氯元素

引入

氯气如何制取？

为什么自然界中见不到氯单质？

有哪些含有氯元素的物质，它们有什么功能？

为什么早晨有时开水龙头会有一股刺鼻气味？

氯元素以 $\mathrm{NaCl},\mathrm{MgCl}{}_2,\mathrm{CaCl}{}_2$ 等形式大量存在于海水、盐湖、盐矿中。

正文

物质名称	性质	类别	颜色	气味	物态	分子质量	密度（$0{}^{\circ }\mathrm{C}$,101 kPa）	熔点	沸点	氧化态
氯气 $\mathrm{Cl}{}_2$	剧毒	非金属单质	黄绿色气体	刺激性气味	气体	35.5	3.2 g/L	$101.5{}^{\circ }\mathrm{C}$	$-34.04{}^{\circ }\mathrm{C}$	-1,+1,+2,+3,+4,+5,+6,+7

制取氯气

实验室：较古早一种方法采用浓盐酸与 $\mathrm{MnO}{}_2$ 反应，本质是在酸性条件下用强氧化剂将 $\mathrm{Cl}{}^{-}$ 氧化为氯气。

工业：采用氯碱法，由电解饱和食盐水溶液制取。

名称	性质	反应式	现象	应用
		$\mathrm{MnO}{}_2+4\mathrm{HCl}\stackrel{\mathrm{\Delta }}{=}+\mathrm{Cl}{}_2\uparrow +2\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}$	发生装置生成黄绿色其他	制取氯气
氯碱法		$\mathrm{NaCl}+2\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}\stackrel{通电}{=}2\mathrm{NaOH}+\mathrm{H}{}_2+\mathrm{Cl}{}_2$	电极会有大量气泡冒出	制取氢氧化钠、氯气和氢气

物理性质

名称	性质（化学）	类别	气味	颜色	物态	沸点	熔点
次氯酸 $\mathrm{HClO}$	无毒、酸性、强氧化性、漂白性	弱酸	氯味	浅黄色	液体	/	/
次氯酸钠 $\mathrm{NaClO}$	漂白性	次氯酸盐	氯味	黄绿色	固体	$101{}^{\circ }\mathrm{C}$	$18{}^{\circ }\mathrm{C}$
次氯酸钙 $\mathrm{Ca}(\mathrm{ClO}){}_2$	漂白性	次氯酸盐	氯味	白色微黄	固体	/	$100{}^{\circ }\mathrm{C}$

化学性质

氯原子最外层上有 7 个电子，容易得 1 个电子形成稳定结构，所以氯气是活泼的非金属单质，具有强氧化性，它可以和一些金属单质、$\mathrm{H}{}_2$ 进行燃烧。

反应类型	反应式	现象
氧化还原反应	$2\mathrm{Na}+\mathrm{Cl}{}_2\stackrel{\mathrm{\Delta }}{=}2\mathrm{NaCl}$	剧烈燃烧，发出黄光，产生白烟
氧化还原反应	$2\mathrm{Fe}+3\mathrm{Cl}{}_2\stackrel{\mathrm{\Delta }}{=}2\mathrm{FeCl}{}_3$	产生棕褐色烟，产物溶于水呈黄色
氧化还原反应	$\mathrm{Cu}+\mathrm{Cl}{}_2\stackrel{\mathrm{\Delta }}{=}\mathrm{CuCl}{}_2$	产生棕黄色烟，产物溶于水呈蓝色
氧化还原反应	$\mathrm{H}{}_2+\mathrm{Cl}{}_2\stackrel{点燃}{=}2\mathrm{HCl}$	燃烧出苍白色火焰

能漂白的物质有 $\mathrm{HClO},\mathrm{NaClO},\mathrm{Ca}(\mathrm{ClO}){}_2$ ,通过强氧化作用破坏染料或有色物质中的共轭结构，从而使其失去颜色。

名称	反应类型	反应式	现象	应用
漂白粉 $\mathrm{Ca}(\mathrm{ClO}){}_2$	歧化反应	$2\mathrm{Cl}{}_2+2\mathrm{Ca}(\mathrm{OH}){}_2=\mathrm{Ca}(\mathrm{ClO}){}_2+\mathrm{CaCl}{}_2+2\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}$	最初的黄绿色逐渐转变为白色浑浊或沉淀状物	可用于泳池清理，视频出现的 Shock 清洗剂中就含有漂白粉
漂白反应	复分解反应	$\mathrm{Ca}(\mathrm{ClO}){}_2+\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}+\mathrm{CO}{}_2=\mathrm{CaCO}{}_3\downarrow +2\mathrm{HClO}$	形成白色沉淀	漂白和消毒

毒性的机理和应用

上述提到氯气有毒性，易溶于水。吸入后会在呼吸道中生成盐酸和新生态氧，对组织造成刺激和灼伤，引发水肿、充血和坏死。它还能刺激呼吸道末梢，引起平滑肌痉挛，导致呼吸困难和缺氧，进而损害心肌。新生态氧具有强氧化性，能生成臭氧，对细胞有毒害作用。此外，氯气还可影响中枢神经系统，导致植物神经功能紊乱，如血压降低、心率减慢和心律不齐。

防范：当遇到氯气泄露，因氯气密度大于空气，需要逆风向高处跑，用打湿的衣布捂住口鼻。

应用：氯气的毒性不仅对人有害，对其他生物也有毒性，因此我们可以用氯气消毒。目前氯气已应用于自来水消毒。在以前早晨有时开水龙头就会有一股刺鼻气味，那应该就是余氯残留，自来水中一定要保持微量的余氯（$\le 0.05mg/L$）才能够抑制细菌。

引出

如何区分氯和其他卤素单质？