氯气

概览

氯气 $\ce{Cl2}$是黄绿色、有毒、有刺激性气味的气体，是卤素单质的代表。氯原子最外层 7 个电子，易得 1 个电子形成$\ce{Cl^-}$，因此 $\ce{Cl2}$ 具有强氧化性。本笔记系统整理氯气的物理性质、化学性质（与金属、非金属、水、碱的反应）、氯水的成分与漂白性，重点掌握"氯水成分为三分子三离子""漂白的是次氯酸"等易错点，并会用物质的量进行定量计算。

核心概念

• 物理性质：黄绿色、有刺激性气味、有毒；密度比空气大；能溶于水（1 体积水约溶解 2 体积氯气）；易液化（加压或降温，液氯为纯净物）。
• 强氧化性：氯原子易得电子，氯气是典型的强氧化剂，可氧化金属、非金属及低价离子。
• 氯水成分：氯气溶于水部分与水反应生成 $\ce{HCl}$和$\ce{HClO}$，氯水是混合物。
• 漂白原理：真正起漂白作用的是次氯酸 $\ce{HClO}$（强氧化性漂白），干燥的氯气无漂白性。

重点知识

1. 物理性质

性质	描述
颜色状态	黄绿色气体
气味	有刺激性气味，有毒
密度	比空气大（相对分子质量 71）
溶解性	能溶于水（1:2），但溶解度不大
液化	易液化（常温加压），液氯黄绿色，是纯净物

液氯 vs 氯水

液氯是液态 $\ce{Cl2}$，是纯净物，无漂白性；氯水是氯气的水溶液，是混合物，有漂白性。

2. 化学性质（核心）

(1) 与金属反应（氯气是强氧化剂，把金属氧化到高价）

• 与钠：剧烈燃烧，产生白烟 $$\ce{2Na + Cl2 \xrightarrow{\Delta} 2NaCl}$$
• 与铁：剧烈燃烧，生成棕褐色烟（氯化铁，铁被氧化到 +3 价） $$\ce{2Fe + 3Cl2 \xrightarrow{\Delta} 2FeCl3}$$
• 与铜：剧烈燃烧，生成棕黄色烟（氯化铜，溶于水呈蓝色或绿色） $$\ce{Cu + Cl2 \xrightarrow{\Delta} CuCl2}$$

变价金属的特殊性

氯气与变价金属反应时，把金属氧化到高价：$\ce{Fe -> Fe^{3+}}$、$\ce{Cu -> Cu^{2+}}$。这与盐酸/稀硫酸（氧化到低价）不同，说明氯气氧化性强于非氧化性酸。

(2) 与非金属反应（氢气）

• 安静燃烧（氢气在氯气中燃烧）：苍白色火焰，瓶口有白雾 $$\ce{H2 + Cl2 \xrightarrow{点燃} 2HCl}$$
• 混合爆炸（氢气与氯气混合光照）：爆炸 $$\ce{H2 + Cl2 \xrightarrow{光照} 2HCl}$$

现象辨析

$\ce{H2}$在$\ce{Cl2}$ 中安静燃烧，火焰苍白色，瓶口白雾（$\ce{HCl}$ 遇水蒸气形成酸雾）；$\ce{Cl2}$在$\ce{H2}$中燃烧则火焰呈苍白色或白雾状，两者本质相同，都是化合为$\ce{HCl}$。

(3) 与水反应（氯水）

$$\ce{Cl2 + H2O <=> HCl + HClO}$$

• 生成的 $\ce{HClO}$（次氯酸）是弱酸，有强氧化性和漂白性，见光易分解。
• 氯水成分（常考）：

类型	成分
三分子	$\ce{Cl2}$、$\ce{H2O}$、$\ce{HClO}$
三离子	$\ce{H+}$、$\ce{Cl^-}$、$\ce{ClO^-}$

漂白的是 $\ce{HClO}$不是$\ce{Cl2}$

干燥氯气本身无漂白性；氯气使湿润的有色布条褪色，是因为 $\ce{Cl2}$与$\ce{H2O}$反应生成了$\ce{HClO}$。**检验"氯气无漂白性而氯水有漂白性"**是经典实验题。

(4) 与碱反应（制消毒剂）

• 与氢氧化钠溶液（制漂白液/吸收尾气）： $$\ce{Cl2 + 2NaOH -> NaCl + NaClO + H2O}$$
• 与石灰乳（氢氧化钙）（制漂白粉）： $$\ce{2Cl2 + 2Ca(OH)2 -> Ca(ClO)2 + CaCl2 + 2H2O}$$

歧化反应

氯气与碱反应中，$\ce{Cl2}$中氯元素从 0 价分别变为$-1$ 价（$\ce{Cl^-}$）和 $+1$ 价（$\ce{ClO^-}$），氯气既作氧化剂又作还原剂，是歧化反应。

(5) 与还原性物质反应

$$\ce{Cl2 + 2FeCl2 -> 2FeCl3}$$ $$\ce{Cl2 + 2KI -> 2KCl + I2}\quad(\text{生成碘，使淀粉变蓝})$$ $$\ce{Cl2 + SO2 + 2H2O -> H2SO4 + 2HCl}$$

3. 氯气与"新制/久置氯水"的区别

比较	新制氯水	久置氯水
颜色	浅黄绿色	无色
主要成分	$\ce{Cl2}$、$\ce{HClO}$、$\ce{HCl}$等	$\ce{HCl}$（$\ce{HClO}$ 已分解）
性质	有漂白性、有酸性	只有酸性，无漂白性
原因	$\ce{HClO}$见光分解	$\ce{2HClO \xrightarrow{光} 2HCl + O2 ^}$

4. 用途

• 制盐酸（$\ce{H2 + Cl2}$ 燃烧）；
• 制漂白液、漂白粉、$\ce{ClO2}$ 等消毒剂；
• 自来水消毒（用少量氯气，杀菌并兼有漂白作用，残留 $\ce{HClO}$ 有消毒效果）。

典型例题

例题 1（氯气与碱反应的计算）

题目：将 $7.1\ \mathrm{g}$氯气通入足量$\ce{NaOH}$溶液中，求生成的$\ce{NaCl}$和$\ce{NaClO}$ 的物质的量。

分析：反应为 $\ce{Cl2 + 2NaOH -> NaCl + NaClO + H2O}$，$\ce{Cl2}$摩尔质量为$71\ \mathrm{g/mol}$。先求氯气物质的量，再按系数比求产物。

解答： $$n(\ce{Cl2}) = \dfrac{7.1\ \mathrm{g}}{71\ \mathrm{g/mol}} = 0.1\ \mathrm{mol}$$

由方程式，$n(\ce{NaCl}) : n(\ce{NaClO}) : n(\ce{Cl2}) = 1 : 1 : 1$，故： $$n(\ce{NaCl}) = 0.1\ \mathrm{mol},\qquad n(\ce{NaClO}) = 0.1\ \mathrm{mol}$$

点评：抓住氯气与碱反应"1 mol $\ce{Cl2}$生成 1 mol$\ce{NaCl}$和 1 mol$\ce{NaClO}$"，即 $\ce{Cl2}$中的氯原子"一半到$\ce{Cl^-}$、一半到 $\ce{ClO^-}$"。这是歧化反应的计量基础。

例题 2（氯气与铁反应 + 氧化产物判断）

题目：将 $2.8\ \mathrm{g}$铁粉与足量氯气充分反应，求生成$\ce{FeCl3}$ 的质量。

分析：$\ce{2Fe + 3Cl2 -> 2FeCl3}$，$\ce{Fe}$的摩尔质量为$56\ \mathrm{g/mol}$，$\ce{FeCl3}$摩尔质量为$162.5\ \mathrm{g/mol}$。氯气过量，铁完全反应且被氧化到 $+3$ 价。

解答： $$n(\ce{Fe}) = \dfrac{2.8\ \mathrm{g}}{56\ \mathrm{g/mol}} = 0.05\ \mathrm{mol}$$ $$n(\ce{FeCl3}) = n(\ce{Fe}) = 0.05\ \mathrm{mol}$$ $$m(\ce{FeCl3}) = 0.05 \times 162.5 = 8.125\ \mathrm{g}$$

点评：氯气与变价金属反应生成高价氯化物（$\ce{FeCl3}$而非$\ce{FeCl2}$）。若换成盐酸则生成 $\ce{FeCl2}$，需注意氧化剂不同、产物不同。

易错提醒

易错点

1. 漂白的是 $\ce{HClO}$不是$\ce{Cl2}$：干燥氯气无漂白性；检验时需用湿润的有色布条。
2. 液氯是纯净物（液态 $\ce{Cl2}$），氯水是混合物；液氯无漂白性。
3. 氯气与变价金属生成高价氯化物：$\ce{Fe}$与$\ce{Cl2}$生成$\ce{FeCl3}$，$\ce{Cu}$生成$\ce{CuCl2}$。
4. 氯气有毒：实验室闻氯气要用"扇闻法"，尾气用 $\ce{NaOH}$ 溶液吸收。
5. 新制氯水与久置氯水：久置氯水只剩 $\ce{HCl}$，无漂白性，酸性也不变（$\ce{HClO}$分解产生的$\ce{HCl}$ 补偿）。
6. "三分子三离子"：氯水中的分子是 $\ce{Cl2}$、$\ce{H2O}$、$\ce{HClO}$，离子是 $\ce{H+}$、$\ce{Cl^-}$、$\ce{ClO^-}$，不要漏掉 $\ce{HClO}$ 分子。
7. $\ce{Cl2}$与$\ce{SO2}$ 混合通入品红：两者恰好完全反应（$\ce{Cl2 + SO2 + 2H2O -> H2SO4 + 2HCl}$）时漂白能力反而消失（生成物无漂白性）。

与其他知识关联

• 氯气的强氧化性与歧化反应属于"氧化还原反应"的典型素材；
• 氯水中的离子反应、离子方程式书写属于"离子反应"范畴；
• 氯气与碱反应制消毒剂，见 02-氯的化合物与含氯消毒剂；
• 实验室制氯气与 $\ce{Cl^-}$ 检验见 03-氯气的实验室制法与氯离子检验；
• 漂白性对比可联系 $\ce{Na2O2}$（见 钠的氧化物）与 $\ce{SO2}$；
• 氯气与卤素递变规律、海水提溴提碘等，是后续元素化学内容。

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