高中化学 05 氯及氯的化合物

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一、氯气的性质

物理性质：氯气是一种黄绿色、有刺激性气味的有毒气体，密度比空气大，能溶于水（1体积水约溶解2体积氯气），易液化。

化学性质：

与金属反应：氯气具有强氧化性，能与大多数金属反应生成金属氯化物。例如，氯气与钠反应剧烈，产生大量白烟，生成氯化钠，化学方程式为\(2Na + Cl_{2}\stackrel{点燃}{=\!=\!=}2NaCl\)；氯气与铜反应生成氯化铜，产生棕黄色的烟，化学方程式为\(Cu + Cl_{2}\stackrel{点燃}{=\!=\!=}CuCl_{2}\)。

与非金属反应：氯气能与氢气反应，氢气在氯气中燃烧，发出苍白色火焰，生成氯化氢气体，化学方程式为\(H_{2}+Cl_{2}\stackrel{点燃}{=\!=\!=}2HCl\)。氯气与磷反应，氯气不足时生成三氯化磷，氯气过量时生成五氯化磷。

与水反应：氯气溶于水，部分氯气与水发生反应，生成盐酸与次氯酸，化学方程式为\(Cl_{2}+H_{2}O\rightleftharpoons HCl + HClO\)。次氯酸具有强氧化性，能杀菌消毒，具有漂白作用。

与碱反应：氯气与氢氧化钠溶液反应生成氯化钠、次氯酸钠和水，化学方程式为\(Cl_{2}+2NaOH = NaCl + NaClO + H_{2}O\)。此反应常用于实验室制取少量的含氯消毒剂。氯气与氢氧化钙反应生成氯化钙、次氯酸钙和水，化学方程式为\(2Cl_{2}+2Ca(OH)_{2}=CaCl_{2}+Ca(ClO)_{2}+2H_{2}O\)，其产物次氯酸钙是漂白粉的有效成分。

二、氯水的成分及性质

氯水的成分：氯气溶于水得到氯水，新制氯水中含有三种分子：\(Cl_{2}\)、\(H_{2}O\)、\(HClO\)；四种离子：\(H^{+}\)、\(Cl^{-}\)、\(ClO^{-}\)、\(OH^{-}\)（少量）。

氯水的性质：

酸性：氯水中含有盐酸，具有酸性，能使紫色石蕊试液变红。

强氧化性：由于氯水中含有氯气和次氯酸，具有强氧化性，能使有色物质褪色，可用于杀菌消毒等。

不稳定性：次氯酸不稳定，见光易分解，化学方程式为\(2HClO\stackrel{光照}{=\!=\!=}2HCl + O_{2}\uparrow\)。因此，新制氯水需要避光保存，久置氯水由于次氯酸分解，最终变为稀盐酸。

三、次氯酸及其盐

次氯酸的性质：

弱酸性：次氯酸是一元弱酸，酸性比碳酸还弱，其电离方程式为\(HClO\rightleftharpoons H^{+}+ClO^{-}\)。

强氧化性：次氯酸具有强氧化性，能使有机色质褪色，具有杀菌消毒作用。

不稳定性：见光或受热易分解，如上述反应\(2HClO\stackrel{光照}{=\!=\!=}2HCl + O_{2}\uparrow\)。

次氯酸盐：

漂白粉：主要成分是\(CaCl_{2}\)和\(Ca(ClO)_{2}\)，有效成分是\(Ca(ClO)_{2}\)。漂白粉的漂白原理是次氯酸钙与空气中的二氧化碳和水反应生成次氯酸，化学方程式为\(Ca(ClO)_{2}+CO_{2}+H_{2}O = CaCO_{3}\downarrow+2HClO\)。

84消毒液：其主要成分是\(NaClO\)，它在空气中也会与二氧化碳和水反应生成次氯酸，从而发挥漂白和消毒作用。使用时要注意其与洁厕灵等酸性物质不能混合，否则会发生反应生成氯气，导致中毒。

四、氯气的实验室制法

反应原理：实验室常用二氧化锰与浓盐酸共热制取氯气，化学方程式为\(MnO_{2}+4HCl(浓)\stackrel{\Delta}{=\!=\!=}MnCl_{2}+Cl_{2}\uparrow+2H_{2}O\)。

实验装置：包括发生装置、净化装置、收集装置和尾气处理装置。

发生装置：选用固液加热型装置，使用分液漏斗滴加浓盐酸，以控制反应速率。

净化装置：用饱和食盐水除去氯气中的氯化氢气体，再用浓硫酸除去水蒸气。

收集装置：氯气密度比空气大，可用向上排空气法收集；氯气在饱和食盐水中的溶解度较小，也可用排饱和食盐水法收集。

尾气处理装置：氯气有毒，不能直接排放到空气中，通常用氢氧化钠溶液吸收尾气，发生反应\(Cl_{2}+2NaOH = NaCl + NaClO + H_{2}O\)。

五、氯离子的检验

检验方法：向待检验溶液中先加入稀硝酸酸化，排除\(CO_{3}^{2-}\)等杂质离子的干扰，再加入硝酸银溶液，若产生白色沉淀，则证明溶液中含有氯离子。

反应原理：\(Ag^{+}+Cl^{-}=AgCl\downarrow\)，氯化银是一种不溶于稀硝酸的白色沉淀。

氯及氯的化合物在化学中具有重要地位，其性质和相关反应在生产生活、环境保护等方面都有广泛应用，如自来水的消毒、漂白粉的使用等，同时也是高中化学学习中的重点和难点内容。