含氯消毒劑在2020年高考中的考查

◇ 董 順 邱 萍

氯及其化合物是中學(xué)化學(xué)中元素化合物知識的重要組成部分，2020年新冠肺炎疫情期間含氯消毒劑在環(huán)境殺菌消毒方面發(fā)揮了重要的作用，2020年高考試題中涉及含氯消毒劑的知識較多，本文將2020年高考試題中涉及含氯消毒劑部分知識進行剖析，希望對同學(xué)們的復(fù)習(xí)備考有幫助.

1 以含氯消毒劑的使用原理為載體考查

例1(全國卷Ⅱ)化學(xué)工業(yè)為疫情防控提供了強有力的物質(zhì)支撐.氯的許多化合物既是重要化工原料，又是高效、廣譜的滅菌消毒劑.回答下列問題：

(1)氯氣是制備系列含氯化合物的主要原料，可采用如圖1-甲所示的裝置來制取.裝置中的離子膜只允許_________離子通過，氯氣的逸出口是_________(填標號).

圖1

(2)次氯酸為一元弱酸，具有漂白和殺菌作用，其電離平衡體系中各成分的組成分數(shù)δ[δ(X)＝，X為HCl O或Cl O－]與pH的關(guān)系如圖1-乙所示.HCl O的電離常數(shù)Ka值為_________.

(3)Cl2O為淡棕黃色氣體，是次氯酸的酸酐，可由新制的Hg O和Cl2反應(yīng)來制備，該反應(yīng)為歧化反應(yīng)(氧化劑和還原劑為同一種物質(zhì)的反應(yīng)).上述制備Cl2O的化學(xué)方程式為_________.

(4)Cl O2常溫下為黃色氣體，易溶于水，其水溶液是一種廣譜殺菌劑.一種有效成分為NaCl O2、Na HSO4、Na HCO3的“二氧化氯泡騰片”，能快速溶于水，逸出大量氣泡，得到Cl O2溶液.上述過程中，生成Cl O2的反應(yīng)屬于歧化反應(yīng)，每生成1 mol Cl O2消耗NaCl O2的量為_________mol；產(chǎn)生“氣泡”的化學(xué)方程式為________.

(5)“84消毒液”的有效成分為NaCl O，不可與酸性清潔劑混用的原因是________(用離子方程式表示).工業(yè)上將氯氣通入30%的NaOH溶液中來制備NaCl O溶液，若NaCl O溶液中NaOH的質(zhì)量分數(shù)為1%，則生產(chǎn)1 000 kg該溶液需消耗氯氣的質(zhì)量為______kg(保留整數(shù)).

(1)陽極氯離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氯氣，氯氣從a口逸出，陰極H2O電離產(chǎn)生的H＋得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成H2，產(chǎn)生OH－與通過離子膜的Na＋在陰極室得到產(chǎn)品NaOH.

(2)由圖1-乙可知，pH＝7.5時，c(HCl O)＝c(Cl O－)，此時HCl O的

(3)Cl2可歧化為Cl2O和Cl－，所以HgO和氯氣反應(yīng)的方程式為

(5)“84消毒液”中的NaCl O、NaCl和酸性清潔劑混合后發(fā)生歸中反應(yīng)，離子方程式為

設(shè)氯氣的質(zhì)量為x，原NaOH溶液的質(zhì)量為(1 000－x)kg，溶液中剩余NaOH的質(zhì)量為10 kg，則有

【說明】本題以Cl2、HClO、Cl2O、ClO2等含氯消毒劑的性質(zhì)和制備原理為載體，考查了電解原理、電離平衡、氧化還原反應(yīng)等知識的綜合應(yīng)用，內(nèi)容主要來自課本的基礎(chǔ)知識，解答最后一問的關(guān)鍵是要尋找等量關(guān)系，給我們的啟示是要重視基礎(chǔ)，重視回歸課本.

將“84消毒液”與潔廁靈混用引起的中毒事件在新聞中常有報道.2020年3月1日，湖北黃梅縣22人誤食“二氧化氯泡騰片”的新聞再度登上熱搜.本題涉及“二氧化氯泡騰片”相關(guān)知識及“84消毒液”不可與酸性清潔劑混用等考點，體現(xiàn)了“科學(xué)態(tài)度與社會責任”化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng).

2 以含氯消毒劑的制備為載體考查

例2(全國卷Ⅲ)氯可形成多種含氧酸鹽，廣泛應(yīng)用于殺菌、消毒及化工領(lǐng)域.實驗室中利用圖2裝置(部分裝置省略)制備KCl O3和NaCl O并探究其氧化還原性.

圖2

回答下列問題：

(1)盛放Mn O2粉末的儀器名稱是_________，a中的試劑為________.

(2)b中采用的加熱方式是_________，c中化學(xué)反應(yīng)的離子方程式是_____________，采用冰水浴冷卻的目的是_________.

(3)d的作用是________，可選用試劑________(填標號).

A.Na2S B.NaCl

C.Ca(OH)2D.H2SO4

(4)反應(yīng)結(jié)束后，取出b中試管，經(jīng)冷卻結(jié)晶，________，________，干燥，得到KCl O3晶體.

(5)取少量KClO3和NaClO溶液分別置于1號和2號試管中，滴加中性KI溶液.1號試管溶液顏色不變.2號試管溶液變?yōu)樽厣?，加入CCl4振蕩，靜置后CCl4層顯_________色.可知該條件下KCl O3的氧化能力____NaCl O(填“大于”或“小于”).

本實驗?zāi)康氖侵苽銴Cl O3和NaCl O，并要探究其氧化還原性；首先利用濃鹽酸和Mn O2粉末共熱制取氯氣，生成的氯氣中混有HCl氣體，可在裝置a中盛放飽和食鹽水將HCl氣體除去；然后使氯氣與KOH溶液在水浴加熱的條件下發(fā)生反應(yīng)制備KCl O3，再與NaOH溶液在冰水浴中反應(yīng)制備NaCl O；氯氣有毒會污染空氣，所以需要d裝置吸收未反應(yīng)的氯氣.

(1)根據(jù)盛放Mn O2粉末的儀器結(jié)構(gòu)可知該儀器為圓底燒瓶；a中盛放飽和食鹽水除去氯氣中混有的HCl氣體.

(2)由裝置圖中給出的試劑可知b中得到KCl O3，c中得到NaCl O.將盛有KOH溶液的試管放在盛有水的大燒杯中加熱，該加熱方式為水浴加熱；c中氯氣在NaOH溶液中發(fā)生歧化反應(yīng)生成氯化鈉和次氯酸鈉，離子方程式為Cl2＋2OH－＝ClO－＋Cl－＋H2O；根據(jù)氯氣與KOH溶液的反應(yīng)可知，加熱條件下氯氣可以與強堿溶液反應(yīng)生成氯酸鹽，所以采用冰水浴的目的是避免生成NaCl O3.

(3)氯氣有毒，所以d裝置的作用是吸收尾氣.Na2S溶液可以與氯氣反應(yīng)生成氯化鈉，可以吸收氯氣，選項A可選；氯氣在NaCl溶液中溶解度很小，選項B不可選；氯氣可與Ca(OH)2懸濁液反應(yīng)生成氯化鈣和次氯酸鈣，選項C可選；氯氣與硫酸不反應(yīng)，若為硫酸溶液，大量氫離子的存在會降低氯氣的溶解度，選項D不可選.答案為A、C.

(4)b的試管中為KCl O3和KCl的混合溶液，KCl O3的溶解度受溫度影響更大，所以將試管b中的混合溶液冷卻結(jié)晶、過濾、少量(冷)水洗滌、干燥，得到KCl O3晶體.

(5)1號試管溶液顏色不變，2號試管溶液變?yōu)樽厣f明1號試管中氯酸鉀沒有將碘離子氧化，2號試管中次氯酸鈉將碘離子氧化成碘單質(zhì)，即該條件下KCl O3的氧化能力小于NaCl O；碘單質(zhì)更易溶于CCl4，所以加入CCl4振蕩，靜置后CCl4層顯紫色.

【說明】本題以氯氣的制備及氯氣與堿在不同溫度下發(fā)生的反應(yīng)為載體考查實驗儀器的識別、氣體的凈化、方程式的書寫、尾氣處理、實驗現(xiàn)象的分析等，該試題體現(xiàn)了條件控制對化學(xué)反應(yīng)的重要作用、綠色化學(xué)的思想及證據(jù)推理與模型認知化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng).

解答該類試題應(yīng)注意以下幾點：

1)明確實驗?zāi)康暮蛯嶒炘恚?/p>

2)根據(jù)實驗原理合理選擇試劑；

3)根據(jù)實驗試劑和原理設(shè)計實驗步驟和裝置；

4)關(guān)注綠色化學(xué)思想.

3 以含氯消毒劑為原料制備其他物質(zhì)為載體考查

例3(山東卷，節(jié)選)某同學(xué)利用Cl2氧化K2Mn O4制備KMn O4的裝置如圖3所示(夾持裝置略).

圖3

已知：錳酸鉀(K2Mn O4)在濃強堿溶液中可穩(wěn)定存在，堿性減弱時易發(fā)生反應(yīng)：

回答下列問題：

(1)裝置A中a的作用是________；裝置C中的試劑為_________；裝置A中制備Cl2的化學(xué)方程為_________.

(2)上述裝置存在一處缺陷，會導(dǎo)致KMn O4產(chǎn)率降低，改進的方法是_________.

(3)KMn O4常作氧化還原滴定的氧化劑，滴定時應(yīng)將KMnO4溶液加入________(填“酸式”或“堿式”)滴定管中；在規(guī)格為50.00 mL的滴定管中，若KMnO4溶液起始讀數(shù)為15.00 mL，此時滴定管中KMn O4溶液的實際體積為_________(填標號).

A.15.00 mL B.35.00 mL

C.大于35.00 mL D.小于15.00 mL

漂白粉的有效成分為Ca(ClO)2，具有強氧化性，和濃鹽酸在A中發(fā)生歸中反應(yīng)產(chǎn)生Cl2，Cl2和K2Mn O4在B中反應(yīng)產(chǎn)生KMn O4，未參與反應(yīng)的Cl2用裝置C吸收.

(1)裝置A為恒壓分液漏斗，它的作用是平衡氣壓，使?jié)恹}酸能順利滴下，裝置C的作用是吸收剩余的Cl2(可用NaOH溶液吸收)，Ca(ClO)2和濃鹽酸在A中發(fā)生歸中反應(yīng)產(chǎn)生Cl2，反應(yīng)的化學(xué)方程式為

Ca(Cl O)2＋4 HCl＝CaCl2＋2Cl2↑＋2H2O.

(2)錳酸鉀在濃強堿溶液中可穩(wěn)定存在，堿性減弱時容易發(fā)生反應(yīng)Mn O2↓＋4OH－，一部分轉(zhuǎn)化為Mn O2，導(dǎo)致最終KMn O4的產(chǎn)率低，而濃鹽酸易揮發(fā)，直接導(dǎo)致B中NaOH溶液的濃度減小，故改進措施是在裝置A、B之間加裝盛有飽和食鹽水的洗氣瓶，用來吸收揮發(fā)出來的HCl.

(3)高錳酸鉀有強氧化性，強氧化性溶液加入酸式滴定管，滴定管的“0”刻度在上方，規(guī)格為50.00 mL的滴定管中實際的體積大于(50.00－15.00)m L，即大于35.00 mL.

【說明】本題以用漂白粉與濃鹽酸反應(yīng)制備氯氣，并用氯氣氧化K2Mn O4制備KMn O4為載體考查實驗分析與推理的基礎(chǔ)知識.該方法制備氯氣在魯科版化學(xué)2第二章第三節(jié)的課后練習(xí)題有所涉及的歧化反應(yīng)在2016年高考中已有涉及，因此課本和高考真題是最好的復(fù)習(xí)備考資料，要引起廣大考生的重視.

4 以含氯消毒劑中有效氯含量的測定為載體考查

例4(江蘇卷)次氯酸鈉溶液和二氯異氰尿酸鈉(C3N3O3Cl2Na)都是常用的殺菌消毒劑.NaClO可用于制備二氯異氰尿酸鈉.

(1)NaClO溶液可由低溫下將Cl2緩慢通入NaOH溶液中而制得.制備NaCl O的離子方程式為_________；用于環(huán)境殺菌消毒的NaClO溶液須稀釋并及時使用，若在空氣中暴露時間過長且見光，將會導(dǎo)致消毒作用減弱，其原因是________.

(2)二氯異氰尿酸鈉優(yōu)質(zhì)品要求有效氯大于60%.通過下列實驗檢測二氯異氰尿酸鈉樣品是否達到優(yōu)質(zhì)品標準.實驗檢測原理為

準確稱取1.120 0 g樣品，用容量瓶配成250.0 mL溶液；取25.00 mL上述溶液于碘量瓶中，加入適量稀硫酸和過量KI溶液，密封在暗處靜置5 min；用0.100 0 mol·L－1Na2S2O3標準溶液滴定至溶液呈微黃色，加入淀粉指示劑繼續(xù)滴定至終點，消耗Na2S2O3溶液20.00 mL.

①通過計算判斷該樣品是否為優(yōu)質(zhì)品________.(寫出計算過程，該樣品有效氯的計算方法為

②若在檢測中加入稀硫酸的量過少，將導(dǎo)致樣品的有效氯測定值_________(填“偏高”或“偏低”).

(1)由題意可知，氯氣通入氫氧化鈉中產(chǎn)生次氯酸鈉和氯化鈉，反應(yīng)的離子方程式為Cl2＋2OH－＝Cl O－＋Cl－＋H2O；次氯酸鈉溶液長期暴露在空氣中會吸收空氣中的二氧化碳氣體，因為次氯酸酸性比碳酸弱，所以次氯酸鈉可以與二氧化碳在水中反應(yīng)生成HCl O，HCl O不穩(wěn)定，在受熱或見光條件下會發(fā)生分解反應(yīng)，產(chǎn)生HCl和O2，從而使次氯酸鈉失效.

由上述關(guān)系式知

氯元素的質(zhì)量：

該樣品中的有效氯為

該樣品中的有效氯含量大于60%，故該樣品為優(yōu)質(zhì)品.

【說明】本題以次氯酸鈉的制備及二氯異氰尿酸鈉產(chǎn)品中有效氯含量的測定為載體考查次氯酸鈉、次氯酸的性質(zhì)及氧化還原滴定和根據(jù)關(guān)系式法的計算.滴定分析法是近年高考中的熱點，幾乎每年高考試題中均有涉及，應(yīng)加強對往年高考試題的研究，明確備考的針對性和有效性.

含氯消毒劑是2020年高考關(guān)注的焦點之一，在高考試題中多處體現(xiàn)，但縱觀各高考試題所考查的還是必備知識和關(guān)鍵能力，體現(xiàn)的還是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng).因此，高考備考不僅僅是眼前的知識點，更要關(guān)注關(guān)鍵能力和核心素養(yǎng).