一、氯元素的发现
1774年,瑞典化学家舍勒(Scheele K W,1742-1786)在从事软锰矿的研究时发现:软锰矿与盐酸混合后加热就会生成一种令人窒息的黄绿色气体,这种气体微溶于水,使水显酸性。能漂白有色花朵和绿叶,还能和各种金属发生反应。当时,大化学家拉瓦锡认为氧是酸性的起源,一切酸中都含有氧。舍勒及许多化学家都坚信拉瓦锡的观点,认为这种黄绿色的气体是一种化合物,是由氧和另外一种未知的基所组成的,所以舍勒称它为“氧化盐酸”。但英国化学家戴维(Davy S H,1778-1829)却持有不同的观点,他想尽了一切办法也不能从氧化盐酸中把氧夺取出来,他怀疑氧化盐酸中根本就没有氧存在。1810年,戴维以无可辩驳的事实证明了所谓的氧化盐酸不是一种化合物,而是一种化学元素的单质。他将这种元素命名为“Chlorine”。它的希腊文原意是“绿色”。中文译名为氯。
二、氯单质及其性质
氯气Cl2是一种黄绿色的气体,标准状况下,1LCl2重3.21g大约是同体积空气质量的倍。氯气极易液化,如果使之冷却至239K或常温时在0.6MPa下,氯气就会变成黄绿色油状液体。液氯在172K还可以凝固成黄色固体。
氯气具有强烈的窒息气味,有毒!吸入少量时会刺激鼻腔和喉头黏膜,引起胸部疼痛和咳嗽,吸入大量就会窒息死亡。发生氯气中毒时可吸入酒精和乙醚的混合蒸气作为解毒剂。吸入氨水蒸气也有效。
氯气可用于纸浆和棉布的漂白,也可用于饮水的消毒。大量的氯用于制取盐酸、农药、染料以及对碳氢化合物的氯化,如制取氯仿、聚氯乙烯等聚合物。
氯在地壳中的质量分数为0.031%,主要以氯化物的形式蕴藏在海水里,海水中含氯大约为1.9% 。在某些盐湖、盐井和盐床中也含有氯。
氯是一种非常活泼的非金属,在化学反应中Cl原子显著地表现出结合电子的能力,这种能力是氯最典型的化学性质。因此它的单质Cl2气是很强的氧化剂。
在化学反应中,氯可以表现出由-1到+7的多种氧化态,它的化学性质可以概括为以下几个方面:
1.氯与金属的反应
氯气能与各种金属作用,反应比较剧烈。例如钠、铁、锡、锑、铜等能在氯气中燃烧,甚至连不与氧气反应的银、铂、金也能与氯气直接化合。
Cl2 + 2Na = 2NaCl
Cl2 + Mg = MgCl2
3Cl2 + 2Al = 2AlCl3
Cl2 + Cu = CuCl2
Cl2 + Pt = PtCl2
3Cl2 + 2Au = 2AuCl3
但氯气在干燥的情况下不与铁作用,因此可以把干燥的液氯贮存于铁罐或钢瓶中。
2.氯与非金属的反应
氯能与大多数非金属单质直接化合,反应程度虽不如氟猛烈,但也比较剧烈。例如氯能与磷、硫、氟、碘、氢等多种非金属单质作用生成氯化物。
2P(过量) + 3Cl2 = 2PCl3
2P + 5Cl2(过量) = 2PCl5
2S + Cl2 = S2Cl2
F2 + Cl2 = 2ClF
Is + 3Cl2 = 2ICl3
H2 + Cl2 = 2HCl
3.氯与水的反应
常温下一体积的水可以溶解约两个半体积的氯气,这种溶液叫氯水。
Cl2 + H2O = HCl + HClO
HClO是一种极弱的酸,具有强氧化性,可用作消毒剂、漂白剂。
Cl2与水的反应是歧化反应,但在纯水中该反应进行的程度只约占三分之一,如果在碱性条件下,歧化反应进行得彻底,生成氯化物和次氯酸盐。
4.与碱反应
氯气与碱溶液起反应,生成次氯酸盐、金属氯化物和水。
Cl2 + 2NaOH = NaClO + NaCl + H2O
次氯酸盐比次氯酸稳定,容易储运。工业上生产漂粉精,是通过氯气与石灰乳作用制得的:
2Ca(OH)2 + 2Cl2 = Ca(ClO)2 + CaCl2 + 2H2O
5.卤素间的置换反应
氯气可以把溴和碘分别从溴化物和碘化物中置换出来:
Cl2 + 2NaBr = Br2 + 2NaCl
Cl2 + 2NaI = I2 + 2NaCl
三、氯气的制备
在实验室中采用强氧化剂与浓盐酸反应的方法来制备氯气:
MnO2 + 4HCl = MnCl2 + 2H2 + Cl2
2KMnO4 + 16HCl = 2KCl + 2MnCl2 + 8H2O + 5Cl2
工业上制备氯气采用电解饱和食盐水溶液的方法,或者在电解氯化钠熔盐制取金属钠的反应中作为副产物得到氯气:
2NaCl + 2H2O = H2 + Cl2 + 2NaOH
2NaCl(熔融) = 2Na + Cl2
因为氯气的化学活泼性使得它的毒性很强,可损害全身器官和系统。它的毒性远远大于硫化氢气体。少量氯气可以引起呼吸道困难,刺激咽喉、鼻腔和扁桃体发炎,导致眼睛红肿、刺痛、流泪,能引起胸闷和呼吸道综合症,激发哮喘病人呼吸发生困难,甚至休克。氯气进入血液可以同许多物质发生化合作用,引起神经功能障碍,杀伤和破坏血细胞,并引起盗汗、头痛、呕吐不止、胃肠痉挛、肝脏受损,等等。严重者可致全身性水肿,电解质失衡。
氯气对环境的破坏也非同小可,能污染水体、土壤和空气,能剿灭触及的所有生命——所有植物和动物,尤其是动物致死率几乎100%,只有天上能高飞的候鸟勉强得逃脱。由于氯气具有很强的破坏性,氯气一般使用特殊罐体进行封装。密封接合口必须内镶嵌特殊的不与氯气直接发生化学作用的惰性金属,而且接合口不能留有水分,封装氯气必须较为干燥。对于氯气,国家主管单位制定有严格的标准来控制和管制氯气的生产和使用。即便仓储和运输也都有严格的限制,一般需求单位都必须到公安部门安全管理科进行申报审批。 ![]()
