化学必修1第二节 富集在海水中的元素--氯导学案

这是一份化学必修1第二节 富集在海水中的元素--氯导学案，共17页。学案主要包含了活泼的黄绿色气体——氯气，Cl2的制法，Cl－的检验等内容，欢迎下载使用。

一、活泼的黄绿色气体——氯气
1．氯的原子结构及存在
(1)原子结构：氯的原子结构示意图为，氯原子容易得到一个电子形成
Cl－，表现出典型的非金属性。
(2)存在：
氯在自然界中以化合态存在，主要以NaCl的形式存在。
2．物理性质
3.化学性质
(1)与金属反应
(2)与非金属反应(以与氢气的反应为例)
①现象：氢气在氯气中燃烧，产生苍白色火焰。
②化学方程式：H2＋Cl2 eq \(=====,\s\up7(点燃)) 2HCl。
(3)与H2O反应
①溶于水的Cl2部分与水反应，化学方程式为Cl2＋H2O===HCl＋HClO。
②氯水——Cl2的水溶液。
Ⅰ.氯水性质的实验验证
实验现象及结论：
a．干燥的有色布条a不褪色，说明干燥的Cl2无漂白作用。
b．湿润的有色布条b褪色，说明氯水有漂白作用，起漂白作用的物质是HClO。
Ⅱ.次氯酸的性质
(4)与碱的反应
4．用途(连一连)
(1)判断下列说法是否正确。
①过量的铁粉在少量氯气中加热，充分反应后产物为FeCl2。( × )
提示：铁粉与氯气充分反应后产物为FeCl3。
②Cl2具有很强的氧化性，在化学反应中只能作氧化剂。( × )
提示：Cl2的化合价为中间价态，氯气既可以体现氧化性，也可以体现还原性。
③标准状况下，11.2 L Cl2与NaOH溶液充分反应转移电子数为0.5NA。( √ )
提示：Cl2与NaOH溶液反应中既表现氧化性，又表现还原性。11.2 L(0.5 ml)Cl2与NaOH完全反应转移电子数为0.5NA。
(2)(情境思考)消灭地鼠的方法很多，其中一种方法是将氯气通入鼠洞中，想一想这种方法是利用氯气的什么性质？
提示：氯气的密度大于空气且有毒。利用氯气的密度大于空气，能顺利进入鼠洞，利用氯气的毒性将地鼠消灭。
(3)(教材二次开发)教材中描述“使用氯气对自来水消毒时可能产生一些负面影响，因此，人们开始研究并试用一些新型自来水消毒剂”，ClO2是常用新型消毒剂之一，等物质的量的ClO2和Cl2杀菌效果哪者强？
提示：等物质的量的ClO2作氧化剂时得电子数比Cl2得
电子数多，消毒能力强。
二、Cl2的制法
1．氯气的实验室制法
实验室制取Cl2的化学方程式：MnO2＋4HCl(浓) eq \(=====,\s\up7(△)) MnCl2＋Cl2↑＋2H2O。
2．氯气的工业制法
工业上用电解饱和食盐水的方法制取Cl2，反应的化学方程式为2NaCl＋2H2O eq \(=====,\s\up7(电解)) 2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
(1)写出实验室制取氯气的离子方程式
提示：MnO2＋4H＋＋2Cl－ eq \(=====,\s\up7(△)) Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O。
(2)MnO2＋4HCl(浓) eq \(=====,\s\up7(△)) MnCl2＋Cl2↑＋2H2O的氧化剂是MnO2，还原剂是HCl，氧化剂和还原剂的物质的量之比是多少？____________。
提示：1∶2。盐酸一半体现酸性，故氧化剂和还原剂的物质的量之比是1∶2。
三、Cl－的检验
(情境思考)家中有一碗水，姐姐说是蒸馏水，弟弟说是盐水，想一想如何证明这碗水是否含有NaCl?
提示：利用焰色反应为黄色证明Na＋的存在；加入硝酸酸化的硝酸银溶液，生成白色沉淀，证明Cl－的存在。
知识点一 氯水的成分与性质
1．氯水中存在反应：
(1)Cl2＋H2O===HCl＋HClO
(2)HClO⇌H＋＋ClO－
(3)H2O⇌H＋＋OH－
2．氯水性质的多重性
新制氯水的多种成分决定了它具有多重性质，在不同的化学反应中，氯水中参与反应的微粒不同。
3．新制氯水、久置氯水、液氯的比较
(1)(情境应用)将有色鲜花放入盛有干燥氯气的集气瓶中，盖上玻璃片，有何现象？(科学探究与创新意识)
提示：有色鲜花褪色。
(2)(思维升华)养鱼先养水。在未放鱼之前，可用水桶装入自来水，使日光照射十小时以上或一天左右，再将鱼放入即可，此谓日光照射法。晒水除了可以增加一定量氧气，还可以消除自来水中的氯。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？实验室里如何保存氯水？(宏观辨识与微观探析)
提示：Cl2＋H2O===HCl＋HClO，2HClO eq \(=====,\s\up7(光照)) 2HCl＋O2↑。氯水中的HClO见光或受热易分解，故新制氯水应密闭保存于棕色试剂瓶中，并置于阴暗处。
【典例】(2020·杭州高一检测)下列关于氯水性质现象的描述和相关解释正确的是( )
【解题指南】解答本题注意以下两点：
(1)明确氯水中的所有微粒。
(2)注意无机物和有机物褪色的原因异同。
【解析】选B。氯气与水反应生成HCl、HClO，HCl显强酸性，使石蕊变红，HClO具有强氧化性，使其褪色，故A错误；氯水中加入硝酸银溶液产生白色沉淀，说明生成白色沉淀氯化银，所以氯水中含有氯离子，故B正确；次氯酸的酸性弱于碳酸，所以氯水中加入碳酸钠溶液产生气体，说明是盐酸而不是次氯酸，故C错误；氯水中加入有色布条，有色布条褪色是次氯酸漂白性，而不是氯气的作用，故D错误。
【母题追问】(1)已知Cl2＋2KI===2KCl＋I2，将饱和氯水滴到淀粉碘化钾试纸上，有何现象？
提示：试纸先变蓝后变白。因为氯气和碘化钾反应生成碘单质，遇到淀粉变蓝色，氯气与水反应生成次氯酸，次氯酸具有强氧化性而使蓝色试纸变白。
(2)向盛有酚酞的氢氧化钠溶液中滴加氯水，溶液红色褪去，是什么原因？如何验证？
提示：可能有两种原因：①氯水中含有强氧化性的HClO，HClO的漂白性使溶液褪色；②氯水中含有的H＋中和OH－使溶液褪色。向褪色后的溶液中再加入氢氧化钠的溶液，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。
氯水氧化性辨析
氯水中因含有Cl2、HClO而具有强氧化性，当氯水与还原性物质(如FeCl2、NaBr、KI等)反应时，只看作Cl2参与反应；当考虑氯水的漂白性和消毒性时，只看作HClO起作用。
1．自来水是用Cl2杀菌消毒的，不法商贩用自来水冒充蒸馏水出售，为辨真伪，可用下列哪一种试剂鉴别( )
A.酚酞溶液 B．FeCl3溶液
C．AgNO3溶液 D．NaOH溶液
【解析】选C。自来水用Cl2杀菌消毒后会含有Cl－，加入AgNO3溶液后会产生白色沉淀而变浑浊。
2．(2019·龙岩高一检测)将新制氯水分别滴到AgNO3溶液、石蕊试液、品红溶液和Na2CO3溶液中至过量，依次观察到的现象描述合理的一组是( )
A．产生沉淀、变红、溶液褪色、有气泡
B．无明显变化、变红、无明显变化、产生沉淀
C．产生沉淀、先变红后褪色、溶液褪色、有气泡
D．产生沉淀、先变红后褪色、无明显变化、产生沉淀
【解析】选C。新制氯水滴到AgNO3溶液中，发生反应为Ag＋＋Cl－===AgCl↓，出现白色沉淀；新制氯水滴到石蕊试液中至过量，盐酸使石蕊试液变红，HClO具有漂白性，次氯酸的存在使红色褪去；新制氯水滴到品红溶液中至过量，由于次氯酸具有漂白性，品红褪色；新制氯水滴到Na2CO3溶液中至过量，发生反应CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ＋2H＋===CO2↑＋H2O，有气体生成；综合上述分析，依次观察到的现象为产生沉淀、先变红后褪色、溶液褪色、有气泡。
3．某化学小组进行了以下实验：
发现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稀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
知识点二 氯气的实验室制法及性质探究
1．Cl2的实验室制法
(1)实验装置
(2)实验原理及过程
①反应原理：用强氧化剂MnO2氧化浓盐酸。方程式为MnO2＋4HCl(浓) eq \(=====,\s\up7(△)) MnCl2＋Cl2↑＋2H2O。
②制备装置类型：固体＋液体→气体。
③净化方法：选择气体干燥剂的主要依据是被干燥气体不能与干燥剂反应。如氯气能与碱反应，所以不能用碱石灰进行干燥，常用浓硫酸、五氧化二磷等进行干燥。用饱和食盐水除去HCl，再用浓硫酸除去水蒸气。
④收集气体：向上排空气法或排饱和食盐水法。
⑤尾气吸收：用强碱溶液(如NaOH溶液)吸收。
(3)验满方法：
2.Cl2性质探究的示例分析
实验装置或装置试剂作用的答题模板
1．(思维升华)含有4 ml HCl的浓盐酸与足量的MnO2反应，能生成1 ml Cl2吗？(宏观辨识与微观探析)
提示：不能，因为随着反应的进行，盐酸的浓度变小，MnO2与稀盐酸不反应，故生成的Cl2小于1 ml。
2.(情境应用)氯气是有毒的，曾被法西斯制成毒气弹用于侵略战争。能否用饱和NaHCO3溶液除去Cl2中混有的HCl？为什么？(科学态度与社会责任)
提示：不能。Cl2与饱和NaHCO3溶液发生反应生成CO2，引入杂质。
【典例】某研究性学习小组为了制取、收集纯净干燥的氯气并探究氯气的性质，他们设计了如图所示的实验装置：(已知：2KI＋Cl2===I2＋2KCl，淀粉溶液遇I2变蓝色)
请回答下列问题：
(1)整套实验装置的连接顺序是f接( )，( )接( )，( )接( )(填各接口处的字母代号)。
(2)E装置中制取氯气的化学方程式是____________________________________
___________________________________________________________________。
(3)B装置的作用是________；A装置中试剂X是________________________。
(4)C装置中可观察到的现象是______________，D装置中可观察到的现象是______________________。
【思维建模】解答有关气体制备题目的思维流程如下：
【解析】(1)制得的Cl2中含有HCl、H2O(g)杂质，先通过饱和食盐水、浓硫酸除去杂质，再利用向上排空气法收集，最后通过淀粉碘化钾溶液探究其性质。因此实验装置连接顺序为fabedc。(2)E为MnO2氧化浓盐酸制取Cl2的装置，化学方程式为MnO2＋4HCl(浓) eq \(=====,\s\up7(△),\s\d5( )) MnCl2＋Cl2↑＋2H2O。(3)B装置中盛装浓硫酸，作用是吸收H2O(g)，干燥Cl2；A装置中试剂X是饱和食盐水，作用是除去HCl。(4)C装置中氯气置换出单质碘，因此溶液变为蓝色。
答案：(1)a b e d c
(2)MnO2＋4HCl(浓) eq \(=====,\s\up7(△),\s\d5( )) MnCl2＋Cl2↑＋2H2O
(3)干燥Cl2 饱和食盐水
(4)溶液变蓝色 溶液红色逐渐褪去
【母题追问】
(1)如何检查装置E的气密性？(关键能力—探究与创新)
提示：在装置E的f处连接橡胶管，夹上止水夹，打开分液漏斗的活塞向烧瓶中加水，一段时间后水不再滴落，则说明装置E气密性良好。
(2)装置D的作用是什么？从安全角度考虑，该装置应如何改进？(关键能力—探究与创新)
提示：装置D的作用是吸收多余的Cl2。为了防止发生倒吸，装置D可按下图改进：
【规律方法】1.常见的气体发生装置
2．常见的除杂装置——用于除去气体中的杂质气体
3．常见的气体收集装置
4．尾气处理装置
①点燃法：如CO、H2、CH4等易燃性气体，可用此法。
②收集法：用气球或气囊将多余的气体收集储存，如NO、H2、CO等。
③吸收法：如Cl2、SO2、HCl、H2S等可用碱液吸收。
(2020·烟台高一检测)实验室制备氯气的装置如图。图中涉及气体发生、除杂、干燥、收集、尾气处理装置，其中错误的是( )
A．①②④ B．①②③ C．①③④ D．②③④
【解析】选D。②除HCl应用饱和NaCl溶液，③洗气瓶干燥应从长管进气，④应用NaOH溶液。
三言两语话重点
1．熟记氯水“3分子4离子”：氯水中含有三种分子：Cl2、H2O、HClO；四种离子：Cl－、ClO－、H＋、OH－。
2．熟记氯水四个性质：氧化性、酸性、漂白性和不稳定性。
3．区分两个漂白粉原理
(1)漂白原理：Ca(ClO)2＋CO2＋H2O===2HClO＋CaCO3↓。
(2)失效原理：Ca(ClO)2＋CO2＋H2O===2HClO＋CaCO3↓；2HClO eq \(=====,\s\up7(光照)) 2HCl＋O2↑。
4．氯气制备把握三个方面
(1)制取原理：MnO2＋4HCl(浓) eq \(=====,\s\up7(△)) MnCl2＋Cl2↑＋2H2O。
(2)除杂试剂：饱和食盐水、浓硫酸。
(3)尾气吸收原理：Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O。
5．理解一个离子检验方案：先向溶液中加入AgNO3溶液，再加入稀硝酸。
1．一家大型化工厂发生爆炸，有大量的Cl2扩散，下列应急措施不正确的是( )
A．向顺风方向的低洼处跑
B．用浸有纯碱液的毛巾捂住口鼻迅速逃离
C．向逆风方向的高处跑
D．来不及逃离的可用浸湿的棉被堵好门窗，并及时请求救援
【解析】选A。氯气有毒且密度比空气大，如果发生氯气泄漏，氯气向顺风方向和低洼处扩散较快，应将人群向逆风高处疏散，A项错误，C项正确；氯气能和碱反应生成盐，可以用浸有弱碱性溶液的毛巾捂住口鼻来防止氯气中毒，B项正确；氯气能和水反应，来不及逃离的可用浸湿的棉被堵好门窗，并及时请求救援，D项正确。
2．检验某无SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 的溶液中是否含有Cl－，正确的操作是( )
A．取样，滴加AgNO3溶液，看是否有白色沉淀生成
B．取样，先加盐酸酸化，再加入AgNO3溶液，看是否有白色沉淀生成
C．取样，先加稀硝酸酸化，再加入AgNO3溶液，看是否有白色沉淀生成
D．取样，先加少量AgNO3溶液，有白色沉淀生成，再加稀硝酸，看白色沉淀是否消失
【解析】选D。A项中可能含有CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) 、SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ，则不能确定是否有Cl－；B项中加盐酸，引入了Cl－；C项中可能含有SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ，被HNO3氧化为SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ，生成Ag2SO4微溶物。
3．(2020·广州高一检测)下列离子方程式错误的是( )
A．实验室制Cl2：MnO2＋4H＋＋2Cl－ eq \(=====,\s\up7(△)) Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O
B．在NaCl溶液中滴入AgNO3溶液：Ag＋＋Cl－===AgCl↓
C．Cl2溶于水：Cl2＋H2O===2H＋＋Cl－＋ClO－
D．用NaOH溶液吸收Cl2：Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O
【解析】选C。HClO为弱酸，在离子方程式中用化学式来表示，故Cl2与水反应的离子方程式为Cl2＋H2O===H＋＋Cl－＋HClO。
4．实验室用下列方法制氯气时所得的氯气( )
①用含146 g HCl的浓盐酸与足量的MnO2反应
②用87 g MnO2与足量浓盐酸反应
A．①比②多B．②比①多
C．一样多 D．无法比较
【解析】选B。由于浓盐酸变成稀盐酸以后，不能再和MnO2反应产生氯气，因此第一个反应产生的氯气较少。
5．(教材二次开发·教材习题改编)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( )
A．加入AgNO3后，再加稀硝酸酸化，有白色沉淀产生，说明有Cl－
B．新制氯水使红玫瑰变为白玫瑰，说明有Cl2
C．将KHCO3固体加入新制的氯水中，有气泡产生，说明有HClO
D．光照新制氯水有气泡逸出，该气体一定是Cl2
【解析】选A。氯水中含有氯离子，氯离子与银离子反应生成氯化银沉淀，所以加入AgNO3溶液产生白色沉淀，故A正确；氯水中含有次氯酸，具有漂白性，所以向氯水中加入红玫瑰，变为白玫瑰，不能说明溶液中有Cl2存在，故B错误；HClO酸性比碳酸弱，与碳酸氢钾不反应，故C错误；次氯酸见光分解生成氧气，故D错误。
6．实验表明：将氯水滴到一张蓝色石蕊试纸上，试纸上会出现如图所示的半径慢慢扩大的内外两个圆环，且两环颜色不同，下列有关说法中不正确的是( )
A．此实验表明氯水具有酸性、漂白性
B．内环呈白色外环呈红色或浅红色
C．内外环上颜色的差异表明此变化过程中，中和反应比氧化还原反应快
D．氯水中形成次氯酸的反应中还原产物是HClO
【解析】选D。内外两环颜色不同，说明两种物质起作用，表现出酸性和漂白性，A正确；内环HClO表现强氧化性，起漂白作用，外环H＋表现酸性而呈红色或浅红色，B正确；由现象可知外环是由于H＋表现酸性的结果，说明中和反应快，内环是HClO的强氧化性的表现，氧化还原反应慢些，C正确；HClO是氯元素化合价升高的产物，为氧化产物，D错误。
素养新思维
7．某工厂在山坡坑道的仓库里贮存了氯气钢瓶。某天，有一只装有氯气的钢瓶损坏，造成了氯气泄漏，请回答下列问题：
(1)作为在场工人，你认为处理钢瓶的正确方法是____(填字母)。
A．把钢瓶推到坡下的小河里
B．把钢瓶丢到深坑里，用熟石灰填埋
C．把钢瓶扔到农田中
理由是____________________________________________________________。
(2)钢瓶处理后，工人应立即________(填字母)。
A．转移到坡下 B．转移到坡上
理由是____________________________________________________________。
(3)若在场工人没有防毒面具，可以用浸有某种物质的水溶液的毛巾捂住口鼻，则最适宜采用的物质是________(填字母)。
a．NaOH b．NaCl c．Ca(OH)2 d．Na2CO3
【解析】(1)装有氯气的钢瓶损坏后的处理方法是把钢瓶丢到深坑里，用熟石灰填埋，会发生反应2Cl2＋2Ca(OH)2===CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O。(2)由于氯气的密度比空气大，所以钢瓶处理后，工人应立即转移到坡上。(3)由于氯气能够与碱发生反应，生成无毒、无害的物质，所以所用的物质的水溶液应该呈碱性，而且不能对人体产生危害，故最适宜采用的物质是Na2CO3。
答案：(1)B 氯气能与熟石灰反应 (2)B Cl2的密度比空气大 (3)d颜色
状态
气味
毒性
溶解性(25 ℃)
黄绿色
气体
刺激性气味
有毒
1体积水溶解约2体积氯气
金属
现象
化学方程式
Na
Na在Cl2中燃烧，产生白烟
2Na＋Cl2 eq \(=====,\s\up7(点燃)) 2NaCl
Cu
Cu在Cl2中燃烧，产生棕黄色的烟，溶于水后溶液呈蓝色
Cu＋Cl2 eq \(=====,\s\up7(点燃)) CuCl2
Fe
Fe在Cl2中燃烧，产生棕红色的烟，溶于水得黄色溶液
2Fe＋3Cl2 eq \(=====,\s\up7(点燃))
2FeCl3
新制氯水
久置氯水
液氯
区别
氯气的水溶液
稀盐酸
氯气的液体状态
分类
混合物
混合物
纯净物
颜色
浅黄绿色
无色
黄绿色
组成
微粒
Cl2、HClO、H2O、H＋、Cl－、
ClO－、OH－
H＋、Cl－、H2O、OH－
Cl2
性质
多种成分，多重性质，如酸性、漂白性、氧化性等
有酸性(比新制氯水强)
仅表现Cl2的
性质
操作
现象
解释
A
将氯水加入紫色石蕊试液中
石蕊试液先变红色后褪色
氯水中有H＋
B
氯水中加入硝酸银溶液
产生白色沉淀
氯水中有Cl－
C
氯水中加入碳酸钠溶液
产生气体
氯水中有HClO
D
氯水中加入有色布条
有色布条褪色
氯水中有Cl2
操作
现象
结论
将湿润的淀粉KI试纸靠近盛Cl2的试剂瓶口
试纸立即变蓝
证明已
集满
将湿润的蓝色石蕊试纸靠近盛Cl2的试剂瓶口
试纸先变
红后褪色
装置
试剂
实验现象
实验目的
A
浓硫酸
-
验证干燥的氯气无漂白作用,湿润的氯气(含HClO)有
漂白作用
B
干燥红色布条
无明显变化
C
湿润红色布条
红色布条褪色
D
FeCl2溶液
溶液由浅绿色变棕黄色
验证氯气具有强氧化性,可与金属及还原性化合物反应
F
Na
产生白烟
G
NaOH溶液
-
吸收多余的氯气