非金属元素及其化合物 富集在海水中的元素氯.docx

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非金属元素及其化合物富集在海水中的元素氯

非金属元素及其化合物

富集在海水中的元素——氯

【考纲要求】

1.掌握氯气的主要性质及应用。

掌握氯气的实验室制法。

2.了解氯气的物理性质，了解氯气的用途

3.从原子的核外电子排布，理解卤族元素（单质、化合物）的相似性和递变性。

4.了解几种重要的含卤素化合物的主要性质及应用。

初步了解氟氯烃对环境及人类健康的影响。

5.会进行有关实验和计算。

【知识整合】

1．氯的原子结构

氯元素位于第周期第族，其原子结构示意图为，氯原子最外层有个电子易得到个电子而形成氯离子，是活泼的非金属元素。

在自然界中以化合态形式存在。

2．氯气的物理性质

通常情况下，氯气是色，有气味的气体，密度比空气，溶于水，有毒，易。

特别提醒：

在实验室闻氯气气味时，应该用手轻轻在瓶口扇动，仅使极少量氯气飘进鼻孔，闻其他气体气味时，也应采用这种方法。

3．氯气的化学性质

（1）与金属反应

2Na＋Cl2

（现象：

）

Cu＋Cl2

　2Fe＋3Cl2

2FeCl3（现象：

）

（2）与非金属反应

H2＋Cl2

（现象：

安静燃烧，色火焰）

HCl溶于水形成盐酸，工业上利用此方法生产盐酸。

（3）与水反应

化学方程式为：

Cl2＋H2O===，离子方程式为：

（Cl2既是氧化剂又是还原剂）。

①氯气的水溶液叫氯水，饱和氯水呈色，主要含有等粒子。

②次氯酸的性质

a．弱酸性：

是一元弱酸，属弱电解质，酸性弱于碳酸。

b．不稳定性：

2HClO

（氯水要现用现制，保存在色试剂瓶中）。

c．强氧化性：

HClO能氧化许多物质。

d．杀菌漂白性：

能使、等有色物质褪色，其原理主要是利用其性。

（4）与碱液反应

①与碱的反应

Cl2＋2NaOH===（工业制漂白液，实验室吸收多余的Cl2）。

2Cl2＋2Ca（OH）2===（工业生产漂粉精）。

②漂白粉

a．漂白粉（有效氯含量为35%）的有效成分是，漂粉精（有效氯含量为70%）的主要成分是Ca（ClO）2。

b．NaClO、Ca（ClO）2都比HClO要稳定，容易保存。

c．漂白原理：

Ca（ClO）2＋CO2＋H2O===,

2NaClO＋CO2＋H2O===。

d．漂白液、漂白粉和漂粉精既可用于漂白又可用于消毒，露置于空气中会与CO2反应而变质，所以需要隔绝空气密封保存。

（5）与还原性物质反应

Cl2＋2FeCl2===（溶液从色变为色）。

Cl2＋2KI===（用试纸检验Cl2的存在）。

（6）与有机物反应

CH4＋Cl2

（反应类型：

）

CH2===CH2＋Cl2―→反应类型：

）

二、氯气的实验室制法和Cl－的检验

1．氯气的实验室制法

（1）反应原理

MnO2＋4HCl（浓）

，MnO2是剂，HCl是剂。

（2）仪器装置

固＋液

气

①使用的主要仪器有、、、、、等。

②分液漏斗和圆底烧瓶在此实验中的作用分别是和。

③制气装置一般包括四个组成部分：

制取→净化→收集→吸收。

（3）收集方法

①法（Cl2的密度比空气大）。

②排饱和食盐水法收集（Cl2在饱和食盐水中的溶解度小，故也可用排饱和食盐水法收集，也常用除去Cl2中的HCl杂质）。

（4）验满方法

①将靠近盛Cl2的瓶口，观察到试纸立即，则证明已集满。

②将湿润的蓝色石蕊试纸靠近盛Cl2的瓶口，观察到试纸立即发生的变化，则证明已集满。

（5）尾气吸收

发生的反应是：

2．氯离子的检验

在被检溶液中滴入少量使其酸化，然后再滴加AgNO3溶液，若有产生，证明溶液中存在Cl－。

三、卤族元素

1．卤素

卤素位于元素周期表中第族，包括：

氟（F）、氯（Cl）、溴（Br）、碘（I）、砹（At），它们的单质都是分子（除At外），化学式分别为：

F2、Cl2、Br2、I2。

2．结构与性质

卤素原子最外层都有个电子，都是典型的非金属元素，其单质具有相似的化学性质。

其特征电子排布为

（1）卤素单质和H2的反应

化学反应方程式

反应难易程度

F2跟H2在冷暗处就能发生爆炸反应，生成的HF很稳定

Cl2跟H2在光照或点燃时剧烈化合，生成稳定的HCl

Br2跟H2在500℃时能较慢地进行反应，生成HBr，HBr不如HCl稳定

I2跟H2很难化合，在不断加热的条件下缓慢地进行，

生成的HI很不稳定，同时发生分解

（2）卤素单质和H2O的反应

2F2＋2H2O===

X2＋H2O===（X为Cl、Br、I）

（3）卤素间的置换反应

氧化性：

按F2、Cl2、Br2、I2顺序逐渐减弱，可以发生反应：

Cl2＋2NaBr===，Br2＋2KI===。

（4）卤素单质的特性

①溴是常温下惟一易挥发的态非金属单质；

②淀粉遇碘变——常用于鉴别I2或淀粉的存在；

③碘易升华，常利用该性质来分离提纯碘。

【例题解析】

【例1】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]　A项，氯水能使有色物质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。

[答案]　B

变式1　下列关于氯水的叙述正确的是（　　）

A．新制的氯水中只含有Cl2和H2O分子

B．新制的氯水可使蓝色石蕊试纸先变红后褪色

C．光照氯水有气体逸出，该气体是Cl2

D．氯水放置数天后pH会变大

解析：

新制的氯水中含有H2O、Cl2、HClO分子和H＋、Cl－、ClO－、OH－，光照氯水发生反应2HClO

2HCl＋O2↑，故A、C项错误；氯水中的H＋可使石蕊试纸变红，HClO具有漂白性可使石蕊试纸褪色，前者反应速率较快，后者反应速率较慢，故试纸先变红后褪色，故B项正确；氯水久置，因弱酸HClO分解成强酸（盐酸）使溶液酸性增强、pH减小，故D项错误。

答案：

B

【例2】　下列关于卤素的叙述，正确的是（　　）

A．单质的颜色随核电荷数的增加逐渐加深

B．氢化物的稳定性随核电荷数的增加逐渐增强

C．单质与水反应均可表示为X2＋H2O===HX＋HXO

D．随核电荷数的增加X－的半径递增，还原性递减

[解析]　卤素单质的颜色从氟至碘依次为淡黄绿色、黄绿色、深红棕色、紫黑色，逐渐加深，A项正确；氢化物的稳定性随核电荷数的增加，从氟至碘：

HF＞HCl＞HBr＞HI，逐渐减弱，B项错误；F2与水反应：

2F2＋2H2O===4HF＋O2，C项错误；随核电荷数的增加，离子半径逐渐增大：

F－＜Cl－＜Br－＜I－，还原性逐渐增强：

F－＜Cl－＜Br－＜I－，D项错误。

[答案]　A

[点评]　同一主族的物质及其化合物，一般都具有相似的性质，对于同一主族中不熟悉的物质的考查，往往需要我们有类比和知识迁移能力。

变式2　X、Y是元素周期表ⅦA族中的两种元素。

下列叙述中能说明X的非金属性比Y强的是（　　）

A．X原子的电子层数比Y原子的电子层数多

B．X的氢化物的沸点比Y的氢化物的沸点低

C．X的气态氢化物比Y的气态氢化物稳定

D．Y的单质能将X从NaX的溶液中置换出来

解析：

A项ⅦA族元素的电子层数越多，非金属性越弱；B项沸点高低是物理性质，不能用来说明物质的非金属性的强弱；D项说明Y的非金属性比X强。

答案：

C

【例3】　在实验室里可用图所示装置制取氯酸钾、次氯酸钠和探究氯水的性质。

图中：

①为氯气发生装置；②的试管里盛有15mL30%KOH溶液，并置于水浴中；③的试管里盛有15mL8%NaOH溶液，并置于冰水浴中；④的试管里加有紫色石蕊试液；⑤为尾气吸收装置。

请填写下列空白：

（1）制取氯气时，在烧瓶里加入一定量的二氧化锰，通过___________（填写仪器名称）向烧瓶中加入适量的浓盐酸。

实验时为了除去氯气中的氯化氢气体，可在①与②之间安装盛有___________（填写下列编号字母）的净化装置。

A．碱石灰　B．饱和食盐水

C．浓硫酸D．饱和碳酸氢钠溶液

（2）比较制取氯酸钾和次氯酸钠的条件，二者的差异是：

__________________________________。

反应完毕经冷却后，②的试管中有大量晶体析出。

图中符合该晶体溶解度曲线的是___________（填写编号字母）；从②的试管中分离出该晶体的方法是___________（填写实验操作名称）。

（3）本实验中制取次氯酸钠的离子方程式是：

________________________________________________________________________。

（4）实验中可观察到④的试管里溶液的颜色发生了如下变化，请填写下表中的空白：

实验现象

原因

溶液最初从紫色逐渐变为______色

氯气与水反应生成的H＋使石蕊变色

随后溶液逐渐变为无色

_______________

然后溶液从无色逐渐变为______色

______________

[解析]　

（1）浓盐酸属液体试剂，应通过分液漏斗逐滴加入；除Cl2中的HCl，应防止Cl2消耗，排除A、D项，又需吸收HCl，排除C项。

（2）①从题目条件上看：

浓度不同，KOH溶液是30%，NaOH溶液是8%；温度不同，KOH溶液需水浴加热，而NaOH溶液却用冰水浴冷却。

②“反应完毕经冷却后，②的试管中有大量晶体析出”指明该晶体的溶解度随温度降低而降低，则在“溶解度—温度”图像中，应为增函数曲线。

③晶体与液体分离的方法应采用过滤操作。

（3）由氯气与氢氧化钠反应生成次氯酸钠的化学方程式Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，改写即可。

（4）①“H＋使石蕊变色”，溶液呈酸性石蕊应变红。

②石蕊属有色有机物，褪色应考虑漂白作用，是Cl2与水产生的HClO作用的结果。

③持续通入Cl2，会因Cl2溶于水中而使溶液显黄绿色。

[答案]　

（1）分液漏斗　B

（2）碱溶液（或反应物）的浓度不同，反应温度不同　M　过滤

（3）Cl2＋2OH－===ClO－＋Cl－＋H2O

（4）

红

氯气与水反应生成的HClO将石蕊氧化为无色物质

黄绿

继续通入的氯气溶于水使溶液呈黄绿色

[点评]　本题是对学生实验基础知识的考查，包括对药品的取用、物质的分离、现象的推理及解释等。

【例4】下图是某学生设计的实验室制备干燥Cl2及吸收多余氯气的实验装置图，请回答：

（1）指出上述图中的各处错误：

①________________________________________________________________________；

②________________________________________________________________________；

③________________________________________________________________________；

④________________________________________________________________________。

（2）在改过后的装置中，下列物质的作用分别是：

①饱和食盐水________________________________________________________________；

②浓硫酸________________________________________________________________________；

③NaOH溶液________________________________________________________________。

解析：

氯气的制备是气体制备中的一个典型，同学们应引起重视。

给一套实验装置的仪器和试剂找错应从这样几个方面着手：

①反应物的类型、状态、浓度，②反应条件，③杂质及除杂试剂，④使用仪器及仪器的连接顺序，⑤导管的长短，⑥吸收剂的状态及吸收装置等。

具体到该题则是：

①MnO2和浓盐酸制氯气要加热，②氯气从浓盐酸中逸出会带出杂质气体——氯化氢和水蒸气，除水蒸气应在除氯化氢之后，因为除氯化氢时，还是要通过溶液——饱和食盐水。

答案：

（1）①不能用稀盐酸，而应用浓盐酸　②应有加热装置，应用酒精灯加热　③盛浓硫酸和盛饱和食盐水的洗气瓶位置颠倒　④两洗气瓶里进气导管和出气导管的长短不对

（2）①除去Cl2中的氯化氢　②除去氯气中的水蒸气　③吸收多余的氯气

【规律方法】

一、卤素性质的迁移应用

1．卤素互化物

由两种卤素化合成的物质叫卤素互化物。

它的分子是由一个较重卤素原子和奇数个较轻卤素原子组成。

如：

IBr（s）、ICl（s）、ICl3（s）、BrF3（l）、ClF3（g）。

卤素互化物与卤素单质性质相似，有较强的氧化性。

如2IBr＋2Mg===MgBr2＋MgI2；2BrF3＋4Zn===ZnBr2＋3ZnF2。

卤素互化物与卤素单质又有性质不同之处，卤素单质遇水或碱溶液发生自身氧化还原反应；但卤素互化物的水解或与碱反应一般不是氧化还原反应。

2．拟卤素

一些多原子分子与卤素单质性质相似，其阴离子又与卤素阴离子性质相似，常称它们为拟卤素。

下面表中为常见拟卤素及酸和盐。

卤素

氰

硫氰

氧氰

单质

Cl2

（CN）2

（SCN）2

（OCN）2

酸

HCl

HCN

HSCN

HOCN

盐

NaCl

NaCN

NaSCN

NaOCN

（1）拟卤素性质与卤素单质相似

（CN）2＋H2===2HCN

（SCN）2＋H2O===HSCN＋HSCNO

（OCN）2＋2NaOH===NaOCN＋NaOCNO＋H2O

（2）氢化物的性质相似

HCN＋AgNO3===AgCN↓＋HNO34HSCN＋MnO2

Mn（SCN）2＋（SCN）2＋2H2O

【例1】　卤素互化物是指不同卤素原子之间以共价键结合形成的化合物：

XX′型卤素互化物与卤素单质结构相似、性质相近。

试回答下列问题：

（1）卤素互化物BrCl能发生下列反应

H2O＋BrCl===HBrO＋HCl

KBr＋BrCl===KCl＋Br2

①写出KI与IBr反应的化学方程式__________________________________________________。

②写出苯（C6H6）与ICl发生取代反应生成一卤代物的化学方程式________________________。

（2）图是部分卤素单质和XX′型卤素互化物的沸点与其相对分子质量的关系图。

它们的沸点随着相对分子质量的增大而升高。

原因是___________________

（3）试推测ICl的沸点所处的最小范围________________________________________________。

[解析]　

（1）对题给信息“XX′”型卤素互化物与卤素单质结构相似及BrCl与水和KBr反应，迁移应用可写出KI与IBr，C6H6与ICl反应的化学方程式。

（2）因卤素互化物原子之间以共价键结合形成的XX′，形成晶体时属分子晶体，分子间以分子间作用力相结合，再结合图像分析，推出：

它们的沸点随相对分子质量的增加而增大。

（3）根据

（2）的结论：

因ICl的相对分子质量M（Br2）

[答案]　

（1）①KI＋IBr===KBr＋I2

②C6H6＋ICl―→C6H5I＋HCl；

（2）相对分子质量越大，分子间作用力越强

（3）介于Br2的沸点和IBr的沸点之间

[点评]　本题属信息迁移题，侧重考查考生的自学能力及知识迁移应用能力。

变式1　氯化溴是由两种卤素互相结合而成的卤素化合物，其化学性质与Cl2相似，能与金属和非金属反应生成卤化物，能与水反应：

BrCl＋H2O===HBrO＋HCl。

下列有关BrCl的性质的叙述中不正确的是（　　）

A．是较强的氧化剂

B．是一种化合物

C．能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝

D．BrCl与水反应中，BrCl既是氧化剂又是还原剂

解析：

BrCl的化学性质与Cl2相似，应是较强的氧化剂，可氧化KI生成I2，I2遇淀粉变蓝。

BrCl由两种元素组成，显然属于化合物。

BrCl分子中，Cl原子吸引电子的能力强，故电子对偏向Cl，使Cl显－1价，Br显＋1价，根据反应BrCl＋H2O===HBrO＋HCl，BrCl中各元素化合价未变，故此反应不是氧化还原反应。

答案：

D

二、萃取实验

1．萃取的原理

利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同，用一种溶剂把溶质从它与另一种溶剂所组成的溶液中提取出来。

2．萃取剂须具备的条件

（1）溶质在萃取剂中的溶解度比在原溶剂中大；

（2）萃取剂与原溶剂互不相溶；

（3）萃取剂与被提取的溶质不发生反应。

3．操作步骤

（1）混合振荡；

（2）静置分层；（3）分液。

4．所用仪器

分液漏斗：

分液时，打开分液漏斗的上口和活塞，使下层液体从漏斗颈放出，当下层液体刚好放完时，立即关闭活塞，不能让上层液体流下，上层液体从分液漏斗的上口倒出。

萃取应分少量多次，以萃取完全。

5．分液漏斗的使用注意事项

（1）使用前应检查分液漏斗是否漏液。

（2）使用前玻璃活塞应涂少量凡士林（防止漏液）。

使用时，左手捂住漏斗球部，用右手的拇指和食指转动玻璃活塞。

上部玻璃塞的小槽应与漏斗一侧的小孔对齐（或取下玻璃塞），才可放液。

（3）分液时，下层液体从漏斗颈下放出（操作同放液），上层液体从漏斗上口倒出。

【例2】　实验探究是体验知识的产生或形成过程的基本途径。

下面是某同学探究实验报告的一部分，请填空：

实验名称：

氯、溴、碘的氧化性强弱比较

实验药品：

NaCl溶液、KBr溶液、KI溶液、氯水、溴水、四氯化碳、淀粉碘化钾试纸

实验步骤

实验结论

①NaCl溶液＋氯水＋1mLCCl4，振荡，静置，观察四氯化碳层颜色

氧化性从强到弱的顺序：

氯、溴、碘

②NaBr溶液＋氯水＋1mLCCl4，振荡，静置，观察四氯化碳层颜色

③KI溶液＋氯水＋1mLCCl4，振荡，静置，观察四氯化碳层颜色

（1）完成该实验需用到的仪器是________；

（2）CCl4在实验中所起的作用是______________________________；

（3）在实验②中四氯化碳层颜色变化过程为__________________；

（4）该同学的实验缺陷是________，改进的办法是_____________________。

[解析]　利用非金属单质间的置换反应来比较单质的氧化性强弱。

Cl2能置换出Br2、I2，Br2能置换出I2，则说明氧化性Cl2>Br2>I2。

[答案]　

（1）试管、量筒

（2）萃取剂，使生成的Br2、I2溶于其中，便于观察现象

（3）由无色逐渐变为橙红色

（4）不能证明溴的氧化性强于碘　再做一组实验④，步骤为：

KI溶液＋溴水＋1mLCCl4，振荡、静置，观察四氯化碳颜色

变式2　在盛有KI溶液的试管中，滴入氯水充分反应后，再加四氯化碳振荡，静置后观察到的现象是（　　）

A．上层紫红色，下层接近无色

B．均匀、透明、紫红色

C．均匀、透明、无色

D．上层接近无色，下层紫红色

解析：

在盛有KI溶液的试管中，滴入氯水充分反应后，发生下列反应：

Cl2＋2KI===2KCl＋I2，再加入四氯化碳振荡，由于四氯化碳和水互不相溶，故静置后液体分为两层；又因四氯化碳比水重，则水在上层，四氯化碳在下层；单质碘在四氯化碳中的溶解度远大于在水中的溶解度，故单质碘被四氯化碳从水中萃取出来，使下层显紫红色。

答案：

D

【基础巩固】

1．自来水常用氯气进行消毒．如果在实验室用自来水配制下列物质的溶液，不会产生明显药品变质问题的是（　　）

A．FeCl2B．Na2SO3C．NaOHD．AlCl3

2．类推的思维方式在化学学习与研究中是经常用到的，但是有时会产生错误的结论，因此类推出的结论最终要经过实践的验证才能确定其正确与否。

以下类推的结论正确的是（　　）

A.．Na、Mg、Al具有强还原性，Na常温下与水剧烈反应，故Mg、Al也可以与水反应

B．盐酸、硝酸都是强酸，CaCO3与盐酸反应制取CO2，用硝酸也行

C．由2Fe＋3Cl2===2FeCl3可推出2Fe＋3I2===2FeI3成立

D．CO2和SO2都是酸性氧化物，SO2能使酸性KMnO4溶液褪色，故CO2也可以使其褪色

3．下列关于氯的说法正确的是（　　）

A．Cl2具有很强的氧化性，在化学反应中只能作氧化剂

B.

Cl、

Cl为不同的核素，有不同的化学性质

C．实验室制备Cl2，可用排饱和食盐水集气法收集

D．1.12LCl2含有1.7NA个质子（NA表示阿伏加德罗常数）

4．下列关于某溶液所含离子检验的方法和结论正确的是（　　）

A．加入碳酸钠溶液产生白色沉淀，再加盐酸白色沉淀消失，说明有Ca2＋

B．通入少量Cl2后，溶液变为黄色，再加入淀粉溶液后，溶液变蓝，说明有I－

C．加入盐酸产生能使澄清石灰水变浑浊的气体，则原溶液中一定有CO32－或SO32－

D．往溶液中加入BaCl2溶液和稀HNO3，有白色沉淀生成，说明一定有SO42－

5．下列物质与其用途相符合的是（　　）

①Cl2—做消毒剂　②AgBr—制胶卷、感光纸　③AgI—人工降雨　④碘—预防甲状腺肿大　⑤淀粉—检验I2的存在⑥NaClO—漂白纺织物

A．②③④⑤⑥B．①②③④⑤

C．②③④⑤D．全部

6．下列离子方程式正确的是（　　）

①氯气与水反应：

Cl2＋H2O

2H＋＋Cl－＋ClO－

②氯气与氢氧化钠溶液反应：

Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O

③浓盐酸与二氧化锰共热：

MnO2＋4HCl

Mn2＋＋2Cl－＋Cl2↑＋2H2O

④漂白粉溶液中通入少量的二氧化碳气体：

Ca2＋＋2ClO－＋H2O＋CO2===CaCO3↓＋2HClO

A．①③B．②④

C．②③D．①④

7．鉴别Cl－、Br－、I－三种离子，不宜选用的试剂组是（　　）

A．AgNO3溶液和稀硝酸B．溴水和淀粉溶液

C．氯水和CCl4溶液D．氯水和淀粉溶液

8．为消除碘缺乏病，卫生部规定食盐必须加碘，其中碘以碘酸钾（KIO3）的形式存在．已知溶液中IO

可与I－发生反应：

IO

＋5I－＋6H＋===3I2＋3H2O.根据此反应，可用试纸和一些生活中常见的物质进行实验，证明在食盐中存在IO

.可供选用的物质有：

①自来水；②蓝色石蕊试纸；③碘化钾淀粉试纸；④淀粉；⑤白糖；⑥食醋；⑦白酒．进行上述实验时必须使用的物质是（　　）

A．①③B．③⑥C．②④⑥D．①②④⑤⑦

9．已知：

KClO3＋6HCl（浓）===KCl＋3Cl2↑＋3H2O。

如图所示，将少量试