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氯氣常溫常壓下為黃綠色氣體,經壓縮可液化為金黃色液態氯,是氯鹼工業的主要產品之一,用作強氧化劑與氯化劑。氯混合5%(體積)以上氫氣時有爆炸危險。氯氣具有毒性,主要通過呼吸道侵入人體並溶解在黏膜所含的水分里,會對上呼吸道黏膜造成損害。氯能與有機物和無機物進行取代或加成反應生成多種氯化物。氯在早期作為造紙、紡織工業的漂白劑。

1 氯氣 -概述

氯氣氯氣

氯氣,是具有異臭和強烈刺激性的黃綠色氣體,有窒息性氣味。其遇水生成次氯酸和鹽酸,與一氧化碳在高熱條件下,可生成光氣。

氯氣在日光下與易燃氣體混合時會發生燃燒爆炸,在高壓下液化為液態氯。氯氣易溶於水和鹼溶液,也易溶於二硫化碳和四氯化碳等有機溶劑。其遇水首先生成次氯酸和鹽酸,次氯酸又可再分解為氯化氫和新生態氧,因此它是強氧化劑和漂白劑。

氯氣是有毒氣體,它主要通過呼吸道侵入人體並溶解在黏膜所含的水分里,生成次氯酸和鹽酸,會對上呼吸道黏膜造成有害的影響。

2 氯氣 -發現

1774年,瑞典化學家舍勒正在研究軟錳礦(二氧化錳),當他使軟錳礦與濃鹽酸混合併加熱時,產生了一種黃綠色的氣體,這種氣體的強烈的刺激性氣味使舍勒感到極為難受,但是當他確信自己製得了一種新氣體后,他又感到一種由衷的快樂。舍勒製備出氯氣以後,把它溶解在水裡,發現這種水溶液對紙張、蔬菜和花都具有永久性的漂白作用;他還發現氯氣能與金屬或金屬氧化物發生化學反應。

1774年舍勒發現氯氣以後,到1810年,許多科學家先後對這種氣體的性質進行了研究。這期間,氯氣一直被當作化合物。

1810年,戴維經過大量實驗研究,才確認這種氣體是由一種化學元素組成的物質。他將這種元素命名為chlorine,這個名稱來自希臘文,有「綠色的」意思。中國早年的譯文將其譯作「綠氣」,后改為氯氣。 

3 氯氣 -性質

物理性質  
氯氣氯氣

1.顏色\氣味\狀態:通常情況下為有強烈刺激性氣味的黃綠色的氣體。 

2.密度:比空氣密度大,標況時是ρ=M/V(m)=(71g/mol)/(22.4L/mol)=3.17g/L 。 

3.易液化,熔沸點較低,在101kPa下,熔點-107.1°C,沸點-34.6°C,降溫加壓可將氯氣液化為液氯,液氯即Cl2,其與氯氣物理性質不同,但化學性質基本相同。 

4.溶解性:可溶於水,且易溶於有機溶劑(例如:四氯化碳),難溶於飽和食鹽水。1體積水在常溫下可溶解2體積氯氣,形成氯水,密度為3.170g/L,比空氣密度大。 

化學性質

毒性
氯氣是一種有毒氣體,它主要通過呼吸道侵入人體並溶解在黏膜所含的水分里,生成次氯酸和鹽酸,對上呼吸道黏膜造成有害的影響:次氯酸使組織受到強烈的氧化;鹽酸刺激黏膜發生炎性腫脹,使呼吸道黏膜浮腫,大量分泌黏液,造成呼吸困難,所以氯氣中毒的明顯癥狀是發生劇烈的咳嗽。癥狀重時,會發生肺水腫,使循環作用困難而致死亡。由食道進入人體的氯氣會使人噁心、嘔吐、胸口疼痛和腹瀉。1L空氣中最多可允許含氯氣0.001mg,超過這個量就會引起人體中毒。
助燃性
在一些反應中,氯氣可以支持燃燒。 

現象:鈉在氯氣里劇烈燃燒,產生大量的白煙,放熱。 
2Na+Cl2=點燃=2NaCl 

現象:紅熱的銅絲在氯氣里劇烈燃燒,瓶里充滿棕黃色的煙,加少量水后,溶液呈藍綠色。 
Cu+Cl2=點燃=CuCl2 

現象:鐵絲在氯氣里劇烈燃燒,瓶里充滿棕紅色煙,加少量水后,溶液呈黃色。 
2Fe+3Cl2=點燃=2FeCl3

4 氯氣 -用途

在工業上,氯氣可用於氯鹼工業,製造殺蟲劑、漂白劑、消毒劑、溶劑、顏料、塑料、合成纖維等。它還可用於製造鹽酸、光氣、氯化苯、氯乙醇、氯乙烯、三氯乙烯、過氯乙烯等各種氯化物。

在製藥業、皮革業、造紙業、印染業以及醫院、游泳池、自來水的消毒等也都要應用氯氣。

5 氯氣 -毒性

中毒表現
氯氣氯氣泄漏處理現場

氯氣吸入后,主要作用於氣管、支氣管、細支氣管和肺泡,造成上呼吸道黏膜炎性水腫、充血和壞死。吸入後會立即出現眼和上呼吸道刺激反應,如羞明、流淚、咽痛、嗆咳等,繼之咳嗽加劇出現胸悶、氣急、胸骨后疼痛、呼吸困難或哮喘樣發作等癥狀;有時伴有噁心、嘔吐、腹脹、上腹痛等消化系統癥狀,或頭暈、頭痛、煩躁、嗜睡等神經系統癥狀。嚴重者可在1小時內出現肺水腫,甚至呈急性呼吸窘迫綜合征。

吸入極高濃度時,可致喉頭痙攣窒息死亡或陷入昏迷;出現腦水腫或中毒性休克,甚至心跳驟停類似電擊式死亡;還可引起支氣管黏膜壞死脫落,導致窒息。

救治

發生急性呼吸窘迫綜合征時,有進行性呼吸頻速和窘迫、心動過速,頑固性低氧血症,用一般氧療無效。

首先應使氯氣中毒者立即脫離現場,搬移至空氣新鮮處,保持安靜及保暖。至少觀察12小時,眼或皮膚接觸液氯者須立即用清水徹底沖洗,維持呼吸道暢通,可給予支氣管解痙劑,如喘定、氨茶鹼等,藥物霧化吸入,必要時氣管切開,積極處理肺水腫。

6 氯氣 -實驗室製法

 回家 

1.反應原理

4HCl+MnO2==MnCl2+2H2O+Cl2

該反應中,氧化劑是MnO2,還原劑是HCl。

強調:MNO2跟濃鹽酸在共熱的條件下才反應生成Cl2,稀鹽酸不與MNO2反應,這是由於稀鹽酸的還原性比濃鹽酸弱,不能被MnO2氧化。

2.儀器裝置

製取、凈化、收集、吸收

3.收集方法

(1)向上排空氣法
(2)排飽和食鹽水法

排氣法收集是基於Cl2的密度比空氣大;Cl2在飽和食鹽水中的溶解度約是在水中溶解度的,故也可用排飽和食鹽水法收集,也常用飽和食鹽水除去Cl2中的HCl雜質。

4.尾氣吸收

(1)尾氣吸收的原因是Cl2有毒,易污染空氣。

(2)吸收發生的反應是2NaOH+Cl2=NaCl+NaClO+H2O。

說明:工業製法2NaCl+2H2O == 2NaOH+H2↑+Cl2

7 氯氣 -性質驗證

氯氣氯氣

實驗室製取氣體後進行性質驗證,需要以下幾個環節:

組裝儀器→檢驗裝置的氣密性→裝入藥品→製取→除雜、凈化、乾燥→收集、驗滿→性質驗證→尾氣處理→拆卸儀器、洗刷收存。

1.組裝儀器的一般原則:先零后整、先主后輔、從低到高、從左到右。

2.檢驗裝置氣密性的方法:一般是先把導氣管插入盛水的水槽中,把有關活塞關閉,微熱主發生器,有氣泡從水中冒出,停止微熱后,水倒吸進入導氣管形成一段水柱.方可表示氣密性良好。

3.凈化:首先根據反應原理及所用藥品考慮雜質氣體的成分,再利用性質加以除去或轉化。

例如,實驗室用濃鹽酸和MNO2共熱制Cl2,Cl2中可能混入HCl和H2O(g),利用HCl易溶於飽和食鹽水(Cl2在其中溶解性較小)而除去,用濃H2SO4乾燥Cl2除去H2O(g)。

4.收集:氣體的收集除用排氣法與排水法外,還可以用球膽或袋囊、塑料袋等收集。

5.尾氣處理:尾氣處理的目的主要防止尾氣有毒能污染空氣或使人中毒以及尾氣在有限空間內能形成爆炸極限。

常用方法

(1)點燃法:如CO、H2、CH4等易燃性氣體,可用此法。

(2)吸收法:如Cl2、SO2、HCl、H2S等可用水或其他液體吸收。

(3)轉化法:採用一定的方法,使有毒氣體轉化成無毒氣體即可排放.如NO、NO2,如能轉化成N2即可排放。

(4)導入室外法:如H2是無毒氣體,可將其尾氣導入室外,以防在實驗室形成爆炸極限。

8 氯氣 -安全貯運

液氯在生產和貯運中易發生下列問題:①液化尾氣中氯氣、氫氣與空氣的混合氣爆炸;②包裝容器中殘存有機物雜質與氯氣反應爆炸;③水和食鹽水溶液中銨鹽帶入液化系統,會使液氯中三氯化氮積累而引起爆炸。當液氯蒸發用完后,所用容器均須用水和鹼水沖洗,以除去被三氯化氮污染的液氯后,方能修理和使用。氯是劇毒物,生產中對受壓容器等設備應嚴格要求,防止氯氣泄漏。空氣中氯氣允許濃度不大於1ppm。

9 氯氣 -相關事件

2012年7月2日,西安西郊一家名為華亮橋架電纜有限公司後院,因一工人私自拆卸二十餘天前收購的液氯金屬罐口銅角閥,造成罐內殘液揮發泄漏,導致附近數十人中毒,其中27人被送入醫院救治。

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