氯氣

氯 圖片來自華人百科

氯氣( Chlorine )，是鹵族元素氯的單質形式，化學式為Cl₂。

目錄

性質

物理性質

在常溫下，氯氣是一種黃綠色、刺激性氣味、有毒的氣體。壓力為1.01×10⁵Pa時，氯單質的沸點為−34.4℃，熔點為−101.5℃。氯氣可溶於水和鹼溶液，易溶於二硫化碳和四氯化碳等有機溶劑，難溶於飽和氯化鈉溶液，飽和時1體積水溶解2體積氯氣。

化學性質

氯氣的化學性質很活潑，它是一種活潑的非金屬單質。

氯原子的最外電子層有7個電子，在化學反應中容易結合一個電子，使最外電子層達到8個電子的穩定狀態，因此氯氣具有強氧化性。氯氣的強氧化性表現為以下幾個方面：

與金屬反應

氯氣可與鈉等活潑金屬直接化合。也能跟銅等不活潑金屬起反應。

rm 2\ Na + Cl_2 \rightarrow 2\ NaCl（生成白煙）

rm Cu + Cl_2 \stackrel{\Delta}{\longrightarrow} CuCl_2（生成棕黃色的煙）

當氯氣和鐵系元素反應時，只有鐵能被氧化至+3價，其餘為+2價：

rm 2\ Fe + 3\ Cl_2 \stackrel{\Delta}{\longrightarrow} 2\ FeCl_3（生成棕褐色的煙）

rm Co + Cl_2 \stackrel{\Delta}{\longrightarrow} CoCl_2

rm Ni + Cl_2 \stackrel{\Delta}{\longrightarrow} NiCl_2

與非金屬反應

氫氣可在氯氣中點燃並產生氯化氫。反應的化學方程式：

rm Cl_2 + H_2 \rightarrow 2\ HCl

值得一提的是反應條件對上述反應的現象有很大影響：

1. 如果氫氣與氯氣事先充分混合，在光照條件下發生爆炸；
2. 如果氫氣在氯氣中安靜地燃燒，現象為蒼白色火焰，同時伴有白霧（氯化氫溶解於空氣中的水形成的鹽酸小液滴）生成。

和有機物反應

氯可以和烷烴發生取代反應 ，如氯和甲烷在光照下反應，生成氯甲烷，隨着反應的進行，還會生成二氯甲烷、三氯甲烷，直至四氯化碳。

漂白性

濕潤的氯氣可用於紙漿和棉布的漂白，不同於SO₂的漂白性，氯氣的漂白性為不可還原且較為強烈，因此不宜以此作為絲綢的漂白劑。

之所以強調濕潤的是因為

rm Cl_2 + H_2O \rightleftharpoons HCl + HClO

rm HClO \rightleftharpoons HCl + [O]（生成的rm [O]是游離氧，正是這個游離氧，氧化了有機染料使之褪色）次氯酸的分解反應在光照或受熱時速度加快。

因此乾燥的氯氣並不具有這個性質。

毒性

氯氣具有強烈的刺激性、窒息氣味，可以刺激人體呼吸道黏膜，輕則引起胸部灼熱、疼痛和咳嗽，嚴重者可導致死亡。

歷史

瑞典化學家卡爾•威廉•舍勒（Carl Wilhelm Scheele）在1774年使用鹽酸與軟錳礦通過下述反應製得氯氣：

rm MnO_2 + 4\ HCl \stackrel{\Delta}{\longrightarrow} MnCl_2 + 2\ H_2O + Cl_2 \uparrow

繼舍勒之後，貝托雷對氯氣進行了更加深入的研究。發現將氯氣通入水中會有鹽酸生成同時還伴隨着有能使帶火星木條復燃的氣體（氧氣）放出；鹽酸通過金屬會放出氫氣。

所以他認為氯氣中含有氧，但嘗試用當時已知的還原劑像金屬、木炭、磷等還原劑來還原氯卻沒能得到相應的氧化產物，這又強有力地說明氯氣中不含氧元素。後來戴維用白熱的木炭仍不能使氯氣分解，而且從鹽酸和金屬的反應中也不能得到氧化物，所以上面提到的氧氣應該是由水提供了氧元素，並且他認為應該將這種綠色的氣體視為一種新的元素，氯元素就這樣被發現了。