氯
自然分布
自然界中游离状态的氯存在于大气层中,是破坏臭氧层的单质之一。氯气受紫外线分解成两个氯原子(自由基)。大多数通常以氯化物(Cl )的形式存在,常见的主要是氯化钠(食盐,NaCl)。
单质:Cl 2
氯单质由两个氯原子构成,化学式为Cl 2 。气态氯单质俗称“氯气”,液态氯单质俗称“液氯”。
发现
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:
上述反应条件为加热。
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。
名称由来
英文名称chlorine来自于希腊文 khlôros ( χλωρóς" ,淡绿色)。19世纪70年代,中国化学家徐寿将其译为绿气。1933年,化学家郑贞文在《化学命名原则》中把这个字改为了“氯”。 在日文与韩文中,因为氯是盐的主要成分之一而称为“盐素”(日本汉字现在写作“ 塩素 ”)。
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1.01×10 Pa时,氯单质的沸点为−34.4℃,熔点为−101.5℃。氯气可溶于水和碱性溶液,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。
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、疼痛和咳嗽,严重者可导致死亡。
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:
漂白性
湿润的氯气可用于纸浆和棉布的漂白,不同于SO 2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之漂白剂。
之所以强调湿润的是因为
因此干燥的氯气并不具有这个性质。
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。
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:
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:
值得一提的是反应条件对上述反应的现象有很大影响:
如果氢气与氯气事先充分混合,在光照条件下发生爆炸;
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。
用途
氯气可以作为一种廉价的消毒剂,一般的自来水及游泳池就常采用它来消毒。但由于氯气的水溶性较差、毒性较大、会放出特殊气味,且容易产生有致癌风险的三卤甲烷等有机氯化合物,故中国、美国等国常改用二氧化氯(ClO 2 )、氯胺或臭氧等代替氯气作为水的消毒剂。
除了用于消毒,氯气是一种重要的化工原料,用于制造盐酸和漂白粉、制造氯代烃。也可以用于制造多种农药、制造氯仿等有机溶剂。
氯气还广泛用于造纸、纺织、有机合成、金属冶炼、化工原料等行业,也有作为化学武器的纪录。
化合物
无机:氯化物、次氯酸盐、亚氯酸盐、氯酸盐、高氯酸盐
有机氯化合物
氯离子的检验
检验水中是否含有氯离子可以向其中加入硝酸酸化的银离子(如硝酸银)(加入酸性硝酸银(既硝酸银和酸的混合物)可以排除其他离子(如碳酸根、亚硫酸根)干扰),银离子和氯离子反应会生成氯化银白色沉淀,反应式:
参考文献
Greenwood, Norman N; Earnshaw, Alan. Chemistry of the Elements 2. Oxford: Butterworth-Heinemann. 1997. ISBN 0-08-037941-9.
Wiberg, Egon; Wiberg, Nils and Holleman, Arnold Frederick. Inorganic Chemistry. Academic Press. 2001. ISBN 0-12-352651-5.
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