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氯的化合物与含氯消毒剂
概览
氯的含氧酸盐与次氯酸是氯化学的核心应用，也是"氯—生活—消毒"的结合点。本笔记整理次氯酸 $\ce{HClO}$（弱酸性、强氧化性、不稳定）、次氯酸盐（$\ce{NaClO}$ 漂白液/84 消毒液、$\ce{Ca(ClO)2}$漂白粉有效成分）以及含氯消毒剂的制备、漂白原理与失效原因，并对比常见消毒剂。重点是理解"漂白/消毒归根到底是$\ce{HClO}$ 的强氧化性"这一主线。
核心概念
- 次氯酸 $\ce{HClO}$：弱酸（酸性弱于碳酸），有强氧化性、漂白性、杀菌消毒作用；不稳定，见光分解：$\ce{2HClO \xrightarrow{光} 2HCl + O2 ^}$。
- 次氯酸盐：$\ce{NaClO}$（漂白液/84 消毒液主要成分）、$\ce{Ca(ClO)2}$（漂白粉有效成分），都是强氧化性的盐，漂白时靠生成 $\ce{HClO}$。
- 漂白粉：$\ce{Ca(ClO)2}$与$\ce{CaCl2}$的混合物，有效成分是$\ce{Ca(ClO)2}$。
- 失效原理：漂白粉/漂白液在空气中与 $\ce{CO2}$、$\ce{H2O}$反应生成$\ce{HClO}$，$\ce{HClO}$ 见光分解后漂白性丧失。
重点知识
1. 次氯酸 $\ce{HClO}$
- 弱酸性：酸性比 $\ce{H2CO3}$ 弱，电离：$\ce{HClO <=> H+ + ClO^-}$。
- 强氧化性：能使品红、有色布条褪色，能杀菌消毒，是氯水漂白性的来源。
- 不稳定性：见光分解 $$\ce{2HClO \xrightarrow{光} 2HCl + O2 ^}$$ （所以氯水要现配现用、保存在棕色瓶中。）
氧化性漂白
$\ce{HClO}$的漂白属于氧化性漂白，把有色物质氧化成无色物质，不可逆（加热不能复原）。这不同于$\ce{SO2}$ 的化合性漂白（可逆）。
2. 次氯酸盐与漂白液（84 消毒液）
- 制备：氯气与 $\ce{NaOH}$ 溶液反应 $$\ce{Cl2 + 2NaOH -> NaCl + NaClO + H2O}$$ （$\ce{NaClO}$是漂白液的主要成分，市售"84 消毒液"主要成分即$\ce{NaClO}$。）
- 漂白原理：$\ce{NaClO}$与空气中的$\ce{CO2}$、水反应生成 $\ce{HClO}$： $$\ce{2NaClO + CO2 + H2O -> Na2CO3 + 2HClO}$$ 由于碳酸酸性强于次氯酸，此反应能够发生（"强酸制弱酸"）。
84 消毒液不能与洁厕灵（含盐酸）混用
$\ce{NaClO}$ 与盐酸反应：$\ce{ClO^- + Cl^- + 2H+ -> Cl2 ^ + H2O}$，会产生有毒的氯气，造成中毒事故。
3. 漂白粉
- 制备：氯气与石灰乳反应 $$\ce{2Cl2 + 2Ca(OH)2 -> Ca(ClO)2 + CaCl2 + 2H2O}$$ （注意：工业上用石灰乳而非澄清石灰水，因石灰乳浓度大、成本低。）
- 成分：$\ce{Ca(ClO)2}$与$\ce{CaCl2}$的混合物；有效成分是$\ce{Ca(ClO)2}$。
- 漂白原理（起效）：在空气中与 $\ce{CO2}$、水作用生成 $\ce{HClO}$： $$\ce{Ca(ClO)2 + CO2 + H2O -> CaCO3 v + 2HClO}$$ （书写此反应时常强调"由于次氯酸的酸性弱于碳酸，反应向右进行"。）
漂白粉的失效
漂白粉长期露置在空气中，$\ce{Ca(ClO)2}$与$\ce{CO2}$、水反应生成 $\ce{HClO}$，$\ce{HClO}$见光分解为$\ce{HCl}$与$\ce{O2}$，最终漂白性完全丧失： $$\ce{Ca(ClO)2 + CO2 + H2O -> CaCO3 + 2HClO}$$ $$\ce{2HClO \xrightarrow{光} 2HCl + O2 ^}$$ 所以漂白粉要密封保存。
4. 常见含氯消毒剂对比
| 消毒剂 | 主要成分/有效成分 | 原理 | 备注 |
|---|---|---|---|
| 氯水 | $\ce{Cl2}$、$\ce{HClO}$ | $\ce{HClO}$ 氧化杀菌 | 现配现用 |
| 漂白液 / 84 消毒液 | $\ce{NaClO}$ | 生成$\ce{HClO}$ 氧化杀菌 | 不能与酸（洁厕灵）混用 |
| 漂白粉 | $\ce{Ca(ClO)2}$（有效成分） | 生成 $\ce{HClO}$ 氧化杀菌 | 密封保存，防失效 |
| $\ce{ClO2}$ | $\ce{ClO2}$ | 强氧化性 | 高效安全，用于饮用水消毒 |
| $\ce{O3}$ | 臭氧 | 强氧化性 | 非含氯，可对比 |
消毒的本质
含氯消毒剂的消毒/漂白，归根到底是生成 $\ce{HClO}$或$\ce{ClO2}$ 等强氧化性物质，通过氧化破坏细菌、病毒的蛋白质结构或使有色物质褪色。
5. 氯元素的重要化合物价态
| 价态 | 代表物 |
|---|---|
| $-1$ | $\ce{HCl}$、$\ce{NaCl}$ |
| $0$ | $\ce{Cl2}$ |
| $+1$ | $\ce{HClO}$、$\ce{NaClO}$、$\ce{Ca(ClO)2}$ |
| $+3$ | $\ce{HClO2}$（亚氯酸） |
| $+5$ | $\ce{HClO3}$（氯酸）、$\ce{KClO3}$ |
| $+7$ | $\ce{HClO4}$（高氯酸）、$\ce{KClO4}$ |
典型例题
例题 1（漂白粉起效反应与失效）
题目：漂白粉在空气中放置会逐渐失效。写出漂白粉起漂白作用的总反应，并说明其失效的化学原理。
分析：漂白粉有效成分 $\ce{Ca(ClO)2}$，与空气中的 $\ce{CO2}$、$\ce{H2O}$反应生成$\ce{HClO}$ 起漂白作用；$\ce{HClO}$ 不稳定，见光分解即失效。
解答： 起漂白作用： $$\ce{Ca(ClO)2 + CO2 + H2O -> CaCO3 v + 2HClO}$$
失效原理： $$\ce{2HClO \xrightarrow{光} 2HCl + O2 ^}$$
即漂白粉露置于空气中，先与 $\ce{CO2}$、水反应生成 $\ce{HClO}$，$\ce{HClO}$见光分解为$\ce{HCl}$与$\ce{O2}$，使漂白性丧失。
点评："起效"与"失效"都写 $\ce{Ca(ClO)2}$的反应：起效是生成$\ce{HClO}$，失效是 $\ce{HClO}$分解。注意$\ce{HClO}$酸性弱于碳酸，所以$\ce{CO2}$能把$\ce{HClO}$ 从次氯酸盐中"顶出"。
例题 2（漂白粉与盐酸反应产生氯气的计算）
题目：取 $14.3\ \mathrm{g}$漂白粉（按有效成分$\ce{Ca(ClO)2}$计算），与足量浓盐酸反应生成氯气，求在标准状况下生成$\ce{Cl2}$的体积。已知$\ce{Ca(ClO)2 + 4HCl(浓) -> CaCl2 + 2Cl2 ^ + 2H2O}$。
分析：$\ce{Ca(ClO)2}$摩尔质量为$143\ \mathrm{g/mol}$。由方程式，$n(\ce{Cl2}) : n(\ce{Ca(ClO)2}) = 2 : 1$。
解答： $$n(\ce{Ca(ClO)2}) = \dfrac{14.3\ \mathrm{g}}{143\ \mathrm{g/mol}} = 0.1\ \mathrm{mol}$$ $$n(\ce{Cl2}) = 2 \times 0.1 = 0.2\ \mathrm{mol}$$ $$V(\ce{Cl2}) = 0.2\ \mathrm{mol} \times 22.4\ \mathrm{L/mol} = 4.48\ \mathrm{L}$$
点评：次氯酸盐与浓盐酸反应会"归中"生成氯气（$\ce{ClO^-}$中$+1$价氯与$\ce{Cl^-}$中$-1$ 价氯归中到 0 价），是氯气实验室制法的延伸。计算时注意系数比。
易错提醒
易错点
- 漂白粉是混合物，有效成分是 $\ce{Ca(ClO)2}$，不要答成"有效成分是 $\ce{CaCl2}$"或"是纯净物"。
- $\ce{HClO}$酸性弱于$\ce{H2CO3}$：所以 $\ce{CO2}$能把$\ce{HClO}$从$\ce{NaClO}$、$\ce{Ca(ClO)2}$ 中制出来（"强酸制弱酸"）。
- 漂白粉失效要写两步：先生成 $\ce{HClO}$，再 $\ce{HClO}$ 见光分解。
- 84 消毒液与盐酸（洁厕灵）混用生成氯气：$\ce{ClO^- + Cl^- + 2H+ -> Cl2 ^ + H2O}$，有中毒风险。
- 氧化性漂白不可逆：$\ce{HClO}$、$\ce{NaClO}$、$\ce{Na2O2}$、$\ce{H2O2}$ 的漂白加热不恢复；$\ce{SO2}$ 漂白加热可恢复。
- 次氯酸不稳定：氯水、漂白液都要避光保存；氯水现配现用。
与其他知识关联
- 次氯酸与次氯酸盐的氧化还原、价态变化见 01-氯气（歧化反应）；
- 漂白粉制备用的氯气来源见 03-氯气的实验室制法与氯离子检验；
- 氧化性漂白与 $\ce{Na2O2}$ 对比见 钠的氧化物；
- $\ce{Cl^-}$ 检验与离子检验总览见 常见离子的检验方法；
- 相关定量计算使用"物质的量"工具，见 物质的量。
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