氯气

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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个电子或共用一个电子对达到稳定结构。

②分子结构:氯分子为双原子分子,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

原子和离子

左为氯离子 右为氯原子  

物理性质

①颜色\气味\状态:通常情况下为有刺激性气味的黄绿色的气体。

②密度:比空气密度大,标况时是71/22.4=3.17g/L 。

③易液化。熔沸点较低,压强为101kPa、温度为-34.6℃时易液化。液态氯为金黄色。如果将温度继续冷却到-101℃时,液氯变成固态氯。

液氯

溶解性:易溶于有机溶剂,难溶于饱和食盐水。1体积水在常温下可溶解2体积氯气,形成盐酸和次氯酸,产生的次氯酸具有漂白性,可使蛋白质变质,且见光易分解。  

化学性质

化学式:Cl₂

毒性 氯气是一种有毒气体,它主要通过呼吸道侵入人体并溶解在黏膜所含的水分里,生成次氯酸和盐酸,对上呼吸道黏膜造成有害的影响:次氯酸使组织受到强烈的氧化;盐酸刺激黏膜发生炎性肿胀,使呼吸道黏膜浮肿,大量分泌黏液,造成呼吸困难,所以氯气中毒的明显症状是发生剧烈的咳嗽。症状重时,会发生肺水肿,使循环作用困难而致死亡。由食道进入人体的氯气会使人恶心呕吐、胸口疼痛和腹泻。1L空气中最多可允许含氯气0.001毫克,超过这个量就会引起人体中毒

②助燃性

在一些反应中,氯气可以支持燃烧。

【例】

现象:钠在氯气里剧烈燃烧,产生大量的白烟。

现象:红热的铜丝在氯气里剧烈燃烧,瓶里充满棕黄色的烟,加少量水后,溶液呈蓝绿色。

现象:铁丝在氯气里剧烈燃烧,瓶里充满棕色烟,加少量水后,溶液呈黄色。

③与金属反应

【例】

钠在氯气中燃烧生成氯化钠

化学方程式:2Na+Cl₂=2NaCl(条件:点燃)

现象:钠剧烈燃烧并产生白烟

注:氯气具有强氧化性,因此,产物中像Fe、Cu这样的变价金属的化合价表现为最高价。

④与非金属反应

【例】

现象:H₂在Cl₂中安静地燃烧,发出苍白色火焰,瓶口处出现白雾。

现象:见光爆炸,有白雾产生。

⑤与水反应

在该反应中,氧化剂是Cl₂,还原剂是也是Cl2,在水中有汽化现象。

化学方程式是: Cl₂+H₂O=HCl+HClO(这是可逆反应)

⑥与碱溶液反应

【例】

Cl₂+2NaOH=NaCl+NaClO+H₂O

2Cl₂+2Ca(OH)2=CaCl₂+Ca(ClO)₂+2H₂O

上述两反应中,Cl₂作氧化剂和还原剂,有汽化现象。

⑦与盐溶液反应

【例】

Cl₂+2FeCl₂=2FeCl₃

8、与气体的反应

Cl₂的化学性质比较活泼,容易与多种可燃性气体发生反应。

如:H₂、C₂H₂等。  

用途

用于消毒,制盐酸,制漂白粉,制多种农药;制氯仿等有机溶剂;制塑料等.  

制取

1.工业生产中用直流电电解饱和食盐水法来制取氯气:

2NaCl+2H₂O=(通电) H₂↑+Cl₂↑+2NaOH

2.实验室通常用氧化HCl或浓盐酸的方法来制取氯气,常见的氧化剂有:MnO₂、K₂Cr₂O7(重铬酸钾)、KMnO₄、KClO₃、Ca(ClO)2,发生的反应分别是:

4HCl(浓)+MnO₂ =(加热)MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O

14HCl+K₂Cr₂O7=2KCl+2CrCl3+7H₂O+3Cl₂↑

16HCl+2KMnO₄=2KCl+2MnCl₂+8H₂O+5Cl₂↑

6HCl+KClO₃=KCl+3H₂O+3Cl₂↑

4HCl+Ca(ClO)2=CaCl₂+2H₂O+2Cl₂↑

如不用浓盐酸,亦可用NaCl(固体)跟浓硫酸来代替.如:

2NaCl+MnO₂+3H₂SO₄(加热)=2NaHSO₄+MnSO₄+Cl₂↑+2H₂O

也可用非金属之间的置换反应:

2HCl + F₂=2HF + Cl₂↑

氟气为强氧化物,氢氟酸为氧化性酸,不得使用任何玻璃、金属器材(包括铂、金),应使用塑料器材!

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生产历史

氯气的生产方法经历了漫长的发展过程.1774年瑞典化学家舍勒用软锰矿(含有二氧化锰)和浓盐酸作用,首先制得了氯气:

4HCl(浓)+MnO₂= MnCl₂+2H₂O+Cl₂↑(条件:加热)

然而,由于当时还不能够大量制得盐酸,故这种方法只限于实验室内制取氯气.后来法国化学家贝托雷把氯化钠、软锰矿和浓硫酸的混合物装入铅蒸馏器中,经过加热制得了氯气:

2NaCl+3H₂SO₄(浓)+MnO₂=2NaHSO₄+MnSO₄+2H₂O+Cl₂↑(条件:加热)

因为此法原料易得,所以,自1774年舍勒制得氯气到1836年止,人们一直沿用贝托雷发明的方法来生产氯气.

1836年古萨格发明了一种焦化塔,用来吸收路布蓝法生产纯碱(Na₂CO₃)的过程中排出的氯化氢气体(以前这种含氯化氢的气体被认为是一种废气,从古萨格开始,才得到了充分利用)得到盐酸,从此盐酸才成为一种比较便宜的酸,可以广为利用.舍勒发明的生产氯气的方法,经过改进,到此时才成为大规模生产氯气的方法.

1868年狄肯和洪特发明了用氯化铜作催化剂,在加热时,用空气中的氧气来氧化氯化氢气体制取氯气的方法:

4HCl+O₂=2H₂O+2Cl₂↑

这种方法被称为狄肯法(又译为地康法).

上面这些生产氯气的方法,虽然在历史上都起过一定的作用,但是它们与电解法生产氯气相比,无论从经济效益还是从生产规模上,都大为逊色.当电解法在生产上付诸实用时,上述生产氯气的方法就逐渐被淘汰了.

电解法的诞生要追溯到1833年.法拉第经过一系列的实验,发现当把电流作用在氯化钠的水溶液时,能够获得氯气:

2NaCl+2H₂O =2NaOH+H₂↑+Cl₂↑

后来,英国科学家瓦特也发现了这种方法,并在1851年获得了一份关于生产氯气的英国专利.但是由于当时没有实用的直流发电机以产生足够的电流,所以电解法也只能停留在实验室规模,不能付诸工业生产,而被束之高阁.一直到十九世纪七十至八十年代,出现了比较好的直流发电机,电解法才得到广泛的应用.从此,氯气的工业生产跨入了一个纪元.  

毒理学简介

人吸入LCLo: 500 ppm/5M。

大鼠吸入LC50: 293 ppm/1H。小鼠吸入LC50: 137 ppm/1H。

氯气吸入后,主要作用于气管支气管细支气管肺泡,导致相应的病变,部分氯气又可由呼吸道呼出。人体对氯的嗅阈为0.06mg/m^3; 90mg/m^3,可致剧咳; 120~180mg/m^3, 30~60min可引起中毒性肺炎和肺水肿; 300mg/m^3时,可造成致命损害; 3000mg/m^3时,危及生命; 高达30000mg/m^3时,一般滤过性防毒面具也无保护作用。

中毒机理:氯气吸入后与粘膜和呼吸道的水作用形成氯化氢和新生态氧。氯化氢可使上呼吸道粘膜炎性水肿充血坏死; 新生态氧对组织具有强烈的氧化作用,并可形成具细胞原浆毒作用的臭氧。氯浓度过高或接触时间较久,常可致深部呼吸道病变,使细支气管及肺泡受损,发生细支气管炎肺炎中毒性肺水肿。由于刺激作用使局部平滑肌痉挛而加剧通气障碍,加重缺氧状态; 高浓度氯吸入后,还可刺激迷走神经引起反射性的心跳停止。

临床表现

急性中毒主要为呼吸系统损害的表现。

a. 起病及病情变化一般均较迅速。

b. 可发生咽喉炎支气管炎、肺炎或肺水肿,表现为咽痛、呛咳、咯少量痰、气急、胸闷或咯粉红色泡沫痰、呼吸困难等症状,肺部可无明显阳性体征或有干、湿性罗音。有时伴有恶心、呕吐等症状。

c. 重症者尚可出现急性呼吸窘迫综合征,有进行性呼吸频速和窘迫、心动过速,顽固性低氧血症,用一般氧疗无效。

d. 少数患者有哮喘样发作,出现喘息,肺部有哮喘音。

e. 极高浓度时可引起声门痉挛或水肿、支气管痉挛或反射性呼吸中枢抑制而致迅速窒息死亡。

f. 病发症主要有肺部继发感染、心肌损害及气胸纵隔气肿等。

g. X线检查:可无异常,或有两侧肺纹理增强、点状或片状边界模糊阴影或云雾状、蝶翼状阴影。

h. 血气分析:病情较重者动脉血氧分压明显降低。

i. 心电图检查:中毒后由于缺氧、肺动脉高压以及植物神经功能障碍等,可导致心肌损害及心律失常

眼损害:氯可引起急性结膜炎,高浓度氯气或液氯可引起眼灼伤。

皮肤损害:液氯或高浓度氯气可引起皮肤暴露部位急性皮炎或灼伤。

处理

吸入气体者立即脱离现场至空气新鲜处,保持安静及保暖。眼或皮肤接触液氯时立即用清水彻底冲洗。

吸入后有症状者至少观察12小时,对症处理。吸入量较多者应卧床休息,吸氧,给舒喘灵气雾剂喘乐宁(Ventolin)或5%碳酸氢钠地塞米松雾化吸入

急性中毒时需合理氧疗; 早期、适量、短程应用肾上腺糖皮质激素; 维持呼吸道通畅; 防治肺水肿及继发感染,参见<急性刺激性气体中毒性肺水肿的治疗>;

其他对症处理。

眼及皮肤灼伤按酸灼伤处理,参见<化学性眼灼伤的治疗>和<化学性皮肤灼伤的治疗>。

标准

车间空气卫生标准:中国MAC 1 mg/m^3; 美国ACGIH TLV-STEL 2.9 mg/m^3 (1 ppm); TLV-TWA 1.5 mg/m^3 (0.5 ppm)

中国职业病诊断国家标准:职业性急性氯气中毒诊断标准及处理原则GB4866-1996。

危规:GB2.3类23002(液化的)。原铁规:剧毒气体,31001。UN NO.1017。IMDG CODE 2028页,2类。副危险6.1 。

常用方程式

Cl2 + H2O ==(可逆号) Cl- + H+ + HClO

Cl2 + 2OH- == Cl- + ClO- + H2O

Cl2 + 2OH- == Cl- + ClO- + H2O

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- (当n(FeBr2)/n(Cl2)= 1 :1时) 

8Cl2 + 6Fe2+ + 10Br-== 6Fe3+ + 5Br2 + 16Cl- (当n(FeBr2)/n(Cl2)= 3 :4时) 

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- (当n(FeI2)/n(Cl2)= 3 :4时) 

2Cl- + 4H+ + MnO2== Mn2+ + Cl2↑+ 2H2O

Cl- + Ag+ == AgCl↓

ClO- + H+ == HClO

ClO- + SO2 +H2O == 2H+ + Cl- + SO42-

ClO- + H2O= HClO + OH-  

氯气的发现

氯气的发现应归功于瑞典化学家舍勒。舍勒是18世纪中后期欧洲的一位相当出名的科学家,他从少年时代起就在药房当学徒,他迷恋实验室工作,在仪器、设备简陋的实验室里他做了大量的化学实验,涉及内容非常广泛,发明也非常多,他以其短暂而勤奋的一生,对化学做出了突出的贡献,赢得了人们的尊敬。

舍勒发现氯气是在1774年,当时他正在研究软锰矿(二氧化锰),当他使软锰矿与浓盐酸混合并加热时,产生了一种黄绿色的气体,这种气体的强烈的刺激性气味使舍勒感到极为难受,但是当他确信自己制得了一种新气体后,他又感到一种由衷的快乐。

舍勒制备出氯气以后,把它溶解在水里,发现这种水溶液对纸张、蔬菜和花都具有永久性的漂白作用;他还发现氯气能与金属或金属氧化物发生化学反应。从1774年舍勒发现氯气以后,到1810年,许多科学家先后对这种气体的性质进行了研究。这期间,氯气一直被当作一种化合物。直到1810年,戴维经过大量实验研究,才确认这种气体是由一种化学元素组成的物质。他将这种元素命名为chlorine,这个名称来自希腊文,有“绿色的”意思。我国早年的译文将其译作“绿气”,后改为氯气。

居家氯气中毒

家用84消毒液 与 洁厕液混用会导致氯气中毒

因为84主要成分为NaClO 洁厕液主要成分为盐酸

两者相遇 产生大量热 并放出氯气