高中化学A5-氯及其化合物

氯及其化合物

氯气的组成和结构

氯原子核外电子排布

典型非金属性 (强氧化性)

Cl在自然界以化合态形式存在,无单质氯存在。

氯气的物理性质

  • 氯气是黄绿色、强烈刺激性、有毒气体
  • 25^oC时1体积水溶解2体积氯气,易溶于有机溶剂
  • 熔沸点较高、易液化
  • 密度约为空气的3倍

氯气的化学性质

氯气与金属的反应

方程式 现象 产物溶液颜色
\ce{2Na + Cl2}\xlongequal[]{点燃}\ce{2NaCl} 黄色火焰,白烟 无色溶液
\ce{2Fe + 3Cl}\xlongequal[]{点燃}\ce{2FeCl3} 剧烈反应,棕褐色烟 黄色溶液
\ce{Cu + Cl2}\xlongequal[]{点燃}\ce{CuCl2} 剧烈燃烧,棕黄色烟 蓝绿色溶液

注意:
常温下,干燥的氯气不与铁反应,故可以用钢瓶储存液态的氯气
氯气可将变价金属(\ce{Fe、Cu})氧化至最高价态

氯气与非金属的反应

方程式 现象
\ce{H2 + Cl2}\xlongequal[]{点燃}\ce{2HCl} 苍白色火焰,安静的燃烧,瓶口出现白雾
\ce{H2 + Cl2}\xlongequal[]{光照}\ce{2HCl} 爆炸,出现白雾

注意:
反应前后气体体积不变。
实验前氢气要验纯。
\ce{HCl}为易挥发性酸,工业盐酸因含\ce{Fe^3+}略带黄色。

氯气与水的反应

氯气的水溶液称为氯水

氧元素化合价升降

次氯酸性质:弱酸性、强氧化性、漂白性、不稳定性
上面的反应中\ce{Cl}化合价既升又降,是歧化反应。

\ce{2HClO}\xlongequal[]{光照}\ce{2HCl + O2 ^}

\ce{NaClO + CO2 + H2O = }\ce{NaHCO3 + HClO}

液氯, 新制氯水, 久置氯水的比较

  • 液氯
    • 物质分类: 单质
    • 颜色: 黄绿色
    • 组成: \ce{Cl2}
    • 化学性质: 氧化性,无漂白性
    • 存储方法: 钢瓶
  • 新制氯水
    • 物质分类: 混合物
    • 颜色: 淡黄绿色
    • 组成: \ce{Cl2,H2O, HClO,}  \ce{H+, Cl+, ClO+}
    • 化学性质: 酸性、漂白性、强氧化性
    • 存储方法: 棕色瓶避光,用玻璃塞,不能用橡胶塞
  • 久置氯水
    • 物质分类: 混合物
    • 颜色: 无色
    • 组成: \ce{H2O, H+, Cl+}
    • 化学性质: 酸性

\ce{HClO}不稳定,光照分解。\ce{2HClO <=>[光照][]}\ce{2HCl + O2 ^}

新制氯水分别滴加到下列溶液中,会有什么现象?起作用的粒子是什么?

  • 向紫色石蕊试液中滴加氯水
    • 现象:先变红,后褪色
    • 起作用粒子:\ce{H+,}\ce{HClO-}
    • 表现性质:酸性、氧化性
  • \ce{FeCl2}溶液中滴加氯水
    • 现象:浅绿色变黄色
    • 起作用粒子:\ce{Cl2}
    • 表现性质:强氧化性
  • \ce{AgNO3}溶液中滴加氯水
    • 现象:\ce{AgCl} 白色沉淀
    • 起作用粒子:\ce{Cl-}
    • 表现性质:沉淀反应
  • 向饱和\ce{Na2CO3}溶液中滴加氯水
    • 现象:产生\ce{CO2}
    • 起作用粒子:\ce{H+}
    • 表现性质:强酸性

\ce{HClO}是氯的含氧酸中氧化性最强的酸,\ce{HClO4}是常见的含氧酸中酸性最强的酸。

溶液中容易生成\ce{AgCl}白色沉淀,该物质具有感光性,在光照下会发生分解反应。

氯气与碱的反应

  • \ce{Cl2 + 2NaOH = }\ce{NaCl + NaClO + H2O}

    可制漂白液,有效成分是\ce{NaClO}

    \ce{NaClO +CO2 + H2O =}\ce{NaHCO3 + HClO}

  • \ce{2Cl2 + 2Ca(OH)2 =}\ce{CaCl2 + Ca(ClO)2 + 2H2O }

    有效成分是\ce{Ca(ClO)2},可制漂白粉、漂白精。

    \ce{Ca(ClO)2 + CO2 + H2O =}\ce{ CaCO3↓ + 2HClO}

    \ce{CO2}反应漂白效果更好

氯气与盐的反应

  • \ce{2Fe^2+ + Cl2 = 2Fe^3+ + 2Cl- }

    \ce{2Br- + Cl2 = Br2 + 2Cl- }

    \ce{2I- + Cl2 = I2 + 2Cl- }

    \ce{S^2- + Cl2 = S + 2Cl- }

  • 还原性:\ce{S^2+ > I^- > Fe^2+ > Br^- > Cl^- }

    氧化性:\ce{Cl2 > Br2 > Fe^3+ > I2 > S}

    \ce{SO2 + I2 + 2H2O = H2SO4 + 2HI }

氯气的实验室制法

软锰矿和浓盐酸加热混合

\ce{MnO2 + 4HCl(浓) \xlongequal[]{Δ}}\ce{MnCl2 + Cl2 ^ + 2H2O}

实验室制氯气

除杂:饱和食盐水能吸收,同时溶液中大量能降低的溶解度。

干燥:装浓硫酸的洗气瓶能吸收水分。
收集:氯气较空气密度大,采用向上排空气法收集。
尾气处理:\ce{NaOH}溶液吸收多余的\ce{Cl2}
验满方法:

  • 用湿润的蓝色石蕊试纸靠近盛\ce{Cl2}的集气瓶口,试纸先变红后褪色,则已集满。
  • 用蘸有浓氨水的玻璃棒靠近盛\ce{Cl2}的集气瓶口,看到冒白烟,证明已集满。
  • 将湿润的\ce{KI}淀粉试纸靠近盛\ce{Cl2}的集气瓶口,若试纸变蓝色,则已集满。

氯气的工业制法
电解饱和食盐水 \ce{2NaCl + 2H2O}\xlongequal[]{通电}\ce{2NaOH + H2 ^ + Cl2 ^}


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