氯气>有毒气体常见问题>气体检测仪技术/选型问答

氯气

一、组成结构

1．原子结构：氯原子最外层有7个电子，反应中易得到1个电子．

2．分子结构：氯气分子为双原子分子，分子式Cl2．

3．离子结构：氯离子最外层有8个电子，因而很稳定．

思考：从氯原子最外层有7个电子，易形成8电子稳定结构来思考氯气是双原子分子的原因．

答案：两个氯原子最外层都有7个电子，都欲形成8电子稳定结构，共用一对电子恰都能满足要求．由此也知：Cl2分子比Cl原子稳定．

二、物理性质

1．在通常情况下：氯气是黄绿色的气体、氯气有毒、并有刺激性气味、密度比空气大、熔沸点较低、能溶于水易溶于有机溶剂、在压强为101kPa、温度为-34.6℃时易液化。如果将温度继续冷却到-101℃时，液氯变成固态氯。1体积水在常温下可溶解2体积氯气．

2．氯气有毒，闻有毒气体气味的方法是(扇动法)：用手轻轻在瓶口扇动，使极少量的气体飘进鼻孔．

思考：和其他学习过的气体相对比，氯气的物理性质有哪些“特性”?

答案：有色、易液化．

三、化学性质

1．与金属反应

2Na＋Cl2＝2NaCl (现象：剧烈燃烧，白烟)

Cu＋Cl2＝CuCl2 (现象：剧烈燃烧，棕色烟)

2Fe＋3Cl2＝2FeCl3

思考：(1)上述反应中，氯元素的化合价变动有何共同特点?为什么?Cl2作什么剂?

(2)对比铁跟盐酸的反应，铁跟氯气的反应体现了氯气的什么性质?

答案：(1)都从0价→－1价．因为最外层有7e－，易得到1e－达到8e－稳定结构．Cl2作氧化剂．

(2)体现了Cl2的氧化性比HCl强，是强氧化剂．

2．与非金属反应

燃烧：发光、发热的剧烈化学反应．

思考：(1)氢气和氯气反应，在点燃和光照条件下反应的现象为什么不同?

(2)怎样用实验证明HCl气体极易溶于水?

答案：(1)二者混合程度不同、接触面积不同所致．

点燃氢气放入氯气中，氢气分子只在导管口跟少量氯气分子接触而化合成氯化氢分子，同时产生少量的热，不能爆炸，呈苍白色火焰．当点燃氢气与氯气的混合气体时，大量的氢分子与氯分子接触，迅速化合而产生大量的热，使气体体积急剧膨胀而发生爆炸．

(2)将盛HCl的试管倒置于水槽中，水面慢慢上升至满．

3．与水反应

在该反应中，氧化剂是Cl2，还原剂是Cl2，改写成离子反应方程式是：Cl2＋H2O

H＋＋Cl－＋HClO

(1)氯气的水溶液叫氯水，饱和氯水呈现黄绿色，具有刺激性气味，主要含有的粒子有Cl2、H2O、HClO、H＋、Cl－、ClO－．

(2)次氯酸的性质

①弱酸性：是一元弱酸，属弱电解质，酸性弱于碳酸．

HClO＋NaOH＝NaClO＋H2O

NaClO＋HCl＝HClO＋NaCl

2NaClO＋CO2＋H2O＝Na2CO3＋2HClO

②不稳定性：

由于HClO的分解，使Cl2和水逐渐反应，直至氯水失效，因此氯水要现用现制，保存在棕色试剂瓶中．氯水久置将变成稀盐酸．

③强氧化性：HClO能氧化许多物质．

④杀菌漂白性：能使有色布条、品红试剂等有色物质褪色，其原理主要是利用其强的氧化性．

说明：干燥Cl2本身没有漂白性，只有转化成HClO才有漂白性．

思考：(1)液氯和氯水是一种物质吗？

答案：不是．液氯是Cl2在加压或冷却时变成的液态Cl2，是纯净物，而氯水是氯气溶于水中形成的溶液，是混合物．

(2)①怎样证明新制氯水中含有大量Cl2？

②用实验证明氯气能与水反应．

答案：①观察氯水颜色，呈黄绿色，此即氯气的颜色，说明新制氯水中含大量Cl2．

②向新制的氯水中加AgNO3溶液．若产生白色沉淀，说明氯水中含有Cl－，即有部分氯气与水反应了．

Cl2＋H2O＝HCl＋HClO

AgNO3＋HCl＝AgCl↓＋HNO3

另法：也可向新制氯水中放入一红布条或滴入几滴品红溶液，若布条或品红褪色，说明新制氯水中有HClO，即Cl2与水发生了反应．

(3)氯水中有多种化学物质，故性质较复杂．下列现象各是基于哪种物质的什么性质?

①氯水能使紫色石蕊试液先变红后褪色．

②向氯水中滴加饱和NaHCO3溶液，有气泡出现．

③向氯水中滴入AgNO3溶液，产生白色沉淀．

答案：①H＋、HClO  ②H＋  ③Cl－

4．与碱溶液反应

a.Cl2＋2NaOH＝NaCl＋NaClO＋H2O

b.2Cl2＋2Ca(OH)2＝CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O

上述两反应中，Cl2作氧化剂和还原剂．

漂白粉：(1)有效成分是Ca(ClO)2

(2)漂白原理

c.Ca(ClO)2＋CO2＋H2O＝CaCO3↓＋2HClO

(3)久置失效的原因(用反应式说明)

Ca(ClO)2＋CO2＋H2O＝CaCO3↓＋2HClO；2HclO    2HCl＋O2↑．

(4)保存方法：隔绝空气密封保存．

将上述a、b、c三反应改写成离子方程式：

a.Cl2＋2OH－＝Cl－＋ClO－＋H2O

b.Cl2＋2OH－＝Cl－＋ClO－＋H2O

c.Ca2＋＋2ClO－＋CO2＋H2O＝CaCO3↓＋2HClO

思考：(1)实验室常用NaOH溶液吸收或除去多余的氯气，为什么?

(2)分别向漂白粉溶液中通入少量和足量CO2气体，产生的现象一样吗?为什么?

答案：(1)Cl2有毒污染环境，Cl2可以跟NaOH溶液反应从而除去Cl2．

(2)不一样，通入过量CO2没有沉淀生成，CaCO3＋CO2＋H2O＝Ca(HCO3)2．

四、用途

学习物质的用途要与其性质紧密联系，因为性质决定用途．下列Cl2的用途各是基于Cl2的什么性质?

用于消毒——溶于水生成的HClO具有强氧化性；

制盐酸——与H2反应生成HCl；

制漂白粉——与Ca(OH)2反应；

制多种农药；

制氯仿等有机溶剂；

制塑料等．

思考：工业制漂白粉为什么选用Ca(OH)2而不选用NaOH?而吸收Cl2防止中毒或污染空气却选用NaOH溶液而不选用Ca(OH)2?

答案：Ca(OH)2价廉易得、成本较低；NaOH溶液碱性强、吸收效率高．

五、实验室制法

1．反应原理321

该反应中，氧化剂是MnO2，还原剂是HCl，请标出电子转移的方向和数目．

强调：MNO2跟浓盐酸在共热的条件下才反应生成Cl2，稀盐酸不与MNO2反应．

这是由于稀盐酸的还原性比浓盐酸弱，不能被MnO2氧化．

2．仪器装置

制取净化收集吸收

3．收集方法

(1)向上排空气法

(2)排饱和食盐水法

排气法收集是基于Cl2的密度比空气大；Cl2在饱和食盐水中的溶解度约是在水中溶解度的，故也可用排饱和食盐水法收集，也常用饱和食盐水除去Cl2中的HCl杂质．

4．尾气吸收

(1)尾气吸收的原因是Cl2有毒，易污染空气．

(2)吸收发生的反应是2NaOH＋Cl2＝NaCl＋NaClO＋H2O．

说明：工业制法2NaCl＋2H2O       2NaOH＋H2↑＋Cl2↑

六、氯离子的检验

1．试剂：AgNO3溶液，稀HNO3．

2．原理：Ag＋＋Cl－＝AgCl↓，AgCl不溶于稀HNO3．

3．方法：先在被检液中加稀硝酸酸化，再滴入AgNO3溶液．

4．结论：若按上述方法操作，见到溶液中出现白色沉淀，则得被检液中含有Cl－．

【热点透视】

一、氯气跟金属反应

氯气能与除Au、Pt之外的所有金属直接反应，与Fe、Cu等变价金属反应均生成高价金属氯化物，表现出较强的氧化性．

二、氯水的成分与性质

1．新制氯水与久置氯水的比较

新制氯水

久置氯水

成分

Cl2、HCl、HClO、H2O

HCl、H2O

颜色

淡黄绿色

无色

性质

酸性、漂白作用

酸性(比新制强)、无漂白作用

原因

Cl2＋H2O＝HCl＋HClO，2HClO 2HCl＋O2↑

2．氯水的性质

新制氯水是由Cl2、H2O、HClO和H＋、Cl－、ClO－及少量的OH－组成的混合物．而久置的氯水只有H2O分子和H＋、Cl－．氯水的多种成分决定了它具有多重性质：①Cl2的强氧化性

②HClO、ClO－的强氧化性  ③HCl的强酸性  ④HClO的弱酸性  ⑤Cl－的性质．在不同的反应中，氯水中起作用的成分不同，一般有以下6种情况：

(1)只考虑Cl2参与反应

①氯水和某些非金属阴离子的作用

在KI溶液中加入适量氯水，其反应为：Cl2＋2KI＝2KCl＋I2，检验氯气时就是利用此反应．把湿润的KI淀粉试纸放在瓶口，若变蓝色，说明瓶中氯气已充满．因为Cl2把I－氧化成I2，I2遇淀粉变蓝色．

②氯水和某些还原性阳离子作用

在FeCl2溶液中加适量氯水，其反应为：2FeCl2＋Cl2＝2EeCl3

(2)只考虑H＋参与反应

向NaHCO3溶液中加适量的氯水，有气泡产生，就是利用了盐酸的强酸性．反应为：

NaHCO3＋HCl＝NaCl＋CO2↑＋H2O

(3)只考虑Cl－参与的反应

向AgNO3溶液中加适量的氯水，有白色沉淀产生，就是利用了Cl－的性质，反应为：

AgNO3＋HCl＝AgCl↓＋HNO3

(4)只考虑HClO参与的反应

将氯水滴在红色纸条上，可使红色褪去，便是HClO将有机色素氧化的结果．

(5)考虑Cl2和H2O同时参与的反应

将SO2气体通入氯水中，氯水的浅黄绿色褪去，其反应为：

SO2＋2H2O＋Cl2＝H2SO4＋2HCl

(6)考虑HCl和HClO同时参与反应

往新制得的氯水中滴入紫色石蕊试液时，溶液先变红后褪色，便是盐酸的强酸性和HClO的强氧化性的具体体现．

三、漂白粉的组成、性质和用途

1．组成：Ca(ClO)2和CaCl2组成的混合物，有效成分是Ca(ClO)2．

2．性质：漂白粉本身没有漂白性，只有转化成HClO才有漂白性．由于HClO是弱酸，故Ca(ClO)2能跟较强的盐酸、碳酸反应．

Ca(ClO)2＋2HCl＝CaCl2＋2HClO

Ca(ClO)2＋CO2＋H2O＝CaCO3↓＋2HClO

Ca(ClO)2的其他性质将以后学习．

3．用途：廉价的漂白剂和杀菌消毒剂．如纺织品的漂白，餐具的消毒，野外饮水消毒等．

四、实验室制取气体的系列问题

实验室制取气体并进行性质验证，需要以下几个环节：

组装仪器→检验装置的气密性→装入药品→制取→除杂、净化、干燥→收集、验满→性质验证→尾气处理→拆卸仪器、洗刷收存．

1．组装仪器的一般原则：先零后整、先主后辅、从低到高、从左到右．

2．检验装置气密性的方法：一般是先把导气管插入盛水的水槽中，把有关活塞关闭，微热主发生器，有气泡从水中冒出，停止微热后，水倒吸进入导气管形成一段水柱．方可表示气密性良好．

3．净化：首先根据反应原理及所用药品考虑杂质气体的成分，再利用性质加以除去或转化．

例如，实验室用浓盐酸和MNO2共热制Cl2，Cl2中可能混入HCl和H2O(g)，利用HCl易溶于饱和食盐水(Cl2在其中溶解性较小)而除去，用浓H2SO4干燥Cl2除去H2O(g)．

4．收集：气体的收集除用排气法与排水法外，还可以用球胆或袋囊、塑料袋等收集．

5．尾气处理：尾气处理的目的主要防止尾气有毒能污染空气或使人中毒以及尾气在有限空间内能形成爆炸极限．

常用方法有：

(1)点燃法．如CO、H2、CH4等易燃性气体，可用此法．

(2)吸收法．如Cl2、SO2、HCl、H2S等可用水或其他液体吸收．

(3)转化法．采用一定的方法，使有毒气体转化成无毒气体即可排放．如NO、NO2，如能转化成N2即可排放．

(4)导入室外法．如H2是无毒气体，可将其尾气导入室外，以防在实验室形成爆炸极限．

用液体吸收气体的两种方法