氯及其化合物知识点探究

■徐 丹

氯及其化合物的知识是高考命题的热点,历年高考试题中都有所涉及,下面对氯及其化合物知识点进行全面解读,并透视其常见考点,希望对同学们有所帮助。

一、氯气的性质

1.氯气的物理性质。

黄绿色、有刺激性气味、有毒的气体,可溶于水,1体积水能溶解2 体积Cl2,密度比空气大,易液化。

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。

例1下列说法不正确的是()。

A.液氯可以储存在钢瓶中

B.用同一针筒先后抽取80 mL 氯气、20mL水,振荡,气体完全溶解,溶液变为黄绿色

C.氯气、氯水、液氯不是同一种物质,状态不同,不都属于纯净物

D.若氯气发生泄漏,应立即向上风地区转移

解析

氯气可溶于水,在常温时,1体积水大约能溶解2体积氯气,因而20mL水大约能溶解40mL 氯气,气体大约剩余40mL未溶解,B项错误。

答案:B

2.氯气的化学性质。

(1)氧化性。

①与金属单质反应。

与铁反应:2Fe+3Cl22FeCl3

与铜反应:Cu+Cl2CuCl2

注意:与变价金属反应生成最高价态金属氯化物。

②与非金属单质反应。

与H2反应:H2+Cl22HCl

现象:燃烧时,安静地燃烧,发出苍白色火焰,瓶口有大量白雾;光照时,剧烈反应,发生爆炸,瓶口有大量白雾。

能将P、Si氧化为PCl3、PCl5、SiCl4。

③与还原性化合物反应。

与碘化钾溶液反应:Cl2+2I-══I2+2Cl-

与SO2水溶液反应:Cl2+SO2+2H2O══2Cl-++4H+

与FeCl2溶液反应:2Fe2++Cl2══2Fe3++2Cl-

(2)歧化反应。

氯气与水或碱反应,氯元素的化合价既有升高又有降低,因而氯气既表现有氧化性又表现有还原性。

例2下列关于氯气的说法正确的是()。

A.Cl2具有很强的氧化性,在化学反应中只能作氧化剂

B.氢气在氯气中燃烧,瓶口出现白雾

C.Fe在Cl2中燃烧生成FeCl3,故与其他非金属反应的产物中Fe也显+3价

D.Fe在Cl2中的燃烧产物用数轴表示如下:

解析

Cl2与水反应时Cl2既表现出氧化性也表现出还原性,A 项错误。H2在Cl2中燃烧生成的HCl在瓶口会与空气中的水蒸气形成盐酸小液滴,因此会出现白雾,B 项正确。Fe与氧化性较弱的非金属单质反应只能形成+2价化合物,C项错误。Fe在Cl2中燃烧只能生成FeCl3,D 项错误。

答案:B

例3已知:KClO3+6HCl(浓)══KCl+3Cl2↑+3H2O。如图1 所示,将少量试剂分别放入培养皿中的相应位置,实验时将浓盐酸滴在KClO3晶体上,并用表面皿盖好。表1中由实验现象得出的结论完全正确的是()。

图1

表1

解析

Cl2本身没有酸性,溶液褪色,可能是Cl2与水反应生成的HCl和HClO 与NaOH 溶液发生中和反应生成盐而使溶液褪色,也可能是生成的HClO 的漂白性使溶液褪色;Cl2本身不具有漂白性,而是Cl2与H2O 作用生成的HClO具有漂白性。

答案:D

(3)氯水的成分及性质模型。

氯气能溶于水(2∶1),氯气的水溶液称为氯水,溶于水的氯气只有少量与水反应。

①氯水中存在三种平衡关系:

Cl2+H2OHCl+HClO

H2OH++OH-

氯水中成分有:

②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。

③久置的氯水由于HClO 分解了,所以成分为H2O、H+、Cl-。

例4用玻璃棒蘸取新制氯水点在pH试纸上,观察到的现象是()。

解析

新制氯水中存在HCl(强酸)和HClO(弱酸),二者电离出H+使溶液显酸性,故试纸变为红色,后因HClO 具有强氧化性又会使红色(中间部分)褪去,故B项正确。

答案:B

例5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,氯水能使有色布条褪色是因为氯水中含有的HClO具有强氧化性;C项,因为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,氯水的浅黄绿色消失,是由于Cl2与NaOH 溶液反应,并不是 HClO 的强氧化性,不能说明有HClO 存在。

答案:B

(4)氯气的实验室制法。

①制取原理。

实验室通常用强氧化剂(如KMnO4、K2Cr2O7、KClO3、MnO2等)氧化浓盐酸制取氯气。用MnO2制取Cl2的反应方程式为MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O。

②制取过程。

③实验装置(如图2)。

图2

④注意事项。

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。

加热温度:不宜过高,以减少HCl挥发。

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。

尾气吸收时,用NaOH 溶液吸收Cl2,不能用澄清石灰水吸收,因为溶液中含Ca(OH)2的量少,吸收不完全。

例6反 应MnO2+4HCl(浓) △══MnCl2+Cl2↑+2H2O 中,氧化产物与还原产物的物质的量之比是()。

A.1∶2 B.1∶1

C.2∶1 D.4∶1

解析

Cl2为氧化产物,MnCl2为还原产物,根据化学方程式可知,其物质的量之比为1∶1。

答案:B

例7实验室用MnO2和浓盐酸制Cl2时,有如下操作:

①连好装置,检查气密性

②缓缓加热

③加入MnO2粉末

④从装有浓盐酸的分液漏斗中加入浓盐酸

⑤将多余氯气用NaOH 溶液吸收

⑥用向上排气法收集氯气

以下操作顺序正确的是()。

A.①②③④⑥⑤

B.③④②①⑥⑤

C.①④③②⑥⑤

D.①③④②⑥⑤

解析

制取氯气的正确操作步骤:先连接装置,检查气密性,然后装入药品(先向烧瓶中装入二氧化锰,再向分液漏斗中装入浓盐酸),下一步进行加热制取、吸收氯气,由于氯气有毒,最后需要进行尾气吸收,故正确的排序为①③④②⑥⑤。

答案:D

例8图3是用KMnO4与浓盐酸反应制取适量氯气的简易装置。

图3

(1)装置B的作用是____。

(2)装置C的作用是_____。

(3)装置D 的作用是_____。

答案:(1)向上排空气收集氯气 (2)安全瓶作用,防止D 中的液体倒吸入B 中(3)吸收尾气,防止氯气扩散到空气中污染环境

二、次氯酸和次氯酸盐的性质

1.次氯酸。

(2)强氧化性:①能将有色物质氧化为无色物质,作漂白剂;②杀菌、消毒。

(3)弱酸性:NaClO 溶液中通入少量CO2,化学方程式为ClO-+CO2+H2O ══HClO+。

2.次氯酸盐。

(1)“84”消毒液。

有效成分为NaClO,它与洁厕灵(主要成分是盐酸)混合会产生氯气,其离子方程式是ClO-+Cl-+2H+══Cl2↑+H2O。

(2)漂白粉。

①成分:漂白粉的主要成分是CaCl2和Ca(ClO)2,其中有效成分是Ca(ClO)2。

②漂白原理:在潮湿的空气中能吸收CO2,化学方程式为Ca(ClO)2+CO2+H2O══2HClO+CaCO3↓。

③久置失效原因:Ca(ClO)2+H2O+CO2══CaCO3↓+2HClO,2HClO光照══2HCl+O2↑,CaCO3+2HCl══CaCl2+CO2↑+H2O。

例9在全国人民众志成城抗击疫情期间,使用的“84”消毒液的主要有效成分是()。

A.NaOH B.NaCl

C.NaClO D.Na2CO3

答案:C

例10化学与生活是紧密相联系的,下列说法中正确的是()。

A.氯气可用作消毒剂和漂白剂,是因为氯气与水反应生成的次氯酸具有强还原性

B.地震灾区和洪涝灾区都用漂白粉消毒,主要是利用漂白粉溶液的碱性

C.氯气与烧碱溶液或石灰乳反应都能得到含氯消毒剂

D.能用同一原理解释ClO-与Fe2+、H+均不能大量共存

解析

氯气可用作消毒剂和漂白剂的原因是Cl2与水反应生成的HClO 具有强氧化性,A 项错误。地震灾区和洪涝灾区用漂白粉消毒是利用了漂白粉的强氧化性,B项错误。ClO-与Fe2+因发生氧化还原反应而不能大量共存,ClO-与H+反应生成HClO 为弱酸而不能大量共存,D项错误。

答案:C

例11氯可形成多种含氧酸盐,广泛应用于杀菌、消毒及化工领域。实验室中利用图4 装置(部分装置省略)制备KClO3和NaClO,探究其氧化还原性质。

图4

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 B.NaCl

C.Ca(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。

解析

(1)氯气发生装置,是在圆底烧瓶中完成,故盛放MnO2粉末的仪器名称是圆底烧瓶,b 中是氯气与氢氧化钾反应,因此a中的试剂应该除去氯气中的氯化氢气体,即a中的试剂为饱和食盐水。(2)b中采用的加热方式是水浴加热,由题意可知b中是氯气与氢氧化钾在热水浴中反应生成KClO3,c中是氯气与冷的氢氧化钠溶液反应生成NaClO,故化学反应的离子方程式为Cl2+2OH-══ClO-+Cl-+H2O,采用冰水浴冷却的目的是防止生成NaClO3。(3)d的作用是除去多余的氯气,防止污染大气,可选用能与氯气反应的物质,题给选项只有Na2S 和Ca(OH)2符合条件。(4)冷却结晶后是过滤,过滤接下来就是洗涤。(5)1号试管溶液颜色不变,表明KClO3不与KI溶液反应,即KClO3不能氧化KI。2号试管溶液变为棕色,表明与KI溶液反应生成了I2,加入CCl4振荡,萃取,I2的CCl4溶液显紫色,故KClO3的氧化能力小于NaClO的氧化能力。

答案:(1)圆底烧瓶 饱和食盐水(2)水浴加热 Cl2+2OH-══ClO-+Cl-+H2O 避免生成NaClO3(3)吸收尾气(Cl2)A、C (4)过滤 少量(冷)水洗涤 (5)紫小于

感悟与提高

1.下列说法正确的是()。

①Cl2的性质活泼,它与H2混合后立即发生爆炸

②实验室制取Cl2时,为了防止环境污染,多余的Cl2可以用Ca(OH)2溶液吸收

③新制氯水的氧化性强于久置氯水的

④检验HCl气体中是否混有Cl2,方法是将气体通入AgNO3溶液中

⑤除去HCl气体中的Cl2,可将气体通入饱和食盐水中

A.①②③B.②③④

C.③D.③⑤

2.二氧化氯(ClO2)是一种黄绿色易溶于水的气体,常用于饮用水消毒。下列有关ClO2的制备与杀菌的说法不合理的是()。

A.NaClO2在酸性条件下歧化生成ClO2和NaCl,则n(氧化剂)∶n(还原剂)=1∶4

B.ClO2在强碱性环境中使用失效,可能的原因是2ClO2+2OH-══

C.可用饱和食盐水除去ClO2中的NH3

D.等物质的量的ClO2杀菌效果比Cl2强

3.某中学化学兴趣小组想制取饱和氯水,并进行氯水的性质实验。他们使用如图5装置制取较多量的饱和氯水,请回答:

图5

(1)写出仪器的名称:A 为____,B 为____。

(2)丙装置中发生反应的离子方程式为_____。丁装置中发生反应的离子方程式为____。

(3)有同学提出如下改进建议:

①在乙和丙之间增加图6 中的a装置,你认为有无必要:___(填“有”或“无”)。

②在丙的长导管下口处,接图6中的b装置,可以提高氯气的吸收效果,原因是_____。

图6

(4)向新制得氯水中加入少量下列物质,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

4.含氯物质在生产生活中有重要作用。1774 年,舍勒在研究软锰矿(主要成分是MnO2)的过程中,将它与浓盐酸混合加热,产生了一种黄绿色气体。1810年,戴维确认这是一种由新元素组成的单质,并命名为chlorine(中文命名“氯气”)。

(1)实验室沿用舍勒的方法制取Cl2的化学方程式为____。

(2)实验室制取干燥Cl2时,净化与收集Cl2所需装置(如图7)的接口连接顺序为_____。

图7

(3)某氯水久置后不能使品红溶液褪色,可推测氯水中_____已分解。检验此久置氯水中Cl-存在的操作及现象是_____。

答案:

1.C

2.C

3.(1)分液漏斗 圆底烧瓶 (2)Cl2+H2OH++Cl-+HClO Cl2+2OH-══Cl-+ClO-+H2O (3)①无 ②可增大Cl2与水的接触面积 (4)A

4.(1)MnO2+4HCl(浓MnCl2+Cl2↑+2H2O (2)c-d-b-a-e(3)HClO 向溶液中加入过量稀硝酸,防止溶液中含有等,再加入少量AgNO3溶液,若有白色沉淀生成,则证明原溶液中含有Cl-