氯氣

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氯氣常溫常壓下為黃綠色氣體,經壓縮可液化為金黃色液態氯,是氯鹼工業的主要產品之一,用作為氧化氯化劑。氯混合 5%(體積)以上氫氣時有爆炸危險。氯能與有機物和無機物進行取代或加成反應生成多種氯化物。氯在早期作為造紙、紡織工業的漂白劑

結構

  1.原子結構:氯原子最外層有7個電子,反應中易得到1個電子或共用一個電子對達到穩定結構。   2.分子結構:氯分子為雙原子分子,分子式Cl2   3.離子結構:氯離子最外層有8個電子,因而很穩定

氯氣的電子式

物理性質

氯氣

  1.顏色氣味狀態:通常情況下為有強烈刺激性氣味的有毒的黃綠色的氣體。   2.密度:比空氣密度大,標況時是ρ=M/V(m)=(71g/mol)/(22.4L/mol)=3.17g/L。   3.易液化。熔沸點較低,在101kPa下,熔點-107.1°C,沸點-34.6°C,降溫加壓可將氯氣液化為液氯,液氯即Cl2,其與氯氣物理性質不同,但化學性質基本相同。   4.溶解性:可溶於水,且易溶於有機溶劑(例如:四氯化碳),難溶於飽和食鹽水。1體積水在常溫下可溶解2體積氯氣,形成氯水(通常情況下氯水呈黃綠色),密度為3.170g/L,比空氣密度大。

化學性質

毒性

  氯氣是一種有毒氣體,它主要通過呼吸道侵入人體並溶解在黏膜所含的水分里,生成次氯酸鹽酸,對呼吸道黏膜造成有害的影響:次氯酸使組織受到強烈的氧化;鹽酸刺激黏膜發生炎性腫脹,使呼吸道黏膜浮腫,大量分泌黏液,造成呼吸困難,所以氯氣中毒的明顯癥狀是發生劇烈的咳嗽。癥狀重時,會發生肺水腫,使循環作用困難而致死亡。由食道XX人體的氯氣會使人噁心嘔吐、胸口疼痛腹瀉。1L空氣中最多可允許含氯氣0.001mg,超過這個量就會引起人體中毒。

助燃性

  在一些反應中,氯氣可以支持燃燒。   【例】   現象:鈉在氯氣里劇烈燃燒,產生大量的白煙,放熱。   2Na+Cl2=點燃=2NaCl   現象:紅熱的銅絲在氯氣里劇烈燃燒,瓶里充滿棕黃色的煙,加少量水后,溶液呈藍綠色。   Cu+Cl2=點燃=CuCl2   現象:鐵絲在氯氣里劇烈燃燒,瓶里充滿棕紅色煙,加少量水后,溶液呈黃色。   2Fe+3Cl2=點燃=2FeCl3與金屬反應   【例】   鈉在氯氣中燃燒生成氯化鈉   化學方程式:2Na+Cl2=2NaCl(條件:點燃)   現象:見上    注:氯氣具有強氧化性,一定條件下可與除Pt、Au外大部分金屬反應,而與Fe、Cu等變價金屬反應則生成高價金屬氯化物   常溫下,乾燥氯氣或液氯不與鐵反應,所以可用鋼瓶儲存氯氣。

與非金屬反應

  【例】   1、與氫氣的反應   H2+Cl2=點燃=2HCl(工業製鹽酸方法,工業先電解飽和食鹽水,生成的氫氣和氯氣燃燒生成氯化氫氣體)   現象:H2在Cl2中安靜地燃燒,發出蒼白色火焰,瓶口處出現白霧。   H2+Cl2=光照=2HCl   現象:見光爆炸,有白霧產生。   需要注意的是:將點燃的氫氣放入氯氣中,氫氣只在管口與少量的氯氣接觸,產生少量的熱;點燃氫氣與氯氣的混合氣體時,大量氫氣與氯氣接觸,迅速化合放出大量熱,使氣體急劇膨脹而發生爆炸.工業上製鹽酸使氯氣在氫氣中燃燒.   2、與磷的反應   2P+3Cl2(少量)=點燃=2PCl3(液體農藥,霧)   2P+5Cl2(過量)=點燃=2PCl5(固體農藥,煙)   現象:產生白色煙霧   3、與其他非金屬的反應   實驗證明,在一定條件下,氯氣還可與S、Si等非金屬直接化合   2S+Cl2=點燃=S2Cl2 Si+2Cl2=加熱=SiCl4

與水反應

  在該反應中,氧化劑是Cl2,還原劑是也是Cl2,本反應是歧化反應。   氯氣遇水會產生次氯酸,次氯酸具有凈化作用,用於消毒——溶於水生成的HClO具有強氧化性   化學方程式是: Cl2+H2O=HCl+HClO(可逆反應)

與鹼溶液反應

  【例】   Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O   2Cl2+2Ca(OH)2=CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O   上述兩反應中,Cl2作氧化劑和還原劑,是歧化反應。   (Cl2 + 2OH(-) (冷) = ClO(-) + Cl(-) + H2O   3Cl2 + 6OH(-) (熱) = ClO3(-) + 5Cl(-) + 3H2O   與鹽溶液反應   【例】   Cl2+2FeCl2=2FeCl3   Cl2+Na2S=2NaCl+S (中學階段用來證明氯氣非金屬性比硫強)

與氣體反應

  Cl2的化學性質比較活潑,容易與多種可燃性氣體發生反應。   如:H2、C2H2等。   相對原子質量 氯 Cl 35.453

與有機物反應

  【例】   甲烷的取代反應:   CH4+Cl2=光照=CH3Cl+HCl   CH3Cl+Cl2=光照=CH2Cl2+HCl   CH2Cl2+Cl2=光照=CHCl3+HCl   CHCl3+Cl2=光照=CCl4+HCl   加成反應:   CH2=CH2+Cl2=催化劑=CH2ClCH2Cl(1,2-二氯乙烷)   和二硫化碳反應:   2Cl2+CS2==Fe==CCl4+2S

用途

  ①消毒(溫馨小提示:自來水常用氯氣消毒,1L水裡約通入0.002g氯氣,消毒原理是其與水反應生成了次氯酸,它的強氧化性能殺死水裡的病菌。而之所以不直接用次氯酸為自來水殺菌消毒,是因為次氯酸易分解保存、成本高、毒性較大,則用氯氣消毒可使水中次氯酸的溶解、分解、合成達到平衡,濃度適宜,水中殘餘毒性較少)   ②製鹽酸   ③制漂白粉   ④制多種農藥(如六氯代苯,俗稱666)   ⑤制氯仿等有機溶劑   ⑥制塑料(如聚氯乙烯塑料)等 Cl2可用來製備多種消毒劑,含Cl的消毒劑有ClO2,NaClO,Ca(ClO)2

制取

  1.工業生產中用直流電電解飽和食鹽水法來制取氯氣:    2NaCl+2H2O=電解= H2↑+Cl2↑+2NaOH   2.實驗室通常用氧化濃鹽酸的方法來制取氯氣:   常見的氧化劑有:MnO2、K2Cr2O7(重鉻酸鉀)、KMnO4、Ca(ClO)2   注意氯酸鹽絕對不能用來製備氯氣,因為會生成大量難以分離易爆炸的ClO2   發生的反應分別是:   4HCl(濃)+MnO2 =加熱=MnCl2+Cl2↑+2H2O   [課本上的製法,比較浪費鹽酸,家庭實驗推薦用次氯酸鈣[漂白粉]與稀鹽酸反應,注意最好用稀鹽酸,濃鹽酸會造成浪費,且反應速率過快。]    14HCl+K2Cr2O7=2KCl+2CrCl3+7H2O+3Cl2↑[此反應用的鹽酸比較稀的話,微熱即可反應,沒有鹽酸可用一種非還原性酸和氯化鈉的混合物代替,也可產生氯氣]   16HCl+2KMnO4=2KCl+2MnCl2+8H2O+5Cl2↑[此反應用的鹽酸比較稀的話,微熱即可反應,沒有鹽酸可用一種非還原性酸和氯化鈉的混合物代替,也可產生氯氣]]   4HCl+Ca(ClO)2=CaCl2+2H2O+2Cl2↑{此反應需要的鹽酸很稀,1mol/L便可以劇烈反應}   如不用濃鹽酸,亦可用NaCl(固體)跟硫酸來代替.如:   2NaCl+MnO2+3H2SO4(加熱)=2NaHSO4+MnSO4+Cl2↑+2H2O   尾氣處理及離子反應

氯氣實驗

  用NaOH溶液。   2OH- + Cl2 =Clˉ+ ClOˉ + H2O   第一個瓶子內的是飽和食鹽水是為了除鹽酸   第二個是濃硫酸是為了除水蒸氣

發現

  氯氣的發現應歸功於瑞典化學家舍勒。舍勒是18世紀中後期歐洲的一位相當出名的科學家,他從少年時代起就在藥房當學徒,他迷戀實驗室工作,在儀器、設備簡陋的實驗室里他做了大量的化學實驗,涉及內容非常廣泛,發明也非常多,他以其短暫而勤奮的一生,對化學做出了突出的貢獻,贏得了人們的尊敬。   舍勒發現氯氣是在1774年,當時他正在研究軟錳礦(二氧化錳),當他使軟錳礦與濃鹽酸混合併加熱時,產生了一種黃綠色的氣體,這種氣體的強烈的刺激性氣味使舍勒感到極為難受,但是當他確信自己制得了一種新氣體后,他又感到一種由衷的快樂。   舍勒製備出氯氣以後,把它溶解在水裡,發現這種水溶液對紙張、蔬菜和花都具有永久性的漂白作用;他還發現氯氣能與金屬或金屬氧化物發生化學反應。從1774年舍勒發現氯氣以後,到1810年,許多科學家先後對這種氣體的性質進行了研究。這期間,氯氣一直被當作一種化合物。直到1810年,戴維經過大量實驗研究,才確認這種氣體是由一種化學元素組成的物質。他將這種元素命名為chlorine,這個名稱來自希臘文,有「綠色的」意思。中國早年的譯文將其譯作「綠氣」,后改為氯氣。   居家氯氣中毒   家用84消毒液與潔廁液混用會導致氯氣中毒,因為84消毒液的主要成分為NaClO,潔廁液的主要成分為鹽酸,兩者相遇會產生大量熱,並放出氯氣。

生產歷史

  氯氣的生產方法經歷了漫長的發展過程.1774年瑞典化學家舍勒用軟錳礦(含有二氧化錳)和濃鹽酸作用,首先制得了氯氣:   4HCl(濃)+MnO2=加熱= MnCl2+2H2O+Cl2↑(條件:加熱)   然而,由於當時還不能夠大量制得鹽酸,故這種方法只限於實驗室內製取氯氣.後來法國化學家貝托雷把氯化鈉、軟錳礦和濃硫酸的混合物裝入鉛蒸餾器中,經過加熱制得了氯氣:   2NaCl+3H2SO4(濃)+MnO2=加熱=2NaHSO4+MnSO4+2H2O+Cl2↑   因為此法原料易得,所以,自1774年舍勒制得氯氣到1836年止,人們一直沿用貝托雷發明的方法來生產氯氣.   1836年古薩格發明了一種焦化塔,用來吸收路布藍法生產純鹼

氯氣泄漏處理

(Na2CO3)的過程中排出的氯化氫氣體(以前這種含氯化氫的氣體被認為是一種廢氣,從古薩格開始,才得到了充分利用)得到鹽酸,從此鹽酸才成為一種比較便宜的酸,可以廣為利用.舍勒發明的生產氯氣的方法,經過改進,到此時才成為大規模生產氯氣的方法.   1868年狄肯和洪特發明了用氯化銅催化劑,在加熱時,用空氣中的氧氣來氧化氯化氫氣體制取氯氣的方法:   4HCl+O2=2H2O+2Cl2↑   這種方法被稱為狄肯法(又譯為地康法).   上面這些生產氯氣的方法,雖然在歷史上都起過一定的作用,但是它們與電解法生產氯氣相比,無論從經濟效益還是從生產規模上,都大為遜色.當電解法在生產上付諸實用時,上述生產氯氣的方法就逐漸被淘汰了.   電解法的誕生要追溯到1833年.法拉第經過一系列的實驗,發現當把電流作用在氯化鈉的水溶液時,能夠獲得氯氣:   2NaCl+2H2O =2NaOH+H2↑+Cl2↑   後來,英國科學家瓦特也發現了這種方法,並在1851年獲得了一份關於生產氯氣的英國專利.但是由於當時沒有實用的直流發電機以產生足夠的電流,所以電解法也只能停留在實驗室規模,不能付諸工業生產,而被束之高閣.一直到十九世紀七十至八十年代,出現了比較好的直流發電機,電解法才得到廣泛的應用。從此,氯氣的工業生產跨入了一個新紀元。

生產液化

  氯氣生產   工業上氯氣主要由電解食鹽水溶液制得(見氯鹼生產過程);此外,氯氣也由鹽酸回收取得,例如:氣態氯化氫的催化氧化;用二氧化硫直接氧化氯化氫;鹽酸水溶液的電解等。極少量的氯氣是鈉、鈣、鎂的熔融氯化物電解的副產品。   氯氣液化   氯氣通常可直接利用,但為了制取純凈的氯氣,並考慮貯運的方便,而把一部分氯氣進行液化製成液氯,用鋼瓶或槽車運往用戶。生產中,將從電解槽出來的熱氯氣(其中含有少量氫、氧和二氧化碳雜質),用冷水洗滌或在換熱器冷凝脫水,再用硫酸乾燥(必要時可以液氯洗滌以除去水分和雜質),然後送去液化。因濕氯對鐵有腐蝕作用,液化前氯中水分應低於50ppm。   氯氣液化的溫度和壓力範圍很大,工業生產上分為低壓法、中壓法和高壓法。低壓法在氯氣為0.078~0.147MPa(表壓),冷卻溫度為-35~-40℃下進行液化。中壓法在氯氣為0.245~0.49MPa,冷卻溫度為-15~-20℃下進行液化。高壓法的氯氣為0.98~1.17MPa,用15~25℃水冷卻即可液化。高壓法比低壓法能耗低,循環水用量少,但設備費用較高,適於大規模生產使用,中、小型氯鹼廠多採用中壓法。液化率由氯中含氫量來決定。液化尾氣中含氫不得超過4%(體積)。尾氣含60%~70%的氯氣可作為合成鹽酸、氯苯次氯酸鹽的原料氣,也可經過深度凈化精製,使液化率達到98%~99%。

安全貯運

  液氯在生產和貯運中易發生下列問題:①液化尾氣中氯氣、氫氣與空氣的混合氣爆炸;②包裝容器中殘存有機物雜質與氯氣反應爆炸;③水和食鹽水溶液中銨鹽帶入液化系統,會使液氯中三氯化氮積累而引起爆炸。當液氯蒸發用完后,所用容器均須用水和鹼水沖洗,以除去被三氯化氮污染的液氯后,方能修理和使用。氯是劇毒物,生產中對受壓容器等設備應嚴格要求,防止氯氣泄漏。空氣中氯氣允許濃度不大於1ppm。

毒理學簡介

  人吸入LCLo: 500 ppm/5M。   大鼠吸入LC50: 293 ppm/1H。小鼠吸入LC50: 137 ppm/1H。   氯氣吸入后,主要作用於氣管支氣管細支氣管肺泡,導致相應的病變,部分氯氣又可由呼吸道呼出。人體對氯的嗅閾為0.06mg/m^3; 90mg/m^3,可致劇咳; 120~180mg/m^3,30~60min可引起中毒性肺炎肺水腫; 300mg/m^3時,可造成致命損害; 3000mg/m^3時,危及生命; 高達30000mg/m^3時,一般濾過性防毒面具也無保護作用。   中毒機理:氯氣吸入后與粘膜和呼吸道的水作用形成氯化氫和新生態氧。氯化氫可使上呼吸道粘膜炎性水腫、充血壞死; 新生態氧對組織具有強烈的氧

氯氣

化作用,並可形成具細胞原漿毒作用的臭氧。氯濃度過高或接觸時間較久,常可致深部呼吸道病變,使細支氣管及肺泡受損,發生細支氣管炎、肺炎及中毒性肺水腫。由於刺激作用使局部平滑肌痙攣而加劇通氣障礙,加重缺氧狀態; 高濃度氯吸入后,還可刺激迷走神經引起反XX性的心跳停止。氯氣中毒不可以進行人工呼吸。   臨床表現   急性中毒主要為呼吸系統損害的表現。   a. 起病及病情變化一般均較迅速。   b. 可發生咽喉炎、支氣管炎、肺炎或肺水腫,表現為咽痛嗆咳、咯少量痰、氣急胸悶或咯粉紅色泡沫痰、呼吸困難等癥狀,肺部可無明顯陽性體征或有干、濕性羅音。有時伴有噁心、嘔吐等癥狀。   c. 重症者尚可出現急性呼吸窘迫綜合征,有進行性呼吸頻速和窘迫、心動過速,頑固性低氧血症,用一般氧療無效。   d. 少數患者哮喘發作,出現喘息,肺部有哮喘音。   e. 極高濃度時可引起聲門痙攣或水腫、支氣管痙攣或反XX性呼吸中樞抑制而致迅速窒息死亡。   f. 病發症主要有肺部繼發感染心肌損害及氣胸縱隔氣腫等。   g. X線檢查:可無異常,或有兩側肺紋理增強、點狀或片狀邊界模糊陰影或雲霧狀、蝶翼狀陰影。   h. 血氣分析:病情較重者動脈血氧分壓明顯降低。   i. 心電圖檢查:中毒後由于缺氧、肺動脈高壓以及植物神經功能障礙等,可導致心肌損害及心律失常。   眼損害:氯可引起急性結膜炎,高濃度氯氣或液氯可引起眼灼傷。   皮膚損害:液氯或高濃度氯氣可引起皮膚暴露部位急性皮炎或灼傷。   處理   吸入氣體者立即脫離現場至空氣新鮮處,保持安靜及保暖。眼或皮膚接觸液氯時立即用清水徹底沖洗。   吸入後有癥狀者至少觀察12小時,對症處理。吸入量較多者應卧床休息,吸氧,給舒喘靈氣霧劑、喘樂寧(Ventolin)或5%碳酸氫鈉加地塞米松等霧化吸入。   急性中毒時需合理氧療; 早期、適量、短程應用腎上腺糖皮質激素; 維持呼吸道通暢; 防治肺水腫及繼發感染,參見<急性刺激性氣體中毒性肺水腫的治療>;   其他對症處理。   眼及皮膚灼傷按酸灼傷處理,參見<化學性眼灼傷的治療>和<化學性皮膚灼傷的治療>。

標準

  車間空氣衛生標準:中國MAC 1 mg/m^3; 美國ACGIH TLV-STEL 2.9 mg/m^3 (1 ppm); TLV-TWA 1.5 mg/m^3 (0.5 ppm)   中國職業診斷國家標準:職業性急性氯氣中毒診斷標準及處理原則GB4866-1996。   危規:GB2.3類23002(液化的)。原鐵規:劇毒氣體,31001。UN NO.1017。IMDG CODE 2028頁,2類。副危險6.1。

常用方程式

  Cl2 + H2O ==(可逆號) Cl- + H+ + HClO   Cl2 + 2OH(-) (冷) = ClO(-) + Cl(-) + H2O   3Cl2 + 6OH(-) (熱) = ClO3(-) + 5Cl(-) + 3H2O   Cl2 + 2I- == 2Cl- + I2   Cl2 + H2SO3 + H2O == 2Cl- + SO42- + 4H+   Cl2 + H2S == 2Cl- + 2H+ + S↓   Cl2 + 2Fe2+ == 2Fe3+ + 2Cl-(向FeBr2溶液中少量Cl2)   3Cl2 + 2Fe2+ + 4Br- == 2Fe3+ + 2Br2 + 6Cl-(足量Cl2)   2Cl2 + 2Fe2+ + 2Br- == 2Fe3+ + Br2 + 4Cl- (當n(FeBr2)/n(Cl2)= 1 :1時)    8Cl2 + 6Fe2+ + 10Br-== 6Fe3+ + 5Br2 + 16Cl- (當n(FeBr2)/n(Cl2)= 3 :4時)    Cl2 + 2I- == 2Cl- + I2   Cl2 + 2I- == I2 + 2Cl-(向FeI2溶液中通入少量Cl2)   3Cl2 + 2Fe2+ + 4I-== 2Fe3+ + 2I2 + 6Cl- (足量Cl2)   4Cl2 + 2Fe2+ + 6I- == 2Fe3+ + 3I2 + 8Cl- (當n(FeI2)/n(Cl2)= 3 :4時)    2Cl- + 4H+ + MnO2== Mn2+ + Cl2↑+ 2H2O   Cl- + Ag+ == AgCl↓   ClO- + H+ == HClO   ClO- + SO2 +H2O == 2H+ + Cl- + SO42-   ClO- + H2O= HClO + OH-

氯氣的作用和危害

  氯氣是一種刺激性氣體,含有劇毒(曾經在一戰中作為化學武器使用),可用來做消毒劑使用.央視報道加熱后即可消除氯氣,這是為自來水水廠辯護,還是依據科學實驗消除大家的誤會?本文就常見的問題做出解答。   1、氯氣與水結合會產生什麼反應?   原理:氯氣與水結合的反應是   氯氣 + 水 = 氯化氫 + 次氯酸   其中次氯酸寫作 HClO 氯在這個分子中成正一價。   這個反應是平衡反應,四種物質都是同時存在的。   如果你要問,上一題說了是平衡反應,氯氣能在水中生成次氯酸,次氯酸就應該能生成氯氣。可是自來水中沒有氯化氫,所以不能生成氯氣。   2、氯氣對健康的危害:氯氣腐蝕呼吸道粘膜,刺激並干擾呼吸中樞神經。別的就沒什麼了。主要作用是引起水腫干擾組織功能正常實現。也有氯氣造成失明的報道。   3、氯氣消毒過程   自來水生產中通常用適量的氯氣殺菌消毒,其與水反應的產物之一是鹽酸,則用來判別自自來水生產中通常用適量的氯氣殺菌消毒,其與水反應的產物之一是鹽酸,則用來判別自來水是否用氯氣消毒可用試劑 .A.氫氧化鈉溶液 B.氯化鋇溶液 C.硝酸銀溶液 D.紫色石蕊試液   紫色石蕊試液為什麼不行?銀的金屬活動性不是在H後面么,怎麼會和鹽酸反應?   這個與金屬活動性順序表無關,這裡的反應不是單質銀與鹽酸反應,而是銀離子可以與鹽酸電離產生的氯離子發生復分解反應生成AgCl白色沉澱,銀離子常被用來檢驗溶液中氯離子的存在。Ag+ + Cl- =AgCl(沉澱),石蕊是酸鹼指示劑,不能以酸鹼指示劑來作氯元素判別。即便氯氣與水作用將形成H+,但這個量對大量水的PH值的改變很小,且自來水廠要對水作PH值調整之後才會出廠,所以石蕊不能作為判定。   用氯氣可以殺菌消毒,而氯氣與水反應的產物之一是HCL。有人把自來水當純凈水出售。用什麼化學試劑來辨真偽。很簡單在水中加入硝酸銀。

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