高中化学人教版 (2019)必修 第一册第二节 氯及其化合物学案

课时1　氯气的性质

一、氯气的用途与物理性质

1．氯的存在：氯是一种重要的“成盐元素”，自然界中除了以NaCl、MgCl2、CaCl2等形式大量存在于海水中，还存在于陆地的盐湖和盐矿中。

2．氯气的主要用途：主要的化工原料，制造盐酸，有机溶剂、农药、染料和药品等，也可生产漂白液和漂白粉等。

3．氯气的物理性质

Cl2是黄绿色、有刺激性气味的气体，有毒，熔点为－101℃，沸点为－34.6 ℃，密度为3.214 g·L－1，比空气的密度大。25 ℃时，1体积水可溶解2体积Cl2，其水溶液称为氯水。

4．18世纪70年代，瑞典化学家舍勒发现了Cl2,1810年，英国化学家戴维确认为Cl2。

二、氯气的化学性质

氯原子结构示意图为，最外层有7个电子，化学反应中容易得到1个电子，达到8电子稳定结构，故Cl2是很活泼的非金属单质，是一种强氧化剂，具有强氧化性。

1．Cl2与金属单质的反应

写出下列反应的化学方程式

(1)与钠反应：2Na＋Cl22NaCl。

(2)与铁反应：2Fe＋3Cl22FeCl3。

(3)与铜反应：Cu＋Cl2CuCl2。

微点拨：氯气能与绝大多数金属反应，一般把变价金属(如Fe、Cu)氧化到最高价。

2．氯气与非金属单质的反应

在空气中点燃氢气，然后把导管伸入盛有氯气的集气瓶中。

(1)现象：氢气在氯气中安静地燃烧，发出苍白色火焰，集气瓶口上方出现白雾。

(2)化学方程式：H2＋Cl22HCl。

(3)HCl溶于水形成盐酸。

　物质燃烧一定有O2参加吗？如何定义燃烧？

[提示]　物质燃烧不一定有O2参加。剧烈的发热发光的氧化还原反应称燃烧。

3．Cl2与H2O反应

(1)Cl2与H2O反应的化学方程式为Cl2＋H2O===HCl＋HClO，生成的HClO具有强氧化性，能杀菌、消毒。

(2)实验探究：

①取干燥的和湿润的有色布条分别放入两个盛有干燥Cl2的集气瓶中，盖上玻璃片，现象为干燥的有色布条没有褪色，湿润的有色布条褪色。

②将有色鲜花放入盛有干燥Cl2的集气瓶中，盖上玻璃片，现象为有色鲜花褪色。

结论：通过以上两实验可得出Cl2没有漂白性，次氯酸具有漂白性。

③氯水光照有气泡，是因为次氯酸不稳定，见光分解生成O2，化学方程式为2HClO2HCl＋O2↑。

微点拨：用Cl2对自来水消毒时，Cl2会与水中有机物反应，生成的有机氯化物可能对人体有害，现在已开始使用新的自来水消毒剂如ClO2、O3等。

4．氯气与碱的反应

(1)与氢氧化钠溶液反应——制取漂白液

①制取反应的化学方程式：Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O。

②离子方程式：Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O。

③漂白液的有效成分是次氯酸钠。

(2)与石灰乳反应——制取漂白粉

①制取反应的化学方程式：2Ca(OH)2＋2Cl2===CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O。

②漂白粉的主要成分是CaCl2、Ca(ClO)2，有效成分是Ca(ClO)2，漂粉精的主要成分是Ca(ClO)2。

(3)漂白液、漂白粉和漂粉精既可作漂白剂又可作消毒剂。

　氯水作漂白剂相对于漂白粉和漂白液作漂白剂的不足有哪些？

[提示]　Cl2在水中溶解度小，且生成的HClO不稳定、难以保存，使用不方便，效果不理想等。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)Cl2是一种有毒的有刺激性的气体，具有氧化性。 (　　)

(2)Cl2与H2O反应中H2O为还原剂。 (　　)

(3)H2在Cl2中燃烧的火焰为苍白色。 (　　)

(4)漂白粉的有效成分为Ca(ClO)2和CaCl2。 (　　)

(5)HClO是一种氧化性很强的弱酸。 (　　)

[答案]　(1)√　(2)×　(3)√　(4)×　(5)√

2．下列氯化物既能由金属和氯气直接化合制得，又能由金属和盐酸反应制得的是(　　)

A．CuCl2　　B．FeCl2　　C．NaCl　　D．FeCl3

C　[A项，铜与盐酸不反应，错误；B项，铁与氯气反应生成氯化铁，与盐酸反应生成氯化亚铁，错误；C项，钠与氯气或盐酸反应均生成氯化钠，正确；D项，根据B中分析可知D错误。]

3．(1)将新鲜的花瓣放入干燥的氯气中可观察到的现象是________，原因是_____________________________________。

(2)氯水久置或光照条件下均会变成稀盐酸，同时释放出氧气，说明次氯酸________，反应的化学方程式为_______________________________________________。

(3)漂白液滴加少量稀HCl，漂白性增强的理由是_________________________________(用离子方程式表示)。

[答案]　(1)花瓣褪色　新鲜的花瓣中含有水分，遇Cl2会产生HClO，HClO具有漂白性

(2)不稳定　2HClO2HCl＋O2↑

(3)ClO－＋H＋===HClO

在氯水中含有多种粒子，因此在与不同物质发生反应时，表现出不同粒子的性质，现列表如下：

1．氯水的成分及主要性质

(1)氯水的成分——“三分子、四离子”

(2)氯水的性质

2．次氯酸的主要性质

微点拨：氯水应保存于棕色试剂瓶中，放于冷暗处。

3．液氯、新制氯水、久置氯水的比较

【典例】　在探究新制氯水成分及性质的实验中，依据下列方法和现象，不能得出相应结论的是(　　)

B　[Cl2是黄绿色气体，氯水呈黄绿色，是由于溶于水的Cl2仅部分与水反应，氯水中含有Cl2，A对；饱和NaHCO3溶液中加入足量氯水，有气泡产生，是因为HCO与氯水中的H＋反应生成CO2和H2O，B错；向红色纸条上滴加氯水，红色纸条褪色，说明氯水具有漂白性，C对；向FeCl2溶液中滴加氯水，溶液变成棕黄色，是因为发生反应2FeCl2＋Cl2===2FeCl3，说明氯水具有氧化性，D对。]

[借题发挥]

写出B、D项涉及反应的离子方程式____________________。

[答案]　HCO＋H＋===CO2↑＋H2O

2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－

1．某同学用氯气消毒的自来水配制下列物质的溶液，会产生明显变质的是(　　)

①FeCl2　②AgNO3　③NaHCO3　④AlCl3　⑤KI

A．①②④　　B．①②③⑤　　C．①④⑤　　D．全部

B　[氯气溶于自来水后，自来水中存在的粒子有：H2O、Cl2、H＋、Cl－、HClO、ClO－、OH－(极少量)。①Fe2＋会被氧化；②Ag＋会与Cl－反应生成AgCl沉淀；③H＋会与HCO反应；④不受影响；⑤I－会被氧化。]

2．下列关于液氯和氯水的叙述中正确的是(　　)

A．液氯是纯净物，而氯水是混合物

B．液氯与氯水均有酸性

C．液氯较氯水的漂白作用更强

D．液氯无色，氯水呈黄绿色

A　[氯气可液化为液氯，液氯(黄绿色液体)是由氯气分子构成的纯净物，无酸性、无漂白性；氯气溶于水得到氯水(浅黄绿色溶液)，新制的氯水是含有Cl2、H2O、HClO、H＋、Cl－、ClO－、OH－的混合物，既有酸性，又有漂白性。]

3．向含有酚酞的氢氧化钠溶液中滴加氯水，溶液红色褪去。请分析：

(1)红色褪去的原因可能有两方面原因，①方面是_____________________________________________________；

②另一方面是_________________________________；

(2)如何证明是哪方面原因？_____________________________。

[答案]　(1)①氯水中含有强氧化性的HClO，它的漂白性使溶液褪色　②氯水中含有H＋能中和OH－使溶液褪色　(2)通过向褪色后的溶液中再加入氢氧化钠溶液，若溶液重新变为红色，原因②正确；若溶液无明显变化，原因①正确

1．氯水中次氯酸的漂白性分析

—将有色物质氧化为稳定的无色物质

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—

|

—几乎所有有色物质遇HClO都会褪色

2．漂白液与漂白粉的漂白原理

漂白液、漂白粉中次氯酸盐与酸性物质(如盐酸、CO2＋H2O等)反应生成具有漂白性的HClO。

3．新型漂白剂和消毒剂——ClO2

二氧化氯可用于消毒和漂白，其漂白能力和消毒能力比氯气强且使用起来更加安全。

4．城市生活用水常用漂白粉杀菌、消毒。下列关于漂白粉的叙述正确的是(　　)

A．漂白粉的有效成分是Ca(ClO)2和CaCl2

B．将Cl2制成漂白粉的主要目的是使它转化为较稳定的物质，便于保存和运输

C．漂白粉是由Cl2与烧碱制得的

D．在使用漂白粉时应用浓盐酸

B　[漂白粉的有效成分是Ca(ClO)2，故A错误；氯水中的HClO具有强氧化性，但易分解且不易保存、运输，所以制成固态漂白粉，故B正确；氯气与烧碱反应生成NaCl、NaClO，故C错误；使用漂白粉时与浓盐酸发生反应生成氯气，氯气有毒，故D错误。]

5．已知NaClO溶液与CO2气体能发生如下反应：NaClO＋H2O＋CO2===NaHCO3＋HClO，下列叙述错误的是(　　)

A．HClO比H2CO3酸性强

B．向漂白粉溶液中加少量盐酸可增强漂白性

C．向漂白粉溶液中通少量Cl2可增强漂白性

D．向漂白粉溶液中通CO2气体，可能生成白色沉淀

A　[CO2＋H2O===H2CO3，H2CO3＋NaClO===HClO＋NaHCO3是酸跟盐发生复分解反应，生成新酸和新盐。其中的规律是较强酸与较弱酸的盐反应，生成较弱酸和较强酸的盐，A项错误。盐酸比H2CO3酸性更强，根据上述规律，向漂白粉溶液里加少量盐酸，由Ca(ClO)2转化为HClO，漂白性增强，B项正确。Cl2与H2O反应生成HCl和HClO，则向漂白粉溶液里通少量氯气可增强漂白性，C项正确。CO2气体通入漂白粉溶液中，发生反应：Ca(ClO)2＋CO2＋H2O===CaCO3＋2HClO，当CO2气体过量时又发生反应：CaCO3＋CO2＋H2O===Ca(HCO3)2，D项正确。]

1干燥的氯气没有漂白性，湿润的氯气有漂白性是由于氯气与水反应生成了具有漂白性的HClO。

2工业上制备漂白粉是用Cl2与石灰乳反应而不是与澄清石灰水反应。

3次氯酸盐的漂白和消毒作用通常是靠转化为HClO来实现的。

素材1　下面两幅图片是某氯气泄漏事故现场。

从图片可以看出现场人员撤离时均用一块毛巾捂住口鼻以防止吸入氯气。

问题探究：(1)现场人员撤离时，是向高处转移还是向低处转移？若有风时，是逆风撤离还是顺风撤离？

(2)捂口鼻的毛巾如何处理？

(3)消防人员在现场向空中喷洒石灰水，这是为什么？写出有关化学方程式。

[答案]　(1)高处、逆风撤离。

(2)将毛巾蘸碱性肥皂水或小苏打水吸收Cl2，不能蘸碱性很强的Na2CO3和NaOH溶液。

(3)吸收空气中的Cl2,2Cl2＋2Ca(OH)2===CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O。

素材2　你知道如何用自来水养金鱼吗？

首先，用容器取适量的自来水，将其放置在阳光照射的地方两天以上(三天更好)，再将其倒进鱼缸里面。这是因为自来水为了适合人类饮用，都经过了处理，其中含有氯气，此气体对于金鱼的生长不利，时间久了很容易造成金鱼中毒。将其放置在阳光照射的地方，是因为在阳光照射下，可以使得有毒物质减少，从而使得金鱼慢慢适应新的水源。

问题探究：(1)自来水用Cl2消毒的原理是什么？写出化学方程式。

(2)用Cl2消毒的自来水，为了增强消毒性有哪些方法？举例说明。

(3)自来水晒过一段时间后，可以减少水中的有毒物质，发生了哪些化学反应？

[答案]　(1)Cl2通入水中发生反应，生成具有强氧化性的次氯酸能够杀菌、消毒。Cl2＋H2O===HCl＋HClO。

(2)向自来水中加少量CaCO3或NaHCO3。

(3)氯气对自来水消毒后，含有少量氯气和次氯酸。经过阳光照射后，发生的化学反应有2HClO2HCl＋O2↑。

通过素材1中氯气泄漏事故和素材2中养金鱼的方法，培养学生“科学态度与社会责任”的核心素养。

1．下列关于氯气的叙述正确的是(　　)

A．钠在氯气中燃烧产生白色烟雾

B．红热的铜丝在氯气中燃烧生成CuCl

C．纯净的氢气可以在氯气中安静地燃烧，发出黄色火焰

D．向田鼠洞里通入氯气杀灭田鼠，利用了氯气有毒和密度较大的性质

D　[钠在氯气中燃烧，生成NaCl固体小颗粒，形成白烟，没有雾出现(雾为小液滴)，A错误；红热的铜丝在氯气中燃烧生成CuCl2，B错误；氢气在氯气中燃烧发出苍白色火焰，C错误；氯气有毒，密度比空气的大，可杀灭田鼠，D正确。]

2．下列说法错误的是(　　)

A．Cl2与碱的反应，属于Cl2的自身氧化还原反应

B．利用Cl2与碱的反应，可以消除Cl2污染

C．用湿润的淀粉­KI试纸可以检验Cl2

D．Cl2与盐的反应不一定都是氧化还原反应

D　[Cl2与碱(NaOH)溶液反应的化学方程式为Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，该反应前后只有氯元素化合价发生变化，属于Cl2的自身氧化还原反应，A、B项正确。因为Cl2的氧化性大于I2，可以发生反应Cl2＋2KI===2KCl＋I2，淀粉遇I2变蓝，故C项正确。Cl2参与的反应，氯元素均有价态变化，都是氧化还原反应，故D错误。]

3．(素养题)用自来水养金鱼时，我们通常先将自来水日晒一段时间后，再注入鱼缸，其目的是(　　)

A．利用日光中紫外线杀死水中的细菌

B．提高水温，有利于金鱼生长

C．增加水中氧气的含量

D．促使水中的次氯酸分解

D　[自来水用氯气消毒时发生反应Cl2＋H2O===HCl＋HClO，强氧化性的次氯酸不利于金鱼生存，日晒可促进水中的次氯酸的分解，有利于金鱼生存。]

4.下列有关实验现象与分析或结论都正确的是(　　)

C　[氯水放置几天后，由于2HClO2HCl＋O2↑，溶液酸性增强，漂白性减弱，A错误；液氯是纯净物，没有漂白性，

B错误；氯气漂白鲜花是因为与水反应后生成次氯酸，与氯气有毒无关，D错误。]

5．(素养题)氯气能使湿润的红色布条褪色。对于使红色布条褪色的物质，同学们的看法不一致，认为氯水中存在的几种粒子都有可能。请设计实验，得出正确结论。

(1)提出问题：

氯水中哪种物质能使红色布条褪色？

(2)收集资料：

①氯气有强氧化性；

②氯气与水反应生成稀盐酸和次氯酸；

③次氯酸有强氧化性。

(3)提出假设：

①__________________________________________________；

②__________________________________________________；

③__________________________________________________；

④水使红色布条褪色。

(4)验证假设：

实验①：把红色布条放入充满氯气的集气瓶中，布条不褪色；

实验②：______________________________；

实验③：______________________________；

实验④：把红色布条放在水里，布条不褪色。

(5)得出的实验结论是_______________________。

[解析]　提出假设是根据收集到的资料结合所学知识进行的。氯气有氧化性，那么假设氯气使红色布条褪色，氯气和水生成盐酸和次氯酸，假设盐酸或次氯酸能使红色布条褪色。氯水中的氯气、盐酸、水均不能使红色布条褪色，说明是次氯酸使红色布条褪色。

[答案]　(3)①氯气使红色布条褪色　②次氯酸使红色布条褪色　③盐酸使红色布条褪色

(4)②把红色布条伸入次氯酸溶液中，红色布条褪色

③把红色布条伸入稀盐酸中，红色布条不褪色

(5)次氯酸使红色布条褪色