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第二节　研究物质性质的基本方法和程序——以氯为例
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1．了解氯单质及重要化合物的主要性质及应用。
2．了解氯的单质及其化合物对环境质量的影响。掌握氯气的实验室制法。
3．掌握氯水的成分，氯的重要化合物HCl、HClO、次氯酸盐的重要性质及应用。
一、氯气的性质
1．氯气的物理性质
通常情况下，氯气是________色__________气味的气体。密度比空气大，有毒，易液化，能溶于水，通常1体积水约溶解____体积氯气，其水溶液称为氯水。但在饱和氯化钠溶液中的溶解度很小，所以可用______________法收集氯气。
特别提示：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)
闻气体时的正确操作
2．氯气的化学性质
(写出反应方程式和部分反应现象，指出Cl2在反应中表现氧化性还是还原性)
特别提示：燃烧的本质是氧化还原反应，概念是剧烈的发热发光的氧化还原反应。燃烧不一定有氧气参加反应(如H2在Cl2中燃烧生成HCl)。
3．应用及原理
(1)制盐酸：利用H2在Cl2中燃烧生成HCl，然后溶于水制盐酸。
(2)制漂白液：利用Cl2与________溶液反应制备，其有效成分为________。
(3)制漂白粉：利用Cl2与________乳浊液反应制备，其有效成分为________。
特别提示：氯气通入石蕊溶液中的现象是：先变红后退色；常见的有颜色的气体有：NO2红棕色、Cl2黄绿色。
即时训练1下列氯化物中，既能由金属和氯气直接反应得到，又能由金属和盐酸反应制得的是(　　)。
A．FeCl2 B．AlCl3
C．FeCl3 D．CuCl2
二、氯的重要化合物
1．次氯酸(HClO)
(1)不稳定性：化学方程式为______________________。
氯水要现用现配，保存在________试剂瓶中。
(2)弱酸性：比碳酸酸性______，电离方程式为__________________。
(3)强氧化性：使有色布条退色，能杀菌，用作________、__________。
2．Ca(ClO)2的主要化学性质
(1)Ca(ClO)2是____________的有效成分，它的稳定性比HClO______。
(2)水解显______性，其水解离子方程式：______________________________。
(3)与酸反应生成________，作为漂白或消毒剂的原理可用化学方程式表示为__________________________。
3．漂白粉
(1)漂白粉成分：______________________，有效成分：________。
(2)制取原理：____________________________。
(3)化学性质：水解显______性，具有强________性。
(4)失效原因：________________________________。必须密封保存。
(5)漂白原理：与酸性物质反应生成了________。
4．Cl－的检验
向无色溶液中滴加稀硝酸，无变化，再加硝酸银溶液，有__________现象产生，说明溶液中含Cl－。
即时训练2下列说法是否正确(填“√”或“×”)。
(1)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。(　　)
(2)将氯气通入品红溶液中，溶液退色，说明Cl2有漂白性。(　　)
(3)漂白粉在空气中久置的过程中不可能发生氧化还原反应。(　　)
(4)久置的氯水可以变为盐酸。(　　)
(5)要证明Cl2无漂白性而HClO有漂白性的实验方法，可以先让干燥Cl2作用于干燥的有色布条，再作用于湿润的有色布条看是否退色。(　　)
(6)向某溶液中加入AgNO3溶液有白色沉淀生成，则溶液中一定含Cl－。(　　)
三、氯气的制法
1．氯气的实验室制法——氯气的实验室制备中的绿色化学思想
化学是一门以实验为基础的学科，通过实验可以使学生观察到语言难以表达清晰的实验现象，在实验过程中除了培养学生的观察能力、实验能力外，还应培养绿色化学思想。实验过程中必定会涉及有毒、有害物质，实验中要求用最少的药品获得最佳的实验效果、最大限度地减少废弃物及尾气排放，提高环保意识。实验室制取Cl2的过程中，绿色化学思想得到了充分的体现。其具体过程如下：
特别提示：实验室制取Cl2应注意：如图。
2．氯气工业制法
(1)电解饱和食盐水：____________________________。
(2)电解熔融的氯化钠：2NaCl2Na＋Cl2↑。
即时训练3实验过程中，不会产生气体的是(　　)。
一、氯水的组成、性质、应用
1．氯水的组成
含有三种分子：H2O、Cl2、HClO，含有四种离子：H＋、Cl－、ClO－、OH－。氯水中存在着三个平衡：
(1)Cl2＋H2OHCl＋HClO；
(2)HClOH＋＋ClO－；
(3)H2OH＋＋OH－。
2．氯水的多重性质
氯水的各种成分决定了它具有多重性质：
(1)Cl2的氧化性——与还原性物质反应。如：
2FeCl2＋Cl2===2FeCl3(除去FeCl3溶液中的FeCl2)
SO2＋Cl2＋2H2O===2HCl＋H2SO4(SO2和Cl21∶1混合物通入水中不再具有漂白性)
Na2SO3＋Cl2＋H2O===2HCl＋Na2SO4(除去水中的余氯)
(2)HCl——酸性和Cl－的性质
向NaHCO3溶液中加入氯水，有气泡产生就是利用了盐酸的酸性。
加入AgNO3溶液可以检验出氯水中的Cl－，现象是有白色沉淀生成。
(3)HClO的氧化性
在解释漂白性、杀菌消毒时，使用的是HClO的氧化性。
向氯水中滴加紫色石蕊溶液，先变红(H＋作用的结果)，后退色(HClO作用的结果)。
氯水主要性质的具体表现：
所加试剂 实验现象 参与反应的微粒 离子方程式或解释
AgNO3溶液 白色沉淀 Cl－ Cl－＋Ag＋===AgCl↓
Na2CO3固体 有气泡产生 H＋ 2H＋＋CO===CO2↑＋H2O
有色布条 布条颜色退去 HClO 发生氧化还原反应
FeCl2溶液 溶液变棕黄色 Cl2 2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－
SO2 黄绿色退去 Cl2、H2O SO2＋Cl2＋2H2O===4H＋＋2Cl－＋SO
石蕊溶液 先变红后退色 H＋、HClO 酸性和漂白性
3．液氯、新制氯水、久置氯水的比较
液氯 新制氯水 久置氯水
类别 纯净物 混合物 混合物
微粒种类 Cl2 H2O、Cl2、HClO、ClO－、Cl－、H＋、OH－ H2O、Cl－、H＋、OH－
颜色 黄绿色 淡黄绿色 无色
性质 氧化性 酸性、氧化性 酸性
4．应用平衡移动原理阐释Cl2＋H2OHClO＋HCl
(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——降低Cl2的溶解度来收集Cl2，也可用饱和食盐水除去Cl2中的杂质HCl。
(2)当加浓盐酸时，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CaCO3或Na2CO3时，c(H＋)减小，平衡右移，可使氯水中c(HClO)增大，增强漂白作用。
(3)当加入碱时，c(H＋)和c(HClO)都减小，平衡右移。实验室经常用浓强碱溶液吸收未反应完的Cl2，用于工业制漂白粉和漂白液。
(4)氯水见光后，因HClO分解，平衡右移，故氯水须避光贮存，最好现用现制，因为久置的氯水会变成盐酸而失效。
特别提示：当向FeBr2、FeI2、SO2混合溶液中逐渐通入Cl2时，要考虑它们的还原性顺序：SO2＞I－＞Fe2＋＞Br－，要根据氧化顺序和得失电子守恒计算。
【例1】(2013山东青岛质检)为预防“H1N1”甲型流感，同学们每天用“84”消毒液(NaClO溶液)消毒，下列说法不正确的是(　　)。
A．NaClO溶液的消毒原理是使蛋白质变性
B．1 mol Cl2与足量NaOH溶液反应转移2 mol电子
C．NaClO溶液的漂白原理与Na2O2相同，与SO2不同
D．“84”消毒液与“洁厕灵”(盐酸)混合使用可能会产生有毒的氯气
二、氯气实验室制法的拓展
基础知识 联想拓展
化学反应原理：MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O Cl－Cl2用KMnO4、KClO3、Ca(ClO)2作氧化剂与浓盐酸反应均可制得Cl2
仪器装置类型：固＋液气 固＋固气(H2、CO2)固＋固气(KClO3―→O2)
收集方法：向上排空气法或排饱和食盐水法 收集方法的选择与气体密度、溶解性及在空气中的稳定性等有关
尾气吸收：Cl2有毒，用NaOH溶液吸收，防止污染环境 根据有害气体的性质，常设置点燃转化、试剂吸收等处理装置
【例2】某研究性学习小组设计实验方案制备氯化铜并验证次氯酸的漂白性。已知氯化铜遇水蒸气潮解。
根据上述仪器组装实验装置，回答下列问题：
(1)组装实验装置：气体流向从左至右，导管接口连接顺序为________________________。
(2)实验过程中应先点燃______处酒精灯，当________时，再点燃另一酒精灯。
(3)能证明氯气没有漂白性，次氯酸有漂白性的实验现象是________________________________________________________________________。
(4)写出B中反应的化学方程式：________________；写出A和F中反应的离子方程式：____________________、______________________。
(5)若拆除D装置，对实验有什么影响？__________。本实验方案没有除去氯气中的氯化氢，对实验有无影响？____________。
卤素单质氧化性相对强弱的探究
【实验目的】
制取Cl2并探究Cl2能将Br2和I2分别从NaBr溶液、KI溶液中置换出来；制取Br2并探究Br2能将I2从KI溶液中置换出来；从而证明出氧化性Cl2＞Br2＞I2。
【实验原理】
制Cl2：2KMnO4＋16HCl(浓)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O；排除Cl2干扰及消除Cl2污染：Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O；探究结论反应：Cl2＋2NaBr===Br2＋2NaCl，Cl2＋2KI===I2＋2KCl，Br2＋2KI===2KBr＋I2。
【实验典例】
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：
Ⅰ．打开弹簧夹，打开活塞a，滴加浓盐酸。
Ⅱ．当B和C中的溶液都变为黄色时，夹紧弹簧夹。
Ⅲ．当B中溶液由黄色变为棕红色时，关闭活塞a。
Ⅳ．……
(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Ⅳ的操作和现象是
________________________________________________________________________。
(5)过程Ⅲ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。
1．(高考组合题)下列叙述正确的是________。
A．(2012山东理综)Cl2、SO2均能使品红溶液退色，说明二者均有氧化性
B．(2012天津理综)Fe在足量Cl2中燃烧生成FeCl2和FeCl3
C．(2012北京理综改编)湿润红纸条靠近盛饱和氯水的敞口试剂瓶，红纸条退色
D．(2012全国新课标理综)能使湿润的淀粉KI试纸变蓝的一定是Cl2
2．(2012山东省实验中学第三次测试)经氯气消毒的自来水，若用于配制以下溶液：①NaOH　②AgNO3　③Na2CO3　④FeSO4　⑤KI　⑥Na2S　⑦Na2SO3会使配制的溶液变质的是(　　)。
A．①②③④⑤⑥⑦ B．②④⑤⑥⑦
C．①②⑤ D．④⑥
3．下列有关氯气的说法中正确的是(　　)。
A．氯气的水溶液能导电，所以氯气是电解质
B．干燥的氯气无漂白性，液氯具有极强的漂白性
C．氯气能使品红溶液退色，且受热后溶液的红色不能恢复
D．可用湿润的蓝色石蕊试纸来鉴别氯气中是否含有氯化氢
4．下列说法正确的是(　　)。
A．取少量溶液X，向其中加入适量新制的氯水，再加几滴KSCN溶液，溶液变红，说明溶液中一定含有Fe2＋
B．饱和氯水中Cl－、NO、Na＋、SO能大量共存
C．1 mol Cl2与足量的铁反应，转移的电子数为3NA
D．氯气在饱和食盐水中的溶解度小于在纯水中的溶解度
5．某校化学实验兴趣小组为了探究在实验室制备Cl2的过程中有水蒸气和HCl挥发出来，同时证明氯气的某些性质，甲同学设计了如图所示的实验装置(支撑用的铁架台省略)，按要求回答问题。
(1)下列方法中，可制得氯气的正确组合是________。
①MnO2和浓盐酸混合共热；②MnO2、NaCl和浓硫酸混合共热；③次氯酸钠和浓盐酸混合；④K2Cr2O7和浓盐酸混合；⑤KClO3和浓盐酸混合共热；⑥KMnO4和浓盐酸混合。
A．①②⑥ B．②④⑥
C．①④⑥ D．全部可以
(2)若用含有0.2 mol HCl的浓盐酸与足量的MnO2反应制Cl2，制得的Cl2体积(标准状况下)总是小于1.12 L的原因是________________________________。
(3)①装置B的作用是________________________，现象是______________________。
②装置C和D出现的不同现象说明的问题是__________________________。
③装置E的作用是____________________________。
④写出装置F中发生反应的离子方程式________________________。
(4)乙同学认为甲同学的实验有缺陷，不能确保最终通入AgNO3溶液中的气体只有一种。为了确保实验结论的可靠性，证明最终通入AgNO3溶液的气体只有一种，乙同学提出在某两个装置之间再加一个装置。你认为该装置应加在________与________之间(填装置字母序号)，装置中应放入__________________。
6．有人对氯气的性质和制取实验进行了如下改进。如图所示，在具支试管中放入2 g KClO3固体，并在具支试管支管上套上一个缓冲气球，向具支试管中加入2～3 mL浓盐酸，立即塞上带有胶头滴管的橡皮塞(滴管下部分别裹上蘸有不同试剂的滤纸条，滴管内装有NaOH溶液)。
(1)可以观察到的实验现象有__________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)写出有关反应的化学方程式_________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)实验结束后，挤压胶头，使滴管中的NaOH溶液进入试管，振荡。目的是__________________________。
(4)改进后的实验具有的优点是____________________。
参考答案
基础梳理整合
一、1．黄绿　刺激性　2　排饱和食盐水
2．2Fe＋3Cl22FeCl3　红棕　棕黄　苍白　氧化性　Cl2＋H2OHCl＋HClO　Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O　2Cl2＋2Ca(OH)2===CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O　氧化性　还原性　2FeCl2＋Cl2===2FeCl3　SO2＋2H2O＋Cl2===H2SO4＋2HCl　2KI＋Cl2===2KCl＋I2　氧化性
3．(2)NaOH　NaClO　(3)Ca(OH)2　Ca(ClO)2
即时训练1　B
二、1．(1)2HClO2HCl＋O2↑　棕色
(2)弱　HClOH＋＋ClO－　(3)消毒剂　漂白剂
2．(1)漂白粉　强　(2)碱　ClO－＋H2OHClO＋OH－
(3)HClO　Ca(ClO)2＋CO2＋H2O===2HClO＋CaCO3↓
3．(1)Ca(ClO)2和CaCl2　Ca(ClO)2　(2)2Cl2＋2Ca(OH)2===CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O　(3)碱　氧化　(4)Ca(ClO)2＋CO2＋H2O===2HClO＋CaCO3↓　2HClO2HCl＋O2↑　(5)HClO
4．白色沉淀
即时训练2　答案：(1)√　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√　(6)×
三、2．(1)2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
即时训练3　CD
核心归纳突破
【例1】B　解析：A项中NaClO溶液是利用其强氧化性使病毒蛋白质发生变性而失去生理活性，A正确；B项中Cl2既被氧化又被还原，1 mol Cl2反应转移1 mol电子，B错；C项中NaClO溶液与Na2O2的漂白原理都是强氧化性漂白，而SO2是与有色物质化合无氧化还原反应，C正确；D项中“84”消毒液中的ClO－与“洁厕灵”(盐酸)中的Cl－及H＋发生氧化还原反应产生有毒的氯气，D正确。
【例2】答案：(1)a－gf－bc(cb)－ml－hi－jk
(2)A　B的玻璃管中充满黄绿色气体
(3)G装置中红纸条没有明显变化，E装置中紫色石蕊溶液先变红后退色
(4)Cl2＋CuCuCl2　MnO2＋2Cl－＋4H＋Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O　Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O
(5)氯化铜产品潮解；不能证明氯气是否有漂白性　无影响，铜不与氯化氢反应
解析：A为氯气发生装置，D为干燥装置，B为制备氯化铜装置，G装置可检验氯气漂白性，E装置可检验次氯酸的漂白性，F为尾气吸收装置，正确的连接顺序为：a－gf－bc(cb)－ml－hi－jk；为防止铜粉被氧气氧化，需先用氯气赶尽装置中氧气；已知氯化铜易潮解，且氯气和水反应生成次氯酸，所以要先干燥产生的氯气。
实验探究拓展
实验典例
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层溶液变为紫红色
(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＋2KI===2KCl＋I2，Cl2＋2NaBr===2NaCl＋Br2，Br2＋2KI===2KBr＋I2，消除Cl2的污染：Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O。实验要排除干扰，利用Ⅱ、Ⅲ的对比可知过程Ⅲ是排除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，化学性质的本质是结构。
演练巩固提升
1．C　解析：SO2使品红溶液退色，利用的是SO2与有色物质化合生成无色物质，不能说明其具有氧化性，A项错；Fe在氯气中燃烧生成产物只有FeCl3，B项错误；饱和氯水中会挥发出氯气，氯气与湿润红纸条中的水作用，生成具有强氧化性的HClO而使湿润的红纸条退色，C项正确；除了氯气外，臭氧也可以将其氧化得到碘单质，D项错。
2．A　解析：①②③变质的原因是发生复分解反应分别生成H2O、沉淀、气体，④⑤⑥⑦变质的原因是被氧化。
3．C　解析：氯气是单质，不属于电解质，其水溶液能导电是因为氯气与水反应生成了电解质，A错；干燥的氯气和液氯都无漂白性，B错；氯气与水反应生成的次氯酸将品红氧化而导致溶液退色，该过程不可逆转，C正确；由于Cl2能使湿润的蓝色石蕊试纸先变红后退色，故不能检验其中是否含有氯化氢，D错。
4．D　解析：A项，无法排除Fe3＋的存在；B项，Cl2氧化SO；C项，转移的电子数为2NA；D项，由Cl－的浓度越大，Cl2与H2O反应的程度越小，溶解度越小。
5．答案：(1)D
(2)随着反应的进行和盐酸的挥发，盐酸浓度变稀将不再反应
(3)①证明有水蒸气产生　白色变蓝色　②氯气无漂白性，次氯酸有漂白性　③吸收氯气　④Ag＋＋Cl－===AgCl↓
(4)E　F　湿润的淀粉KI试纸(或湿润的有色布条)
解析：(1)题中的6种方法，均可以用于实验室制取氯气，即D项正确。
(2)在加热的条件下，稀盐酸与MnO2不反应。
(3)①在U形管中装入无水硫酸铜，可以检验水蒸气的存在，若有水蒸气生成，则白色粉末变蓝。
②氯气不能使干燥的有色布条退色，说明氯气无漂白性；氯气能使湿润的有色布条退色，则说明次氯酸有漂白性。
③氯气不易溶于水，易溶于有机溶剂，故用CCl4吸收氯气，而使HCl进入F装置。
(4)在E、F间再加一个洗气瓶，并装入湿润的淀粉KI试纸(或湿润的有色布条)，如果试纸不变色(或湿润的有色布条不退色)，则证明进入F装置的只有HCl，而无Cl2。因为氯气能氧化KI，生成碘单质，从而使淀粉KI试纸变蓝(或Cl2可以使湿润的有色布条退色)。
6．答案：(1)液体中产生大量气泡，黄绿色气体逐渐充满试管；蘸有不同试剂的滤纸条分别改变了颜色，品红：退色；石蕊：先变红后退色；淀粉KI：变蓝；Na2S：产生淡黄色固体；KBr：变为橙色
(2)KClO3＋6HCl(浓)===KCl＋3Cl2↑＋3H2O，Cl2＋H2OHCl＋HClO，Cl2＋2KI===2KCl＋I2，Cl2＋Na2S===S↓＋2NaCl，Cl2＋2KBr===2KCl＋Br2
(3)充分吸收氯气
(4)污染小，节约药品，现象明显
解析：根据实验室制备Cl2的实验原理，氧化剂KClO3将浓盐酸中的Cl－氧化为Cl2：KClO3＋6HCl(浓)===KCl＋3Cl2↑＋3H2O，故KClO3固体与浓盐酸混合即可生成大量的Cl2，可看到试管内有大量气泡产生，黄绿色气体逐渐充满试管，然后可看到蘸有KBr的滤纸变为橙色，蘸有Na2S溶液的滤纸条上有淡黄色固体生成，蘸有淀粉KI溶液的滤纸变蓝色，蘸有石蕊溶液的滤纸条先变红色后退色，蘸有品红溶液的滤纸条红色退去。NaOH溶液的作用是吸收Cl2，避免有毒气体污染环境，故实验结束时的操作是为了充分吸收Cl2。改进后的优点是在一个试管内做了这一系列实验，可以节约药品，减少污染且实验现象也较明显。
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