘,先振荡,后静置,液体分层,下层呈无色。( )(2)实验室保存少量液溴时常加少量水液封,并用玻璃塞密封,不能用橡胶塞。( )(3)类比Fe与Cl2的反应可知,Fe与I2反应的产物为FeI3。( )(4)碘原子半径大于溴原子,HI比HBr热稳定性强。( )(5)可以用淀粉溶液检验加碘食盐中的KIO3。( )(6)浓硫酸不能用于干燥HBr、HI。( )
答案 (1)× (2)√ (3)× (4)× (5)× (6)√
2.(2020安徽亳州涡阳育萃高级中学开学考试)下列关于卤族元素的比较中,不正确的是( )A.卤族元素的原子半径:FHCl>HBr>HI
考向1 卤族元素的性质及卤离子的检验【典例1】 (2020山东德州期末)I-具有还原性,含碘食盐中的碘元素主要以KIO3的形式存在,I-、I2、I 在一定条件下可发生如图转化关系,下列说法不正确的是( )
A.用淀粉-KI试纸和食醋可检验食盐是否加碘B.由图可知氧化性的强弱顺序为I >Cl2>I2C.生产等量的碘,途径Ⅰ和途径Ⅱ转移电子数目之比为1∶5D.途径Ⅲ反应的离子方程式:3Cl2+I-+3H2O==6Cl-+I +6H+
解析 KIO3、KI在酸性条件下能发生氧化还原反应生成I2,淀粉溶液遇I2变为蓝色,因此可以用淀粉-KI试纸和食醋可检验食盐是否加碘,A正确;由途径Ⅰ可知氧化性:Cl2>I2,由途径Ⅱ可知氧化性:I >I2,由途径Ⅲ可知氧化性:Cl2>I ,故物质氧化性由强到弱的顺序为Cl2>I >I2,B错误;假设反应产生1 ml I2,途径Ⅰ转移2 ml电子,途径Ⅱ转移10 ml电子,因此生产等量的碘,途径Ⅰ和途径Ⅱ转移电子数目之比为2∶10=1∶5,C正确;途径Ⅲ中,Cl2把I-氧化为I ,Cl2被还原为Cl-,根据电子守恒、电荷守恒、原子守恒,可得反应的离子方程式为3Cl2+I-+3H2O==6Cl-+I +6H+,D正确。
对点演练1(2020四川射洪县射洪中学月考)下列说法正确的是( )A.向FeBr2溶液中通入少量Cl2,发生反应的离子方程式为2Br-+Cl2==Br2+2Cl-B.向含碘化钾的淀粉溶液中滴加FeCl3溶液,溶液变蓝C.某溶液中含有Fe2+、Cl-、I-,为了除去I-而不减少其他离子,可通入过量氯气D.向含有NaBr、NaI的溶液中通入适量氯气,充分作用后,将溶液蒸干、灼烧,可能得到NaCl和NaI的固体混合物
解析 向FeBr2溶液中通入少量Cl2,因为亚铁离子还原性强于溴离子,氯气应该先和还原性强的亚铁离子反应,故A不正确;向含碘化钾的淀粉溶液中滴加FeCl3溶液,因为铁离子与碘离子反应生成碘单质和亚铁离子,所以溶液变蓝,故B正确;通入过量氯气既可以把碘离子氧化为碘单质,也可以将亚铁离子氧化为铁离子,故C不正确;向含有NaBr和NaI的混合溶液中通入适量氯气,因为碘离子还原性比溴离子强,所以先发生反应2NaI+Cl2==2NaCl+I2,碘离子反应完再发生反应2NaBr+Cl2==2NaCl+Br2,充分作用后,将溶液蒸干、灼烧,不可能得到NaCl和NaI的固体混合物,故D不正确。
考向2 海水资源的综合利用【典例2】 (2020四川成都龙泉第二中学月考)查阅资料知:Br2的沸点为58.8 ℃,密度为3.119 g·cm-3,微溶于水,有毒。Ⅰ.(1)常温下,溴单质通常呈 态,保存时通常在盛溴的试剂瓶中加入少量 。 Ⅱ.工业生产中,海水提取溴常用热空气吹出法。其生产流程如下:
某化学实验小组模拟该法设计了如下实验装置(夹持装置略去)从浓缩的海水中提取液溴。实验步骤如下:①关闭活塞b、d,打开活塞a、c,向A中缓慢通入Cl2至反应结束;②关闭活塞a、c,打开活塞b、d,向A中鼓入足量热空气;③关闭活塞b,打开活塞a,再通过A向B中通入足量的Cl2;④将B中所得液体进行蒸馏,收集液溴。
(2)当观察到A中液面上方出现 (实验现象)时即可判断步骤①中反应已经结束。 (3)X试剂可以是 (填字母,下同),尾气处理选用 。 a.H2Ob.饱和食盐水c.NaOH溶液d.饱和Na2SO3溶液B中X试剂发生反应的离子方程式为 。
(4)蒸馏时应该选择 (填序号),操作中应控制的关键实验条件为 。
Ⅲ.该实验小组利用制得的单质溴研究H2与Br2生成HBr的反应,实验装置如下:
(5)E装置可用来检验反应产物HBr,则D装置的作用是 。若要检验E中收集的HBr,图示装置检验HBr还不够完善,请结合原有实验装置予以改进: 。
答案 (1)液 水 (2)黄绿色
(4)①③⑤⑥⑦ 控制温度在59 ℃(或58.8 ℃)(5)除去未反应完的溴蒸气 在D与E之间增加一个盛有CCl4的洗气装置
解析 Ⅰ.(1)溴单质在常温下为液态,液溴易挥发,密度大于水,微溶于水,所以保存时通常在盛溴的试剂瓶中加入少量水进行水封。Ⅱ.(2)氯气与溴离子反应生成溴单质,当反应完成时,多余氯气逸出,使A中液面上方出现黄绿色。(3)Br2能与Na2SO3反应生成Br-,可以用饱和Na2SO3溶液吸收溴;溴蒸气、氯气都有毒,可用NaOH溶液吸收。(4)蒸馏操作的主要仪器是:带铁圈的铁架台,酒精灯,石棉网,蒸馏烧瓶,温度计,冷凝管,牛角管,锥形瓶,所以选择的仪器有:①③⑤⑥⑦;蒸馏实验依据液体的沸点不同分离物质,所以实验中应控制的关键实验条件为温度,Br2的沸点为58.8 ℃,则应该控制温度在59 ℃(或58.8 ℃)。Ⅲ.(5)生成的溴化氢中混有溴蒸气,由于溴的沸点较低,通过装置D可以除去溴化氢中的溴蒸气;由于装置D无法完全除去溴化氢中的溴单质,所以该方案不够完善,应该在D与E之间增加一个盛有CCl4的洗气装置,确保将溴化氢中的溴完全除去。
方法技巧 从海水中提取物质的思路海水中提取溴和碘的反应都是将其-1价离子氧化成单质。在工业实际生产中,最主要的问题是如何将大量海水中分布的元素富集起来。溴的制取一般是氧化→吹出→吸收→再氧化的路线,碘一般是由海带提取,主要过程是灼烧→溶解→过滤→氧化→萃取的路线。
对点演练2(2020湖南衡阳第八中学月考)实验室模拟工业漂白液(有效成分为NaClO)脱除废水中氨氮(NH3)的流程如下:
下列分析不正确的是( )A.①中采用蒸馏的方法精制粗盐水B.②中阳极的主要电极反应:2Cl-―2e-==Cl2↑C.③中制备漂白液的反应的离子方程式为Cl2+2OH-==Cl-+ClO-+H2OD.②③④中均发生了氧化还原反应
答案 A 解析 ①中采用蒸馏只能得到蒸馏水,得不到精制盐水,要得到精制盐水需要使用化学方法除去其中的杂质,A错误;阳极发生氧化反应,②中阳极的主要电极反应为2Cl-―2e-==Cl2↑,B正确;生成的氯气与氢氧化钠反应生成次氯酸钠,③中制备漂白液的反应的离子方程式为Cl2+2OH-==Cl-+ClO-+H2O,C正确;②中电解氯化钠溶液生成氢气和氯气以及氢氧化钠、③中氯气与氢氧化钠反应生成氯化钠和次氯酸钠、④中次氯酸钠与氨气反应生成氮气和氯化钠,均存在元素化合价的变化,均发生了氧化还原反应,D正确。
1.特殊的颜色:Cl2——黄绿色气体;Br2——红棕色液体;I2——紫黑色固体2.特殊的成分:新制氯水中含三种分子(Cl2、HClO、H2O)、四种离子(Cl-、ClO-、H+、OH-)
3.X-(卤素离子)的检验
4.气体制备的4个装置(1)制气;(2)净化;(3)收集;(4)尾气吸收5.必记的5个反应
(1)Cl2+H2O HCl+HClO(2)2Cl2+2Ca(OH)2CaCl2+Ca(ClO)2+2==H2O(3)Ca(ClO)2+H2O+CO2==CaCO3↓+2HClO(4)Cl2+SO2+2H2O==H2SO4+2HCl(5)MnO2+4HCl(浓) MnCl2+Cl2↑+2H2O
知识梳理1.氯气的物理性质
2.氯气的化学性质写出反应的化学方程式和相应现象,指出Cl2在反应中表现氧化性还是还原性。
微点拨 Cl2具有强氧化性,与变价金属反应时均生成高价态的金属氯化物,如FeCl2不能由Fe与Cl2发生化合反应而生成。
3.氯水的成分与性质(1)氯水的成分。氯水性质的多重性:新制氯水的多种成分决定了它具有多重性质,在不同的化学反应中,氯水中参与反应的微粒可能不同。
(2)氯水的性质分析。
(3)氯水性质的探究实验。
微点拨 (1)干燥的Cl2没有漂白性,但Cl2能使湿润的有色布条褪色,起漂白作用的是HClO,故不能用pH试纸测量氯水的pH。(2)1 ml Cl2与强碱溶液完全反应转移电子数为NA,而把1 ml Cl2充入水中反应转移的电子数小于NA(可逆反应)。
4.氯的重要化合物(1)次氯酸(HClO)。
①不稳定性。次氯酸见光分解反应的化学方程式为 。 ②强氧化性。能使某些染料和有机色素褪色,可用作棉、麻和纸张的漂白剂;可用于自来水的杀菌、消毒。
③弱酸性。向NaClO溶液中通入少量CO2,发生反应的离子方程式为 。向NaClO溶液中通入CO2(不论是少量还是过量),均生成HC 和HClO。原因是酸性:H2CO3>HClO>HC 。
2HClO 2HCl+O2↑
(2)次氯酸盐。①漂白液。
微点拨 ①向Ca(ClO)2溶液中通入SO2生成的是CaSO4而不是CaSO3。②次氯酸盐(含ClO-)不论是在酸性、碱性还是中性条件下,均具有强氧化性,均能氧化I-、Fe2+、S 、S2-等还原性离子。
自我诊断1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)过量的铁粉在少量氯气中加热,充分反应后产物为FeCl2。( )(2)标准状况下,11.2 L Cl2充入水中,反应转移的电子数为0.5 NA。( )(3)Cl2能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝,说明Cl2具有氧化性。( )(4)氯气用作水的杀菌消毒剂时没有发生化学变化。( )(5)新制取的漂白粉是混合物。( )
答案 (1)× (2)× (3)√ (4)× (5)√
2.(双选)(2020江苏启东期中)碘酸钾(KIO3)是重要的食品添加剂,某化学兴趣小组查阅资料得知,HIO3与KIO3均为白色固体,能溶于水,难溶于部分有机溶剂,且KIO3在碱性条件下易被ClO-氧化为KIO4,于是设计了以下路线制备碘酸钾。下列有关说法正确的是( )
A.浓盐酸在反应中体现了氧化性B.加入CCl4目的是萃取I2C.加入KOH前,应先对原溶液加热煮沸D.系列操作包括:加入乙醇溶液、搅拌、静置、过滤、洗涤、干燥
考向1 氯及其化合物的性质【典例1】 (2020全国2,26)化学工业为疫情防控提供了强有力的物质支撑。氯的许多化合物既是重要化工原料,又是高效、广谱的灭菌消毒剂。回答下列问题:(1)氯气是制备系列含氯化合物的主要原料,可采用如图(a)所示的装置来制取。装置中的离子膜只允许 离子通过,氯气的逸出口是 (填标号)。
(2)次氯酸为一元弱酸,具有漂白和杀菌作用,其电离平衡体系中各成分的组成分数δ[δ(X)= ,X为HClO或ClO-]与pH的关系如图(b)所示。HClO的电离常数Ka值为 。 (3)Cl2O为淡棕黄色气体,是次氯酸的酸酐,可由新制的HgO和Cl2反应来制备,该反应为歧化反应(氧化剂和还原剂为同一种物质的反应)。上述制备Cl2O的化学方程式为 。
(4)ClO2常温下为黄色气体,易溶于水,其水溶液是一种广谱杀菌剂。一种有效成分为NaClO2、NaHSO4、NaHCO3的“二氧化氯泡腾片”,能快速溶于水,溢出大量气泡,得到ClO2溶液。上述过程中,生成ClO2的反应属于歧化反应,每生成1 ml ClO2消耗NaClO2的量为 ml;产生“气泡”的化学方程式为 。 (5)“84消毒液”的有效成分为NaClO,不可与酸性清洁剂混用的原因是 (用离子方程式表示)。工业上是将氯气通入到30%的NaOH溶液中来制备NaClO溶液,若NaClO溶液中NaOH的质量分数为1%,则生产1 000 kg该溶液需消耗氯气的质量为 kg(保留整数)。
答案 (1)Na+ a(2)10-7.5(3)2Cl2+HgO==HgCl2+Cl2O(4)1.25 NaHCO3+NaHSO4==CO2↑+Na2SO4+H2O(5)ClO-+Cl-+2H+==Cl2↑+H2O 203
解析 (1)图(a)左侧电极为阳极,精制盐水中Cl-在阳极放电:2Cl--2e-==Cl2↑,故Cl2从a口逸出,Na+通过离子交换膜进入阴极。(2)次氯酸的电离常数表达式Ka= ,图(b)中δ(HClO)=δ(ClO-)时,对应溶液的pH为7.5,所以Ka=c(H+)=10-7.5。(3)Cl2→Cl2O的过程中氯元素的化合价升高,由于Cl2与HgO的反应是歧化反应,则Cl2既是氧化剂又是还原剂,反应还应生成HgCl2,结合得失电子守恒配平反应的化学方程式为2Cl2+HgO==HgCl2+Cl2O。
(4)由于题述生成ClO2的反应属于歧化反应,则酸性条件下生成ClO2的同时,应有NaCl生成,配平反应的离子方程式为5Cl +4H+==4ClO2+Cl-+2H2O。生成1 ml ClO2则消耗1.25 ml NaClO2。同时NaHSO4与NaHCO3反应会产生CO2:NaHCO3+NaHSO4==CO2↑+Na2SO4+H2O。(5)酸性条件下ClO-与Cl-发生归中反应:ClO-+Cl-+2H+==Cl2↑+H2O。设原30%的NaOH溶液的质量为x,结合反应2NaOH+Cl2==NaCl+NaClO+H2O,可得方程:
解得x=796.74 kg,则消耗Cl2为1 000 kg-796.74 kg=203.26 kg≈203 kg。
易错警示 (1)Cl2可使湿润的有色布条褪色,不能使干燥的有色布条褪色,说明Cl2没有漂白性,而是HClO有漂白作用。Cl2可使湿润的石蕊试纸先变红后褪色,原因是Cl2与水反应生成的酸使石蕊先变红,HClO使变色后的石蕊褪色。(2)工业制取漂白粉是用氯气与石灰乳反应,而不是用氯气与石灰水反应。(3)ClO-不论是在酸性还是碱性条件下都能跟亚铁盐、碘化物、硫化物、亚硫酸盐等发生氧化还原反应,即ClO-与I-、Fe2+、S2-、S 不论是在酸性环境还是在碱性环境中均不能大量共存。
对点演练1(2020上海奉贤一模)下图所示是验证氯气性质的微型实验,a、b、c、d、e是浸有相关溶液的滤纸。向KMnO4晶体滴加一滴浓盐酸后,立即用另一培养皿扣在上面。已知2KMnO4+16HCl==2KCl+5Cl2↑+2MnCl2+8H2O
对实验现象的“解释或结论”正确的是( )
答案 B 解析 a处变蓝,b处变红棕色,说明Cl2分别与KI、NaBr反应生成I2、Br2,可证明氧化性:Cl2>I2,Cl2>Br2,无法证明I2与Br2之间氧化性的强弱,A项错误;c处先变红,说明氯气与水生成酸性物质,后褪色,则证明氯气与水生成具有漂白性物质,B项正确;d处立即褪色,也可能是氯气与水生成酸性物质中和了NaOH或Cl2与NaOH反应消耗了NaOH,C项错误;e处变红色说明Cl2将Fe2+氧化为Fe3+,证明氧化性Cl2>F ,D项错误。
考向2 氯水的多重性质及应用【典例2】 (2020湖南张家界月考)在探究新制氯水成分及性质的实验中,依据下列方法和现象,不能得出相应结论的是( )
答案 B 解析 氯气为黄绿色气体,氯水呈浅黄绿色是因为溶解了氯气,A正确;向饱和NaHCO3溶液中加入足量氯水,有无色气体产生,是因为HC 与氯水中的H+发生反应生成水和二氧化碳,B错误;红色纸条褪色,说明氯水具有漂白性,C正确;向FeCl2溶液中滴加氯水,溶液变成黄色,是因为发生反应2FeCl2+Cl2==2FeCl3,说明氯水具有氧化性,D正确。
归纳总结 氯水中的平衡(Cl2+H2O HCl+HClO)移动及应用
对点演练2(2020山大附中模块诊断)在新制饱和氯水中,若只改变某一条件,下列叙述正确的是( )
A.通入少量氯气, 减小B.通入少量SO2,溶液漂白性增强C.加入少量的碳酸钠粉末,pH增大,溶液漂白性增强D.光照过程中,有气泡冒出,溶液的pH增大
答案 C 解析 在新制饱和氯水中,再通入少量氯气,由于此时已经为饱和溶液,所以氢离子和次氯酸根离子浓度的比值不变,故A错误;氯气和二氧化硫在水溶液中会发生反应生成硫酸和盐酸,硫酸与盐酸不具有漂白性,因此反应后的溶液漂白性会逐渐减弱甚至消失,B错误;加入少量的碳酸钠粉末,Na2CO3与溶液中的HCl发生反应,溶液中c(H+)降低,使平衡Cl2+H2O HCl+HClO向正反应方向移动,当达到平衡后,溶液中氢离子浓度减小,次氯酸浓度增加,pH增大,溶液漂白性增强,C正确;光照下,次氯酸易分解为盐酸和氧气,溶液酸性增强,pH减小,D项错误。
微点拨 实验室用MnO2和浓盐酸反应制取Cl2时应注意以下四点(1)反应物的选择:必须用浓盐酸,稀盐酸与MnO2不反应,且随着反应的进行,浓盐酸变为稀盐酸时,反应停止,故盐酸中的HCl不可能全部参加反应。(2)加热时的温度:不宜过高,以减少HCl的挥发。(3)实验结束后,先使反应停止并排出残留的Cl2后,再拆卸装置,避免污染空气。(4)尾气吸收时,用NaOH溶液吸收Cl2,不能用澄清石灰水吸收,因为澄清石灰水中含Ca(OH)2的量少,吸收不完全。
自我诊断1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)将Cl2与HCl的混合气体通过饱和食盐水可得到纯净的Cl2。( )(2)为了减少制得的Cl2中HCl的含量,加热温度不宜过高,以减少HCl的挥发。( )(3)除去Cl2中少量的HCl气体,可用饱和食盐水,也可用饱和碳酸氢钠溶液。( )(4)过量浓盐酸与一定量的二氧化锰反应,MnO2能完全反应。( )(5)检验氯气可用湿润的淀粉碘化钾试纸。( )
答案 (1)× (2)√ (3)× (4)√ (5)√
2.某科研小组对实验室制取氯气的装置进行改进,根据装置回答相关问题。(1)制备装置:
①用KMnO4代替MnO2,常温下即可反应,故不需要 ,反应原理为 。 ②图中橡皮管a的作用是使 , 便于分液漏斗中的液体流下。
①拓展装置中长颈漏斗的作用除用于检查装置气密性外,还可以检查整套装置是否发生堵塞。若发生堵塞时的现象可能为 。 ②拓展装置还可以观察气体的生成速率。
答案 (1)①加热 2KMnO4+16HCl(浓) ==2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O ②分液漏斗和圆底烧瓶中的气压相等 (2)①长颈漏斗中的液面会迅速上升
考向 氯气的制备与性质探究【典例】 (2020全国3,26)氯可形成多种含氧酸盐,广泛应用于杀菌、消毒及化工领域。实验室中利用下图装置(部分装置省略)制备KClO3和NaClO,探究其氧化还原性质。
回答下列问题:(1)盛放MnO2粉末的仪器名称是 ,a中的试剂为 。 (2)b中采用的加热方式是 。c中化学反应的离子方程式是 ,采用冰水浴冷却的目的是 。 (3)d的作用是 ,可选用试剂 (填标号)。 A.Na2S (OH)2D.H2SO4
(4)反应结束后,取出b中试管,经冷却结晶, , ,干燥,得到KClO3晶体。 (5)取少量KClO3和NaClO溶液分别置于1号和2号试管中,滴加中性KI溶液。1 号试管溶液颜色不变。2号试管溶液变为棕色,加入CCl4振荡,静置后CCl4层显 色。可知该条件下KClO3的氧化能力 (填“大于”或“小于”)NaClO。
答案 (1)圆底烧瓶 饱和食盐水(2)水浴加热 Cl2+2OH-==Cl-+ClO-+H2O 避免生成NaClO3(3)吸收尾气(Cl2) AC(4)过滤 少量(冷)水洗涤(5)紫 小于
解析 实验装置分析:整套装置的最左端为氯气的发生装置,利用二氧化锰固体和浓盐酸在加热条件下制取氯气,由于盐酸有挥发性,导致氯气中含有杂质HCl和水蒸气。其中,氯气中的杂质HCl气体会影响后面KClO3和NaClO的制备,故需要用饱和食盐水(a中盛放试剂)除去氯气中的HCl杂质。b为氯气与KOH溶液在加热条件下制取KClO3的装置,发生的反应为3Cl2+6KOH KClO3+5KCl+3H2O。c为氯气与NaOH溶液在较低温度下制取NaClO的装置,发生的反应为Cl2+2NaOH==NaCl+NaClO+H2O。d为尾气的吸收装置,可防止污染环境,吸收氯气可用还原性物质或碱性溶液。(2)b中采用的是水浴加热方法。c装置中反应的离子方程式为Cl2+2OH-==Cl-+ClO-+H2O,c中采用冰水浴的目的是防止温度较高时氯气和NaOH溶液反应生成NaClO3。
(3)d装置中应盛放还原性物质或碱性物质,故符合条件的试剂为A、C。(4)从溶液中获得晶体可采用的实验步骤为:冷却结晶→过滤→洗涤(少量冷水)→干燥。(5)1号试管中的KClO3溶液不能将I-氧化为单质I2,而2号试管中的NaClO溶液可将I-氧化为I2,故在此条件下氧化性:KClO3小于NaClO。四氯化碳萃取出碘水中的I2后,静置一段时间可观察到液体分为两层,由于四氯化碳的密度大于水的密度,则碘的四氯化碳溶液在下层,呈紫色。
归纳总结氯气制备与性质探究实验的典型装置
对点演练(2020山东泰安第四中学期中)如图是某研究性学习小组设计制取氯气并以氯气为反应物进行特定反应的装置。
(1)要将C装置接入B和D之间,正确的接法是a→ → → 。 (2)连接好装置,实验开始先点燃A处的酒精灯,打开旋塞K,让Cl2充满整个装置,再点燃D处的酒精灯。Cl2通过C装置后进入D,D装置内盛有炭粉,发生氧化还原反应,生成CO2和HCl(g),发生反应的化学方程式为 。 (3)D处反应完毕后,关闭旋塞K,移去两个酒精灯,由于余热的作用,A中仍有少量Cl2产生,此时B中的现象是 ,B的作用是 。
(4)用量筒量取20 mL E装置中的溶液,倒入已检查完气密性良好的分液漏斗中,然后再注入10 mL CCl4,盖好玻璃塞,振荡,静置于铁架台上(如图,铁架台省略),等分层后取上层液体和下层液体,呈黄绿色的是 (填“上层液体”或“下层液体”,下同),再装入如图所示的烧杯中,能使有色布条褪色的是 。
(5)在A、B、C、D、E装置中有一处需要改进,说明需要改进的理由并在方框中画出改进后的装置图: 。
答案 (1)c b d (2)2Cl2+C+2H2O 4HCl+CO2 (3)瓶中液面下降,长颈漏斗内液面上升 贮存少量Cl2,避免Cl2造成污染 (4)下层液体 上层液体 (5)D中反应生成的HCl气体极易溶于水,易使E装置中的溶液发生倒吸,改进后的E装置如图所示:
解析 (1)由装置图判断,气体由B流经C进入到D中反应,气体通过盛有水的试管时应长进短出,否则不能通过C装置,检验装置气密性时,可利用微热或加入水的方式形成压强差,观察长颈漏斗液面的变化来判断气密性,具体操作有两种方法:一是关闭K和A中分液漏斗的活塞,微热圆底烧瓶,B中长颈漏斗内液面升高,停止加热后,长颈漏斗液面恢复至原位,则A、B气密性良好;二是关闭K和A中分液漏斗的活塞,往长颈漏斗中不断加水至没过长颈漏斗下端管口,若B中长颈漏斗内液面升高,且静置一段时间后高度保持不变,则A、B气密性良好,要将C装置接入B和D之间,正确的接法是a→c→b→d。(2)由题意可知D装置中是Cl2、C和H2O反应生成HCl和CO2,则该反应的化学方程式为2Cl2+C+2H2O 4HCl+CO2。
(3)关闭旋塞K,移去两个酒精灯,由于余热的作用,A处仍有少量Cl2产生,B中的气体逐渐增多,压强增大,则导致瓶中液面下降,长颈漏斗内液面上升,氯气有毒,不能直接排放到空气中,B可贮存少量氯气,并能防止空气污染。(4)氯气在CCl4中的溶解度大于在H2O中的溶解度,CCl4的密度比水大,分层后上层为水层,其中含有次氯酸,下层为CCl4层,CCl4层溶有氯气呈黄绿色,水层中含有盐酸和次氯酸,次氯酸具有强氧化性,可使有色布条褪色。(5)D中反应生成的HCl气体极易溶于水,易使E装置中的溶液发生倒吸,改进后的E装置应为
深度指津 氯气制取装置的创新考查
知识梳理1.卤族元素(1)卤素单质的相似性。①都能与大多数金属反应:
2Fe+3Br2 Fe+I2
②都能与H2反应:H2+X2 ③与水反应:X2+H2O (F2除外) ④与碱液(如NaOH溶液)反应:X2+2NaOH== (F2除外)
NaX+NaXO+H2O
(2)卤素单质的递变性。
(3)卤素单质性质的特殊性。①Br2是常温下唯一呈液态的非金属单质;液溴易挥发且有毒,保存时通常用水液封。②I2易升华,淀粉遇I2变蓝色。③Br2和I2都可被某些有机溶剂(如四氯化碳、苯等)萃取。④氟元素无正价,F2与H2O发生置换反应生成O2:2F2+2H2O==4HF+O2。⑤F2不能从NaX水溶液中置换出X2(X代表Cl、Br、I)。
微点拨 (1)一般情况下,卤族元素单质能将同主族原子序数比其大的元素从其盐溶液中置换出来,但氟不能进行相应的置换,原因是F2能与水发生剧烈反应。(2)卤族元素的单质Cl2、Br2均能将Fe氧化为Fe3+,而I2只能将铁氧化为Fe2+。(3)卤素氢化物的两大性质:①酸性:HF是弱酸,HCl、HBr、HI是强酸。②沸点:HCl
(2)置换——萃取法。
(3)氧化——淀粉法检验I-。
3.海水资源的综合利用(1)氯碱工业。工艺流程:
产物及其用途:阴极产物是NaOH和H2,阳极产物是Cl2。产物可用于冶炼金属、制备盐酸、纯碱、农药和漂白剂等。
(2)海水提取溴。工艺流程:
步骤及主要反应:①浓缩:海水晒盐和海水淡化的过程中Br-得到浓缩。②氧化:向浓缩的海水中通入Cl2,将Br-氧化为Br2,反应的离子方程式为 。 ③富集:利用溴的挥发性,通入热空气或水蒸气,将吹出的溴蒸气用SO2吸收。反应的化学方程式为 。
Cl2+2Br-==Br2+2Cl-
Br2+SO2+2H2O==2HBr+H2SO4
(3)从海藻中提取碘。工艺流程:
发生反应的化学方程式: 。
Cl2+2I-==I2+2Cl-
(4)从海水中提取镁。①工艺流程。
②基本步骤及主要反应。
CaCO3 CaO+CO2↑
Mg(OH)2+2HCl==MgCl2+2H2O
MgCl2(熔融) Mg+Cl2↑
微点拨 (1)由MgCl2·6H2O到无水MgCl2,必须在HCl气流中加热,以抑制MgCl2水解。(2)因镁在高温下能与O2、N2、CO2等气体发生反应,故工业上电解MgCl2得到的镁应在H2氛围中冷却。
4.【实验活动】用化学沉淀法去除粗盐中的杂质离子【实验目的】(1)用化学沉淀法去除粗盐中的Ca2+、Mg2+和S 。(2)熟练掌握溶解、过滤、蒸发等操作,认识化学方法在物质分离和提纯中的重要作用。
【实验用品】托盘天平、药匙、量筒、烧杯、玻璃棒、胶头滴管、漏斗、滤纸、蒸发皿、坩埚钳、铁架台(带铁圈)、石棉网(或陶土网)、酒精灯、火柴。粗盐、蒸馏水、0.1 ml·L-1 BaCl2溶液、20% NaOH溶液、饱和Na2CO3溶液、6 ml·L-1盐酸、pH试纸。
【实验步骤】(1)溶解:用托盘天平称取5 g粗盐,放入100 mL烧杯中,然后加入20 mL水,用玻璃棒搅拌,使粗盐全部溶解,得到粗盐水。
(5)用与(3)中类似的方法检验Mg2+、Ca2+和Ba2+是否沉淀完全。(6)将烧杯静置,然后过滤除去生成的沉淀和不溶性杂质。
(7)向所得滤液中滴加盐酸,用玻璃棒搅拌,直到没有气泡冒出,并用pH试纸检验,使滤液呈中性或微酸性。发生反应的化学方程式为NaOH+HCl==NaCl+H2O、Na2CO3+2HCl==2NaCl+H2O+CO2↑。(8)蒸发结晶:将滤液倒入蒸发皿中,用酒精灯加热,同时用玻璃棒不断搅拌溶液。当蒸发皿中出现较多固体时,停止加热,利用蒸发皿的余热使滤液蒸干。(9)用坩埚钳将蒸发皿夹持到石棉网(或陶土网)上冷却,得到去除了杂质离子的精盐。
【问题和讨论】(1)本实验中加入试剂的顺序是什么?按照其他顺序加入试剂能否达到同样的目的?
提示 本实验中加入除杂试剂的顺序是:BaCl2→NaOH→Na2CO3→HCl。还有两种试剂加入顺序,也能达到同样的目的:①BaCl2→Na2CO3→NaOH→HCl;②NaOH→BaCl2→Na2CO3→HCl。
(2)为什么每次所加的试剂都要略微过量?最后加入盐酸的目的是什么?(3)本实验中第(6)步和第(7)步的操作顺序能否颠倒?为什么?
提示 BaCl2过量,确保硫酸根被除尽;NaOH过量,确保镁离子被除尽;Na2CO3过量,确保钙离子和前面过量的钡离子被除尽。加入盐酸是为了中和过量的氢氧根离子和过量的碳酸根离子,这样就不引进杂质了。
提示 不能。因为先加入盐酸会导致前面生成的碳酸钡、碳酸钙及氢氧化镁沉淀溶解。
自我诊断1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)用CCl4萃取碘水中的碘,先振荡,后静置,液体分层,下层呈无色。( )(2)实验室保存少量液溴时常加少量水液封,并用玻璃塞密封,不能用橡胶塞。( )(3)类比Fe与Cl2的反应可知,Fe与I2反应的产物为FeI3。( )(4)碘原子半径大于溴原子,HI比HBr热稳定性强。( )(5)可以用淀粉溶液检验加碘食盐中的KIO3。( )(6)浓硫酸不能用于干燥HBr、HI。( )
答案 (1)× (2)√ (3)× (4)× (5)× (6)√
2.(2020安徽亳州涡阳育萃高级中学开学考试)下列关于卤族元素的比较中,不正确的是( )A.卤族元素的原子半径:F
考向1 卤族元素的性质及卤离子的检验【典例1】 (2020山东德州期末)I-具有还原性,含碘食盐中的碘元素主要以KIO3的形式存在,I-、I2、I 在一定条件下可发生如图转化关系,下列说法不正确的是( )
A.用淀粉-KI试纸和食醋可检验食盐是否加碘B.由图可知氧化性的强弱顺序为I >Cl2>I2C.生产等量的碘,途径Ⅰ和途径Ⅱ转移电子数目之比为1∶5D.途径Ⅲ反应的离子方程式:3Cl2+I-+3H2O==6Cl-+I +6H+
解析 KIO3、KI在酸性条件下能发生氧化还原反应生成I2,淀粉溶液遇I2变为蓝色,因此可以用淀粉-KI试纸和食醋可检验食盐是否加碘,A正确;由途径Ⅰ可知氧化性:Cl2>I2,由途径Ⅱ可知氧化性:I >I2,由途径Ⅲ可知氧化性:Cl2>I ,故物质氧化性由强到弱的顺序为Cl2>I >I2,B错误;假设反应产生1 ml I2,途径Ⅰ转移2 ml电子,途径Ⅱ转移10 ml电子,因此生产等量的碘,途径Ⅰ和途径Ⅱ转移电子数目之比为2∶10=1∶5,C正确;途径Ⅲ中,Cl2把I-氧化为I ,Cl2被还原为Cl-,根据电子守恒、电荷守恒、原子守恒,可得反应的离子方程式为3Cl2+I-+3H2O==6Cl-+I +6H+,D正确。
对点演练1(2020四川射洪县射洪中学月考)下列说法正确的是( )A.向FeBr2溶液中通入少量Cl2,发生反应的离子方程式为2Br-+Cl2==Br2+2Cl-B.向含碘化钾的淀粉溶液中滴加FeCl3溶液,溶液变蓝C.某溶液中含有Fe2+、Cl-、I-,为了除去I-而不减少其他离子,可通入过量氯气D.向含有NaBr、NaI的溶液中通入适量氯气,充分作用后,将溶液蒸干、灼烧,可能得到NaCl和NaI的固体混合物
解析 向FeBr2溶液中通入少量Cl2,因为亚铁离子还原性强于溴离子,氯气应该先和还原性强的亚铁离子反应,故A不正确;向含碘化钾的淀粉溶液中滴加FeCl3溶液,因为铁离子与碘离子反应生成碘单质和亚铁离子,所以溶液变蓝,故B正确;通入过量氯气既可以把碘离子氧化为碘单质,也可以将亚铁离子氧化为铁离子,故C不正确;向含有NaBr和NaI的混合溶液中通入适量氯气,因为碘离子还原性比溴离子强,所以先发生反应2NaI+Cl2==2NaCl+I2,碘离子反应完再发生反应2NaBr+Cl2==2NaCl+Br2,充分作用后,将溶液蒸干、灼烧,不可能得到NaCl和NaI的固体混合物,故D不正确。
考向2 海水资源的综合利用【典例2】 (2020四川成都龙泉第二中学月考)查阅资料知:Br2的沸点为58.8 ℃,密度为3.119 g·cm-3,微溶于水,有毒。Ⅰ.(1)常温下,溴单质通常呈 态,保存时通常在盛溴的试剂瓶中加入少量 。 Ⅱ.工业生产中,海水提取溴常用热空气吹出法。其生产流程如下:
某化学实验小组模拟该法设计了如下实验装置(夹持装置略去)从浓缩的海水中提取液溴。实验步骤如下:①关闭活塞b、d,打开活塞a、c,向A中缓慢通入Cl2至反应结束;②关闭活塞a、c,打开活塞b、d,向A中鼓入足量热空气;③关闭活塞b,打开活塞a,再通过A向B中通入足量的Cl2;④将B中所得液体进行蒸馏,收集液溴。
(2)当观察到A中液面上方出现 (实验现象)时即可判断步骤①中反应已经结束。 (3)X试剂可以是 (填字母,下同),尾气处理选用 。 a.H2Ob.饱和食盐水c.NaOH溶液d.饱和Na2SO3溶液B中X试剂发生反应的离子方程式为 。
(4)蒸馏时应该选择 (填序号),操作中应控制的关键实验条件为 。
Ⅲ.该实验小组利用制得的单质溴研究H2与Br2生成HBr的反应,实验装置如下:
(5)E装置可用来检验反应产物HBr,则D装置的作用是 。若要检验E中收集的HBr,图示装置检验HBr还不够完善,请结合原有实验装置予以改进: 。
答案 (1)液 水 (2)黄绿色
(4)①③⑤⑥⑦ 控制温度在59 ℃(或58.8 ℃)(5)除去未反应完的溴蒸气 在D与E之间增加一个盛有CCl4的洗气装置
解析 Ⅰ.(1)溴单质在常温下为液态,液溴易挥发,密度大于水,微溶于水,所以保存时通常在盛溴的试剂瓶中加入少量水进行水封。Ⅱ.(2)氯气与溴离子反应生成溴单质,当反应完成时,多余氯气逸出,使A中液面上方出现黄绿色。(3)Br2能与Na2SO3反应生成Br-,可以用饱和Na2SO3溶液吸收溴;溴蒸气、氯气都有毒,可用NaOH溶液吸收。(4)蒸馏操作的主要仪器是:带铁圈的铁架台,酒精灯,石棉网,蒸馏烧瓶,温度计,冷凝管,牛角管,锥形瓶,所以选择的仪器有:①③⑤⑥⑦;蒸馏实验依据液体的沸点不同分离物质,所以实验中应控制的关键实验条件为温度,Br2的沸点为58.8 ℃,则应该控制温度在59 ℃(或58.8 ℃)。Ⅲ.(5)生成的溴化氢中混有溴蒸气,由于溴的沸点较低,通过装置D可以除去溴化氢中的溴蒸气;由于装置D无法完全除去溴化氢中的溴单质,所以该方案不够完善,应该在D与E之间增加一个盛有CCl4的洗气装置,确保将溴化氢中的溴完全除去。
方法技巧 从海水中提取物质的思路海水中提取溴和碘的反应都是将其-1价离子氧化成单质。在工业实际生产中,最主要的问题是如何将大量海水中分布的元素富集起来。溴的制取一般是氧化→吹出→吸收→再氧化的路线,碘一般是由海带提取,主要过程是灼烧→溶解→过滤→氧化→萃取的路线。
对点演练2(2020湖南衡阳第八中学月考)实验室模拟工业漂白液(有效成分为NaClO)脱除废水中氨氮(NH3)的流程如下:
下列分析不正确的是( )A.①中采用蒸馏的方法精制粗盐水B.②中阳极的主要电极反应:2Cl-―2e-==Cl2↑C.③中制备漂白液的反应的离子方程式为Cl2+2OH-==Cl-+ClO-+H2OD.②③④中均发生了氧化还原反应
答案 A 解析 ①中采用蒸馏只能得到蒸馏水,得不到精制盐水,要得到精制盐水需要使用化学方法除去其中的杂质,A错误;阳极发生氧化反应,②中阳极的主要电极反应为2Cl-―2e-==Cl2↑,B正确;生成的氯气与氢氧化钠反应生成次氯酸钠,③中制备漂白液的反应的离子方程式为Cl2+2OH-==Cl-+ClO-+H2O,C正确;②中电解氯化钠溶液生成氢气和氯气以及氢氧化钠、③中氯气与氢氧化钠反应生成氯化钠和次氯酸钠、④中次氯酸钠与氨气反应生成氮气和氯化钠,均存在元素化合价的变化,均发生了氧化还原反应,D正确。
1.特殊的颜色:Cl2——黄绿色气体;Br2——红棕色液体;I2——紫黑色固体2.特殊的成分:新制氯水中含三种分子(Cl2、HClO、H2O)、四种离子(Cl-、ClO-、H+、OH-)
3.X-(卤素离子)的检验
4.气体制备的4个装置(1)制气;(2)净化;(3)收集;(4)尾气吸收5.必记的5个反应
(1)Cl2+H2O HCl+HClO(2)2Cl2+2Ca(OH)2CaCl2+Ca(ClO)2+2==H2O(3)Ca(ClO)2+H2O+CO2==CaCO3↓+2HClO(4)Cl2+SO2+2H2O==H2SO4+2HCl(5)MnO2+4HCl(浓) MnCl2+Cl2↑+2H2O
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