氯水成分及其性質(zhì)的探究

侯欽東

(山東省滕州市第一中學(xué))

氯水成分比較復(fù)雜,在設(shè)置相關(guān)問題時(shí)較為靈活多樣,新高考中對(duì)這部分內(nèi)容的考查不僅關(guān)注氯水成分及其性質(zhì)本身,還會(huì)以此為背景考查其他基本概念和理論.因此,深度認(rèn)知并探究氯水的成分及性質(zhì)是成功應(yīng)對(duì)高考的必備知識(shí)和技能.

1 探究氯水的成分

氯水中存在可逆反應(yīng):Cl2＋H2O?HCl＋HCl O,故新制氯水中存在的微粒主要有Cl2、H2O、HCl O、H＋、Cl－、Cl O－、OH－.在光照條件下,HCl O 可分解(2 HCl O2 HCl＋O2↑),故久置氯水的主要成分為鹽酸.氯水中存在的分子和離子在不同的反應(yīng)中可表現(xiàn)出各自的性質(zhì),因此牢牢掌握各微粒的性質(zhì)是解答此類試題的關(guān)鍵.

例1在探究新制飽和氯水成分的實(shí)驗(yàn)中,下列結(jié)論不正確的是( ).

A.氯水的顏色呈淺黃綠色,說明氯水中含有Cl2

B.向氯水中滴加硝酸酸化的Ag NO3溶液,產(chǎn)生白色沉淀,說明氯水中含有Cl－

C.向FeCl2溶液中滴加氯水,溶液顏色變成棕黃色,說明氯水中含有HCl O

D.向氯水中加入Na HCO3粉末,有氣泡產(chǎn)生,說明氯水中含有H＋

分析氯氣為黃綠色,氯水中因含有氯氣而呈淺黃綠色,選項(xiàng)A 正確.向氯水中滴加硝酸酸化的Ag NO3溶液,產(chǎn)生白色沉淀,則說明氯水中含有Cl－,選項(xiàng)B 正確.溶液中Cl2、HCl O 都具有強(qiáng)氧化性,都可以將Fe2＋氧化為Fe3＋,而使溶液變?yōu)樽攸S色,選項(xiàng)C錯(cuò)誤.氯水中含有H＋,能夠與反應(yīng)生成CO2和H2O,因此向氯水中加入Na HCO3粉末,有氣泡產(chǎn)生,說明氯水中含有H＋,選項(xiàng)D 正確.答案為C.

氯水中含有的微粒多,因此可設(shè)置的問題也多,任一微粒都可能會(huì)成為命題的重心,其中的Cl2、HCl O、H＋、Cl－是每年高考的熱點(diǎn).此外,由于氯水中涉及的H、O、Cl元素是中學(xué)階段重要的短周期元素,所以在新高考形勢(shì)下,還會(huì)以氯水為試題背景,考查學(xué)生對(duì)其中所含成分的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)的掌握,如HCl的電子式、HCl O 的比例模型、O 原子核外電子軌道表示式等.

2 探究氯水的酸性及漂白性

氯水中含有H＋體現(xiàn)酸的通性,含有的HCl O 具有強(qiáng)氧化性,可體現(xiàn)漂白性,命題者常以此命制試題.探究氯水的酸性及漂白性時(shí),一般會(huì)以氯氣的制備或其他漂白性物質(zhì)為切入口,以實(shí)驗(yàn)的形式展開探討,有時(shí)還會(huì)以“突破口”的形式出現(xiàn)在物質(zhì)推斷題中.

例2實(shí)驗(yàn)小組利用如圖1所示的裝置制備氯氣及探究氯氣的性質(zhì).

圖1

資料:淀粉溶液遇I2變藍(lán),利用此現(xiàn)象可檢驗(yàn)溶液中的I2.

(1)裝置Ⅰ中制備氯氣時(shí),發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是________.

(2)裝置Ⅱ的目的是除去氯氣中的水蒸氣,則瓶中盛放的試劑是_________.

(3)利用Ⅲ、Ⅳ裝置探究氯氣與水反應(yīng)的產(chǎn)物.

①實(shí)驗(yàn)前,向Ⅲ、Ⅳ中均放入干燥的紫色石蕊紙花,并向_________中滴少量水將紙花潤(rùn)濕.

②實(shí)驗(yàn)時(shí),根據(jù)Ⅲ中的紙花不變色及________現(xiàn)象,甲同學(xué)得出初步結(jié)論:氯氣與水反應(yīng)生成具有酸性及漂白性的物質(zhì).

③學(xué)生分析后,認(rèn)為用該實(shí)驗(yàn)裝置不能得出“氯氣與水反應(yīng)有酸性物質(zhì)生成”的結(jié)論,理由是______.

(4)利用裝置Ⅴ探究Cl2的氧化性.Ⅴ中盛有FeI2溶液,隨著Cl2的不斷通入,溶液由淺綠色逐漸變?yōu)樽攸S色.為進(jìn)一步驗(yàn)證FeI2被Cl2氧化后所得的產(chǎn)物,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案如下:分別取少量裝置Ⅴ中反應(yīng)后的溶液于2支試管中,________.

分析(1)裝置Ⅰ中用Mn O2和濃鹽酸制取Cl2,反應(yīng)為4 HCl(濃)＋Mn O2Mn Cl2＋Cl2↑＋2 H2O.(2)裝置Ⅱ的目的是除去氯氣中的水蒸氣,干燥氯氣,則瓶中盛放的液體試劑是濃硫酸.(3)干燥的Cl2沒有漂白性,不能使有色物質(zhì)褪色,氯氣能與水反應(yīng)生成HCl和HCl O,HCl O 具有強(qiáng)氧化性和漂白性.①實(shí)驗(yàn)前,向Ⅲ、Ⅳ中均放入干燥的紫色石蕊紙花,用于驗(yàn)證氯氣無漂白性,向Ⅳ中滴少量水將紙花潤(rùn)濕,用于檢驗(yàn)氯氣與水反應(yīng)生成HCl O,說明氯水具有漂白性.②實(shí)驗(yàn)時(shí),根據(jù)Ⅲ中的紙花不變色及Ⅳ中濕潤(rùn)的石蕊紙花先變紅后褪色的現(xiàn)象,甲同學(xué)得出初步結(jié)論:氯氣與水反應(yīng)生成具有酸性及漂白性的物質(zhì).③學(xué)生分析后,認(rèn)為用該實(shí)驗(yàn)裝置不能得出“氯氣與水反應(yīng)有酸性物質(zhì)生成”的結(jié)論,理由是制備的氯氣中含有HCl氣體.(4)利用裝置Ⅴ探究Cl2的氧化性,裝置Ⅴ中盛有FeI2溶液,隨著Cl2的不斷通入,溶液由淺綠色逐漸變?yōu)樽攸S色,由于還原性:I－＞Fe2＋,則氧化產(chǎn)物一定有I2,可能有Fe Cl3.為進(jìn)一步驗(yàn)證FeI2被Cl2氧化后所得的產(chǎn)物,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案如下:分別取少量Ⅴ中反應(yīng)后的溶液于2支試管中,第一支試管中滴加淀粉溶液,振蕩,第二支試管中滴加KSCN 溶液,振蕩,若第一支試管溶液變藍(lán)色,第二支試管無現(xiàn)象,說明氧化產(chǎn)物為I2,若第一支試管溶液變藍(lán)色,第二支試管溶液呈紅色,說明氧化產(chǎn)物為I2、FeCl3.

3 探究氯水在生產(chǎn)、生活中的實(shí)用性

氯元素位于元素周期表第三周期第ⅦA 族,可形成多種含氧酸鹽,廣泛應(yīng)用于殺菌、消毒及化工領(lǐng)域,高考中以此為背景進(jìn)行考查時(shí)多會(huì)涉及氯水中次氯酸的漂白原理.探究氯水在生產(chǎn)、生活中的實(shí)用性的試題,意在考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力及知識(shí)遷移應(yīng)用能力,加深對(duì)鹵族元素的認(rèn)知是解答此類試題的關(guān)鍵.

例3亞氯酸鈉(Na Cl O2)具有強(qiáng)氧化性,受熱易分解,可作漂白劑、食品消毒劑等,以氯酸鈉等為原料制備亞氯酸鈉的工藝流程如圖2所示.

圖2

已知:消毒能力即每克含氯消毒劑的氧化能力相當(dāng)于多少克Cl2的氧化能力.下列各項(xiàng)說法錯(cuò)誤的是( ).

A.“母液”中溶質(zhì)的主要成分是Na2SO4

B.相同質(zhì)量Cl O2的消毒能力是Cl2的2.5倍

C.“反應(yīng)2”中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為2∶1

D.“減壓蒸發(fā)”可以降低蒸發(fā)時(shí)的溫度,提高產(chǎn)品產(chǎn)率

分析反應(yīng)1 應(yīng)為SO2的氧化反應(yīng),方程式為SO2＋2NaCl O3＝2Cl O2＋Na2SO4,則母液的主要成分為Na2SO4,選項(xiàng)A 正確.由電子守恒可知,1 mol Cl2完全反應(yīng)生成Cl－轉(zhuǎn)移2 mol e－,1 mol Cl2完全反應(yīng)轉(zhuǎn)移5 mol e－,相同質(zhì)量Cl O2與Cl2的消毒能力的比值為,則相同質(zhì)量Cl O2的消毒能力是Cl2的2.63倍,選項(xiàng)B錯(cuò)誤.反應(yīng)2的化學(xué)方程式為H2O2＋2Cl O2＋2Na OH ＝2 Na Cl O2＋2 H2O＋O2,則反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為2∶1,選項(xiàng)C 正確.溫度過高,Na Cl O2受熱易分解,則采用減壓蒸發(fā)可以降低蒸發(fā)時(shí)的溫度,防止NaCl O2分解,提高產(chǎn)品產(chǎn)率,選項(xiàng)D正確.答案為B.

新課程改革要求學(xué)生在獲取知識(shí)的同時(shí)要會(huì)應(yīng)用知識(shí),消毒劑的探究是化學(xué)與生活聯(lián)系緊密的典型實(shí)例,學(xué)生可以將其作為學(xué)習(xí)小組的研究課題,通過查閱資料、咨詢專業(yè)人員、請(qǐng)教老師、同組討論的方式加深對(duì)含氯消毒劑的認(rèn)知,在提高自身探究能力的同時(shí),培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng).

氯水成分及其性質(zhì)是鹵族元素的重要知識(shí),在學(xué)習(xí)時(shí)要理解并掌握氯水中各成分所表現(xiàn)出來的性質(zhì),加深對(duì)反應(yīng)原理的認(rèn)知,并能進(jìn)行遷移應(yīng)用,能由宏觀的現(xiàn)象得出其微觀的本質(zhì),能用實(shí)驗(yàn)探究的方式對(duì)各成分進(jìn)行分析驗(yàn)證,為高考做好充足的知識(shí)和能力儲(chǔ)備.

(完)