氯及卤素

氯及其化合物
氯气和卤族元素
【知识梳理】
一、氯气
氯元素位于元素周期表第周期族，上邻氟下邻溴，左邻硫右邻氩。

氯原子最外层有7个电子，极易得到1个电子形成8电子稳定结构，所以氯元素非金属性强，在自然界中仅以态形式存在。

（一）氯气的物理性质
通常状况下，氯气呈色，具有气味，比空气重，有毒，溶于水，易液化。

（二）氯气的实验室制法
1、反应原理：MnO2+4HCl（浓）MnCl2+Cl2↑+2H2O
（1）浓盐酸在反应中既做，也起作用，表现性质的二重性。

（2）随着反应的进行，反应物的物质的量逐渐减小，生成水的量逐渐增大，导致盐酸的浓度减小，MnO2不能氧化稀盐酸，但能与浓盐酸反应生成氯气。

2、制取装置（了解）
（三）氯气的化学性质
1、与金属反应
Cl2+2Na2NaCl（现象：）
3Cl2+2Fe2FeCl3（现
象：）Cl2+Cu CuCl2（现
象：）
2、与非金属反应
Cl2+H22HCl（现
象：）
3Cl2+2P2PCl3PCl3+Cl2PCl5
（现象：）
3、与水反应
Cl2+H2O=HCl+HClO
Cl2+H2O=H++Cl—+HClO
2HClO2HCl+O2↑
（1）新制氯水含有的微粒：，久置氯水中含有：。

分析：因为新制氯水久置后，由于HClO不稳定，见光易分解成HCl和O2，致使HClO 含量逐渐减少，而HClO的减少又引起了Cl2与水的不断反应，最后HClO 和Cl2均不再含有，所以久置氯水变成了稀盐酸。

（2）次氯酸的性质：。

（3）Cl2可以作自来水的杀菌消毒剂。

分析：Cl2与水作用生成具有强氧化性的次氯酸，从而起杀菌消毒的作用。

①由于很多自来水厂是用氯气来杀菌消毒的，打开水龙头后我们偶尔闻到的刺激性气味是自来水中散发出来的余氯的气味。

②尽管氯气有毒，但它不能直接用来给自来水杀菌消毒，而是靠氯气与水反应生成的具有强氧化性的HClO所致。

③自来水配制碱和碱性物质（NaOH）、还原性物质（H2S、Na2S、Na2SO3、NaHSO3、NaI、NaBr、HI、HBr、FeCl2）、以及AgNO3等化学试剂时易变质。

④用自来水养金鱼前必须把水在阳光下曝晒一段时间而除去次氯酸。

（4）湿润的氯气具有漂白性。

分析：Cl2与水作用生成具有强氧化性的次氯酸而表现漂白性。

4、与碱反应
Cl2+2NaOH＝NaＣｌ＋NaＣｌＯ＋Ｈ２Ｏ
2Cl2+2Ca(OH)2＝CaＣｌ2＋Ca(ＣｌＯ)2＋2Ｈ２Ｏ
Cl2+2OH－＝Ｃｌ－＋ＣｌＯ－＋Ｈ２Ｏ
（1）氯气与碱的反应原理：氯气与水发生如下反应：Cl2+H2O=HClO+HCl，当向NaOH溶液中通入Cl2后，Cl2先与水反应生成HClO和HCl，然后二者再分别与NaOH溶液发生中和反应生成NaClO、NaCl和H2O。

将上述两个分反应两边分别相加，即可得到氯气与碱溶液反应的化学方程式：Cl2 +2NaOH=NaCl+NaClO+H2O。

显然Cl2与碱溶液的反应要快得多。

实验室也是根据这一原理来吸收Cl2尾气的。

（2）Cl2与NaOH溶液的反应也是工业制取漂白液的原理。

漂白液的有效成分为NaClO，
是一种比较稳定的物质，可用来杀菌、漂白。

日常生活中经常使用的84消毒液的有效成分也是NaClO 。

（3）漂白粉的有效成分是Ca(ClO)2，起漂白作用的物质是Ca(ClO)2。

漂白粉或漂粉精本身没有漂白作用，也就是说它本身不能直接用来漂白。

使用时，它必须与水及空气中的CO 2共同作用生成具有强氧化性的HClO 才能用来漂白有色物质的。

这一变化过程的化学方程式如下：Ca(ClO)2+CO 2+H 2O=CaCO 3+2HClO 。

5、与某些化合物反应
（1）氯气（或新制氯水）与碘化钾（或氢碘酸）溶液反应：
Cl 2＋2KI ＝2KCl ＋I 2
（2）氯气（或新制氯水）与氢硫酸溶液反应：
Cl 2＋H 2S ＝2HCl ＋S ↓
（3）氯气（或新制氯水）与氯化亚铁溶液反应：
Cl 2＋2FeCl 2＝2FeCl 3
（4）氯气（或新制氯水）与二氧化硫反应：
Cl 2＋SO 2＋H 2O ＝2HCl ＋H 2SO 4
（5）氯气（或新制氯水）与亚硫酸盐反应：
Cl 2＋Na 2SO 3＋H 2O ＝2HCl ＋Na 2SO 4
6、与某些有机物反应
（1）与甲烷烃的取代反应：
CH 4+Cl 2CH 3Cl+HCl
（2）与乙烯的加成反应：
CH 2==CH
2
CH 2ClCH
2Cl
（3）与苯的取代反应：
（四）氯气的重要用途
氯气的用途是由其性质决定的。

通过氯气能在一定条件下与大多数金属、非金属反应而制备各种重要的氯化物，如SiCl 4、GeCl 4、TiCl 4等；通过氯气与很多有机物反应制备一些重要的有机产品，如合成塑料、橡胶、人造纤维、农药、染料和药品等；通过氯气与水反应生成强氧化作用的HClO 而用于自来水杀菌、消毒；通过氯气与碱的反应来制备漂粉精和漂白粉等。

二、卤族元素
（一）卤族元素的原子结构
1、卤族元素在周期表中的位置
卤族元素位于周期表第VIIA 族。

包括氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)、砹(At)五种非金属元素。

2、卤族元素原子结构的相似性和递变性
F Cl Br I
（1）相似性：它们的原子最外电子层上都有7个电子，同周期元素原子半径最小。

（2）递变性：随原子序数增大，原子的电子层数增多，原子半径逐渐增大。

（二）卤素单质物理性质的递变性
F2Cl2Br2I2
颜色依次加深
水溶性依次减小
熔沸点依次升高
密度依次增大
1
2、萃取和分液
(1)萃取的原理：利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同，用一种溶剂把溶质从它与另一种溶剂所组成的溶液中提取出来。

(2)萃取剂须具备的条件：
①溶质在萃取剂中的溶解度比在原溶剂中大；②萃取剂与原溶剂互不相溶；③萃取剂不与被提取的溶质发生反应。

(3)操作步骤：①混合振荡，②静置分层，③分液。

(4)所用仪器：分液漏斗(必备)、烧杯、铁架台(三角架)等。

(5)注意事项：分液时，打开分液漏斗的上口和活塞，使下层液体从漏斗颈放出，当下层液体刚好放完时，立即关闭活塞，不能让上层液体流下，上层液体从分液漏斗上口倒出。

萃取应分少量多次，以萃取完全。

（三）卤素单质化学性质的相似性和递变性
1、相似性：最外层上都有7个电子，容易得到1个电子形成8电子稳定结构的阴离子，故卤素都具有相似的强氧化性。

（1）与氢气反应：X2+ H2= 2HX （反应条件渐难：暗爆炸；光照爆炸；加热；持续加热）
（2）与金属反应：2R + X2 = 2RX n（镁与溴、碘与铝或锌反应需要水做催化剂）
（3）与水反应（氟气除外）：X2 + H2Ｏ=ＨＸ＋ＨＸＯ
2、递变性：卤素元素各原子随原子序数增大，原子半径依次增大，得电子能力依次减弱，非金属性依次减弱。

（1）与氢气反应反应条件由易到难，放出的热量由大到小，氢化物的稳定性由强到弱，水溶液的酸性由强到弱。

（2）与金属反应得电子的能力越来越弱，放出的热量越来越少，氯气、溴与变价金属反应生成高价态金属卤化物，碘与变价金属反应生成低价态金属卤化物。

（3）卤素间的置换反应：非金属性强的卤素单质能够将非金属性弱的卤素单质从它们的化合物中置换出来。

Cl2+2Br-=Br2+2Cl- Cl2+2I-=I2+2Cl- Br2+2I-=2Br-+I2
【结论】F2、Cl2、Br2、I2氧化性依次减弱，F-、Cl-、Br-、I-离子的还原性依次增强，F、Cl、Br、I元素的非金属性依次减弱。

当溶液中存在多种还原性物质时，加入氧化剂，还原性强的应先被氧化。

（四）卤素单质及化合物的特性
1、氟及其化合物：
（1）氟无正价，无含氧酸，氟是最强的非金属单质。

（2）氟极易与H2化合，低温、暗处混合即可爆炸。

（3）氟可与稀有气体氙、氪等反应生成氟化物。

（4）HCl、HBr、HI等都是强酸，而HF是弱酸。

（5）AgCl、AgBr、AgI都带有一定颜色，难溶于水和稀硝酸，而AgF是能溶于水的。

（6）HF气体及氢氟酸都能腐蚀玻璃。

（7）F2能与水发生激烈反应而放出02，故不能从其他卤化物的水溶液中把卤素单质置换出来。

2、溴及其化合物：
（1）溴是常温下唯一呈液态的非金属单质。

（2）溴易挥发，对皮肤、眼睛有强烈腐蚀性和刺激性，易腐蚀橡胶。

（3）溴不易溶于水而易溶于苯、汽油等有机溶剂。

④AgBr有感光性，常用于制照相胶卷。

3、碘及其化合物：
（1）碘是常温下唯一呈固态的双原子非金属单质。

（2）碘不易溶于水而易溶于苯、汽油、酒精等有机溶剂。

（3）碘易升华。

（4）碘能使淀粉变蓝。

⑤AgI有较强的感光性。

【总结1】能与溴水反应的物质：碱和碱性物质；（如ＮａＯＨ、Ｃａ（ＯＨ）２、Ｎａ２ＣＯ３、ＮａＨＣＯ３；还原性物质；（如活泼金属、Ｈ２Ｓ、ＮａＨＳ、ＳＯ２、Ｎａ２ＳＯ３、ＨＩ、ＫＩ、Ｆｅ２＋等）；含有碳、碳双键的有机物。

【总结2】能使碘化钾—淀粉试纸变兰的物质：X2及水溶液（X=Cl、Br、I）；O2（碘化钾在空气易变质，是否变质常用淀粉溶液检验）；Fe3+（2Fe3++2I－＝２Ｆｅ２＋+２Ｉ－）；ＨＮＯ３。

（五）卤素的检验
1、氯气为黄绿色，有刺激性气味，并可使某些潮湿的有色物质褪色。

氯气具有强氧化性，可使湿润KI－淀粉试纸呈现蓝色，因此可用于检验氯气的存在。

2、利用碘单质能与淀粉溶液呈现蓝色的性质可用于检验碘单质的存在。

3、AgCl、AgBr、AgI都不溶于稀HNO3，且颜色逐渐加深，分别为白色、浅黄色、黄色，所以，可用HNO3酸化的AgNO3溶液来检验Cl－、Br－、I－的存在。

4、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单质。

【课堂练习】
1、下列关于氯气的叙述中，不正确的是（）
A．氯气是一种黄绿色、有刺激性气味的气体B．氯气、液氯和氯水是同一种物质
C．氯气能溶于水D．氯气是一种有毒的气体
2、下列化合物中，不能通过单质间化合直接制取的是（）
A．FeCl3B．CuCl2C．HCl D．FeCl2
3、下列说法不正确的是（）
A．钠、铁和铜一样都能在氯气中燃烧生成金属氯化物
B．液氯是氯气的水溶液，它能使干燥的有色布条褪色
C．氯气跟变价金属反应生成高价金属氯化物
D．氯水具有杀菌、漂白作用是因氯水中含有强氧化性的次氯酸
4、湿润的蓝色石蕊试纸接触氯气后，其颜色变化为（）
A．变红B．变白C．先变红再变白D．不变色
5、下列氯化物中，既能由金属和氯气直接参与化合制得，又能由金属和盐酸反应制得的是A．CuCl2B．FeCl2 C．MgCl2D．FeCl3
6、除去Cl2中少量的HCl气体，最好选用的试剂是（）
A.蒸馏水B．二氧化锰C．饱和食盐水D．氢氧化钠溶液
7、现有盐酸、氯化钠、氢氧化钠和氯水四种溶液，可用来区别它们的一种试剂是（）A．AgNO3B．酚酞试液C．紫色石蕊试液D．饱和食盐水
8、下列物质中同时含有氯分子（Cl2）和氯离子（Cl―）的是（）
A．液氯B．新制氯水C．CaCl2溶液D．次氯酸
9、下列各组离子在溶液中能大量共存的是（）
A．Ba2+、Cu2+、NO3―、SO42―B．CO32―、H+、Na+、K+
C．K+、Na+、SO42―、Cl―D．H+、Cl―、NO3―、Ag+
10、为了证明氯酸钾晶体中含有氯元素，选用给出的试剂和操作，其操作顺序正确的是（）
①滴加AgNO3溶液②加水溶解③过滤、取滤液④与二氧化锰混合加热⑤加稀HNO3⑥与浓盐酸反应⑦加NaOH溶液加热⑧用淀粉碘化钾
A．④②③①⑤B．⑥⑧C．⑥⑦①⑤D．②①⑤
11、可以证明次氯酸是弱酸的事实是（）
A．可与碱反应B．有漂白性C．见光能分解D．次氯酸钙溶液可与碳酸反应生成次氯酸12、检验Cl―时所用试剂稀HNO3的作用是（）
A．防止CO32―的干扰B．防止Cl―的干扰C．生成Ag2CO3沉淀D．防止NO3―的干扰13、为了防止吸入氯气中毒，可以用浸有某种物质水溶液的毛巾捂住鼻子，这种物质可以是A．NaOH B．Na2CO3C．NH3 D．NaCl
14、溴化碘（IBr）的化学性质跟卤素单质相似,它跟水反应的化学方程式为：IBr + H2O =HBr + HIO。

下列有关的叙述中，不正确的是（）
A．IBr是双原子分子B．在很多反应中，IBr是氧化剂
C．和NaOH反应能生成NaBr D．和H2O反应时，IBr既是氧化剂又是还原剂
15、向NaI和NaBr的混合溶液中通入足量的氯气，充分反应后将溶液蒸干，灼烧上述残留物，最后得到的物质是（）
A．NaCl、I2 B．NaCl、NaBr C．NaBr、I2D．NaCl
16、将下列物质分别滴加到干燥的有色布条上，不能使其褪色的是（）
A．新制的氯水B．液氯C．次氯酸钙溶液D．盐酸和次氯酸钠的混合溶液
17、下列反应不属于氧化还原反应的是（）
A．2F2 + 2H2O = 4HF + O2B．Cl2 + H2O = HCl + HclO
C．BrCl + H2O = HCl + HBrO D．2Cl2 + 2Ca(OH)2 = CaCl2 + Ca(ClO)2 + 2H2O
18、1820年德贝莱纳用MnO2催化KClO3分解制氧，发现制得氧气有异常的气味，使该气体通过KI淀粉溶液，溶液变蓝。

则该氧气中可能混有（）
A．Cl2B．Br2C．HCl D．CO2
19、为实现2000年消除碘缺乏病的目标,卫生部规定食盐必须加碘。

其中碘以碘酸钾（KIO3）形式存在。

已知在溶液中IO3－和I－可发生反应:IO3－和I－可发生反应：IO3－+5I－+6H+= 3I2+3H2O，根据此反应，可用食盐与日常生活中常见的物质进行实验，证明食盐中存在IO3－。

可选用的物质有：(1)自来水(2)红色石蕊试纸(3)碘化钾淀粉试纸(4)淀粉(5)食糖(6)食醋(7)白酒。

进行上述实验时必须使用的物质是()
A．（1）（3）B．（3）（6）C．（3）（4）（6）D．（1）（2）（4）（5）（7）20、甲、乙、丙三种溶液中各有一种X―（X―为Cl―、Br―、I―）离子，向甲中加入淀粉溶
液和氯水，溶液变为橙色，再加丙溶液，颜色无明显变化，则甲、乙、丙依次含有（）A．Br―、I―、Cl―B．Br―、Cl―、I―C．I―、Br―、Cl―D．Cl―、I―、Br―
【强化练习】
1、氯化碘（ICl）的化学性质跟氯气相似，预计它跟水反应的生成物是（1998年全国高考题）
A.HI和HClO
B.HCl和HIO
C.HClO3和HIO
D.HClO和HIO
2、下列物质在空气中久置变质，在变质过程中，既有氧化还原反应发生，又有非氧化还原反应发生的是（1997年高考化学试测题）
A.食盐
B.漂白粉
C.氯水
D.硫酸亚铁溶液
3、将1体积选项中的一种气体与10体积O2混合后，依次通过盛有足量浓NaOH溶液的洗气瓶和盛有足量的热铜屑的管子(假设反应都进行完全)，最后得到的尾气可以是（1996年全国高考题）
A.Cl2
B.CO
C.CO2
D.N2
4、为实现中国2000年消除碘缺乏病的目标，卫生部规定食盐必须加碘,，其中的碘以碘酸钾(KIO3)形式存在。

已知在溶液中IO3-可和I-发生反应：IO3-+5I-+6H+=3I2+2H2O。

根据此反应，可用试纸和一些生活中常见的物质进行实验，证明在食盐中存在IO3-。

可供选用的物质有：①自来水；②蓝色石蕊试纸；③碘化钾淀粉试纸；④淀粉；⑤食糖；⑥食醋；⑦白酒。

进行上述实验时必须使用的物质是（1997年全国高考题）
A.①③
B.③⑥
C.②④⑥
D.①②④⑤⑦
5、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，则溶液变橙色，再加丙溶液，颜色无明显变化。

则甲、乙、丙依次含有（1991年全国高考题）
A.Br-、Cl-、I-
B.Br-、I-、Cl-
C.I-、Br-、Cl-
D.Cl-、I-、Br-
6、冰箱致冷剂氟氯甲烷在高空中受紫外线辐射产生Cl原子，并进行下列反应：Cl+O3→ClO+O2，ClO+O→Cl+O2。

下列说法不正确的是（1998年上海高考题）
A.反应后将O3转化为O2
B.Cl原子是总反应的催化剂
C.氟氯甲烷是总反应催化剂
D.Cl原子反复起分解O3的作用
7、某温度下，将Cl2通入NaOH溶液中,反应得到NaCl、NaClO、NaClO3的混合液，经测定ClO-和ClO3-的浓度之比为1:3，则Cl2与NaOH反应时,被还原的氯元素与被氧化的氯元素物质的量之比为（1999年全国高考题）
A.21:5
B.11:3
C.3:1
D.4:1
8、KClO3和浓盐酸在一定温度下反应会生成绿黄色的易爆物二氧化氯.其变化可表述为: KClO3+ HCl(浓)== KCl+ ClO2↑+ Cl2↑+
(1)请完成该化学方程式并配平(未知物化学式和化学计量数填入框内)
(2)浓盐酸在反应中显示出来的性质是 (填写编号,多选倒扣分)
①只有还原性②还原性和酸性③只有氧化性④氧化性和酸性
(3)ClO2具有很强的氧化性。

因此，常被用作消毒剂，其消毒效率(以单位质量得到的电子数表示)是Cl2的倍。

（2000年上海市高考题）
9、实验室可用氯气与金属铁反应制备无水三氯化铁,该化合物呈棕红色,易潮解,100℃左右时升华,下图是两个学生设计的实验装置,左边的反应装置相同,而右边的产物收集装置则不同,分别如(Ⅰ) (Ⅱ)所示:（2000年全国高考题）
(1)B 中反应的化学方程式为： 。

(2)D 中的反应开始前,需排除装置中的空气,应采取的方法
是: 。

(3)D 中反应的化学方程式为： 。

(4)装置(Ⅰ)的主要缺点是： 。

(5)装置(Ⅱ)的主要缺点是： ，如果选用此装置来完成实验,则必须采取的改进措施是： 。

思路方法：此题综合了氯气的性质、制法，三氯化铁的性质和制取，化学实验操作及实验装置等问题。

此题中涉及的制取氯气和三氯化铁的原理比较简单，排除装置中空气的方法属常识性操作，（1）、（2）、（3）问容易作答。

只要根据题给信息，对装置（Ⅰ）、（Ⅱ）的不同部分进行对比分析，答案就在（Ⅰ）、（Ⅱ）两图中，（4）、（5）问即可得解。

1．装置（Ⅰ）中三氯化铁由D 进入E 是通过细玻璃管，而装置（Ⅱ）D 直接插入E 中，此二法那一种更好呢？根据题给信息，三氯化铁在100℃左右升华，D 管生成的三氯化铁已是蒸气，温度降低即凝结成固体颗粒，细玻璃管就会被堵塞，此为装置（Ⅰ）的缺点之一。

2．装置（Ⅱ）中E 下边有一盛有NaOH 溶液的洗气瓶。

NaOH 溶液的作用是什么呢？联想到氯气是有毒气体，实验时的尾气排入空气前必须用NaOH 溶液来吸收，而装置（Ⅰ）中没有，此为装置（Ⅰ）的缺点之二。

3．装置（Ⅰ）中E 右边连有盛浓H 2SO 4的洗气瓶，而装置（Ⅱ）中没有。

浓H 2SO 4在此起什么作用呢？根据题目所给信息，三氯化铁易潮解，要制得无水三氯化铁，必须在制取三氯化铁装置前后都要设计干燥装置（这点原题D 管前已经设计出此信息）。

装置（Ⅱ）未这样设计即为缺点，需在E 、F 之间连接干燥装置。

答案：（1）4HCl+MnO 2 MnO 2+Cl 2↑+2H 2O ；（2）B 中的反应进行一段时间后,看
到黄绿色气体充满装置，再开始加热D ；（3）2Fe+3Cl 2 2FeCl 3；4）导管易被新产品
堵塞，尾气排入空气,易造成环境污染；（5）产品易受潮解，在E 和F 之间连接装有干燥剂的装置（其他既能防止产品潮解又能防止尾气污染环境的合理答案均给分）
10、向橙色的溴水中撒入足量的锌粉，充分振荡后过滤，溶液呈 色，原因是 。

若向滤液中加入适量的氯水后，溶液是 色，原因用离子方程式表示为 。

若向此滤液中加入适量的硝酸银溶液，溶液中有 生成，原因用离子方程式可表示为 。

无 22ZnBr Br Zn =+ 橙 2222Br Cl Br Cl +=+-- 浅黄色沉淀
↓=+-+AgBr Br Ag
11、化工生产盐酸的主要生产过程是：盐酸气溶于水点燃−−−→−−−→−⎥⎦
⎤HCl Cl H 22。

其中关键的一步为下图所示的2Cl 和2H 在燃烧管口燃烧生成HCl 。

2Cl 有毒，因此
△ △
A 处通2H ，
B 12闪烁的红光出现。

这是因为通气后混合液中产生的-
ClO 被22O H 还原，发生激烈反应，产生能量较高的氧分子，它立即转变为普通氧分子，将多余的能量以红光放出。

进行此实验，所用的仪器及导管如图4—9所示。

根据要求填写下列空白。

图4—9
（1）组装氯气发生器时，应选用的仪器及导管（填写编号）是 。

（2）实验进行中，按气流方向从左到右的顺序，气体流经的各仪器及导管的编号依次是 。

（3）仪器①的橡皮塞上应有 个孔，原因是 。

（4）实验时，仪器①中除观察到红光外还有 现象。

（5）实验需用约10%22O H 溶液100mL ，现用市售30%（密度近似为3/1cm g ）22O H 来配制，其具体配制方法是 。

（6）实验时仪器①中-ClO 与22O H 反应的离子方程式是 。

（1）③②⑤ （2）②⑤⑥④①
（3）2；使瓶内外压强相等（4）冒气泡
（5）用量筒量取%3033mL 22O H 溶液加入烧杯中，再加入76mL 水（或加水稀释至100mL ），搅拌均匀。

（6）O H O Cl O H ClO 2222+↑+=+--。