高中化学 第11讲 富集在海水中的元素——氯课件 新人教版必修1.ppt

第11讲富集在海水中的元素氯,一、氯气1.氯元素在周期表中的位置及存在形式氯元素位于第三周期A族。氯的原子结构示意图为。在自然界中以化合态形式存在。2.氯气的物理性质通常氯气为黄绿色、有刺激性气味的气体,密度比空气大,有毒,易液化。25时,1体积水可溶解约2体积氯气,其水溶液俗称氯水,呈浅黄绿色。,教材研读,注意实验室里闻有毒气体及未知气体气味的方法是用手在瓶口轻轻扇动,仅使极少量气体飘进鼻孔。(如图所示)3.氯气的化学性质(1)与金属反应与钠反应的化学方程式:2Na+Cl22NaCl。现象:剧烈燃烧,有白烟(NaCl小颗粒)生成。,与铜反应的化学方程式:Cu+Cl2CuCl2。现象:红热的铜丝剧烈燃烧,生成棕黄色的烟(CuCl2小颗粒),溶于水呈蓝绿色。当溶液浓度不同时,溶液颜色有所不同。与铁反应的化学方程式:2Fe+3Cl22FeCl3。现象:铁丝燃烧,生成棕黄色的烟(FeCl3小颗粒),溶于水得黄色溶液。(2)与非金属反应氢气在氯气中燃烧的化学方程式为:H2+Cl22HCl(苍白色火焰)。(3)与H2O反应,1)氯气与水的反应化学方程式为:Cl2+H2OHCl+HClO,离子方程式为:Cl2+H2OH+Cl-+HClO(Cl2既是氧化剂又是还原剂)。2)次氯酸的性质a.弱酸性。是一元弱酸,属弱电解质。b.不稳定性。2HClO2HCl+O2(氯水要现用现制,保存在棕色试剂瓶中)。c.强氧化性。HClO能杀死水中的病菌,起到消毒的作用;另外它还能使有色布条、品红溶液等有色物质褪色,其原理主要是利用其强氧化性。,(4)与强碱的反应1)漂白粉的制备原理2Ca(OH)2+2Cl2Ca(ClO)2+CaCl2+2H2O其中有效成分为Ca(ClO)2。2)漂白粉的漂白原理Ca(ClO)2+CO2+H2OCaCO3+2HClO,此反应可说明酸性HClO弱于H2CO3;漂白粉必须密封保存。(5)与某些还原性物质反应(写离子方程式)1)氯气与KI溶液:2I-+Cl2I2+2Cl-。2)氯气与FeCl2溶液:2Fe2+Cl22Fe3+2Cl-。3)向氯水中通SO2:Cl2+SO2+2H2O4H+S+2Cl-。,4.氯气的实验室制法(1)反应原理:用MnO2和浓盐酸反应,反应方程式为:MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2+2H2O注意稀盐酸与MnO2不发生反应,不能制取Cl2。(2)制气类型:“固+液气”型。(3)组装发生装置的仪器:铁架台(带铁圈)、酒精灯、石棉网、圆底烧瓶、分液漏斗、导气管。(4)收集方法:向上排空气法或排饱和食盐水法(Cl2在饱和食盐水中溶解度很小)。(5)净化装置:用饱和食盐水除去HCl,再用浓H2SO4干燥。,(6)吸收装置:用强碱溶液吸收多余的Cl2,防止污染空气。5.氯气的工业制法(1)电解饱和食盐水(氯碱工业)。2NaCl+2H2O+(2)电解熔融的氯化钠和氯化镁,也可制得氯气。,自测1判断正误,正确的划“”,错误的划“”。(1)Cl2与H2O或NaOH的反应中,氯气既是氧化剂又是还原剂()(2)要证明Cl2无漂白性而HClO有漂白性,可以先让干燥Cl2通过干燥的有色布条,再通过湿润的有色布条看是否褪色()(3)氯气可用于消灭田鼠,为此,可将氯气用软管通入到田鼠洞中,这是利用了氯气的毒性()(4)久置的氯水比新制的氯水氧化性更强()(5)能用pH试纸测定氯水的pH()(6)漂白粉和明矾都常用于处理自来水,二者的作用原理是不同的()(7)工业上将Cl2通入石灰水中制取漂白粉(),自测2下图所示是验证氯气性质的微型实验,a、b、d、e是浸有相关溶液的滤纸。向KMnO4晶体上滴加一滴浓盐酸后,立即把另一培养皿扣在上面。已知:2KMnO4+16HCl(浓)2KCl+5Cl2+2MnCl2+8H2O对实验现象的“解释或结论”正确的是(),答案DA项,由实验现象得氧化性:Cl2Br2、Cl2I2,但无法判断Br2与I2的氧化性强弱;B项,由实验现象可知,在此过程中有酸性物质和漂白性物质生成;C项,无法判断有无漂白性物质生成;D项,Fe2+被Cl2氧化为Fe3+,说明Fe2+有还原性。二、卤族元素1.相似性(1)都能与大多数金属反应:如2Fe+3Br22FeBr3,Fe+I2FeI2;(2)都能与H2反应:H2+X22HX;(3)都能与H2O反应:X2+H2OHX+HXO(F2与水反应生成HF和O2);,(4)都能与碱液反应:X2+2NaOHNaX+NaXO+H2O(F2、I2除外)。2.递变性F2Cl2Br2I2颜色:颜色加深熔、沸点:逐渐升高密度:逐渐增大水溶性:逐渐减小氧化性:逐渐减弱,还原性(X-):逐渐增强卤素单质间能发生的置换反应有:Cl2+2NaBr2NaCl+Br2,Cl2+2KI2KCl+I2,Br2+2KI2KBr+I2。3.特殊性Br2是常温下唯一呈液态的非金属单质;液溴易挥发且有毒,通常用水液封来保存。I2易升华,能使淀粉变蓝。Br2和I2都易溶于某些有机溶剂(如四氯化碳、汽油)。,自测3判断正误,正确的划“”,错误的划“”。(1)可以用淀粉溶液检验加碘食盐中的KIO3()(2)碘易升华,可用加热升华法除去NH4Cl中混有的I2()(3)将少量溴水加入KI溶液中,再加入CCl4,振荡,静置,可观察到下层液体呈紫色,证明Br2的氧化性强于I2()(4)碘是人体必需微量元素,所以要多吃富含高碘酸的食物()(5)实验室从海带中提取单质碘的方法是:取样灼烧溶解过滤萃取()(6)从海水中提取物质都必须通过化学反应才能实现(),自测4下列哪些事实或实验能说明氧化性Cl2Br2I2:。氯水分别滴入KBr、NaI溶液中,溶液颜色加深,而溴水滴入NaCl溶液中无明显变化,滴入淀粉KI溶液中,溶液变蓝H2和Cl2的混合气体光照爆炸,H2和Br2的混合气体加热才能反应,而H2和I2反应更困难Fe分别与Cl2、Br2、I2反应生成Fe的化合物的化合价高低HCl、HBr、HI的热稳定性越来越差Cl2、Br2、I2在水中的溶解度逐渐减小,解析无法判断Cl2与Br2的氧化性强弱,因Fe与二者反应都生成+3价铁;单质在水中的溶解度与氧化性强弱无关。,考点突破,考点一氯水的成分及对应的性质,考点三卤素离子的检验方法,考点二氯气的实验室制法和氯气的性质实验,考点四海水中物质的提取,1.氯水的成分氯水中存在三个平衡:(1)Cl2+H2OHCl+HClO(2)HClOH+ClO-(3)H2OH+OH-根据平衡的特点,即可得出氯水中存在的各种微粒。,考点一氯水的成分及对应的性质,2.氯水的多重性质氯水在与不同物质发生反应时,表现出成分的复杂性和性质的多样性。,3.抓住诸多因素对平衡Cl2+H2OHCl+HClO的影响,合理解释具体问题(1)当加入可溶性氯化物时,c(Cl-)增大,平衡左移,因此可用排饱和食盐水法收集Cl2,也可用饱和食盐水除去Cl2中的杂质气体HCl。(2)当加入浓盐酸时,c(H+)和c(Cl-)都增大,平衡左移,因此可用次氯酸盐和浓盐酸作用来制取Cl2或测定漂白粉中的“有效氯”;当加入NaHCO3时,c(H+)减小,平衡右移,使氯水中的c(HClO)增大,漂白性增强。(3)当加入碱时,c(H+)和c(HClO)都减小,平衡右移,实验室常用浓强碱溶液吸收未反应的Cl2,工业上利用此原理制漂白粉和漂白液。(4)氯水在光照条件下,因HClO分解,平衡右移,故氯水须避光贮存,最好现用现制,久置的氯水最终会变成盐酸。,典例1(2018北京临川学校月考)在探究新制饱和氯水成分的实验中,下列根据实验现象得出的结论不正确的是()A.氯水的颜色呈浅绿色,说明氯水中含有Cl2B.向氯水中滴加硝酸酸化的AgNO3溶液,产生白色沉淀,说明氯水中含有Cl-C.向氯水中加入NaHCO3粉末,有气泡产生,说明氯水中含有H+D.向FeCl2溶液中滴加氯水,溶液颜色变成棕黄色,说明氯水中含有HClO,D,答案DA项,Cl2是黄绿色气体,氯水中溶解有氯气使氯水呈浅绿色;B项,氯水中含有Cl-,故向氯水中滴加硝酸酸化的AgNO3溶液产生白色沉淀;C项,氯水中有盐酸,故向氯水中加入NaHCO3粉末有气泡产生;D项,氯水中含有Cl2,Cl2具有强氧化性,向FeCl2溶液中滴加氯水,Cl2能把FeCl2氧化为FeCl3使溶液颜色变成棕黄色。,1-1氯水中存在多种分子和离子,可通过实验的方法加以确定。下列有关氯水中存在的粒子的说法中错误的是(),A,答案AA项,NaHSO3溶液显酸性,能使石蕊试液变红色,当加入氯水中后,红色褪去,说明含有具有漂白性的物质即HClO;B项,HClO具有漂白作用,可漂白有色布条;C项,Cl2的存在导致氯水呈浅黄绿色,具有刺激性气味;D项,向氯水中滴加硝酸酸化的AgNO3溶液时,产生的白色沉淀为AgCl,说明有Cl-存在。,1-2某学生对SO2与漂粉精的反应进行实验探究,下列叙述错误的是(),C.液面上方出现白雾,白雾中一定只含HClD.最后,产生大量白色沉淀,黄绿色褪去,推测白色沉淀主要是CaSO4,A.Cl2和Ca(OH)2制取漂粉精的化学方程式是:2Cl2+2Ca(OH)2CaCl2+Ca(ClO)2+2H2OB.pH试纸颜色的变化说明漂粉精溶液具有碱性、漂白性,答案CA项,Cl2和Ca(OH)2制取漂粉精的化学方程式是2Cl2+2Ca(OH)2CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O;B项,在漂粉精溶液中,ClO-+H2OHClO+OH-,所以其具有碱性和漂白性;C项,白雾可能是生成的盐酸小液滴,也可能是SO2形成的酸雾;D项,ClO-和Cl-在酸性条件下生成Cl2,Cl2+SO2+2H2OS+2Cl-+4H+,S+Ca2+CaSO4,所以最终生成的白色沉淀是CaSO4。,1.氯气的实验室制法,考点二氯气的实验室制法和氯气的性质实验,(1)制取(2)验满将湿润的淀粉碘化钾试纸靠近盛Cl2的集气瓶瓶口,观察到试纸立即变蓝,则证明已集满。将湿润的蓝色石蕊试纸靠近盛Cl2的集气瓶瓶口,观察到试纸立即变,红后褪色,则证明已集满。实验室制取Cl2时,常常根据集气瓶中气体的颜色判断是否收集满。(3)注意事项必须用浓盐酸,稀盐酸不反应。为了减少制得的Cl2中HCl的含量,加热温度不宜过高,减少HCl挥发。实验结束后,先使反应停止并排出残留的Cl2,再拆卸装置,避免污染空气。尾气吸收时,不能用澄清石灰水吸收Cl2,因为澄清石灰水中Ca(OH)2含量少,吸收不完全。,2.Cl2的性质实验常见实验形式如下图所示:,典例2某化学兴趣小组制取氯酸钾和氯水并进行有关探究实验。实验一制取氯酸钾和氯水利用上图所示的实验装置进行实验。,(1)制取实验结束后,取出B中试管冷却结晶,过滤,洗涤。该实验操作过程需要的玻璃仪器有。(2)若对调B和C装置的位置,(填“能”或“不能”)提高B中氯酸钾的产率。实验二氯酸钾与碘化钾反应的研究(3)在不同条件下KClO3可将KI氧化为I2或KIO3。该小组设计了系列实验研究反应条件对反应产物的影响,其中系列a实验的记录表如下(实验在室温下进行):,系列a实验的实验目的是。设计1号试管实验的作用是。若2号试管实验现象为“黄色溶液”,取少量该溶液加入淀粉溶液显蓝色;假设氧化产物唯一,还原产物为KCl,则此反应的离子方程式为。实验三测定饱和氯水中氯元素的总量(4)该小组设计的实验方案为:使用下图装置,加热15.0mL饱和氯水试样,测定产生气体的体积。此方案不可行的主要原因是。(不考虑实验装置及操作失误导致不可行的原因),(5)根据下列资料,为该小组设计一个可行的实验方案(不必描述操作过程的细节):。,资料:.次氯酸会破坏酸碱指示剂;.次氯酸或氯气可被SO2、H2O2和FeCl2等物质还原成Cl-。,答案(1)烧杯、漏斗、玻璃棒、胶头滴管(不填“胶头滴管”也可)(2)能(3)研究反应体系中硫酸浓度对反应产物的影响硫酸浓度为0的对照实验Cl+6I-+6H+Cl-+3I2+3H2O(4)因存在Cl2的重新溶解、HClO分解等,此方案无法测算试样含氯总量(或其他合理答案)(5)量取一定量的试样,加入足量的H2O2溶液,加热除去过量的H2O2,冷却,再加入足量的硝酸银溶液,称量沉淀质量(或其他合理答案)解析(2)若对调B、C位置,Cl2中的HCl气体杂质因溶于C中的水而被除去,B中与Cl2反应的KOH的量增加,故能提高B中KClO3的产率。(3)仔细观察实验记录表可知,4个实验中KClO3、KI的浓度均相同,只有H2SO4,的浓度不同,实验的目的显然是研究硫酸浓度对反应产物的影响。1号试管中H2SO4的浓度为0,该实验的作用是硫酸浓度为0的对照实验。(4)氯水中氯元素以Cl2、HClO、Cl-和ClO-等形式存在,加热时HClO分解产生O2,部分Cl2因受热逸出,因此只能测出O2及逸出的Cl2的量,溶液中Cl-、ClO-及残余Cl2的量无法测定,故此方案不可行。(5)依题给信息,欲测定氯水中氯元素的总量,可量取一定体积的氯水,加入足量的H2O2溶液,将氯水中的Cl2、HClO、ClO-全部还原成Cl-,加热除去过量的H2O2,冷却,再加入足量AgNO3溶液,经过滤、洗涤、干燥、称量测出生成AgCl沉淀的质量,即可计算出饱和氯水中氯元素的总量。,2-1如图是某研究性学习小组设计制取氯气并以氯气为反应物进行特定反应的装置。(1)要将C装置接入B和D之间。正确的接法是ad。(2)实验开始先点燃A处的酒精灯,打开旋塞K,让Cl2充满整个装置,再点,燃D处酒精灯。Cl2通过C装置后进入D,D装置内盛有炭粉,发生氧化还原反应,生成CO2和HCl(g),发生反应的化学方程式为。为了使C装置发挥更好的作用,可向烧杯中加入浓硫酸,加入浓硫酸的作用是。(3)D处反应完毕后,关闭旋塞K,移去两个酒精灯,由于余热的作用,A处仍有少量Cl2产生,此时B中的现象是,B的作用是。(4)用量筒量取20mLE中溶液,倒入气密性良好的分液漏斗中,然后再注入10mLCCl4,盖好玻璃塞,振荡,静置于铁架台上,等分层后取上层液和下层液,呈黄绿色的是(填“上层液”或“下层液”),再装入如,图所示的烧杯中,能使有色布条褪色的是(填“上层液”或“下层液”)。(5)在A、B、C、D、E装置中有一处需要改进,说明需要改进的理由并在方框中画出改进后的装置图。,答案(1)cb(2)2Cl2+C+2H2O(g)4HCl+CO2加入浓硫酸时,放出大量的热,有利于试管中的水变为水蒸气,从而提供足量的水蒸气供D中反应需要(3)瓶中液面下降,长颈漏斗内液面上升贮存少量Cl2,避免Cl2对环境造成污染(4)下层液上层液(5)D中反应生成的HCl气体极易溶于水,易发生倒吸解析(1)由于D中反应生成了CO2和HCl,有氢元素存在,说明有水参加反应,所以C装置的作用是提供水蒸气,因此应该是长进短出。(2)烧杯,中加入浓硫酸,放出大量的热,有利于水蒸气的生成。(3)关闭K,生成的气体会将B中的溶液压入长颈漏斗中。(4)Cl2易溶于CCl4,而使CCl4层呈黄绿色,Cl2无漂白性;上层液中含有Cl2和水反应生成的HClO,HClO具有漂白性,可以使有色布条褪色。(5)由于D中反应生成了极易溶于水的HCl,易造成E中的水倒吸,故可以用一个倒置的小漏斗防止倒吸。,1.AgNO3溶液-沉淀法未知液2.置换-萃取法未知液有机层呈3.氧化-淀粉法检验I-未知液蓝色溶液,表明有I-,考点三卤素离子的检验方法,典例3(2017北京海淀二模,11)已知:.4KI+O2+2H2O4KOH+2I2.3I2+6OH-I+5I-+3H2O某同学进行如下实验:取久置的KI固体(呈黄色)溶于水配成溶液;立即向上述溶液中滴加淀粉溶液,溶液无明显变化;滴加酚酞后,溶液变红;继续向溶液中滴加硫酸,溶液立即变蓝。,下列分析合理的是()A.说明久置的KI固体中不含有I2B.中溶液变蓝的可能原因:I+5I-+6H+3I2+3H2OC.碱性条件下,I2与淀粉显色的速率快于其与OH-反应的速率D.若向淀粉KI试纸上滴加硫酸,一段时间后试纸变蓝,则证实该试纸上存在I,B,答案BA项,若久置KI固体中含有I2,当其溶于水时,I2和KOH发生反应生成了I和I-,加入淀粉溶液,溶液也无明显变化;B项,加入硫酸后出现蓝色说明产生了I2,可能的原因是I+5I-+6H+3I2+3H2O;C项,若I2与淀粉显色的速率快于I2与OH-反应的速率,则中加入淀粉溶液的现象应为溶液先变蓝后褪色;D项,“一段时间后”试纸变蓝可能是因为I-被氧气氧化生成了I2,若试纸上存在I,根据可知滴加硫酸后试纸会迅速变蓝。,3-1下列能够检验出KI中是否含有Br-的实验是()A.加入足量的新制氯水,溶液变色则有Br-B.加入酸性KMnO4溶液,观察溶液颜色是否褪去C.加入少量的碘水,再加入CCl4振荡,有机层有色,则有Br-D.加入足量FeCl3溶液,用CCl4萃取后,取水层并加入氯水,溶液呈橙黄色,则含有Br-,D,答案DA项,KI可与新制氯水反应生成单质碘而使溶液变色,故不能确定是否含有溴离子;B项,溴离子和碘离子均能使酸性高锰酸钾溶液褪色;C项,有机层中因含有单质碘而显色,不能确定是否含有溴离子。,3-2为验证卤素单质氧化性的相对强弱,某小组用下图所示装置进行实验(夹持仪器已略去,气密性已检验)。实验过程:.打开弹簧夹,打开活塞a,滴加浓盐酸。.当B和C中的溶液都变为黄色时,夹紧弹簧夹。,.当B中溶液由黄色变为棕红色时,关闭活塞a。.(1)A中产生黄绿色气体,其电子式是。(2)验证氯气的氧化性强于碘的实验现象是。(3)B中溶液发生反应的离子方程式是。(4)为验证溴的氧化性强于碘,过程的操作和现象是。(5)过程实验的目的是。,(6)氯、溴、碘单质的氧化性逐渐减弱的原因:同主族元素从上到下,得电子能力逐渐减弱。,答案(1)(2)淀粉KI试纸变蓝(3)Cl2+2Br-Br2+2Cl-(4)打开活塞b,将少量C中溶液滴入D中,关闭活塞b,取下D振荡。静置后CCl4层变为紫红色(5)确认C的黄色溶液中无Cl2,排除Cl2对溴置换碘实验的干扰(6)原子半径逐渐增大,解析本题以卤素性质递变的知识为载体来考查考生的实验能力。题目涉及的反应原理有2KMnO4+16HCl(浓)2KCl+2MnCl2+5Cl2+8H2O,Cl2+2KI2KCl+I2,Cl2+2NaBr2NaCl+Br2,Br2+2KI2KBr+I2,消除Cl2的污染:Cl2+2NaOHNaCl+NaClO+H2O。实验要排除干扰,利用、的对比可知过程是为了排除Cl2的干扰。对(6)要从本质(结构)上进行说明,此问易错答为“非金属性逐渐减弱”,这也是结果,是比“得电子能力逐渐减弱”更高的概述,而不是本质,化学性质的本源是物质的结构!,提醒注意绿色化学工艺与节能,以降低生产的成本;尽量做到物质提取过程中生产工艺的简捷。1.溴的提取从海水中提取溴,通常是将氯气通入提取粗食盐后的母液中,将溶液中,考点四海水中物质的提取,的溴离子氧化成溴单质,鼓入热空气或水蒸气使溴从溶液中挥发出来,冷凝后得到粗溴,精制粗溴可得到高纯度的溴单质。2.碘的提取虽然海水中碘的总蕴藏量很大,但由于其浓度很低,故目前工业生产中碘的获得并不是直接从海水中提取。因为海洋中的某些植物具有富集碘的能力,如海带等,所以从海带等海产品中提取碘是工业上获取碘的重要途径。从海带中提取碘的流程图如下:灼烧水氧化剂干海带海带灰浸泡液滤液碘的四氯化碳溶液碘单质,常用的氧化剂有Cl2、H2O2、MnO2,反应方程式如下:Cl2+2I-2Cl-+I2H2O2+2I-+2H+I2+2H2OMnO2+2I-+4H+I2+Mn2+2H2O,典例4(2017北京海淀期末,7)为了从海带浸取液中提取碘,某同学设计了如下实验方案:海带浸取液含I2的水溶液含I2的CCl4溶液,下列说法正确的是()A.中反应的离子方程式:2I-+H2O2I2+2OH-B.中分液时含I2的CCl4溶液从分液漏斗上口倒出C.中得到的上层溶液中含有I