高中化学人教版必修1学案4-2第1课时氯气

第二节富集在海水中的元素——氯[学习目标]1.了解氯的结构及存在，掌握Cl2的物理性质。2．掌握Cl2的化学性质和Cl－的检验方法。(重点)3．知道Cl2和HClO的性质，理解漂白粉的制取原理，了解漂白粉的有效成分和主要成分。(难点)4．掌握Cl2的实验室制法。(重点)5．了解COeq\o\al(2－,3)等对Cl－检验的干扰。第1课时氯气一、氯的原子结构及存在1．原子结构：氯的原子结构示意图为。2．存在：氯在自然界中以化合态的形式存在，主要形式为NaCl。二、发现和确认1774年，瑞典化学家舍勒，通过化学反应：4HCl(浓)＋MnO2eq\o(=,\s\up17(△))MnCl2＋Cl2↑＋2H2O，发现了氯气。1810年，由英国化学家戴维确认。三、物理性质1．Cl2在通常情况下呈黄绿色，是一种有刺激性气味的有毒气体。25℃时，1体积的水可溶解约22．在实验室中闻气体的方法：用手轻轻在瓶口扇动，使极少量气体飘进鼻孔。四、化学性质氯原子很容易得一个电子而形成氯离子，表现为典型的非金属性。1．和金属单质反应2Na＋Cl2eq\o(=,\s\up17(点燃))2NaCl2Fe＋3Cl2eq\o(=,\s\up17(点燃))2FeCl3Cu＋Cl2eq\o(=,\s\up17(点燃))CuCl22．和非金属单质反应如与H2的反应现象：氢气在氯气中安静地燃烧，发出苍白色火焰，集气瓶口有白雾产生。化学程式：H2＋Cl2eq\o(=,\s\up17(点燃))2HCl。3．和水反应(1)氯水氯气的水溶液叫做氯水。溶于水中的Cl2部分与水反应，化学方程式为Cl2＋H2OHCl＋HClO。(2)次氯酸①弱酸性：比碳酸酸性弱；Ca(ClO)2＋CO2＋H2O=CaCO3↓＋2HClO②不稳定性：只存在于水溶液中，在光照下易分解，化学方程式为2HClOeq\o(=,\s\up17(光))2HCl＋O2↑；③强氧化性：能杀菌、消毒，具有漂白作用。4.与碱反应(1)与NaOH的反应化学方程式为2NaOH＋Cl2=NaCl＋NaClO＋H2O，是漂白液的制取原理，其有效成分为NaClO。(2)与Ca(OH)2的反应化学方程式为2Ca(OH)2＋2Cl2=CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O，是漂白粉和漂粉精的制取原理，其有效成分为Ca(ClO)2。知识点一氯气的化学性质1．氯气与金属反应(1)大多数金属都能在一定条件下与氯气化合(Pt、Au除外)。(2)氯气与金属的反应属于氧化还原反应，氯气为氧化剂。(3)一定条件下，氯气与常见金属的反应为放热反应，但常温下，液氯与铁不发生化学反应，所以液氯可以贮存在钢瓶中。(4)氯气与变价金属反应时，金属均被氧化成高价态，如：Fe→FeCl3，Cu→CuCl2。(5)固体小颗粒分散到空气中，描述为烟，小液滴分散到空气中，描述为雾。2．氯气与非金属反应(1)氯气可与大多数的非金属反应。(2)H2与Cl2反应条件不同，现象不同，写方程式时一定要注意条件。如在常温下黑暗处Cl2与H2混合不发生反应，在光照条件下，H2与Cl2混合发生爆炸，纯净的H2点燃时，可以在Cl2中安静燃烧。(3)燃烧不一定有氧气参加，物质并不是只有在氧气中才可以燃烧。燃烧的本质是剧烈的氧化还原反应，所有发光放热的剧烈化学反应都称为燃烧。如Na、Fe、H2等物质均可在Cl2中燃烧。(4)HCl气体具有刺激性气味，极易溶于水。HCl的水溶液称为盐酸。瓶口的白雾就是HCl气体跟空气中的水蒸气结合所形成的盐酸小液滴。(5)为了保证实验安全，氢气在点燃之前必须先检验纯度，只有在纯度符合点燃纯度要求时才能点燃。3．氯气与水反应在常温下，溶于水中的部分Cl2与水发生反应，生成盐酸(HCl)和次氯酸(HClO)：Cl2＋H2OHCl＋HClOCl2与水的反应是氧化还原反应，从氯元素的化合价的变化情况来看，氯元素的化合价既有升高又有降低，Cl2既表现还原性，又表现氧化性。Cl2既是氧化剂又是还原剂。4．氯气与碱液的反应Cl2＋2NaOH=NaCl＋NaClO＋H2O2Cl2＋2Ca(OH)2=CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O(1)在常温下，Cl2与碱反应的化学方程式的一般模式为：Cl2＋碱→次氯酸盐＋金属氯化物＋水但在加热的条件下，Cl2与碱反应的产物有所变化，如：3Cl2＋6KOHeq\o(=,\s\up17(△))KClO3＋5KCl＋3H2O(2)Cl2与碱的反应是氧化还原反应，其电子转移和元素化合价的变化情况为：在此反应中，Cl2既得到电子又失去电子，既是氧化剂又是还原剂。(3)在常温下，将Cl2通入NaOH溶液中可以得到以次氯酸钠为有效成分的漂白液；将氯气通入冷的消石灰[Ca(OH)2]中，可制得以次氯酸钙为有效成分的漂白粉(一般含有效氯约35%)，也可以得到漂粉精(一般含有效氯约70%)。漂白粉、漂粉精均为混合物。(4)实验室常用NaOH溶液除去多余的Cl2，以防止污染环境。(5)由于HClO的酸性比H2CO3的酸性还弱，所以NaClO、Ca(ClO)2等次氯酸盐易跟包括碳酸在内的其他较强酸反应。在潮湿的空气里，次氯酸钙、次氯酸钠可与空气里的二氧化碳和水蒸气反应，生成次氯酸，所以漂白粉、漂粉精和漂白液也具有漂白、消毒作用。Ca(ClO)2＋CO2＋H2O=CaCO3↓＋2HClO2NaClO＋CO2＋H2O=Na2CO3＋2HClO由于Ca(ClO)2易与CO2、H2O反应，且HClO不稳定，所以漂粉精、漂白粉要密封包装，避光、隔潮存放。(6)漂白液、漂白粉、漂粉精既可作漂白棉、麻、纸张的漂白剂，又可作游泳池及环境的消毒剂。5．Cl2与NaBr、KI溶液反应Cl2＋2NaBr=2NaCl＋Br2Cl2＋2KI=2KCl＋I2将Cl2通入无色NaBr溶液出现棕黄色，Cl2通入KI淀粉溶液，变蓝色，通常用湿润淀粉碘化钾试纸检验Cl2。1.如果发生Cl2泄漏事件，我们应如何避免中毒？提示：我们应当立即向高处撤离，可用蘸有肥皂水(小苏打水)的湿毛巾捂住口鼻，向逆风地区转移。2．“84”消毒液的有效成分是NaClO；NaClO溶液杀菌、消毒、漂白的原理是什么？提示：在溶液中，2NaClO＋H2O＋CO2=Na2CO3＋2HClO；或者加入几滴盐酸可增强其漂白的效果，HCl＋NaClO=NaCl＋HClO。真正起杀菌、消毒、漂白作用的是生成的HClO。[例1]某学生应用如图所示的方法研究物质的性质，其中气体A的主要成分是氯气，杂质是空气和水蒸气。回答下列问题：(1)该项研究(实验)的主要目的是_________________________________。(2)浓H2SO4的作用是_________________________________，与研究目的直接相关的实验现象是__________________________________________________________________。(3)写出氯气与水反应的离子方程式：_________________________________，生成的HClO使有色布条褪色。(4)从物质性质的方面来看，这样的实验设计还存在事故隐患，事故表现：_________________________________，请在图中的D处以图的形式表明消除该事故隐患的措施。[思路分析]Cl2无漂白性，Cl2与H2O反应生成的HClO才有漂白性。[解析]浓硫酸将氯气进行干燥，氯气不能使干燥的有色布条褪色，可以使湿润的有色布条褪色，说明氯气跟水反应生成了能使其褪色的次氯酸(HClO)。另外，氯气有毒，应处理尾气，以免造成环境污染。[答案](1)探究干燥的Cl2是否有漂白性(2)干燥氯气B中有色布条不褪色，C中有色布条褪色(3)Cl2＋H2OH＋＋Cl－＋HClO(4)氯气外逸，污染环境如图所示(双选)下列氯化物中，既能由金属和氯气直接反应制得，又能由盐酸和金属反应制得的是(BD)A．CuCl2 B．MgCl2C．FeCl2 D．AlCl3解析：氯气的化学性质非常活泼，与变价金属反应时生成高价氯化物，如Cl2与Fe反应只能生成FeCl3，而不生成FeCl2；Mg、Fe、Al都能与盐酸反应生成相应的氯化物：MgCl2、FeCl2、AlCl3，而Cu与盐酸不反应。知识点二氯水的成分及性质的多样性1．氯水的成分(1)新制氯水中，所含的分子有：Cl2、H2O、HClO；离子有：H＋、Cl－、ClO－、OH－(少量)。相关反应eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(Cl2＋H2OHCl＋HClO,HClOH＋＋ClO－,2HClO\o(=,\s\up17(光照))2HCl＋O2↑))(2)新制氯水与久置氯水的比较。由于HClO不稳定，见光易分解：2HClOeq\o(=,\s\up17(光照))2HCl＋O2↑，所以氯水久置过程中不断发生该反应，逐渐失效最终变为盐酸。新制氯水与久置氯水的比较见下表：(3)氯水与液氯的区别如下表所示。2.新制氯水的性质1.向品红溶液中加入新制氯水，溶液的颜色有何变化？提示：新制氯水中含有HClO，具有漂白性，因此品红溶液褪色。2．将氯水滴入NaHCO3溶液中，有何现象？试写出有关反应的离子方程式。提示：溶液中产生气泡，因为氯水中的盐酸与NaHCO3发生离子反应H＋＋HCOeq\o\al(－,3)=CO2↑＋H2O。[例2]下列实验现象，与新制氯水中的某些成分(括号内物质)没有关系的是()A．将NaHCO3固体加入新制氯水中，有无色气泡(H＋)B．使红色布条褪色(HCl)C．向FeCl2溶液中滴加氯水，再滴加KSCN溶液，发现溶液呈红色(Cl2)D．滴加AgNO3溶液生成白色沉淀(Cl－)[思路分析](1)氯水中含有Cl2和HClO，二者均具有强氧化性，但Cl2的浓度比HClO大得多。因此当氯水作用于还原性物质时，只考虑Cl2与还原性物质反应，不再考虑HClO与之反应。(2)由于干燥的Cl2无漂白作用，故当氯水作用于有色物质时，只考虑HClO将有色物质氧化为无色物质，显示漂白性质。[解析]A项，氯水中存在H＋，与NaHCO3反应产生CO2；B项，氯水能使红色布条褪色是因为氯水中存在HClO，具有漂白作用；C项，氯水中存在Cl2，能将Fe2＋氧化为Fe3＋，故滴加KSCN溶液，溶液呈红色；D项，氯水中存在Cl－，能与AgNO3溶液反应生成白色沉淀。[答案]B在新制氯水中存在多种分子和离子，下列实验现象和结论一致且正确的是(D)A．新制氯水使红玫瑰变为白玫瑰，说明有Cl2B．加入石蕊试液，试液变红，说明该溶液一定不含HClOC．将KHCO3固体加入新制的氯水中，有气泡产生，说明有HClOD．光照新制氯水有气泡逸出，该气体一定是O2解析：A项，新制氯水中因含HClO而具有漂白性，Cl2没有漂白性；B项，氯水中含有盐酸，能使石蕊试液变红色，新制氯水中又含HClO具有漂白性，会使红色褪色；C项，氯水中的盐酸与KHCO3反应产生CO2；D项，光照下氯水中的HClO发生分解反应产生O2。知识点三氯气的实验室制法1．反应原理在实验室里可用浓盐酸与MnO2共热反应制取氯气。MnO2＋4HCl(浓)eq\o(=,\s\up17(△))MnCl2＋Cl2↑＋2H2OMnO2是氧化剂，HCl是还原剂。MnO2＋4H＋＋2Cl－eq\o(=,\s\up17(△))Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O①该反应必须用浓盐酸，因为还原剂(盐酸)浓度越大，Cl－还原性越强，越易被氧化；随着反应的进行，浓盐酸变为稀盐酸，其Cl－不再被MnO2氧化；在反应中，浓盐酸既起还原剂作用，又起酸的作用，其比例为11。②加热才可发生该反应，常温下MnO2与浓盐酸几乎不反应。③实验室中若没有MnO2，可换其他氧化剂，如KClO3，KMnO4，Ca(ClO)2等。KClO3＋6HCl(浓)=KCl＋3Cl2↑＋3H2O2KMnO4＋16HCl(浓)=2MnCl2＋2KCl＋5Cl2↑＋8H2OCa(ClO)2＋4HCl(浓)=CaCl2＋2Cl2↑＋2H2O④工业制氯气的原理：2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up17(通电))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑2．实验装置(1)发生装置：固体＋液体eq\o(→,\s\up17(△),\s\do15())气体。(2)除杂装置(洗气)：除去Cl2中少量HCl、水蒸气，可先通入饱和食盐水除去HCl，再通过浓硫酸除去水蒸气。(3)收集装置：用向上排空气法或排饱和食盐水法验满：a.观察法(黄绿色)：观察到黄绿色充满了集气瓶，即说明氯气已经收集满。b．湿润的淀粉KI试纸(或湿润的蓝色石蕊试纸)：将湿润的淀粉KI试纸(或湿润的蓝色石蕊试纸)靠近集气瓶口，若试纸变蓝(或先变红后褪色)，则证明已经收集满。(4)尾气吸收装置：用强碱溶液(如NaOH溶液)吸收。[例3]在实验室中用二氧化锰跟浓盐酸反应制备干燥纯净的氯气。此实验所用仪器如图所示：(1)连接上述仪器的正确顺序是(填各接口处的字母)：________接________；________接________；________接________；________接________。(2)饱和食盐水的作用是________；NaOH溶液的作用是________。(3)化学实验中常用湿润的淀粉—KI试纸检验是否有Cl2产生。如果有Cl2产生，可观察到________，反应的化学方程式为：________。(4)写出下列化学反应的化学方程式：①气体发生装置中发生的反应：________；②NaOH溶液中发生的反应：________。(5)KMnO4的氧化性比MnO2强得多，实验室也可以用KMnO4固体和浓盐酸反应制取氯气，反应方程式如下：2KMnO4＋16HCl(浓)=2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O。①请用“双线桥”标出电子转移的方向和数目；②该反应中被氧化和未被氧化的HCl的物质的量之比是________，如果将20mL12mol·L－1的浓盐酸与足量KMnO4充分反应，实际能收集到的氯气在标准状况下的体积将________。A．不小于1.68LB．大于1.68LC．不大于1.68LD．小于1.68L[思路分析]一套气体综合实验的装置通常设计如下图：eq\x(由方程式设计实验原理)→eq\x(制备气体)→eq\x(净化)→eq\x(干燥)→eq\x(收集气体、产物检验)→eq\x(尾气处理)反应装置的选择要依据反应物的状态和反应的条件。收集装置的选择应考虑气体的密度、溶解性及在空气中的稳定性。尾气是否需要处理，主要取决于该气体是否有毒或易燃等。[解析](1)制备气体时可按“反应装置→净化装置→收集装置→尾气处理装置”的顺序确定仪器连接的顺序。(2)上述装置中饱和食盐水的作用是除去Cl2中的HCl杂质；浓H2SO4的作用是除去Cl2中的水蒸气；NaOH溶液的作用是吸收过量的Cl2。(3)湿润的淀粉—KI试纸遇Cl2时发生反应：Cl2＋2KI=2KCl＋I2，I2遇淀粉变蓝。＋8H2O，②参加反应的16molHCl中有10mol被氧化，故被氧化和未被氧化的HCl的物质的量之比为53。假设20mL12mol·L－1的浓盐酸完全反应，生成Cl2的体积为V，则依据化学方程式得：16HCl～5Cl216mol5×22.4L20×10－3L×12mol·L－1解得V＝1.68L。由于浓盐酸浓度减小到一定程度后，反应就不能继续发生，故生成气体的体积小于1.68L。[答案](1)ECDABHGF(2)除去氯气中的HCl杂质吸收过量的氯气(3)试纸变蓝Cl2＋2KI=2KCl＋I2(4)①MnO2＋4HCl(浓)eq\o(=,\s\up17(△))MnCl2＋Cl2↑＋2H2O②2NaOH＋Cl2=NaCl＋NaClO＋H2O(5)①②53DⅠ.实验室常用以下几种方法制取氯气。(1)二氧化锰与浓盐酸反应制氯气的离子方程式：MnO2＋4H＋＋2Cl－eq\o(=,\s\up17(△),\s\do15())Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O。(2)高锰酸钾与浓盐酸反应制氯气的化学方程式：2KMnO4＋16HCl(浓)=2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O。(3)氯酸钾与浓盐酸反应制氯气，该反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比为51。Ⅱ.某研究性学习小组利用下列装置制备漂白粉，并进行漂白粉有效成分的质量分数的测定。(4)装置④中的X试剂为NaOH溶液。(5)装置③中发生反应的化学方程式为2Ca(OH)2＋2Cl2=CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O，该反应是放热反应，反应温度较高时有副反应发生，改进该实验装置以减少副反应发生的方法是将装置③放于冷水浴中进行实验。解析：(1)二氧化锰与浓盐酸反应制氯气的离子方程式为MnO2＋4H＋＋2Cl－eq\o(=,\s\up17(△),\s\do15())Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O。(2)高锰酸钾与浓盐酸反应制氯气的化学方程式为2KMnO4＋16HCl(浓)=2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O。(3)氯酸钾与浓盐酸反应制氯气的化学方程式为KClO3＋6HCl(浓)=KCl＋3Cl2↑＋3H2O,1mol氧化剂KClO3与5mol还原剂HCl反应生成3molCl2，所以该反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比为51。(4)氯气有毒，所以不能直接排放，X试剂为氢氧化钠溶液。(5)氯气与石灰浆发生反应，化学方程式为2Ca(OH)2＋2Cl2=CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O。根据题意知，减少副反应发生的方法是降低温度，可以将装置③放于冷水浴中进行实验。1．当有大量Cl2逸散到周围空间，你认为以下措施合理的是(B)①迅速拨打求救；②迅速撤离至地势较高处；③迅速撤离至下风口；④用浸有一定浓度NaOH溶液的口罩或毛巾捂住口鼻；⑤用浸有一定浓度Na2CO3溶液的口罩或毛巾捂住口鼻；⑥尽可能切断泄漏源(如堵住泄漏口，将其浸入碱液池等)。A．①②④⑥B．①②⑤⑥C．①③⑤⑥D．①②④⑤⑥解析：Cl2是有毒的气体，当发现大量Cl2泄漏时，一定要及时报警，同时尽可能切断泄漏源；Cl2的密度比空气大，容易沉降在地势低凹处，因此人要撤离至高处；Cl2遇水会反应生成酸性物质，因此应该用碱性溶液浸湿毛巾捂住口鼻，但由于NaOH是腐蚀性很强的碱，故不应使用。故正确答案为B。2．下列制取Cl2、探究其漂白性、收集并进行尾气处理的原理和装置合理的是(B)解析：MnO2和浓盐酸反应制取氯气需要加热，故A不合理；使用浓硫酸干燥氯气，通过该装置说明干燥的氯气没有漂白性，故B合理；氯气密度大于空气，要用向上排空气法收集氯气，即导管应长进短出，故C不合理；氯气在饱和食盐水中难以溶解，一般用NaOH溶液进行尾气处理，故D不合理。3．用氯气消毒的自来水配制下列溶液时，会使配得的溶液变质的是(D)①NaOH②AgNO3③Na2CO3④NaBr⑤FeCl2A．只有②④ B．只有④⑤C．只有②④⑤ D．全部解析：氯气消毒的自来水相当于新制氯水，因此配制溶液时，可能会使配得的溶液变质。①Cl2＋2NaOH=NaCl＋NaClO＋H2O②Cl－＋Ag＋=AgCl↓③Na2CO3＋2HCl=2NaCl＋H2O＋CO2↑④2NaBr＋Cl2=2NaCl＋Br2⑤2FeCl2＋Cl2=2FeCl34．下列物质能使干燥的蓝色石蕊试纸先变红后褪色的是(C)①氯气②液氯③新制的氯水④氯气的酒精溶液⑤盐酸⑥盐酸酸化的漂白粉溶液A．①②③ B．①②③⑥C．③⑥ D．②③⑥解析：能使干燥的蓝色石蕊试纸变红说明溶液显酸性，而后褪色，说明溶液中有表现漂白性的物质。Cl2溶于水后得到氯水，既表现酸性又表现漂白性。盐酸酸化的漂白粉溶液既表现酸性又表现漂白性。5．下列与Cl2有关的说法正确的是(D)A．Cl2具有很强的氧化性，在化学反应中只能作氧化剂B．氯气作水的杀菌消毒剂时没有发生化学变化C．0.1