2023届高考化学鲁科版一轮复习热点强化练5　氯及其化合物的综合实验

热点强化练5氯及其化合物的综合实验1.实验小组为探究次氯酸消毒剂的分解规律,进行了下列实验。Ⅰ:制备和净化氯气。使用MnO2等几种原料制备并净化氯气。Ⅱ:制备氯水。将氯气通入水中,形成氯水。Ⅲ:除去尾气。用烧碱溶液吸收多余的氯气。Ⅳ:探究次氯酸的分解规律。用数字传感器测量光照条件下装有氯水的容器中氧气浓度的变化、氯水的pH变化以及氯离子浓度的变化,装置如图1所示。测量的数据如图2所示。(1)制备氯气时发生反应的化学方程式为;

上述实验所制备的氯气中含有的杂质气体成分为水蒸气和;为除去该杂质气体,常使用的洗涤试剂是。

(2)制备氯水的方法是将氯气通入水中,此时发生反应的化学方程式为。多余氯气常用过量的烧碱溶液吸收处理,吸收时发生反应的离子方程式为

。

(3)依据数字传感器所测量的图①和图②数据,次氯酸光照分解所得到的产物中含有(填化学式)。次氯酸光照分解的离子方程式为

。

解析:(1)利用二氧化锰和浓盐酸加热制备氯气,发生反应的化学方程式为MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O;浓盐酸易挥发,所以所制备的氯气中含有的杂质气体成分为水蒸气和氯化氢;除去氯化氢气体,常使用的洗涤试剂是饱和食盐水。(2)氯气通入水中,氯气与水反应生成盐酸和次氯酸,化学方程式为Cl2+H2OHCl+HClO;多余氯气常用过量的烧碱溶液吸收处理,吸收时发生反应的离子方程式为Cl2+2OH-Cl-+ClO-+H2O。(3)图①中pH减小,则生成了H+,图②中Cl-浓度增大,则生成了Cl-,所以依据数字传感器所测量的图①和图②数据,次氯酸光照分解所得到的产物中含有HCl;次氯酸光照分解生成氯化氢和氧气,离子方程式为2HClO2H++2Cl-+O2↑。答案:(1)MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O氯化氢饱和食盐水(2)Cl2+H2OHCl+HClOCl2+2OH-Cl-+ClO-+H2O(3)HCl2HClO2H++2Cl-+O2↑2.合格的自来水在到达终端居民用户时都应该保持余氯≥0.3mg·L-1(国家标准),从而保证自来水在运送过程中一直保持杀菌浓度。自来水中的余氯包括Cl2、HClO和NH2Cl(氯胺)。余氯的测量过程如图:“酸化”时,调节溶液的pH<8,此时,1molHClO转化为1mol氯气,1molNH2Cl也转化为1mol氯气。因此,计算余氯总量时,将HClO和NH2Cl均视为相同物质的量的Cl2进行计算。“转化”步骤中将Cl2与KI反应,生成I2随后用Na2S2O3反应测定。测定时发生反应的化学方程式为2Na2S2O3+I22NaI+Na2S4O6。(1)在NH2Cl(氯胺)分子中,N元素的化合价为-3价,则其中的Cl元素的化合价是。用盐酸“酸化”时,氯胺转化为氯化铵和氯气,写出该反应的化学方程式:

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(2)“转化”步骤中发生反应的化学方程式为,溶液的颜色变化是。

(3)“测定”步骤中,将“转化”生成的碘恰好反应完,消耗的Na2S2O3为2×10-6mol。通过计算确定该自来水样品中的余氯含量为,并判断该自来水余氯含量(填“没有”或“已经”)达到国家标准。

解析:(1)在NH2Cl(氯胺)分子中,氮元素的化合价为-3价,根据化合物中正、负化合价代数和等于0,其中氯元素的化合价是+1价。用盐酸“酸化”时,氯胺转化为氯化铵和氯气,根据得失电子守恒、原子守恒,反应的化学方程式是NH2Cl+2HClNH4Cl+Cl2↑。(2)“转化”步骤中氯气和碘化钾反应生成氯化钾和碘单质,化学方程式为2KI+Cl22KCl+I2,碘单质能使淀粉变蓝色,溶液的颜色变化是由无色变为蓝色。(3)根据2KI+Cl22KCl+I2、2Na2S2O3+I22NaI+Na2S4O6得关系式Cl2～I2～2Na2S2O3,设氯气的质量是xg,Cx=7.1×10-5,余氯总量为7.1×10-5×103mg答案:(1)+1价NH2Cl+2HClNH4Cl+Cl2↑(2)2KI+Cl22KCl+I2无色变为蓝色(3)0.71mg·L-1已经 3.某学习小组在实验室用如图所示装置制取氯酸钾、次氯酸钠,并探究氯水的性质。图中:①为氯气发生装置;②的试管里盛有15mL30%KOH溶液,并置于热水浴中;③的试管里盛有15mL8%NaOH溶液,并置于冰水浴中;④的试管里盛有滴有紫色石蕊试液的蒸馏水;⑤中盛有NaOH溶液。请回答下列问题。(1)写出①中发生反应的离子方程式:

。

(2)实验时为了提高氯酸钾、次氯酸钠的产率,可在①与②之间安装盛有(填试剂名称)的净化装置;装置⑤的作用是。

(3)比较制取氯酸钾和次氯酸钠的条件,分析两者的差异是。

(4)本实验中制取氯酸钾的化学方程式是

。

(5)实验过程中通入过量的氯气到④的试管里,写出实验现象并解释原因:

。

解析:(1)在①中MnO2与浓盐酸混合加热制取Cl2,该反应的离子方程式为MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O。(2)浓盐酸具有挥发性,使制得的Cl2中含有杂质HCl。可在①与②之间安装一个盛有饱和食盐水的洗气瓶,可用于吸收氯气中的杂质HCl,防止HCl与碱反应,影响氯酸钾、次氯酸钠的产率;装置⑤的作用是吸收多余的Cl2,防止大气污染。(3)比较制取氯酸钾和次氯酸钠的条件,分析可知两者的差异为反应的温度和反应物的浓度不同。(4)Cl2与热的浓KOH溶液混合加热发生氧化还原反应,产生KCl、KClO3、H2O,根据得失电子守恒、原子守恒可得该反应的化学方程式为3Cl2+6KOH5KCl+KClO3+3H2O。(5)实验过程中通入过量的氯气到④的试管里,Cl2与石蕊试液中的水发生反应Cl2+H2OHCl+HClO,酸电离产生H+使溶液显酸性,导致紫色石蕊试液变为红色,后由于HClO浓度增大,该物质具有强氧化性,又会将红色物质氧化为无色,因此后来看到溶液又由红色变为无色,当氯气过量很多时,得到的是氯水,溶液变为浅黄绿色。答案:(1)MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O(2)饱和食盐水吸收尾气中的氯气,防止大气污染(3)反应的温度和反应物的浓度不同(4)3Cl2+6KOH5KCl+KClO3+3H2O(5)溶液先由紫色变红色,因为氯气与水反应生成氯化氢和次氯酸;然后溶液褪为无色,因为次氯酸有漂白性;最后溶液变为浅黄绿色,因为过量的氯气溶于水生成氯水4.二氧化氯(ClO2)是一种黄绿色气体,易溶于水,在混合气体中的体积分数大于10%就可能发生爆炸,在工业上常用作水处理剂、漂白剂。回答下列问题。(1)在处理废水时,ClO2可将废水中的CN-氧化成CO2和N2,写出该反应的离子方程式:

。

(2)某小组按照文献中制备ClO2的方法,设计了如图所示的实验装置用于制备ClO2。①装硫酸溶液的玻璃仪器名称是。

②通入氮气的主要作用有2个,一是可以起到搅拌作用,二是

。

③装置B的作用是。

④装置A用于制备ClO2气体,该反应的化学方程式为

。

(3)实验室需要配制1mol·L-1的氢氧化钠溶液450mL,需要用托盘天平称量氢氧化钠固体g,若称量时间过长,会使配制的氢氧化钠溶液浓度(填“偏大”“偏小”或“不变”)。

解析:(1)ClO2可将废水中的CN-氧化成CO2和N2,本身氯元素化合价降低到稳定的-1价,其离子方程式为2ClO2+2CN-2CO2+N2+2Cl-。(2)①根据仪器的构造可知,装硫酸溶液的玻璃仪器名称是分液漏斗。②氮气可稀释二氧化氯,防止因二氧化氯的浓度过高而发生爆炸。③ClO2易溶于水,则装置B作为安全瓶,可防倒吸。④装置A内发生氧化还原反应,NaClO3作氧化剂,H2O2作还原剂,反应有氧气生成,结合原子守恒规律可知,产物中还有水,其化学方程式为2NaClO3+H2O2+H2SO42ClO2↑+Na2SO4+O2↑+2H2O。(3)实验室没有450mL规格的容量瓶,必须配制500mL的溶液。500mL1mol·L-1氢氧化钠溶液中含有的氢氧化钠的物质的量为1mol·L-1×0.5L=0.5mol,需要氢氧化钠的质量为40g·mol-1×0.5mol=20.0g;若称量时间过长,氢氧化钠会潮解且吸收空气中的二氧化碳生成碳酸钠,会使配制的氢氧化钠溶液浓度偏小。答案:(1)2ClO2+2CN-2CO2+N2+2Cl-(2)①分液漏斗②可稀释二氧化氯,防止因二氧化氯的浓度过高而发生爆炸③防止倒吸(或作安全瓶)④2NaClO3+H2O2+H2SO42ClO2↑+Na2SO4+O2↑+2H2O(3)20.0偏小5.(2021·湖北武汉二模)碘化钠在医疗及食品方面有重要的作用,实验室以NaOH、单质碘和水合肼(N2H4·H2O,有还原性)为原料制备碘化钠。回答下列有关问题。(1)利用下列实验装置制取次氯酸钠和氢氧化钠混合液。①仪器X的名称是,导管口连接顺序为(按气流方向,用小写字母表示)。

②若该实验温度控制不当,反应后测得装置A内ClO-与ClO3-的物质的量之比为5∶1,则A中反应的化学方程式是

(2)制备水合肼:反应原理为CO(NH2)2(尿素)+NaClO+2NaOHN2H4·H2O+NaCl+Na2CO3。①将次氯酸钠和氢氧化钠混合液缓慢滴到尿素溶液中,边加边搅拌。该操作需严格控制试剂的滴加顺序和滴加速度,原因是

。

②N2H4·H2O一级电离方程式为N2H4·H2ON2H5++OH-,其二级电离方程式为

(3)碘化钠的制备:采用水合肼还原法制取碘化钠固体,其制备流程如图所示。①“还原”过程主要消耗“合成”中生成的副产物IO3-,反应的离子方程式是②工业上也可用硫化钠或铁屑还原碘酸钠制备碘化钠,“水合肼还原法”的优点是

。

解析:(1)①根据仪器构造分析,A中盛装氢氧化钠溶液的仪器名称为三颈烧瓶;装置C由二氧化锰和浓盐酸制备氯气,用装置B中的饱和食盐水除去HCl气体,为保证除杂充分,导气管应长进短出,氯气与NaOH在A中反应制备次氯酸钠,为了可以充分反应,应从a口进气,由装置D吸收未反应的氯气,防止污染空气,故导管口连接顺序为ecdabf。②三颈烧瓶内ClO-与ClO3-的物质的量之比为5∶1,根据得失电子守恒、元素守恒可知,反应的化学方程式为8Cl2+16NaOH10NaCl+5NaClO+NaClO3+8H2O。(2)①水合肼有还原性,容易被NaClO氧化,所以将尿素滴到NaClO溶液中或滴加过快,会使过量的NaClO溶液氧化水合肼,降低产率。②结合一水合氨的电离方程式及给定的N2H4·H2O的一级电离方程式可知,N2H4·H2O的二级电离方程式为N2H5++H2ON2H62++OH-。(3)①根据流程可知,碘和NaOH反应生成NaI、NaIO,副产物为IO3-,加入水合肼还原副产物IO3-,得到碘离子和氮气,结晶得到碘化钠,所以“还原”过程反应的离子方程式为2IO3-+3N2H4·H2O3N2↑+2I-+9H2O。②水合肼还原法制得的产品纯度更高,其优点是N2H答案:(1)①三颈烧瓶ecdabf②8Cl2+16NaOH10NaCl+5NaClO+NaClO3+8H2O(2)①水合肼有还原性,容易被NaClO氧化②N2H5++H2ON2H6(3)①2IO3-+3(N2H4·H2O)3N2↑+2I-+9H2②N2H4·H2O被氧化后的产物为N2和H2O,不引入杂质6.实验室制备检测无机抗菌剂碱式次氯酸镁[Mg2ClO(OH)3·H2O]的实验步骤如下。(1)制备NaClO溶液。用如图所示装置制备NaClO溶液。已知:Cl2与NaOH在较高温度下反应生成NaClO3,上述反应须控制温度在0～5℃进行。①装置A中反应的离子方程式为

。

②上述装置存在一处缺陷,改进的方法是

。

(2)制备碱式次氯酸镁。混合NaOH、NaClO及MgCl2三种溶液,充分反应,过滤、洗涤、干燥即得产品。则制备碱式次氯酸镁的化学方程式为

。

(3)检测碱式次氯酸镁。通过测定碱式次氯酸镁产品有效氯的含量来衡量产品质量。次氯酸盐的有效氯含量可用次氯酸盐与盐酸反应所生成的氯气的含量来表示:ClO-+Cl-+2H+Cl2↑+H2O,有效氯含量=m(Cl2①理论值:根据化学式Mg2ClO(OH)3·H2O,计算有效氯含量为。

②实测值:称取1.7750g所制得的碱式次氯酸镁,置于带塞的磨口瓶中,加入稍过量KI溶液和适量稀H2SO4(ClO-+2I-+2H+I2+Cl-+H2O)。滴入20.00mL1mol·L-1Na2S2O3溶液(2S2O32-+I22I-+S4O62解析:(1)①装置A中发生MnO2与浓盐酸的反应,离子方程式为MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O。②Cl2中的HCl气体会与装置B中的NaOH发生中和反应,影响NaClO的生成,需将HCl除去,可用装有饱和NaCl溶液的洗气瓶。(2)NaOH、NaClO、MgCl2反应生成碱式次氯酸镁,化学方程式为2MgCl2+3NaOH+NaClO+H2O4NaCl+Mg2ClO(OH)3·H2O↓。(3)①每个Mg2ClO(OH)3·H2O中有一个ClO-,结合ClO-+Cl-+2H+Cl2↑+H2O可得关系式Mg2ClO(OH)3·H2O～ClO-～Cl2,所以有效氯含量=m(Cl2)m(次氯酸盐)×100%=71g168.5g×100%≈42.14%。②n(S2O32-)=0.02L×1mol·L-1=0.02mol,由2S2O32-+I22I-+S4O62-可知,n(I2)=12×n(S2O32-)=0.01mol,根据ClO-+2I-+2H+I2+Cl-+H2O可知,n(ClO-)=n(I2答案:(1)①MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O②在装置A与装置B之间加一个盛有饱和NaCl溶液的洗气瓶(2)2MgCl2+3NaOH+NaClO+H2O4NaCl+Mg2ClO(OH)3·H2O↓(3)①42.14%②40%7.(2021·河南济源检测)碘是人类生命必需的微量元素,主要来源于海产品。某学习小组称取100g海带(假设碘都以I-的形式存在),经过实验最后得到了碘的CCl4溶液。现将碘的CCl4溶液分成5等份,进行分离碘和CCl4及测定碘含量的实验,四位同学查阅资料提出不同设计方案。资料显示:①碘44℃开始升华②溶剂的沸点物质四氯化碳碘甲醇乙醚丙酮沸点/℃78184.3564.734.556.2③2Na2S2O3+I2Na2S4O6+2NaI方案实施如下:甲同学取其中1份混合溶液用普通蒸馏装置进行蒸馏,使四氯化碳和碘分离,结果所得溶液显紫色。乙同学认为甲同学的萃取剂选的不合适,于是重新取海带做实验,在萃取碘单质时,用其他试剂代替四氯化碳进行萃取分液,然后再蒸馏,结果得到无色溶液。丙同学取其中1份混合溶液按如图过程进行实验。丁同学取1份碘的四氯化碳溶液于锥形瓶中,用cmol·L-1Na2S2O3溶液进行滴定,重复操作2次,平均消耗Na2S2O3溶液VmL。根据上述四位同学实验回答下列问题。(1)甲同学蒸馏时用到的玻璃仪器有酒精灯、接引管、直形冷凝管、温度计、烧杯、、。

(2)结合资料信息,乙同学应该用作溶剂代替CCl4进行萃取,并用水浴加热控制温度(填温度范围),进行了实验。

(3)丙同学实验中:①过程A中混合液发生反应的离子方程式为

。

②过程A操作是在盛有样品的分液漏斗中加入NaOH溶液,充分振荡,放气,静置分层,如图所示振荡和放气操作方法正确的是(填字母)。

③过程B边加硫酸边振荡时,观察到有明显紫色蒸气出现,原因是。继续加入硫酸,然后静置沉降,发现试管底部有较多紫黑色固体,说明碘离子已经全部转化的操作是

。

(4)丁同学实验中:①滴定终点的现象是

。

②海带中碘含量为。

解析:(1)蒸馏时一般需要酒精