02:氯的氧化物和含氧酸及盐专题练习--含答案
元素化学02:氯的氧化物和含氧酸及盐专题练习
(时间:2.5 小时 满分:100 分)
第一题(27 分)ClO 2 是氯的最重要氧化物
世界环保联盟将全面禁止在自来水中加氯,取而代之的是安全高效的杀菌消毒剂ClO 2。ClO 2 是一种黄绿色,有刺激性气味的气体,熔点:-59℃,沸点:11.0℃。
1.干燥的ClO 2 分解中可生成Cl 2O ,后者可进一步分解为单质。经测定:ClO 2 分子中Cl -O 键长为147pm ,Cl 2O 分子中的Cl -O 键长为170pm (与正常的单键是一致);键能D(Cl-O) =209kJ/mol、D(Cl-Cl) =243kJ/mol、D(O2) =499kJ/mol。
(1)从结构上解释Cl -O 长短不同的原因。
(2)比较Cl 2O 与ClO 2 的键角大小,并解释。
(3)说明为什么Cl 2O 分子能够自动地分解为单质。
2.ClO 2 是含单电子的物质分子,应具有二聚倾向。但经测定它在气态、液态和固态均无二聚的作用。何故?
3.ClO 2 为高效低毒的消毒剂,其消毒的效率是等物质的量的Cl 2 的多少倍。
4.化学史上,从ClO 2 的制备到确定其化学式,经历了近百年。
(1)1797 年Hoyle 在用浓H 2SO 4 和氯酸钾反应时得到一种具有爆炸性的黄色气体(ClO 2)。写出反应方程式。
(2)1851 年Davy 使2 体积上述黄色气体完全分解,产物为3 体积气体,其中氧和氯体积比为2∶1。为什么Davy 未能由此导出黄色气体的分子式为ClO 2 呢?
(3)1882 年,Pebal 测得黄色气体的密度后,确定其组成为ClO 2。他是如何确定的?他得出结论的前提条件是什么?
5.少量的ClO 2 可用饱和草酸(H 2C 2O 4)溶液与KClO 3 粉末在60℃时反应制得。
(1)画出实验装置(制备、收集、尾气处理)简图。
(2)写出制备和尾气处理中的反应方程式
(3)非典期间有的科研单位自行制备ClO 2 作为消毒杀菌试剂,为什么用该方法而不用氯酸钾与浓硫酸反应?
6.ClO 2 还有多种制备方法
(1)ClO 2 也可由KClO 3 在H 2SO 4 存在下与甲醇反应制备。写出化学反应方程式。
(2)欧洲一些国家用NaClO 3 氧化浓盐酸来制取ClO 2,同时有Cl 2 生成,且Cl 2 的体积为ClO 2 的1/4。写出化学反应方程式。
(3)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(NaClO 2)的柱内制得ClO 2。写出化学反应方程式。
(4)和欧洲的方法相比,我国这一方法的主要优点是什么?
7.ClO 2 和O 3 反应可得到ClO 3,后者在强碱中将发生歧化反应。
(1)写出反应方程式。
(2)用离子形式表示ClO 3。
第二题(10 分)次氯酸的制备和性质
某化学兴趣小组利用饱和氯水与石灰石的反应,制取较浓的HClO 溶液:在试管中加入过量的块状碳酸钙,再加入约20mL 饱和氯水,充分反应,过滤。某学生观测到产生少量气泡。
1.该学生还能观察到什么现象?
2.解释实验现象,并写出反应方程式。
3.请你设计一个简单的实验方案,证明滤液中的HClO 浓度比饱和氯水中HClO 浓度大。
4.设计2 个实验证实滤液中除HClO 外的另一种溶质的成分,并写出实验现象。
5.有人写出了下反应:2NaOCl +CO 2+H 2O =Na 2CO 3+2HOCl ,以此说明碳酸和次氯酸的酸性强弱。你认为上述反应方程式能否准确说明酸性的强弱?为什么?
第三题(16 分)最重要的氯酸盐
KClO 3 是实验室一种重要的药品。
1.KClO 3 热分解是实验室制取氧气的一种方法。加热KClO 3 在不同条件下的热效应如下:
已知:①K(s)+1/2Cl2(g)=KCl(s) ΔH Θ(1)=-437kJ ·mol -1
②K(s)+1/2Cl2(g)+3/2O2(g)=KClO 3(s) ΔH Θ(2)=-398kJ ·mol -1
③K(s)+1/2Cl2(g)+2O 2(g)=KClO 4(s) ΔH Θ(3)=-433kJ ·mol -1
(1)指出吸热峰温度356、770℃时物质发生的变化;
(2)根据以上数据,写出上述两个体系对应的分解过程的热化学方程式。
2.1820 年德贝莱纳首次提出用MnO 2 催KClO 3 热分解的反应制备O 2。当时就知道气态产物有异常的气味,后来证明其中含有少量Cl 2、O 3 及微量ClO 2,测定气态产物O 2 中Cl 2、O 3含量的一种方法是:收集1.00L 干气体(标态),使之通过KI 溶液。通过溶液的气体经干燥后体积为0.98L 。溶液中的KI 被氧化成I 2,后者反应耗掉0.100mol/L Na2S 2O 3 溶液0.0267L 。
(1)气态产物中Cl 2、O 3 各占多少摩尔百分含量?
(2)气态产物经过KI 溶液前后,溶液的pH 值有无改变?说明原因(可以用方程式表示)。
3.取20g 混有MnO 2 的KClO 3,加热至恒重,在一定温度下,将残留的固体加入10g 水中有7.9g 固体未溶解,再加入5g 水,仍有5.3g 固体未溶,计算原混和物中可能含有的KClO 3
质量。
4.将1mol 的KClO 3 加热使其部分分解,分解率为α,然后向反应后的混合溶液中加入足量的浓硫酸并加热发生反应生成Cl 2。两步反应生成的O 2 与Cl 2 总物质的量为n mol。讨论当α取不同值时,n 与α的函数关系式。
5.KCl 和KClO 3 的溶解度(g/100g H2O ,0℃)分别为28.5 和3.3,简述以KCl 为原料制取KClO 3 的方法,写出有关化学方程式。
第四题(9 分)一种氯的含氧酸的推理
A 是一种强酸,其浓度超过40%,就会迅速分解,产生比它的酸性更强的酸B ,同时放出气体C 和D ,该气体经干燥后,平均分子量为47.6,所得气体通过80℃ NaOH 溶液,得到的产物中一种是A 的钠盐,同时还剩余一种可以使带火星的木条复燃的气体D 。
1.确定A 、B 、C 、D 各物质的化学式;
2.定量推算气体C 和D 的组成;
3.写出A 分解方程式并配平;
4.写出气体与湿润的淀粉-碘化钾试纸的反应方程式和现象;
5.写出将气体通过80℃NaOH 溶液时发生的反应方程式。
第五题(10 分)高氯酸和高氯酸铵
高氯酸铵(AP )作为一种优良的固体推进剂被用于导弹和火箭发射上。传统制备高纯AP 的方法是电解氯酸钠水溶液得到高氯酸钠,再与氯化铵进行复分解反应,经重结晶得到粗AP 产品后,经多步精制、提纯得到高纯AP 。Olin 公司新近研究了一种制备高纯AP 的新工艺,其基本方法是电解高纯次氯酸得到高纯高氯酸,再与高纯氯进行喷雾反应制成高氯酸铵。
1.纯HClO 4 是一种不导电的液体,而当固体HClO 4·H 2O 熔化时其具有导电性。
(1)写出HClO 4 和HClO 4·H 2O 分子的可能点电子结构图;
(2)解释HClO 4 和HClO 4·H 2O 在导电性上差异的原因。
2.写出由次氯酸电解制备高氯酸的电极反应和电池反应方程式;
3.若以100A 电流通电于次氯酸溶液20.0h ,阴极放出H 2:40.0g 。
(1)计算可得多少质量的高氯酸;
(2)计算此过程的电流效率。
4.与传统工艺相比,你认为新工艺有哪些优点。
第六题(8 分)常用的2 种消毒液
某人买了两瓶消毒液,不小心将两种液体混在一起,结果剧烈反应,产生大量有色气体而使人中毒。收集产生的气体,通入NaOH 溶液中,气体仅部分吸收,剩余无色气体。用pH 试纸测量2 瓶消毒液:甲瓶中消毒液pH =12,乙瓶中消毒液pH =2,且都能很快使pH 试纸变白。
1.写出2 瓶消毒液的主要成分;
2.写出制备这2 种消毒液的化学方程式;
3.写出这2 种消毒液间反应的化学方程式。
第七题(11 分)推理一种常见氯的氧化物
某微绿色气体A 是某常见酸的酸酐,由短周期2 种元素组成。若将标准状况下该气体20.00mL 溶入足量的KI 溶液(假设反应完全进行),再用0.1000mol/L 的Na 2S 2O 3 标准溶液滴定生成的I 2,消耗35.70mL 。该气体加热会爆炸性分解为B 和C ,将B 溶于水可生成D ,A 溶于水也可得到D ,D 为弱酸性物质,具有强氧化性。气体A 在液态空气中与NH 3 反应生成一种常温下为固体的E ,一种常温下为气体的F 和水。
1.请写出从A ~D 的化学式:
2.以气体B 为原料,通过两种制备气体A :
(1)气体B 通过浓Na 2CO 3 溶液可制备A ,请写出化学方程式。
(2)气体B 与干燥的氧化汞反应生成A 和碱式氯化汞,请写出化学方程式。
(3)这两个反应有何相似之处,请说明。
3.写出气体A 在液态空气中与NH 3 反应的化学方程式。
第八题(9 分)推理一种新型氯的氧化物
美国和欧洲的科学家合作,在同温层发现破坏臭氧的X 气体。一定条件下分解X 气体,可以得到相同条件下2 倍其体积的两种双原子单质气体。17.15mg 的X 气体被0.080mol/L 的酸性(NH4) 2Fe(SO4) 2 溶液35.00mL 吸收,过量的Fe 2+需要被18.00mL 0.020mol/L 的酸性KMnO 4溶液滴定。
1.通过计算和讨论,确定X 的化学式;
2.写出X 的Lewis 结构式,X 分子中全部原子是否共平面?
3.写出酸性(NH4) 2Fe(SO4) 2 溶液吸收X 的离子反应方程式
《氯的氧化物和含氧酸》知识要点
一、氯的氧化物
(1)Cl 2O :黄红色气体,Cl 2 和干燥HgO 反应制备;
(2)ClO 2:制备:①氯酸盐遇浓硫酸歧化;②酸性条件下用SO 2、草酸还原氯酸盐
性质:混合酸酐,在碱中歧化
用途:漂白剂、高效氧化剂、净水剂
(3)Cl 2O 7:无色挥发液体、HClO 4 在P 2O 5 脱水下得到
二、氯的含氧酸
(1)四种酸:高、正、亚、次。氧化性:低价>高价;酸性:低价<高价
(2)HClO :有强氧化性和漂白性,不稳定易放出O 2;
制备:Cl 2 通入CaCO 3 悬浊液;电解冷冻NaCl 溶液
(3)HClO 3:强酸,加热分解得到HClO 4、Cl 2、O 2
制备:Ba(ClO3) 2 与H 2SO 4 反应后减压浓缩;电解热的NaCl 溶液
(4)HClO 4:中学常用的最强酸,电解HClO 3 制备
三、氯的含氧酸盐
(1)KClO 3:加热歧化,催化下释放O 2;
(2)高氯酸盐:K +、NH 4+、Rb +、Cs +:r ↑,S ↓
四、几个名词解释
1.二氧化氯(chlorine dioxided) 化学式ClO 2。。室温时为红黄色气体,具有与氯、硝酸相似的刺激性气味;液态时呈红棕色;固态系红黄色晶体。有毒!具腐蚀性。气体密度3.09(11℃),液体比重1.642(0℃)。熔点-59.5℃,沸点10℃。溶于水同时水解为亚氯酸和氯酸,溶于碱溶液生成亚氯酸盐和氯酸盐。对热不稳定,分解为氯和氧。用二氧化碳稀释后在85℃以下稳定。见光分解,生成氯、氧及三氧化氯,氯化物起催化分解作用。能被硫酸溶液吸收。具强氧化性,加热或与有机物作用引起爆炸。由氯酸钾与硫酸或氯与亚氯酸钠作用制得。用作氧化剂、漂白剂、杀菌剂、脱臭剂等。
2.次氯酸(hypochlorous acid)化学式:HClO 。仅存在于水溶液中。绿黄色。极不稳定,见光易分解成氢氯酸和氧气。弱酸,电离常数K =3.2×10-8(25℃)。最高浓度为25%,保持-20℃可贮存数天。氯与氧化汞的悬浊液在低压下蒸馏可得2.5%的次氯酸溶液。为强氧化剂,具有漂白和消毒作用。通常所用的漂白粉就含有次氯酸钙。
3.次氯酸钙(Caicium hyppochlorite):化学式Ca(OCl)2。白色晶体。不吸湿。遇水或醇分解放出氯。加热至100℃分解。比重2.35。将氯气通入石灰浆,沉淀出次氯酸钙二水合物,再经真空干燥而得。工业品含有效氯约70%,较高纯度产品可达90%以上,但不能制得纯品。用作漂白剂、氧化剂、消毒剂和去臭剂等。
4.次氯酸钠(sodium hypochlorite):化学式NaOCl 。白色粉末。在空气中极不稳定,受热或与有机物接触容易引起爆炸。与氢氧化钠混合可使之稳定。溶于冷水,热水使之分解。水溶液里碱性,会逐渐分解产生不稳定的次氯酸,进一步分解生成新生态氧。遇光或受热,则加速分解。为强氧化剂,通常以溶液状态贮存和应用。工业品为无色或淡黄色的液体。俗称漂白粉水。有腐蚀性。由氯气缓慢通入冷的氧化钠溶液(小于30%)中,也可用纯碱或硫酸钠与漂白粉发生复分解反应而制得。次氯酸钠可有一水合物、五水合物等固体。用于漂白纸浆、织物等,也用作氧化剂和水的净化剂。
5.亚氯酸钠(sodium chlorite):化学式NaClO 2。白色晶体或结晶粉末。稍有吸湿性。加热到180~200℃则分解。溶于水。碱性溶液对光稳定,酸性溶液光照则猛烈分解,放出ClO 2。为强氧化剂,与有机物接触会引起爆炸。可由无机过氧化物(如过氧化氢、过氧化钠等)还原ClO 2 而得。用于纸浆、各种纤维、糖、面粉、蜡、油脂等的漂白,以及皮革工业中原皮的脱毛、饮水净化和污水处理等。也用作氧化剂和试剂。
6.氯酸(chloric acid)化学式HClO 3。仅存在于溶液中,稀溶液无色无味。最高浓度为40%,浅黄色,有刺激性气味,比重1.282,不稳定,加热至40℃即分解并发生爆炸,低压蒸浓则分解,放出氯和氧并形成高氯酸。具强氧化性和酸性,与有机物接触发生爆炸性反应。由氯酸钡和稀硫酸反应,滤去硫酸钡沉淀后即得。主要用作强氧化剂。
7.氯酸盐(chlorate ):含有氯酸根(ClO 3-)的盐类。最普通和典型的是氯酸钠(NaClO 3)和
氯酸钾(KClO 3)。一般为无色晶体。易溶于水,但氯酸钾的溶解度较小(20℃时100 毫升水中仅能溶解7.1 克)。为强氧化剂。加热超过熔点时,分解并释放出氧气,同时放热。与易燃物碳、磷、硫等混合后或撞击时会剧烈爆炸。故应避免与还原性物质或有机物堆放在一起。由电解热的氧化物(如钠盐、钾盐等)溶液制得。主要用于火柴、印染等工业和制造焰火等,也用作除草剂。
8.氯酸钾(potassium chlorate):化学式KClO 3。有毒!无色透明有光泽的晶体或白色粉末。味咸而凉。比重2.32。熔点356℃。400℃分解放出氧气。溶于水,溶解度随温度升高而急剧上升,溶于甘油,难溶于乙醇。有催化剂(如MnO 2)存在时,较低温度即可分解而放出氧。在酸性溶液中,有强氧化作用,中性或碱性溶液中无此作用。与碳、硫、磷、有机物或可燃物的混合物及受到撞击,皆易发生燃烧和爆炸。由电解热的浓氯化钾碱性溶液,也可由氯酸钠或氯酸钙与氯化钾在溶液中进行复分解而得。广泛用于制火柴、雷管、炸药、烟火、医药、消毒剂、除草剂,以及用于印染、漂白、染料等方面。
9.七氧化二氯(chlorine hetpoxlde)化学式:Cl 2O 7。无色易挥发的油状液体。比重1.86(0℃)。熔点-91.5℃。沸点