2023屆新高考化學一輪復習(多選)魯科版第四章第2課時　氯氣的實驗室制備方法　鹵族元素學案

第2課時氯氣的實驗室制備方法鹵族元素1.了解氯氣的實驗室制備方法。2.了解鹵族元素單質(zhì)的制備方法,認識鹵族元素單質(zhì)及其化合物的性質(zhì)和應用。氯氣的實驗室制備方法1.反應原理化學方程式:MnO2+4HCl(濃)MnCl2+Cl2↑+2H2O,離子方程式:MnO2+4H++2Cl-Mn2++2H2O+Cl2↑。也可以用高錳酸鉀、重鉻酸鉀、氯酸鉀等氧化劑代替二氧化錳。如2KMnO4+16HCl2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O。用KMnO4與濃鹽酸反應制Cl2的發(fā)生裝置不用酒精燈加熱。2.實驗裝置(1)發(fā)生裝置(Ⅰ部分)①特點:固體+液體氣體。②儀器:鐵架臺、酒精燈、石棉網(wǎng)、圓底燒瓶、分液漏斗等。③試劑:A中盛放濃鹽酸,B中盛放二氧化錳。(2)凈化裝置(Ⅱ部分)組成盛放試劑試劑的作用C飽和氯化鈉溶液除去氯氣中的氯化氫D濃硫酸干燥氯氣干燥Cl2可以用盛有CaCl2的干燥管或U形管。(3)收集裝置(Ⅲ部分)收集方法:向上排空氣法。(4)尾氣處理裝置(Ⅳ部分)①導氣管要伸入液面以下;②F中盛放的試劑:一般用氫氧化鈉溶液,作用是吸收過量的氯氣,防止污染環(huán)境。(5)驗滿方法操作現(xiàn)象結(jié)論觀察法觀察到集氣瓶內(nèi)充滿了黃綠色氣體證明已經(jīng)收集滿氣體把濕潤的淀粉-KI試紙靠近集氣瓶口試紙變藍把濕潤的藍色石蕊試紙靠近集氣瓶口試紙先變紅后又褪色3.注意事項(1)反應物的選擇:必須用濃鹽酸,稀鹽酸與MnO2不反應,且隨著反應的進行,濃鹽酸變?yōu)橄←}酸時,反應停止,故鹽酸中的HCl不可能全部參加反應。(2)加熱溫度:不宜過高,以減少HCl揮發(fā)。(3)實驗結(jié)束后,先使反應停止并排出殘留的Cl2后,再拆卸裝置,避免污染空氣。(4)尾氣吸收時,用NaOH溶液吸收Cl2,不能用澄清石灰水吸收,因為澄清石灰水中含Ca(OH)2的量少,吸收不完全。[理解辨析]1.判一判(正確的打“√”,錯誤的打“×”)(1)用MnO2和濃鹽酸制取Cl2的反應中,氧化劑與還原劑物質(zhì)的量之比為1∶4。()(2)用飽和NaHCO3溶液除去Cl2中混有的HCl。()(3)用濃硫酸或堿石灰干燥Cl2。()(4)常用飽和石灰水吸收尾氣中的Cl2。()解析:(1)在該反應中,4molHCl只有2mol參與氧化還原反應生成Cl2,故氧化劑與還原劑物質(zhì)的量之比應為1∶2。(2)Cl2與NaHCO3溶液反應,應用飽和食鹽水除去Cl2中混有的HCl。(3)堿石灰與Cl2反應,不能用堿石灰干燥Cl2。(4)Ca(OH)2溶解度小,其飽和溶液不能將Cl2吸收完全。答案:(1)×(2)×(3)×(4)×2.想一想含0.4molHCl的濃鹽酸與足量的MnO2共熱,能否得到0.1molCl2?為什么?提示:不能。隨著反應進行,濃鹽酸變?yōu)橄←}酸,不能再被MnO2氧化,同時由于鹽酸具有揮發(fā)性,反應過程中HCl也會揮發(fā)而損失。3.做一做Ca(ClO)2、KClO3均能將鹽酸中的Cl-氧化成Cl2,試分別寫出反應的離子方程式。(1)。

(2)。

答案:(1)ClO-+Cl-+2H+Cl2↑+H2O(2)ClO3-+5Cl-+6H+3Cl2↑+3H2氯氣的實驗室制備方法與檢驗1.已知高錳酸鉀與濃鹽酸在常溫下反應能產(chǎn)生氯氣。若用下圖所示的實驗裝置來制備純凈、干燥的氯氣,并實驗其與金屬的反應。每個虛線框表示一個單元裝置,其中有錯誤的是(D)A.①和②處 B.只有②處C.②和③處 D.②、③、④處解析:KMnO4與濃鹽酸在常溫下反應能產(chǎn)生氯氣,因此不需要加熱,①正確;Cl2為黃綠色、可溶于水、有毒性的氣體,能被氫氧化鈉溶液吸收,因此②中除去氯氣中的氯化氫雜質(zhì)不能用氫氧化鈉溶液,②不正確;濃硫酸可以干燥氯氣,但是要長進短出,③不正確;氯氣與金屬反應時,為了充分反應,應該把導管伸到試管的底部,且反應需要加熱,為保持氣壓平衡及防止尾氣污染環(huán)境,還應有出氣管和尾氣處理裝置,④不正確。2.(2021·江蘇七市調(diào)研)氯化氫和氯氣在生產(chǎn)生活中具有廣泛的應用。舍勒發(fā)現(xiàn)將軟錳礦和濃鹽酸混合加熱可產(chǎn)生氯氣,該方法仍是當今實驗室制備氯氣的主要方法之一。Deacon曾提出在催化劑作用下,通過氧氣直接氧化氯化氫制備氯氣。該反應為可逆反應,熱化學方程式為4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)ΔH=-116kJ·mol-1。實驗室制取Cl2時,下列裝置能達到相應實驗目的的是(D)ABCD制備Cl2凈化Cl2收集Cl2尾氣處理解析:該反應需要加熱,缺少酒精燈,A錯誤;應先通過飽和食鹽水將氯氣中的雜質(zhì)氣體氯化氫除去,再通入濃硫酸干燥,順序出錯,B錯誤;用排空氣法收集氯氣,應用雙孔膠塞,長管進氣、短管出氣,C錯誤;氯氣能與NaOH溶液反應,可用作尾氣處理,D正確。其他含氯化合物的制備3.(2021·山東青島檢測)無水氯化鋁可用于生產(chǎn)高分子混凝劑,極易潮解,遇水爆炸。實驗室中用如圖裝置進行制備,下列說法錯誤的是(C)A.無水氯化鋁遇水會看到白霧B.儀器的連接順序為①→③→④→⑤→⑥→②C.裝置②可以用盛有氫氧化鈉溶液的燒杯代替D.酒精燈的點燃順序,應該先①后⑤解析:無水氯化鋁遇到水會發(fā)生反應AlCl3+3H2OAl(OH)3+3HCl,氯化氫結(jié)合水滴揮發(fā),形成白霧,A正確;①產(chǎn)生氯氣,③除去氯氣中的氯化氫雜質(zhì),④除去水蒸氣,⑤發(fā)生反應生成氯化鋁,⑥作為緩沖收集裝置,②用來吸收未反應的氯氣,所以順序為①③④⑤⑥②,B正確;不能換成氫氧化鈉溶液,因為無水氯化鋁遇水會反應,如果用氫氧化鈉溶液,水蒸氣會沿著導管進入反應裝置,導致氯化鋁的損失,C錯誤;先點燃①處的酒精燈,產(chǎn)生氯氣,一段時間后再點燃⑤處的酒精燈,這樣可以防止⑤中的鋁粉加熱時和管中的氧氣反應,導致產(chǎn)物不純,D正確。4.(2022·陜西咸陽檢測)Cl2O是黃棕色具有強烈刺激性氣味的氣體,是一種強氧化劑,易溶于水且會與水反應生成次氯酸,與有機物、還原劑接觸或加熱時會發(fā)生燃燒并爆炸。一種制取Cl2O的裝置如圖所示。已知:Cl2O的熔點為-116℃,沸點為3.8℃;Cl2的沸點為-34.6℃;HgO+2Cl2HgCl2+Cl2O。下列說法中不正確的是(C)A.裝置②③中盛裝的試劑依次是飽和食鹽水和濃硫酸B.通入干燥空氣的目的是將生成的Cl2O稀釋,減小爆炸危險C.從裝置⑤中逸出氣體的主要成分是Cl2OD.裝置④與⑤之間不用橡膠管連接,是為了防止橡膠管燃燒和爆炸解析:制取Cl2O需要干燥純凈的氯氣,所以②③中盛裝的試劑依次是飽和食鹽水和濃硫酸,A項正確;高濃度的Cl2O易爆炸,所以通入干燥空氣的目的是將生成的Cl2O稀釋,減小爆炸危險,B項正確;⑤是收集Cl2O的裝置,所以溫度低于3.8℃,此時氯氣是氣體,逸出的氣體主要是空氣和剩余的Cl2,C項不正確;Cl2O與有機物接觸會發(fā)生燃燒并爆炸,裝置④與⑤之間不用橡膠管連接,是為了防止橡膠管燃燒和爆炸,D項正確。鹵素及鹵素離子的檢驗一、鹵素單質(zhì)的提取1.氯的提取——氯堿工業(yè)海水粗鹽飽和食鹽水陽極產(chǎn)物:Cl2化學方程式為2NaCl+2H2OH2↑+2NaOH+Cl2↑。2.海水提取溴(1)流程(2)發(fā)生反應的化學方程式①2NaBr+Cl2Br2+2NaCl;②Br2+SO2+2H2O2HBr+H2SO4;③2HBr+Cl2Br2+2HCl。3.海帶中提取碘(1)流程(2)發(fā)生反應的離子方程式為Cl2+2I-2Cl-+I2。海水或海帶中獲得溴和碘,都涉及化學變化,但是海水獲得氯化鈉是物理過程。二、鹵素單質(zhì)及化合物的性質(zhì)1.鹵素單質(zhì)的物理性質(zhì)性質(zhì)F2Cl2Br2I2顏色淺黃綠色黃綠色深紅棕色紫黑色狀態(tài)氣態(tài)氣態(tài)液態(tài)固態(tài)水溶液顏色淺黃綠色橙黃色黃褐色有機溶劑中的顏色黃綠色橙紅色紫紅色2.鹵素單質(zhì)性質(zhì)的相似性(1)都能與大多數(shù)金屬反應,如2Fe+3Br22FeBr3,但I2與Fe反應生成FeI2。(2)都能與H2反應生成HX:X2+H22HX(X=F、Cl、Br、I)。(3)都能與水反應:X2+H2OHX+HXO(F2例外)。(4)都能與堿溶液反應:X2+2HaOHNaX+NaXO+H2O(F2例外)。3.鹵素單質(zhì)性質(zhì)的遞變性(1)物理性質(zhì)顏色逐漸加深熔、沸點逐漸升高密度逐漸增大水溶性逐漸減小(2)化學性質(zhì)氧化性(X2)F2>Cl2>Br2>(Fe3+)>I2>(S)還原性(X-)F-<Cl-<Br-<(Fe2+)<I-<(S2-)①與H2化合能力逐漸減弱②與水反應程度逐漸減弱③溶液中的置換反應:Cl2+2Br-2Cl-+Br2,Br2+2I-2Br-+I2④與一些還原性物質(zhì)(SO2、SO32-、Fe2+、H2S等)反應,如Br2與SO32-、Fe2+反應的離子方程式分別為Br2+SO32-+H2O2Br-+SO42-+2H+F2與水劇烈反應,故F2不能從其他鹵化物的水溶液中將鹵素單質(zhì)置換出來。4.鹵素化合物性質(zhì)的遞變性(1)鹵化氫(HX)HFHClHBrHI熔、沸點逐漸升高(HF特別高,除外)密度逐漸增大酸性逐漸增強穩(wěn)定性逐漸減弱還原性逐漸增強HF分子間存在氫鍵,導致其沸點在HX中最高。由于F、Cl、Br、I原子半徑逐漸增大,H—X鍵長逐漸增大,鍵能逐漸減弱,導致氫鹵酸酸性逐漸增強。其中氫氟酸是唯一弱酸。(2)高鹵酸HXO4(X=Cl、Br、I)酸性逐漸減弱(3)鹵化銀顏色逐漸加深溶解度逐漸減小感光性逐漸增強5.鹵素單質(zhì)及其化合物的特殊性(1)F無正價,無含氧酸,非金屬性最強,F2用電解法制取;F2與水劇烈反應:2F2+2H2O4HF+O2;HF熔、沸點在HX中最高,在標準狀況下為液體(沸點19.54℃),氫氟酸是弱酸,劇毒,有強腐蝕性,能腐蝕玻璃,保存在鉛制器皿或塑料瓶中。CaF2不溶于水,實驗室常用CaF2(螢石)與濃硫酸在鉛皿中反應制備HF氣體:CaF2+H2SO4(濃)CaSO4+2HF↑。(2)Br2是常溫下唯一呈液態(tài)的非金屬單質(zhì);液溴易揮發(fā)且有毒,通常用水液封保存,不能用橡膠塞。(3)I2易升華,淀粉遇I2變藍。食用鹽中加KIO3可防治甲狀腺腫大。(4)AgF易溶于水,無感光性。AgBr可用于感光材料,AgI可用于人工降雨。三、鹵素離子的檢驗方法1.AgNO3溶液(稀HNO3)——沉淀法未知液生成白色沉淀,則含有2.置換——萃取法未知液有機層呈紅棕色或橙紅色,表明有3.氧化——淀粉法檢驗I-未知液藍色溶液,表明有I-[理解辨析]1.判一判(正確的打“√”,錯誤的打“×”)(1)類比Fe與Cl2的反應判斷Fe與I2反應時生成FeI3。()(2)濃H2SO4能干燥HCl,所以濃H2SO4也能干燥HBr、HI。()(3)加碘鹽能使淀粉變藍。()(4)HCl中少量的Cl2可以利用CCl4除去。()解析:(1)Fe與I2反應生成FeI2。(2)濃H2SO4能氧化HBr、HI。(3)加碘鹽中含KIO3,而淀粉遇I2變藍。 答案:(1)×(2)×(3)×(4)√2.做一做氰[(CN)2]的結(jié)構(gòu)簡式為N≡C—C≡N,其化學性質(zhì)與鹵素(X2)很相似,化學上稱之為擬鹵素,其氧化性介于Br2和I2之間。(1)寫出(CN)2在常溫下與燒堿溶液反應的化學方程式:。

(2)在KBr、KI、KCN的混合溶液中通入少量氯氣,發(fā)生反應的離子方程式為。

答案:(1)(CN)2+2NaOHNaCN+NaCNO+H2O(2)2I-+Cl2I2+2Cl-海水提取溴、碘1.“空氣吹出法”海水提溴的工藝流程如下:下列說法中正確的是(C)A.進入吹出塔前,Br-被還原成了Br2B.從吹出塔進入吸收塔的物質(zhì)只有Br2C.經(jīng)過吸收塔后,溴元素得到了富集D.蒸餾塔中只發(fā)生了物理變化解析:進入吹出塔前,發(fā)生反應:Cl2+2Br-2Cl-+Br2,溴元素的化合價升高,Br-被氧化,A項錯誤;根據(jù)流程,從吹出塔進入吸收塔的物質(zhì)除Br2外,還有空氣、水蒸氣、過量的氯氣等,B項錯誤;吸收塔中發(fā)生的反應是SO2+Br2+2H2O2HBr+H2SO4,海水中c(Br-)很小,因此吸收塔的目的是富集溴元素,C項正確;蒸餾塔中發(fā)生的主要反應為Cl2+2Br-Br2+2Cl-,存在化學變化,同時也存在物理變化,D項錯誤。2.(1)地球上99%以上的溴都蘊藏在汪洋大海中,故溴有“海洋元素”的美稱。目前,從海水中提取溴占世界溴年產(chǎn)量的13①步驟Ⅲ的離子方程式是。

②請分析不直接用“溴水混合物Ⅰ”而要用“溴水混合物Ⅱ”進行蒸餾得到液溴的原因

。

(2)海洋植物如海帶、海藻中含有豐富的碘元素,主要以碘化物形式存在。以海帶為原料從中提取碘單質(zhì),成熟的工藝流程如下。回答下列問題:①實驗室灼燒干海帶通常在中進行(填儀器名稱)。

②步驟Ⅰ名稱是,步驟Ⅲ名稱是,步驟Ⅱ現(xiàn)象是。

③反應①的離子方程式為。

解析:(1)①步驟Ⅲ中溴單質(zhì)被二氧化硫還原成溴離子,離子方程式是SO2+Br2+2H2O2Br-+4H++SO42-。②“溴水混合物Ⅰ”中溴濃度太低,不利于直接蒸餾,因為效率低下成本太高,而經(jīng)過步驟Ⅲ、步驟Ⅳ,溴被富集了,“溴水混合物Ⅱ”中溴濃度高,利于直接蒸餾,綜合經(jīng)濟效益大。(2)①實驗室在坩堝中灼燒固體,故灼燒干海帶通常在坩堝中。②步驟Ⅰ名稱是過濾,步驟Ⅲ是從碘的四氯化碳中分離出碘,可采用蒸餾的方法,步驟Ⅱ是用四氯化碳萃取碘水中碘的過程,故現(xiàn)象是溶液分層,上層呈無色,下層呈紫紅色。③反應①是在酸性條件下,把濾液中的碘離子用雙氧水氧化成碘單質(zhì)的反應,則離子方程式為2I-+2H++H2O2I2+2H2答案:(1)①SO2+Br2+2H2O2Br-+4H++SO42②過濾蒸餾溶液分層,上層呈無色,下層呈紫紅色③2I-+2H++H2O2I2+2H2O鹵素的性質(zhì)3.某溶液中含有的溶質(zhì)是FeBr2、FeI2,若先向該溶液中通入一定量的氯氣,再向反應后的溶液中滴加KSCN溶液,結(jié)果溶液變?yōu)榧t色,則下列敘述正確的是(B)A.原溶液中的Br-一定被氧化B.不能確定通入氯氣之后的溶液中是否存在Fe2+C.通入氯氣之后,原溶液中的Fe2+不一定被氧化D.若取少量所得溶液,再加入CCl4溶液,靜置、分液,向上層溶液中加入足量的AgNO3溶液,一定能產(chǎn)生淡黃色沉淀解析:通入一定量氯氣后再滴加KSCN溶液,溶液呈紅色,說明有Fe3+生成,Fe2+被氧化但不一定全部被氧化,沒有實驗現(xiàn)象說明Br-部分被氧化或完全被氧化,A錯誤;不能確定通入氯氣之后的溶液中是否存在Fe2+,B正確;通入一定量氯氣后再滴加KSCN溶液,溶液呈紅色,說明一定有Fe3+生成,C錯誤;沒有實驗現(xiàn)象說明Br-部分被氧化或完全被氧化,所以向分液后的上層溶液中加入足量硝酸銀溶液,不一定生成淡黃色沉淀,D錯誤。4.(2021·重慶月考)廢定影液含[Ag(S2O3)2]3-和Br-等,實驗室從中回收Ag和Br2下列敘述正確的是(C)A.用裝置甲分離Ag2S時,需用玻璃棒引流并不斷攪拌B.用裝置乙在通風櫥中高溫灼燒Ag2S制取AgC.用裝置丙制備Cl2后,無需通過飽和食鹽水、濃硫酸進行干燥除雜D.用裝置丁分液時,有機層從下口放出,水層從上口倒出解析:用裝置甲分離Ag2S時,需用玻璃棒引流,不能攪拌,故A錯誤;Ag2S應該在坩堝中灼燒,故B錯誤;用裝置丙制備Cl2后,無需通過飽和食鹽水、濃硫酸進行干燥除雜,HCl易溶于水,氯氣置換出溴單質(zhì),故C正確;用裝置丁分液時,水層在下層,從下口放出,有機層和溴單質(zhì)在上層,應從上口倒出,故D錯誤。鹵素離子的檢驗5.鑒別NaCl溶液、NaBr溶液、NaI溶液可以選用的試劑是(C)①碘水、淀粉溶液②氯水、CCl4③溴水、苯④硝酸、AgNO3溶液⑤氯水、苯⑥CCl4、淀粉溶液A.①②④ B.②③⑥C.②④⑤ D.④⑤⑥解析:①無法鑒別三種溶液,③無法鑒別NaCl和NaBr溶液,⑥無法鑒別三種溶液。6.下列敘述中正確的是(B)A.能使?jié)駶櫟牡矸?KI試紙變成藍色的物質(zhì)一定是Cl2B.用硝酸酸化的硝酸銀溶液能一次鑒別NaCl、NaBr、KI三種失去標簽的溶液C.某溶液加入CCl4,CCl4層顯紫色,證明原溶液中存在I-D.某淺黃色的溴水,加入CCl4振蕩靜置后,上層顯橙紅色解析:還有很多氧化劑(如HNO3、O3等)能將I-氧化為I2,A錯誤;碘單質(zhì)的CCl4溶液顯紫色,C錯誤;CCl4的密度比水大,下層顯橙紅色,D錯誤。1.下列說法錯誤的是(D)A.Cl2中含有的HCl雜質(zhì)可通過飽和食鹽水除去(2020·全國Ⅰ卷)B.Cl2得到電子的能力比Br2的強(2020·江蘇卷)C.電解飽和食鹽水可制取氯氣(2018·浙江11月選考)D.啟普發(fā)生器也可用于二氧化錳與濃鹽酸反應制備氯氣(2017·全國Ⅰ卷)解析:啟普發(fā)生器不能加熱,適合塊狀固體與液體在常溫下反應,而實驗室用二氧化錳與濃鹽酸反應制氯氣需要加熱,且二氧化錳是粉末狀固體,故不能用啟普發(fā)生器制備氯氣,D項錯誤。2.(2021·湖南卷,8)KIO3常用作食鹽中的補碘劑,可用“氯酸鉀氧化法”制備,該方法的第一步反應為6I2+11KClO3+3H2O6KH(IO3)2+5KCl+3Cl2↑。下列說法錯誤的是(A)A.產(chǎn)生22.4L(標準狀況)Cl2時,反應中轉(zhuǎn)移10mole-B.反應中氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比為11∶6C.可用石灰乳吸收反應產(chǎn)生的Cl2制備漂白粉D.可用酸化的淀粉碘化鉀溶液檢驗食鹽中IO3解析:根據(jù)題干中的化學方程式可知,I元素的化合價由0價升高到+5價,轉(zhuǎn)移電子數(shù)為6×5×2=60,所以產(chǎn)生標準狀況下22.4L即1mol氯氣需消耗2mol碘單質(zhì),轉(zhuǎn)移20mole-,A錯誤;該反應中I2為還原劑,KClO3為氧化劑,故氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比為11∶6,B正確;工業(yè)上常用氯氣和石灰乳反應制備漂白粉,C正確;酸性條件下,I-與IO3-反應生成I2,淀粉遇I2變藍色,故可用酸化的淀粉碘化鉀溶液檢驗I3.(2021·廣東卷,17)含氯物質(zhì)在生產(chǎn)生活中有重要作用。1774年,舍勒在研究軟錳礦(主要成分是MnO2)的過程中,將它與濃鹽酸混合加熱,產(chǎn)生了一種黃綠色氣體。1810年,戴維確認這是一種新元素組成的單質(zhì),并命名為chlorine(中文命名“氯氣”)。(1)實驗室沿用舍勒的方法制取Cl2的化學方程式為

。

(2)實驗室制取干燥Cl2時,凈化與收集Cl2所需裝置的接口連接順序為。

(3)某氯水久置后不能使品紅溶液褪色,可推測氯水中已分解。檢驗此久置氯水中Cl-存在的操作及現(xiàn)象是

。

(4)某合作學習小組進行以下實驗探究。①實驗任務通過測定溶液電導率,探究溫度對AgCl溶解度的影響。②查閱資料電導率是表征電解質(zhì)溶液導電能力的物理量。溫度一定時,強電解質(zhì)稀溶液的電導率隨溶液中離子濃度的增大而增大;離子濃度一定時,稀溶液電導率隨溫度的升高而增大。25℃時,Ksp(AgCl)=1.8×10-10。③提出猜想猜想a:較高溫度的AgCl飽和溶液的電導率較大。猜想b:AgCl在水中的溶解度S(45℃)>S(35℃)>S(25℃)。④設(shè)計實驗、驗證猜想取試樣Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(不同溫度下