高中化学必修一 专题2.2.1 氯气的性质

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第二章  海水中的重要元素——钠和氯第二节 氯及其化合物第1课时  氯气的性质 ( 1)能通过实验探究氯气的物理性质、 化学性质,体会实验对认识和研究物质性质的重要作用，培养证据推理意识。(2)能用氧化还原反应、离子反应的观点预测并解释氯气的化学性质，并能用化学方程式正确表达。(3)以氯及其化合物知识的学习为线索，建立含氯元素的物质间的转化关系，进一步了解研究物质的思路和方法。(4)通过含氯物质性质和用途的学习，感受物质性质与用途的关系，体会化学对生活、环境保护的重要意义，增强社会责任感。(5)了解氯气的发现史， 学习科学家的研究精神及勤于钻研、严谨求实的科学态度。【内容分析】氯是一种典型的非金属元素，具有多种化合价，可以形成食盐、 漂白粉等多种含氯化合物，学生在日常生活中对这些物质比较熟悉。因此，教材在本节以学生不熟悉的氯气为主线，选择氯气的性质、用途等内容，将含氯化合物穿插在其中进行介绍，让学生在重点学习氯气单质的过程中，关注这些含氯元素物质间的转化，引导学生建构不同价态物质间的转化关系，形成非金属及其化合物的研究思路和方法。从氯气的知识结构来看，重点介绍氯气的强氧化性，并引导学生从离子反应、氧化还原反应的视角对反应的产物进行预测、探究，体现了宏观与微观相结合的思想，强化证据推理意识。从内容的选取看，重视氯及其化合物的应用价值，如氯气用于自来水消毒，84消毒液、漂白粉是日常生活中重要的消毒剂和漂白剂等，有助于学生更好地了解化学知识的应用。氯气有毒又有用的编写方式，可以使学生认识到要学好知识并正确运用，才能让资源更好地为人类服务，从而发展社会参与意识，建立社会责任感。本节教材以氯及其化合物的研究为载体，建构了非金属及其化合物的研究模型，突出了对学生化学学科核心素养的培养，有利于后续硫、氮及其化合物的学习。.【教学重点和难点】重点：氯气的化学性质；氯及其化合物的研究思路和方法的建构。难点：氯气分别与水、氢氧化钠的反应。【教学流程】【引言】氯是一种重要的“成盐元素”在自然界中除了以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。氯元素和钠元素一样都是海洋中含量较高的元素。钠是典型的金属元素，氯是典型的非金属元素。在学习钠的时候我们构建了价类二维图，通过应用，我们发现价类二维图对于元素及其化合物的学习很有帮助。所以氯的学习，我们也应该从类别和价态入手。【设计意图】从生活化学引入，引发学生的求知欲。【学习任务一】信息整合，发现问题根据氯的原子结构，并结合以下材料，回答问题。18世纪70年代，瑞典化学家舍勒(C.W.Scheele,1742----1786) 将软锰矿(主要成分是MnO2)与浓盐酸混合加热，产生了一种黄绿色、有刺激性气味的气体。受当时流行学说的影响，舍勒未能确认这种气体。直到1810年，英国化学家戴维( S.H.Davy，1778----1829)才确认这种气体是一种新元素组成的单质----氯气。【思考与讨论】1.从材料中，你发现了氯气的哪些物理性质？2.从氯气的发现到氯被确认为一种新的元素，时间长达三十多年，其间经历了数位科学家的不懈探索。你从这一史实中得到什么启示?3.根据氯的原子结构，预测氯的化学性质。【答案】1. 氯气是一种黄绿色、有刺激性气味的气体。2. 启示1 :科学研究需要有可靠的理论作指导，否则只能浪费时间和精力。启示2 :科学研究需要以大量事实为依据。启示3:科学研究需要有对科学的热爱和奉献科学的精神。氯原子的最外电子层上有7个电子，在化学反应中很容易得到1个电子，使最外电子层达到8个电子的稳定结构。氯气可能具有具有强氧化性。【设计意图】通过氯气的发现史， 学习科学家的研究精神及勤于钻研、严谨求实的科学态度。【学习任务二】宏观辨识微观探析，分析解决问题 氯气能与大多数金属化合，生成金属氯化物。例如，钠、铁、铜等都能与氯气在加热条件下发生反应:【思考】初中的时候，我们已经知道铁的常见价态为+2、+3，而铜的常见价态为+1、+2，根据上述反应，你有什么发现吗？氯气与有变价的金属反应时，总是生成高价金属氯化物。氯气也能与大多数非金属单质发生化合反应。【实验2-7】 在空气中点燃氢气，然后把导管缓慢伸入盛满氯气的集气瓶中，观察现象。现象：H2安静燃烧，发出苍白色火焰，瓶口有白雾。 解析：产物HCl在空气中与水蒸气结合，呈现雾状，所以瓶口有白雾。【设计意图】通过价态、实验探究等角度学习氯气与金属、非金属单质的反应，构建非金属及其化合物的研究思路和方法。【思考与讨论】我们以前学过的燃烧反应，都是物质在氧气中的燃烧。通过H2在Cl2中的燃烧，你对燃烧的条件及其本质有什么新的认识? 燃烧不一定要有氧气参加，物质并不是只有在氧气中才可以燃烧。燃烧的本质是氧化还原反应，所有发光、发热的剧烈的化学反应都称为燃烧。【评价任务一】（教材P47练习与应用2）2.下列说法中，不正确的是(            )。A.燃烧一定伴有发光现象             B.燃烧一定是氧化还原反应C.燃烧一定要有氧气参加             D.燃烧一定会放出热量【答案】C【设计意图】通过燃烧反应的重新定义，让学生初步了解定义的狭义和广义。从而养成不应拘束于文字，而应该从本质看问题的科学态度。【思考】性质决定用途。目前，很多自来水厂用氯气来杀菌、消毒，我们偶尔闻到的自来水散发出来的刺激性气味就是余氯的气味。Cl2溶于水为什么能杀菌消毒？请用相关的化学方程式解析。（提示：根据氧化还原反应原理、质量守恒定律及已掌握的Cl2的性质预测Cl2 与H2O反应的生成物。）在常温下，溶于水中的部分氯气与水发生反应:H2O +Cl2 = HCl +HClO产物次氯酸( HClO)具有强氧化性，因此，次氯酸能杀死水中的病菌，起到消毒的作用。【思考与讨论】近年来有科学家提出，使用氯气对自来水消毒时，氯气会与水中的有机物发生反应，生成的有机氯化物可能对人体有害。所以，国家规定了饮用水中余氯含量的标准;而且已开始使用新的自来水消毒剂，如二氧化氯(ClO2)、臭氧等。从中你能得到什么启示？启示1 :要一分为二地看待物质，正确认识物质的性质，合理使用物质。启示2:化学研究的方向之一就是根据需要发现、合成并使用新物质。【设计意图】应用对氯气的应用的具体问题，落实科学态度和社会责任素养。【知识拓展】养鱼可以用井水、江河、湖水属天然水源、泉水属地下温性水源以及蒸馏水。不建议使用自来水来养鱼。因为鱼的身体表皮层内长有一种杯状细胞，每天不断地在分泌着粘液，使鱼体减少游在水中的摩擦的同时，保护鱼体不受寄生物、霉菌、细菌和其他微小生物的侵蚀，并使皮肤具有一种正常的渗透能力。而自来水里面含有很不稳定的强氧化剂“次氯酸”，该氧化剂对鱼具有很强的穿透杀伤力，它使鱼体分泌的粘液失去了对鱼的保护作用，导致其体内电解质代谢严重失调，并在缺氧的状态下窒息死亡。【设计意图】学以致用，显示化学魅力。次氯酸的强氧化性还能使某些染料和有机色素褪色,因此，次氯酸可用作棉、麻和纸张的漂白剂。次氯酸是很弱的酸，只存在于水溶液中。次氯酸不稳定，在光照下容易分解放出氧气。请根据氧化还原反应原理、质量守恒定律写出该反应方程式。 【科学 技术 社会】验证次氯酸光照分解产物的数字化实验 数字化实验将传感器、数据采集器和计算机依次相连，采集实验过程中各种物理量(如pH、温度、压强、电导率等)变化的数据并记录和呈现，通过软件对数据进行分析,获得实验结论。也就是说，数字化实验是利用传感器和信息处理终端进行实验数据的采集与分析。验证次氯酸光照分解的产物可以设计成数字化实验。实验步骤如下: (1)将pH传感器、氯离子传感器、氧气传感器分别与数据采集器、计算机连接; (2)将三种传感器分别插入盛有氯水的广口瓶中; (3)用强光照射氯水，同时开始采集数据。【设计意图】介绍化学在科研上的成就，提高学生的社会责任感。通过实验图像的解读，初步掌握图形阅读的最基本方法（坐标的意义）。【思考】下图为市面上常用的漂白剂，为什么不直接用次氯酸作漂白剂？氯气在水中的溶解度不大，而且生成的HClO不稳定，难以保存，使用起来很不方便，效果也不理想。次氯酸盐比次氯酸的稳定性强很多。比如NaClO虽然也会分解，但它的水溶液在低温下存放三年才分解一半左右，比HClO稳定得多。次氯酸盐可以在溶液中转化为次氯酸，从而具有一定的漂白和消毒能力，所以漂白液、漂白粉、漂粉精都是常用的消毒剂和漂白剂。漂白液、漂白粉和漂粉精既可作漂白棉、麻、纸张的漂白剂，又可用作游泳池等场所的消毒剂。【思考】如何制得次氯酸盐？在常温下，将Cl2通人NaOH溶液中，可以得到以NaClO为有效成分的漂白液。根据氯气与水的反应，写出氯气与氢氧化钠溶液反应的化学方程式，并改写为离子方程式。 根据上面的反应，写出氯气与氢氧化钙溶液反应的方程式 将氯气通入冷的石灰乳中会得到以次氯酸钙为有效成分的漂白粉。如果氯气与氢氧化钙充分反应使次氯酸钙成为主要成分，就得到了漂粉精【思考】次氯酸盐如何转化为次氯酸?
【知识拓展】漂白粉和漂白液的漂白原理
【思考与交流】怎样保存漂白粉？
密封保存。【设计意图】通过含氯物质性质和用途的学习，感受物质性质与用途的关系，体会化学对生活、环境保护的重要意义，增强社会责任感。【知识拓展】
上述反应使用的是强酸（相对强的酸）制取弱酸的原理。
通过方程式可得出结论：H2CO3>HClO（酸性）【思考】该原理我们是否在其他方面应用过？
利用碳酸钙和稀盐酸反应制取二氧化碳。【设计意图】通过反应原理的介绍，落实科学观。【小结】氯气的用途：
1. 用于自来水的杀菌、消毒；
2. 制取漂白粉、漂白液、消毒液等；
3. 工业制盐酸。
【评价任务二】（教材P47第1题）1.下列生活中的物质与其有效成分的化学式、用途的对应关系中，不正确的是(   )。
【答案】B【评价任务三】含氯物质在生活中有广泛的应用。课后请查阅资料了解含氯物质的用途。
消毒/漂白液：NaClO 
漂白粉：Ca(ClO)2
消毒洗衣粉： NaClO
清洁剂：HCl
合成纤维：氯纶 耐强酸强碱，不燃烧。工作服、滤布、安全帐篷、地毯
聚氯乙烯：PVC  56-58%。塑料薄膜、雨衣、玩具、拖鞋、窗帘
合成杀虫剂：六六六、敌百虫、乐果、赛力散、DDT
【评价任务四】（教材P48第8题） 
8. 氯气用途广泛，是一种重要的化工原料，因此氯气的发现具有重要的意义。但是，在第一次世界大战期间，氯气被用来制作毒气弹，使受害者的身体遭受严重伤害。科学家是否应进行类似氯气这类有可能被错误利用的物质的研究?请谈谈你的看法。
应该进行研究，因为氯气有广泛的用途。但是要正确认识这类物质，避免人类受到伤害。
【设计意图】强调氯气有毒又有用，可以使学生认识到要学好知识并正确运用，才能让资源更好地为人类服务，从而发展社会参与意识，建立社会责任感。 一、实验[实验2-7]盛氯气的集气瓶要干燥。瓶中的氯气要浓。为了防止氯气逸散，可在集气瓶口涂一点凡士林，使玻璃片与瓶口更密合。因为这是第一个关于氯气性质的实验，实验时要提醒学生注意观察氯气的颜色(黄绿色)，并注意氢气在空气里燃烧与在氯气里燃烧火焰的颜色是不同的。实验前务必要检验H2的纯度，在确保H2纯净的前提下完成本实验。二、思考与讨论[思考与讨论1 ] 从氯气的发现到氯被确认为一种新的元素，时间长达三十多年，其间经历了数位科学家的不懈探索。你从这一史实中得到什么启示?启示1 :科学研究需要有可靠的理论作指导，否则只能浪费时间和精力。启示2 :科学研究需要以大量事实为依据。启示3:科学研究需要有对科学的热爱和奉献科学的精神。[思考与讨论2 ] 我们以前学过的燃烧反应，都是物质在氧气中的燃烧。通过H2在Cl2中的燃烧，你对燃烧的条件及其本质有什么新的认识? 提示:燃烧不一定要有氧气参加，物质并不是只有在氧气中才可以燃烧。燃烧的本质是氧化还原反应，所有发光、发热的剧烈的化学反应都称为燃烧。[思考与讨论3] 近年来有科学家提出，使用氯气对自来水消毒时，氯气会与水中的有机物发生反应，生成的有机氯化物可能对人体有害。所以，国家规定了饮用水中余氯含量的标准;而且已开始使用新的自来水消毒剂，如二氧化氯(ClO2)、臭氧等。从中你能得到什么启示？启示1 :要一分为二地看待物质，正确认识物质的性质，合理使用物质。启示2:化学研究的方向之一就是根据需要发现、合成并使用新物质。三、科学·技术·社会验证次氯酸光照分解产物的数字化实验 数字化实验将传感器、数据采集器和计算机依次相连，采集实验过程中各种物理量(如pH、温度、压强、电导率等)变化的数据并记录和呈现，通过软件对数据进行分析,获得实验结论。也就是说，数字化实验是利用传感器和信息处理终端进行实验数据的采集与分析。验证次氯酸光照分解的产物可以设计成数字化实验。实验步骤如下: (1)将pH传感器、氯离子传感器、氧气传感器分别与数据采集器、计算机连接; (2)将三种传感器分别插入盛有氯水的广口瓶中; (3)用强光照射氯水，同时开始采集数据。此实验可以测定光照过程中氯水的pH、氯水中氯离子的浓度、广口瓶中氧气的体积分数这三者的变化，并通过计算机的数据处理功能将这些变化显示在计算机屏.幕上(如图2-16)。通过对数据进行分析， 最终可验证次氯酸光照分解的产物。四、课后练习（教材P47~48）1.下列生活中的物质与其有效成分的化学式、用途的对应关系中，不正确的是(   )。
2.下列说法中，不正确的是(            )。A.燃烧一定伴有发光现象            B.燃烧一定是氧化还原反应C.燃烧一定要有氧气参加            D.燃烧一定会放出热量5. NaCl是一种化工原料，可以制备多种物质，如下图所示。请根据以上转化关系填写下列空白。( 1)氯化钠溶液通电后，发生反应的离子方程式为_________________________________。氢气在氯气中燃烧的现象是_________________________________________________。(2) Cl2与Ca(OH)2反应的化学方程式为_________________________________________；从氧化剂和还原剂的角度分析，该反应中Cl2的作用是_______________。6.请回答下列问题。(1)氯气可用于自来水的杀菌、消毒。请用化学方程式和简要的文字说明理由。(2)漂白粉或漂粉精中的Ca(ClO)2能与空气中的CO2和水蒸气发生如下反应:Ca(ClO)2 + CO2+ H2O= CaCO3↓+ 2HClO根据以上反应，你认为购买和存放漂白粉或漂粉精时应注意哪些问题。8. 氯气用途广泛，是一种重要的化工原料，因此氯气的发现具有重要的意义。但是，在第一次世界大战期间，氯气被用来制作毒气弹，使受害者的身体遭受严重伤害。科学家是否应进行类似氯气这类有可能被错误利用的物质的研究?请谈谈你的看法。
【参考答案】1.B2.C5. (1)  氢气在氯气中安静燃烧，发出苍白色火焰，瓶口有白雾出现(2 )2Cl2+2Ca(OH)2= =CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O         既做氧化剂 、又做还原剂6.(1)氯气溶于水发生反应: Cl2+H20=HCl+HClO, HClO具有强氧化性，能杀灭水中的病菌。(2)观察包装袋是否密封，漂白粉中有无结块，注意使用期限，现买现用，购买之后应密闭保存在干燥的地方等。8.应该进行研究，因为氯气有广泛的用途。但是要正确认识这类物质，避免人类受到伤害。