一、氯气的组成

1.1 氯元素的存在

  1. 在自然界中只以化合物形式存在
  2. 以\(\ce{NaCl、MgCl2、CaCl2}\) 等形式大量存在于海水中，还存在于陆地的盐湖和盐矿中
  3. 氯原子最外层有7个电子，在化学反应中很容易得到1个电子，因此氯气是很活泼的非金属单质，具有强氧化性

二、氯气的性质

  1. 物理性质：黄绿色，有强烈的刺激性气味，密度比空气大易液化，溶解性\(\ce{Cl2 : H2O}\) =2:1
  2. 化学性质：
    • 氯气在发生反应时主要体现其强氧化性
    • 氯气有很强的毒性，大量吸入可能会致死

三、氯气的转化规律

3.1 氯气与大多数金属单质反应生成金属氧化物

氯气氧化性很强，与变价金属反应时，生成高价金属氯化物

  1. 与钠反应：\(\ce{2Na + Cl2 \xlongequal[]{\Delta} 2NaCl}\) ，产生大量白烟
  2. 与铁反应：\(\ce{2Fe + Cl2 \xlongequal[]{\Delta} 2FeCl3}\) ，产生大量棕褐色烟
  3. 与铜反应：\(\ce{Cu + Cl2 \xlongequal[]{\Delta} CuCl2}\) , 产生大量棕黄色烟

3.2 氯气在氢气中的反应

  1. \(\ce{H2 + Cl2 \xlongequal[]{点燃} 2HCl}\)
    • 氢气在氯气中安静燃烧，发出苍白色火焰

3.3 氯气与水的反应

1.次氯酸

  1. 产生：\(\ce{Cl2 + H2O <=> HCl + HClO}\)
  2. 性质：
    • 弱酸性：\(\ce{HClO}\) 属于弱酸，酸性比碳酸还弱。属于弱电解质，离子方程式中不能拆\(\ce{Cl2 + H2O <=> H^+ Cl^- + HClO}\)
    • 不稳定性：见光易分解，所以实验室用氯水要现配

\(\ce{2HClO \xlongequal[]{光照} 2HCl + O2 ^}\)

  • 强氧化性：可用于自来水的杀菌消毒，还可以用作漂白剂，可以将（几乎所有）有色物质氧化为稳定的无色物质（不可逆）

3.4 氯气与碱反应

1. 与氢氧化钠溶液反应——制取漂白液

  • 化学方程式：\(\ce{Cl2 + 2NaOH \xlongequal[]{} NaCl + NaClO + H2O}\)
  • 离子方程式：\(\ce{Cl2 + 2OH^- \xlongequal[]{} Cl^- + ClO^- + H2O}\)
  • 漂白液的有效成分：次氯酸钠 \(\ce{NaClO}\)

2.与石灰乳反应——制取漂白粉

  • 化学方程式：\(\ce{2Ca(OH)2 + 2Cl2 \xlongequal[]{} CaCl2 + Ca(ClO)2 +2H2O}\)
  • 漂白粉的有效成分：\(\ce{Ca(ClO)2}\) 比 \(\ce{HClO}\) 稳定性强，是漂白粉的主要成分
  • 作用原理：漂白粉会跟空气中 \(\ce{H2O 、CO2 (即碳酸)}\) 发生复分解反应，生成具有漂白性的\(\ce{HClO}\)，又因为\(\ce{HClO}\)见光易分解，所以要避光密封保存
  • \(\ce{ClO^-}\) 无论是在酸性、碱性还是中性条件下，均具有强氧化性

四、氯气的用途

  1. 作为消毒剂，氯气常用于自来水消毒
  2. 工业制\(\ce{HCl}\) ：\(\ce{H2 + Cl2 \xlongequal[]{点燃} 2HCl}\)
  3. 制造漂白剂
  4. \(\ce{Cl2}\) 是合成塑料、橡胶、人造纤维、农药、染料和药品的重要原料

五、新制氯水的成分与性质

5.1 新制氯水的成分

  1. 新制氯水中的化学反应及物质的电离
    • \(\ce{Cl2 + H2O <=> H^+ + Cl^- + HClO}\)
    • \(\ce{H2O <=> H^+ + OH^-}\)
    • \(\ce{HClO <=> H^+ ClO^-}\)
    • \(\ce{ 2HClO \xlongequal[]{光照} 2HCl + O2 ^}\)
  2. 新制氯水的成分——”三分子、四离子“ （浅黄绿色）
    • 三分子：\(\ce{H2O 、 Cl2 、HClO}\)
    • 四离子：\(\ce{H^+ 、 Cl^- 、ClO^- 、OH- （极少量） }\)
    • 性质：酸性、氧化性、漂白性
  3. 久置氯水的成分——"一份子，两离子" （无色）
    • 一分子：\(\ce{H2O}\)
    • 两离子：\(\ce{H^+ 、Cl^-}\)
    • 性质：酸性
  4. 保存：新制氯水应该保存在棕色细口瓶，并置于冷处

5.2 新制氯水的性质

  1. 性质
    • \(\ce{Cl2}\) ：氧化性，能够氧化 \(\ce{Fe^2+ 、Br^- 、I^-}\)
    • \(\ce{Cl^-}\) ：生成沉淀，加入\(\ce{AgNO3}\) 溶液产生沉淀
    • \(\ce{HClO}\)：不稳定性，在强光照射下氯气中有气泡产生

漂白性，使湿润的有色布条或品红溶液褪色；是变红的紫色石蕊溶液褪色

  • \(\ce{H^+}\) : 酸性，加入活泼金属、碳酸盐等产生气泡

六、氯气的实验室制法

6.1 反应原理：强氧化剂氧化浓盐酸

  1. \(\ce{MnO2 + 4HCl(浓) \xlongequal[]{\Delta} MnCl2 + Cl2 ^ + 2H2O}\) ,\(\ce{MnO2 }\) 不能与稀盐酸反应
  2. \(\ce{K2Cr2O7 + 14HCl(浓) \xlongequal[]{} 2KCl + 2CrCl3 + 7H2O + 3Cl2 ^}\)
  3. \(\ce{2KMnO4 + 16HCl(浓) \xlongequal[]{} 2KCl + 2MnCl2 + 8H2O + 5Cl2 ^}\)
  4. \(\ce{KClO3 + 6HCl(浓) \xlongequal[]{} KCl + 3H2O + 3Cl2 ^}\)
  5. \(\ce{Ca(ClO)2 + 4HCl（浓） \xlongequal[]{} CaCl2 + 2H2O + 2Cl2 ^}\)

6.2 仪器装置

氯气反应装置.png
氯气反应装置

6.3 制备装置类型： \(\ce{固 + 液 \xlongequal[]{\Delta} 气体}\)

6.4 净化方法：

  1. 用饱和食盐水除去\(\ce{HCl}\) ,再用浓硫酸除去水蒸气（气体净化时一般先除杂再干燥）
    • \(\ce{HCl}\) 的溶解性：\(\ce{HCl ： H2O}\) =500：1
    • \(\ce{Cl2}\) 与 \(\ce{H2O}\) 反应，但是由于\(\ce{Cl^-}\) 浓度高，反应会向逆反应方向移动。阻止\(\ce{Cl2}\) 的吸收

6.5 收集方法：

  1. 向上排空气法
  2. 排饱和食盐水法

6.6 尾气吸收方法

  1. 用强碱溶液（\(\ce{NaOH}\)）吸收；用 \(\ce{Ca(OH)2}\) 溶液，吸收氯气能力弱。

6.7 验满方法

  1. 将湿润的淀粉—\(\rm KI\) 试纸靠近盛有 \(\rm Cl2\) 的试剂瓶口，观察到试纸立即变蓝，则证明已收集满，其原理：\(\ce{Cl2 + KI \xlongequal[]{} 2KCl + I2}\)
  2. 将湿润的蓝色石蕊试纸靠近盛\(\ce{Cl2}\) 的试剂瓶口，观察到试纸先变红后褪色，则证明已集满

七、氯离子的检验

  1. 试剂：\(\ce{AgNO3}\) 溶液、稀硝酸
  2. 氯离子的检验：取少量待测液于一支试管中，先加入稀硝酸，无明显现象，再加入\(\ce{AgNO3}\) 溶液，若观察到溶液中有白色沉淀生成，则说明溶液中有\(\ce{Cl^-}\) ; 若无白色沉淀则无 \(\rm Cl^-\)

八、含氯消毒剂的应用

  1. 含氯消毒剂溶于水通常会产生次氯酸，其灭活微生物的有效成分常以有效氯表示
  2. 常见的含氯消毒剂
    • 次氯酸钠：可水解生成具有强氧化性的次氯酸
    • 次氯酸钙：水溶液稳定性差，遇光、遇热等加快分解
    • 二氧化氯：杀菌消毒效果比氯气强
    • 二氯异氰尿酸钠：常用于预防性消毒和疫源地消毒，医院内主要用于环境和诊疗用具的消毒。固体制剂较稳定