第11讲　富集在海水中的元素-氯

化学北京版第11讲富集在海水中的元素——氯一、氯气1.氯元素在周期表中的位置及存在形式氯元素位于第三周期ⅦA族。氯的原子结构示意图为

。在自然界中以化合态形式存在。2.氯气的物理性质通常氯气为黄绿色、有刺激性气味的气体,密度比空气大,有毒,易①

液化

。25℃时,1体积水可溶解约②2

体积氯气,其水溶液俗称氯水,呈浅黄绿色。教材研读

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)

3.氯气的化学性质(1)与金属反应与钠反应的化学方程式:2Na+Cl2

③2NaCl

。现象:剧烈燃烧,有白烟(NaCl小颗粒)生成。与铜反应的化学方程式:Cu+Cl2

CuCl2。现象:红热的铜丝剧烈燃烧,生成棕黄色的烟(CuCl2小颗粒),溶于水呈④

蓝绿

色。当溶液浓度不同时,溶液颜色有所不同。与铁反应的化学方程式:⑤2Fe+3Cl2

2FeCl3

。现象:铁丝燃烧,生成棕黄色的烟(FeCl3小颗粒),溶于水得黄色溶液。(2)与非金属反应氢气在氯气中燃烧的化学方程式为:⑥H2+Cl2

2HCl

(苍白色火焰)。(3)与H2O反应1)氯气与水的反应化学方程式为:⑦Cl2+H2O

HCl+HClO

,离子方程式为:Cl2+H2O

H++Cl-+HClO(Cl2既是氧化剂又是还原剂)。2)次氯酸的性质a.弱酸性。是一元弱酸,属弱电解质。b.不稳定性。⑧2HClO

2HCl+O2↑

(氯水要现用现制,保存在棕

色试剂瓶中)。c.强氧化性。HClO能杀死水中的病菌,起到消毒的作用;另外它还能使

有色布条、品红溶液等有色物质褪色,其原理主要是利用其⑨强氧化

性。(4)与强碱的反应1)漂白粉的制备原理⑩2Ca(OH)2+2Cl2

Ca(ClO)2+CaCl2+2H2O

[其中有效成分为Ca(ClO)2]。2)漂白粉的漂白原理

Ca(ClO)2+CO2+H2O

CaCO3↓+2HClO

,此反应可说明酸性HClO弱于H2CO3;漂白粉必须密封保存。(5)与某些还原性物质反应(写离子方程式)1)氯气与KI溶液:2I-+Cl2

I2+2Cl-。2)氯气与FeCl2溶液:2Fe2++Cl2

2Fe3++2Cl-。3)向氯水中通SO2:

Cl2+SO2+2H2O

4H++S

+2Cl-

。4.氯气的实验室制法(1)反应原理:用MnO2和浓盐酸反应,反应方程式为:

MnO2+4HCl(浓)

MnCl2+Cl2↑+2H2O

注意

稀盐酸与MnO2不发生反应,不能制取Cl2。(2)制气类型:“固+液

气”型。(3)组装发生装置的仪器:铁架台(带铁圈)、酒精灯、石棉网、圆底烧

瓶、分液漏斗、导气管。(4)收集方法:向上排空气法或

排饱和食盐水法

(Cl2在饱和食盐水中溶解度很小)。(5)净化装置:用饱和食盐水除去HCl,再用浓H2SO4干燥。(6)吸收装置:用

强碱

溶液吸收多余的Cl2,防止污染空气。5.氯气的工业制法(1)电解饱和食盐水(氯碱工业)。(2)电解熔融的氯化钠和氯化镁,也可制得氯气。自测1判断正误,正确的划“√”,错误的划“×”。(1)Cl2与H2O或NaOH的反应中,氯气既是氧化剂又是还原剂

()(2)要证明Cl2无漂白性而HClO有漂白性,可以先让干燥Cl2通过干燥的有

色布条,再通过湿润的有色布条看是否褪色

()(3)氯气可用于消灭田鼠,为此,可将氯气用软管通入到田鼠洞中,这是利

用了氯气的毒性

()(4)久置的氯水比新制的氯水氧化性更强

()(5)能用pH试纸测定氯水的pH

()(6)漂白粉和明矾都常用于处理自来水,二者的作用原理是不同的

(

)(7)工业上将Cl2通入石灰水中制取漂白粉

()答案(1)√(2)√(3)√(4)×(5)×(6)√(7)×自测2下图所示是验证氯气性质的微型实验,a、b、d、e是浸有相关

溶液的滤纸。向KMnO4晶体上滴加一滴浓盐酸后,立即把另一培养皿

扣在上面。

已知:2KMnO4+16HCl(浓)

2KCl+5Cl2↑+2MnCl2+8H2O对实验现象的“解释或结论”正确的是

()选项实验现象解释或结论Aa处变蓝,b处变红棕色氧化性:Cl2>Br2>I2Bc处先变红,后褪色氯气与水反应生成了酸性物质Cd处立即褪色氯气与水反应生成了漂白性物质De处变红色Fe2+有还原性答案

DA项,由实验现象得氧化性:Cl2>Br2、Cl2>I2,但无法判断Br2与I2的氧化性强弱;B项,由实验现象可知,在此过程中有酸性物质和漂白性

物质生成;C项,无法判断有无漂白性物质生成;D项,Fe2+被Cl2氧化为Fe3+,

说明Fe2+有还原性。二、卤族元素1.相似性(1)都能与大多数金属反应:如2Fe+3Br2

2FeBr3,Fe+I2

①FeI2

;(2)都能与H2反应:②H2+X2

2HX

;(3)都能与H2O反应:X2+H2O

③HX+HXO

(F2与水反应生成HF和O2);(4)都能与碱液反应:X2+2NaOH

④

NaX+NaXO+H2O

(F2、I2除外)。F2Cl2Br2I2颜色:

颜色加深熔、沸点:

逐渐升高密度:

⑤逐渐增大

水溶性:

逐渐减小氧化性:

逐渐减弱还原性(X-):

⑥逐渐增强

卤素单质间能发生的置换反应有:Cl2+2NaBr

2NaCl+Br2,Cl2+2KI

2KCl+I2,Br2+2KI

2KBr+I2。3.特殊性Br2是常温下唯一呈⑦液态

的非金属单质;液溴易挥发且有毒,通常2.递变性用水液封来保存。I2易升华,能使⑧淀粉

变蓝。Br2和I2都易溶于某些有机溶剂(如四氯化碳、汽油)。自测3判断正误,正确的划“√”,错误的划“×”。(1)可以用淀粉溶液检验加碘食盐中的KIO3

()(2)碘易升华,可用加热升华法除去NH4Cl中混有的I2

()(3)将少量溴水加入KI溶液中,再加入CCl4,振荡,静置,可观察到下层液体

呈紫色,证明Br2的氧化性强于I2

()(4)碘是人体必需微量元素,所以要多吃富含高碘酸的食物

()(5)实验室从海带中提取单质碘的方法是:取样→灼烧→溶解→过滤→

萃取

()(6)从海水中提取物质都必须通过化学反应才能实现

()答案(1)×(2)×(3)√(4)×(5)×(6)×自测4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,溶液颜色加深,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解析③无法判断Cl2与Br2的氧化性强弱,因Fe与二者反应都生成+3价

铁;⑤单质在水中的溶解度与氧化性强弱无关。1.氯水的成分氯水中存在三个平衡:(1)Cl2+H2O

HCl+HClO(2)HClO

H++ClO-(3)H2O

H++OH-根据平衡的特点,即可得出氯水中存在的各种微粒。考点突破考点一氯水的成分及对应的性质

2.氯水的多重性质氯水在与不同物质发生反应时,表现出成分的复杂性和性质的多样性。3.抓住诸多因素对平衡Cl2+H2O

HCl+HClO的影响,合理解释具体问题(1)当加入可溶性氯化物时,c(Cl-)增大,平衡左移,因此可用排饱和食盐水

法收集Cl2,也可用饱和食盐水除去Cl2中的杂质气体HCl。(2)当加入浓盐酸时,c(H+)和c(Cl-)都增大,平衡左移,因此可用次氯酸盐和

浓盐酸作用来制取Cl2或测定漂白粉中的“有效氯”;当加入NaHCO3时,

c(H+)减小,平衡右移,使氯水中的c(HClO)增大,漂白性增强。(3)当加入碱时,c(H+)和c(HClO)都减小,平衡右移,实验室常用浓强碱溶

液吸收未反应的Cl2,工业上利用此原理制漂白粉和漂白液。(4)氯水在光照条件下,因HClO分解,平衡右移,故氯水须避光贮存,最好

现用现制,久置的氯水最终会变成盐酸。(2)当加入浓盐酸时,c(H+)和c(Cl-)都增大,平衡左移,因此可用次氯酸盐和

浓盐酸作用来制取Cl2或测定漂白粉中的“有效氯”;当加入NaHCO3时,

c(H+)减小,平衡右移,使氯水中的c(HClO)增大,漂白性增强。(3)当加入碱时,c(H+)和c(HClO)都减小,平衡右移,实验室常用浓强碱溶

液吸收未反应的Cl2,工业上利用此原理制漂白粉和漂白液。(4)氯水在光照条件下,因HClO分解,平衡右移,故氯水须避光贮存,最好

现用现制,久置的氯水最终会变成盐酸。操作现象①取4g漂粉精固体,加入100mL水部分固体溶解,溶液略有颜色②过滤,测漂粉精溶液的pHpH试纸先变蓝,最后褪色③

液面上方出现白雾;稍后,出现浑浊,溶液变为黄绿色;最终,产生大量白色沉淀,黄绿色褪去典例1

(2016北京人大附中模拟,11)某学生对SO2与漂粉精的反应进行

实验探究,下列叙述错误的是

(

)A.Cl2和Ca(OH)2制取漂粉精的化学方程式是:2Cl2+2Ca(OH)2

CaCl2+Ca(ClO)2+2H2OB.pH试纸颜色的变化说明漂粉精溶液具有碱性、漂白性C.液面上方出现白雾,白雾中一定只含HClD.最后,产生大量白色沉淀,黄绿色褪去,推测白色沉淀主要是CaSO4答案

CA项,Cl2和Ca(OH)2制取漂粉精的化学方程式是2Cl2+2Ca(OH)2

CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O;B项,在漂粉精溶液中,ClO-+H2O

HClO+OH-,所以其具有碱性和漂白性;C项,白雾可能是生成的盐酸小液

滴,也可能是SO2形成的酸雾;D项,ClO-和Cl-在酸性条件下生成Cl2,Cl2+

SO2+2H2O

S

+2Cl-+4H+,S

+Ca2+

CaSO4↓,所以最终生成的白色沉淀是CaSO4。1-1氯水中存在多种分子和离子,可通过实验的方法加以确定。下列

有关氯水中存在的粒子的说法中错误的是

()答案

AA项,NaHSO3溶液显酸性,能使石蕊试液变红色,当加入氯水

中后,红色褪去,说明含有具有漂白性的物质即HClO;B项,HClO具有漂

白作用,可漂白有色布条;C项,Cl2的存在导致氯水呈浅黄绿色,具有刺激

性气味;D项,向氯水中滴加硝酸酸化的AgNO3溶液时,产生的白色沉淀

为AgCl,说明有Cl-存在。选项实验操作及现象结论A加入含有NaHSO3的石蕊试液,红色褪去说明有Cl2分子存在B加入有色布条,有色布条褪色说明有HClO分子存在C氯水呈浅黄绿色,且有刺激性气味说明有Cl2分子存在D加硝酸酸化的AgNO3溶液,产生白色沉淀说明有Cl-存在1-2新制的饱和氯水与久置氯水的主要区别是

()答案

A新制氯水中含有Cl2、HCl、HClO,久置氯水中的溶质主要为

HCl,故选A。

新制氯水久置氯水A含氯气多,黄绿色含氯气极少或无氯气B与NaHCO3不反应,漂白作用强能与NaHCO3反应,无漂白作用或漂白作用极弱C不含氯离子含较多氯离子D酸性强酸性弱考点二氯气的实验室制法和氯气的性质实验1.氯气的实验室制法

(2)验满①将湿润的淀粉碘化钾试纸靠近盛Cl2的集气瓶瓶口,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盛Cl2的集气瓶瓶口,观察到试纸立即变(1)制取红后褪色,则证明已集满。③实验室制取Cl2时,常常根据集气瓶中气体的颜色判断是否收集满。(3)注意事项①必须用浓盐酸,稀盐酸不反应。②为了减少制得的Cl2中HCl的含量,加热温度不宜过高,减少HCl挥发。③实验结束后,先使反应停止并排出残留的Cl2,再拆卸装置,避免污染空气。④尾气吸收时,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。

2.Cl2的性质实验常见实验形式如下图所示:装置试剂或用品实验现象实验目的A浓硫酸

验证干燥的氯气无漂白作用,湿

润的氯气有漂白作用B干燥红布条无明显变化

C湿润红布条红布条褪色

DFeCl2溶液溶液由浅绿色变为棕黄色验证氯气具有强氧化性,可与还

原性化合物及金属反应E淀粉KI溶液溶液变为蓝色

F铁粉产生棕色的烟

GNaOH溶液

吸收多余的氯气典例2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.该装置图中存在三处明显错误B.该实验中收集氯气的方法不正确C.如果需要得到干燥纯净的Cl2,只需在气体发生装置和收集装置之间

连接一个装有浓硫酸的洗气瓶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电子答案

AA项,该装置的错误有:没有用酒精灯加热,采用长颈漏斗,没

有进行尾气处理;B项,Cl2的密度比空气大,可用向上排空气法收集;C项,

要得到干燥纯净的Cl2,首先应将气体通过饱和食盐水除去HCl,再通过浓硫酸除去水蒸气;D项,稀盐酸不与MnO2反应,因此转移的电子少于1mol。2-1某校化学实验兴趣小组欲采用如图所示的实验装置制备Cl2,同时

进行与氯气有关的某些实验,按要求回答问题。

(1)A是浓盐酸,B是二氧化锰,将A滴入B中时发生反应的离子方程式为

。(2)甲同学用含有0.2molHCl的浓盐酸与足量的MnO2反应制Cl2,结果制

得的Cl2体积在标准状况下小于1.12L,这是由反应过程中盐酸浓度变小

造成的。请列举导致盐酸浓度变小的原因:

。(3)在实验室中,乙同学欲用下图中的装置净化氯气,则①、②中应盛放

的试剂分别是①

,②

(填试剂名称)。

(4)丙同学将纯净的Cl2通入一定量石灰乳中来制取漂白粉,若通入224mL(标准状况下)Cl2,完全反应时,转移电子的物质的量为

。(3)饱和食盐水浓硫酸(4)0.01mol解析(1)二氧化锰氧化浓盐酸可以制取氯气,离子方程式为MnO2+4H+

+2Cl-

Mn2++Cl2↑+2H2O。(2)浓盐酸浓度变小是因为二氧化锰和浓盐酸反应过程中消耗HCl同时生成了水,加热时氯化氢挥发。(3)制取的

氯气中含有氯化氢和水蒸气,净化时应先通过饱和食盐水吸收氯化氢,

后通过浓硫酸吸收水蒸气。(4)反应2Ca(OH)2+2Cl2

CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O中,1molCl2参加反应转移1mol电子,故通入224mL(标准状况下)

Cl2,完全反应时,转移电子0.01mol。答案(1)MnO2+4H++2Cl-

Mn2++Cl2↑+2H2O(2)氯化氢挥发;反应生成水;反应消耗HCl2-2如图是某研究性学习小组设计制取氯气并以氯气为反应物进行

特定反应的装置。

(1)要将C装置接入B和D之间。正确的接法是a→

→

→d。(2)实验开始先点燃A处的酒精灯,打开旋塞K,让Cl2充满整个装置,再点燃D处酒精灯。Cl2通过C装置后进入D,D装置内盛有炭粉,发生氧化还

原反应,生成CO2和HCl(g),发生反应的化学方程式为

。为了使C装置发挥更好的作用,可向烧杯中加入浓硫

酸,加入浓硫酸的作用是

。(3)D处反应完毕后,关闭旋塞K,移去两个酒精灯,由于余热的作用,A处

仍有少量Cl2产生,此时B中的现象是

,B的作用是

。(4)用量筒量取20mLE中溶液,倒入气密性良好的分液漏斗中,然后再注

入10mLCCl4,盖好玻璃塞,振荡,静置于铁架台上,等分层后取上层液和

下层液,呈黄绿色的是

(填“上层液”或“下层液”),再装入如图所示的烧杯中,能使有色布条褪色的是

(填“上层液”或

“下层液”)。

(5)在A、B、C、D、E装置中有一处需要改进,说明需要改进的理由并

在方框中画出改进后的装置图

。于试管中的水变为水蒸气,从而提供足量的水蒸气供D中反应需要(3)瓶中液面下降,长颈漏斗内液面上升贮存少量Cl2,避免Cl2对环境造

成污染(4)下层液上层液(5)D中反应生成的HCl气体极易溶于水,易发生倒吸

答案(1)cb(2)2Cl2+C+2H2O(g)

4HCl+CO2加入浓硫酸时,放出大量的热,有利解析(1)由于D中反应生成了CO2和HCl,有氢元素存在,说明有水参加

反应,所以C装置的作用是提供水蒸气,因此应该是长进短出。(2)烧杯

中加入浓硫酸,放出大量的热,有利于水蒸气的生成。(3)关闭K,生成的

气体会将B中的溶液压入长颈漏斗中。(4)Cl2易溶于CCl4,而使CCl4层呈黄绿色,Cl2无漂白性;上层液中含有Cl2和水反应生成的HClO,HClO具有

漂白性,可以使有色布条褪色。(5)由于D中反应生成了极易溶于水的

HCl,易造成E中的水倒吸,故可以用一个倒置的小漏斗防止倒吸。1.AgNO3溶液-沉淀法未知液

2.置换-萃取法未知液

考点三卤素离子的检验方法有机层呈

3.氧化-淀粉法检验I-未知液

蓝色溶液,表明有I-典例3下列叙述中正确的是

()A.能使润湿的淀粉KI试纸变成蓝色的物质一定是Cl2B.用硝酸酸化的硝酸银溶液能一次鉴别NaCl、NaBr、KI三种失去标签

的溶液C.向某溶液中加入CCl4,CCl4层显紫色,证明原溶液中存在I-D.某浅黄色的溴水,加入CCl4振荡静置后,上层显橙红色答案

B有很多氧化剂(如HNO3、O3等)能将I-氧化为I2,A错;碘单质的

CCl4溶液显紫色,C错;CCl4的密度比水大,应是下层显橙红色,D错。3-1下列能够检验出KI中是否含有Br-的实验是

()A.加入足量的新制氯水,溶液变色则有Br-B.加入酸性KMnO4溶液,观察溶液颜色是否褪去C.加入少量的碘水,再加入CCl4振荡,有机层有色,则有Br-D.加入足量FeCl3溶液,用CCl4萃取后,取水层并加入氯水,溶液呈橙黄色,

则含有Br-答案

DA项,KI可与新制氯水反应生成单质碘而使溶液变色,故不能

确定是否含有溴离子;B项,溴离子和碘离子均能使酸性高锰酸钾溶液褪

色;C项,有机层中因含有单质碘而显色,不能确定是否含有溴离子。3-2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中溶液由黄色变为棕红色时,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)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本题以卤素性质递变的知识为载体来考查考生的实验能力。题目涉及的反应原理有2KMnO4+16HCl(浓)

2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O,Cl2+2KI

2KCl+I2,Cl2+2NaBr

2NaCl+Br2,Br2+2KI

2KBr+I2,消除Cl2的污染:Cl2+2NaOH

NaCl+NaClO+H2O。实验要排除干扰,利用Ⅱ、Ⅲ的对比可知过程Ⅲ是为了排除Cl2的干扰。对(6)要从本

质(结构)上进行说明,此问易错答为“非金属性逐渐减弱”,这也是结

果,是比“得电子能力逐渐减弱”更高的概述,而不是本质,化学性质的

本源是物质的结构!

提醒①注意绿色化学工艺与节能,以降低生产的成本;②尽量做到物质提取过程中生产工艺的简捷。1.溴的提取从海水中提取溴,通常是将氯气通入提取粗食盐后的母液中,将溶液中

的溴离子氧化成溴单质,鼓入热空气或水蒸气使溴从溶液中挥发出来,冷凝后得到粗溴,精制粗溴可得到高纯度的溴单质。考点四海水中物质的提取2.碘的提取虽然海水中碘的总蕴藏量很大,但由于其浓度很低,故目前工业生产中

碘的获得并不是直接从海水中提取。因为海洋中的某些植物具有富集

碘的能力,如海带等,所以从海带等海产品中提取碘是工业上获取碘的

重要途径。从海带中提取碘的流程图如下:灼烧水氧化剂

干海带→海带灰→浸泡液

滤液

碘的四氯化碳溶液

碘单质常用的氧化剂有Cl2、H2O2、MnO2,反应方程式如下:Cl2+2I-

2Cl-+I2H2O2+2I-+2H+

I2+2H2OMnO2+2I-+4H+

I2+Mn2++2H2O典例4在海水中含有多种元素,开发利用这些资源是科学研究的重要

课题。下图为海水利用的部分过程。下列有关说法正确的是

()

A.要实现反应②可向NaHCO3溶液中加入过量石灰水B.溴元素在反应③、⑤中被氧化,在反应④中被还原C.工业上一般用金属钠与无水MgCl2反应制取Mg单质D.海水中含有碘元素,可将海水浓缩加热得到碘单质答案

BA项,向NaHCO3溶液中加入过量石灰水,发生