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