2.无机化学实验整合——氯及其化合物性质
【实验一 氯气的实验室制法】
1．反应原理
(1)化学方程式：MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O。
(2)原理：利用强氧化剂氧化浓盐酸中的Cl－生成Cl2，该反应中MnO2为氧化剂，浓盐酸为还原剂并且该实验还体现了浓盐酸的酸性。
2．仪器装置
(1)气体发生装置类型：
(2)发生装置所用仪器：分液漏斗、圆底烧瓶、酒精灯。
(3)除杂装置：
装置C的作用是除去Cl2中少量的HCl气体。装置D的作用是干燥氯气(或除去氯气中的水蒸气)。
3．收集方法
(1)向上排空气法(氯气密度大于空气)。
(2)排饱和食盐水法(氯气在饱和氯化钠溶液中的溶解度很小，用此法可除去实验中挥发产生的氯化氢气体)。
4．验满方法
观察到E中充满黄绿色气体，则证明已集满。
5．尾气处理
烧杯F中盛放的液体是NaOH溶液。该液体的作用是吸收过量的氯气，防止污染环境。
【实验二 卤素元素性质对比实验】
1.在点滴板的3个孔穴中分别滴入3滴NaBr溶液、NaI溶液和新制的氯水，然后向NaBr溶液和NaI溶液中各滴入3滴新制的氯水，观察到的现象是滴入浅黄绿色的氯水后，NaBr溶液呈橙色，NaI溶液呈褐色。
化学方程式：2NaBr＋Cl2===2NaCl＋Br2，2NaI＋Cl2===2NaCl＋I2。
2.在点滴板的两个孔穴中分别滴入3滴NaI溶液和溴水，然后向NaI溶液中滴入3滴溴水，观察到的现象是溶液变褐色。
化学方程式：2NaI＋Br2===2NaBr＋I2。
结论：卤素单质的氧化性：Cl2>Br2>I2。卤族元素的非金属性：Cl>Br>I。
【实验三 氯碱工业】
方程式 装置图
阳极反应
阴极反应
总反应方程式 2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2↑+ Cl2↑
离子反应方程式 2Cl- + 2H2O 2OH- + H2↑+ Cl2↑
阳离子交换膜作用 ①防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸； ②避免Cl2与NaOH作用生成NaClO而影响烧碱的质量。
应用 制备氢气、氯气和烧碱
【针对训练】
1.实验室制取氯气时，下列实验能达到相应目的的是( )
A生成 B净化 C收集 D吸收尾气
A.A B.B C.C D.D
2.下列有关碱金属、卤素原子结构和性质的描述正确的是( )
①随着核电荷数的增加，卤素单质的熔、沸点依次升高，密度依次增大
②随着核电荷数的增加，碱金属单质熔、沸点依次降低，密度依次减小
③F、Cl、Br、I的最外层电子数都是7，Li、Na、K、Rb的最外层电子数都是1
④碱金属单质的金属性很强，均易与氧气发生反应，加热时生成氧化物
⑤根据同主族元素性质的递变规律推测At与化合较难
⑥根据F、Cl、Br、I的非金属性依次减弱，可推出HF、HCl、HBr、HI的还原性及热稳定性依次减弱
⑦卤素按F、Cl、Br、I的顺序其非金属性逐渐减弱的原因是随着核电荷数增加，原子核外电子层数增多，原子半径增大起主要作用
A.①②③⑤ B.①③④⑦ C.①③⑤⑦ D.②④⑤⑦
3.卤素都是活泼的非金属元素。下列关于卤素的叙述正确的是( )
①卤素只以化合态存在于自然界中；
②随着核电荷数的增加，其单质的熔、沸点逐渐降低；
③随着核电荷数的增加，其单质的氧化性逐渐增强；
④随着核电荷数的增加，其（F除外）最高价氧化物对应的水化物的酸性逐渐减弱；
⑤易形成-1价离子；
⑥随着核电荷数的增加，其原子半径逐渐减小；
⑦随着核电荷数的增加，其非金属性逐渐减弱
A.①③⑤ B.①④⑤⑦ C.②⑥⑦ D.①②④
4.氯碱工业的一种节能新工艺是将电解池与燃料电池相组合，相关物料的传输与转化关系如图所示（电极未标出）。下列说法正确的是( )
A.电解池的阴极反应式为
B.通入空气的电极为负极
C.电解池中产生时，理论上燃料电池中消耗
D.的大小关系为
5.某化学实验小组同学用惰性电极电解饱和食盐水（含少量），并进行如图相关实验，电解一段时间后，各部分装置及对应的现象为：
（1）中黑色固体变红；
（2）中电极a附近溶液出现浑浊；
（3）中溶液出现浑浊；
（4）中溶液红色褪去。
下列对实验现象解释不合理的是( )
A.（1）中红色物质中可能含有少量氧化亚铜
B.（2）中a电极附近浑浊是所致
C.（3）中发生了置换反应
D.（4）中红色褪去是因为NaOH被消耗，溶液不再具有强碱性所致
6.某化学研究性学习小组为制取氯气并探究氯水的性质，按下列装置进行实验。
[制取氯气的反应原理：，加热与夹持装置已略去]
（1）【实验探究】
①装置A中仪器a的名称是________。
②装置B的作用是除去氯气中混有的________。
③反应一段时间后，取少量装置C中的溶液于四支试管中，分别进行如下实验：
Ⅰ.滴入溶液，观察到的现象是________。
Ⅱ.滴入紫色石蕊，实验现象是先________后________。
Ⅲ.滴入溶液，实验现象是________。
Ⅳ.投入一小块有色布条，布条褪色，说明氯水具有________作用。
④该实验装置存在的明显缺陷是________。
（2）【知识应用】
⑤工业上以氯气和石灰乳为原料制漂白粉，反应的化学方程式：。
Ⅰ.该反应________（填“是”或“不是”）氧化还原反应。
Ⅱ.漂白粉的有效成分是________。
7.如图是实验室制备氯气并进行一系列相关实验的装置（夹持及加热仪器已略）。
（1）仪器a的名称___________。
（2）制备氯气选用的药品为二氧化锰和浓盐酸，则相关的化学反应方程式为___________。
（3）装置B中饱和食盐水的作用是___________；同时装置B亦是安全瓶，监测实验进行时C中是否发生堵塞，请写出发生堵塞时B中的现象___________。
（4）装置C的实验目的是验证氯气是否具有漂白性，为此C中Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ依次放入___________。
选项 a b c d
Ⅰ 干燥的有色布条 干燥的有色布条 湿润的有色布条 湿润的有色布条
Ⅱ 浓硫酸 硅胶 无水氯化钙 碱石灰
Ⅲ 湿润的有色布条 湿润的有色布条 干燥的有色布条 干燥的有色布条
（5）装置D、E的目的是比较氯、溴、碘单质的氧化性强弱。当向D中缓缓通入少量氯气时，反应的离子方程式为___________，打开活塞，将装置D中少量溶液加入装置E中，振荡、静置，观察到的现象为溶液分层，上层溶液为紫红色，下层几乎无色，根据实验得出氯、溴、碘单质的氧化性强弱为___________。
（6）装置F中用足量的溶液吸收多余的氯气，试写出相应的离子方程式___________。
8.某化学兴趣小组用下图装置制取并探究氯气的性质。A装置中发生反应的化学方程式为：
（1）按图组装好实验装置后，首先进行的操作是_________。
（2）A装置中盛放浓盐酸的仪器的名称是_________，B装置中浓硫酸的作用_________。
（3）实验进行一段时间后，可观察到_________（填“B”或“C”）装置中有色布条褪色，请用化学方程式表示其褪色的原理_________。
（4）当氯气进入D装置后，可观察到溶液颜色变为_________（填“红色”或“蓝色”）。
（5）E装置中NaOH溶液的作用是_________，发生反应的离子方程式为_________。
（6）若要制取标准状况下11.2L的，需要的质量为_________克。
9.降低能耗是氯碱工业发展的重要方向。
(1)我国利用氯碱厂生产的作燃料，将氢燃料电站应用于氯碱工业，其示意图如图。
①a极为_______(填“正”或“负”)极。
②乙装置中电解饱和NaCl溶液的化学方程式为_______。
③下列说法正确的是_______。
甲装置可以实现化学能向电能转化B.甲装置中透过阳离子交换膜向a极移
C.乙装置中c极一侧流出的是淡盐水
④结合化学用语解释d极区产生NaOH的原因：_______。
⑤实际生产中，阳离子交换膜的损伤会造成迁移至阳极区，从而在电解池阳极能检测到，产生的电极反应式为_______。
下列生产措施有利于提高产量、降低阳极含量的是_______。
A.定期检查并更换阳离子交换膜
B.向阳极区加入适量盐酸
C.使用浓度高的精制饱和食盐水为原料
(2)降低氯碱工业能耗的另一种技术是“氧阴极技术”。通过向阴极区通入，避免水电离的直接得电子生成，降低了电解电压，电耗明显减少。“氧阴极技术”的阴极反应为_______。
10.阳离子交换膜法电解饱和食盐水具有综合能耗低、环境污染小等优点。生产流程如下图所示：
(1)电解饱和食盐水的化学方程式为 。
(2)电解结束后，能够脱去阳极液中游离氯的试剂或方法是 (填字母序号）。
a. b. c.热空气吹出 d降低阳极区液面上方的气压
(3)食盐水中的若进入电解槽，可被电解产生的氧化为IC1,并进一步转化为，可继续被氧化为高碘酸根（)，与结合生成溶解度较小的沉积于阳离子交换膜上，影响膜的寿命。
①从原子结构的角度解释IC1中碘元素的化合价为+ 1价的原因： 。
②,被氧化为，的化学方程式为 。
(4)在酸性条件下加入NaCIO溶液，可将食盐水中的转化为，再进一步除去。通过测定体系的吸光度，可以检测不同pH下的生成量随时间的变化，如图所示。已知：吸光度越高表明该体系中越大。
①结合化学用语解释10 min时pH体系吸光度不同的不同原因： 。
② pH = 4.0时，体系的吸光度很快达到最大值，之后快速下降。吸光度快速下降的可能原因
： 。
③研究表明食盐水中含量<0.2 mg L -1时对离子交换膜影响可忽略。现将1 m3含浓度为1.47 mg. L-1的食盐水进行处理，为达到使用标准，理论上至少需要0.05 mol L-1NaCIO溶液 L。（已知NaCIO的反应产物为NaCl，溶液体积变化忽略不计）
答案以及解析
1.答案：D
解析:A.二氧化锰与浓盐酸共热反应制备氯气，由图可知，装置中缺酒精灯，故A错误；
B.制取的氯气中含有HCl，氯气、HCl均和碱石灰反应，不能用碱石灰净化氯气，故B错误；
C.氯气密度大于空气，收集氯气的导管应该长进短出，故C错误；
D.氯气有毒，收集氯气后应将尾气通过盛有氢氧化钠溶液的烧杯中吸收，防止污染空气，增加倒置漏斗有利于防止倒吸，故D正确；
故选D。
2.答案：C
解析：①随着核电荷数的增加，卤素单质的熔点、沸点依次升高，密度依次增大，①项正确；
②随着核电荷数的增加，碱金属元素原子半径依次增大，熔沸点依次减小，密度呈增大趋势，K的密度比Na的密度小，②项错误；
③F、Cl、Br、I的最外层电子数都是7，Li、Na、K、Rb最外层电子都是1，③项正确；
④碱金属单质的金属性从Li到Cs依次增强，加热与氧气反应，锂生成氧化锂、钠生成过氧化钠、钾铷铯生成过氧化物、超氧化物等，④项错误；
⑤同主族元素从上到下原子的非金属性依次减弱，与氢气的化合能力依次减弱，砹是原子序数最大的卤族元素，则At与化合最难，⑤项正确；
⑥F、Cl、Br、I的非金属性逐渐减弱，则对应单质的氧化性依次减弱，离子的还原性依次增强，即HF、HCl、HBr、HI的还原性依次增强，热稳定性依次减弱，⑥项错误；
⑦F、Cl、Br、I位于同一主族，原子序数逐渐增大，非金属性逐渐减弱，电子层数增多，原子半径增大起主要作用，⑦项正确；
综上所述，①③⑤⑦项正确；
故选C。
3.答案：B
解析：卤素原子的最外层均有7个电子，极易得到1个电子形成最外层8电子稳定结构，所以卤素单质的性质很活泼，极易和其他物质反应，因此卤素只以化合态存在于自然界中，且易形成-1价离子，①、⑤正确；随着核电荷数的增加，卤素单质的熔、沸点逐渐升高，②错误；随着核电荷数的增加，卤素的原子半径逐渐增大，原子获得电子的能力逐渐减弱，非金属性逐渐减弱，其单质的氧化性逐渐减弱，③、⑥错误，⑦正确；元素的非金属性越强，其最高价氧化物对应的水化物的酸性越强，故随着核电荷数的增加，卤素（F除外）的最高价氧化物对应的水化物的酸性逐渐减弱，④正确。
4.答案：A
解析：A.电解池中生成氢气的一端为电解池的阴极，溶液中氢离子得到电子生成氢气，电解池的阴极反应式为：，故A正确；B.由燃料电池的工作原理可以知道，负极是燃料氢气发生氧化反应，正极为通入空气的电极，故B错误；C.电解池中产生，根据电子守恒得到，则电解池中产生时，理论上燃料电池中消耗，故C错误；D.燃料电池中的阳离子交换膜只允许阳离子通过，而燃料电池中正极氧气得到电子产生，所以反应后氢氧化钠的浓度升高，即小于，负极氢气失电子生成水，消耗氢氧根离子，所以，得到，故D错误。
5.答案：D
解析：由图及实验现象分析可知，a极生成，b极生成。
（1）中生成的红色固体可能含有CuO受热分解生成的，故A正确；
（2）中电极a发生反应，生成的与溶液中的结合生成，使溶液变浑浊，故B正确；
（3）中发生反应，该反应为置换反应，故C正确；
（4）中过量的通入含酚酞的NaOH溶液中，溶液褪色的原因可能是与NaOH反应，NaOH被消耗，也可能是与反应生成的HClO的强氧化性所致，故D错误。
6.答案：（1）分液漏斗；HCl；有气体生成；变红；褪色；有白色沉淀生成；漂白；缺少尾气处理装置
（2）是；
解析：（1）①装置中仪器的名称是分液漏斗；故答案为分液漏斗；
②据分析可知，装置的作用是除去氯气中混有的HCl；故答案为HCl；
③水吸收氯气，发生反应为，溶液中有和；
Ⅰ.滴入溶液，和反应生成二氧化碳气体，观察到的现象是有气体生成；故答案为有气体生成；
Ⅱ.溶液呈酸性，滴入紫色石蕊，先变红；由于具有漂白性，所以后褪色；故答案为变红；褪色；
Ⅲ.溶液中含有，滴入溶液，有白色沉淀生成；故答案为有白色沉淀生成；
Ⅳ.投入一小块有色布条，布条褪色，说明氯水具有漂白作用，故答案为漂白；
④据分析可知，该实验装置存在的明显缺陷是缺少尾气处理装置；故答案为缺少尾气处理装置；
（2）Ⅰ.；氯元素化合价发生变化，是氧化还原反应；故答案为是；
Ⅱ.与水生成，具有漂白性；所以漂白粉的有效成分是；故答案为。
7.答案：（1）分液漏斗
（2）
（3）除去氯气中的HCl；长颈漏斗中形成液柱，且不断上升
（4）c
（5）；
（6）
解析：（1）由有实验装置图可知，仪器a的名称为分液漏斗，故答案为：分液漏斗；
（2）制备氯气选用的药品为二氧化锰和浓盐酸，即实验室制备氯气，故相关的化学反应方程式为，故答案为：；
（3）由分析可知，装置B中饱和食盐水的作用是除去氯气中的HCl，同时装置B亦是安全瓶，监测实验进行时C中是否发生堵塞，请写出发生堵塞时B中的现象是长颈漏斗中形成液柱，且不断上升，故答案为：除去氯气中的HCl；长颈漏斗中形成液柱，且不断上升；
（4）由于C装置左端是湿润的氯气，故C中Ⅰ放湿润的有色布条，Ⅱ为干燥氯气试剂，故为浓硫酸、硅胶或无水氯化钙均可，Ⅲ中为干燥的有色布条，可以观察到Ⅰ中布条褪色，Ⅲ中布条不褪色，则说明本身无漂白性，水有漂白性，故答案为：c；
（5）装置D、E的目的是比较氯、溴、碘单质的氧化性强弱。当向D中缓缓通入少量氯气时，即NaBr和反应生成NaCl和，故反应的离子方程式为，打开活塞，将装置D中少量溶液加入装置E中，振荡、静置，观察到的现象为溶液分层，上层溶液为紫红色，说明有I2生成，发生的离子方程式为：，下层几乎无色，根据实验得出氯、溴、碘单质的氧化性强弱为：，故答案为：；；
（6）由分析可知，装置F中用足量的溶液吸收多余的氯气，发生的离子方程式为：，故答案为：。
8.答案：（1）检查装置气密性
（2）分液漏斗；干燥氯气（其他合理答案）
（3）C；
（4）蓝色
（5）吸收多余的氯气，防止空气污染；
（6）31.6
解析：（1）做与气体有关的实验时，组装好仪器后，应先检查装置的气密性，再装入药品进行实验；
（2）由图知，盛放浓盐酸的仪器的名称是分液漏斗；浓硫酸的作用是干燥氯气；
（3）B中是干燥的有色布条，C 中是湿润的有色布条，由于氯气与水发生反应：，生成的的次氯酸具有漂白性，故C中的有色布条会褪色；
（4）当氯气进入D装置后，由于氯气具有强氧化性，能够将碘化钾中碘离子氧化成碘单质，碘单质遇淀粉变蓝，故可观察到D中溶液颜色变为蓝色；
（5）由分析知，E装置中NaOH溶液是对尾气进行吸收的，发生反应的离子方程式为：；
（6）标况下，11.2L的氯气的物质的量为0.5mol，由反应方程式知：，所以。
9.答案：（1）负；；AC；d极；；ABC
（2）
解析：(1)①装置甲为原电池，其中通入的a极为负极；
②乙装置中电解饱和NaCl溶液，反应产生、NaOH，反应的化学方程式为：；
③A.甲装置为原电池，可以实现化学能向电能的转化，A正确；
B.甲装置中透过阳离子交换膜向负电荷较多的正极b极移动，B错误；
C.乙装置中c极为阳极，不断放电产生逸出，导致附近溶液中的浓度减小，因此c极一侧流出的是淡盐水，C正确；
故合理选项是AC；
④d电极为阴极，在d极上水电离产生的不断得到电子逸出，破坏了附近的水的电离平衡，促进水电离，最终使附近，且从阳极区透过阳离子交换膜进入d极区，与结合生成NaOH；
⑤实际生产中，阳离子交换膜的损伤会造成迁移至阳极区，从而在电解池阳极能检测到，在阳极上失去电子，发生氧化反应产生，则阳极的电极反应式为；
A.定期检查并更换阳离子交换膜，就可以使阳极上只有放电产生，避免放电，因此有利于提高产量、降低阳极含量，A正确；
B.向阳极区加入适量盐酸，可增大，提高其还原性，可以产生更多，避免副反应的反应，B正确；
C.使用浓度高的精制饱和食盐水为原料，增大了的浓度，提高了的还原性，可以产生更多，减少放电产生的机会，因而就降低了的含量，C正确；
故合理选项是ABC；
(2)降低氯碱工业能耗的另一种技术是“氧阴极技术”。通过向阴极区通入，避免水电离的直接得电子生成，降低了电解电压，电耗明显减少。“氧阴极技术”的阴极上得到电子反应产生，该电极的电极反应式为：。
10.答案：(1)
(2)bcd
(3)①碘元素和氯元素处于同一主族（Ⅶ A)，二者最 外层电子数均为7，IC1中共用一对电子，由于碘原 子半径大于氯原子，碘原子得电子能力弱于氯原子，故共用电子对偏离碘原子，使得碘元素显+ 1价
②
（4）(1)①10 min时pH越低，越大，反应速率加快（或氧化性增强），越高，吸光度越大。②较高，继续将氧化为高价含碘微粒，降低，吸光度下降③0.1
解析：（1)电解饱和食盐水时，氯离子在阳极失电子发生氧化反应生成氯气，水电离的氢离子在阴极得电子发生还原反应生成氯气，则电解的化学方程式 电解
为。
（2）a. 与游离氯不反应，不能除去阳极液中游离氯，故a不符合题意；b. 有还原性，游离氯有强氧化性.两者发生氧化还原反应.则有可以除去阳极液中游离氯，故b符合题意；c.海水中提取溴用到“空气吹出法”将游离态的溴吹出，则除去阳极液中游离氯也可采取此方法，故c符合题意；d.由于气体的溶解度随甩强的减小而减小，则降 低阳极区液面上方的气压，游离氯的溶解度减小从液体中逸出，可除去阳极液中游离氯，故d符合题意。答案选bed。
(3)①碘元素和氯元素处于同一主族（ⅦA)，二者最外层电子数均为7, IC1中共用一对电子，由于碘原子半径大于氯原子，碘原子得电子能力弱于氯原子， 故共用电子对偏离碘原子，使得碘元索显+ 1价。 本小题答案为：碘元素和氯元素处于同—主族（ⅦA),二者最外层电子数均为7，IC1中共用一对电子，由于碘原子半径大于氯原子.碘原子得电子能力弱于氯原子，故共用电子对偏离碘原子，使得碘元素显+ 1价。②中I元素失电子发生氧化反应，化合价由+5价升高到+ 7价生成，中氯元素得电子发生还原反应，化合价由0价降低到-1价生成，化学方程式为
(4)①10 min时pH越低，越大，反应速率加快（或氧化性增强），越高，吸光度越大。本小题答案为： 10 min时pH越低，越大，反应速率加快（或氧化性增强），越髙，吸光度越大。较高，继续将氧化为高价含碘微粒，降低，吸光度下降。③研究表明食盐水中含量0. 2 mg I.-1时对离子交换膜影响可忽略。即1 m3食盐水中的含量0. 2 mg L -1 1 m3 I 000 L m-1 =0. 2 g时对离子交换膜影响可忽略，则1 m3 含浓度为1.47 mg L-1的食盐水需处理掉 1. 47 mg L-1 1 m3 —0. 2 g= 1. 27 g 的时对离子交换膜影响可忽略。1.27 g的物质的量为0.01 mol,根据反应方程式，需NaCIO的物质的量为0. 005 mol，则此 NaClO 的体积为0. 005 mol/0.05 mol/L/0. 1L
