江蘇 陳金寶 張 靜

鹵素特性的探索

江蘇 陳金寶 張 靜

鹵素是非金屬元素的代表，在高考考綱中有明確要求，在歷年高考中占有重要地位。就近年各地高考試題看，除了考查鹵素常見的性質(zhì)及制備知識外，還常以信息的形式或生活常識的形式考查鹵素的特性。下面筆者就鹵素的一些特性，結(jié)合例題與大家共同探討一下高考中會遇到的一些問題。

一、氟的特性和考查

①單質(zhì)氧化性最強(qiáng)。

②F元素?zé)o正價(jià)，氟無含氧酸。

③AgF溶于水，CaF2難溶。

④HF水溶液呈弱酸性，而HCl，HBr，HI水溶液為強(qiáng)酸性，HF在HX中沸點(diǎn)最高。

⑤HF酸腐蝕玻璃，可存于塑料容器或鉛制容器中。

例1：工業(yè)上利用H2SiF6溶液制備BaF2，同時(shí)可得到副產(chǎn)品SiO2，其工藝如下：

（1）焙燒的氣體產(chǎn)物能恰好完全反應(yīng)生成物質(zhì)A，則A的化學(xué)式為___________________________________________。

（2）氨解反應(yīng)為放熱反應(yīng)，且反應(yīng)能進(jìn)行完全。該反應(yīng)需降溫冷卻的原因?yàn)開_______、________。

（3）熱解的另一產(chǎn)物是含兩種元素的氣體，該氣體水解的化學(xué)方程式是______________________________________。

（4）SiO2可用于制作________，該物質(zhì)在信息傳輸中具有重要應(yīng)用。

（5）為保持該過程的持續(xù)循環(huán)，每生成1mol BaF2，理論上需補(bǔ)充原料H2SiF6_______________mol。

【解析】解答本題必須分清流程中每一個反應(yīng)，從流程圖和已知看，突圍點(diǎn)在“焙燒”處（NH4）2SiF6與BaCO3反應(yīng)。在H2SiF6溶液中加入A生成二氧化碳和（NH4）2SiF6晶體，生成的NH3、CO2、H2O又能恰好完全反應(yīng)生成物質(zhì)A，所以A是碳酸銨，可進(jìn)行循環(huán)利用，進(jìn)行熱解生成BaF2和另一產(chǎn)物是含兩種元素的氣體應(yīng)為SiF4，水解可得H2SiF6和SiO2，H2SiF6可循環(huán)利用。

（1）A的化學(xué)式為（NH4）2CO3。

（2）氨解反應(yīng)需降溫冷卻的原因?yàn)椋∟H4）2CO3受熱易分解、減?。∟H4）2SiF6晶體的溶解度。

（3）熱解的另一產(chǎn)物是含兩種元素的氣體為SiF4，SiF4水解的化學(xué)方程式是3SiF4＋2H2OH2SiF6＋SiO2。

（4）SiO2可用于制作光導(dǎo)纖維。

二、氯的特性和考查

①HClO4是酸性最強(qiáng)含氧酸。

②凡能生成次氯酸的物質(zhì)均有強(qiáng)氧化性［如Cl2水、NaClO、Ca（ClO）2］。

例2：下列實(shí)驗(yàn)操作正確的是（ ）

A．用裝置甲可以制備氯氣

B．用裝置乙分離泥沙中的碘單質(zhì)

C．向碘酒中加入CCl4，靜置后分液，可以分離碘酒中的碘

D．用玻璃棒蘸取NaClO溶液點(diǎn)在pH試紙上，測定溶液的pH

【解析】二氧化錳和濃鹽酸反應(yīng)制備氯氣要加熱，A錯誤；利用I2的特性升華，B正確；四氯化碳與酒精都是有機(jī)溶劑，相互溶解，C錯誤，次氯酸根會與二氧化碳反應(yīng)生成次氯酸具有漂白性，不能測其pH，D錯誤。

例3：電解飽和食鹽水所得溶液經(jīng)多次循環(huán)使用后，ClO－、ClO含量會增加。

已知：Ⅰ．NaHCO3固體50℃開始分解，在溶液中分解溫度更低。

Ⅱ．堿性條件下，ClO－有強(qiáng)氧化性，ClO性質(zhì)穩(wěn)定。

（1）氯酸鹽產(chǎn)生的原因可表示為3ClO－2Cl－＋ClO，該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為________。

（2）測定電解鹽水中ClO－3含量的實(shí)驗(yàn)如下：

步驟1：量取鹽水樣品V mL，調(diào)節(jié)pH至9～10，再稀釋至500mL。

步驟2：取10．00mL稀釋后的試液，滴加5%的雙氧水，至不再產(chǎn)生氣泡。

步驟3：加入飽和NaHCO3溶液20mL，煮沸。

步驟4：冷卻，加足量稀硫酸酸化。

步驟5：加入amol·L－1FeSO4溶液V1mL（過量），以如圖所示裝置煮沸。

步驟6：冷卻，用c mol·L－1KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)，消耗KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液V2mL。

①稀釋時(shí)用到的玻璃儀器有燒杯、膠頭滴管、_______。

②步驟2用雙氧水除去鹽水中殘留ClO－的離子方程式為________，還原劑不用Na2SO3的原因?yàn)開_______。

③與步驟5中通N2目的相同的實(shí)驗(yàn)是________（填寫步驟號）。

⑤為提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精確度，還需補(bǔ)充的實(shí)驗(yàn)是________。

【解析】（1）由離子方程式3ClO－2Cl－＋ClO可知，該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為

（2）①量取鹽水樣品V mL，調(diào)節(jié)pH至9～10，再稀釋至500mL，是配制500ml溶液，根據(jù)一定物質(zhì)的量濃度溶液的配置，用到的玻璃儀器有燒杯、膠頭滴管、500mL容量瓶、玻璃棒，答案為500mL容量瓶、玻璃棒。②次氯酸根離子有很強(qiáng)的氧化性，所以過氧化物被氧化生成氧氣，步驟2用雙氧水除去鹽水中殘留ClO－的離子方程式為ClO－＋H2O2Cl－＋H2O＋O2↑，亞硫酸鈉具有較強(qiáng)的還原性，殘留物會與氧化劑反應(yīng)，造成實(shí)驗(yàn)誤差。③通入氮?dú)夥乐箒嗚F離子被空氣中的氧氣氧化，趕凈裝置中的空氣，分析步驟可知，步驟3中需要排凈裝置空氣，避免干擾測定結(jié)果。④Fe2＋是常見的還原劑，酸性下，ClO被Fe2＋還原為Cl－，反應(yīng)的離子方程式為ClO＋6Fe2＋＋6H＋6Fe3＋＋3H2O＋Cl－，用c mol·L－1KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)，消耗KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液V2mL，是高錳酸鉀氧化剩余亞鐵離子，依據(jù)反應(yīng)的離子方程式定量關(guān)系計(jì)算：

據(jù)此結(jié)合離子方程式定量關(guān)系計(jì)算還原的ClO－3離子的物質(zhì)的量，

⑤為提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精確度，需要重復(fù)幾次試驗(yàn)使測定結(jié)果更準(zhǔn)確，為提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精確度，還需補(bǔ)充的實(shí)驗(yàn)是將實(shí)驗(yàn)步驟1～6重復(fù)2次或不加鹽水樣品，保持其他條件相同，進(jìn)行空白實(shí)驗(yàn)。

三、溴的特性和考查

①溴為深紅棕色液體，常溫下唯一的液態(tài)非金屬單質(zhì)，易揮發(fā)；保存液溴要密閉，冷暗處，液（水）封。

②腐蝕皮膚、橡膠，用玻璃塞。

③AgBr見光分解用于照相術(shù)。

④HBr能被濃硫酸氧化，用P2O5干燥。

例4：工業(yè)上以濃縮海水為原料提取溴的部分流程如下：

已知：Br2常溫下呈液態(tài)，易揮發(fā)，有毒；3Br2＋3CO5Br－＋BrO＋3CO2。

（1）上述流程中，步驟①～③的目的是________。

（2）反應(yīng)釜2中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為________。

（3）實(shí)驗(yàn)室使用下圖所示裝置模擬上述過程。A裝置中先通入Cl2一段時(shí)間后，再通入熱空氣。通入熱空氣的目的是________；B裝置中導(dǎo)管D的作用是________；C裝置中溶液X為。

（4）對反應(yīng)后燒瓶B中的溶液進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)，請補(bǔ)充完整相關(guān)實(shí)驗(yàn)步驟。

限選用的試劑為：稀硫酸、四氯化碳、澄清石灰水。

提取反應(yīng)后燒瓶B溶液中的溴單質(zhì)。

向燒瓶B中加入過量的稀硫酸酸化；_______________。

（2）從流程看3Br2＋3CO5Br－＋BrO＋3CO2在反應(yīng)釜2之前，反應(yīng)釜2之后又產(chǎn)生Br2，所以反應(yīng)釜2中加入稀硫酸只是在酸性條件下Br－與BrO歸中反應(yīng)，即5Br－＋BrO＋6H＋3Br2＋3H2O。

（3）溴常溫下液體，易揮發(fā)性，所以熱空氣是將液溴帶出，D管是常見的平衡氣壓導(dǎo)管，溴有毒最后一定要尾氣處理，用堿液。

（4）利用溴的易揮發(fā)或溴在CCl4特殊的橙紅色可以判斷。

【答案】（1）使海水中的溴元素富集

（2）5Br－＋BrO＋6H＋3Br2＋3HO2

（3）使A中的Br2進(jìn)入B瓶中 平衡氣壓 氫氧化鈉溶液或碳酸鈉溶液

（4）將酸化后的溶液加入蒸餾燒瓶中進(jìn)行蒸餾，得到溴；或用四氯化碳進(jìn)行萃取并分液后蒸餾

四、碘的特性和考查

①紫黑色固體，易升華（保存需密閉，冷暗處）。

②遇淀粉變藍(lán)（KI－淀粉試紙檢驗(yàn)Cl2的存在）。

③HI有較強(qiáng)還原性，不能用濃硫酸干燥。

④AgI用于人工降雨。

⑤I2＋FeFeI2，I2＋2Cu2CuI。

例5：工業(yè)上用碘酸鹽（碘酸為強(qiáng)酸）制備高碘酸（H5IO6，屬于弱酸），并用高碘酸在酸性介質(zhì)中氧化Mn2＋生成MnO，其流程如下圖所示：

（1）反應(yīng)Ⅰ是將碘酸鈉氧化為不溶于水的Na2H3IO6，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為________。

反應(yīng)Ⅱ得到的是不溶于水的黑色Ag5IO6，過濾Ⅱ的濾液呈________（填“酸”“堿”或“中”）性。

（2）無色氣體的名稱為________。白色濾渣的化學(xué)式為________。

（3）工業(yè)上為降低成本，減少對環(huán)境的污染，整個流程需要控制加入氯氣和硝酸銀的物質(zhì)的量之比為n（Cl2）∶n（AgNO3）＝________。

（4）氧化Mn2＋過程中，消耗1mol H5IO6時(shí)，轉(zhuǎn)移2mol電子，則該反應(yīng)的離子方程式為________。

【解析】由題目中的流程可以看出（1）碘酸鈉與氯氣和NaOH溶液反應(yīng)生成不溶于水的Na2H3IO6，氯氣被還原為NaCl，3NaOH＋Cl2＋NaIO3Na2H3IO6＋2NaCl；又問反應(yīng)Ⅱ得到的是不溶于水的黑色Ag5IO6，所以是Na2H3IO6和AgNO3反應(yīng)，反應(yīng)中同時(shí)生成HNO3，所以呈酸性。

（2）因?yàn)锳g5IO6與氯氣、水反應(yīng)，氯氣是氧化劑，在Ag5IO6和水中失電子的元素只可能是氧元素，所以為氧氣，同時(shí)產(chǎn)生氯化銀白色沉淀。

（3）整個流程需要控制加入氯氣和硝酸銀的物質(zhì)的量，從流程中看出反應(yīng)Ⅰ和Ⅲ消耗氯氣，反應(yīng)Ⅱ消耗硝酸銀，由（1）的方程式1mol Cl2產(chǎn)生1mol Na2H3IO6，1mol Na2H3IO6消耗5mol AgNO3轉(zhuǎn)化為1mol Ag5IO6，而1mol Ag5IO6消耗2．5mol Cl2生成5mol AgCl，所以n（Cl2）∶n（AgNO3）＝3．5mol∶5mol＝7∶10。

（4）氧化Mn2＋過程中，消耗1mol H5IO6時(shí)，轉(zhuǎn)移2mol電子，說明H5IO6轉(zhuǎn)化為碘酸，則該反應(yīng)的離子方程式為2Mn2＋＋5H5IO62MnO＋5IO＋11H＋＋7H2O。

【答案】（1）3NaOH＋Cl2＋NaIO3Na2H3IO6＋2NaCl 酸

（2）氧氣 AgCl

（3）7∶10

（4）2Mn2＋＋5H5IO62MnO＋5IO＋11H＋＋7H2O

（作者單位：江蘇省沭陽縣高級中學(xué)江蘇省沭陽縣正德中學(xué)）