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01 氯气(重要)

氯元素的原子结构及存在

TIP

  • 氯元素位于元素周期表的第三周期(第三行)

TIP

海水中的离子浓度大小顺序:

ClA>NaA+>MgA2+>SOA4A2>CaA2+

氯化钠、氯化镁、硫酸钙。

氯气的性质

TIP

  • 氯气在常温常压下为黄绿色气体
  • 氯的相对原子质量为 35.5,氯气的相对原子质量为 71,比空气的平均相对分子质量 29 大;所以氯气的密度比空气大。

TIP

  • 1 体积的水可溶解约 2 体积的氯气(溶解包含物理溶解和化学溶解)
  • 在气体中沸点较高,所以容易液化,经压缩变成黄绿色液氯。

氯气与氢气的反应

  1. 实验操作:在空气中点燃氢气(点燃前要验纯),然后把导管伸入盛有氯气的集气瓶中。
  2. 实验现象:氢气在氯气中安静地燃烧,发出苍白色火焰,集气瓶口上方出现白雾(生成的 HCl 遇到空气中的水分子形成的小液滴)。
  1. 化学方程式:

HA2+ClA2 = 2HCl(这也是工业制取盐酸的一个方程式)

拓展

燃烧是发光发热的剧烈的化学反应,不一定要有氧气参与。

2P+3Cl2=2PCl3 等。

TIP

若将 H2Cl2 混合点燃或强光照射会发生爆炸。

氯气与金属的反应

氯气在加热条件下能与大多数金属化合,生成高价金属氯化物,体现氯气的强氧化性

氯气与钠燃烧反应

产生黄色火焰,生成白色固体。

燃烧过程中:

燃烧完后:

氯气与铁燃烧反应

生成棕褐色烟。

记忆技巧:氢氧化铁胶体、氢氧化铁溶液是红褐色,有个褐字,所以氯气与铁燃烧生成棕褐色烟。

氯气与铜燃烧反应

生成棕黄色烟。

黄铜是常见的铜合金,所以氯气与铜燃烧生成棕黄色烟。

TIP

氯气与铁、铜反应,铁、铜的化合价升高到了最高。

对比硫与铁、铜反应,铁铜的化合价升高到了较低的化合价。

2Cu+S =Δ CuA2S

Fe+S =Δ FeS

所以氧化性:Cl2>S

氯气与水的反应:新制氯水

  1. 在常温下,溶于水中的部分氯气与水发生反应:

ClA2+HA2OHCl+HClO

表示可逆反应

离子方程式:(注意次氯酸是弱酸,不能拆开)

ClA2+HA2OHA++ClA+HClO

TIP

溶于水的氯气 Cl2 绝大部分都没有和 H2O 发生反应,所以新制氯水中是含有氯气分子 Cl2 的,以物理溶解的形式存在。

  1. 新制氯水的成分

三分:

HA2O>ClA2>HClO

四离:

部分 Cl2 发生可逆反应:

ClA2+HA2OHA++ClA+HClO

部分水发生点解:

HA2OHA++OHA

部分次氯酸发生可逆反应:

HClOHA++ClOA

所以最终的粒子浓度顺序:

HA+>ClA>ClOA>OHA

新制氯水的性质

新制氯水的多种成分决定了它具有多重性质。

  1. Cl2

(1)新制氯水呈现浅黄绿色(氯气是黄绿色气体,溶于水中颜色变浅了一点)

(2)氧化性:与还原性物质发生反应

TIP

还原性顺序记忆口诀:留了一点亚铁,生锈了,长绿毛

SA2>SA4+>IA>FeA2+>BrA>ClA> MnA2+

硫化氢、亚硫酸留了一点亚铁,生锈了长绿毛。

只要还原性比 Cl 强,都可以和 Cl2 发生反应,以强制弱。

比如:

ClA2+HA2S/HSA/SA2S+ClA

ClA2+SOA2/HA2SOA3/HSOA3A/SOA3A2>SO42+Cl

ClA2+2IA2ClA+IA2

ClA2+2FeA2+2ClA+2FeA3+

ClA2+2BrA2ClA+BrA2

  1. H+

NaHCO3,CaCO3,Ma 反应

  1. Cl

加入 AgNO3 溶液可以检验出氯水中的 Cl,现象是有白色沉淀生成

  1. HClO

(1)强氧化性:漂白性、杀菌、消毒。

向新制氯水中滴加紫色石蕊溶液,先变红(H+ 作用的结果),后褪色 (HClO 作用的结果)

(2)弱酸性:酸性比 H2CO3 还弱

(3)不稳定性:

2HClO =Δ 2HCl+OA2

新制氯水漂白原理的探究实验

TIP

有色鲜花里也含有水。

近年来有科学家提出,使用氯气对自来水消毒时,氯气会与水中的有机物发生反应,生成的有机氯化物可能对人体有害。所以,国家规定了饮用水中余氯含量的标准,而且已开始使用二氧化氯(ClCO2,比较稳定)、臭氧 O3(不太好保存,成本高)等新的自来水消毒剂。

久置氯水

  1. 反应方程式:

2HClO =Δ 2HCl+OA2

  1. 成分:

HCl 水溶液。没有 Cl2,HClO,ClO 了。

  1. 性质:

有酸性(比新制氯水强),无氧化性、无漂白性

  1. 实验室中氯水需现用现配,且避光、密封保存在棕色试剂瓶

Cl_2 与碱的反应

最初,人们直接用氯水作漂白剂,但因氯气的溶解度不大,而且生成的 HClO 不稳定,难以保存,使用起来很不方便,效果也不理想。

Cl2 与水反应原理的基础上,人们制得了次氯酸钠 (NaClO)、次氯酸钙 Ca(ClO)2 等具有漂白作用的次氯酸盐。

次氯酸钠 (NaClO)、次氯酸钙 Ca(ClO)2 的漂白原理都是与水反应水解生成了 HClO

(1)Cl2常温下NaOH 溶液

ClA2+2NaOH =     NaCl+NaClO+HA2O(歧化反应)

此反应的应用:

①实验室吸收多余的 Cl2

②工业制漂白液(也称 84 消毒液,含有 NaClNaClO),有效成分为 NaClO(比 HClO 稳定得多)

③84 消毒液与洁厕灵(主要成分 HCl)不能混用。

否则发生反应 ClOA+ClA+2HA+ =     ClA2+HA2O

④必须是常温下 Cl2NaOH 溶液反应,如果加热那么又会发生另外种反应:

ClA2+NaOHΔNaCl+NaClOA3+5+HA2O

(2)Cl2 通入冷的石灰乳 Ca(OH)2 (不通到澄清石灰水中,以便提高产量)中

ClA2+Ca(OH)A2CaClA2+Ca(ClO)A2+HA2O(歧化反应)

TIP

这个方式也是工业上制漂白粉的方程式。

所以漂白粉的成分含有 CaCl2,Ca(ClO)2()

如果将 Ca(ClO)2 的成分拉高,就可以将漂白粉转为漂粉精。

漂白粉起效原理:

Ca(ClO)A2+COA2+HA2O =     CaCOA3+2HClO(强酸制弱酸)

漂白粉久置于空气中失效:

Ca(ClO)A2+COA2+HA2O =     CaCOA3+2HClO

2HClO = 2HCl+OA2

漂白液、漂白粉、漂粉精既可作漂白棉、麻、纸张的漂白剂,又可用作游泳池等场所的消毒剂

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