步步高届高考化学广东专用一轮复习配套文档第四章 第2讲 富集在海水中的元素卤素.docx
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步步高届高考化学广东专用一轮复习配套文档第四章第2讲富集在海水中的元素卤素
第2讲 富集在海水中的元素——卤素
[考纲要求] 1.了解氯元素单质及其重要化合物的主要性质及应用。
2.了解氯元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。
3.卤族元素的性质递变规律及与化工生产相结合的资源综合利用。
考点一 氯及其化合物的性质和应用
1.氯气的物理性质
颜色
状态
气味
密度
毒性
溶解性
黄绿色
气体
刺激性
比空气大
有毒
1体积水溶解
2体积Cl2
注意 实验室里闻有毒气体及未知气体气味的方法是用手在瓶口轻轻扇动,仅使极少量气体飘进鼻孔。
(如图所示)
2.从氯的原子结构认识氯气的化学性质——氧化性
(1)与金属反应:
与变价金属反应生成高价金属氯化物。
①与铁反应:
2Fe+3Cl2
2FeCl3。
②与铜反应:
Cu+Cl2
CuCl2。
(2)与非金属反应
与H2反应:
H2+Cl2
2HCl。
现象—
(3)与还原性无机化合物反应:
①与碘化钾溶液反应:
Cl2+2KI===2KCl+I2。
②与SO2水溶液反应:
Cl2+SO2+2H2O===H2SO4+2HCl。
③与FeCl2溶液反应:
Cl2+2FeCl2===2FeCl3。
3.从化合价的角度认识Cl2的化学性质——歧化反应
氯气与水或碱反应,氯的化合价既有升高又有降低,因而氯气既表现氧化性又表现还原性。
(1)与水反应
氯气与水反应的化学方程式:
Cl2+H2OHCl+HClO。
(2)与碱反应(完成下列化学方程式)
①与烧碱反应:
Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O。
②制取漂白粉:
2Cl2+2Ca(OH)2===CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O。
漂白粉的主要成分是Ca(ClO)2、CaCl2,有效成分是Ca(ClO)2。
4.次氯酸和次氯酸盐的性质
(1)次氯酸(HClO)
①不稳定性:
化学方程式为2HClO
2HCl+O2↑。
②弱酸性:
比碳酸酸性弱。
③强氧化性:
具有漂白性,能杀菌消毒。
(2)Ca(ClO)2的主要化学性质
①Ca(ClO)2的稳定性比HClO强。
②水解显碱性,其水解离子方程式:
ClO-+H2OHClO+OH-。
③与酸反应生成HClO,作为漂白或消毒剂的原理可用化学方程式表示为Ca(ClO)2+CO2+H2O===2HClO+CaCO3↓。
题组一 氯气和氯水的性质
1.下列氯化物中,既能由金属和氯气直接反应得到,又能由金属和盐酸反应制得的是( )
A.FeCl2B.AlCl3C.FeCl3D.CuCl2
答案 B
解析 因为Cl2具有较强的氧化性,当Cl2与金属反应时,都可把金属氧化成最高价态的金属氯化物,而盐酸中H+的氧化能力较弱,只能把Fe氧化成Fe2+,而不能把Cu氧化。
2.把足量氯气通入下列各物质的溶液中,阴离子和阳离子都能被氧化的是( )
A.NaOHB.Na2SO3C.FeBr2D.FeSO4
答案 C
解析 Cl2具有较强的氧化性,而Fe2+、Br-、SO
都能被Cl2氧化,故C项符合要求。
3.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
答案 B
解析 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,因Cl2、HCl和HClO均能与NaOH溶液反应,所以加入NaOH溶液时氯水颜色消失不能说明其中有HClO存在。
氯水的多重性质
氯水的各种成分决定了它具有多重性质:
(1)Cl2的氧化性——与还原性物质反应。
如:
2FeCl2+Cl2===2FeCl3(除去FeCl3溶液中的FeCl2)
SO2+Cl2+2H2O===2HCl+H2SO4(SO2和Cl21∶1混合物通入水中不再具有漂白性)
Na2SO3+Cl2+H2O===2HCl+Na2SO4(除去水中的余氯)
(2)HCl酸性和Cl-的性质
向NaHCO3溶液中加入氯水,有气泡产生就是利用了盐酸的酸性。
加入AgNO3溶液可以检验出氯水中的Cl-,现象是有白色沉淀生成。
(3)HClO的氧化性
在解释漂白性、杀菌消毒时,使用的是HClO的氧化性。
向氯水中滴加紫色石蕊试液,先变红(H+作用的结果),后褪色(HClO作用的结果)。
题组二 氯水中的平衡与成分分析
4.在新制的氯水中加入少量的碳酸钠粉末,下列说法正确的是( )
A.pH增大,HClO浓度增大
B.pH减小,Cl-浓度增大
C.pH增大,Cl-浓度减小
D.pH减小,HClO浓度减小
答案 A
解析 在新制的氯水中加入少量的碳酸钠粉末,HCl与碳酸钠反应,促进了Cl2与水的反应,pH增大,HClO浓度增大,Cl-浓度增大,即选A。
5.氯气溶于水达到平衡后,若其他条件不变,只改变某一条件,下列叙述正确的是(双选)( )
A.再通入少量氯气,
增大
B.通入少量SO2,溶液漂白性增强
C.加入少量固体NaOH,一定有c(Na+)=c(Cl-)+c(ClO-)
D.加入少量水,水的电离平衡向正反应方向移动
答案 AD
解析 Cl2溶于水后,存在如下平衡Cl2+H2OH++Cl-+HClO,HClOH++ClO-,前者程度大,后者程度小,c(H+)增大的多,c(ClO-)增大的少,
增大,A正确;SO2+Cl2+2H2O===2HCl+H2SO4,溶液漂白性减弱,B错;加入少量NaOH固体后,只有当溶液pH=7时选项中式子才成立,故C错;D中加入水后,溶液中c(H+)减小,平衡向c(H+)增大的方向移动,因此水的电离平衡向正反应方向移动,D对。
6.饱和氯水与石灰石的反应是制取较浓的HClO溶液的方法之一。
某同学运用这一方法,尝试制取HClO溶液并进行了如下定性实验:
①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,有少量气泡产生,溶液的黄绿色褪去;
②过滤,将滤液滴在有色布条上,发现其漂白性更强;
③为了确定反应产物,将滤液分为三份,分别进行以下实验:
第一份与石灰水混合,立即产生大量白色沉淀;
第二份与稀盐酸混合,立刻产生大量气泡;
第三份加热,看到溶液变浑浊且有大量无色气体产生。
经检测,上述实验中产生的无色气体均为CO2气体。
(1)试解释可以在饱和氯水中加入石灰石制备HClO的原因:
。
(2)写出步骤③中第一份及第二份滤液发生反应的离子方程式:
第一份。
第二份。
(3)试根据所学知识推测,在②的滤液中含有的溶质,除了溶解的极少量氯气外,还含有的其他溶质为(写化学式)。
答案
(1)由于饱和氯水中存在Cl2+H2OH++Cl-+HClO,加入CaCO3后,2HCl+CaCO3===CaCl2+CO2↑+H2O,使平衡右移,HClO的浓度增大
(2)Ca2++HCO
+OH-===CaCO3↓+H2O
HCO
+H+===CO2↑+H2O
(3)CaCl2、Ca(HCO3)2、HClO
解析 饱和氯水中存在Cl2+H2OHCl+HClO的平衡体系,加入过量CaCO3后,2CaCO3+2HCl===Ca(HCO3)2+CaCl2,CaCO3+2HCl===CaCl2+CO2↑+H2O,使HCl浓度降低,平衡右移,Cl2浓度降低,溶液黄绿色褪去;HClO浓度增大,溶液漂白性增强。
由于滤液中含有HClO、CaCl2、Ca(HCO3)2等成分,Ca(HCO3)2与Ca(OH)2反应生成CaCO3沉淀;与HCl反应产生CO2气体;Ca(HCO3)2受热分解生成CaCO3沉淀和CO2气体。
1.氯水成分寻找方法
氯水中存在三个平衡关系:
(1)Cl2+H2OHCl+HClO
(2)HClOH++ClO-
(3)H2OH++OH-
根据可逆反应的特点,即可得出氯水中存在的各种微粒。
2.Cl2+H2OHCl+HClO平衡移动的应用
向氯水中加入
的物质可溶性
浓度变化
平衡移动
的方向
应用
氯化物
c(Cl-)增大
左移
①用饱和食盐水除Cl2中的HCl
②用排饱和食盐水法收集Cl2
盐酸
c(H+)和c(Cl-)增大
左移
次氯酸盐与浓盐酸反应制Cl2
NaOH
c(H+)减小
右移
用NaOH溶液吸收多余Cl2
Ca(OH)2
c(H+)减小
右移
制漂白粉
CaCO3
c(H+)减小
右移
制高浓度的HClO溶液
光照
c(HClO)减小
右移
氯水避光保存或现用现配
考点二 氯气的实验室制法
氯气是一种性质活泼的气体,以氯气的实验室制备、性质实验为素材的实验题目在高考实验类试题中占有很重要的位置,复习中应高度重视。
题组一 氯气制备原理、装置的考查
1.实验室制备氯气的装置如下图。
图中涉及气体发生、除杂、干燥、收集、尾气处理装置,其中错误的是( )
A.①B.②C.③D.④
答案 C
解析 装置③的导气管长短错误,应长进短出。
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
答案 B
解析 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,应注意稀盐酸与MnO2不反应,也就是说1molMnO2与足量浓盐酸反应生成的Cl2多。
实验室用MnO2和浓盐酸制取Cl2时应注意以下四点
(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。
(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,因为溶液中含Ca(OH)2量少,吸收不完全。
题组二 氯气制备与性质实验的综合考查
3.某校化学实验兴趣小组为了探究在实验室制备Cl2的过程中有水蒸气和HCl挥发出来,同时证明氯气的某些性质,甲同学设计了如图所示的实验装置(支撑用的铁架台省略),完成下列问题。
(1)装置B、E的作用分别为,。
(2)装置C、D的作用分别为,。
(3)装置F中AgNO3溶液的作用是,倒置漏斗的作用是。
(4)乙同学认为甲同学的实验有缺陷,不能确保最终通入AgNO3溶液中的气体只有一种。
为了确保实验结论的可靠性,证明最终通入AgNO3溶液的气体只有一种,乙同学提出在某两个装置之间加一个装置。
你认为该装置加在
与之间(填装置各部分字母),装置中应放入,作用是。
答案
(1)证明制备Cl2时有H2O(g)挥发出来 吸收HCl中的Cl2,防止干扰HCl检验
(2)证明干燥Cl2无漂白性 证明HClO有漂白性
(3)证明制备Cl2时有HCl挥发出来 防止F中的溶液倒吸
(4)E F 湿润的有色布条或湿润的淀粉KI试纸 检验Cl2是否除尽
规范书写装置中试剂的作用
装置中试剂的用途回答时一般包括直接作用和根本目的两部分内容,根据各部分装置的用途不同,可采用下列模板回答:
发生装置 生成……产生……制取……
⇓
除杂装置除去(吸收)……防止……干扰(影响)
⇓除去……中的杂质,以免影响测量结果
性质实验装置与……反应 验证……说明……
⇓比较…… 检验……
收集装置
尾气吸收装置吸收……防止……的污染(影响)
考点三 卤素的性质及X-的检验
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是Cl2>Br2>I2,阴离子的还原性:
Cl-
Cl2能从Br-的溶液中置换出Br2,其离子方程式:
Cl2+2Br-===2Cl-+Br2;同理,Br2能置换I2,其离子方程式:
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SO
+Br2+H2O===SO
+2Br-+2H+,2Fe2++Br2===2Br-+2Fe3+。
3.卤素离子的检验方法
(1)AgNO3溶液——沉淀法
未知液
生成
(2)置换——萃取法
未知液
有机层呈
(3)氧化——淀粉法检验I-
未知液
蓝色溶液,表明有I-
深度思考
1.判断正误,正确的划“√”,错误的划“×”
(1)海水提溴的过程中不发生氧化还原反应( )
(2)可以用淀粉溶液检验加碘食盐中的KIO3( )
(3)用CCl4萃取碘水中的碘,先振荡,后静置,液体分层,下层呈无色( )
(4)碘易升华,可用加热升华法除去NH4Cl中混有的I2( )
(5)能使湿润的淀粉KI试纸变蓝的气体一定是Cl2( )
答案
(1)×
(2)× (3)× (4)× (5)×
2.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KI淀粉溶液中,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Fe的化合物的化合价高低
④HCl、HBr、HI的热稳定性越来越差
⑤Cl2、Br2、I2在水中的溶解度逐渐减小
答案 ①②④
题组一 卤素单质的颜色及X-检验
1.在盛有溴水的三支试管中分别加入少量苯、四氯化碳和酒精,振荡后静置,出现下列现象,正确的结论是( )
A.①加CCl4 ②加苯 ③加酒精
B.①加酒精 ②加CCl4 ③加苯
C.①加苯 ②加CCl4 ③加酒精
D.①加苯 ②加酒精 ③加CCl4
答案 C
解析 苯、CCl4与水分层,ρ苯<ρ水<ρ(CCl4),酒精与水任意比互溶,不分层。
2.下列各组中的两种物质,能用淀粉碘化钾试纸鉴别的是(双选)( )
A.溴水和碘水B.盐酸和稀硫酸
C.溴水和稀盐酸D.浓硝酸和NaOH
答案 CD
解析 A项,两者都能使淀粉碘化钾试纸变蓝;B项,二者均不能使试纸变蓝;C项,溴水能使试纸变蓝:
Br2+2I-===I2+2Br-,盐酸不能使试纸变蓝;D项,浓硝酸能氧化I-生成I2,NaOH溶液不能使试纸变蓝。
题组二 卤素单质氧化性强弱规律应用
3.向含SO
、Fe2+、Br-、I-各0.1mol的溶液中通入标准状况下的Cl2,通入Cl2的体积和溶液中相关离子的物质的量的关系图正确的是( )
答案 C
解析 本题以氧化还原反应过程为载体,旨在考查学生对化学反应图像的识别能力。
题中四种离子与Cl2反应的先后顺序依次是SO
(消耗2.24LCl2)、I-(消耗1.12LCl2)、
Fe2+(消耗1.12LCl2)、Br-(消耗1.12LCl2),因此C选项正确。
4.(2010·北京理综,27)为验证卤素单质氧化性的相对强弱,某小组用下图所示装置进行实验(夹持仪器已略去,气密性已检验)。
实验过程:
Ⅰ.打开弹簧夹,打开活塞a,滴加浓盐酸。
Ⅱ.当B和C中的溶液都变为黄色时,夹紧弹簧夹。
Ⅲ.当B中溶液由黄色变为红棕色时,关闭活塞a。
Ⅳ.……
(1)A中产生黄绿色气体,其电子式是。
(2)验证氯气的氧化性强于碘的实验现象是。
(3)B中溶液发生反应的离子方程式是。
(4)为验证溴的氧化性强于碘,过程Ⅳ的操作和现象是_。
(5)过程Ⅲ实验的目的是_。
(6)氯、溴、碘单质的氧化性逐渐减弱的原因:
同主族元素从上到下,得电子能力逐渐减弱。
答案
(1)
(2)湿润的淀粉KI试纸变蓝
(3)Cl2+2Br-===Br2+2Cl-
(4)打开活塞b,将少量C中溶液滴入D中,关闭活塞b,取下D,振荡,静置后CCl4层溶液变为紫红色
(5)确认C的黄色溶液中无Cl2,排除Cl2对溴置换碘实验的干扰 (6)原子半径逐渐增大
解析 A中滴加浓盐酸后,发生反应:
2KMnO4+16HCl(浓)===2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O,生成黄绿色气体Cl2,在A、B、C中分别发生反应:
Cl2+2KI===2KCl+I2,Cl2+2NaBr===2NaCl+Br2,Cl2+2NaBr===2NaCl+Br2,由于B、C中生成了Br2而使溶液变为黄色,打开活塞b,C中生成的Br2在D中发生反应:
Br2+2KI===2KBr+I2。
过程Ⅲ实验,当B中黄色溶液继续通入过量Cl2时,溶液变为红棕色,以此为对照,说明C中黄色溶液无Cl2,从而排除Cl2对溴置换碘实验的干扰。
5.溴化碘(IBr)的化学性质与卤素单质相似,能与大多数金属反应生成金属卤化物,和某些非金属单质反应生成相应的卤化物,跟水反应的方程式IBr+H2O===HBr+HIO,下列有关IBr的叙述中,不正确的是( )
A.IBr是双原子分子
B.在很多反应中,IBr是强氧化剂
C.和NaOH溶液反应生成NaBr和NaIO
D.和水反应时,既是氧化剂又是还原剂
答案 D
解析 IBr中I为+1价,Br为-1价。
2个原子组成1个IBr分子,A正确;因为其化学性质与卤素相似,所以B也是正确的;跟水反应的方程式IBr+H2O===HBr+HIO中反应前后各元素的化合价均未发生变化,仍然是I为+1价Br为-1价,故这个反应不是氧化还原反应,选项D错误;与碱反应的实质可看成是IBr先与水反应,生成物HBr和HIO再与碱反应,所以2NaOH+IBr===NaBr+NaIO+H2O也是正确的。
卤素互化物和拟卤素
1.卤素互化物
由两种卤素互相结合而成的物质叫卤素互化物。
如IBr、ICl、BrF3、ClF3。
卤素互化物与卤素单质的性质相似,有较强的氧化性,如能与金属、H2O、NaOH等反应:
2IBr+2Mg===MgBr2+MgI2。
但应注意:
卤素互化物中,非金属性弱的元素显正价,如:
ICl中,I显+1价,Cl显-1价,所以卤素互化物与水或碱的反应一般属于非氧化还原反应:
IBr+H2O===HBr+HIO,IBr+2NaOH===NaBr+NaIO+H2O。
2.拟卤素
有些多原子分子与卤素单质性质相似,其阴离子与卤素阴离子性质相似。
如:
氰(CN)2、硫氰(SCN)2、氧氰(OCN)2。
解答这类题目时可用换元法,如把(SCN)2当作X2,把SCN-当作X-。
考点四 含卤物质的生产流程
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.海水提取溴
(1)流程
(2)发生反应的化学方程式
①2NaBr+Cl2===Br2+2NaCl;
②Br2+SO2+2H2O===2HBr+H2SO4;
③2HBr+Cl2===2HCl+Br2。
3.海带中提取碘
(1)流程
(2)发生反应的化学方程式:
Cl2+2I-===I2+2Cl-。
海水是巨大的资源宝库,在海水淡化及综合利用方面,天津市位居全国前列。
从海水中提取食盐和溴的过程如下:
(1)请列举海水淡化的两种方法:
、。
(2)将NaCl溶液进行电解,在电解槽中可直接得到的产品有H2、、或H2、。
(3)步骤Ⅰ中已获得Br2,步骤Ⅱ中又将Br2还原为Br-,其目的为。
(4)步骤Ⅱ用SO2水溶液吸收Br2,吸收率可达95%,有关反应的离子方程式为,
由此反应可知,除环境保护外,在工业生产中应解决的主要问题是。
(5)某化学研究性学习小组为了解从工业溴中提纯溴的方法,查阅了有关资料:
Br2的沸点为59℃,微溶于水,有毒性和强腐蚀性。
他们参观生产过程后,绘制了如下装置简图:
请你参与分析讨论:
①图中仪器B的名称:
;
②整套实验装置中仪器连接均不能用橡胶塞和橡胶管,其原因为;
③实验装置气密性良好,要达到提纯溴的目的,操作中如何控制关键条件:
;
④C中液体产物颜色为,为除去该产物中仍残留的少量Cl2,可向其中加入NaBr溶液,充分反应后,再进行的分离操作是_。
答案
(1)蒸馏法 电渗析法(其他合理答案也可)
(2)Cl2 NaOH NaClO
(3)富集溴元素
(4)Br2+SO2+2H2O===4H++SO
+2Br- 强酸对设备的严重腐蚀
(5)①冷凝管 ②Br2腐蚀橡胶 ③控制温度计b的温度,并收集59℃时的馏分 ④深红棕色 分液(或蒸馏)
解析
(2)从反应2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑可判断出产物,但其中Cl2有可能与NaOH反应生成NaClO。
(3)步骤Ⅰ中Br2的浓度很小,若把其中的Br2蒸馏出来,耗能太大,所以要先把Br2富集。
(5)③蒸馏的目的,就是通过沸点不同而提纯Br2,所以要把温度控制在Br2的沸点,尽可能只使Br2挥发。
海水中富含卤素,一般以卤离子形式存在。
工业生产中一般采用化学反应获得相应的单质,然后再用物理的方法进行提纯。
如海水中的Br-、I-,一般要加入氧化剂氧化使其生成Br2、I2,然后再采用萃取法或蒸馏法提纯物质。
探究高考 明确考向
1.判断正误,正确的划“√”,错误的划“×”
(1)实验室从海带提取单质碘的方法是:
取样→灼烧→溶解→过滤→萃取( )
(2013·浙江理综,8A)
(2)从海水中提取物质都必须通过化学反应才能实现( )
(2013·福建理综,6B)
(3)次氯酸钠溶液可用于环境的消毒杀菌( )
(2013·四川理综,1D)
(4)碘是人体必需微量元素,所以要多吃富含高碘酸的食物( )
(2013·新课标全国卷Ⅰ,7C)
(5)在“火柴头中氯元素的检验”实验中,摘下几根未燃过的火柴头,将其浸于水中,稍后取少量溶液于试管中,滴加硝酸银