2026-2027学年初升高化学衔接讲义 氯气的性质

氯气的性质 高中化学讲义 ──────────────────────────────────────── 一、氯元素概述 氯（Chlorine，元素符号 Cl）是元素周期表中第17号元素，位于第三周期第ⅦA族（卤族元素）。氯原子最外层有7个电子，在化学反应中容易得到1个电子形成Cl⁻，表现出典型的非金属性。 自然界中氯元素以化合态存在，主要以氯化钠（NaCl）、氯化镁（MgCl₂）等形式存在于海水、盐湖和岩盐中。氯的单质——氯气（Cl₂）是一种双原子分子，两个氯原子通过一对共用电子对形成非极性共价键。 二、氯气的物理性质 2.1 感官性质 氯气是一种黄绿色气体，具有强烈的刺激性气味。氯气有毒，对呼吸道有强烈的刺激作用，吸入少量就会引起咳嗽、胸闷等症状，大量吸入可导致中毒甚至死亡。实验室闻氯气的方法：用手在瓶口轻轻扇动，使少量气体飘入鼻孔。 2.2 物理常数 物理性质 具体数据 颜色 黄绿色 气味 强烈刺激性气味 密度 3.214 g/L（标准状况，约为空气的2.5倍） 沸点 −34.04 °C 熔点 −101.5 °C 溶解性 能溶于水，常温常压下1体积水约溶解2体积氯气 液化 易液化，常温下加压至约600 kPa即可液化 2.3 氯水的成分 氯气溶于水得到氯水，氯水是混合物。在氯水中存在以下平衡： Cl₂ + H₂O ⇌ H⁺ + Cl⁻ + HClO 氯水中含有"三分子、四离子"： • 三分子：Cl₂（氯分子）、H₂O（水分子）、HClO（次氯酸分子） • 四离子：H⁺（氢离子）、Cl⁻（氯离子）、ClO⁻（次氯酸根离子）、OH⁻（氢氧根离子，极少量） 三、氯气的化学性质 氯原子最外层有7个电子，在化学反应中容易得到1个电子，因此氯气具有很强的氧化性，是常见的强氧化剂。氯气的化学性质非常活泼，能与多种物质发生反应。 3.1 与金属反应 氯气能与大多数金属直接化合，生成高价金属氯化物。 （1）与钠反应 2Na + Cl₂ →点燃 2NaCl 现象：钠在氯气中剧烈燃烧，产生黄色火焰，生成白色固体（氯化钠），产生大量白烟。 （2）与铁反应 2Fe + 3Cl₂ →点燃 2FeCl₃ 现象：红热的铁丝在氯气中燃烧，产生棕褐色的烟（FeCl₃）。注意：铁与氯气反应生成FeCl₃（氯化铁）而非FeCl₂，因为氯气的氧化性强。 （3）与铜反应 Cu + Cl₂ →点燃 CuCl₂ 现象：红热的铜丝在氯气中燃烧，产生棕黄色的烟（CuCl₂）。溶于水后溶液呈蓝绿色。 3.2 与非金属反应 （1）与氢气反应 H₂ + Cl₂ →点燃 2HCl 现象：氢气在氯气中安静地燃烧，发出苍白色火焰，瓶口有白雾（HCl气体遇到空气中的水蒸气形成盐酸小液滴）。若将氢气和氯气混合后光照，则会发生爆炸。 （2）与红磷反应 2P + 3Cl₂ →点燃 2PCl₃ 2P + 5Cl₂ →点燃 2PCl₅（氯气过量） 现象：红磷在氯气中燃烧，产生白色烟雾（PCl₃和PCl₅的混合物）。 3.3 与水反应 氯气能与水发生反应，这是一个可逆反应： Cl₂ + H₂O ⇌ HCl + HClO 该反应的实质是氯气与水发生了歧化反应（自身氧化还原反应），氯元素的化合价从0价既升高到+1价（HClO），又降低到−1价（HCl）。 ■ 次氯酸（HClO）的性质： ① 弱酸性：次氯酸是弱酸，酸性比碳酸还弱。 ② 不稳定性：次氯酸不稳定，见光易分解： 2HClO →光照 2HCl + O₂↑ ③ 强氧化性（漂白性）：次氯酸具有强氧化性，能漂白有色物质，也能杀菌消毒。氯气本身没有漂白性，真正起漂白和消毒作用的是次氯酸。干燥的氯气不能使干燥的有色布条褪色，但能使湿润的有色布条褪色。 3.4 与碱反应 氯气能与碱溶液反应，生成氯化物和次氯酸盐： （1）与NaOH溶液反应 Cl₂ + 2NaOH = NaCl + NaClO + H₂O 此反应常用于实验室中吸收多余的氯气（尾气处理）。 （2）与Ca(OH)₂（石灰乳）反应——制取漂白粉 2Cl₂ + 2Ca(OH)₂ = Ca(ClO)₂ + CaCl₂ + 2H₂O 漂白粉的主要成分为Ca(ClO)₂（次氯酸钙）和CaCl₂（氯化钙），其中有效成分是Ca(ClO)₂。漂白粉的漂白原理： Ca(ClO)₂ + CO₂ + H₂O = CaCO₃↓ + 2HClO Ca(ClO)₂ + 2HCl = CaCl₂ + 2HClO 漂白粉长期露置于空气中会失效，原因是Ca(ClO)₂与空气中的CO₂和H₂O反应生成HClO，而HClO不稳定又分解。 3.5 与还原性物质反应 （1）与SO₂反应 Cl₂ + SO₂ + 2H₂O = H₂SO₄ + 2HCl 此为SO₂使氯水褪色的原理，是氧化还原反应。 （2）与Fe²⁺反应 Cl₂ + 2Fe²⁺ = 2Fe³⁺ + 2Cl⁻ （3）与I⁻反应 Cl₂ + 2I⁻ = I₂ + 2Cl⁻ 可用于检验氯气的存在（湿润的KI-淀粉试纸变蓝）。 （4）与S²⁻反应 Cl₂ + S²⁻ = S↓ + 2Cl⁻ 四、氯气的制备 4.1 实验室制法 实验室常用二氧化锰（MnO₂）与浓盐酸在加热条件下反应制取氯气： MnO₂ + 4HCl(浓) →加热 MnCl₂ + Cl₂↑ + 2H₂O ■ 实验装置要点： ① 发生装置：圆底烧瓶 + 分液漏斗（固液加热制气装置） ② 收集方法：向上排空气法（氯气密度比空气大）或排饱和食盐水法（氯气在饱和食盐水中溶解度小） ③ 尾气处理：用NaOH溶液吸收多余的氯气 ④ 除杂：先通过饱和食盐水除去HCl气体，再通过浓硫酸干燥 ⑤ 验满方法：用湿润的KI-淀粉试纸放在集气瓶口，试纸变蓝即为集满 ■ 其他实验室制氯气的方法： 2KMnO₄ + 16HCl(浓) = 2KCl + 2MnCl₂ + 5Cl₂↑ + 8H₂O KClO₃ + 6HCl(浓) = KCl + 3Cl₂↑ + 3H₂O 注意：这两个反应不需要加热。 4.2 工业制法 工业上用电解饱和食盐水的方法制取氯气（氯碱工业）： 2NaCl + 2H₂O →电解 2NaOH + H₂↑ + Cl₂↑ 阳极产物：Cl₂（氯气）；阴极产物：H₂（氢气），溶液中生成NaOH。 五、氯气的用途与危害 5.1 主要用途 ① 自来水消毒杀菌（利用HClO的强氧化性） ② 制漂白粉、漂白液（如84消毒液的主要成分为NaClO） ③ 合成盐酸（HCl） ④ 生产聚氯乙烯（PVC）等有机化工产品 ⑤ 制备氯仿、四氯化碳等有机溶剂 ⑥ 造纸工业中的纸浆漂白 5.2 安全注意事项 ① 氯气为有毒气体，实验时应在通风橱中进行。 ② 实验过程中注意尾气处理，避免氯气泄漏。 ③ 若不慎吸入氯气，应立即离开现场到空气新鲜处。 ④ 氯气与氢气混合在光照下易爆炸，注意避光存放。 六、知识总结 6.1 氯水中各成分的性质总结 （1）表现Cl₂的性质：氯水呈黄绿色；能使湿润的KI-淀粉试纸变蓝；能与SO₂等还原剂反应褪色。 （2）表现H⁺的性质：能使紫色石蕊试液变红；能与活泼金属反应放出H₂；能与碳酸盐反应放出CO₂。 （3）表现Cl⁻的性质：加入AgNO₃溶液产生白色沉淀（不溶于稀硝酸）。 （4）表现HClO的性质：能使品红溶液或湿润的有色布条褪色；能使紫色石蕊试液先变红后褪色。 6.2 氯气与常见气体反应总结 反应气体 化学方程式 反应条件 主要现象 H₂ H₂ + Cl₂ = 2HCl 点燃或光照 苍白色火焰 / 爆炸 Na（蒸气） 2Na + Cl₂ = 2NaCl 点燃 黄色火焰，白烟 Fe 2Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃ 点燃（Fe丝红热） 棕褐色烟 Cu Cu + Cl₂ = CuCl₂ 点燃（Cu丝红热） 棕黄色烟 6.3 卤族元素性质比较 卤素 F₂ Cl₂ Br₂ I₂ 颜色（常态） 淡黄绿色气体 黄绿色气体 深红棕色液体 紫黑色固体 氧化性 最强 ←—————— 逐渐减弱 ——————→ 最弱 与H₂反应 冷暗处爆炸 光照或点燃 加热化合 持续加热，可逆 与金属反应 最剧烈 ←————— 逐渐减弱 —————→ 较缓和 七、典型例题 例题1 下列关于氯气的说法正确的是（ ） A. 氯气是无色无味的气体 B. 氯气能使干燥的有色布条褪色 C. 氯气与铁反应生成FeCl₂ D. 氯气与NaOH溶液反应，氯气既是氧化剂又是还原剂 解析：氯气是黄绿色有刺激性气味的气体，A错误。干燥的氯气不能使干燥的有色布条褪色，真正起漂白作用的是HClO，B错误。氯气氧化性强，与铁反应生成FeCl₃而非FeCl₂，C错误。氯气与NaOH反应：Cl₂ + 2NaOH = NaCl + NaClO + H₂O，Cl元素化合价从0价既升高到+1（NaClO）又降低到−1（NaCl），属于歧化反应，氯气既是氧化剂又是还原剂，D正确。 答案：D 例题2 在氯水中滴入紫色石蕊试液，观察到的现象是________________，原因是________________。 答案：溶液先变红后褪色。氯水中含有H⁺（HCl电离产生）使石蕊变红，同时含有HClO，HClO具有漂白性，能将有色物质氧化而褪色。 例题3 实验室用MnO₂与浓盐酸制取干燥纯净的Cl₂，请回答： （1）发生反应的化学方程式。 （2）制备的Cl₂中含有哪些杂质？如何除去？ （3）如何收集Cl₂？如何验满？ （4）多余的Cl₂如何处理？写出有关化学方程式。 答案： （1）MnO₂ + 4HCl(浓) →加热 MnCl₂ + Cl₂↑ + 2H₂O （2）杂质：HCl气体和水蒸气。除杂方法：先将气体通过饱和食盐水除去HCl，再通过浓硫酸除去水蒸气（干燥）。 （3）用向上排空气法收集（Cl₂密度大于空气）。验满：用湿润的KI-淀粉试纸靠近集气瓶口，试纸变蓝即为集满。 （4）多余的Cl₂用NaOH溶液吸收：Cl₂ + 2NaOH = NaCl + NaClO + H₂O ──────────────────────────────────────── 本讲义供高中化学学习参考使用 学科网（北京）股份有限公司 $