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第10讲　卤素
学习目标
1.了解氯元素单质及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及应用。
2.了解氯元素单质及其重要化合物对环境的影响。
3.了解卤素的检验方法。
4.掌握卤素的制备方法。
考点一　氯及其化合物的性质
知识点一 氯气的性质
一、氯气的性质
1．氯气的物理性质
颜色 气味 密度 特性
黄绿色 刺激性气味 比空气大 易液化
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)
2．氯气的化学性质
(1)氧化性
原子结构：
类别：Cl2是活泼的非金属单质，能氧化许多金属、非金属以及一些具有还原性的物质。
(2)从化合价的角度认识Cl2的化学性质——歧化反应
氯气与水或碱反应，氯元素的化合价既有升高又有降低，因而氯气既表现氧化性又表现还原性。
3．从平衡的角度理解氯水的成分和性质
氯气能溶于水(1∶2)，氯气的水溶液称为氯水，溶于水的氯气只有少量与水反应。
(1)氯水中存在三种平衡关系：
①Cl2＋H2OHCl＋HClO
②HClOH＋＋ClO－
③H2OH＋＋OH－
(2)氯水性质的多重性
新制氯水的多种成分决定了它具有多重性质，在不同的化学反应中，氯水中参与反应的微粒不同。
注：氯水常代替氯气进行溶液中的实验。
二、次氯酸和次氯酸盐的性质
1．次氯酸
2．漂白粉
3．漂白液
判断
(1)氯气溶于水得氯水，溶液呈酸性且可以导电，所以氯气是电解质(×)
错因：电解质必须是化合物，Cl2是单质。
(2)Cl2具有很强的氧化性，在化学反应中只能作氧化剂(×)
错因：Cl2中氯元素的化合价是0价，能升高也能降低，既能作氧化剂，又能作还原剂。
(3)标准状况下，11.2LCl2与水充分反应转移电子数为0.5NA(×)
错因：该反应为可逆反应，Cl2不能完全反应。
(4)可以用pH试纸测定氯水的pH(×)
错因：氯水有漂白性，能使pH试纸褪色，用pH试纸无法测其pH。
练习
1．(1)向新制氯水中加入碳酸钙粉末，能增大氯水中HClO的浓度吗？为什么？
(2)若将碳酸钙改为亚硫酸钙，情况又如何？
答案　(1)能；原因是氯水中存在平衡Cl2＋H2O??HCl＋HClO，加入的CaCO3粉末会与HCl反应，从而使平衡右移，增大HClO的浓度。
(2)亚硫酸钙具有还原性，会将Cl2、HClO等还原为Cl－。
2．在空气中长时间放置的漂白粉，最终得到的主要固体物质是_________________________，
其原因是___________________________________________________。(用化学方程式说明)
答案　CaCO3和CaCl2　Ca(ClO)2＋H2O＋CO2===CaCO3↓＋2HClO，2HClO2HCl＋O2↑，CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O
3．NaClO是“84”消毒液的有效成分。请回答下列问题：
(1)NaClO中Cl元素的化合价是______。
(2)浸泡衣物时加入“84”消毒液，在空气中放置一段时间后漂白效果更好，结合离子方程式解释原因：____________________________________________________________________。
(3)若将“84”消毒液与洁厕灵(主要成分是盐酸)混合使用，会产生黄绿色的有毒气体，其反应的离子方程式是_______________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
答案　(1)＋1　(2)与空气中的二氧化碳和水反应生成次氯酸，ClO－＋CO2＋H2O===HClO＋HCO，HClO浓度增大，漂白效果增强　(3)Cl－＋ClO－＋2H＋===Cl2↑＋H2O
题组练习
题组一　氯气的性质及应用
1．(2020·宜昌高三测试)某地化工厂的贮氯罐意外发生泄漏，下列关于安全处理措施不正确的是(　　)
A．紧急组织群众沿逆风方向疏散
B．消防队员向贮氯罐周围空气中喷洒稀NaOH溶液
C．处在该环境中的群众，应用浸有稀氨水的毛巾捂住鼻子，趴在低洼处等待救援
D．处在该环境中的群众，应用浸有一定浓度NaHCO3的毛巾捂住鼻子，向高处转移
答案　C
解析　稀氨水挥发出的NH3具有强烈的刺激性气味；氯气的密度比空气的密度大，应往高处转移。
2．根据下列装置图回答问题：
(1)A、B通入Cl2后，观察到的现象是________________________，根据现象可得出的结论是__________________________________。
(2)装置B中发生反应的离子方程式是_____________________________________________。
(3)实验开始后，观察装置C中的现象是___________________________________________。
(4)通入Cl2时装置D中发生反应的离子方程式是____________________________________。
(5)装置E中发生反应的离子方程式是_____________________________________________。
(6)装置F的作用是_____________________________________________________________。
答案　(1)干燥的红色(或A中)布条不褪色，湿润的红色(或B中)布条褪色　Cl2无漂白性，Cl2与水反应生成的HClO有漂白性　(2)Cl2＋H2O??H＋＋Cl－＋HClO　(3)溶液先变为红色，然后褪色　(4)H2O＋SO＋Cl2===2H＋＋SO＋2Cl－　(5)2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－　(6)吸收氯气，防止污染环境
题组二　氯水中的平衡关系及多重性质
3．(2020·郑州高三检测)氯水中存在多种分子和离子，它们在不同的反应中表现出不同的性质。下列结论正确的是(　　)
A．加入有色布条，片刻后有色布条褪色，说明有Cl2存在
B．溶液呈浅黄绿色，且有刺激性气味，说明有Cl2存在
C．先加入盐酸酸化，再加入AgNO3溶液，生成白色沉淀，说明有Cl－存在
D．加入NaOH溶液，氯水的浅黄绿色消失，说明有HClO存在
答案　B
解析　A项，氯水能使有色布条褪色是因为氯水中含有的HClO具有强氧化性；C项，由于加入盐酸酸化的过程中引入了Cl－，所以根据生成白色沉淀无法说明氯水中存在Cl－；D项，因Cl2、HCl和HClO均能与NaOH溶液反应，所以加入NaOH溶液时氯水颜色消失不能说明其中有HClO存在。
4．在新制饱和氯水中，若只改变某一条件，下列叙述正确的是(　　)
A．再通入少量氯气，减小
B．通入少量SO2，溶液漂白性增强
C．加入少量的碳酸钠粉末，pH增大，溶液漂白性增强
D．光照过程中，有气泡冒出，溶液的导电性减弱
答案　C
解析　饱和氯水不能再溶解氯气，各成分的浓度不变，A项错；SO2＋Cl2＋2H2O===2HCl＋H2SO4，Cl2＋H2O??H＋＋Cl－＋HClO的平衡左移，HClO的浓度减小，漂白性减弱，B项错；加入少量的碳酸钠粉末，消耗H＋，使B项所述平衡正向移动，HClO的浓度增大，C项正确；光照过程中，HClO分解，生成O2和HCl，溶液中的离子浓度增大，导电性增强，D项错误。
小结
氯水的组成及性质在应用中的常见误区
(1)氯水中因HClO见光分解，随着HClO的消耗，最后成为盐酸，故久置氯水酸性增强，无漂白性。因此，氯水要现用现配。
(2)制取氯水的反应为Cl2＋H2OHCl＋HClO，反应中Cl2既是氧化剂，又是还原剂，由于该反应是可逆反应，1molCl2溶于水，转移电子数小于NA。
(3)Cl2尽管有较强的氧化性，但没有漂白性，氯水具有漂白性是因为Cl2与水反应生成了强氧化性的HClO。
(4)ClO－与Fe2＋、I－、S2－、HS－、SO等在水中因发生氧化还原反应而不能大量共存。
题组三　其他含氯化合物的性质与探究
5．二氧化氯(ClO2)是一种黄绿色易溶于水的气体，常用于饮用水消毒。下列有关ClO2的制备与杀菌的说法不合理的是(　　)
A．NaClO2在酸性条件下歧化生成ClO2和NaCl，则n(氧化剂)∶n(还原剂)＝1∶4
B．ClO2在强碱性环境中使用失效，可能的原因是2ClO2＋2OH－===ClO＋ClO＋H2O
C．可用饱和食盐水除去ClO2中的NH3
D．等物质的量的ClO2杀菌效果比Cl2强
答案　C
解析　A项，酸性条件下ClO发生歧化反应，生成Cl－和ClO2，可写出离子方程式：4H＋＋5ClO===Cl－＋4ClO2↑＋2H2O，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶4，正确；B项，方程式符合歧化反应化合价的变化，正确；C项，ClO2易溶于水，不能用饱和食盐水除杂，错误；D项，等物质的量的ClO2作氧化剂时得电子数比Cl2得电子数多，杀菌效果更好，正确。
6．某研究小组为了探究NaClO溶液的性质，设计了下列实验，并记录实验现象。
实验装置 实验序号 滴管试剂 试管试剂 实验现象
① 0.2mol·L－1
NaClO溶液 饱和Ag2SO4溶液 产生白色沉淀
②
CH3COOH溶液 光照管壁有无色气泡产生
③
0.2mol·L－1FeSO4酸性溶液和KSCN溶液 溶液变红
④
0.2mol·L－1AlCl3溶液 产生白色沉淀
则以下判断错误的是(　　)
A．实验①：发生的反应为Ag＋＋ClO－＋H2O===AgCl↓＋2OH－
B．实验②：无色气体为O2
C．实验③：还原性强弱顺序：Fe2＋＞Cl－
D．实验④：ClO－与Al3＋的水解相互促进
答案　A
解析　A项没有还原剂，不可能将ClO－还原为Cl－，错误；B项生成HClO，光照分解产生O2，会产生气泡，正确。
知识点二　氯气的实验室制法
1．制取原理
实验室通常用强氧化剂(如KMnO4、K2Cr2O7、KClO3、MnO2等)氧化浓盐酸制取氯气。用MnO2制取Cl2的方程式：MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O。
2．制取过程
3．实验装置
4．注意事项
(1)反应物的选择：必须用浓盐酸，稀盐酸与MnO2不反应，且随着反应的进行，浓盐酸变为稀盐酸时，反应停止，故盐酸中的HCl不可能全部参加反应。
(2)加热温度：不宜过高，以减少HCl挥发。
(3)实验结束后，先使反应停止并排出残留的Cl2后，再拆卸装置，避免污染空气。
(4)尾气吸收时，用NaOH溶液吸收Cl2，不能用澄清石灰水吸收，因为澄清石灰水中含Ca(OH)2的量少，吸收不完全。
判断
(1)用MnO2和浓盐酸制取Cl2的反应中，氧化剂与还原剂物质的量之比为1∶4(×)
错因：在该反应中，4_mol_HCl只有2_mol参与氧化还原反应生成Cl2，故应为1∶2。
(2)用饱和NaHCO3溶液除去Cl2中混有的HCl(×)
错因：Cl2与NaHCO3溶液反应，应用饱和食盐水除Cl2中混有的HCl。
(3)用浓硫酸或碱石灰干燥Cl2(×)
错因：碱石灰与Cl2反应，不能用碱石灰干燥Cl2。
(4)常用饱和石灰水吸收尾气中的Cl2(×)
错因：Ca(OH)2溶解度小，不能将Cl2吸收完全。
(5)用干燥的淀粉碘化钾试纸检验Cl2是否收集满(×)
错因：用湿润的淀粉碘化钾试纸验满。
练习
1．含0.4molHCl的浓盐酸与足量的MnO2共热，能否得到0.1molCl2？为什么？
答案　不能。随着反应进行，浓盐酸变为稀盐酸，不能再被MnO2氧化，同时由于盐酸具有挥发性，反应过程中HCl也会挥发而损失。
2．Ca(ClO)2、KClO3、KMnO4均能将盐酸中的Cl－氧化成Cl2，试分别写出反应的离子方程式。
①________________________________________________________________________。
②________________________________________________________________________。
③________________________________________________________________________。
答案　①ClO－＋Cl－＋2H＋===Cl2↑＋H2O
②ClO＋5Cl－＋6H＋===3Cl2↑＋3H2O
③2MnO＋10Cl－＋16H＋===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O
题组练习
题组一　氯气的制备与性质实验的综合
1．(2020·湖北部分重点中学联考)用下列装置制备并检验Cl2的性质：
下列说法正确的是(　　)
A．Ⅰ图中：如果MnO2过量，浓盐酸就可全部消耗完
B．Ⅱ图中：生成蓝色的烟
C．Ⅲ图中：试管中发生了加成反应
D．Ⅳ图中：湿润的有色布条能褪色，将浓硫酸滴入烧杯中，至溶液显酸性，结果有Cl2生成
答案　D
解析　用二氧化锰和浓盐酸反应制备氯气时，因浓盐酸逐渐变稀后与二氧化锰不反应，浓盐酸不可能消耗完，故A项错误；铜丝在氯气中燃烧，生成的烟是棕黄色的，故B项错误；甲烷与氯气发生的是取代反应，故C项错误；氯气与水反应生成的次氯酸可使有色布条褪色，过量的氯气进入烧杯中和氢氧化钠反应生成氯化钠和次氯酸钠，再向烧杯中滴加浓硫酸，至溶液显酸性时，氯离子、次氯酸根离子和氢离子可发生反应生成氯气，故D项正确。
2．(2020·郑州模拟)某研究性学习小组查阅资料得知，漂白粉与硫酸溶液反应可制取氯气，化学方程式为Ca(ClO)2＋CaCl2＋2H2SO42CaSO4＋2Cl2↑＋2H2O，他们设计如图实验装置制取氯气并验证其性质。请回答下列问题：
(1)该实验中A部分的装置是________(填字母)。
(2)装置B中的现象是__________________________________________________________。
(3)请写出装置D中发生反应的离子方程式：_______________________________________，
装置E的作用是_______________________________________________________________。
(4)请帮助他们设计一个实验，证明洗气瓶C中的亚硫酸钠已被氧化(简述实验步骤)：_____________________________________________________________________________。
(5)制取Cl2的方法有多种，若A部分的装置是a，请再写出一种制备方法：______________
______________________________________________(用化学方程式表示)。
答案　(1)b　(2)溶液变蓝色　(3)Cl2＋2Fe2＋===2Cl－＋2Fe3＋　吸收多余的Cl2，防止污染空气　(4)取少量C中溶液于小试管中，加入足量稀盐酸，充分振荡后滴加BaCl2溶液，若有白色沉淀生成且沉淀不消失，则证明C中亚硫酸钠已被氧化　(5)2KMnO4＋16HCl(浓)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O
解析　(1)从化学方程式可知反应物是固体和液体，反应条件是加热，所以应选固液混合加热型装置。
(2)氯气具有强氧化性，与碘化钾发生反应：2KI＋Cl2===2KCl＋I2，淀粉遇碘变蓝色。
(3)装置D中发生反应的离子方程式：Cl2＋2Fe2＋===2Cl－＋2Fe3＋，装置E的作用是吸收多余的Cl2，防止污染空气。
(4)亚硫酸钠被氧化生成硫酸钠，只要验证SO的存在就可证明亚硫酸钠已经被氧化，检验SO的存在选用稀盐酸和氯化钡溶液。
(5)实验室通过装置a制备氯气，可以用高锰酸钾与浓盐酸反应，反应的化学方程式为2KMnO4＋16HCl(浓)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O。
题组二　氯气与其他含氯化合物制备的综合
3．(2020·山东济宁教学质量检测)Cl2O是黄棕色具有强烈刺激性气味的气体，是一种强氧化剂，易溶于水且会与水反应生成次氯酸，与有机物、还原剂接触或加热时会发生燃烧并爆炸。一种制取Cl2O的装置如图所示。
已知：Cl2O的熔点为－116℃，沸点为3.8℃；Cl2的沸点为－34.6℃；HgO＋2Cl2===HgCl2＋Cl2O。
下列说法中不正确的是(　　)
A．装置②③中盛装的试剂依次是饱和食盐水和浓硫酸
B．通入干燥空气的目的是将生成的Cl2O稀释，减小爆炸危险
C．从装置⑤中逸出气体的主要成分是Cl2O
D．装置④与⑤之间不用橡胶管连接，是为了防止橡胶管燃烧和爆炸
答案　C
解析　制取Cl2O需要干燥纯净的氯气，所以②③中盛装的试剂依次是饱和食盐水和浓硫酸，A项正确；高浓度的Cl2O易爆炸，所以通入干燥空气的目的是将生成的Cl2O稀释，减小爆炸危险，B项正确；⑤是收集Cl2O的装置，所以温度低于3.8 ℃，此时氯气是气体，逸出的气体主要是空气和剩余的Cl2，C项错误；Cl2O与有机物接触会发生燃烧并爆炸，装置④与⑤之间不用橡胶管连接，是为了防止橡胶管燃烧和爆炸，D项正确。
4．(2020·广东茂名二模)ICl(氯化碘)是红棕色液体，熔点为13.9℃，沸点为974℃，易水解，接触空气时能形成五氧化二碘，能与许多单质发生作用，溶于乙醇、乙醚等。某校研究性学习小组的同学拟用下列仪器制备氯化碘。回答下列问题：
(1)检查A装置气密性的方法为___________________________________________________。
(2)上述装置，按气流方向连接的顺序为____________(装置可重复使用)，A装置中发生反应的离子方程式为_______________________________________________________________。
(3)C装置的作用是_____________________________________________________________。
(4)E装置中的物质反应时需放在水中，控制温度大约40℃，其目的是___________________。
(5)按上述连接好的装置进行实验，实验步骤如下：
①检查装置气密性后，装入药品　②打开分液漏斗活塞
③关闭分液漏斗活塞　④停止加热E，充分冷却
⑤水浴加热E
请按正确的顺序填入上述步骤的序号____________。
(6)在A装置后可连接下图所示装置，当反应结束关闭分液漏斗活塞后，关闭K，该装置的作用是________________________________________________________________________。
(7)ICl和水反应的化学方程式为______________________________________________。
答案　(1)从A装置的导管口连接一个导管伸入水中，关闭分液漏斗活塞，手握圆底烧瓶，若导管口有气泡冒出，手放开烧瓶后，有一段水柱倒吸入导管，说明A装置气密性良好
(2)ACBEBD　MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O　(3)除去Cl2中混有的HCl
(4)加快反应速率，减少I2的升华和ICl的挥发　(5)①②⑤④③
(6)储存多余的Cl2　(7)ICl＋H2O??HIO＋HCl
解析　(2)利用二氧化锰与浓盐酸加热制备氯气，氯气中含有氯化氢、水蒸气，因此混合气体先通过饱和食盐水除去氯化氢，再通过浓硫酸除去水蒸气，得到干燥、纯净的氯气，氯气进入装置E中，与碘进行反应，由于ICl(氯化碘)是红棕色液体，易水解，所以还必须连接装置B，最后多余的尾气被碱液吸收，按气流方向装置的连接顺序为ACBEBD；A装置中发生反应的离子方程式为MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O。
(5)装置连接好后，首先检查装置的气密性，不漏气后，加入药品，打开分液漏斗活塞，反应开始进行，水浴加热装置E，反应结束后，停止加热E，充分冷却，待温度降到室温后，关闭分液漏斗活塞，正确的实验步骤为①②⑤④③。
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