富集在海水中的元素卤素.docx

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富集在海水中的元素卤素

第二讲　富集在海水中的元素——卤素

1.了解氯元素单质及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及其应用。

2．了解氯元素单质及其重要化合物对环境的影响。

3．掌握氯气的实验室制法（包括所用试剂、反应原理、仪器和收集方法）。

4．以上各部分知识的综合应用。

2016，卷甲28T

（2）；

2016，卷乙10T（D）、28T；

2016，卷丙7T（CD）、9T（C）、27T；

2015，卷Ⅰ28T

（1）；

2015，卷Ⅱ12T、28T；

2014，卷Ⅰ8T（B）；

2014，卷Ⅱ27T

（2）（3）

　氯单质及其重要化合物的性质及应用[学生用书P80]

[知识梳理]

一、氯气

1．物理性质

（1）色、味、态：

黄绿色有刺激性气味的气体。

（2）水溶性：

能溶于水。

（3）毒性：

有毒。

2．化学性质（未特别注明的填化学方程式）

（1）与金属反应

（2）与非金属反应

（3）与水反应：

H2O＋Cl2HCl＋HClO。

（4）与碱液反应

（5）与还原性物质反应

二、氯的重要化合物

1．次氯酸

（1）不稳定性：

2HClO

2HCl＋O2↑。

氯水须现用现配，保存在棕色试剂瓶中，置于冷暗处。

（2）强氧化性

①能将有色物质氧化为无色物质，有漂白性。

②可用于杀菌、消毒。

（3）弱酸性

NaClO溶液中通入CO2，化学方程式为NaClO＋CO2＋H2O===NaHCO3＋HClO。

2．漂白粉

[自我检测]

1．（2016·高考上海卷）向新制氯水中加入少量下列物质，能增强溶液漂白能力的是（　　）

A．碳酸钙粉末

B．稀硫酸

C．氯化钙溶液

D．二氧化硫水溶液

解析：

选A。

在新制氯水中存在反应：

Cl2＋H2OHClO＋H＋＋Cl－，其中起漂白作用的是HClO，故能使平衡向右移动，溶液中c（HClO）增大，则会使溶液的漂白性增强。

加入的碳酸钙粉末与H＋反应，使平衡向右移动，溶液中c（HClO）增大，A正确；加入稀硫酸，使平衡向左移动，溶液中c（HClO）减小，B错误；加入氯化钙溶液，对氯水起稀释作用，会使溶液的漂白性减弱，C错误；加入二氧化硫水溶液，会与氯气反应，使平衡向左移动，溶液中c（HClO）减小，D错误。

2．（2017·潍坊高三联考）氯气是一种化学性质很活泼的非金属单质，它具有较强的氧化性，下列叙述中不正确的是（　　）

A．红热的铜丝在氯气里剧烈燃烧，生成棕黄色的烟

B．通常状况下，干燥的氯气能和Fe反应

C．纯净的H2在Cl2中安静地燃烧，发出苍白色火焰，集气瓶瓶口呈现雾状；光照H2和Cl2的混合气体时，因迅速化合而爆炸

D．氯气能与水反应生成HClO和HCl，久置氯水最终变为稀盐酸

解析：

选B。

Cl2与铁的反应需要加热，所以在通常状况下，干燥的Cl2与Fe不能反应。

（1）氯气具有强氧化性，与变价金属反应时均生成高价态的金属氯化物，如FeCl2不能由单质化合生成。

（2）氯气没有漂白性，不能使干燥的有色布条褪色，但可使湿润的有色布条褪色，实际起漂白作用的是HClO。

（3）HClO不稳定，不能单独存在，只能存在于氯水、次氯酸盐溶液或次氯酸盐与酸反应的混合物中。

（4）工业上制取漂白粉是用氯气与石灰乳反应制得，而不是用氯气与石灰水反应。

（5）氯水中的HClO见光易分解，通常保存在棕色试剂瓶中并置于阴暗处。

　氯水中含有多种成分，因而具有多种性质，根据氯水分别与如图四种物质发生的反应填空（a、b、c、d重合部分代表物质间反应，且氯水足量）。

（1）能证明氯水具有漂白性的是________（填“a”“b”“c”或“d”）。

（2）c过程中的现象是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________，

b过程中反应的离子方程式为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）a过程中反应的化学方程式为________________________________________________________。

[解析]　氯水中Cl2能氧化FeCl2，H＋与Na2CO3、石蕊作用，Cl－能与Ag＋反应生成AgCl沉淀，氯水中的HClO具有漂白性，能使石蕊溶液褪色。

[答案]　

（1）d　

（2）产生白色沉淀　2H＋＋CO

===H2O＋CO2↑　（3）Cl2＋2FeCl2===2FeCl3

（2014·高考江苏卷）在探究新制饱和氯水成分的实验中，下列根据实验现象得出的结论不正确的是（　　）

A．氯水的颜色呈浅黄绿色，说明氯水中含有Cl2

B．向氯水中滴加硝酸酸化的AgNO3溶液，产生白色沉淀，说明氯水中含有Cl－

C．向氯水中加入NaHCO3粉末，有气泡产生，说明氯水中含有H＋

D．向FeCl2溶液中滴加氯水，溶液颜色变成棕黄色，说明氯水中含有HClO

解析：

选D。

A.Cl2的颜色为黄绿色，正因为氯水中溶解了黄绿色的Cl2，才使得氯水显示浅黄绿色，A选项正确。

B.Cl－与Ag＋结合生成AgCl白色沉淀，B选项正确。

C.Cl2与水反应生成HCl和HClO，H＋与NaHCO3反应生成CO2气体，C选项正确。

D.氯水中的Cl2也能将Fe2＋氧化为Fe3＋，D选项错误。

氯水的成分及性质

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不同。

　氯气及氯水的性质

1．分别向盛有Cl2的三个集气瓶甲、乙、丙中各注入下列液体中的一种，经过振荡，现象如下图所示，则甲、乙、丙中注入的液体分别是（　　）

①AgNO3溶液　②NaOH溶液　③水

A．①②③　　　　　　　　B．②①③

C．③②①D．①③②

解析：

选B。

甲中气体和溶液都无色，说明不存在氯气，是注入NaOH溶液；乙中气体无色且溶液中出现白色浑浊，说明不存在氯气且溶液中生成了白色沉淀，是注入AgNO3溶液；丙中气体和溶液都呈浅黄绿色，说明存在氯气分子，是注入水。

2．氯水中存在多种分子和离子，它们在不同的反应中表现出不同的性质。

下列结论正确的是（　　）

A．加入有色布条，片刻后有色布条褪色，说明有Cl2存在

B．溶液呈浅黄绿色，且有刺激性气味，说明有Cl2存在

C．先加入盐酸酸化，再加入AgNO3溶液，生成白色沉淀，说明有Cl－存在

D．加入NaOH溶液，氯水的浅黄绿色消失，说明有HClO存在

解析：

选B。

A项，氯水能使有色布条褪色是因为氯水中含有的HClO具有强氧化性；C项，由于加入盐酸酸化的过程中引入了Cl－，所以根据生成白色沉淀无法说明氯水中是否存在Cl－；D项，加入NaOH溶液时氯水的浅黄绿色消失，说明其中有Cl2存在。

3．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．再通入少量氯气，

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，溶液的导电性减弱

解析：

选C。

饱和氯水不能再溶解氯气，各成分的浓度不变，A项错；通入少量SO2，SO2＋Cl2＋2H2O===2HCl＋H2SO4，Cl2＋H2OH＋＋Cl－＋HClO的平衡逆向移动，使HClO的浓度减小，漂白性减弱，B项错；加入少量的碳酸钠粉末，消耗H＋，使上述平衡正向移动，HClO的浓度增大，C项正确；光照过程中，HClO分解生成O2和HCl，溶液中的离子浓度增大，导电性增强，D项错。

　以氯气制备为载体的综合实验探究

4．氯气有毒，实验室大量制取的难度较大、污染严重。

在如图所示装置中研究氯气的性质可实现“绿色实验”。

（1）KClO3固体与浓盐酸反应生成Cl2的化学方程式为

________________________________________________________________________。

（2）玻璃管内装有分别滴有不同溶液的白色棉花球，反应一段时间后，对图中指定部位颜色描述正确的是________（填字母）。

①

②

③

④

A

黄绿色

橙色

蓝色

白色

B

无色

橙色

紫色

白色

C

黄绿色

橙色

蓝色

无色

D

黄绿色

无色

紫色

白色

（3）在位置②和位置③发生反应的化学方程式分别为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）位置④的棉花球滴NaOH溶液的目的是______________________________，反应的化学方程式为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：

KClO3有强氧化性，能将浓盐酸中的Cl－氧化为Cl2。

因为题中涉及的几种非金属单质的活泼性大小为Cl2>Br2>I2，所以Cl2经过NaBr溶液、KI－淀粉溶液时，会发生置换反应分别生成Br2、I2。

溴水显橙色，I2遇淀粉变蓝色，NaOH溶液的作用是吸收逸出的Cl2，防止污染环境。

答案：

（1）6HCl（浓）＋KClO3===KCl＋3Cl2↑＋3H2O

（2）A　（3）Cl2＋2NaBr===2NaCl＋Br2、Cl2＋2KI===2KCl＋I2　（4）吸收多余的氯气，防止污染环境　Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O

（1）Cl2＋H2OHCl＋HClO平衡移动的应用

向氯水中加入的物质（或改变的条件）

浓度变化

平衡移动

的方向

应用

可溶性氯化物

c（Cl－）增大，c（HClO）减小

左移

①用饱和食盐水除Cl2中的HCl气体

②用排饱和食盐水法收集Cl2

盐酸

c（H＋）和c（Cl－）增大

左移

洁厕剂和“84”消毒液不宜混用

NaOH

c（H＋）减小

右移

用NaOH溶液吸收多余的Cl2

光照

c（HClO）减小

右移

氯水应避光保存在棕色试剂瓶中，且现用现配

碳酸钙

c（HClO）增大

右移

制取次氯酸浓度较大的氯水

（2）卤素单质的水溶液与SO2反应的化学方程式可表示为SO2＋X2（X＝Cl、Br、I）＋2H2O===H2SO4＋2HX。

　氯气的实验室制法[学生用书P82]

[知识梳理]

1．实验室制取、收集干燥纯净氯气的装置

2．验满方法

（1）将湿润的淀粉碘化钾试纸靠近收集Cl2的瓶口，观察到试纸立即变蓝，则证明已集满。

（2）将湿润的蓝色石蕊试纸靠近收集Cl2的瓶口，观察到试纸立即发生先变红后褪色的变化，则证明已集满。

[自我检测]

1．某化学小组用如图所示装置制取氯气。

下列说法正确的是（　　）

A．该装置图中至少存在三处明显错误

B．该实验中收集氯气的方法不正确

C．（2016·高考全国卷乙，10－D）将Cl2与HCl混合气体通过饱和食盐水可得到纯净的Cl2

D．含有2molHCl的某浓盐酸与足量MnO2混合，在一定条件下反应，转移1mol电子

解析：

选A。

A项，该装置的明显错误：

没有用酒精灯加热，MnO2与浓盐酸反应制取Cl2需要在加热条件下进行；装置中没有用分液漏斗而采用长颈漏斗导致气体外逸和HCl的挥发；没有进行尾气处理；若制取纯净的Cl2，则还缺净化装置；B项，Cl2的密度比空气大，该收集方法正确；C项，将Cl2与HCl的混合气体通过饱和食盐水可除去其中的HCl，但是得到的Cl2未干燥，会含有水蒸气；D项，根据反应：

MnO2＋4HCl（浓）

MnCl2＋Cl2↑＋2H2O，盐酸浓度变稀后便不再反应，使产生的Cl2的物质的量小于0.5mol，转移的电子小于1mol。

2．实验室用下列两种方法制氯气：

①用含HCl146g的浓盐酸与足量的MnO2反应；②用87gMnO2与足量浓盐酸反应。

所得的氯气（　　）

A．①比②多　　　　　B．②比①多

C．一样多D．无法比较

解析：

选B。

146gHCl的物质的量为4mol，87gMnO2的物质的量为1mol，由方程式：

MnO2＋4HCl（浓）

MnCl2＋Cl2↑＋2H2O知，1molMnO2可以与4molHCl反应，但是随反应的不断进行，盐酸浓度逐渐变小，稀盐酸与MnO2不反应，也就是说1molMnO2与足量浓盐酸反应生成的Cl2多。

制取氯气时，若用MnO2固体与浓盐酸反应需要加热，发生装置为固液加热型；若用KMnO4、KClO3、K2Cr2O7等强氧化剂代替MnO2固体时，不需要加热，发生装置为固液不加热型。

　（教材改编题）如图是实验室制备氯气并进行一系列相关实验的装置（部分夹持及加热仪器已略）。

（1）制备氯气选用的药品为固体二氧化锰和浓盐酸，则相关反应的化学方程式为____________________________________________________。

装置B中饱和食盐水的作用是______________________。

同时装置B亦是安全瓶，监测实验进行时装置C中是否发生堵塞，请写出发生堵塞时装置B中的现象：

________________________________________________________________________。

（2）装置C的实验目的是验证氯气是否具有漂白性，为此C中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ处依次放入的物质为________（填字母）。

选项

a

b

c

d

Ⅰ

干燥的有色布条

干燥的有色布条

湿润的有色布条

湿润的有色布条

Ⅱ

碱石灰

硅胶

浓硫酸

无水氯化钙

Ⅲ

湿润的有色布条

湿润的有色布条

干燥的有色布条

干燥的有色布条

（3）设计装置D、E的目的是比较氯、溴、碘的非金属性。

当向D中缓缓通入少量氯气时，可以看到无色溶液逐渐变为________色，说明氯的非金属性大于溴。

打开活塞，将装置D中少量溶液加入装置E中，振荡。

观察到的现象是__________________________________________________。

（4）装置F中用足量的Na2SO3溶液吸收多余氯气，试写出相应反应的离子方程式：

________________________________________________________________________

____________________________。

[解析]　

（1）A装置中固体药品为MnO2，其化学方程式为MnO2＋4HCl（浓）

MnCl2＋Cl2↑＋2H2O；装置B用饱和食盐水吸收氯化氢；如果实验过程中装置C发生堵塞，则装置B中长颈漏斗中的液面就会上升，所以装置B的作用是既能除去氯气中混有的氯化氢，还能监测实验过程中装置C是否发生堵塞。

（2）装置C的作用是验证氯气是否具有漂白性，Ⅰ处是湿润的有色布条，则Ⅱ处应加入固态干燥剂且不能吸收氯气，Ⅲ处放置干燥的有色布条。

（3）设计装置D、E的目的是比较氯、溴、碘的非金属性，利用氯气、溴、碘之间的置换反应验证。

（4）装置F的作用是吸收多余的氯气，防止污染环境，相应反应的离子方程式为SO

＋Cl2＋H2O===SO

＋2Cl－＋2H＋。

[答案]　

（1）MnO2＋4HCl（浓）

MnCl2＋Cl2↑＋2H2O　除去Cl2中的HCl气体　装置B中长颈漏斗中液面上升，形成水柱

（2）d

（3）橙　装置E中溶液分为两层，上层（苯层）为紫红色

（4）SO

＋Cl2＋H2O===SO

＋2Cl－＋2H＋

上题中用足量的Na2SO3溶液作氯气的尾气吸收装置，有同学认真思考后认为此法不可行，请用离子方程式解释乙认为不可行的原因。

答案：

Na2SO3溶液吸收氯气产生酸：

SO

＋Cl2＋H2O===SO

＋2Cl－＋2H＋，过量的Na2SO3遇酸产生SO2仍不可避免污染环境：

SO

＋2H＋===SO2↑＋H2O。

谨记涉及氯气制备与性质探究实验的典型装置

　氯气的制法

1．已知KMnO4与浓盐酸在常温下反应能产生Cl2。

若用如图所示的实验装置来制备纯净、干燥的氯气，并使它与金属反应。

每个虚线框表示一个单元装置，其中错误的是（　　）

A．①和②　　　　　　B．②

C．②和③D．②③④

解析：

选D。

NaOH与Cl2反应，不能用氢氧化钠溶液除去氯气中的氯化氢气体，②错误；③中的进气管短，出气管浸入液面以下，错误；④为密闭装置，错误。

2．某同学用下列装置制备或检验Cl2的性质。

下列说法正确的是（　　）

A．Ⅰ图中：

如果MnO2过量，浓盐酸就可全部消耗完

B．Ⅲ图中：

生成蓝色的烟

C．Ⅱ图中：

量筒中发生了加成反应

D．Ⅳ图中：

湿润的有色布条褪色，将浓硫酸滴入烧杯中，至溶液显酸性，结果有Cl2生成

解析：

选D。

二氧化锰和浓盐酸在加热条件下发生氧化还原反应生成氯气，但稀盐酸与二氧化锰不反应，则盐酸不能完全消耗，A错误；氯气与铜反应产生棕黄色的烟，加水后溶液呈蓝色，B错误；氯气和甲烷在光照下发生取代反应，C错误；氯气与水反应生成具有漂白性的HClO，能使湿润的有色布条褪色，Cl2与NaOH反应生成NaCl和NaClO，二者在酸性条件下反应生成氯气，D正确。

3．（2015·高考海南卷）工业上，向500～600℃的铁屑中通入氯气生产无水氯化铁；向炽热铁屑中通入氯化氢生产无水氯化亚铁。

现用如图所示的装置模拟上述过程进行试验。

回答下列问题：

（1）制取无水氯化铁的实验中，A中反应的化学方程式为____________________________________________，装置B中加入的试剂是____________。

（2）制取无水氯化亚铁的实验中，装置A用来制取________。

尾气的成分是________。

若仍用D的装置进行尾气处理，存在的问题是________________、________________。

（3）若操作不当，制得的FeCl2会含有少量FeCl3，检验FeCl3常用的试剂是________。

欲制得纯净的FeCl2，在实验操作中应先______________________，再________________________________。

解析：

（1）制取无水氯化铁的实验中，装置A为氯气的制备装置，发生的反应为二氧化锰和浓盐酸共热生成二氯化锰、氯气和水，反应的化学方程式为MnO2＋4HCl（浓）

MnCl2＋Cl2↑＋2H2O，装置B的作用是除去氯气中的水蒸气，故装置B中加入的试剂是浓硫酸。

（2）根据题给信息知制取无水氯化亚铁的实验中，装置A用来制取HCl；尾气的成分是HCl和H2；若仍用D的装置进行尾气处理，HCl气体极易溶于水，H2与氢氧化钠溶液不反应，则存在的问题是易发生倒吸、可燃性气体H2不能被吸收。

（3）检验FeCl3常用的试剂是KSCN溶液；欲制得纯净的FeCl2，应防止装置中氧气的干扰，在实验操作中应先点燃A处的酒精灯，利用产生的氯化氢气体排出装置中的空气，再点燃C处的酒精灯。

答案：

（1）MnO2＋4HCl（浓）

MnCl2＋Cl2↑＋2H2O　浓硫酸

（2）HCl　HCl和H2　易发生倒吸　可燃性气体H2不能被吸收

（3）KSCN溶液　点燃A处的酒精灯（排尽装置中的空气）　点燃C处的酒精灯

用MnO2和浓盐酸制取Cl2时应注意4点

（1）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。

（2）必须用浓盐酸加热才可反应，稀盐酸不反应，且随着反应的进行，浓盐酸变为稀盐酸时，反应自动停止，故浓盐酸中的HCl不可能全部参加反应。

（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，不能用澄清石灰水吸收Cl2，因为澄清石灰水中Ca（OH）2含量少，吸收不完全。

　卤素的性质及X－的检验[学生用书P84]

[知识梳理]

一、卤素的提取

1．氯的提取——氯碱工业

海水―→粗盐

饱和食盐水

化学方程式为2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。

2．海水中提取溴

（1）流程

（2）发生反应的化学方程式

①2NaBr＋Cl2===2NaCl＋Br2；

②Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4；

③2HBr＋Cl2===2HCl＋Br2。

3．海带中提取碘

（1）流程

（2）发生反应的离子方程式：

Cl2＋2I－===I2＋2Cl－。

二、卤素的性质

1．溴、碘单质物理性质比较

性质

Br2

I2

颜色

深红棕色

紫黑色

状态

液体

固体

溶解性

水中

溶解度不大

溶解度不大

有机溶剂中

易溶

易溶

特性

易挥发、有毒

①易升华；②使淀粉变蓝

2.氯、溴、碘单质化学性质比较

（1）与碱溶液反应：

如与NaOH溶液反应的化学方程式为

2NaOH＋X2===NaX＋NaXO＋H2O（X＝Cl、Br、I）。

（2）氧化性

①都能与金属反应生成金属卤化物，如与钠反应的化学方程式为2Na＋X2===2NaX（X＝Cl、Br、I）。

②氯、溴、碘单质的氧化性强弱顺序是Cl2>Br2>I2，阴离子的还原性强弱顺序是Cl－

Cl2能从Br－的溶液中置换出Br2，其离子方程式为Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2；同理，Br2能置换I2，其离子方程式为Br2＋2I－===2Br－＋I2。

③与一些还原性离子反应，如Br2与SO

、Fe2＋反应的离子方程式分别为Br2＋SO

＋H2O===2Br－＋SO

＋2H＋，2Fe2＋＋Br2===2Fe3＋＋2Br－。

三、卤素离子的检验

1．AgNO3溶液——沉淀法

未知液

生成

2．置换——萃取法

未知液

有机层

3．氧化——淀粉法检验I－

未知液

蓝色溶液，表明有I－

[自我检测]

1．下列哪些事实或实验能说明氧化性Cl2>Br2>I2：

________。

①氯水分别滴入KBr、NaI溶液中颜色加深，而溴水滴入NaCl溶液中无明显变化，滴入淀粉KI溶液中，溶液变蓝

②H2和Cl2的混合气体光照爆炸，H2和Br2的混合气体加热才能反应，而H2和I2反应更困难

③Fe分别与Cl2、Br2、I2反应生成化合物的Fe的化合价高低

④HCl、HBr、HI的热稳定性越来越差

⑤Cl2、Br2、I2在水中的