氯气的化学特征和物理特征

Question

如题所述

Answer 1

氯气

一、组成结构

1．原子结构：氯原子最外层有7个电子，反应中易得到1个电子．

2．分子结构：氯气分子为双原子分子，分子式Cl2．

3．离子结构：氯离子最外层有8个电子，因而很稳定．

思考：从氯原子最外层有7个电子，易形成8电子稳定结构来思考氯气是双原子分子的原因．

答案：两个氯原子最外层都有7个电子，都欲形成8电子稳定结构，共用一对电子恰都能满足要求．由此也知：Cl2分子比Cl原子稳定．

二、物理性质

1．在通常情况下：氯气是黄绿色的气体、氯气有毒、并有刺激性气味、密度比空气大、熔沸点较低、能溶于水易溶于有机溶剂、在压强为101kPa、温度为-34.6℃时易液化。如果将温度继续冷却到-101℃时，液氯变成固态氯。1体积水在常温下可溶解2体积氯气．

2．氯气有毒，闻有毒气体气味的方法是(扇动法)：用手轻轻在瓶口扇动，使极少量的气体飘进鼻孔．

思考：和其他学习过的气体相对比，氯气的物理性质有哪些“特性”?

答案：有色、易液化．

三、化学性质

1．与金属反应

2Na＋Cl2＝2NaCl (现象：剧烈燃烧，白烟)

Cu＋Cl2＝CuCl2 (现象：剧烈燃烧，棕色烟)

2Fe＋3Cl2＝2FeCl3

思考：(1)上述反应中，氯元素的化合价变动有何共同特点?为什么?Cl2作什么剂?

(2)对比铁跟盐酸的反应，铁跟氯气的反应体现了氯气的什么性质?

答案：(1)都从0价→－1价．因为最外层有7e－，易得到1e－达到8e－稳定结构．Cl2作氧化剂．

(2)体现了Cl2的氧化性比HCl强，是强氧化剂．

2．与非金属反应

燃烧：发光、发热的剧烈化学反应．

思考：(1)氢气和氯气反应，在点燃和光照条件下反应的现象为什么不同?

(2)怎样用实验证明HCl气体极易溶于水?

答案：(1)二者混合程度不同、接触面积不同所致．

点燃氢气放入氯气中，氢气分子只在导管口跟少量氯气分子接触而化合成氯化氢分子，同时产生少量的热，不能爆炸，呈苍白色火焰．当点燃氢气与氯气的混合气体时，大量的氢分子与氯分子接触，迅速化合而产生大量的热，使气体体积急剧膨胀而发生爆炸．

(2)将盛HCl的试管倒置于水槽中，水面慢慢上升至满．

3．与水反应

在该反应中，氧化剂是Cl2，还原剂是Cl2，改写成离子反应方程式是：Cl2＋H2O

H＋＋Cl－＋HClO

(1)氯气的水溶液叫氯水，饱和氯水呈现黄绿色，具有刺激性气味，主要含有的粒子有Cl2、H2O、HClO、H＋、Cl－、ClO－．

(2)次氯酸的性质

①弱酸性：是一元弱酸，属弱电解质，酸性弱于碳酸．

HClO＋NaOH＝NaClO＋H2O

NaClO＋HCl＝HClO＋NaCl

2NaClO＋CO2＋H2O＝Na2CO3＋2HClO

②不稳定性：

由于HClO的分解，使Cl2和水逐渐反应，直至氯水失效，因此氯水要现用现制，保存在棕色试剂瓶中．氯水久置将变成稀盐酸．

③强氧化性：HClO能氧化许多物质．

④杀菌漂白性：能使有色布条、品红试剂等有色物质褪色，其原理主要是利用其强的氧化性．

说明：干燥Cl2本身没有漂白性，只有转化成HClO才有漂白性．

思考：(1)液氯和氯水是一种物质吗？

答案：不是．液氯是Cl2在加压或冷却时变成的液态Cl2，是纯净物，而氯水是氯气溶于水中形成的溶液，是混合物．

(2)①怎样证明新制氯水中含有大量Cl2？

②用实验证明氯气能与水反应．

答案：①观察氯水颜色，呈黄绿色，此即氯气的颜色，说明新制氯水中含大量Cl2．

②向新制的氯水中加AgNO3溶液．若产生白色沉淀，说明氯水中含有Cl－，即有部分氯气与水反应了．

Cl2＋H2O＝HCl＋HClO

AgNO3＋HCl＝AgCl↓＋HNO3

另法：也可向新制氯水中放入一红布条或滴入几滴品红溶液，若布条或品红褪色，说明新制氯水中有HClO，即Cl2与水发生了反应．

(3)氯水中有多种化学物质，故性质较复杂．下列现象各是基于哪种物质的什么性质?

①氯水能使紫色石蕊试液先变红后褪色．

②向氯水中滴加饱和NaHCO3溶液，有气泡出现．

③向氯水中滴入AgNO3溶液，产生白色沉淀．

答案：①H＋、HClO ②H＋ ③Cl－

4．与碱溶液反应

a.Cl2＋2NaOH＝NaCl＋NaClO＋H2O

b.2Cl2＋2Ca(OH)2＝CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O

上述两反应中，Cl2作氧化剂和还原剂．

漂白粉：(1)有效成分是Ca(ClO)2

(2)漂白原理

c.Ca(ClO)2＋CO2＋H2O＝CaCO3↓＋2HClO

(3)久置失效的原因(用反应式说明)

Ca(ClO)2＋CO2＋H2O＝CaCO3↓＋2HClO；2HclO 2HCl＋O2↑．

(4)保存方法：隔绝空气密封保存．

将上述a、b、c三反应改写成离子方程式：

a.Cl2＋2OH－＝Cl－＋ClO－＋H2O

b.Cl2＋2OH－＝Cl－＋ClO－＋H2O

c.Ca2＋＋2ClO－＋CO2＋H2O＝CaCO3↓＋2HClO

思考：(1)实验室常用NaOH溶液吸收或除去多余的氯气，为什么?

(2)分别向漂白粉溶液中通入少量和足量CO2气体，产生的现象一样吗?为什么?

答案：(1)Cl2有毒污染环境，Cl2可以跟NaOH溶液反应从而除去Cl2．

(2)不一样，通入过量CO2没有沉淀生成，CaCO3＋CO2＋H2O＝Ca(HCO3)2．

四、用途

学习物质的用途要与其性质紧密联系，因为性质决定用途．下列Cl2的用途各是基于Cl2的什么性质?

用于消毒——溶于水生成的HClO具有强氧化性；

制盐酸——与H2反应生成HCl；

制漂白粉——与Ca(OH)2反应；

制多种农药；

制氯仿等有机溶剂；

制塑料等．

思考：工业制漂白粉为什么选用Ca(OH)2而不选用NaOH?而吸收Cl2防止中毒或污染空气却选用NaOH溶液而不选用Ca(OH)2?

答案：Ca(OH)2价廉易得、成本较低；NaOH溶液碱性强、吸收效率高．

五、实验室制法

1．反应原理321

该反应中，氧化剂是MnO2，还原剂是HCl，请标出电子转移的方向和数目．

强调：MNO2跟浓盐酸在共热的条件下才反应生成Cl2，稀盐酸不与MNO2反应．

这是由于稀盐酸的还原性比浓盐酸弱，不能被MnO2氧化．

2．仪器装置

制取 净化 收集 吸收

3．收集方法

(1)向上排空气法

(2)排饱和食盐水法

排气法收集是基于Cl2的密度比空气大；Cl2在饱和食盐水中的溶解度约是在水中溶解度的 ，故也可用排饱和食盐水法收集，也常用饱和食盐水除去Cl2中的HCl杂质．

4．尾气吸收

(1)尾气吸收的原因是Cl2有毒，易污染空气．

(2)吸收发生的反应是2NaOH＋Cl2＝NaCl＋NaClO＋H2O．

说明：工业制法2NaCl＋2H2O 2NaOH＋H2↑＋Cl2↑

六、氯离子的检验

1．试剂：AgNO3溶液，稀HNO3．

2．原理：Ag＋＋Cl－＝AgCl↓，AgCl不溶于稀HNO3．

3．方法：先在被检液中加稀硝酸酸化，再滴入AgNO3溶液．

4．结论：若按上述方法操作，见到溶液中出现白色沉淀，则得被检液中含有Cl－．

Answer 2

　　物理特征
　　状态
　　通常情况下为有强烈刺激性气味的黄绿色的有毒气体。
　　密度
　　氯气密度是空气密度的2.5倍，标况下ρ=3.21kg/m³。
　　易液化
　　熔沸点较低，常温常压下，熔点为-101.00℃，沸点-34.05℃，常温下把氯气加压至600～700kPa或在常压下冷却到-34℃都可以使其变成液氯，液氯即Cl₂，液氯是一种油状的液体。其与氯气物理性质不同，但化学性质基本相同。
　　溶解性
　　可溶于水，且易溶于有机溶剂(例如：四氯化碳），难溶于饱和食盐水。1体积水在常温下可溶解2体积氯气，形成黄绿色氯水，密度为3.170g/L，比空气密度大。
　　结构
　　原子结构：氯原子最外层有7个电子，反应中易得到1个电子或共用一个电子对达到稳定结构。
　　分子结构：氯分子为双原子分子，分子式Cl₂。
　　化学特征
　　
　　毒性
　　氯气是一种有毒气体，它主要通过呼吸道侵入人体并溶解在黏膜所含的水分里，生成次氯酸和盐酸，对上呼吸道黏膜造成损伤：次氯酸使组织受到强烈的氧化；盐酸刺激黏膜发生炎性肿胀，使呼吸道黏膜浮肿，大量分泌黏液，造成呼吸困难，所以氯气中毒的明显症状是发生剧烈的咳嗽。症状重时，会发生肺水肿，使循环作用困难而致死亡。由食道进入人体的氯气会使人恶心、呕吐、胸口疼痛和腹泻。1L空气中最多可允许含氯气0.001mg，超过这个量就会引起人体中毒。
　　与金属反应
　　1、金属钠在氯气中燃烧生成氯化钠。
　　现象：钠在氯气里剧烈燃烧，产生大量的白烟，放热。
　　钠与氯气反应
　　2、铜在氯气中燃烧生成氯化铜。
　　现象：红热的铜丝在氯气里剧烈燃烧，瓶里充满棕黄色的烟，加少量水后，溶液呈蓝绿色(绿色较明显)，加足量水后，溶液完全显蓝色。
　　3、铁在氯气中燃烧生成氯化铁。
　　现象：铁丝在氯气里剧烈燃烧，瓶里充满棕褐色烟，加少量水后，溶液呈黄色。
　　4.镁带在氯气中燃烧生成氯化镁。
　　注：氯气具有强氧化性，加热下可以与所有金属反应，如金、铂在热氯气中燃烧，而与Fe、Cu等变价金属反应则生成高价金属氯化物。
　　常温下，干燥氯气或液氯与铁会发生钝化反应，生成致密氯化膜，氯化膜又阻止了氯与铁的继续反应，所以可用钢瓶储存氯气（液氯）。[1]
　　与非金属反应
　　1、与氢气的反应
　　H₂+Cl₂=点燃=2HCl（工业制盐酸方法，工业先电解饱和食盐水，生成的氢气和氯气燃烧生成氯化氢气体。）
　　现象：H₂在Cl₂中安静地燃烧，发出苍白色火焰，瓶口处出现白雾。
　　H₂+Cl₂=光照=2HCl
　　现象：见光爆炸，有白雾产生。
　　需要注意的是：将点燃的氢气放入氯气中，氢气只在管口与少量的氯气接触，产生少量的热；点燃氢气与氯气的混合气体时，大量氢气与氯气接触，迅速化合放出大量热，使气体急剧膨胀而发生爆炸.工业上制盐酸使氯气在氢气中燃烧.氢气在氯气中爆炸极限是9.8%～52.8%[2]
　　2、与磷的反应
　　2P+3Cl₂(少量）=点燃=2PCl₃(液体农药，雾）
　　2P+5Cl₂(过量）=点燃=2PCl5(固体农药，烟）
　　现象：产生白色烟雾.
　　3、与其他非金属的反应
　　实验证明，在一定条件下，氯气还可与S、Si等非金属直接化合。
　　2S+Cl₂=点燃=S₂Cl₂
　　与水反应
　　在该反应中，氧化剂是Cl₂，还原剂也是Cl₂，本反应是歧化反应。
　　氯气遇水会产生次氯酸，次氯酸具有净化（漂白）作用，用于消毒——溶于水生成的HClO具有强氧化性。
　　化学方程式是：
　　Cl₂+H₂O=HCl+HClO（可逆反应）
　　家用84消毒液与洁厕液混用会导致氯气中毒的原理就是此反应的逆反应。因为84消毒液的主要成分为NaClO，洁厕液的主要成分为盐酸，两者相遇会产生大量热，并放出氯气。
　　与碱溶液反应
　　Cl₂+2NaOH=NaCl+NaClO+H₂O
　　2Cl₂+2Ca(OH)₂=CaCl₂+Ca(ClO)₂+2H₂O
　　上述两反应中，Cl₂作氧化剂和还原剂，是歧化反应。
　　Cl₂ + 2OH(-) (冷） = ClO(-) + Cl(-) + H₂O
　　3Cl₂ + 6OH(-) (热） = ClO₃(-) + 5Cl(-) + 3H₂O
　　与盐溶液反应
　　Cl₂+2FeCl₂=2FeCl₃
　　Cl₂+Na₂S=2NaCl+S (中学阶段用来证明氯气非金属性和氧化性比硫强。）
　　与气体反应
　　Cl₂的化学性质比较活泼，容易与多种可燃性气体发生反应。
　　如：CH4、H₂、C₂H₂等。
　　与有机物反应
　　甲烷的取代反应：
　　CH₄+Cl₂=光照=CH₃Cl+HCl
　　CH₃Cl+Cl₂=光照=CH₂Cl₂+HCl
　　CH₂Cl₂+Cl₂=光照=CHCl₃+HCl
　　CHCl₃+Cl₂=光照=CCl₄+HCl
　　加成反应：
　　CH₂=CH₂+Cl₂=催化剂=CH₂ClCH₂Cl(1,2-二氯乙烷)本回答被提问者采纳

Answer 3

CL2氯气常温下是黄绿色气体比空气重、具有剧毒性、危险化学品重大危险源临界量是5吨、是60种重点监管的危险化学品之一。可以与水、碱、金属、非金属、盐等物质反应。
H2O+CL2=HCL+HCLO
NAOH+CL=NACL+NACLO
2FE+3CL2=2FECL3

Answer 4

氯气是一种黄绿色、密度比空气大、有刺激性气味的气体，有毒（毒性是化学性质），易液化。
具有强氧化性，能与绝大部分金属发生反应，能够与NaOH和Ca(OH)2等碱性物质反应制取漂白粉或者漂粉精。