高考第一轮复习——卤族元素学案含答案

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高考第一轮复习——卤族元素学案含答案

年 级 高三 学 科 化学 版 本 苏教版 内容标题 高三第一轮复习:卤族元素 ‎【本讲教育信息】‎ 一. 教学内容:‎ 卤族元素 二. 教学目标:‎ 了解氯及其重要化合物的主要性质;掌握氯气的实验室制法;‎ 认识氯气及其化合物在生产中的应用;‎ 理解卤素单质和化合物的相似性和递变性;‎ 掌握X-的检验方法;‎ 利用氯、溴、碘单质的氧化性及强弱比较的方法,理解海水中提取溴的方法。‎ 三. 教学重点、难点:‎ 氯及其化合物的性质,卤族元素及其化合物的相似性和递变性,卤离子的检验 ‎[教学过程]‎ 一、卤族元素的“原子结构——性质”的关系 ‎ 结论:结构决定性质,性质反映结构。‎ 二、卤族元素的“性质——制备”的关系 卤族元素的化学性质活泼,所以在自然界中以化合态的形式存在。‎ ‎1、卤素单质的制备(Cl2)——氧化还原法 ‎⑴工业制法:电解饱和食盐水 电解熔融氯化钠 ‎⑵实验室制法:强氧化剂+浓盐酸反应制取氯气:‎ 原理与装置:‎ ‎2、卤化氢的制备——难挥发酸制挥发性酸 三、卤族元素的“一般——特殊”的归纳 卤族元素的单质及其化合物有许多共性,但也存在诸多特殊之处。‎ ‎(一)单质 ‎1、物理性质 化学式 F2‎ Cl2‎ Br2‎ I2‎ 颜色 淡黄绿色 黄绿色 深红棕色 紫黑色 状态 气体 气体 液体 固体 密度 逐渐增大 熔沸点 逐渐升高 水溶液 浅黄绿色 橙色 黄色 CCl4溶液 黄绿色 橙红色 紫红色 毒性 剧毒 有毒 剧毒 有毒 Cl2、Br2、I2在水中的溶解能力比较小,但较易溶于有机溶剂中,常见的有机溶剂有:汽油、苯、四氯化碳、酒精等。‎ ‎2、化学性质(主要体现强氧化性)‎ ‎⑴与金属反应:Fe、Cu等,但由于氧化能力不同,产物不完全相同 ‎⑵与非金属反应:H2、P等 都可以与氢化合生成相应的氢化物HX,但卤族元素按原子序数递增的顺序从上至下,与氢化合的难易程度逐渐增大,产生的气态氢化物的稳定性逐渐减弱,其水溶液的酸性逐渐增强。‎ ‎⑶与水作用:‎ ‎ (X=Cl、Br、I)‎ ‎⑷与碱作用:‎ 漂白粉的制备,成分及漂白原理:‎ 氯气通入石灰乳中:‎ 主要成分:、,有效成分:‎ 漂白原理:‎ ‎⑸与Fe2+、SO2、Na2SO3、Na2S等还原性物质反应,如:‎ X2+SO2+2H2O=H2SO4+2HX;2Fe2++Cl2=2Cl-+2Fe3+,但:可Fe3+氧化I-:‎ ‎2I-+2Fe3+=I2+2Fe2+‎ ‎⑹与有机物发生加成、取代反应等。注意反应条件、反应产物。‎ ‎⑺卤素单质间的相互置换 ‎(二)化合物:‎ ‎1、卤化氢:卤化氢均为无色有刺激性气味的气体,易溶于水,易挥发与空气中水蒸气 结合形成白雾。HF有剧毒,能腐蚀玻璃:‎ 性质比较:‎ ‎①热稳定性:HF>HCl>HBr>HI ‎②酸性:HF(弱)<HCl<HBr<HI ‎③还原性:HF<HCl<HBr<HI ‎2、卤化银 卤化银 AgF AgCl AgBr AgI 水溶性 可溶 难溶 颜色 白色 浅黄色 黄色 性质 感光性,例:‎ 用途 制作感光材料 胶卷 人工降雨 ‎3、卤离子的检验:用硝酸酸化的硝酸银溶液,观察产生沉淀的颜色。‎ 若有CO32-、SO32-、SO42-等离子干扰,应先加入足量的硝酸钡溶液,取上层清液继续实验。‎ 四、卤族元素及其重要化合物间的转化关系 说明:‎ ‎1、新制氯水的成分:含有Cl2、H2O和HClO以及Cl-、ClO-、H+及极少量的OH-。久置氯水中由于HClO分解为HCl和O2,因此,久置氯水相当于稀盐酸。‎ 液氯属于纯净物,它具有氯气的性质,不具有漂白性,而氯水属于混合物,它既具有盐酸的性质,又具有氯气和次氯酸的性质,有很强的氧化性和漂白性。‎ 氯水与石蕊试液时先变红再褪色(氯水显酸性,使紫色石蕊试液变红,次氯酸有强氧化性,使有色物质氧化而褪色)‎ 氯水遇湿润淀粉-KI试纸先变蓝再褪色,是由于氯气氧化I-制得单质I2,当氯气过量时,继续氧化单质碘,生成无色的IO3-。‎ ‎2、在不同条件下,新制氯水溶液中起作用的物质(或微粒)有所不同。‎ 抓住诸因素对平衡:Cl2+H2OHCl+HClO的影响,合理解释某些具体问题:‎ ‎⑴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的方法收集Cl2,也可以用排饱和食盐水的方法除去Cl2中的杂质HCl;‎ ‎⑵当加入浓盐酸时,c(Cl-)和c(H+)都增大,平衡左移,因此,可用氯酸盐和次氯酸盐与浓盐酸反应制取或测漂白粉中的“有效氯”,当加入CaCO3和Na2CO3时,c(H+)减少,平衡右移,可使氯水中的c(HClO)增大,增强漂白效果;‎ ‎⑶当加入碱溶液时,溶液中c(HClO)和c(H+)都减少,平衡右移,实验室常用浓碱液来吸收未反应完的Cl2,防止环境污染;‎ ‎⑷氯水光照后,因HClO见光分解,平衡右移,故新制氯水须避光保存,且须现做现配,而久置的氯水就是盐酸。‎ ‎3、关于NO2和Br2的鉴别:‎ ‎⑴不能用KI,要用硝酸银溶液;‎ ‎⑵不能用pH试纸,可用浓氨水;‎ ‎⑶不能用NaOH或水,可用CCl4等有机溶剂。‎ ‎4、当溶液中存在多种还原性物质时,加入氧化剂,还原性强的物质应先被氧化。如:‎ 在FeBr2溶液中通入少量Cl2气体:‎ 在FeBr2溶液中通入足量Cl2气体:‎ 在FeI2溶液中加入少量溴水:‎ 在FeI2溶液中加入足量溴水:‎ ‎5、使溴水褪色的物质有:‎ ‎⑴因萃取作用而使溴水褪色的物质:苯、CCl4、直馏汽油等有机溶剂;‎ ‎⑵能与溴水发生氧化还原反应的还原性无机化合物:H2S、SO2、Fe2+、I-等;能与溴水发生氧化还原反应的还原性有机化合物:含有醛基的化合物等;‎ ‎⑶能与溴水发生反应的金属,如:Na、Mg、Al等;‎ ‎⑷能与溴水发生加成反应的不饱和有机化合物;‎ ‎⑸能与溴水反应的碱性物质,如:NaOH、Na2CO3等。‎ ‎6、氯气的制取:装置适用于:固体(或液体)和液体反应;在实验前必须检查装置的 气密性:在装入药品前,小火加热,看烧杯中导管口是否有气泡冒出。‎ 产生气体后,由于气体中可能含有挥发出的HCl和水蒸气,欲得到纯净干燥的氯气,防止环境污染,可采用如下的方法处理:‎ ‎①除杂:Cl2(HCl):饱和食盐水 ‎②干燥:浓硫酸、P2O5(s)、无水CaCl2等 ‎③收集:向上排空气法、排饱和食盐水法 ‎④检验是否集满:湿润的淀粉-KI试纸(变蓝色)或湿润的蓝色石蕊试纸(先变红后褪色)‎ ‎⑤尾气处理:碱液吸收(常用NaOH溶液)‎ ‎7、在制取HBr和HI气体时,由于浓硫酸可将Br-、I-氧化,所以不能用浓硫酸和NaBr、NaI反应制备HBr、HI。应用难挥发的浓磷酸代替浓硫酸。‎ ‎8、特殊性质归纳:‎ ‎⑴常温下溴是唯一的液态非金属单质,极易挥发,保存时用水封;‎ ‎⑵碘易升华,碘单质遇淀粉变蓝。碘单质与铁反应生成FeI2;‎ ‎⑶CaCl2、CaBr2溶于水,但CaF2(俗称萤石)不溶于水;‎ ‎⑷F2和水剧烈反应,所以F2不能将溶液中的 、、氧化,将F2通入某溶液中,应先考虑它和水的反应,再考虑生成的HF能否和溶液中的其它成分反应;‎ ‎⑸卤素单质中,只有F2可与稀有气体反应;‎ ‎⑹卤化氢的水溶液中只有氢氟酸是弱酸,但它能腐蚀玻璃,只能保存在塑料瓶中。‎ ‎9、“类卤素”如(CN)2、(SCN)2、(OCN)2以及卤素互化物如IBr、BrCl3等性 质与卤素单质的氧化性、与碱溶液反应生成卤化物和次卤酸盐、与Ag+结合的生成物的难溶性等性质相似,但由于上述物质不是由一种元素组成,其组成元素的化合价有差别,以致在参加化学反应时价态的变化与卤素单质不完全相同。‎ ‎【典型例题】‎ 例1. 今有甲、乙、丙三瓶等体积的新制氯水,浓度均为0.1mol/l,如果在甲瓶中加入少量的NaHCO3晶体,在乙瓶中加入少量的NaHSO3晶体,丙瓶不变,片刻后甲、乙、丙三瓶溶液中HClO的物质的量浓度大小关系是〈溶液体积变化忽略不计〉‎ A. 甲=乙>丙 B. 甲>丙>乙 C. 丙>甲=乙 D. 乙>丙>甲 解析:氯水中存在下列平衡:Cl2+H2O=HCl+HClO加入NaHCO3后因为酸性HCl>H2CO3>HClO,所以甲瓶中NaHCO3与HCl反应,平衡向右移动,HClO浓度增大,又因HClO具有强氧化性,可将NaHSO3氧化,故乙瓶中HClO浓度下降,而丙瓶中没有影响平衡的物质,故HClO浓度不变。所以本题答案为B 答案:B 例2. 用滴管将新制的饱和氯水慢慢滴入含酚酞的NaOH稀溶液中,当滴到最后一滴时红色突然褪去,试回答下列问题;‎ ‎(1)实验室保存饱和氯水的方法是: ;‎ ‎(2)产生上述现象的原因可能有两种(简要文字说明):‎ ①是 ‎ ②是 ‎ ‎(3)简述怎样用实验证明红色褪去原因是①或②:‎ 解析:(1)新制氯水中,因HClO见光分解,平衡右移,故新制氯水须避光保存,且须现做现配;‎ ‎(2)能使变红的酚酞褪色的原因是溶液碱性减弱或过量氯水中的HClO将变红的酚酞漂白 ‎(3)若要设计实验证明褪色的可能原因,最简便的方法就是在褪色后的溶液中再滴加NaOH溶液,若不出现红色,说明是HClO漂白作用的结果,若再出现红色,说明是氯水与NaOH反应,碱性减弱的原因。‎ 答案:(1)在阴凉处于棕色试剂瓶中密封保存 ‎(2)一是氯水与NaOH反应生成两种盐,碱性减弱。二是氯水过量后HClO的漂白性将溶液变成无色。‎ ‎(3)向无色溶液中再加入NaOH溶液,若不再出现红色,应为原因②,若再出现红色,应为原因①。‎ 例3. 甲、乙、丙三种溶液各含有一种X-(X-为Cl-、Br-、I-)离子,向甲中加淀粉溶液和氯水,则溶液为橙色,再加丙溶液,颜色无明显变化。则甲、乙、丙依次含有 A. Br-、Cl-、I- B. Br-、I-、Cl-‎ C. I-、Cl-、Br- D. Cl-、I-、Br-‎ 解析:向甲中加淀粉溶液和氯水,则溶液为橙色,不显蓝色,说明不存在I-,而是Br-,与Cl2作用生成了Br2单质显橙色;再加丙溶液,无明显变化,说明丙溶液与Br2不反应,则丙溶液中也不存在I-,只能存在Cl-,则乙中存在I-,本题答案为B 答案:B 例4. 氰(CN)2、硫氰(SCN)2的化学性质与卤素(X2)很相似,化学上称为拟卤素,如(SCN)2+H2O=HSCN+HSCNO。阴离子的还原性强弱为Cl-<Br-<CN-<SCN-<I-。试写出:‎ ‎①(CN)2与KOH溶液反应的化学方程式: ;‎ ‎②NaBr和KSCN的混合溶液中加(CN)2反应的离子方程式: 。‎ 解析:本题属于信息题。根据题给信息可知:(CN)2、(SCN)2的化学性质与卤素(X2)相似,则方程①可写成:(CN)2+2KOH=KCN+KCNO+H2O;而且其阴离子的还原性强弱顺序为:Cl-<Br-<CN-<SCN-<I-。根据氧化还原反应规律,还原剂的还原性大于还原产物的还原性,可知:NaBr和KSCN的混合溶液中加(CN)2,(CN)2可与KSCN反应而不与NaBr反应,方程式为:(CN)2+2SCN-=2CN-+(SCN)2‎ 答案:①(CN)2+2KOH=KCN+KCNO+H2O;‎ ‎②(CN)2+2SCN-=2CN-+(SCN)2‎ 例5. 下图中的每一方格表示有关的一种反应物或生成物,其中粗框表示初始反应物(反应时加入或生成的水,以及生成沉淀J时的其他产物均已略去)。‎ 请填写下列空白:‎ ‎⑴物质B是 ,F是 ,J是 。‎ ‎⑵反应①的离子方程式是 。‎ 解析:本题属于框图题,关键在于如何找到切入点。‎ 从饱和食盐水的电解入手,其反应是:2NaCl+2H2O=H2↑+Cl2↑+2NaOH产物有A、B、C各三种。从题目所给的框图可以看出,物质B既能与A反应生成D和E,又能与C反应生成G。从电解食盐水的3种产物来看,只有氯气才符合这种特点,它既与氢气在点燃的条件下生成氯化氢:Cl2+H2=2HCl;它又与氢氧化钠在常温下生成次氯酸钠和氯化钠:Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O。因而,可以确定物质B是氯气。若将此化学方程式改写作离子方程式,就是本题②的答案。除了水不计外,框图还指出,B与A反应得到两种产物,B与C反应只得到一种产物,可以确定A是氢氧化钠,C是氢气。当然,作为B与C反应而得到的生成物G是氯化氢。下一步需确定物质F。F既能与氯气直接反应生成物质I,又能与氯化氢反应生成物质H和氢气。如果把氯化氢当作溶液看(即盐酸),能与氯气、盐酸都可以发生反应的物质估计可能是一种金属。那么,I和H都应当是此金属的氯化物,且两种金属氯化物之间存在一定的转化关系,说明该金属具有两种可变化合价。从中学范围内无机化合物的知识来看,只有铁才有这种特点:与氯气反应生成+3价铁的氯化物:2FeCl2+Cl2=2FeCl3这样,可以认定物质F应当是金属铁,H是氯化亚铁,至此,框图的大部分都得到了合理的解释。‎ 最后需要确定沉淀J。按图所示,沉淀J可因氯化铁I与D反应而生成,又可因氯化亚铁H和D反应而生成,则J必是含铁的化合物。至此,需反过来对D作出判断。按前述,物质D应是氯化钠和次氯酸钠中的一种,前者不可能分别与铁的两种氯化物反应生成沉淀,这样看来,物质D唯一的可能是次氯酸钠(溶液)。次氯酸钠是一种盐,它除了有盐的通性以外,还有两点特点,即:是一种具有强氧化性的氧化剂;是一种由强碱(氢氧化钠)和弱酸(次氯酸)组成的盐,因而在水中水解呈碱性。当次氯酸钠(溶液)与氯化亚铁H反应时,发挥了其氧化性和碱性的双重作用,将氯化亚铁变成氢氧化铁;与氯化铁I反应时,由于Fe3+离子不会再被氧化,只显示了其碱性,生成了氢氧化铁。‎ 答案:(1)B是Cl2(或氯气),F是铁(或Fe),J是氢氧化铁(或Fe(OH)3)。‎ ‎(2)Cl2+2OH-=ClO-+Cl-+H2O 例6. 现用浓盐酸、MnO2共热制Cl2,并用Cl2和Ca(0H)2反应制少量漂白粉,现已知反应:2Cl2+2Ca(OH)2=Ca(C10)2+CaCl2+2H20(该反应放热)温度稍高即发生副反应:‎ ‎6C‎12+6Ca(OH)2=5CaCl2+Ca(Cl03)2+6H2O。甲、乙、丙三人分别设计三个实验装置,如下图所示。‎ ‎(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、丙三套装置的优缺点作出评析,并选择符合题目要求的选项填在空格内。‎ 优点 缺点 甲装置 乙装置 丙装置 ‎(2)上图中甲由A、B两部分组成,乙由C、D、E三部分组成,丙由F、G组成,从上述甲、乙、丙三套装置中选出合理的部分(按气流从左到右的方向)组装一套较完善的实验装置(填所选部分的编号) 。‎ ‎(3)实验中若用1L12mol•l-1浓盐酸与足量的MnO2反应,最终生成Ca(ClO)2的物质的量总小于0.15mol,其可能的主要原因是 。‎ 解析:本题综合性较强,既要熟悉Cl2的制法,又要抓住题给信息应用理论知识采取相应的实验措施。根据题给药品,制取Cl2应选用装置C或F,依据题给信息Cl2与Ca(OH)2的反应是放热反应,且温度高时易发生副反应,所以制漂白粉时应采取降温措施。Cl2有毒,又需进行尾气处理。‎ 答案:(1)甲:d,ae 乙:b、f, c 丙b,ce ;‎ ‎(2)C(F)、B、E;‎ ‎(3)MnO2只能氧化浓HCl,随着反应进行,c(Cl—)减小,还原性减弱,反应不能继续进行
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