第一节 氯气
新课指南
1.掌握氯气的化学性质及在实验室中制取氯气的原理和方法.
2.掌握氯离子的检验方法.
3.了解氯气的物理性质和用途.
本节重点：氯气的化学性质及实验室制法；氯离子的检验.
本节难点：氯气与水的反应及氯水中各成分的性质；氯气与碱的反应；氯气的实验室制法.
教材解读精华要义
相关链接
1.氧气的化学性质
4
3222242
22222223222222O Fe O Fe O H CO O CH CO O CO O H O H CO O C 点燃点燃点燃点燃
点燃
=++=+=+=+=+
2.氧化还原反应
(1)定义：有电子转移(得失或偏移)的反应叫氧化还原反应. (2)实质：电子转移<得失或偏移). (3)特征：化合价升降.
分析氧化还原反应，要根据反应特征，抓住反应实质，并掌握有关概念(氧化剂、还原剂、氧化性、还原性、氧化反应、还原反应等)、分析方法(如双线桥法). 3.实验室制取气体的装置
(1)固一液不加热装置，如制取H 2、CO 2等. (2)固一固加热装置，如制取O 2等. (3)启普发生器，如制取H 2、CO 2等.
知识详解
知识点1 氯气的性质和用途 Ⅰ氯的原子结构
Ⅱ氯气的物理性质
在常温(25℃)、常压(101 kPa)下，氯气是一种黄绿色而有剧烈刺激性气味的气体.比空气重，有毒，在压强为101 kPa ，温度为-34.6℃时，氯气液化为液氯，将温度继续冷却到-101℃时，液氯变为固态氯.氯气可溶于水，在常温下，1体积水中能溶解约2体积的氯气.
思维拓展
1.由于物质的状态都与温度和压强有关，因此在描述物质的状态时，一定要说明温度、压强.通常易液化的气体有Cl 2、CO 2、NH 3等.
2.氯气使人中毒的症状是：吸入少量氯气会使鼻和喉头的黏膜受到刺激，引
起胸部疼痛和咳嗽，吸入大量氯气会使人中毒死亡.在实验室里闻氯气气味时，必须十分小心，应该用手轻轻在瓶口扇动，仅使极少量的氯气飘进鼻孔(如图4-1所示).闻其他气体的气味时，也应采取这种方法. 3.对于任何气体在标准状况下的密度，都有ρ＝
m
V M ，如ρ（Cl 2）=
./17.3·4.22/711
L g mol L mol
g =-
所以，对于气体密度的数值，一般不作记忆要求，但需知当M>29时，比空气重(如O 2、CO 2等)；当M<29时，比空气轻(如H 2、N 2等).
4.由氯气的密度、溶解度、毒性和颜色等知识可知：在实验室里收集氯气，可采用向上排空气法，不能用向下排空气法，也不能用排水法，氯气在饱和食盐水中的溶解度很小，实验室中可用排饱和食盐水法收集氯气；在收集和应用氯气时，要防止使人中毒或污染环境；多余的Cl 2可用NaOH 溶液除去，一般不用石灰水(为什么?)；可通过气体的颜色判断氯气是否充满集气瓶. Ⅲ 氯气的化学性质(重点)
由氯元素的原子结构示意图可知：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，使最外层达到8个电子的稳定结构.因此，氯气是一种化学性质很活泼的非金属单质，它具有较强的氧化性，能与多种金属和非金属直接化合，还能与水、碱等化合物起反应. (1)与金属反应
实验4-1：氯气与铜反应的实验 实验目的：探究氯气与铜的反应.
实验原理：Cu+Cl 2
点燃
=
CuCl 2.
实验用品：铜丝、氯气(盛在集气瓶中，用磨砂玻璃片盖瓶口)、水、坩埚钳、酒精灯、火柴.
实验步骤：用坩埚钳夹住一束铜丝，灼热后立刻放入充满氯气的集气瓶里(如图4-2所示).观察发生的现象.然后把少量
的水注入集气瓶里，用玻璃片盖住瓶口，振荡.观察溶液的颜色.
实验现象：铜丝剧烈燃烧，产生大量棕黄色的烟.加水后形成了蓝绿色溶液.浓度不同，溶液颜色就有所不同，其浓溶液为绿色.
实验结论：在点燃的条件下，氯气与铜剧烈反应生成氯化铜，氯化铜分散成棕黄色的烟.
【注意】 ①为了使实验能够顺利进行并观察到棕黄色的烟，要注意：a.氯气要尽可能干燥、纯净；b.所用铜丝最好是剥去导线绝缘层的多股细铜丝；c.在酒精灯上加热时间略长些，将灼热的铜丝移入氯气瓶中的动作要快，要使铜丝在氯气瓶口慢慢向下伸入，以保证反应能持续、稳定地发生. ②铜丝要用坩埚钳夹持：不能直接用手拿，以免被烫伤.
③在反应时，集气瓶口的大部分要用玻璃片盖住，以防止污染空气.
④为了防止集气瓶炸裂，可在集气瓶底加入少量洗净的、干燥的细沙.燃着的铜丝不要靠近集气瓶瓶壁. [说明] CuCl 2简介：
氯化铜(CuCl 2)固体呈棕黄色，二水合氯化铜(CuCl 2·2H 2O)晶体呈蓝绿色. 氯化铜浓溶液显绿色，稀溶液显蓝绿色. 思维拓展
1.向CuCl 2溶液中加入AgNO 3溶液，有什么现象发生?写出有关反应的化学方程式. 点拨 溶液由绿色变为蓝色，同时有沉淀生成.有关反应的化学方程式为： CuCl 2+2AgNO 3＝Cu(NO 3)2+2AgCl ↓
2.向CuSO 4浓溶液中加入BaCl 2溶液，有什么现象发生?写出有关反应的化学方程式. 点拨 溶液由蓝色变为绿色，同时有沉淀生成.有关反应的化学方程式为：
CuSO 4+BaCl 2=CuCl 2+BaSO 4↓
小结 在一定条件下，Cl 2能跟绝大多数金属发生化合反应. ①Cl 2与金属反应的一般形式. 2R+nCl 2?
=2RCl n (n 为奇数时)
R+2
n Cl 2
?
=RCl n
(n 为偶数时)
②常见的化学反应. a.反应的化学方程式：
2Na+Cl 2
点燃
=
2NaCl
现象：产生黄色火焰和大量的白烟. b.反应的化学方程式：
Cu+Cl 2
点燃
=
CuCl 2
现象：产生棕黄色的烟，但无火焰. c.反应的化学方程式：
2Fe+3Cl 2
点燃
=
2FeCl 3
现象：产生棕褐色的烟，但无火焰.
[说明] ①火焰是气态物质燃烧时的特有现象，只有常温下的气体或在高温条件下产生的可燃性气体燃烧时才能观察到火焰，如Na 在Cl 2中燃烧；否则无火焰，如 Cu 、Fe 在Cl 2中燃烧，固体Fe 、Cu 难挥发，所以无火焰.
②由于氯气的氧化性很强，当金属元素有多种化合价时，该金属跟氯气反应一般生成高价金属氯化物，无论氯气过量与否.如Fe 、Cu 跟Cl 2反应，其产物是FeCl 3、 CuCl 2，而不是FeCl 2、CuCl.
③值得说明的是，在常温下，干燥的氯气不能跟铁发生化学反应，所以大量的液态氯常常被干燥后用钢瓶贮存.
(2)与非金属反应
实验4-2：氢气在氯气中燃烧的实验 实验目的：探究氯气与氢气的反应.
实验原理：H 2+Cl 2
点燃
=
2HCl.
实验用品：盛在集气瓶中的氯气，能产生氢气的启普发生器、火柴.
实验步骤：在空气中点燃H 2,然后把导管伸人盛有Cl 2的集气瓶中(如图4-3所示).观察H 2在Cl 2中燃烧时的现象.
实验现象：氢气在氯气中继续燃烧，发出苍白色火焰.氢气燃烧结束后，抽去盖在集气瓶口处的毛玻璃片，观察到集气瓶口上方出现白雾. 实验结论：纯净的H 2可以在Cl 2中安静地燃烧，生成HCl.
【注意】 ①为了保证实验安全，氢气在点燃之前必须先检验其纯度，只有纯度符合点燃的纯度要求的氢气才能点燃.
②为了使氢气持续地燃烧下去：a.氯气要不含氯化氢杂质，浓度大；b.氢气导管要从集气瓶瓶口慢慢地逐渐伸向瓶底.
③为了减少环境污染，氢气燃烧后应立即用玻璃片盖住集气瓶瓶口，然后向集气瓶中加入少量氢氧化钠稀溶液并振荡，吸收氯化氢气体.
[说明] 燃烧：一切发光、发热的剧烈的化学反应都叫做燃烧.也就是说，燃烧不一定有氧气参加.
实验4-3：氢气跟氯气混合爆炸的实验
实验目的：探究氯气与氢气混合气体发生爆炸的反应.
实验原理：H2+Cl2光照
=2HCl.
实验用品：盛在集气瓶中的氢气与氯气，镁条、酒精灯、坩埚钳、薄塑
料片.
实验步骤：把新收集到的一瓶Cl2和一瓶H2口对口地放置，抽去瓶口间
的玻璃片，上下颠倒几次，使H2和Cl2充分混合.取一瓶混合气体，用塑
料片盖好，在距瓶约10 cm处点燃镁条(如图4-4所示).观察有什么现象
发生.
实验现象：当镁条燃烧所产生的强光照射到混合气体时,瓶中的H2和Cl2迅速化合而发生爆炸，把塑料片向上弹起(如图4-4所示).集气瓶口上方产生大量白雾.
实验结论：在光照条件下，Cl2与H2发生剧烈反应，生成HCl.
【注意】①为了使爆炸反应的实验成功：a.氯气和氢气要纯；不含空气和氯化氢等杂质；b.氢气与氯气要以体积比1:1现混现用、混合均匀再用；c.将塑料片的一面涂上薄薄的一层凡士林后再盖在集气瓶口上，并用手心轻轻压严塑料片，将集气瓶口封严；d.镁条要用砂纸打磨光亮，以双股、10 cm～15 cm长为宜，燃着的镁条以距离集气瓶5 cm～10 cm为宜.
②为了实验安全：a.集气瓶口的盖片绝不能用玻璃片或金属片，除了可以用薄塑料片以外，还可以用0.5 mm～1 mm厚的纸片；b.实验操作者和观察者都要与待爆炸的集气瓶保持一定的距离.
③为了减轻环境污染，可向爆炸以后的集气瓶内倒入少量的NaOH等碱性溶液吸收HCl气体.
小结烟、雾、气的区别
①烟——大量细小固体颗粒分散在气体中的现象.如铜在氯气中燃烧会产生棕
黄色的烟——CuCl2固体；浓氨水与浓盐酸相遇会产生白色的烟——NH4Cl固体.
②雾——大量细小液滴分散在气体中的现象.如打开浓盐酸的瓶盖会看到大量的白雾，这是浓盐酸中挥发出的氯化氢吸收空气中的水所形成的盐酸小液滴.
③气——是指通常状况下为气态的物质.若气体为无色，那么用肉眼就看不见，如H2、O2、N2；只有那些有颜色的气体用肉眼才能观察到.
(3)与水反应(难点)
氯气可溶于水，常温下1体积水可溶解约2体积的氯气，溶于水的氯气中有一小部分跟水反应.
Cl2+H2O=HCl+HClO
[说明] ①氯气的水溶液叫做氯水.Cl 2使氯水显黄绿色，且有刺激性气味，
HCl使溶液显强酸性；HClO为弱酸，具有强氧化性和漂白性，也具有不稳定性，
见光或受热时易分解<如图4-5所示).
2HclO 光照
=2HCl+O2↑
氯水久置时，其颜色逐渐变浅，强氧化性逐渐减弱，酸性逐渐增强，最终形成稀盐酸，所以实验室中用氯水需现用现配，且要装于棕色试剂瓶中，置冷暗处.
②氯水中的微粒：氯水中存在着三种分子(H2O、Cl2、HClO)和四种离子(H+、Cl-、ClO-、OH-)，其浓度大小依次为：
H2O>Cl2>H+>Cl->HClO>ClO->OH-.
③氯水的性质与组成的关系.
a.由于H+的存在显酸性.
b.由于HClO 的存在，具有不稳定性和强氧化性(杀菌、消毒、漂白等).
c.由于Cl 2的存在，具有部分氯气的性质.
d.由于Cl -
的存在，能形成某些沉淀.
在不同的环境中，氯水表现出不同的性质(见下表)
试 剂 现 象 有关微粒 淀粉KI 溶液 显蓝色 Cl 2 FeCl 2溶液 显黄色(Fe 3+
) Cl 2 AgNO 3溶液 白色沉淀 Cl -
NaOH 溶液 褪 色 H +
、Cl 2 品红溶液 褪 色 HclO 石蕊试液
先变红，后褪色
H +、HclO
实验4-4：HClO 的漂白性实验 实验目的：探究Cl 2，HClO 的漂白性. 实验原理：HClO 具有强氧化性和漂白性.
实验用品：本实验中的主要仪器和药品如图4-6所示.
实验步骤：取干燥和湿润的有色布条各一条，分别放入两个集气瓶中，然后通入 Cl 2(如图4-6所示).观察发生的现象.
实验现象：干燥的有色布条a 没有褪色，而湿润的有色布条b 却褪色了. 实验结论：Cl 2无漂白性，HClO 有漂白性，HClO 比Cl 2的氧化性更强.
【注意】①有色布条a 和Cl 2都必须是干燥的，将Cl 2进行干燥,可按图4-7中Ⅰ或Ⅱ所示方法操作：
②尾气（多余的Cl 2）必须用碱溶液除去，以防止污染环境. ③装置的气密牲要好；以防止Cl 2泄漏前污染环境. 小结 HClO 的重要性质 ① 不稳定性
次氯酸不稳定，见光或加热时易分解.
↑+===?
222O HCl HClO 光照或
②弱酸性
碳酸的酸性很弱，而次氯酸的酸性比碳酸还弱.因此，向次氯酸盐溶液中通入CO 2气体可生成次氯酸. Ca(ClO)2+CO 2+H 2O ＝CaCO 3↓++2HClO
Ca2++2ClO-+CO2+H2O＝CaCO3↓+2HClO
NaClO+CO2+H2O＝NaHCO3+HClO
应用“较强酸+较弱酸盐→较弱酸+较强酸盐”的复分解反应规律进行判断， HCl、H2SO4等强酸更容易将次氯酸盐转化为次氯酸.
Ca(Cl0)2+2HCl＝CaCl2+2HClO
2NaClO+H2SO4＝Na2SO4+2HClO
ClO-+H+＝HClO
③强氧化性
氯气的氧化性很强，而次氯酸的氧化性比氯气还强.
如：a.干燥的氯气无漂白性，湿润的氯气或氯水有漂白性.
b.Ca(ClO)2+4HCl(浓)＝2Cl2↑+CaCl2+2H2O，氧化性Ca(ClO)2>Cl2.
对于次氯酸的应用主要是利用其强氧化性，常用于漂白、杀菌、消毒等.由于次氯酸的不稳定性给次氯酸的贮存和运输带来了很大的困难，所以工业上不制备次氯酸，而是以氯水或次氯酸的盐来代替次氯酸，工业上将Cl2通入石灰乳中来制取漂白粉.
2Ca(OH)2+2Cl2=CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O
或2Ca(OH)2+2Cl2＝2Ca2++2Cl-+2ClO-+2H2O
Ca(ClO)2的氧化性不及HClO强，所以漂白粉在使用时，可向其中加入少量的盐酸，以增强漂白粉的漂白效果.漂白粉露置在空气中时，空气中的CO2也能将 Ca(ClO)2转化为HClO，从而产生漂白作用.HClO也具有消毒、杀菌的作用.
例如：下列说法中，正确的是 ( )
A.久置的氯水和新制的氯水颜色相同
B.久置的氯水和新制的氯水pH相同
C.久置的氯水和新制的氯水都能与AgNO3溶液反应生成AgCl
D.由于次氯酸盐比次氯酸稳定，因此漂白粉可以露置在空气中
答案：C
(4)与碱反应(难点)
氯气与碱溶液起反应，生成次氯酸盐、金属氯化物和水.如：
Cl2+2NaOH＝NaClO+NaCl+H2O
2Cl2+2Ca(OH)2＝Ca(ClO)2+CaCl2+2H2O
[说明] ①在常温下，Cl2与碱反应的化学方程式的一般模式为：
Cl2+碱→次氯酸盐+金属氯化物+水
但在加热的条件下Cl2与碱反应的产物有所变化.如：
3Cl2+6KOH ?
=KClO3+5KCl+3H2O
②Cl2与碱的反应还是氧化还原反应，其电子转移和元素化合价变化情况为：
在此反应中Cl2既得到电子，又失去电子，既是氧化剂，又是还原剂.
③实验室中常用NaOH溶液除去多余的Cl2，以防止污染环境.工业上将Cl2通入石灰乳中以制取漂白粉，所以漂白粉的主要成分是Ca(ClO)2和CaCl2的混合物，其有效成分是Ca(ClO)2.
④由于HClO的酸性比H2CO3的酸性还弱，所以NaClO、Ca(ClO)2等次氯酸盐易跟包括碳酸在内的其他酸发生
反应.在潮湿的空气里，次氯酸钙与空气里的二氧化碳和水蒸气反应，生成次氯酸，所以漂粉精和漂白粉也具有漂白、消毒作用.
Ca(ClO)2+CO 2+H 2O ＝CaCO 3↓+2HClO Ca 2+
+2ClO -
+CO 2+H 2O=CaCO 3↓+2HClO
由于Ca(ClO)2易与CO 2、H 2O 反应，生成的HClO 不稳定，所以漂粉精要密封包装，避光、隔潮存放. ⑤Cl 2与碱在溶液中反应： 2NaOH+Cl 2=NaClO+NaCl+H 2O 2OH -+Cl 2＝ClO -+Cl -+H 2O
2Ca(OH)2(aq)+2Cl 2＝Ca(ClO)2+CaCl 2+2H 2O 2OH -+Cl 2＝ClO -+Cl -+H 2O 思维拓展
1.实验室中要除去多余的Cl 2，为什么用NaOH 溶液而不用石灰水?
点拨 因为石灰水中的主要成分是Ca(OH)2，Ca(OH)2微溶于水，所以石灰水中Ca(OH)2的浓度很低，吸收Cl 2的效果不及NaOH 溶液好.
2.工业上制取漂白粉为什么用石灰乳而不用石灰水?
点拨 因为Ca(OH)2微溶于水，所以石灰水中Ca(OH)2的浓度很低，不利于提高产量；又因为石灰乳中含有较多未溶解的Ca(OH)2，且Ca(OH)2
=Ca 2+
+2OH -，这样既保证了Cl 2与Ca(OH)2迅速反应，又便于提高产量和生产效率. (5)与某些盐反应
2KBr+Cl 2=2KCl+Br 2(溶液变为橙色) 2KI+Cl 2=2KCl+I 2(溶液变为褐色)
以上反应都属于置换反应，由于Cl 2的氧化性较强，所以能将Br -、I -氧化为相应的单质. Ⅳ氯元素的存在
由于氯气性质活泼，所以氯气在自然界中只能以化合态存在.如海水中含有大量的NaCl. Ⅴ氯气的用途
(1)作消毒剂.自来水常用氯气(在1L 水中通入约0.002g Cl 2)来杀菌消毒.
(2)制造盐酸.H 2+Cl 2
点燃
=
2HCl.
(3)制造漂白粉.2Cl 2+2Ca(OH)2＝Ca(ClO)2 +CaCl 2+2H 2O ，该漂白剂可用于棉、麻和纸张等的漂白. (4)制造氯仿等有机溶剂和多种农药. 总之，氯气是一种重要的化工原料.
知识点2 氯气的实验室制法(重点、难点)
实验4-5：氯气的制取实验
实验目的：①掌握实验室制备Cl 2的化学反应原理. ②掌握实验室制备Cl 2的常用装置和实验方法. ③掌握实验室中收集Cl 2的方法和尾气的处理方法.
实验原理：在实验室里，氯气可以用浓盐酸与二氧化锰起反应来制取.这个反应的化学方程式是：
↑++=+?
22222)(4Cl O H MnCl MnO HCl 浓