化学第四章 非金属及其化合物综合与测试导学案及答案

富集在海水中的元素——氯

编稿：房鑫 　　　审稿：曹玉婷

【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。
【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+2Na2NaCl
　 　3Cl2+2Fe2FeCl3
　　 Cl2+CuCuCl2

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+Cl22HCl。

    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。

    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：2HClO2HCl+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

【高清课堂：富集在海水中的元素——氯ID：395509#练习题】

    1．氯水及液氯的区别

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：

  要点四、氯气的实验室制法【高清课堂：富集在海水中的元素——氯ID：395509#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。

【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】可以用氯气灌洞的方法来消灭田鼠，这是利用了氯气的（    ）。

    ①密度比空气大    ②易液化    ③能溶于水    ④有毒

    A．①②    B．③④    C．①③④    D．①④

    【答案】D

    【解析】灌洞类似于“灌水”利用的是密度比空气大的性质；消灭田鼠，利用了氯气的毒性。启示：因氯气密度比空气大，故当发生氯气泄漏时，人应逆风往高处“跑”。

【变式2】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的密度为3.17 g·L－1

    C．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/(22.4 L·mol-1)= 3.17 g·L－1

【变式3】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．CuCl2　　 B．FeCl2　　 C．FeCl3　　 D．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．Na　　　 B．Cu　　　 C．H2　　　 D．Fe
    【答案】C　 A　 B
【变式2】当不慎有大量Cl2扩散到周围环境，处在该环境中的人可以用浸有一定浓度某种物质的水溶液的毛巾捂住鼻子，迅速逃离该环境。该物质最适宜采用的是（　 ）
　　A．NaOH　　　 B．NaCl　　 C．Na2CO3　　　 D．NH3·H2O
　  【答案】C
 

类型三、氯水的性质

 例3、下列关于氯水的叙述，正确的是（    ）。

    A．新制氯水中只含Cl2和H2O分子

    B．新制氯水可使蓝色石蕊试纸先变红后褪色

    C．光照氯水有气泡逸出，该气体是Cl2

    D．氯水久置后，由于Cl2挥发，酸性减弱

   【思路点拨】解题的关键是明确氯水的各种组成成分，这些组成成分决定了其性质的多样性。

【答案】B

   【解析】在新制的氯水中溶有大量Cl2分子，其中小部分Cl2与水发生反应生成HCl和HClO，HCl完全电离产生H+和Cl－，HClO部分电离产生H+、ClO－。所以氯水中有三种分子H2O、Cl2、HClO和四种离子H+、Cl－、ClO－、OH－，故A项错误。HClO有强氧化性、漂白性，所以新制氯水可使蓝色石蕊试纸先变红后褪色，故B项正确。HClO见光易分解放出O2，故C项错误。氯水放置数天后HClO分解接近完全，转化为盐酸，酸性增强，故D项错误。

    【总结升华】（1）氯水含有HClO，常用于漂白、杀茵、消毒等。（2）氯水含有Cl2，能与大多数的还原性物质发生反应。（3）常温下，氯水与碱反应生成氯化物、次氯酸盐及水。（4）在氯水中加入指示剂，先因H+的存在而变色，然后被次氯酸氧化而褪色。（5）Ag+与氯水中的Cl－反应而产生白色沉淀，而碳酸盐与氯水反应则因盐酸的存在而放出CO2。（6）光照氯水时，因次氯酸易分解而放出O2。

举一反三：

【变式1】自来水一般是用少量的氯气消毒。如果实验室中临时没有蒸馏水，可以用自来水配制某些急需的药品，但有些药品若用自来水配制，则明显会导致药品变质。下列哪些药品不能用自来水配制的是（    ）。

A．Na2SO4      B．NaCl      C．AgNO3      D．K2CO3

 【答案】CD

【变式2】新制氯水中存在H2O、Cl2、HClO、HCl，其中能起杀菌消毒作用的是________，能与锌反应生成氢气的是________，能与硝酸酸化的硝酸银溶液作用生成白色沉淀的是________，能使染料和有机物质褪色的是________，能与FeCl2反应的是________。
   【答案】HClO　 HCl　 HCl　 HClO　 Cl2
  【解析】HClO具有强氧化性，可杀菌消毒和漂白有机物质；HCl具有强酸性，能与活泼金属反应生成H2，并且HCl电离产生的Cl－可与硝酸酸化的硝酸银溶液反应，生成白色沉淀；Cl2具有强氧化性，可与具有还原性的物质反应。

类型四、氯气的实验室制法

例4、实验室用二氧化锰和浓盐酸加热来制取氯气，反应的化学方程式为________________，其中二氧化锰的作用是____________。按上述方法制得的氯气中，可能含有的杂质气体有________、________。若需制得纯净、干燥的氯气，应将由发生装置导出的气体依次通过分别盛有________、________的洗气瓶。为防止氯气污染空气，多余的氯气通常可用________吸收，这个反应的离子方程式为________________。
     【思路点拨】本题考查氯气的实验室制法，在除杂过程中抓住每个杂质气体的特殊性质进行处理。

【答案】MnO2+4HCl (浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O　 氧化剂　 HCl　 H2O（g）　 饱和食盐水　 浓硫酸　 NaOH溶液　 Cl2+2OH－==Cl－+ClO－+H2O
     【解析】实验室制取氯气的反应为：MnO2+4HCl (浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O，由此分析从气体发生装置出来的氯气中有HCl和H2O（g）杂质，所以需用饱和食盐水洗去HCl，用浓硫酸干燥氯气；由氯气的密度和溶解性，可选择向上排空气法收集氯气；根据氯气的性质，可用湿润的KI淀粉试纸检验集气瓶是否充满，剩余的氯气可用NaOH溶液吸收。
　　 【总结升华】对气体的实验室制法，一般应从以下几个方面考虑分析：①反应原理　 ②反应装置及仪器　 ③除杂装置　 ④干燥装置　 ⑤气体收集方法及装置　 ⑥验满方法　 ⑦余气处理装置。

要善于运用所学的实验知识和氯气的性质，通过分析整理出有关气体的实验室制法的七个方面的内容，使之成为理性记忆分析能力。
举一反三：

【变式1】某学生设计如下实验装置用于制备纯净的Cl2。

    （1）装置中有五处错误，请指出①________，②________，③________，④________，⑤________。

    （2）在更正后的装置图中，洗气瓶（净化气体）中的饱和食盐水、浓硫酸、氢氧化钠溶液的作用分别是：

    ①饱和食盐水的作用：________；②浓硫酸的作用：________；③氢氧化钠的作用：________。

【答案】（1）①用长颈漏斗错误，应用分液漏斗  ②不能用稀盐酸，应用浓盐酸  ③没有用酒精灯，应用酒精灯加热  ④盛浓硫酸的洗气瓶和盛饱和食盐水的洗气瓶位置颠倒，应予更换位置  ⑤盛饱和食盐水洗气瓶中的进气导管未插入液面下，出气导管插入液面下，应进气导管插入液面下，出气导管不插入液面下

    （2）①除去氯气中混有的HCl  ②除去氯气中混有的水蒸气  ③吸收多余的氯气，防止污染环境

类型五、Cl－的检验

例5、向下列液体中分别滴入AgNO3溶液和足量的稀硝酸溶液，有白色沉淀存在的是（    ）。

    A．氯水     B．氯酸钾溶液     C．食盐水     D．碳酸钠溶液

     【思路点拨】在溶液中与Ag+反应生成不溶于稀硝酸的白色沉淀（AgCl）的是Cl－，而不是其他的离子或分子。

【答案】A、C

【解析】氯水中因Cl2+H2O==HCl+HClO、HCl==H++Cl－而含有Cl－。氯酸钾溶液中的含氯粒子是ClO3－，而不是Cl－。而CO32—和Ag+生成的沉淀溶于稀硝酸。

【总结升华】要鉴定KClO3中含有氯元素，可先将KClO3固体（加MnO2）加热，残渣溶于水后过滤，取滤液再加AgNO3溶液和稀硝酸进行检验。

举一反三：

【变式1】下列说法正确的是（    ）。

    A．Cl－和Cl2都有毒

    B．将AgNO3溶液滴入甲溶液中，若出现白色沉淀，则说明甲溶液中含有Cl－

    C．将NaCl溶液滴入AgNO3溶液中或将Cl2通入AgNO3溶液中均会出现白色沉淀

    D．含Cl－的溶液和氯水一样均呈浅黄绿色

    【答案】C

【变式2】在未知溶液中加入AgNO3溶液，有白色沉淀生成；加入稀硝酸后，沉淀部分溶解，有无色无味的气体生成；将气体通入澄清石灰水中，石灰水变浑浊。由此判断溶液中含有的离子是（　 ）
　　A．Cl－、SO42－　　　 B．Cl－、NO3－　　　 C．Cl－、CO32－　　　 D．Cl－、OH－   

【答案】C