江苏省邳州市第二中学高中化学总复习 《氯气》教学案.doc

江苏省邳州市第二中学高中化学总复习教学案：氯气新课指南1.掌握氯气的化学性质及在实验室中制取氯气的原理和方法.2.掌握氯离子的检验方法.3.了解氯气的物理性质和用途.本节重点：氯气的化学性质及实验室制法；氯离子的检验.本节难点：氯气与水的反应及氯水中各成分的性质；氯气与碱的反应；氯气的实验室制法.教材解读精华要义相关链接 1.氧气的化学性质2.氧化还原反应 (1)定义：有电子转移(得失或偏移)的反应叫氧化还原反应. (2)实质：电子转移29时，比空气重(如o2、co2等)；当m29时，比空气轻(如h2、n2等).4.由氯气的密度、溶解度、毒性和颜色等知识可知：在实验室里收集氯气，可采用向上排空气法，不能用向下排空气法，也不能用排水法，氯气在饱和食盐水中的溶解度很小，实验室中可用排饱和食盐水法收集氯气；在收集和应用氯气时，要防止使人中毒或污染环境；多余的cl2可用naoh溶液除去，一般不用石灰水(为什么?)；可通过气体的颜色判断氯气是否充满集气瓶. 氯气的化学性质(重点) 由氯元素的原子结构示意图可知：氯原子最外层有7个电子，在化学反应中容易得到1个电子，使最外层达到8个电子的稳定结构.因此，氯气是一种化学性质很活泼的非金属单质，它具有较强的氧化性，能与多种金属和非金属直接化合，还能与水、碱等化合物起反应. (1)与金属反应 实验4-1：氯气与铜反应的实验 实验目的：探究氯气与铜的反应. 实验原理：cu+cl2cucl2. 实验用品：铜丝、氯气(盛在集气瓶中，用磨砂玻璃片盖瓶口)、水、坩埚钳、酒精灯、火柴. 实验步骤：用坩埚钳夹住一束铜丝，灼热后立刻放入充满氯气的集气瓶里(如图4-2所示).观察发生的现象.然后把少量 的水注入集气瓶里，用玻璃片盖住瓶口，振荡.观察溶液的颜色. 实验现象：铜丝剧烈燃烧，产生大量棕黄色的烟.加水后形成了蓝绿色溶液.浓度不同，溶液颜色就有所不同，其浓溶液为绿色. 实验结论：在点燃的条件下，氯气与铜剧烈反应生成氯化铜，氯化铜分散成棕黄色的烟. 【注意】 为了使实验能够顺利进行并观察到棕黄色的烟，要注意：a.氯气要尽可能干燥、纯净；b.所用铜丝最好是剥去导线绝缘层的多股细铜丝；c.在酒精灯上加热时间略长些，将灼热的铜丝移入氯气瓶中的动作要快，要使铜丝在氯气瓶口慢慢向下伸入，以保证反应能持续、稳定地发生. 铜丝要用坩埚钳夹持：不能直接用手拿，以免被烫伤. 在反应时，集气瓶口的大部分要用玻璃片盖住，以防止污染空气. 为了防止集气瓶炸裂，可在集气瓶底加入少量洗净的、干燥的细沙.燃着的铜丝不要靠近集气瓶瓶壁. 说明 cucl2简介： 氯化铜(cucl2)固体呈棕黄色，二水合氯化铜(cucl22h2o)晶体呈蓝绿色. 氯化铜浓溶液显绿色，稀溶液显蓝绿色. 思维拓展 1.向cucl2溶液中加入agno3溶液，有什么现象发生?写出有关反应的化学方程式. 点拨 溶液由绿色变为蓝色，同时有沉淀生成.有关反应的化学方程式为： cucl2+2agno3cu(no3)2+2agcl 2.向cuso4浓溶液中加入bacl2溶液，有什么现象发生?写出有关反应的化学方程式. 点拨 溶液由蓝色变为绿色，同时有沉淀生成.有关反应的化学方程式为： cuso4+bacl2=cucl2+baso4 小结 在一定条件下，cl2能跟绝大多数金属发生化合反应. cl2与金属反应的一般形式. 2r+ncl22rcln(n为奇数时) r+cl2rcln(n为偶数时) 常见的化学反应. a.反应的化学方程式： 2na+cl22nacl 现象：产生黄色火焰和大量的白烟. b.反应的化学方程式： cu+cl2cucl2 现象：产生棕黄色的烟，但无火焰. c.反应的化学方程式： 2fe+3cl22fecl3 现象：产生棕褐色的烟，但无火焰. 说明 火焰是气态物质燃烧时的特有现象，只有常温下的气体或在高温条件下产生的可燃性气体燃烧时才能观察到火焰，如na在cl2中燃烧；否则无火焰，如 cu、fe在cl2中燃烧，固体fe、cu难挥发，所以无火焰. 由于氯气的氧化性很强，当金属元素有多种化合价时，该金属跟氯气反应一般生成高价金属氯化物，无论氯气过量与否.如fe、cu跟cl2反应，其产物是fecl3、 cucl2，而不是fecl2、cucl. 值得说明的是，在常温下，干燥的氯气不能跟铁发生化学反应，所以大量的液态氯常常被干燥后用钢瓶贮存. (2)与非金属反应 实验4-2：氢气在氯气中燃烧的实验 实验目的：探究氯气与氢气的反应. 实验原理：h2+cl22hcl. 实验用品：盛在集气瓶中的氯气，能产生氢气的启普发生器、火柴. 实验步骤：在空气中点燃h2,然后把导管伸人盛有cl2的集气瓶中(如图4-3所示).观察h2在cl2中燃烧时的现象. 实验现象：氢气在氯气中继续燃烧，发出苍白色火焰.氢气燃烧结束后，抽去盖在集气瓶口处的毛玻璃片，观察到集气瓶口上方出现白雾. 实验结论：纯净的h2可以在cl2中安静地燃烧，生成hcl. 【注意】 为了保证实验安全，氢气在点燃之前必须先检验其纯度，只有纯度符合点燃的纯度要求的氢气才能点燃. 为了使氢气持续地燃烧下去：a.氯气要不含氯化氢杂质，浓度大；b.氢气导管要从集气瓶瓶口慢慢地逐渐伸向瓶底. 为了减少环境污染，氢气燃烧后应立即用玻璃片盖住集气瓶瓶口，然后向集气瓶中加入少量氢氧化钠稀溶液并振荡，吸收氯化氢气体. 说明 燃烧：一切发光、发热的剧烈的化学反应都叫做燃烧.也就是说，燃烧不一定有氧气参加. 实验4-3：氢气跟氯气混合爆炸的实验 实验目的：探究氯气与氢气混合气体发生爆炸的反应. 实验原理：h2+cl22hcl. 实验用品：盛在集气瓶中的氢气与氯气，镁条、酒精灯、坩埚钳、薄塑料片. 实验步骤：把新收集到的一瓶cl2和一瓶h2口对口地放置，抽去瓶口间的玻璃片，上下颠倒几次，使h2 和cl2充分混合.取一瓶混合气体，用塑料片盖好，在距瓶约10 cm处点燃镁条(如图4-4所示).观察有什么现象发生. 实验现象：当镁条燃烧所产生的强光照射到混合气体时,瓶中的h2和cl2迅速化合而发生爆炸，把塑料片向上弹起(如图4-4所示).集气瓶口上方产生大量白雾. 实验结论：在光照条件下，cl2与h2发生剧烈反应，生成hcl. 【注意】 为了使爆炸反应的实验成功：a.氯气和氢气要纯；不含空气和氯化氢等杂质；b.氢气与氯气要以体积比1:1现混现用、混合均匀再用；c.将塑料片的一面涂上薄薄的一层凡士林后再盖在集气瓶口上，并用手心轻轻压严塑料片，将集气瓶口封严；d.镁条要用砂纸打磨光亮，以双股、10 cm15 cm长为宜，燃着的镁条以距离集气瓶5 cm10 cm为宜. 为了实验安全：a.集气瓶口的盖片绝不能用玻璃片或金属片，除了可以用薄塑料片以外，还可以用0.5 mm1 mm厚的纸片；b.实验操作者和观察者都要与待爆炸的集气瓶保持一定的距离. 为了减轻环境污染，可向爆炸以后的集气瓶内倒入少量的naoh等碱性溶液吸收hcl气体. 小结 烟、雾、气的区别 烟大量细小固体颗粒分散在气体中的现象.如铜在氯气中燃烧会产生棕 黄色的烟cucl2固体；浓氨水与浓盐酸相遇会产生白色的烟nh4cl固体. 雾大量细小液滴分散在气体中的现象.如打开浓盐酸的瓶盖会看到大量的白雾，这是浓盐酸中挥发出的氯化氢吸收空气中的水所形成的盐酸小液滴. 气是指通常状况下为气态的物质.若气体为无色，那么用肉眼就看不见，如h2、o2、n2；只有那些有颜色的气体用肉眼才能观察到. (3)与水反应(难点) 氯气可溶于水，常温下1体积水可溶解约2体积的氯气，溶于水的氯气中有一小部分跟水反应.cl2+h2o=hcl+hclo 说明 氯气的水溶液叫做氯水.cl2使氯水显黄绿色，且有刺激性气味，hcl使溶液显强酸性；hclo为弱酸，具有强氧化性和漂白性，也具有不稳定性，见光或受热时易分解cl2h+cl-hcloclo-oh-. 氯水的性质与组成的关系. a.由于h+的存在显酸性. b.由于hclo的存在，具有不稳定性和强氧化性(杀菌、消毒、漂白等). c.由于cl2的存在，具有部分氯气的性质. d.由于cl-的存在，能形成某些沉淀. 在不同的环境中，氯水表现出不同的性质(见下表)试 剂现 象有关微粒淀粉ki溶液显蓝色cl2fecl2溶液显黄色(fe3+)cl2agno3溶液白色沉淀cl-naoh溶液褪 色h+、cl2品红溶液褪 色hclo石蕊试液先变红，后褪色h+、hclo实验4-4：hclo的漂白性实验实验目的：探究cl2，hclo的漂白性.实验原理：hclo具有强氧化性和漂白性.实验用品：本实验中的主要仪器和药品如图4-6所示. 实验步骤：取干燥和湿润的有色布条各一条，分别放入两个集气瓶中，然后通入 cl2(如图4-6所示).观察发生的现象. 实验现象：干燥的有色布条a没有褪色，而湿润的有色布条b却褪色了. 实验结论：cl2无漂白性，hclo有漂白性，hclo比cl2的氧化性更强. 【注意】有色布条a和cl2都必须是干燥的，将cl2进行干燥,可按图4-7中或所示方法操作：尾气（多余的cl2）必须用碱溶液除去，以防止污染环境.装置的气密牲要好；以防止cl2泄漏前污染环境.小结 hclo的重要性质 不稳定性次氯酸不稳定，见光或加热时易分解.弱酸性碳酸的酸性很弱，而次氯酸的酸性比碳酸还弱.因此，向次氯酸盐溶液中通入co2气体可生成次氯酸. ca(clo)2+co2+h2ocaco3+2hclo ca2+2clo-+co2+h2ocaco3+2hclo naclo+co2+h2onahco3+hclo应用“较强酸+较弱酸盐较弱酸+较强酸盐”的复分解反应规律进行判断， hcl、h2so4等强酸更容易将次氯酸盐转化为次氯酸. ca(cl0)2+2hclcacl2+2hclo 2naclo+h2so4na2so4+2hclo clo-+h+hclo 强氧化性 氯气的氧化性很强，而次氯酸的氧化性比氯气还强. 如：a.干燥的氯气无漂白性，湿润的氯气或氯水有漂白性. b.ca(clo)2+4hcl(浓)2cl2+cacl2+2h2o，氧化性ca(clo)2cl2. 对于次氯酸的应用主要是利用其强氧化性，常用于漂白、杀菌、消毒等.由于次氯酸的不稳定性给次氯酸的贮存和运输带来了很大的困难，所以工业上不制备次氯酸，而是以氯水或次氯酸的盐来代替次氯酸，工业上将cl2通入石灰乳中来制取漂白粉. 2ca(oh)2+2cl2=cacl2+ca(clo)2+2h2o 或2ca(oh)2+2cl22ca2+2cl-+2clo-+2h2o ca(clo)2的氧化性不及hclo强，所以漂白粉在使用时，可向其中加入少量的盐酸，以增强漂白粉的漂白效果.漂白粉露置在空气中时，空气中的co2也能将 ca(clo)2转化为hclo，从而产生漂白作用.hclo也具有消毒、杀菌的作用. 例如：下列说法中，正确的是 ( ) a.久置的氯水和新制的氯水颜色相同 b.久置的氯水和新制的氯水ph相同 c.久置的氯水和新制的氯水都能与agno3溶液反应生成agcl d.由于次氯酸盐比次氯酸稳定，因此漂白粉可以露置在空气中 答案：c (4)与碱反应(难点) 氯气与碱溶液起反应，生成次氯酸盐、金属氯化物和水.如： cl2+2naohnaclo+nacl+h2o 2cl2+2ca(oh)2ca(clo)2+cacl2+2h2o 说明 在常温下，cl2与碱反应的化学方程式的一般模式为： cl2+碱次氯酸盐+金属氯化物+水但在加热的条件下cl2与碱反应的产物有所变化.如： 3cl2+6kohkclo3+5kcl+3h2o cl2与碱的反应还是氧化还原反应，其电子转移和元素化合价变化情况为： 在此反应中cl2既得到电子，又失去电子，既是氧化剂，又是还原剂.实验室中常用naoh溶液除去多余的cl2，以防止污染环境.工业上将cl2通入石灰乳中以制取漂白粉，所以漂白粉的主要成分是ca(clo)2和cacl2的混合物，其有效成分是ca(clo)2. 由于hclo的酸性比h2co3的酸性还弱，所以naclo、ca(clo)2等次氯酸盐易跟包括碳酸在内的其他酸发生反应.在潮湿的空气里，次氯酸钙与空气里的二氧化碳和水蒸气反应，生成次氯酸，所以漂粉精和漂白粉也具有漂白、消毒作用. ca(clo)2+co2+h2ocaco3+2hclo ca2+2clo-+co2+h2o=caco3+2hclo 由于ca(clo)2易与co2、h2o反应，生成的hclo不稳定，所以漂粉精要密封包装，避光、隔潮存放. cl2与碱在溶液中反应： 2naoh+cl2=naclo+nacl+h2o 2oh-+cl2clo-+cl-+h2o 2ca(oh)2(aq)+2cl2ca(clo)2+cacl2+2h2o 2oh-+cl2clo-+cl-+h2o 思维拓展 1.实验室中要除去多余的cl2，为什么用naoh溶液而不用石灰水? 点拨 因为石灰水中的主要成分是ca(oh)2，ca(oh)2微溶于水，所以石灰水中ca(oh)2的浓度很低，吸收cl2的效果不及naoh溶液好. 2.工业上制取漂白粉为什么用石灰乳而不用石灰水? 点拨 因为ca(oh)2微溶于水，所以石灰水中ca(oh)2的浓度很低，不利于提高产量；又因为石灰乳中含有较多未溶解的ca(oh)2，且ca(oh)2=ca2+2oh-，这样既保证了cl2与ca(oh)2迅速反应，又便于提高产量和生产效率. (5)与某些盐反应 2kbr+cl2=2kcl+br2(溶液变为橙色) 2ki+cl2=2kcl+i2(溶液变为褐色) 以上反应都属于置换反应，由于cl2的氧化性较强，所以能将br-、i-氧化为相应的单质. 氯元素的存在 由于氯气性质活泼，所以氯气在自然界中只能以化合态存在.如海水中含有大量的nacl. 氯气的用途 (1)作消毒剂.自来水常用氯气(在1l水中通入约0.002g cl2)来杀菌消毒. (2)制造盐酸.h2+cl22hcl. (3)制造漂白粉.2cl2+2ca(oh)2ca(clo)2 +cacl2+2h2o，该漂白剂可用于棉、麻和纸张等的漂白. (4)制造氯仿等有机溶剂和多种农药. 总之，氯气是一种重要的化工原料. 知识点2 氯气的实验室制法(重点、难点) 实验4-5：氯气的制取实验 实验目的：掌握实验室制备cl2的化学反应原理. 掌握实验室制备cl2的常用装置和实验方法. 掌握实验室中收集cl2的方法和尾气的处理方法. 实验原理：在实验室里，氯气可以用浓盐酸与二氧化锰起反应来制取.这个反应的化学方程式是：mno2+4h+2cl- mn2+cl2 +2h2o说明 浓盐酸一般为12 mol/l，密度为1.19g/ml,稀盐酸不能发生该反应. 从反应物、生成物的状态和反应条件分析，该反应具有以下特征： 粉末状固体+液体气体 可见宜采用固液加热制气装置作为气体发生装置. 实验装置： 气体发生装置 固一液加热制气装置.首先选择反应容器，由于盐酸必须在反应中保证一定的浓度，所以用量较大，因而宜采用容积较 大的圆底烧瓶而不宜用大试管；其次，对于添加液体的容器，采用分液漏斗(不用长颈漏斗)能有效地防止cl2逸出，且便 于控制盐酸的用量；对于圆底烧瓶，通常用酒精灯加热而且需放上石棉网，以防止圆底烧瓶受热不均而炸裂，圆底烧瓶中液 体的盛装量，一般以液体占圆底烧瓶球部容积的为宜.实验装置如图4-8所示. 气体净化装置气体净化装置的设计必须同时考虑主要成分和杂质成分的性质，选择适当的装置来除去杂质.用浓盐酸和二氧化锰制取氯气时，氯气中混有hcl和h2o(g)等杂质，除去氯气中的hcl可用饱和食盐水洗气(如图4-9所示)；除去氯气中的h2o(g)可用浓硫酸洗气(如图4-9所示)或用干燥的cacl2. 气体收集装置 气体收集装置的设计必须考虑气体和被排对象(如空气、水)的性质和欲收集气体的纯度要求，由于cl2的密度比空气的密度大且不与空气反应，所以可以用向上排空气法收集(如图4-10)；又因为cl2在饱和食盐水中的溶解度不大，所以可以用排饱和食盐水法收集(如图4-10)，但此法收集的cl2中含有水蒸气；还可将cl2直接收集在橡皮球囊中. 尾气处理装置 化学实验中，凡是有毒或易燃的尾气，都要进行适当的尾气处理，使之不会造成环境污染或形成安全隐患.对于cl2，可以用naoh溶液吸收而除去(如图4-11所示). 综合以上分析结果，实验室用mno2和浓盐酸加热制取cl2，并收集干燥纯净的 cl2，可采用如图4-12所示的装置. 实验步骤：“连检装制集”. “连”将所需仪器按图4-12所示的顺序连接.即如图4-12所示，依从下到上、从左到右的顺序连接仪器，组装成制取气体装置. “检”检查装置的气密性.即关闭分液漏斗的活塞，向f中加水至浸没玻璃导管，用酒精灯微热圆底烧瓶，若玻璃导管内有气泡冒出，停止加热后，玻璃导管内液体回流形成一段液柱，说明装置的气密性良好. 说明 检查装置的气密性必须在连接装置之后，添加药品之前进行. 检查装置的气密性通常包括“形成水封微热并观察冷却并观察”三个步骤. 对于气密性不合格的仪器或装置，要查出原因，修复或更换.若橡皮塞不密封，可涂上少量凡士林后再重新检查气密性. “装”装药品或试剂.将装置拆开，分别向b、c、d、f中加入适当的药品或试剂，重新连接后，再向分液漏斗a中加入浓盐酸，然后塞好玻璃塞以防止盐酸挥发. “制”加热制气.用分液漏斗向圆底烧瓶内加入适量浓盐酸，点燃酒精灯加热，使反应平稳地进行.要通过观察装置c、d中的气泡产生的快慢判断反应进行的快慢，并通过控制浓盐酸的用量或利用酒精灯来调节反应速率，使反应连续、平稳地发生. “集”收集气体，当装置e内充满黄绿色气体时，表示氯气已收集满，可更换集气瓶继续收集，收集满氯气的集气瓶要盖严，瓶口朝上放置. 实验完毕后，先熄灭酒精灯，当装置c、d中无气泡冒出时，将装置f中的玻璃导管取出，装置b、c中的氯气可向其中加入少量naoh溶液除去，装置d中的氯气可用空气将其“吹”入naoh溶液中除去. 说明 当实验室没有mno2时，可用kmno4和浓hcl制取cl2，其反应的化学方程式为：2kmno4+“hcl(浓)=2kcl+2mncl2+5cl2+8h2o. 此反应较剧烈，需将浓盐酸缓缓地滴到kmno4固体上，不需加热. 当实验室没有浓盐酸时，可用nacl和浓h2so4替代浓盐酸与mno2制取cl2，其反应的化学方程式为： mno2+2nacl+3h2so42nahso4+mnso4+2h2o+cl2 盐酸和mno2反应时，盐酸表现出酸性和还原性，表现还原性的标志是-1价的cl-变成了。价的cl2而如何判断酸在某些反应中除表现氧化性或还原性外还是否表现出酸性呢?主要标志是生成物中有无酸根离子.若有酸根离子就说明除表现氧化性或还原性外，还表现出酸性，如： a.cu+2h2so4(浓) cuso4+so2+2h2o h2so4既表现出氧化性，又表现出酸性. b.naclo3+6hcl=nacl+3h2o+3cl2hcl既表现出还原性，又表现出酸性. 验满方法：a.可用湿润的碘化钾淀粉斌纸接近集气瓶口，若试纸变蓝，则证明氯气已收集满了. b.也可用湿润的蓝色石蕊试纸接近集气瓶口，若试纸先变红后褪色，则证明氯气已收集满了.思维拓展 1.怎样根据反应原理设计气体发生装置?试举例说明. 点拨 固体+固体气体(实验室制取氧气)； 块状固体+液体气体(实验室制取氢气、二氧化碳)； 粉末状固体(或液体)+液体气体(实验室制取氯气)， 2.工业上如何制cl2? 点拨 工业上用电解饱和食盐水的方法制cl2： 2nacl+2h2o2naoh+h2+cl2 例如：实验室用mno2和浓盐酸来制取氯气，主要操作有： 将蒸馏烧瓶固定在铁架台上； 把酒精灯放在铁架台上，根据酒精灯确定铁圈的高度，固定铁圈放好石棉网； 用药匙向蒸馏烧瓶中加入mno2，再向分液漏斗中加入浓盐酸，并将导气管放人集气瓶中； 检查装置的气密性； 在蒸馏烧瓶上装好分液漏斗，连接好导气管. 正确的实验操作顺序是：_. 答案： 知识点3 氯离子的检验 实验4-6：氯离子的检验实验 实验目的：掌握氯离子检验的化学原理和方法. 实验原理：ag+cl-agcl(白) 2ag+co2-3ag2co3(白) ag2co3+