氯气

此条目的主題是氯氣（Cl₂）的性質。关于氯元素的性質，請見「氯」。

氯气
英文名	chlorine dichlorine
识别
CAS号	7782-50-5 ^Y
PubChem	24526
SMILES	ClCl
性质
化学式	Cl2
摩尔质量	70.91 g·mol^−1
外观	浅黄色气体
密度	3.2 g/L
熔点	−101 °C（172 K）
沸点	−34.6 °C（239 K）
若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。

氯气是卤族元素氯的单质形式，化学式为${\displaystyle {\ce {Cl2}}}$，原子序数为17。氯是卤素中第二轻的元素，在元素周期表中位于氟和溴之间，其性质也大多处于氟和溴之间。

历史

瑞典化学家卡尔·威廉·舍勒（Carl Wilhelm Scheele）在1774年使用盐酸与软锰矿通過下述反应制得氯氣：

${\displaystyle {\rm {MnO_{2}+4\ HCl{\stackrel {\Delta }{\longrightarrow }}MnCl_{2}+2\ H_{2}O+Cl_{2}\uparrow }}}$ （此反应中盐酸为浓盐酸，二氧化锰和稀盐酸不反应）

继舍勒之后，贝托雷对氯气进行了更加深入的研究。发现将氯气通入水中会有盐酸生成同时还伴随着有能使带火星木条复燃的气体（氧气）放出；盐酸通过金属会放出氢气。

所以他认为氯气中含有氧，但尝试用当时已知的还原剂像金属、木炭、磷等还原剂来还原氯却没能得到相应的氧化产物，这又强有力地说明氯气中不含氧元素。后来戴维用白热的木炭仍不能使氯气分解，而且从盐酸和金属的反应中也不能得到氧化物，所以上面提到的氧气应该是由水提供了氧元素，并且他认为应该将这种绿色的气体视为一种新的元素，氯元素就这样被发现了。

性质

物理性質

在常温下，氯氣是一种黃綠色、刺激性氣味、有毒的气体。压力为1.01×10^5Pa时，氯單質的沸點為−34.4℃，熔点为−101.5℃。氯氣可溶於水和碱性溶液，易溶於二硫化碳和四氯化碳等有機溶劑，难溶于饱和氯化钠溶液，飽和時1體積水溶解2體積氯氣。

氯氣溶於水，生成氫氯酸跟次氯酸，化學式如下：

${\displaystyle {\rm {Cl_{2}+H_{2}O\rightleftharpoons HCl+HClO}}}$

此反應為可逆反應。

化学性质

氯气的化学性质很活泼，它是一种活泼的非金属單質。

氯原子的最外电子层有7个电子，在化学反应中容易结合一个电子，使最外电子层达到8个电子的稳定状态，因此氯气具有强氧化性。氯氣的強氧化性表現為以下幾個方面：

铁和氯气的反应

與金屬反應

氯氣可與钠等活泼金属直接化合。也能跟铜等不活泼金属起反应。

${\displaystyle {\rm {2\ Na+Cl_{2}\rightarrow 2\ NaCl}}}$（生成白烟）

${\displaystyle {\rm {Cu+Cl_{2}{\stackrel {\Delta }{\longrightarrow }}CuCl_{2}}}}$（生成棕黄色的烟）

当氯气和铁系元素反应时，只有铁能被氧化至+3价，其余为+2价（FeCl₂不能由单质直接化合生成）：

${\displaystyle {\rm {2\ Fe+3\ Cl_{2}{\stackrel {\Delta }{\longrightarrow }}2\ FeCl_{3}}}}$（生成棕褐色的烟）

${\displaystyle {\rm {Co+Cl_{2}{\stackrel {\Delta }{\longrightarrow }}CoCl_{2}}}}$

${\displaystyle {\rm {Ni+Cl_{2}{\stackrel {\Delta }{\longrightarrow }}NiCl_{2}}}}$

與非金屬反應

氢气可在氯气中点燃并产生氯化氢。反应的化学方程式：

${\displaystyle {\rm {Cl_{2}+H_{2}\rightarrow 2\ HCl}}}$

值得一提的是反应条件对上述反应的现象有很大影响：

1. 如果氢气与氯气事先充分混合，在光照条件下发生爆炸；
2. 如果氢气在氯气中安静地燃烧，现象为蒼白色火焰，同時伴有白霧（氯化氢溶解于空气中的水形成的盐酸小液滴）生成。

和有机物反应

氯可以和烷烃发生取代反应，如氯和甲烷在光照下反应，生成氯甲烷，随着反应的进行，还会生成二氯甲烷、三氯甲烷，直至四氯化碳。[1]

漂白性

湿润的氯气可用于纸浆和棉布的漂白，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。

之所以强调湿润的是因为

${\displaystyle {\rm {Cl_{2}+H_{2}O\rightleftharpoons HCl+HClO}}}$

${\displaystyle {\rm {HClO\rightleftharpoons HCl+[O]}}}$（生成的${\displaystyle {\rm {[O]}}}$是游离氧，正是这个游离氧，氧化了有机染料使之褪色）次氯酸的分解反应在光照或受热时速度加快。

因此干燥的氯气并不具有这个性质。

其它反应

氯气和四甲基氯化铵、氧化铋在浓盐酸中反应，可以得到[(CH₃)₄N]₃{[Bi₂Cl₉](Cl₂)}，这是一种稳定的化合物，在180 °C以上才会放出氯气。[2]

毒性

氯气具有强烈的刺激性、窒息气味，可以刺激人体呼吸道黏膜，輕則引起胸部灼熱、疼痛和咳嗽，严重者可导致死亡。[3]

应用

自来水消毒

自来水过去常用氯气消毒，1L水里约通入0.002g氯气，消毒原理是其与水反应生成了次氯酸，它的强氧化性能杀死水里的病菌。因为次氯酸易分解难保存、成本高、毒性较大，用氯气消毒可使水中次氯酸的溶解、分解、合成达到平衡，浓度适宜，水中残余毒性较少，所以不直接用次氯酸为自来水杀菌消毒。自来水现在提倡用二氧化氯消毒。二氧化氯消毒剂是国际上公认的高效消毒灭菌剂，它可以杀灭一切微生物，包括细菌繁殖体，细菌芽孢，真菌，分枝杆菌和病毒等，并且这些细菌不会产生抗药性。二氧化氯对微生物细胞壁有较强的吸附穿透能力，可有效地氧化细胞内含巯基的酶，还可以快速地抑制微生物蛋白质的合成来破坏微生物。二氧化氯消毒剂被确认为是医疗卫生、食品加工中的消毒灭菌、食品（肉类、水产品、果蔬）的防腐、保鲜、环境、饮水和工业循环及污水处理等方面杀菌、清毒、除臭的理想药剂，是国际上公认的氯系消毒剂最理想的更新换代产品。

医药工业

常用于制药，常参与含氯基化合物的合成。如：马来酸氨氯地平片；N-(2-甲基-2,3-二氢-1H-吲哚基)-3-氨磺酰基-4-氯-苯甲酰胺。

农药工业

常用作生产高效杀虫剂、杀菌剂、除草剂、植物生长刺激剂的原料。

冶金工业

主要用于生产金属钛、镁等。

化学武器

第二次伊珀尔战役中曾被当作化学武器使用。

参考文献

1. 王金龙. 甲烷与氯气取代反应实验光照条件的探究[J]. 化学教学, 2006(10):8-10.
2. Nikita A. Korobeynikov, Andrey N. Usoltsev, Boris A. Kolesov, Pavel A. Abramov, Pavel E. Plyusnin, Maxim N. Sokolov, Sergey A. Adonin. Dichlorine-containing chlorobismuthate( iii ) supramolecular hybrid: structure and experimental studies of stability. CrystEngComm. 2022, 24 (17): 3150–3152 [2022-05-14]. ISSN 1466-8033. doi:10.1039/D2CE00210H （英语）. 
3. 氯氣（Chlorine Gas）之簡介. （原始内容存档于2012-01-10） （中文（臺灣））.