2.2 氯及其化合物-【新课程能力培养】2024-2025学年高中化学必修第一册学习手册（人教版）

学 第二章 海水中的重要元素——钠和氯 学 习 目 标 1. 掌握氯气的主要物理性质和化学性质， 知 道氯化钠和次氯酸盐等在日常生活中的 应用。 2． 知道实验室制取氯气及检验氯离子的方法。 3． 通过氯气性质的学习， 形成学习非金属单 质性质的一般思路和方法。 知识点 1 氯在自然界的存在形态 因为氯的化学性质非常活泼， 因此， 氯 元素在自然界全部以化合物的形态存在， 如 NaCl 、 MgCl 2 、 CaCl 2 等。 知识点 2 氯气的性质 1. 物理性质 氯气是黄绿色、 有刺激性气味的有毒气 体， 密度比空气大， 熔、 沸点较低， 容易 液化。 2. 化学性质 氯原子的最外电子层上有 7 个电子， 在 化学反应中很容易获得 1 个电子， 达到 8 个 电子的稳定结构， 所以， Cl 2 具有很强的氧 化性。 （ 1 ） 与金属单质反应 在加热条件下， 氯气可以与所有金属 化合。 ① 与钠反应： 2Na＋Cl 2 △ 2NaCl 现象 ： 钠在氯气中燃烧 ， 产生白色 的烟。 ② 与铜反应： Cu＋Cl 2 △ CuCl 2 现象： 红热的铜丝在氯气中燃烧， 产生 棕黄色的烟。 ③ 与铁反应： 2Fe＋3Cl 2 △ 2FeCl 3 现象： 红热的铁丝在氯气中燃烧， 产生 棕褐色的烟。 （ 2 ） 与氢气反应 氯气可以与大多数非金属单质反应， 如 氢气： 第二节 氯及其化合物 正确的操作顺序为 （ ） A. ①②③④ B. ④②①②③ C. ④①② D. ①③②④ 变式训练答案 1. A 2． D 3． D 4． C 5． B 温馨提示 氯气有毒。 闻有毒气体的气味一般 用扇闻法： 鼻子靠近集气瓶的上方， 用 手在集气瓶口轻轻地往自己的鼻子方向 扇风， 使少量气体飘进鼻孔。 温馨提示 氯气具有强氧化性， 与 Fe 、 Cu 等变 价金属反应生成高价金属氯化物。 教材拓展 常温下， 干燥氯气或液氯不与铁反 应， 只能在加热情况下反应， 所以可用 钢瓶储存氯气 （液氯）。 31 学 高中化学必修第一册 （人教版） H 2 ＋Cl 2 点燃或光照 2HCl 燃着的氢气能在盛有氯气的集气瓶中安 静地燃烧， 发出苍白色火焰， 瓶口处出现白 雾； 若将氢气与氯气混合， 在强光照射条件 下， 会迅速化合而放出大量热， 使气体急剧 膨胀而发生爆炸。 （ 3 ） 与水反应 氯气的水溶液称为氯水， 25 ℃ 时， 1 体 积的水可溶解大约 2 体积的氯气。 溶于水的 氯气， 约有 1 3 与水发生反应： Cl 2 ＋H 2 O HCl＋HClO 其余部分则以 Cl 2 分子形式存在于水中， 因此， 氯水呈浅黄绿色。 上述反应生成的 HClO （次氯酸） 具有 强氧化性， 能杀死水中的病菌， 起到消毒作 用， 还能使某些染料和有机色素褪色， 起到 漂白作用。 次氯酸的酸性比碳酸还弱， 且不稳定， 易分解： 2HClO 光照 2HCl＋O 2 ↑ （ 4 ） 与碱反应 因为氯气能够与水反应生成两种酸， 所 温馨提示 燃烧不一定是物质与氧气发生的反 应， 发光、 发热的剧烈化学反应都属于 燃烧范畴。 教材拓展 Cl 2 与 H 2 O 的 反 应 实 际 上 是 可 逆 反应 ， 这也是氯水呈浅黄绿色的根本 原因。 化学上， 通常把向生成物方向进行 的反应叫做正反应， 向反应物方向进行 的反应叫做逆反应。 在同一条件下， 既 能向正反应方向进行 ， 又能向逆反应 方向进行的反应， 叫做可逆反应。 可逆 反应常用 “ ” 表示 ， 将在第五章 学习。 教材拓展 HClO 的性质 ① 弱酸性 酸性比 H 2 CO 3 弱， 比 HCO - 3 强， 即电 离出 H + 的能力： H 2 CO 3 ＞HClO＞HCO - 3 。 所 以， Na 2 CO 3 与 HClO 反应的方程式为： Na 2 CO 3 ＋HClO NaHCO 3 ＋NaClO 或 CO 2- 3 ＋HClO HCO - 3 ＋ClO - ② 不稳定性 在加热或光照下易分解： 2HClO △ 或 h自 2HCl＋O 2 ↑ ③ 强氧化性 HClO 的氧化性比 Cl 2 强。 能氧化多 种还原性物质， 在碱性条件下， 甚至能 将 Fe 3+ 氧化成 FeO 2- 4 ； 能够杀菌、 消毒和 漂白， 如能使石蕊溶液褪色。 HClO 的漂白属于氧化漂白， 实际上 缘于其不稳定、 易分解， 在分解过程中 产生的活性氧 （即氧原子） 具有强氧化 性， 能够将有颜色的有机物氧化成无色 物质。 具有强氧化性的物质， 不一定具有 漂白性， 如 Cl 2 。 不稳定、 易分解产生 O 2 的物质， 多数具有强氧化性和漂白性 ， 如 H 2 O 2 。 32 学 第二章 海水中的重要元素——钠和氯 以， 氯气也能够与碱反应： Cl 2 ＋2NaOH NaCl＋NaClO＋H 2 O 2Cl 2 ＋2Ca （ OH ） 2 CaCl 2 ＋Ca （ ClO ） 2 ＋2H 2 O 由于 NaClO 和 Ca （ ClO ） 2 在水中也具有 杀菌、 消毒和漂白作用， 且比 HClO 稳定性 好， 易于储运， 使用方便， 所以， 常用氯气 与石灰乳反应制得消毒剂——漂白粉。 （ 5 ） 与盐溶液反应 因为氯气能够与水反应生成 HCl ， 所 以， 氯气能与 AgNO 3 及一些弱酸盐的溶液 发生复分解反应； 同时， 因为氯气具有强氧 化性， 所以， 氯气也能与具有还原性盐的溶 液发生氧化还原反应。 ① 与非还原性盐， 如： AgNO 3 +Cl 2 +H 2 O AgCl↓+HClO+HNO 3 NaHCO 3 ＋Cl 2 NaCl＋HClO＋CO 2 ↑ ② 与还原性盐， 如： 2KI＋Cl 2 2KCl＋I 2 （ I 2 遇淀粉会变蓝） 2FeCl 2 ＋Cl 2 2FeCl 3 （会在第三章学习到） 此外， 氯气还可以与具有还原性的酸或 酸性氧化物等反应。 知识点 3 氯气的实验室制法 1. 反应原理 实验室常用舍勒发现氯气的方法制取氯 气， 即用 MnO 2 与浓盐酸反应： MnO 2 ＋4HCl （浓） △ MnCl 2 ＋Cl 2 ↑＋2H 2 O 2. 实验装置 实验装置依次由气体发生装置、 气体净 化装置、 气体收集装置和尾气处理装置组 成。 如图所示： 温馨提示 漂白粉的主要成分是 CaCl 2 和 Ca （ ClO ） 2 ［含有少量未反应的 Ca （ OH ） 2 ］， 有效成分 是 Ca （ ClO ） 2 。 若进一步精制， 使 Ca （ ClO ） 2 成为主要成分， 即为漂粉精。 高效消毒 剂 “ 84 ” 消毒液的主要成分为 NaClO ， 为无色或淡黄色液体。 漂白粉或漂粉精在空气中久置易发 生复分解反应而变质： Ca （ ClO ） 2 ＋CO 2 ＋H 2 O CaCO 3 ↓＋2HClO 且因生成的 HClO 易分解而失效： 2HClO 光照 2HCl＋O 2 ↑ 因此， 漂白粉或漂粉精应密封、 避 光保存， 并置于阴凉、 干燥处。 需要注意的是， 有人将 Ca （ ClO ） 2 与 盐酸或碳酸反应转化为 HClO 作为漂白 粉的漂白原理， 这种看法是错误的。 因 为 NaClO 或 Ca （ ClO ） 2 溶于水就能水解产 生 HClO ： ClO - ＋H 2 O HClO＋OH - 该反应原理会在后续课程中学习到。 教材拓展 也可以用 KMnO 4 、 KClO 3 、 Ca （ ClO ） 2 等强氧化剂与浓盐酸反应制取 Cl 2 ， 且无 需加热。 2KMnO 4 ＋16HCl （浓） 2KCl＋2MnCl 2 ＋ 5Cl 2 ↑＋8H 2 O KClO 3 ＋6HCl （浓） KCl＋3Cl 2 ↑＋3H 2 O Ca （ ClO ） 2 ＋4HCl （浓） CaCl 2 ＋2Cl 2 ↑＋ 2H 2 O 33 学 高中化学必修第一册 （人教版） （ 1 ） 气体发生 因稀盐酸中的 HCl 难以被氧化， 所以制 取氯气要用浓盐酸。 氧化剂一般用 MnO 2 ， 但需加热， 且加热温度不宜过高， 以减少 HCl 的挥发。 若用 KMnO 4 、 KClO 3 、 Ca （ ClO ） 2 等为氧化剂 ， 因为它们的氧化性比 MnO 2 强， 反应不需要加热。 （ 2 ） 气体净化 净化氯气时， 首先要除去挥发出来的 HCl ， 然后再除去其中的水蒸气。 因氯气在饱和食盐水中的溶解度较小 （其原理会在后续课程中学到）， 而氯化氢在 饱和食盐水中的溶解度较大， 因此， 可用饱 和食盐水除去氯气中混有的实验中挥发出来 的氯化氢气体。 干燥氯气可用浓硫酸， 浓硫酸是常用的 液态干燥剂。 也可用其他不与氯气反应的液 态干燥剂或固态干燥剂， 但固态干燥剂要装 在干燥管或 U 形管中。 （ 3 ） 气体收集 因氯气的密度大于空气的密度， 所以可 用向上排空气法收集氯气， 或根据氯气在饱 和食盐水中的溶解度较小的原理， 用排饱和 食盐水的方法收集氯气。 （ 4 ） 气体验满 检验氯气是否收集满可用湿润的淀粉— 碘化钾试纸， 因为 Cl 2 能置换出 I 2 ， 而 I 2 遇 淀粉变蓝。 也可用湿润的蓝色石蕊试纸， 湿 润的蓝色石蕊试纸遇 Cl 2 会先变红， 后褪色。 （ 5 ） 尾气处理 因氯气有毒， 所以实验室对尾气要进行 处理。 一般用 NaOH 浓溶液吸收氯气， 但不 能用石灰水， 因 Ca （ OH ） 2 的溶解度小， 石 灰水中 OH - 浓度低， 吸收氯气少。 知识点 4 氯离子的检验 取少量待检液， 先加入适量稀硝酸排除 CO 2- 3 等离子的干扰 ， 再滴入 AgNO 3 溶液 ， 若有白色沉淀产生， 则待检液中含有 Cl - ： Ag + ＋Cl - AgCl↓ 。 要 点 精 析 要点 1 氯气的性质 典例 1 遇到氯气泄漏， 以下自救方法 不得当的是 （ ） A. 观察风向， 逆风撤离 B. 向地势高的地方撤离 C. 戴上浸有氢氧化钠溶液的口罩撤离 D. 用湿毛巾或蘸有纯碱水的毛巾捂住 口鼻撤离 解析 逆风撤离可以远离氯气 ， A 正 确； 氯气的密度大于空气， 故应向地势高的 地方撤离， B 正确； NaOH 溶液具有强腐蚀 性， C 错误； 纯碱水为 Na 2 CO 3 溶液， 可以 吸收氯气， D 正确。 答案 C 制 Cl 2 装置 除 HCl MnO 2 浓 盐 酸 饱 和 食 盐 水 除 H 2 O 浓 硫 酸 收集 Cl 2 NaOH 溶液 吸收多余氯气 气体发生装置 气体净化装置 气体收集 装置 尾气处理装置 34 学 第二章 海水中的重要元素——钠和氯 变式训练 1 可以用氯气灌洞的方法来消灭田鼠， 这 是利用了氯气下列性质中的 （ ） ① 密度比空气大 ② 易液化 ③ 能溶于 水 ④ 有毒 A. ①② B. ③④ C. ①③④ D. ①④ 典例 2 下列氯化物中， 既能由金属与 氯气直接反应制得， 又能由金属与盐酸反应 制得的是 （ ） A. CuCl 2 B. FeCl 2 C. FeCl 3 D. AlCl 3 解析 氯气具有强氧化性， 金属与氯气 反应生成高价态金属氯化物。 Fe 与 Cl 2 反应 生成 FeCl 3 ， 与盐酸反应生成 FeCl 2 ； Cu 与盐 酸不反应。 答案 D 变式训练 2 下列物质不能通过单质间直接化合制取 的是 （ ） A. HCl B. NaCl C. FeCl 2 D. CuCl 2 典例 3 下列有关实验现象的描述正确 的是 （ ） A. 氢气在氯气中燃烧， 发出苍白色火 焰， 瓶口上方有白色烟雾产生 B. 钠在氯气中燃烧， 发出紫色的火焰， 生成白色固体 C. 铁丝在氯气中燃烧， 产生棕褐色的 浓烟， 加少量水形成浅绿色溶液 D. 铜丝在氯气中燃烧， 产生棕黄色的 烟， 加少量水形成绿色溶液 解析 氢气在氯气中燃烧生成氯化氢， 瓶口上方可形成白雾， 不会出现白烟， A 错 误； 钠在氯气中燃烧， 产生白色的烟， 发出 黄色的火焰， B 错误； 铁丝在氯气中燃烧， 产生棕褐色的烟， 加少量水形成棕褐色溶 液， C 错误； 铜丝在氯气中燃烧， 产生棕黄 色的烟， 加少量水形成的 CuCl 2 浓溶液为绿 色， D 正确。 答案 D 要点 2 氯水的成分及性质 典例 4 下列关于氯水的叙述正确的是 （ ） ① 新制氯水中只含 Cl 2 和 H 2 O ② 新制 氯水可使蓝色石蕊试纸先变红后褪色 ③ 光 照氯水时有气泡冒出， 该气体为 Cl 2 ④ 氯 水放置数天后， 溶液的酸性将减弱 ⑤ 新制 氯水呈浅黄绿色， 久置氯水呈无色 ⑥ 新制 氯水漂白作用强， 久置氯水无漂白作用 A. ①③④ B. ②③④ C. ②⑤⑥ D. ③⑤⑥ 解析 本题主要考查氯水的主要成分及 发生作用的微粒。 新制氯水中还含有 HClO 、 H + 、 Cl - 等， ① 错误； 新制氯水中含有盐酸和次 氯酸， 其中盐酸能使蓝色石蕊试纸变红， 次氯 酸具有漂白性， 能使试纸的红色褪去， ② 正 确； 光照氯水时有气泡冒出， 是因为氯水中的 HClO 见光分解， 产生 HCl 和 O 2 ， ③ 错误； 氯 水放置数天后， 由于 HClO 见光易分解生成 HCl ， 故久置的氯水为 HCl 的溶液， 酸性增 强， ④ 错误； 因新制氯水中含有氯气， 所以新 制氯水呈浅黄绿色， 久置氯水中无氯气， 所以 呈无色， 故 ⑤ 正确； 新制氯水中有 HClO ， 而 久置氯水中无 HClO ， ⑥ 正确。 故答案选 C 。 答案 C 35 学 高中化学必修第一册 （人教版） 变式训练 3 氯气、 液氯、 氯水、 盐酸中均含有 （ ） A. 氯分子 B. 氯原子 C. 氯离子 D. 氯元素 变式训练 4 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. 向淀粉碘化钾溶液中加入氯水， 溶 液变为蓝色， 说明氯水的氧化性强于 I 2 B. 新制氯水滴在蓝色石蕊试纸上， 试 纸先变红色后褪色， 说明 Cl 2 有漂白性 C. 向氯水中滴加硝酸酸化的 AgNO 3 溶 液， 产生白色沉淀， 说明氯水中含有 Cl - D. 向氯水中加入 NaHCO 3 粉末， 有气 泡产生， 说明氯水中含有 H + 要点 3 次氯酸及其盐 典例 5 下列各步反应 ： HCl→Cl 2 → Ca （ ClO ） 2 →HClO→CO 2 ， 其中不能直接实现 的是 （ ） A. HCl→Cl 2 B. Cl 2 →Ca （ ClO ） 2 C. Ca （ ClO ） 2 →HClO D. HClO→CO 2 解析 由酸性 HClO＜H 2 CO 3 知 ， HClO 不能与碳酸盐或碳酸氢盐反应产生 CO 2 ， 故 选 D 。 答案 D 典例 6 漂白粉和漂白液常用于杀菌消 毒， 下列说法正确的是 （ ） A. 漂白粉是纯净物， 漂白液是混合物 B. 漂白粉的有效成分是 CaCl 2 和 Ca （ ClO ） 2 C. 工业上将氯气通入澄清石灰水中制 取漂白粉 D. 使用漂白液漂白衣物时， 让衣物在 漂白液中浸泡一段时间能增加漂白效果， 这 是为了让漂白液与空气中的二氧化碳充分反 应生成次氯酸 解析 漂白粉和漂白液均是混合物， A 错误； 漂白粉的主要成分是 CaCl 2 和 Ca （ ClO ） 2 ， 有效成分是 Ca （ ClO ） 2 ， B 错误； 因为石灰水 中 Ca （ OH ） 2 含量较少， 所以工业上将氯气 通入石灰乳中制取漂白粉， C 错误； 漂白液 中真正起漂白作用的是次氯酸， 浸泡一段时 间能让漂白液中的 ClO - 与空气中的 CO 2 充 分反应生成次氯酸， D 正确。 答案 D 思维延伸 氯水成分的多样性决定了新制氯水 具有多种性质： 在强光照射下新制氯水 中有气泡产生 加入 AgNO 3 溶液产生 白色沉淀 Cl 2 氧 化 性 生 成 沉 淀 不 稳 定 性 漂 白 性 使湿润的有色布条或 品红溶液褪色 使紫色石蕊溶液先变 红后褪色 加活泼金属、 碳酸盐 等产生气泡 能够氧化 Fe 2+ 、 Br - 、 I - 等 酸 性 HClO 新 制 氯 水 Cl - HClO H + 36 学 第二章 海水中的重要元素——钠和氯 变式训练 5 下列物质不具有漂白性的是 （ ） A. 氯水 B. 液氯 C. NaClO 溶液 D. 漂白粉溶液 要点 4 氯气的实验室制法 典例 7 实验室用 MnO 2 和浓盐酸制取 氯气， 主要操作有： ① 将蒸馏烧瓶固定在铁架台上； ② 把酒精灯放在铁架台上， 根据酒精 灯确定铁圈的高度， 固定好铁圈， 放好石 棉网； ③ 用药匙向蒸馏烧瓶中加入 MnO 2 ， 再 向分液漏斗中加入浓盐酸， 并将导管放入集 气瓶中； ④ 检查气密性； ⑤ 在蒸馏烧瓶上装好分液漏斗， 连接好 导管。 最好的实验操作顺序是 （ ） A. ②③④①⑤ B. ②①③⑤④ C. ②①⑤④③ D. ②①③④⑤ 解析 实验装置的安装顺序一般为 “从 下到上， 从左到右”， 且制备气体时， 加入 药品前应检查装置的气密性。 答案 C 变式训练 6 实验室用下述装置制取氯气， 并用氯气 进行下列实验。 看图回答有关问题： （ 1 ） 写出 A 、 B 两仪器的名称： A. ， B. 。 （ 2 ） 洗气装置 C 是为了除去 Cl 2 中的 HCl 气体， D 是为了干燥 Cl 2 ， 则 C 、 D 中 应分别放入下列溶液中的 、 。 ①NaOH 溶液 ② 饱和食盐水 ③AgNO 3 溶液 ④ 浓硫酸 （ 3 ） E 中为红色干布条， F 中为红色湿 布条， 可观察到的现象是 。 （ 4 ） G 是浸有淀粉 KI 溶液的棉花球 ， 该反应的离子方程式是 ， G 处的现象是棉花球表面变成 。 （ 5 ） H 为尾气吸收装置， 写出实验室吸 收氯气的反应的离子方程式： 。 典例 8 利用如图装置可以制备无水 FeCl 3 。 下列有关说法正确的是 （ ） A. 烧瓶 B 中制备氯气的反应物为 MnO 2 和稀盐酸 B. 装置 C 、 D 中分别盛有浓硫酸、 饱和 食盐水 A B C D E F A B C D E F G H 37 学 高中化学必修第一册 （人教版） C. 装置 E 和装置 F 之间需要增加一个 干燥装置， 才能制得无水 FeCl 3 D. 装置 F 的目的是检验有无氯气逸出 解析 制备氯气用浓盐酸， A 错误； 干 燥装置应该在除杂装置后， 故装置 C 、 D 中 应分别盛有饱和食盐水、 浓硫酸， B 错误； 装置 F 中的溶液挥发出的水蒸气易逆行进入 装置 E ， 故需在装置 E 、 F 之间增加干燥装 置， C 正确； 装置 F 是氯气尾气吸收装置， D 错误。 答案 C 要点 5 氯离子的检验 典例 9 检验某未知溶液中是否含有氯 离子 （ Cl - ）， 正确的操作是 （ ） A. 向少许未知溶液中加入 AgNO 3 溶液， 看是否有白色沉淀产生 B. 向少许未知溶液中加入 AgNO 3 溶液， 看是否有白色沉淀产生， 若有沉淀产生， 则 再加入盐酸， 看沉淀是否消失 C. 向少许未知溶液中加入稀硝酸酸化 后， 再加入 AgNO 3 溶液， 看是否有白色沉 淀产生 D. 向少许未知溶液中加入稀盐酸酸化 后， 再加入 AgNO 3 溶液， 看是否有白色沉 淀产生 解析 A 选项没有排除 CO 2- 3 等的干扰； B 选项中， 若有 CO 2- 3 存在， 加入 AgNO 3 溶 液会产生 Ag 2 CO 3 白色沉淀， 再加入盐酸， 会转化为 AgCl 白色沉淀， 操作不正确； D 选项操作用稀盐酸酸化， 引入了 Cl - ， 操作 不正确。 答案 C 变式训练 7 自来水厂常用氯气来杀菌消毒， 请根据 相关信息回答下列问题： （ 1 ） 氯气能够用来杀菌消毒的原因是 。 （ 2 ） 纯净水中一般不含 Cl - ， 但不法商 贩常用自来水假冒纯净水出售， 坑害消费 者。 请你设计一个简单的实验来识别用自来 水假冒的纯净水， 简述操作步骤、 实验现象 和结论： 。 变式训练答案 1. D 2． C 3． D 4． B 5． B 6． （ 1 ） 分液漏斗 圆底烧瓶 （ 2 ） ② ④ （ 3 ） E 中红色布条不变色， F 中红色布条褪 色 （ 4 ） Cl 2 ＋2I - 2Cl - ＋I 2 蓝色 （ 5 ） Cl 2 ＋2OH - Cl - ＋ClO - ＋H 2 O 7. （ 1 ） 氯气能与水反应： Cl 2 ＋H 2 O HCl＋ HClO ， 生成的 HClO 具有强氧化性， 能杀菌 消毒 （ 2 ） 取少量水样， 加入 AgNO 3 溶液， 若生成 白色沉淀， 且加入稀硝酸后沉淀不溶解， 则 证明该纯净水是假冒的 38