卤素特性的探索

江苏 陈金宝 张 静

卤素特性的探索

江苏 陈金宝 张 静

卤素是非金属元素的代表，在高考考纲中有明确要求，在历年高考中占有重要地位。就近年各地高考试题看，除了考查卤素常见的性质及制备知识外，还常以信息的形式或生活常识的形式考查卤素的特性。下面笔者就卤素的一些特性，结合例题与大家共同探讨一下高考中会遇到的一些问题。

一、氟的特性和考查

①单质氧化性最强。

②F元素无正价，氟无含氧酸。

③AgF溶于水，CaF2难溶。

④HF水溶液呈弱酸性，而HCl，HBr，HI水溶液为强酸性，HF在HX中沸点最高。

⑤HF酸腐蚀玻璃，可存于塑料容器或铅制容器中。

例1：工业上利用H2SiF6溶液制备BaF2，同时可得到副产品SiO2，其工艺如下：

（1）焙烧的气体产物能恰好完全反应生成物质A，则A的化学式为___________________________________________。

（2）氨解反应为放热反应，且反应能进行完全。该反应需降温冷却的原因为________、________。

（3）热解的另一产物是含两种元素的气体，该气体水解的化学方程式是______________________________________。

（4）SiO2可用于制作________，该物质在信息传输中具有重要应用。

（5）为保持该过程的持续循环，每生成1mol BaF2，理论上需补充原料H2SiF6_______________mol。

【解析】解答本题必须分清流程中每一个反应，从流程图和已知看，突围点在“焙烧”处（NH4）2SiF6与BaCO3反应。在H2SiF6溶液中加入A生成二氧化碳和（NH4）2SiF6晶体，生成的NH3、CO2、H2O又能恰好完全反应生成物质A，所以A是碳酸铵，可进行循环利用，进行热解生成BaF2和另一产物是含两种元素的气体应为SiF4，水解可得H2SiF6和SiO2，H2SiF6可循环利用。

（1）A的化学式为（NH4）2CO3。

（2）氨解反应需降温冷却的原因为（NH4）2CO3受热易分解、减小（NH4）2SiF6晶体的溶解度。

（3）热解的另一产物是含两种元素的气体为SiF4，SiF4水解的化学方程式是3SiF4＋2H2OH2SiF6＋SiO2。

（4）SiO2可用于制作光导纤维。

二、氯的特性和考查

①HClO4是酸性最强含氧酸。

②凡能生成次氯酸的物质均有强氧化性［如Cl2水、NaClO、Ca（ClO）2］。

例2：下列实验操作正确的是（ ）

A．用装置甲可以制备氯气

B．用装置乙分离泥沙中的碘单质

C．向碘酒中加入CCl4，静置后分液，可以分离碘酒中的碘

D．用玻璃棒蘸取NaClO溶液点在pH试纸上，测定溶液的pH

【解析】二氧化锰和浓盐酸反应制备氯气要加热，A错误；利用I2的特性升华，B正确；四氯化碳与酒精都是有机溶剂，相互溶解，C错误，次氯酸根会与二氧化碳反应生成次氯酸具有漂白性，不能测其pH，D错误。

例3：电解饱和食盐水所得溶液经多次循环使用后，ClO－、ClO含量会增加。

已知：Ⅰ．NaHCO3固体50℃开始分解，在溶液中分解温度更低。

Ⅱ．碱性条件下，ClO－有强氧化性，ClO性质稳定。

（1）氯酸盐产生的原因可表示为3ClO－2Cl－＋ClO，该反应的平衡常数表达式为________。

（2）测定电解盐水中ClO－3含量的实验如下：

步骤1：量取盐水样品V mL，调节pH至9～10，再稀释至500mL。

步骤2：取10．00mL稀释后的试液，滴加5%的双氧水，至不再产生气泡。

步骤3：加入饱和NaHCO3溶液20mL，煮沸。

步骤4：冷却，加足量稀硫酸酸化。

步骤5：加入amol·L－1FeSO4溶液V1mL（过量），以如图所示装置煮沸。

步骤6：冷却，用c mol·L－1KMnO4标准溶液滴定至终点，消耗KMnO4标准溶液V2mL。

①稀释时用到的玻璃仪器有烧杯、胶头滴管、_______。

②步骤2用双氧水除去盐水中残留ClO－的离子方程式为________，还原剂不用Na2SO3的原因为________。

③与步骤5中通N2目的相同的实验是________（填写步骤号）。

⑤为提高实验结果的精确度，还需补充的实验是________。

【解析】（1）由离子方程式3ClO－2Cl－＋ClO可知，该反应的平衡常数表达式为

（2）①量取盐水样品V mL，调节pH至9～10，再稀释至500mL，是配制500ml溶液，根据一定物质的量浓度溶液的配置，用到的玻璃仪器有烧杯、胶头滴管、500mL容量瓶、玻璃棒，答案为500mL容量瓶、玻璃棒。②次氯酸根离子有很强的氧化性，所以过氧化物被氧化生成氧气，步骤2用双氧水除去盐水中残留ClO－的离子方程式为ClO－＋H2O2Cl－＋H2O＋O2↑，亚硫酸钠具有较强的还原性，残留物会与氧化剂反应，造成实验误差。③通入氮气防止亚铁离子被空气中的氧气氧化，赶净装置中的空气，分析步骤可知，步骤3中需要排净装置空气，避免干扰测定结果。④Fe2＋是常见的还原剂，酸性下，ClO被Fe2＋还原为Cl－，反应的离子方程式为ClO＋6Fe2＋＋6H＋6Fe3＋＋3H2O＋Cl－，用c mol·L－1KMnO4标准溶液滴定至终点，消耗KMnO4标准溶液V2mL，是高锰酸钾氧化剩余亚铁离子，依据反应的离子方程式定量关系计算：

据此结合离子方程式定量关系计算还原的ClO－3离子的物质的量，

⑤为提高实验结果的精确度，需要重复几次试验使测定结果更准确，为提高实验结果的精确度，还需补充的实验是将实验步骤1～6重复2次或不加盐水样品，保持其他条件相同，进行空白实验。

三、溴的特性和考查

①溴为深红棕色液体，常温下唯一的液态非金属单质，易挥发；保存液溴要密闭，冷暗处，液（水）封。

②腐蚀皮肤、橡胶，用玻璃塞。

③AgBr见光分解用于照相术。

④HBr能被浓硫酸氧化，用P2O5干燥。

例4：工业上以浓缩海水为原料提取溴的部分流程如下：

已知：Br2常温下呈液态，易挥发，有毒；3Br2＋3CO5Br－＋BrO＋3CO2。

（1）上述流程中，步骤①～③的目的是________。

（2）反应釜2中发生反应的离子方程式为________。

（3）实验室使用下图所示装置模拟上述过程。A装置中先通入Cl2一段时间后，再通入热空气。通入热空气的目的是________；B装置中导管D的作用是________；C装置中溶液X为。

（4）对反应后烧瓶B中的溶液进行如下实验，请补充完整相关实验步骤。

限选用的试剂为：稀硫酸、四氯化碳、澄清石灰水。

提取反应后烧瓶B溶液中的溴单质。

向烧瓶B中加入过量的稀硫酸酸化；_______________。

（2）从流程看3Br2＋3CO5Br－＋BrO＋3CO2在反应釜2之前，反应釜2之后又产生Br2，所以反应釜2中加入稀硫酸只是在酸性条件下Br－与BrO归中反应，即5Br－＋BrO＋6H＋3Br2＋3H2O。

（3）溴常温下液体，易挥发性，所以热空气是将液溴带出，D管是常见的平衡气压导管，溴有毒最后一定要尾气处理，用碱液。

（4）利用溴的易挥发或溴在CCl4特殊的橙红色可以判断。

【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进入B瓶中 平衡气压 氢氧化钠溶液或碳酸钠溶液

（4）将酸化后的溶液加入蒸馏烧瓶中进行蒸馏，得到溴；或用四氯化碳进行萃取并分液后蒸馏

四、碘的特性和考查

①紫黑色固体，易升华（保存需密闭，冷暗处）。

②遇淀粉变蓝（KI－淀粉试纸检验Cl2的存在）。

③HI有较强还原性，不能用浓硫酸干燥。

④AgI用于人工降雨。

⑤I2＋FeFeI2，I2＋2Cu2CuI。

例5：工业上用碘酸盐（碘酸为强酸）制备高碘酸（H5IO6，属于弱酸），并用高碘酸在酸性介质中氧化Mn2＋生成MnO，其流程如下图所示：

（1）反应Ⅰ是将碘酸钠氧化为不溶于水的Na2H3IO6，该反应的化学方程式为________。

反应Ⅱ得到的是不溶于水的黑色Ag5IO6，过滤Ⅱ的滤液呈________（填“酸”“碱”或“中”）性。

（2）无色气体的名称为________。白色滤渣的化学式为________。

（3）工业上为降低成本，减少对环境的污染，整个流程需要控制加入氯气和硝酸银的物质的量之比为n（Cl2）∶n（AgNO3）＝________。

（4）氧化Mn2＋过程中，消耗1mol H5IO6时，转移2mol电子，则该反应的离子方程式为________。

【解析】由题目中的流程可以看出（1）碘酸钠与氯气和NaOH溶液反应生成不溶于水的Na2H3IO6，氯气被还原为NaCl，3NaOH＋Cl2＋NaIO3Na2H3IO6＋2NaCl；又问反应Ⅱ得到的是不溶于水的黑色Ag5IO6，所以是Na2H3IO6和AgNO3反应，反应中同时生成HNO3，所以呈酸性。

（2）因为Ag5IO6与氯气、水反应，氯气是氧化剂，在Ag5IO6和水中失电子的元素只可能是氧元素，所以为氧气，同时产生氯化银白色沉淀。

（3）整个流程需要控制加入氯气和硝酸银的物质的量，从流程中看出反应Ⅰ和Ⅲ消耗氯气，反应Ⅱ消耗硝酸银，由（1）的方程式1mol Cl2产生1mol Na2H3IO6，1mol Na2H3IO6消耗5mol AgNO3转化为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＋过程中，消耗1mol H5IO6时，转移2mol电子，说明H5IO6转化为碘酸，则该反应的离子方程式为2Mn2＋＋5H5IO62MnO＋5IO＋11H＋＋7H2O。

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

（2）氧气 AgCl

（3）7∶10

（4）2Mn2＋＋5H5IO62MnO＋5IO＋11H＋＋7H2O

（作者单位：江苏省沭阳县高级中学江苏省沭阳县正德中学）