知识讲解-富集在海水中的元素——氯(提高)

富集在海水中的元素——氯【学习目标】1．了解氯气的物理性质，理解氯气的化学性质。2．了解氯气的实验室制法和用途。3．了解Cl－检验，了解卤素的性质。【要点梳理】要点一、氯元素在自然界中的存在和氯气的物理性质1．氯元素的存在在自然界里，氯元素以化合态存在，游离态的氯只能通过人工方法而制得。氯元素是最重要的“成盐元素”，主要以NaCl的形式存在于海水和陆地的盐矿中。海洋中含盐3%，主要是NaCl，还含有MgCl2、MgSO4等盐类，致使海水既咸又苦，不能直接饮用。人体体液中的Na+和Cl―对于调节体液的物理和化学特性，保证体内正常的生理活动和功能发挥着重要作用。人体每天必须经过食物和食盐来补充人体所缺失的Na+和Cl－。2．氯气的物理性质氯气是一种黄绿色、具有强烈刺激性气味的有毒气体，在低温和加压情况下可以转化为液态（液氯）和固态。氯气能溶于水，25°C时，1体积的水可以溶解2体积的氯气，所得水溶液称为氯水。在实验室闻氯气气味时，应该用手轻轻在瓶口扇动，仅使极少量的氯气飘过鼻孔，如右图所示，闻其他气体的气味时也应采用这种方法。注意：应注意气体溶解度的表示方法与固体不同，固体的溶解度是在一定温度下，溶液达到饱和状态时，100g溶剂（水）中溶解的溶质的质量（g）。气体的溶解度用体积比表示，与温度、压强有关，如常温（25°C）常压下，氯气可以１∶２溶解于水，应理解为1L水中可溶解2L的氯气或１体积水中可溶解２体积的氯气。要点二、氯气的化学性质要点诠释：氯是第17号元素，其原子的最外层有７个电子，在化学反应过程中很容易得一个电子形成氯离子（Cl—）即达到８个电子的稳定结构，表现为典型的非金属性。氯气是双原子分子，其分子虽已达到８电子稳定结构但不是最稳定状态，在一定条件下易与其他物质发生化学反应，通常做氧化剂，且是强氧化剂。氯气非常活泼，因而在自然界中无游离态的氯存在，化合态的氯主要以-1价的氯化物形式存在于自然界中。1．与金属的反应大多数金属在点燃或灼热的条件下，都能与氯气发生反应生成氯化物。对于有变价的金属元素和氯气发生反应时生成其高价氯化物。如Fe与Cl2反应不管Fe是否过量都只能生成FeCl3。Cl2+2Na点燃2NaCl3Cl2+2Fe点燃2FeCl3Cl2+Cu点燃CuCl2但在常温下干燥的氯气不与铁反应，所以可以将液氯储存在钢瓶里。2．与非金属反应H2+Cl2点燃2HCl。现象：氢气在氯气中安静燃烧，发出苍白色火焰，瓶口上方有白雾。注意：（1）光照H2和Cl2的混合气体时，会发生爆炸，因此工业生产是用点燃的方法来生产盐酸，绝对不能用光照的方法。（2）工业盐酸呈黄色是因其中混有FeCl3。拓展延伸：2P+3Cl2(少量)点燃2PCl3（白雾）2P+5Cl2(足量)点燃2PCl5（白烟）3．与水反应（1）氯气与水反应的情况在常温下，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+H2O==HCl+HClO。Cl2既被氧化又被还原，氧化剂、还原剂都是Cl2。（2）次氯酸的重要性质①强氧化性：HClO中+1价Cl表现出很强的得电子能力，得电子还原成Cl－，其氧化性比Cl2还强。HClO以其强氧化性杀死水中的病菌，起到消毒的作用，还能使染料和有机物质褪色而具有漂白作用。②弱酸性：HClO是一元弱酸，酸性比碳酸还弱，在水中只有少部分发生电离：HClOH++ClO－。③不稳定性：HClO只存在于水溶液中，在光照下易分解放出氧气：2HClO光照2HCl+O2↑。4．与碱反应Cl2+2NaOH==NaCl+NaClO+H2O（可作漂白液，有效成分为NaClO）。2Cl2+2Ca(OH)2==CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O。漂白粉（或漂粉精）的有效成分均为Ca(ClO)2。要点三、氯水的成分和性质1．氯水及液氯的区别液氯新制氯水久置氯水成分Cl2Cl2、HClO、H2O、H+、Cl－、ClO－、OH－H+、Cl－、H2O分类纯净物混合物混合物颜色黄绿色黄绿色无色性质氧化性酸性、氧化性、漂白性酸性要点诠释：氯水久置，会因HClO的分解导致其中的Cl2全部与H2O反应，HClO完全分解成盐酸和O2，使溶液酸性增强，失去强氧化性而变质（久置氯水实为极稀的盐酸）。2．氯水的性质氯水的多种成分决定了它具有多重性质：①Cl2的强氧化性；②HCl的强酸性；③HClO的强氧化性、弱酸性；④Cl－的性质。在不同的反应中，氯水起作用的成分不同，现列表如下：所加试剂参与反应的微粒实验现象离子方程式或解释AgNO3溶液Cl－白色沉淀Cl－+Ag+==AgCl↓Na2CO3固体H+有气泡产生2H++CO32－==CO2↑+H2O有色布条HClO布条颜色褪去发生氧化还原反应FeCl2溶液Cl2溶液变棕黄色2Fe2++Cl2==2Fe3++2Cl－石蕊溶液HClO、H+先变红后褪色酸性和漂白性镁粉Cl2、H+氯水的颜色褪去并有气泡产生Mg+Cl2==Mg2++2Cl－Mg+2H+==Mg2++H2↑要点四、氯气的实验室制法1、原理：MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O或：2KMnO4+16HCl(浓)==2MnCl2+2KCl+5Cl2↑+8H2O注：若用KMnO4制Cl2，则不需加热。2、发生装置：固+液加热型3、净化：将气体通过盛有饱和食盐水的洗气瓶4、干燥：将气体通过盛有浓硫酸的洗气瓶5、收集：用向上排空气法或排饱和食盐水法。6、尾气吸收：用NaOH溶液吸收多余的氯气，防止污染空气。注：Ca(OH)2的溶解度太小，所以尾气吸收时不用石灰水，而用NaOH溶液。7、验满方法①将湿润的淀粉-KI试纸靠近盛Cl2的瓶口，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的瓶口，观察到试纸先变红后褪色，则证明已集满。要点五、氯离子的检验1．试剂：稀硝酸、AgNO3溶液。2．操作：取待测液2mL加入试管中，先滴入少量稀硝酸，然后再滴入AgNO3溶液。3．现象及结论：产生白色沉淀，该溶液中含有Cl－。4．原理：Ag++Cl－==AgCl↓。要点诠释：（1）加稀硝酸的目的是排除CO32－的干扰，因为Ag2CO3是可以溶于稀硝酸的白色不溶物。因此，鉴定时可以将加试剂的顺序颠倒，即可以先加AgNO3，再加稀硝酸。若生成不溶于稀硝酸的白色沉淀，同样可以证明溶液中有Cl－。（2）不用稀盐酸、稀硫酸酸化，否则引入Cl－、SO42－产生干扰。要点六、成盐元素——卤素1．卤素的原子结构在元素周期表中，与氯元素处于同一纵行——第ⅦA族的元素还有氟（F）、溴（Br）、碘（I）、砹（At，人工合成元素）。与氯元素一样，这些元素原子的最外电子层都有7个电子，都是典型的非金属元素。由于第ⅦA族元素都能与Na、K、Ca、Mg等金属化合生成盐，所以统称为卤素（成盐元素）。2．物理性质F2Cl2Br2I2颜色淡黄绿色黄绿色深红棕色紫黑色状态气态气态液态固态水中溶解性反应可溶可溶微溶熔沸点逐渐升高Cl2、Br2、I2易溶于苯、CCl4、汽油等有机溶剂。注意：从溴水中萃取出Br2，可向其中加入苯，振荡、静置，溶液分两层，上层橙红色，下层为水层，近乎无色；从碘水中萃取I2，可向其中加入CCl4，振荡、静置，溶液分两层，上层（水层）近乎无色，下层为紫红色（已知苯的密度小于水的密度，CCl4的密度大于水的密度，且二者均不溶于水）。3．卤素的化学性质氯是第ⅦA族中的代表性元素。氟、溴、碘的单质的化学性质与氯气相似，都具有氧化性，并随元素原子核电荷数的增大而逐渐减弱。（1）与H2的反应：H2+X2==2HX氟气在冷暗处即可剧烈化合爆炸；氯气受光照或混合点燃时反应；溴加热时缓慢与H2化合；碘持续加热，缓慢化合，同时又分解。（2）与H2O的反应，从F2→I2逐渐减弱：F2：2F2+2H2O===4HF+O2（剧烈）Cl2：Cl2+H2O===HCl+HClOX2+H2OHX+HXO（X为Br或I）（3）与碱溶液反应：X2+2NaOH==NaX+NaXO+H2O（X为Cl、Br、I，反应能力逐渐减弱）（4）与金属反应，从F2→I2反应能力逐渐减弱。常见金属Na、K、Mg、Al、Fe、Cu、Zn等均能与卤素单质反应。如：2Fe+3Br2==2FeBr3，Fe+I2△FeI2（I2的氧化性不强，与变价金属反应得低价盐）。（5）卤素单质间的置换反应：Cl2+2Br－==2Cl－+Br2；Cl2+2I－==2Cl－+I2；Br2+2I－==2Br－+I2。氧化性：Cl2＞Br2＞I2；还原性：Cl－＜Br－＜I－。【典型例题】类型一、氯气的物理性质例1、下列说法正确的是（）A．液氯的成分是氯分子和水B．可用鼻子直接靠在集气瓶口闻氯气的气味C．可用向上排空气法收集氯气D．实验中，可用水吸收剩余的氯气【思路点拨】氯气的物理性质：氯气是一种黄绿色、具有刺激性气味的有毒气体，密度大于空气，在水中溶解性不大，易液化。【答案】C【解析】氯气在低温和加压时会变为液体，称为液氯，是一种纯净物，所以A错误；氯气有毒，闻其气味的方法：用手在集气瓶口轻轻扇动，使极少量的氯气飘进鼻孔，所以B错误；氯气的密度比空气大，所以可以用向上排空气法收集，因此C正确；由于氯气在水中的溶解性不大，所以不能用水吸收余氯，所以D错误。【总结升华】本题是对氯气物理性质的直接考查。对于物理性质，不仅要记住，还要会应用，如颜色、气味、状态、密度、溶解性等性质在氯气制取中收集方法的选择上的应用。举一反三：【变式1】下列关于液氯和氯气的说法正确的是（）。A．液氯和氯气不是同种物质B．标准状况下Cl2的密度约为3.17g·L－1C．液氯不导电，是非电解质，氯气能导电，是电解质D．液氯是混合物，氯气是纯净物【答案】B【解析】标准状况下Cl2的密度约为：71g/(22.4L·mol-1)=3.17g·L－1【变式2】关于氯气的叙述中，下列正确的是（）A．氯气是一种黄绿色、有毒的气体B．氯气在自然界中既可以以化合态存在，也可以以游离态存在C．氯气不能溶解于水，所以可用排水法收集氯气D．氯气、氯水、液氯是同一种物质，只是状态不同，都属于纯净物【答案】A类型二、氯气的化学性质例2、下列氯化物中，既能由金属和氯气直接反应制得，又能由金属和盐酸反应制得的是（）A．CuCl2B．FeCl2C．FeCl3D．AlCl3【思路点拨】具有可变价态的金属（如Fe、Cu等）与氯气反应，生成高价态金属氯化物；活泼的金属与盐酸反应，生成低价态金属氯化物，而不活泼的金属与盐酸不反应。【答案】D【解析】铜与氯气反应，生成CuCl2，与盐酸不反应，所以A错误；铁与氯气反应生成FeCl3，与盐酸反应生成FeCl2，所以B、C错误；铝与氯气反应生成AlCl3，与盐酸反应生成AlCl3和H2，所以D正确。【总结升华】氯气与大多数金属反应，生成高价态金属氯化物；只有金属活动顺序表中氢以前的金属，才能跟盐酸反应，并且一般生成低价态金属氯化物和氢气，所以符合题意的是具有不变价态、且在金属活动顺序表中排在氢以前的金属的氯化物。举一反三：【变式1】氯气跟下列物质反应时，能产生白雾的是（）；能产生白烟的是（）；产物溶于水后，溶液呈蓝色的是（）A．NaB．CuC．H2D．Fe【答案】CAB【变式2】氯气是一种重要的工业原料。工业上利用反应3Cl2+2NH3==N2+6HCl检查氯气管道是否漏气。下列说法错误的是（）。A．若管道漏气遇NH3就会产生白烟B．该反应利用了Cl2的强氧化性C．该反应属于复分解反应D．生成1molN2有6mol电子转移【答案】C【解析】NH3与Cl2反应生成HCl气体，HCl气体再与NH3反应生成NH4Cl白色固体，A正确。由可分析出B、D两项均正确。由复分解反应的定义知C错。类型三、氯水性质的多重性例3、（2014上海模拟）在氯水中存在多种分子和离子，它们在不同的反应中表现各自的性质。下列实验现象和结论一致且正确的是（）。A．加入有色布条，一会儿有色布条褪色，说明溶液中有Cl2存在B．溶液呈黄绿色，且有刺激性