氯气

氯 图片来自华人百科

氯气( Chlorine )，是卤族元素氯的单质形式，化学式为Cl₂。

目录

性质

物理性质

在常温下，氯气是一种黄绿色、刺激性气味、有毒的气体。压力为1.01×10⁵Pa时，氯单质的沸点为−34.4℃，熔点为−101.5℃。氯气可溶于水和碱溶液，易溶于二硫化碳和四氯化碳等有机溶剂，难溶于饱和氯化钠溶液，饱和时1体积水溶解2体积氯气。

化学性质

氯气的化学性质很活泼，它是一种活泼的非金属单质。

氯原子的最外电子层有7个电子，在化学反应中容易结合一个电子，使最外电子层达到8个电子的稳定状态，因此氯气具有强氧化性。氯气的强氧化性表现为以下几个方面：

与金属反应

氯气可与钠等活泼金属直接化合。也能跟铜等不活泼金属起反应。

rm 2\ Na + Cl_2 \rightarrow 2\ NaCl（生成白烟）

rm Cu + Cl_2 \stackrel{\Delta}{\longrightarrow} CuCl_2（生成棕黄色的烟）

当氯气和铁系元素反应时，只有铁能被氧化至+3价，其余为+2价：

rm 2\ Fe + 3\ Cl_2 \stackrel{\Delta}{\longrightarrow} 2\ FeCl_3（生成棕褐色的烟）

rm Co + Cl_2 \stackrel{\Delta}{\longrightarrow} CoCl_2

rm Ni + Cl_2 \stackrel{\Delta}{\longrightarrow} NiCl_2

与非金属反应

氢气可在氯气中点燃并产生氯化氢。反应的化学方程式：

rm Cl_2 + H_2 \rightarrow 2\ HCl

值得一提的是反应条件对上述反应的现象有很大影响：

1. 如果氢气与氯气事先充分混合，在光照条件下发生爆炸；
2. 如果氢气在氯气中安静地燃烧，现象为苍白色火焰，同时伴有白雾（氯化氢溶解于空气中的水形成的盐酸小液滴）生成。

和有机物反应

氯可以和烷烃发生取代反应 ，如氯和甲烷在光照下反应，生成氯甲烷，随着反应的进行，还会生成二氯甲烷、三氯甲烷，直至四氯化碳。

漂白性

湿润的氯气可用于纸浆和棉布的漂白，不同于SO₂的漂白性，氯气的漂白性为不可还原且较为强烈，因此不宜以此作为丝绸的漂白剂。

之所以强调湿润的是因为

rm Cl_2 + H_2O \rightleftharpoons HCl + HClO

rm HClO \rightleftharpoons HCl + [O]（生成的rm [O]是游离氧，正是这个游离氧，氧化了有机染料使之褪色）次氯酸的分解反应在光照或受热时速度加快。

因此干燥的氯气并不具有这个性质。

毒性

氯气具有强烈的刺激性、窒息气味，可以刺激人体呼吸道黏膜，轻则引起胸部灼热、疼痛和咳嗽，严重者可导致死亡。

历史

瑞典化学家卡尔•威廉•舍勒（Carl Wilhelm Scheele）在1774年使用盐酸与软锰矿通过下述反应制得氯气：

rm MnO_2 + 4\ HCl \stackrel{\Delta}{\longrightarrow} MnCl_2 + 2\ H_2O + Cl_2 \uparrow

继舍勒之后，贝托雷对氯气进行了更加深入的研究。发现将氯气通入水中会有盐酸生成同时还伴随着有能使带火星木条复燃的气体（氧气）放出；盐酸通过金属会放出氢气。

所以他认为氯气中含有氧，但尝试用当时已知的还原剂像金属、木炭、磷等还原剂来还原氯却没能得到相应的氧化产物，这又强有力地说明氯气中不含氧元素。后来戴维用白热的木炭仍不能使氯气分解，而且从盐酸和金属的反应中也不能得到氧化物，所以上面提到的氧气应该是由水提供了氧元素，并且他认为应该将这种绿色的气体视为一种新的元素，氯元素就这样被发现了。