h02氯的氧化物和含氧酸及盐.docx
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h02氯的氧化物和含氧酸及盐
元素化学02：
氯的氧化物和含氧酸及盐
（时间：
2.5小时满分：
100分）
第题（27分）ClO2是氯的最重要氧化物
世界环保联盟将全面禁止在自来水中加氯，取而代之的是安全高效的杀菌消毒剂ClO2。
ClO2是一种黄绿色，有刺激性气味的气体，熔点：
－59℃，沸点：
11.0℃。
1．干燥的ClO2分解中可生成Cl2O，后者可进一步分解为单质。
经测定：
ClO2分子中Cl－O键长为147pm，Cl2O分子中的Cl－O键长为170pm（与正常的单键是一致）；键能D（Cl－O）＝209kJ/mol、D（Cl－Cl）＝243kJ/mol、D（O2）＝499kJ/mol。
（1）从结构上解释Cl－O长短不同的原因。
（2）比较Cl2O与ClO2的键角大小，并解释。
（3）说明为什么Cl2O分子能够自动地分解为单质。
2．ClO2是含单电子的物质分子，应具有二聚倾向。
但经测定它在气态、液态和固态均无二聚的作用。
何故？
3．ClO2为高效低毒的消毒剂，其消毒的效率是等物质的量的Cl2的多少倍。
4．化学史上，从ClO2的制备到确定其化学式，经历了近百年。
（1）1797年Hoyle在用浓H2SO4和氯酸钾反应时得到一种具有爆炸性的黄色气体（ClO2）。
写出反应方程式。
（2）1851年Davy使2体积上述黄色气体完全分解，产物为3体积气体，其中氧和氯体积比为2∶1。
为什么Davy未能由此导出黄色气体的分子式为ClO2呢？
（3）1882年，Pebal测得黄色气体的密度后，确定其组成为ClO2。
他是如何确定的？
他得出结论的前提条件是什么？
5．少量的ClO2可用饱和草酸（H2C2O4）溶液与KClO3粉末在60℃时反应制得。
（1）画出实验装置（制备、收集、尾气处理）简图。
（2）写出制备和尾气处理中的反应方程式
（3）非典期间有的科研单位自行制备ClO2作为消毒杀菌试剂，为什么用该方法而不用氯酸钾与浓硫酸反应？
6．ClO2还有多种制备方法
（1）ClO2也可由KClO3在H2SO4存在下与甲醇反应制备。
写出化学反应方程式。
（2）欧洲一些国家用NaClO3氧化浓盐酸来制取ClO2，同时有Cl2生成，且Cl2的体积为ClO2的1/4。
写出化学反应方程式。
（3）我国广泛采用将经干燥空气稀释的氯气通入填有固体亚氯酸钠（NaClO2）的柱内制得ClO2。
写出化学反应方程式。
（4）和欧洲的方法相比，我国这一方法的主要优点是什么？
7．ClO2和O3反应可得到ClO3，后者在强碱中将发生歧化反应。
（1）写出反应方程式。
（2）用离子形式表示ClO3。
第题（10分）次氯酸的制备和性质
某化学兴趣小组利用饱和氯水与石灰石的反应，制取较浓的HClO溶液：
在试管中加入过量的块状碳酸钙，再加入约20mL饱和氯水，充分反应，过滤。
某学生观测到产生少量气泡。
1．该学生还能观察到什么现象？
2．解释实验现象，并写出反应方程式。
3．请你设计一个简单的实验方案，证明滤液中的HClO浓度比饱和氯水中HClO浓度大。
4．设计2个实验证实滤液中除HClO外的另一种溶质的成分，并写出实验现象。
5．有人写出了下反应：
2NaOCl＋CO2＋H2O＝Na2CO3＋2HOCl，以此说明碳酸和次氯酸的酸性强弱。
你认为上述反应方程式能否准确说明酸性的强弱？
为什么？
第题（16分）最重要的氯酸盐
KClO3是实验室一种重要的药品。
1．KClO3热分解是实验室制取氧气的一种方法。
加热KClO3在不同条件下的热效应如下：
实验
反应体系
吸热峰温度/℃
放热峰温度/℃
放热峰温度/℃
吸热峰温度/℃
A
KClO3
356℃
400
480
770℃
B
KClO3＋MnO2
－
350
－
770℃
已知：
①K（s）＋1/2Cl2（g）＝KCl（s）ΔHΘ
（1）＝－437kJ·mol－1
②K（s）＋1/2Cl2（g）＋3/2O2（g）＝KClO3（s）ΔHΘ
（2）＝－398kJ·mol－1
③K（s）＋1/2Cl2（g）＋2O2（g）＝KClO4（s）ΔHΘ（3）＝－433kJ·mol－1
（1）指出吸热峰温度356、770℃时物质发生的变化；
（2）根据以上数据，写出上述两个体系对应的分解过程的热化学方程式。
2．1820年德贝莱纳首次提出用MnO2催KClO3热分解的反应制备O2。
当时就知道气态产物有异常的气味，后来证明其中含有少量Cl2、O3及微量ClO2，测定气态产物O2中Cl2、O3含量的一种方法是：
收集1.00L干气体（标态），使之通过KI溶液。
通过溶液的气体经干燥后体积为0.98L。
溶液中的KI被氧化成I2，后者反应耗掉0.100mol/LNa2S2O3溶液0.0267L。
（1）气态产物中Cl2、O3各占多少摩尔百分含量？
（2）气态产物经过KI溶液前后，溶液的pH值有无改变？
说明原因（可以用方程式表示）。
3．取20g混有MnO2的KClO3，加热至恒重，在一定温度下，将残留的固体加入10g水中有7.9g固体未溶解，再加入5g水，仍有5.3g固体未溶，计算原混和物中可能含有的KClO3质量。
4．将1mol的KClO3加热使其部分分解，分解率为α，然后向反应后的混合溶液中加入足量的浓硫酸并加热发生反应生成Cl2。
两步反应生成的O2与Cl2总物质的量为nmol。
讨论当α取不同值时，n与α的函数关系式。
5．KCl和KClO3的溶解度（g/100gH2O，0℃）分别为28.5和3.3，简述以KCl为原料制取KClO3的方法，写出有关化学方程式。
第题（9分）一种氯的含氧酸的推理
A是一种强酸，其浓度超过40％，就会迅速分解，产生比它的酸性更强的酸B，同时放出气体C和D，该气体经干燥后，平均分子量为47.6，所得气体通过80℃NaOH溶液，得到的产物中一种是A的钠盐，同时还剩余一种可以使带火星的木条复燃的气体D。
1．确定A、B、C、D各物质的化学式；
2．定量推算气体C和D的组成；
3．写出A分解方程式并配平；
4．写出气体与湿润的淀粉－碘化钾试纸的反应方程式和现象；
5．写出将气体通过80℃NaOH溶液时发生的反应方程式。
第题（10分）高氯酸和高氯酸铵
高氯酸铵（AP）作为一种优良的固体推进剂被用于导弹和火箭发射上。
传统制备高纯AP的方法是电解氯酸钠水溶液得到高氯酸钠，再与氯化铵进行复分解反应，经重结晶得到粗AP产品后，经多步精制、提纯得到高纯AP。
Olin公司新近研究了一种制备高纯AP的新工艺，其基本方法是电解高纯次氯酸得到高纯高氯酸，再与高纯氯进行喷雾反应制成高氯酸铵。
1．纯HClO4是一种不导电的液体，而当固体HClO4·H2O熔化时其具有导电性。
（1）写出HClO4和HClO4·H2O分子的可能点电子结构图；
（2）解释HClO4和HClO4·H2O在导电性上差异的原因。
2．写出由次氯酸电解制备高氯酸的电极反应和电池反应方程式；
3．若以100A电流通电于次氯酸溶液20.0h，阴极放出H2：
40.0g。
（1）计算可得多少质量的高氯酸；
（2）计算此过程的电流效率。
4．与传统工艺相比，你认为新工艺有哪些优点。
第题（8分）常用的2种消毒液
某人买了两瓶消毒液，不小心将两种液体混在一起，结果剧烈反应，产生大量有色气体而使人中毒。
收集产生的气体，通入NaOH溶液中，气体仅部分吸收，剩余无色气体。
用pH试纸测量2瓶消毒液：
甲瓶中消毒液pH＝12，乙瓶中消毒液pH＝2，且都能很快使pH试纸变白。
1．写出2瓶消毒液的主要成分；
2．写出制备这2种消毒液的化学方程式；
3．写出这2种消毒液间反应的化学方程式。
第题（11分）推理一种常见氯的氧化物
某微绿色气体A是某常见酸的酸酐，由短周期2种元素组成。
若将标准状况下该气体20.00mL溶入足量的KI溶液（假设反应完全进行），再用0.1000mol/L的Na2S2O3标准溶液滴定生成的I2，消耗35.70mL。
该气体加热会爆炸性分解为B和C，将B溶于水可生成D，A溶于水也可得到D，D为弱酸性物质，具有强氧化性。
气体A在液态空气中与NH3反应生成一种常温下为固体的E，一种常温下为气体的F和水。
1．请写出从A～D的化学式：
2．以气体B为原料，通过两种制备气体A：
（1）气体B通过浓Na2CO3溶液可制备A，请写出化学方程式。
（2）气体B与干燥的氧化汞反应生成A和碱式氯化汞，请写出化学方程式。
（3）这两个反应有何相似之处，请说明。
3．写出气体A在液态空气中与NH3反应的化学方程式。
第题（9分）推理一种新型氯的氧化物
美国和欧洲的科学家合作，在同温层发现破坏臭氧的X气体。
一定条件下分解X气体，可以得到相同条件下2倍其体积的两种双原子单质气体。
17.15mg的X气体被0.080mol/L的酸性（NH4）2Fe（SO4）2溶液35.00mL吸收，过量的Fe2＋需要被18.00mL0.020mol/L的酸性KMnO4溶液滴定。
1．通过计算和讨论，确定X的化学式；
2．写出X的Lewis结构式，X分子中全部原子是否共平面？
3．写出酸性（NH4）2Fe（SO4）2溶液吸收X的离子反应方程式
命题和组卷：
胡波2008年9月于浙江慈溪中学
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《氯的氧化物和含氧酸》知识要点
一、氯的氧化物
（1）Cl2O：
黄红色气体，Cl2和干燥HgO反应制备；
（2）ClO2：
制备：
①氯酸盐遇浓硫酸歧化；②酸性条件下用SO2、草酸还原氯酸盐
性质：
混合酸酐，在碱中歧化
用途：
漂白剂、高效氧化剂、净水剂
（3）Cl2O7：
无色挥发液体、HClO4在P2O5脱水下得到
二、氯的含氧酸
（1）四种酸：
高、正、亚、次。
氧化性：
低价＞高价；酸性：
低价＜高价
（2）HClO：
有强氧化性和漂白性，不稳定易放出O2；
制备：
Cl2通入CaCO3悬浊液；电解冷冻NaCl溶液
（3）HClO3：
强酸，加热分解得到HClO4、Cl2、O2
制备：
Ba（ClO3）2与H2SO4反应后减压浓缩；电解热的NaCl溶液
（4）HClO4：
中学常用的最强酸，电解HClO3制备
三、氯的含氧酸盐
（1）KClO3：
加热歧化，催化下释放O2；
（2）高氯酸盐：
K＋、NH4＋、Rb＋、Cs＋：
r↑，S↓
四、几个名词解释
1．二氧化氯（chlorinedioxided）化学式ClO2。
。
室温时为红黄色气体，具有与氯、硝酸相似的刺激性气味；液态时呈红棕色；固态系红黄色晶体。
有毒！
具腐蚀性。
气体密度3.09（11℃），液体比重1.642（0℃）。
熔点－59.5℃，沸点10℃。
溶于水同时水解为亚氯酸和氯酸，溶于碱溶液生成亚氯酸盐和氯酸盐。
对热不稳定，分解为氯和氧。
用二氧化碳稀释后在85℃以下稳定。
见光分解，生成氯、氧及三氧化氯，氯化物起催化分解作用。
能被硫酸溶液吸收。
具强氧化性，加热或与有机物作用引起爆炸。
由氯酸钾与硫酸或氯与亚氯酸钠作用制得。
用作氧化剂、漂白剂、杀菌剂、脱臭剂等。
2．次氯酸（hypochlorousacid）化学式：
HClO。
仅存在于水溶液中。
绿黄色。
极不稳定，见光易分解成氢氯酸和氧气。
弱酸，电离常数K＝3.2×10－8（25℃）。
最高浓度为25％，保持－20℃可贮存数天。
氯与氧化汞的悬浊液在低压下蒸馏可得2.5％的次氯酸溶液。
为强氧化剂，具有漂白和消毒作用。
通常所用的漂白粉就含有次氯酸钙。
3．次氯酸钙（Caiciumhyppochlorite）：
化学式Ca（OCl）2。
白色晶体。
不吸湿。
遇水或醇分解放出氯。
加热至100℃分解。
比重2.35。
将氯气通入石灰浆，沉淀出次氯酸钙二水合物，再经真空干燥而得。
工业品含有效氯约70%，较高纯度产品可达90％以上，但不能制得纯品。
用作漂白剂、氧化剂、消毒剂和去臭剂等。
4．次氯酸钠（sodiumhypochlorite）：
化学式NaOCl。
白色粉末。
在空气中极不稳定，受热或与有机物接触容易引起爆炸。
与氢氧化钠混合可使之稳定。
溶于冷水，热水使之分解。
水溶液里碱性，会逐渐分解产生不稳定的次氯酸，进一步分解生成新生态氧。
遇光或受热，则加速分解。
为强氧化剂，通常以溶液状态贮存和应用。
工业品为无色或淡黄色的液体。
俗称漂白粉水。
有腐蚀性。
由氯气缓慢通入冷的氢氧化钠溶液（小于30%）中，也可用纯碱或硫酸钠与漂白粉发生复分解反应而制得。
次氯酸钠可有一水合物、五水合物等固体。
用于漂白纸浆、织物等，也用作氧化剂和水的净化剂。
5．亚氯酸钠（sodiumchlorite）：
化学式NaClO2。
白色晶体或结晶粉末。
稍有吸湿性。
加热到180～200℃则分解。
溶于水。
碱性溶液对光稳定，酸性溶液光照则猛烈分解，放出ClO2。
为强氧化剂，与有机物接触会引起爆炸。
可由无机过氧化物（如过氧化氢、过氧化钠等）还原ClO2而得。
用于纸浆、各种纤维、糖、面粉、蜡、油脂等的漂白，以及皮革工业中原皮的脱毛、饮水净化和污水处理等。
也用作氧化剂和试剂。
6．氯酸（chloricacid）化学式HClO3。
仅存在于溶液中，稀溶液无色无味。
最高浓度为40%，浅黄色，有刺激性气味，比重1.282，不稳定，加热至40℃即分解并发生爆炸，低压蒸浓则分解，放出氯和氧并形成高氯酸。
具强氧化性和酸性，与有机物接触发生爆炸性反应。
由氯酸钡和稀硫酸反应，滤去硫酸钡沉淀后即得。
主要用作强氧化剂。
7．氯酸盐（chlorate）：
含有氯酸根（ClO3－）的盐类。
最普通和典型的是氯酸钠（NaClO3）和氯酸钾（KClO3）。
一般为无色晶体。
易溶于水，但氯酸钾的溶解度较小（20℃时100毫升水中仅能溶解7.1克）。
为强氧化剂。
加热超过熔点时，分解并释放出氧气，同时放热。
与易燃物碳、磷、硫等混合后或撞击时会剧烈爆炸。
故应避免与还原性物质或有机物堆放在一起。
由电解热的氧化物（如钠盐、钾盐等）溶液制得。
主要用于火柴、印染等工业和制造焰火等，也用作除草剂。
8．氯酸钾（potassiumchlorate）：
化学式KClO3。
有毒！
无色透明有光泽的晶体或白色粉末。
味咸而凉。
比重2.32。
熔点356℃。
400℃分解放出氧气。
溶于水，溶解度随温度升高而急剧上升，溶于甘油，难溶于乙醇。
有催化剂（如MnO2）存在时，较低温度即可分解而放出氧。
在酸性溶液中，有强氧化作用，中性或碱性溶液中无此作用。
与碳、硫、磷、有机物或可燃物的混合物及受到撞击，皆易发生燃烧和爆炸。
由电解热的浓氯化钾碱性溶液，也可由氯酸钠或氯酸钙与氯化钾在溶液中进行复分解而得。
广泛用于制火柴、雷管、炸药、烟火、医药、消毒剂、除草剂，以及用于印染、漂白、染料等方面。
9．七氧化二氯（chlorinehetpoxlde）化学式：
Cl2O7。
无色易挥发的油状液体。
比重1.86（0℃）。
熔点－91.5℃。
沸点82℃。
溶于苯。
氯的最稳定的氧化物。
受压或遇火会爆炸。
在水中缓慢水解形成高氯酸。
与碘发生爆炸性反应。
低温时不与磷、硫、木和纸等反应。
由高氯酸用五氧化二磷脱水而得。
用作催化剂。
10．高氯酸（Perchloricacid）：
化学式HClO4。
无色发烟液体，极易吸湿。
比重1.764（22℃）。
熔点－112℃。
沸点39℃（7465.9帕）。
溶于水、醇、强酸。
纯酸加热至90℃即分解为二氧化氯（ClO2）及氧气。
浓酸极不稳定，放置即分解。
加热爆炸。
有强氧化作用。
接触炭、纸屑、有机物质等亦能引起爆炸。
稀酸（60％以下）较稳定，冷时无氧化性。
可形成合71.6％高氯酸的最高沸点混合物。
由高氯酸钾与浓硫酸在140～190℃减压蒸馏制得。
用于医药、电镀、化学分析中。
11．高氯酸盐（perchlorate）：
含有高氯酸根（ClO4－）的盐类。
多数有潮解性，易溶于水。
钾、铷、铯、铵的盐在冷水中溶解度较小，但在热水中可溶。
强热时分解为氯化物和氧气。
有氧化性，遇还原剂或易燃物质会爆炸。
一般由高氯酸与相应的金属或金属氧化物作用制得。
可用作氧化剂和炸药。
无水的高氯酸镁和高氯酸钡可作高效脱水剂或干燥剂。
12．高氯酸铵（ammoniumperchlorate）：
化学式NH4ClO4。
白色晶体。
比重1.95。
易溶于水，微溶于乙醇、丙酮，不溶于乙醚。
加热分解。
为强氧化剂，与可燃物或还原性物质相混能引起燃烧和爆炸。
由氧化铵与高氯酸钠在溶液中作用而得。
用来制炸药和烟火，也用作分析试剂。
参考答案（专题02）
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