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B 下列实验设计和结论相符的是 ( ) A.将碘水倒入分液漏斗,加适量乙醇,振荡后静置,可将碘萃取到乙醇中
下列实验设计和结论相符的是 ( ) A.将碘水倒入分液漏斗,加适量乙醇,振荡后静置,可将碘萃取到乙醇中 B.某气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,该气体水溶液一定显碱性 C.某无色溶液中加Ba(NO3)2溶液,再加入稀盐酸,沉淀不溶解,则原溶液中一定有SO42- D.在含FeCl2杂质的FeCl3溶液中通足量Cl2后,充分加热,除去过量的Cl2,即可得到较纯净的FeCl3溶液 B
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基础课时2 氯及其化合物 [最新考纲] 1.了解氯气及其重要化合物的主要性质及应用。2.掌握氯气的实验室制法。3.了解氯元素的单质及其重要化合物对环境质量的影响。
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氯元素的位、构、体 (二)、氯气的性质 1、氯气的物理性质
(一)氯元素位于元素周期表的 ,原子结构 ,氯原子容易得到一个电子而成为氯离子。因此,氯元素具有较强的 性,在自然界中以 存在,氯气具有 性,性质活泼,以得电子发生还原反应为主。 (二)、氯气的性质 1、氯气的物理性质 通常情况下,氯气是黄绿色、有刺激性气味、比空气重的有毒气体,易液化,能溶于水(1:2)。
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2、氯气的化学性质 氯气的化学性质很活泼,是强氧化剂。 ⑴跟金属反应 (与变价金属反应,均使金属氧化至高价态)
2Fe+3Cl2 2FeCl3 Cu+Cl2 CuCl2 2Na+Cl2 2NaCl(发出黄色,产生白烟) (产生棕色的烟,溶于水溶液呈黄色) (产生棕黄色的烟,溶于水溶液呈蓝绿色) 注:常温下干燥的氯气或液氯不能与铁发生反应,所以工业上常把干燥的液氯储存在钢瓶中。
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⑵跟非金属反应 ⑶跟水反应 如何证明氯水的漂白性来自于HClO,而不是Cl2? 2P+5Cl2 2PCl5(Cl2充足)白烟
H2+Cl2 2HCl 2P+3Cl2 2PCl3(Cl2不足)白雾 点燃:发出苍白色火焰,有白雾(工业制盐酸) 光照:会发生爆炸(故不能用于工业制盐酸) 干燥的氯气能否漂白有色物质? ⑶跟水反应 Cl2+H2O H++Cl-+HClO (HClO不稳定,见光易分解) 2HClO 2HCl+O2↑ 氯水保存: 密封储存于棕色试剂瓶里。 如何证明氯水的漂白性来自于HClO,而不是Cl2?
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⑷跟碱反应 Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O 常用于制漂白液、除去多余的氯气。
2Cl2+2Ca(OH)2= CaCl2+Ca(ClO)2 +2H2O 有效成分 工业上用氯气和石灰乳制得漂白粉、漂粉精。 漂白原理: Ca(ClO)2+2HCl(稀)=CaCl2+2HClO Ca(ClO)2+CO2+H2O=CaCO3↓+2HClO 由于上述反应生成2HClO 2HCl+O2↑, 故漂粉精露置在空气中,久置失效。
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⑸跟还原性物质反应 ⑹跟有机物反应 3、氯气的用途 Cl2+ KI : , Cl2+H2S : , Cl2+ FeCl2 : ,
Cl2+Na2SO3 : , Cl2+2KI=2KCl+I2 Cl2+H2S=2HCl+S↓ Cl2+2FeCl2=2FeCl3 Cl2+Na2SO3+H2O=2HCl+Na2SO4 ⑹跟有机物反应 CH2=CH2+Cl2→ , Cl2+CH4 。 CH2ClCH2Cl(加成) CH3Cl+HCl(取代) 3、氯气的用途 制漂白粉、消毒、制盐酸、农药等。
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二、氯水成分的复杂性和性质多样性 1.氯水的成分: 2.氯水的性质: 反 应 实 例 滴入紫色石蕊试液 先变红后褪色
H2O、Cl2、HClO 、H+、Cl-、ClO-、OH- 2.氯水的性质: 成分 表现的性质 反 应 实 例 Cl2 H+ HClO Cl- Cl2+2KI=2KCl+I2 Cl2+SO2+2H2O=H2SO4+2HCl Cl2+CH2=CH2→CH2Cl-CH2Cl ⑴强氧化性 ⑵呈黄绿色 ⑶加成反应 滴入紫色石蕊试液 强酸性 2H++CaCO3=Ca2++CO2↑+H2O HClO+OH-=ClO-+H2O 漂白、杀菌、消毒 ⑴弱酸性 ⑵强氧化性 先变红后褪色 Cl2+H2O+AgNO3=AgCl↓+HNO3+HClO 沉淀反应
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3.液氯、新制氯水、久置氯水比较 Cl2分子 无明显变化 先变红后褪色 液氯 新制氯水 久置氯水 颜色、状态 主要存在 的微粒 物质的类别
遇干燥的蓝色石蕊试纸 黄绿色 液体 淡黄绿色 液体 变成无色液体 Cl2 H2O HClO Cl-、 H+ 、ClO- H2O Cl-、 H+ Cl2分子 纯净物 混合物 混合物 无明显变化 先变红后褪色 变红
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练习1.(2013·北京理综,28)某学生对SO2与漂粉精的反应进行实验探究:
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(1)Cl2和Ca(OH)2制取漂粉精的化学方程式是________________________________________。
(2)pH试纸颜色的变化说明漂粉精溶液具有的性质是______________。 (3)向水中持续通入SO2,未观察到白雾。推测现象ⅰ的白雾由HCl小液滴形成,进行如下实验: A.用湿润的碘化钾淀粉试纸检验白雾,无变化; B.用酸化的AgNO3溶液检验白雾,产生白色沉淀。 ①实验a的目的是________。 ②由实验a、b不能判断白雾中含有HCl,理由是________________________________________。
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(4)现象ⅱ中溶液变为黄绿色的可能原因:随溶液酸性的增强,漂粉精的有效成分和Cl-发生反应。通过进一步实验确认了这种可能性,其实验方案是________。
(5)将A瓶中混合物过滤、洗涤,得到沉淀X。 ①向沉淀X中加入稀HCl,无明显变化。取上层清液,加入BaCl2溶液,产生白色沉淀。则沉淀X中含有的物质是________。 ②用离子方程式解释现象ⅲ中黄绿色褪去的原因:________________________________________。
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练习2.下图所示是验证氯气性质的微型实验,a、b、d、e是浸有相关溶液的滤纸。向KMnO4晶体滴加一滴浓盐酸后,立即用另一培养皿扣在上面。
已知:2KMnO4+16HCl=2KCl+5Cl2↑+2MnCl2+8H2O 对实验现象的“解释或结论”正确的是 ( )。 D 选项 实验现象 解释或结论 A a处变蓝,b处变红棕色 氧化性:Cl2>Br2>I2 B c处先变红,后褪色 氯气与水生成了酸性物质 C d处立即褪色 氯气与水生成了漂白性物质 D e处变红色 还原性:Fe2+>Cl-
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3.已知漂白粉有效成分能与浓盐酸反应生成Cl2和一种固体时能作干燥剂的物质等。请从图中选用适当的实验装置,设计一个最简单的实验,测定漂白粉有效成分的质量分数。
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请填写下列空白: (1)实验中漂白粉有效成分与浓盐酸反应的化学方程式为____________________。 (2)所选用装置的连接顺序应是(填各接口的字母代号) ________________。 (3)在读取量筒的刻度数时,应注意_______________ _________________________。 (4)若各仪器内仍残留有少量Cl2,则测定结果将________ (填“偏高”“偏低”或“不影响”),其原因是________ ________________________________。
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(5)某同学在实验中发现量筒里未收集到液体,其失败的原因可能是下列中的________。
①装置漏气 ②浓盐酸已变成稀盐酸 ③所选仪器容积太大 ④漂白粉已全变质 ⑤e接f ⑥d接f A.①②③ B.①②④⑤ C.①②④⑥ D.全部
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答案 (1)Ca(ClO)2+4HCl===CaCl2+2Cl2↑+2H2O
(2)a接e,d接f (3)①C、D两仪器内的液面应相平;②视线与凹液面最低点应相平;③装置内气体应恢复至室温 (4)不影响 同温同压下,同量的Cl2和空气所排出的液体体积相等 (5)B
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三、氯气的制法 ㈠氯气的工业制法 1、电解饱和NaCl溶液 2、电解熔融NaCl ㈡氯气的实验室制法 1、发生装置: ①、原理: Cl-
氧化剂 ①、原理: Cl- Cl2 思考:请利用给定的物质,采用合理的途径制取Cl2。 写出有关化学方程式。⑴食盐;⑵浓硫酸;⑶浓盐酸;⑷氯酸钾晶体;⑸二氧化锰固体;⑹高锰酸钾晶体 方法一、MnO2+4HCl=Cl2↑+MnCl2+2H2O △ 方法二、2KMnO4+16HCl=2MnCl2+2KCl+5Cl2↑+H2O
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方法三、KClO3+6HCl=3Cl2↑+KCl+3H2O
②仪器: 固+液 思考:这种方法制得的Cl2中常会混有什么杂质?如何净化? 2、净化装置: ①试剂: 饱和NaCl溶液、浓硫酸 如果将饱和NaCl溶液改为NaOH行不行?说明理由 不行,因为Cl2 能与NaOH反应 如果将饱和NaCl溶液改为水行不行?说明理由 ②仪器: 洗气瓶
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3、收集装置: ①方法: ②验满: 4、尾气吸收装置: 依据物理性质 向上排空气法、排饱和NaCl溶液 湿润的淀粉KI试纸
或湿润的蓝色石蕊试纸 或根据氯气的颜色 4、尾气吸收装置: NaOH溶液
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要点提取 (1)必须用浓盐酸,MnO2与稀盐酸不反应。 (2)为了减少制得的Cl2中HCl的含量,所以加热温度不宜过高,减少HCl的挥发。 (3)实验结束后,先使反应停止并排出装置中残留的Cl2,再拆卸装置,避免污染空气。 (4)尾气吸收时,不能用澄清石灰水吸收Cl2,因为溶液中Ca(OH)2浓度小,吸收不完全。
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【互动思考】 1.实验室用MnO2和浓盐酸来制取氯气,主要操作有: ①将蒸馏烧瓶固定在铁架台上;②把酒精灯放在铁架台上,根据酒精灯确定铁圈的高度,固定好铁圈,放好石棉网;③用药匙向蒸馏烧瓶中加入MnO2,再向分液漏斗中加浓盐酸,并将导管放入集气瓶中;④检查气密性;⑤在蒸馏烧瓶上装好分液漏斗,连接好导管。最好的实验操作顺序是________。 答案 ②①⑤④③
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2.根据装置及实验目的填写试剂和实验现象 装置 试剂 实验现象 实验目的 A 验证干燥的氯气无漂白作用,湿润的氯气有漂白作用 B C D 验证氯气具有强氧化性,可与金属及还原性物质反应 E F G 吸收多余的氯气
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答案 浓硫酸 干燥红色布条 无明显变化 湿润红色布条 红色布条褪色 FeCl2溶液 溶液由浅绿色变棕黄色 淀粉KI溶液 溶液为蓝色 铁粉 产生棕色烟 NaOH溶液
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猜测:Cl2通过饱和NaCl溶液时有何实验现象?说明理由
气泡、白色浑浊 Cl2(g) Cl2(aq) Cl2 (aq) +H2O H++Cl-+HClO, NaCl(s) NaCl(aq) NaCl(s) Na+(aq)+Cl-(aq) NaCl(aq)== Na++Cl-
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D 【巩固练习】 AC 1.下列关于氯水的叙述正确的是 ( ) A.新制氯水可使蓝色石蕊试纸先变红后褪色
1.下列关于氯水的叙述正确的是 ( ) A.新制氯水可使蓝色石蕊试纸先变红后褪色 B.新制氯水中只含Cl2和H2O分子 C.氯水放置数天后pH将变小 D.光照氯水有气泡逸出,该气体是Cl2 2.已知,氯水中存在如下平衡,Cl2+H2O HCl+HClO,欲使饱和氯水中的HClO浓度增大,可在氯水中加入下列那种物质 ( ) A.再通入一些氯气 B.加入少量的盐酸 C.加入足量的氢氧化钠溶液 D.加入足量的碳酸氢钠粉末 D
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A B 3.如图所示,A处通入湿润的Cl2,关闭B阀时,C处的红布条看不到明显现象,当打开B阀后,C处红布条逐渐褪色。则D瓶中装的是:( )
A .浓H2 SO B .NaOH溶液 C .H2 O D .饱和食盐水
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4.由于用氯气对饮用水消毒,会使水中的有机物反生氯化,生成的有机含氯化合物对人体有害。世界环保联盟即将全面禁止这种消毒方法,建议采用广谱性具有强氧化性的高效消毒剂二氧化氯(ClO2)。ClO2极易爆炸,生产和使用时尽量用惰性气体稀释,避免光照、震动或加热。 (1)在ClO2中,所有原子是否都满足8电子结构? (填“是”或“否”)。 (2)欧洲一些国家用NaClO3氧化浓盐酸来制取ClO2,同时有Cl2生成,且Cl2的体积为ClO2的一半。这一反应的化学方程式为: (3)浓盐酸在上述反应中显示出来的性质是 (填写编号)。 A.只有还原性 B.还原性和酸性 C.只有氧化性 D.氧化性和酸性 否 NaClO3+ HCl(浓)= ClO2↑+Cl2↑+ NaCl+ H2O B
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对环境造成的污染小(生成的ClO2中不含Cl2杂质)
(4)若上述反应产生0.1molCl2,转移的电子的物质的量为—— mol。 0.2 (5)我国广泛采用将经干燥空气稀释的氯气通入填有固体亚氯酸钠(NaClO2)的柱内制得ClO2,表示这一反应的化学方程式是 ,和欧洲的方法相比,我国这一方法的主要优点是 。 2NaClO2+Cl2=2NaCl+2ClO2 对环境造成的污染小(生成的ClO2中不含Cl2杂质)
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2.(2013·广东理综,33节选)化学实验有助于理解化学知识,形成化学观念,提高探究与创新能力,提升科学素养。
在实验室中用浓盐酸与MnO2共热制取Cl2并进行相关实验。 (1)下列收集Cl2的正确装置是________。
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(2)将Cl2通入水中,所得溶液中具有氧化性的含氯粒子是________。
(3)设计实验比较Cl2和Br2的氧化性,操作与现象是:取少量新制氯水和CCl4于试管中,____________。 解析 (1)集气瓶使用单孔橡胶塞塞紧,只能进气,不能排气,则瓶内压强增大到一定程度,可能将橡胶塞压出,A项错误;因为Cl2比空气的密度大,用排空气法收集Cl2应短管进长管出,B项错误;C项该装置既能收集Cl2,又能进行尾气处理且防倒吸,正确;由于Cl2和NaOH反应,所以不能收集到Cl2,D项错误。
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答案 (1)C (2)Cl2、HClO、ClO- (3)加入一定量的NaBr溶液,充分振荡,静置,若观察到CCl4层呈橙红色,证明Cl2的氧化性强于Br2
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[跟进题组] 1.(2014·深圳模拟)用下列装置制备并检验Cl2的性质,下列有关说法正确的是 ( )。
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A.Ⅰ图中:如果MnO2过量,浓盐酸就可全部反应
B.Ⅱ图中:充分光照后,量筒中剩余气体约为10 mL(条件相同) C.Ⅲ图中:生成蓝色的烟,若在集气瓶中加入少量水,所得溶液呈蓝色 D.Ⅳ图中:干燥的有色布条不褪色,湿润的有色布条能褪色,说明Cl2有漂白性 解析 随着反应的进行,浓盐酸变成稀盐酸,稀盐酸和MnO2不反应,A错误;C项,实验中应生成棕黄色的烟,错误;Cl2没有漂白性,而是HClO有漂白性,D错误。 答案 B
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2.实验室用下列两种方法制氯气:①用含HCl 146 g的浓盐酸与足量的MnO2反应;②用87 g MnO2与足量浓盐酸反应。所得的氯气
A.①比②多 B.②比①多 C.一样多 D.无法比较 答案 B
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3.下图是一个实验室制取氯气并以氯气为原料进行特定反应的装置:
(1)A是氯气发生装置,其中的化学反应方程式为_________ ______________________________。
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(2)实验开始时,先点燃A处的酒精灯,打开旋塞K,让Cl2充满整个装置,再点燃D处酒精灯,连接上E装置。Cl2通过C瓶后再进入D。装置D的硬质玻璃管内盛有炭粉,发生氧化还原反应,其产物为CO2和HCl。试写出D中反应的化学方程式:__________________。装置C的作用是__________________。为了使装置C发挥更好的作用,可用装置F代替装置C并且向烧杯中加入浓硫酸,加入浓硫酸的作用是________。
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(3)在E处,紫色石蕊试液的颜色由紫色变为红色,再变为无色,其原因是__________。若将E处烧杯中溶液改为澄清石灰水,反应过程中的现象为____________________。
A.有白色沉淀生成 B.无明显现象 C.先生成白色沉淀而后沉淀消失 (4)D处反应完毕后,关闭旋塞K,移去A处酒精灯,但由于余热的作用,A处仍有Cl2产生,此时B中的现象是__________________。 (5)在装置A、B、C、D、E中有一处需要改进,说明需要改进的理由:____________________。
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解析 (2)根据“Cl2通过C瓶后再进入D。装置D的硬质玻璃管内盛有炭粉,发生氧化还原反应,其产物为CO2和HCl”知,产物中多了氢、氧两种元素,推得水参加了反应,根据氧化还原反应中电子得失守恒可配平该反应的化学方程式。装置C的作用是提供D处反应所需的水蒸气,同时装置C又可除去氯气中的氯化氢。为了使装置C发挥更好的作用,即得到平稳的水蒸气气流,可用装置F代替装置C并且向烧杯中加入浓硫酸,浓硫酸溶于水时释放大量的热,促进水的蒸发,并减少氯气的溶解。
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(3)从D处出来的气体中有氯化氢、二氧化碳和未反应的氯气,在E处,紫色石蕊试液遇氯化氢由紫色变为红色,氯气与水反应生成的次氯酸具有漂白性,故红色会再变为无色。若将E处烧杯中溶液改为澄清石灰水,由于二氧化碳中含有大量的氯化氢,故反应过程中无明显现象(无沉淀生成)。(4)关闭旋塞K后,B装置相当于储气瓶。由于氯气不溶于饱和食盐水,故B瓶中液面下降,长颈漏斗内液面上升。
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【归纳总结】 解答性质验证型实验题的关键思路 (1)结合题干明确实验目的(该实验要求做什么);(2)结合装置图理解实验的设计思路及每一个装置的设计意图;(3)了解题目有关信息及每步实验原理;(4)明确解答问题的切入点,即试题给我们设置了什么样的问题情境,要求我们回答什么问题;(5)分析并排除每步实验的干扰因素。
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五、卤族元素性质的通性及递变性 F Cl Br I 均为7个电子 逐渐增加 依次增大 元素名称 氟 氯 溴 碘 元素符号 最外层电子数
原子结构示意图 最外层电子数 核电荷数 电子层数 原子半径 结 论 F Cl Br I 均为7个电子 逐渐增加 依次增大 ①均为非常活泼的非金属,具有强氧化性 ②核对最外层电子的吸引能力逐渐减小,单质的氧化性逐渐减弱。
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氟 氯 溴 碘 气 逐渐增大 单 质 物 性 状态 熔、沸点 颜色 淡黄绿色 密度 逐渐增大 条件 冷暗处 剧烈爆炸 光照 爆炸 加热 缓慢
氟 氯 溴 碘 单 质 物 性 状态 气 气(易液化) 液(易挥发) 固(易升华) 熔、沸点 逐渐增大 颜色 淡黄绿色 黄绿色 红棕色 紫黑色 密度 逐渐增大 X2与H2 化合难易 条件 冷暗处 剧烈爆炸 光照 爆炸 加热 缓慢 持续加热 化合同时分解 程度 X2与H2O反应 剧烈程度 2F2+2H2O=4HF+O2 X2+H2O HX+HXO(X-Cl.Br.I) 剧烈 缓慢 微弱 极弱 水溶性 与水反应生成HF酸 水中溶解性依次减小, 有机溶剂中溶解性依次增大
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氟 氯 溴 碘 一般不反应 化合价 含氧酸 卤 化 银 色 一般不与稀有气体反应 AgF(白) 易溶 难分解 感光性渐强 一般可溶 难溶
氟 氯 溴 碘 与稀有气体反应 能,如生成XeF2、XeF4、XeF6、KrF2等 一般不与稀有气体反应 与淀粉显色反应 一般不反应 变蓝(I2特性) 化合价 有-1、+1、+3、+5、+7等 只有-1价、无正价 含氧酸 无含氧酸 有HXO、HXO2、HXO3、HXO4等 卤 化 银 色 AgF(白) AgCl (白) AgBr (淡黄) AgI(黄色) 水溶性 易溶 均难溶,且溶解度依次减小 感光性 难分解 感光性渐强 卤化钙(镁)水溶性 一般可溶 难溶
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注意: (1)卤素单质的贮存 ①F2、Cl2、Br2(g)、I2(g)均有毒, 。 应密封保存 ②液溴易挥发,应用 。
②液溴易挥发,应用 。 ③I2(固)受热易升华,故应盛放在 。 ④因氯水中含有Cl2,故实验室常用氯水代替少量Cl2的使用,又因HClO易分解,久置后氯水变成稀盐酸,故 。 应密封保存 水液封且用棕色试剂瓶盛放 棕色试剂瓶中,并置于冷暗处。 氯水应随配随用,且用棕色试剂瓶盛放
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(2)卤素的检验 湿润淀粉-碘化钾试纸呈现蓝色 ①氯气: 。 碘单质能与淀粉溶液呈现蓝色 ②碘: 。 ③ Cl-、Br-、I—: 。
①氯气: 。 湿润淀粉-碘化钾试纸呈现蓝色 碘单质能与淀粉溶液呈现蓝色 ②碘: 。 ③ Cl-、Br-、I—: 。 HNO3酸化的AgNO3溶液 ④可以用卤素单质间的置换反应和有机溶剂萃取的方法来检验卤素。
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(3)卤素重要化合物 ①氟化物:具有较特殊的溶解性规律。 ②氯化钙:
③卤化银: ④氯化钠: 如:AgF易溶,而CaF2等却难溶于水,与其他金属卤化物的溶解性规律相反。 无水物具有吸湿性,是常用的中性干燥剂 AgCl、AgBr、AgI均有感光性,即在光照下分解生成黑色的银粒。 2AgX Ag+X2 溴化银用于照相的感光片,制变色镜。 碘化银可用于人工降雨。 粗盐中因混有MgCl2、CaCl2等杂质,易潮解。
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2IBr+2Mg = , 2BrF3+4Zn = , 六、卤素性质的迁移和运用 1、卤素互化物:
IBr(s)、ICl(s)、ICl3 (s) 、BrF3(l) 、ClF3(g) ① 与卤素的相似性: 2IBr+2Mg = , 2BrF3+4Zn = , MgBr2+MgI2 ZnBr2+3 ZnF2 ② 与卤素的区别: 氧化还原 Cl2+H2O = ( ) IBr+ H2O = ( ) HCl+HClO HBr+HIO 非氧化还原
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2、拟卤素: (CN)2 、(SCN)2 、(OCN)2 ①单质性质与卤素相似: (CN)2 + H2 = , (CN)2 + H2O= ,
(CN)2+ 2NaOH= , 2HCN HCN+HCNO NaCN+NaCNO+H2O ②氢化物的性质相似: HCN+AgNO3= , 4HCN+ MnO2 === , 加热 AgCN↓+HNO3 Mn(CN)2+(CN)2 +2 H2O
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