第二单元 22 海水中的氯.docx

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第二单元22海水中的氯

2.2海水中的氯

【学习目标】

1.掌握氯气的物理性质和化学性质。

2.理解氯水和漂粉精消毒的原理。

3.理解影响气体体积的因素和气体摩尔体积，并能进行有关的化学计算。

【学习内容】

Ⅰ相关知识回顾

1.化学基本概念和基本理论。

（1）氯原子的结构示意图与电子式。

（2）强酸、强碱的电离方程式。

（2）物质的量、微粒数、摩尔质量等基本知识。

2.元素及其化合物知识。

（1）O2的物理性质和化学性质。

（2）氯化钠、盐酸和氢氧化钠的性质。

盐酸、氢氧化钠和氯化钠溶液中，其溶质全部电离，有大量的自由移动的离子，导电能力很强。

它们的电离方程式如下：

盐酸、氢氧化钠和氯化钠溶液的性质，实际上是这些离子所具有的性质。

只要有相同的某种离子，它们就有某些相同的性质。

如盐酸和氯化钠溶液中都有氯离子，所以都能与硝酸银溶液反应生成氯化银白色沉淀。

Ⅱ新知识点讲解

一、氯气性质的研究

1.氯气的初步知识。

下面是有关氯气的一些资料：

氯气常用与自来水生产过程中的消毒杀菌。

氯气曾用于制化学炸弹。

第一次世界大战期间，德国向英法联军阵地施放氯气，造成2万多人伤亡。

某化工厂曾因发生氯气泄露而造成环境污染和人员中毒事件。

通过阅读资料，你对氯气有何认识？

从阅读上述资料可知，氯气是一种有毒气体，但量少时能起到消毒杀菌作用。

2.氯气的物理性质。

观察一瓶氯气的颜色和状态。

氯气是一种黄绿色的气体。

从上面资料可知，氯气是一种有毒气体。

嗅氯气气味的时候，必须十分小心。

应该用手轻轻地在瓶口扇动，仅使少量的氯气飘入鼻孔。

注意：

当嗅未知气体的气味时，无论它有没有毒性，都应当采用与嗅氯气相同的方法。

取一个注射器吸入50ml氯气，再吸入10ml水，观察氯气的溶解性。

我们看到剩余30ml氯气，生成约10ml淡黄绿色的液体。

实验表明，氯气能溶于水，通常状况下，1体积水中能溶解约2体积的氯气。

氯气的物理性质：

在通常情况下，氯气是一种黄绿色、有强烈刺激性气味的气体，有毒，易液化，常压下冷却到-34.6℃时变成液氯，液氯继续冷却到-101℃变成固态氯。

氯气能溶于水，在通常情况下，1体积水中能溶解约2体积的氯气，生成的水溶液称氯水，饱和的氯水呈淡黄绿色。

氯水的颜色随溶度减小而变浅。

思考题：

液氯和氯水有什么不同？

3.氯的原子结构。

化学反应的过程是分子首先离解成原子，原子再重新组合成新的分子的过程。

氯气分子在化学变化过程中，先离解成氯原子。

氯原子的结构示意图为：

氯原子的电子式为：

从氯原子的结构可以推测，氯原子最外层有7个电子，在化学反应过程中极易得到电子，成为8电子稳定结构。

因此，氯气与氧气的某些化学性质相似。

思考题：

氧气有哪些化学性质？

4.氯气的化学性质。

（1）与金属反应。

理论推测：

氯原子最外层有7个电子，在化学反应中易得到电子，成为8电子稳定结构。

金属原子一般最外层电子数较少，在反应中易失去最外层电子，成为稳定结构。

因此，氯气与金属易发生化学反应。

实验检验：

实验①氯气与铁反应

把细铁丝绕成螺旋状，一端系上一根火柴梗，另一端系在粗铁丝上。

点燃火柴梗，待火柴即将燃尽时立即把细铁丝伸入盛有氯气的集气瓶中，观察发生的现象。

现象：

铁丝在氯气中燃烧，放出大量的热，生成褐色的烟。

化学方程式为：

FeCl3溶于水中，得到棕黄色的FeCl3溶液（浓度越大，颜色越深）。

实验注意事项：

做金属燃烧实验时，收集气体的集气瓶内应有少量的水或沙子。

因为燃烧时生成的熔融物溅落到瓶壁上，易导致集气瓶碎裂。

实验②氯气与铜反应

把一束铜丝在酒精灯上烧红后，迅速插入盛有氯气的集气瓶中，观察发生的现象。

现象：

红热的铜丝在氯气里燃烧起来，集气瓶里充满棕色的烟。

化学方程式为：

CuCl2溶于水后，生成的溶液颜色随浓度变化而有所不同。

浓CuCl2溶液呈绿色（由于易形成在水溶液中呈绿色的[CuCl4]2-离子），稀CuCl2溶液呈蓝色（由于易形成在水溶液中呈蓝色的[Cu（H2O）4]2+离子）。

规律：

氯气的非金属性很强，与可变价态的金属反应时，生成的盐中金属显高价态。

思考：

①上述两个实验现象中，都有烟产生。

烟和雾有什么区别？

②如何由铁经过一步反应得到氯化亚铁？

（2）与非金属反应。

点燃从导管中逸出的氢气，然后把导管伸入到盛满氯气的集气瓶中，观察发生的现象。

现象：

氢气能在氯气中安静的燃烧，火焰呈苍白色，瓶口有白雾产生。

思考：

为什么在瓶口才能看到白雾？

将氢气和氯气的混合气体在强光下照射，观察发生的现象。

现象：

当强光照射到氯气和氢气的混合气体时，也能发生反应生成氯化氢气体，释放出大量的热，同时发生剧烈爆炸。

把红磷放在燃烧匙里，点燃后插入盛有氯气的集气瓶里，观察发生的现象。

现象：

点燃的磷在氯气里继续燃烧，出现白色的烟雾。

白色的烟雾是三氯化磷（无色液体）和五氯化磷（白色固体）的混合物。

化学方程式为：

磷的化合物物主要用于制农药。

过去。

有机磷曾作为常用的杀虫剂。

有机磷农药毒性很强，残留期长，已被淘汰。

现在大量使用的是高效、低毒的拟除虫菊酯类农药。

（3）与水反应。

探究一：

如何知道氯气与水反应呢？

化学反应的特点是有新物质生成。

新物质与原有物质的化学性质是不同的。

根据这一原理，我们可以设计一些氯气和水所没有的性质的实验。

例：

①将干燥的氯气与干燥的红布条接触。

现象：

红布条没有明显变化。

②将水与红布条接触

现象：

红布条没有明显变化。

③将红布条与湿润的氯气接触。

现象：

红布条褪色。

结论：

上述实验表明，氯气与水发生了反应。

探究二：

氯气与水反应生成了什么物质？

理论推测。

氯气分子可以离解成两个氯原子，水分子可以离解成氢原子和氢氧原子团（实际上是有少量氢离子和氢氧根离子），它们之间重新组合，生成新的物质。

显然，氢原子与氯原子组合成氯化氢分子，它溶解在水中成为盐酸。

氢氧原子团与氯原子组合成次氢酸（HOCl，习惯上我们写作HClO）。

因此，我们可以推测，生成的物质是盐酸和次氯酸。

实验检验。

如果上述推测是正确的话，则应该有盐酸生成。

证明盐酸可以用：

①取氯气的水，加入紫色的石蕊试液，看溶液是否呈红色。

②加入硝酸银溶液，看是否产生白色沉淀。

试验中我们发现，加入紫色石蕊试液后溶液先变红后变无色。

加入硝酸银后产生白色沉淀。

从后一现象我们可以肯定溶液中含有氯离子。

但为何加石蕊试液的现象与一般的酸不同呢？

难道盐酸与其他酸遇紫色石蕊试液的现象不同？

我们可以用稀盐酸继续做实验。

稀盐酸的试样中加入紫色石蕊试液。

实验结果，溶液呈红色且不褪色。

从上述实验现象判断，反应中除了生成盐酸外，还生成了一种具有褪色作用的物质。

它就是次氯酸。

次氯酸是一种氧化能力极强的氧化剂，它能释放出游离氧原子而使有色物质氧化而褪色。

科学实验证明，游离氧原子具有很强的氧化性，能释放出较多游离氧原子的物质具有杀菌消毒和漂白作用。

如除次氯酸外，还有臭氧、过氧化钠、双氧水等。

次氯酸能释放出游离氧原子，游离氧原子之间再结合成氧分子。

次氯酸分解的化学方程式可表示如下：

探究三：

氯气与水反应的程度如何？

如果氯气与水发生的反应是彻底进行的，则反应物中至少有一种物质是没有的。

实验事实表明，由于水是过量的，故水没有反应完全而存在于反应后的混合液中。

如果反应是彻底地向生成物方向进行，则反应后的混合液中应该没有氯气存在。

但我们常常看到，反应后的混合液呈淡黄绿色，液面上也还黄绿色气体。

从我们已知的知识判断，反应后还是有氯气存在（在氯气、水、盐酸、次氯酸中，只有氯气是呈黄绿色的气体）。

像这种反应物都不能全部转化为产物的反应，在化学上称为可逆反应。

它实际上是反应的生成物之间也发生了反应生成反应物。

我们把氯气与水的反应称为正反应，把盐酸和次氯酸的反应称为逆反应。

在同一条件下，既能向正方向进行，同时又能向逆方向进行的反应称为可逆反应。

用“

”符号表示。

氯气与水反应的化学方程式如下：

探究四：

怎样使氯气在水溶液中反应完？

理论推测。

氯气与水反应时有氯气存在，是由于发生了盐酸和次氯酸的反应。

很显然，假如把盐酸和次氯酸作用掉，就不会发生逆反应。

由于盐酸和次氯酸都是酸，因此，加入足量的碱后，水溶液中无氯气存在。

实验论证。

用100ml注射器抽取50ml氯气，然后再抽出10ml15%的氢氧化钠溶液，振荡后观察现象。

我们可以清楚地看到，注射器中无气体存在，溶液为无色液体。

表明氯气和碱反应是不可逆的。

同时可以推测反应的生成物。

反应的化学方程式如下：

NaClO常用于漂染工业上的漂白剂。

如果用氢氧化钙代替氢氧化钠，反应的化学方程式如下：

我们通常用的漂粉精的主要成分就是Ca（OH）2

归纳：

氯气的化学性质：

.

①几乎与所有金属反应；

②与大多数非金属反应；

③与水反应；

④与碱溶液反应。

想一想：

氯气与少量氢氧化钠溶液反应，生成物是什么？

说明理由。

5.氯气的用途。

物质的性质决定物质的用途。

从上述性质中可以看出，氯气可以用于制取某些重要的金属氧化物，制取盐酸，制取漂白粉，用作消毒和杀菌剂。

还有氯气用于制药、制聚氯乙烯、制有机溶剂（如氯仿等）、制橡胶等多种用途。

思考题：

①用湿润的蓝色湿润试纸接触氯气，有什么想象？

②实验室里通常用浓盐酸与二氧化锰共热制取氯气，反应的化学方程式如下：

试设计一个制取干燥纯净的氯气的装置。

提示：

装置如右图，同学们考虑一下，为什么用这样的装置。

2、漂粉精和水的消毒

工业上制取漂粉精的方法：

将氯气通入到消石灰悬浊液（注意：

不是澄清石灰水，因为澄清石灰水的浓度较小，生成的次氯酸钙的量也不少，不利于结晶出漂粉精固体）。

化学方程式：

思考：

漂粉精中的有效成分是什么？

漂粉精的有效成分是：

次氯酸钙。

漂粉精中除了有次氯酸钙外，还有少量氯化钙。

思考：

怎样使漂粉精转化为次氯酸？

漂粉精漂白的原理：

次氯酸盐在酸性溶液中生成次氯酸。

（工业上一般用浓盐酸，这样制取次氯酸快，效果好）

（直接用漂粉精消毒，与潮湿的空气反应）

思考：

用漂粉精作漂白剂和消毒剂与液氯比较有何优点？

优点：

便于储存、运输和使用。

漂粉精露置在空气中会失效，反应的化学方程式：

思考题：

①实验室中多余的氯气用氢氧化钠溶液吸收还是用澄清石灰水吸收？

②Ca（ClO）2与NaClO用作漂白剂各有何缺点？

③将盐酸加入到漂粉精中，往往产生较多的黄绿色气体。

这是什么原因？

3、探究气体体积的规律

请思考下列三个问题：

①一千粒花生米与一万粒花生米堆积在一起，哪堆花生米的体积大？

②一万粒花生米与一万粒稻米堆积在一起，哪堆所占的体积大？

③一克水与一克水蒸气所占的体积哪个大？

总结：

你认为决定物质体积大小的因素有哪些？

决定物质体积大小的因素：

①构成这种物质的微粒数目；

②微粒本身的大小；

③微粒间的距离。

思考：

一克冰、一克水和一颗水蒸气，它们的体积大小如何，为什么？

一克冰和一克水的体积相差不大。

一颗水蒸气的体积要远远大于一克冰或一克水的体积。

因为水蒸气中水分子间的距离很大，远远大于水分子本身的大小。

质量一定时，水蒸气的体积主要由分子间距离决定的。

而冰、水中分子间的距离很小，质量一定时，它们的体积主要由分子本身的大小决定的。

思考：

实验测得，标准状况下，1mol任何气体的体积都约为22.4L，为什么？

标准状况下，1mol任何气体中所含有的分子数目相同，气体分子间的平均距离相等，且远远大于分子本身的大小。

故标准状况下，1mol任何气体的体积约相等，都约为22.4L。

结论：

气体的体积由气体的分子数和气体分子间的平均距离决定。

探究：

气体分子间的平均距离是由什么决定？

思考：

在压强不变的条件下，升高温度，1mol气体的体积有何变化？

在压强不变的条件下，升高温度，1mol气体的体积增大。

表明气体中分子间的平均距离随温度升高而增大。

思考：

在温度不变的条件下，增大压强，1mol气体的体积有何变化？

在温度不变的条件下，增大压强，1mol气体的体积减小。

表明气体中分子间的平均距离随压强增大而减小。

结论：

决定气体间的平均距离大小的因素是温度和压强。

推测：

同温同压下，1mol任何气体的体积如何？

如果温度和压强相同，则气体中分子间平均距离约相等，推测在同温同压下1mol任何气体的体积是相同的。

实验表明，1mol任何气体的体积在标准状况下约为22.4L，在常温（25℃）常压（1.01×105Pa）下约为24.45L。

我们把1mol气体所占的体积叫做气体的摩尔体积。

气体摩尔体积：

单位物质的量气体所占的体积。

符号：

VmVm=V/n

常用单位：

L/mol。

标准状况下气体摩尔体积：

22.4L/mol。

推测在标准状况下，2mol气体的体积为多少？

我们不难得出，在标准状况下，2mol气体的体积为44.8L。

由此看来，同温同压下，气体的体积只与气体的分子数多少有关，也即只与气体的物质的量有关。

阿伏伽德罗定律：

在同温同压下，相同体积的任何气体都含有相同数目的分子。

（通俗的说，同温同压下，气体的物质的量比等于气体的体积比。

）

思考：

如果在容积恒定的密两者封容器中，相同温度下，容器内气体的压强大小与哪个因素有关？

结·与容器中气体的分子数（即气体的物质的量）有关。

思考题：

①“同温同压”与“标准状况”两者有何联系和区别？

②标准状况是指0℃，1.01×105Pa，此时1mol气体的体积约为22.4L。

推测常温常压下（25℃，1.01×105pa），1mol气体的体积比22.4L大还是小？

③水和硫酸都是液体，1mol水的体积为18cm3，而1mol硫酸的体积为53.3cm3，为什么？

规律方法总结

1.氯气的性质。

（1）用结构理论指导元素化学学习。

结构决定性质，是化学的基本思想。

用结构的观点认识化学，剖析化学事实，有利于我们学得深刻，学得扎实。

氯原子有3个电子层，最外层有7个电子，原子半径小。

这些因素导致氯在化学反应中容易得到电子，称为8电子稳定结构。

因此，在许多化学反应中，氯元素发生化合价降低，是一种活动性很强的非金属。

（2）氯气是一种重要的化工原料，用途很广，这是由氯气的性质所决定的。

在学习时，牢牢把握氯气性质的知识框架，是学好本节内容的关键。

本节中涉及到的氯气的化学性质主要有以下四点，即与金属、非金属、水和碱反应。

这四点要求同学们必须牢牢记住，运用自如。

尽管书本的内容很多，但都是由这四点展开的抓住以上这四点，就是抓住本节的关键。

其次，要牢记实验现象、反应程度（如是否是可逆反应）、产物特征（氯气是一种活泼的非金属，与变价金属反应得到的产物中金属一般显高价态）等。

（3）寻找不同知识点之间的相互联系。

不同知识点间的相互联系是学习元素化学的基本方法。

氯气与水反应、氯气与碱反应之间就存在某种联系。

氯气与碱反应可以看着是氯气与水反应的产物再与碱反应。

同样，氯气与氧气反应都是活泼的非金属，从氧气的化学性质取推测氯气可能有的化学性质，便于学习氯气的性质。

次氯酸是一种强氧化剂，具有漂白、消毒和杀菌作用。

那么，还有哪些物质也有这种作用呢？

这就从次氯酸具有这些作用的本质出发，联系能释放出游离原子的特点，很容易找到如臭氧、双氧水等也有类似的作用。

氯气的很多。

但这些用途是由性质决定的，将氯气的用途与性质两者联系起来，有利于对知识的掌握和运用。

2.气体体积的规律。

（1）从标准状况下气体的摩尔体积导出气体的密度（ρ0）的计算。

式中：

ρ0表示标准状况下气体的密度，M表示气体的摩尔质量，Vm表示标准状况下气体的摩尔体积。

例1求标准状况下氯气的密度。

解析：

例2已知2.5g某气体在标准状况下的体积为2.0L，该气体的摩尔质量。

解析：

M=ρ0.Vm=1.25g/L×22.4L/mol=28.0g/mol

（2）从阿伏伽德罗定律导出气体的相对密度（D）的计算。

M1、M2分别为两种气体的摩尔质量（数值上与式量相等）。

即同温同压下，两种气体的密度比（称相对密度）等于这两种气体的式量（摩尔质量）比。

由阿伏伽德罗定律还可以导出“三正比”和“三反比”。

“三正比”是指：

①同温同压下，任何气体的体积比等于其物质的量比，即V1/V2=n1/n2。

②同温同压下，任何气体的压强比等于其物质的量比，即p1/p2=n1/n2。

③同温同压下，任何气体的密度比等于其相对分子质量比，即ρ1/ρ2=M1/M2。

“三反比”是指：

①同温同压下，质量的任何气体的体积与其相对分子质量成反比，即V1/V2=M2/M1。

②同温同压下，相同质量的任何气体的压强与其相对分子质量成反比，即p1/p2=M2/M1。

③同温下，相同密度的任何气体，它们的压强与相对分子质量成反比，即ρ1/ρ2=M2/M1。

例3已知某气体的密度是相同状况下空气密度的1.259倍，求该气体的摩尔质量。

解析：

M=29.0g/mol×1.259=36.5g/mol。

（3）求混合气体平均相对分子质量的方法。

①标准密度法：

=22.4ρ0（ρ0为标态下的密度，单位g/L）。

②相对密度法：

③摩尔质量定义法：

④物质的量分数或气体体积分数法：

例4已知空气中气体的体积分数：

N2-78%,O2-21%,其余为Ar（其他气体都折合为Ar），求该气体的平均相对分子质量。

解析：

=28×78%+32×21%+40×1%=28.96

（4）气体的物质的量、气体的分子数、气体的体积及气体的质量之间的关系

从上述关系图中，我们可以青醋的看出，同温同压下，气体的物质的量比等于气体的体积比，也等于气体的分子数比（即阿伏伽德罗定律）。

但气体的物质的量比不一定等于气体的质量比。

课堂例题讲解

例1工厂里生产自来水常用氯气消毒。

某学生用这种自来水配制下列溶液，其中不会产生明显的药物变质问题的是（）

A.AgNO3B.FeCl2C.Na2SO4D.石蕊

例2除去氯气中混有的氯化氢气体，可将气体通过（）

A.清石灰水B.饱和碳酸氢钠溶液C.饱和食盐水D.苛性钠溶液

例3含下列某种杂质的氯化钠样品，经测定氯的质量分数为62.0%，则该样品含有的杂质可能是（）

A.MgCl2B.ZnCl2C.BaCl2D.KCl

例4以NA表示阿伏伽德罗常数，下列说法正确的是（）

A.常温常压下，11.2L氯气中含有的分子数为0.5NA。

B.常温常压下，1mol氦气所含的原子数为NA

C.32g氧气中含有的原子数为NA

D.同温同压下，相同体系的任何气体单质所含的原子数相同

例5下列说法中，错误的是（）

A.物质的量一定的固体体积主要取决于固体微粒的直径大小

B不同的气体，若体积不同，它们所含的分子数有可能相同

C.在一定的温度和压强下，各种气体的物质的量决定了它们的体积

D.气体的摩尔体积是指1mol任何气体所占的体积，约为22.4L

课堂练习

1.下列物质中，不能由单质之间直接反应制得的是（）

A.HClB.Fe3O4C.CuCl2D.FeCl2

2.关于Cl-和Cl2的说法中，正确的是（）

A.Cl-和Cl2均有毒B.它们的结构不同，微粒的性质不同

C.Cl-和Cl2均呈黄绿色D.Cl-和Cl2均能与金属反应

3.可以证明次氯酸是弱酸的实验事实是（）

A.次氯酸不稳定，关照能加快其分解B.可与碱发生中和反应

C.其盐可与弱酸发生复分解反应生成次氯酸D.次氯酸能与碳酸钠溶液反应

4.关于同温同压下等体积的N2O和CO2的叙述：

①质量相同；②碳原子数与氮原子数相等；③所含分子数相等；④所含质子总数相等。

其中正确的是（）

A.①②③B.②③④C.①③④D.①②④

5.下列物质中，所含分子数最多的是（）

A.1mol氮气B.6.02×1023个二氧化碳分子

C.22.4L（S.T.P）氯气D.19.8ml水（4℃）

6.实验室使用浓盐酸和MnO2共热制Cl2，并利用Cl2和Ca（OH）2反应制少量漂粉精，现已知：

2Cl2+

2Ca（OH）2→Ca（ClO）2+CaCl2+2H2O+Q，稍高温度即发生副反应：

6Cl2+6Ca（OH）2→Ca（ClO3）2+5CaCl2+6H2O。

现有三个同学涉及的三套实验装置如下：

（1）请从a.不容易控制反应速率，b.容易控制反应速率，c.有副反应发生，d.可防止副反应发生，e.污染环境，f.可防止污染环境，几个方面对上述甲乙丙三套装置优缺点作出评析，并选择符号题目要求的选型填在空格内。

（2）上述装置中，甲由A、B两部分组成，乙由C、D、E三部分组成，丙由F、G两部分组成，请从上述装置中，选取合理的组成部分，组装一套较完善的实验装置，装置各部分的连接顺序（按气流从左到右的方向）是________________________，在此装置及甲乙丙三装置中，你认为是否还缺少必要的装置，说明原因：

__________________________________________.