氯水成分及其性質的探究

侯欽東

(山東省滕州市第一中學)

氯水成分比較復雜,在設置相關問題時較為靈活多樣,新高考中對這部分內容的考查不僅關注氯水成分及其性質本身,還會以此為背景考查其他基本概念和理論.因此,深度認知并探究氯水的成分及性質是成功應對高考的必備知識和技能.

1 探究氯水的成分

氯水中存在可逆反應: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中可表現出各自的性質,因此牢牢掌握各微粒的性質是解答此類試題的關鍵.

例1在探究新制飽和氯水成分的實驗中,下列結論不正確的是( ).

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A 正確.向氯水中滴加硝酸酸化的Ag NO3溶液,產生白色沉淀,則說明氯水中含有Cl－,選項B 正確.溶液中Cl2、HCl O 都具有強氧化性,都可以將Fe2＋氧化為Fe3＋,而使溶液變為棕黃色,選項C錯誤.氯水中含有H＋,能夠與反應生成CO2和H2O,因此向氯水中加入Na HCO3粉末,有氣泡產生,說明氯水中含有H＋,選項D 正確.答案為C.

氯水中含有的微粒多,因此可設置的問題也多,任一微粒都可能會成為命題的重心,其中的Cl2、HCl O、H＋、Cl－是每年高考的熱點.此外,由于氯水中涉及的H、O、Cl元素是中學階段重要的短周期元素,所以在新高考形勢下,還會以氯水為試題背景,考查學生對其中所含成分的結構及性質的掌握,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＋體現酸的通性,含有的HCl O 具有強氧化性,可體現漂白性,命題者常以此命制試題.探究氯水的酸性及漂白性時,一般會以氯氣的制備或其他漂白性物質為切入口,以實驗的形式展開探討,有時還會以“突破口”的形式出現在物質推斷題中.

例2實驗小組利用如圖1所示的裝置制備氯氣及探究氯氣的性質.

圖1

資料:淀粉溶液遇I2變藍,利用此現象可檢驗溶液中的I2.

(1)裝置Ⅰ中制備氯氣時,發生反應的化學方程式是________.

(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的產物.

①實驗前,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濕.

②實驗時,根據Ⅲ中的紙花不變色及________現象,甲同學得出初步結論:氯氣與水反應生成具有酸性及漂白性的物質.

③學生分析后,認為用該實驗裝置不能得出“氯氣與水反應有酸性物質生成”的結論,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為棕黃色.為進一步驗證FeI2被Cl2氧化后所得的產物,設計實驗方案如下:分別取少量裝置Ⅴ中反應后的溶液于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,不能使有色物質褪色,氯氣能與水反應生成HCl和HCl O,HCl O 具有強氧化性和漂白性.①實驗前,向Ⅲ、Ⅳ中均放入干燥的紫色石蕊紙花,用于驗證氯氣無漂白性,向Ⅳ中滴少量水將紙花潤濕,用于檢驗氯氣與水反應生成HCl O,說明氯水具有漂白性.②實驗時,根據Ⅲ中的紙花不變色及Ⅳ中濕潤的石蕊紙花先變紅后褪色的現象,甲同學得出初步結論:氯氣與水反應生成具有酸性及漂白性的物質.③學生分析后,認為用該實驗裝置不能得出“氯氣與水反應有酸性物質生成”的結論,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為棕黃色,由于還原性:I－＞Fe2＋,則氧化產物一定有I2,可能有Fe Cl3.為進一步驗證FeI2被Cl2氧化后所得的產物,設計實驗方案如下:分別取少量Ⅴ中反應后的溶液于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色,第二支試管無現象,說明氧化產物為I2,若第一支試管溶液變藍色,第二支試管溶液呈紅色,說明氧化產物為I2、FeCl3.

3 探究氯水在生產、生活中的實用性

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,廣泛應用于殺菌、消毒及化工領域,高考中以此為背景進行考查時多會涉及氯水中次氯酸的漂白原理.探究氯水在生產、生活中的實用性的試題,意在考查學生的實驗探究能力及知識遷移應用能力,加深對鹵族元素的認知是解答此類試題的關鍵.

例3亞氯酸鈉(Na Cl O2)具有強氧化性,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于多少克Cl2的氧化能力.下列各項說法錯誤的是( ).

A.“母液”中溶質的主要成分是Na2SO4

B.相同質量Cl O2的消毒能力是Cl2的2.5倍

C.“反應2”中氧化劑與還原劑的物質的量之比為2∶1

D.“減壓蒸發”可以降低蒸發時的溫度,提高產品產率

分析反應1 應為SO2的氧化反應,方程式為SO2＋2NaCl O3＝2Cl O2＋Na2SO4,則母液的主要成分為Na2SO4,選項A 正確.由電子守恒可知,1 mol Cl2完全反應生成Cl－轉移2 mol e－,1 mol Cl2完全反應轉移5 mol e－,相同質量Cl O2與Cl2的消毒能力的比值為,則相同質量Cl O2的消毒能力是Cl2的2.63倍,選項B錯誤.反應2的化學方程式為H2O2＋2Cl O2＋2Na OH ＝2 Na Cl O2＋2 H2O＋O2,則反應中氧化劑與還原劑的物質的量之比為2∶1,選項C 正確.溫度過高,Na Cl O2受熱易分解,則采用減壓蒸發可以降低蒸發時的溫度,防止NaCl O2分解,提高產品產率,選項D正確.答案為B.

新課程改革要求學生在獲取知識的同時要會應用知識,消毒劑的探究是化學與生活聯系緊密的典型實例,學生可以將其作為學習小組的研究課題,通過查閱資料、咨詢專業人員、請教老師、同組討論的方式加深對含氯消毒劑的認知,在提高自身探究能力的同時,培養學科核心素養.

氯水成分及其性質是鹵族元素的重要知識,在學習時要理解并掌握氯水中各成分所表現出來的性質,加深對反應原理的認知,并能進行遷移應用,能由宏觀的現象得出其微觀的本質,能用實驗探究的方式對各成分進行分析驗證,為高考做好充足的知識和能力儲備.

(完)