氯气

氯气常温常压下为黄绿色气体,经压缩可液化为金黄色液态氯，是氯碱工业的主要产品，用作为强氧化剂与氯化剂。氯中含5％（体积）以上氢气时有爆炸危险。氯能与有机物和无机物进行取代或加成反应生成多种氯化物。氯在早期作为造纸、纺织工业的漂白剂。在第一次世界大战期间，氯作为化学武器大量生产。战后氯产品作为民用产品，可将苯氯化再水解制苯酚，广泛用来消毒和杀菌。第二次世界大战后，由于聚氯乙烯以及氯化烷烃等有机氯溶剂的生产，氯主要用作生产有机化合物的原料，而作为无机氯化物如盐酸、漂白粉等原料的比例逐渐减少。80年代，有机化合物的用氯量已占耗氯总量的60％～70％。

氯气-结构性质

组成结构

1．原子结构：氯原子最外层有7个电子，反应中易得到1个电子．

2．分子结构：氯气分子为双原子分子，分子式Cl2．

3．离子结构：氯离子最外层有8个电子，因而很稳定．

物理性质

1．在通常情况下：氯气是黄绿色的气体、氯气有毒、并有刺激性气味、密度比空气大、熔沸点较低、能溶于水易溶于有机溶剂、压强为101kPa、温度为-34.6℃时易液化。如果将温度继续冷却到-101℃时，液氯变成固态氯。1体积水在常温下可溶解2体积氯气．

2．氯气有毒，闻有毒气体气味的方法是(扇动法)：用手轻轻在瓶口扇动，使极少量的气体飘进鼻孔．

化学性质

1．与金属反应

2Na＋Cl2＝2NaCl(现象：剧烈燃烧，白烟)

Cu＋Cl2＝CuCl2(现象：剧烈燃烧，棕色烟)

2Fe＋3Cl2＝2FeCl3

2．与非金属反应

燃烧：发光、发热的剧烈化学反应．

点燃氢气放入氯气中，氢气分子只在导管口跟少量氯气分子接触而化合成氯化氢分子，同时产生少量的热，不能爆炸，呈苍白色火焰．当点燃氢气与氯气的混合气体时，大量的氢分子与氯分子接触，迅速化合而产生大量的热，使气体体积急剧膨胀而发生爆炸．

(2)将盛HCl的试管倒置于水槽中，水面慢慢上升至满．

3．与水反应

在该反应中，氧化剂是Cl2，还原剂是Cl2，改写成离子反应方程式是：Cl2＋H2O

H＋＋Cl－＋HClO

(1)氯气的水溶液叫氯水，饱和氯水呈现黄绿色，具有刺激性气味，主要含有的粒子有Cl2、H2O、HClO、H＋、Cl－、ClO－．

(2)次氯酸的性质

①弱酸性：是一元弱酸，属弱电解质，酸性弱于碳酸．

HClO＋NaOH＝NaClO＋H2O

NaClO＋HCl＝HClO＋NaCl

2NaClO＋CO2＋H2O＝Na2CO3＋2HClO

②不稳定性：

由于HClO的分解，使Cl2和水逐渐反应，直至氯水失效，因此氯水要现用现制，保存在棕色试剂瓶中．氯水久置将变成稀盐酸．

③强氧化性：HClO能氧化许多物质．

④杀菌漂白性：能使有色布条、品红试剂等有色物质褪色，其原理主要是利用其强的氧化性．

说明：干燥Cl2本身没有漂白性，只有转化成HClO才有漂白性

4．与碱溶液反应

a.Cl2＋2NaOH＝NaCl＋NaClO＋H2O

b.2Cl2＋2Ca(OH)2＝CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O

上述两反应中，Cl2作氧化剂和还原剂．

漂白粉：(1)有效成分是Ca(ClO)2

(2)漂白原理

c.Ca(ClO)2＋CO2＋H2O＝CaCO3↓＋2HClO

(3)久置失效的原因(用反应式说明)

Ca(ClO)2＋CO2＋H2O＝CaCO3↓＋2HClO；2HclO2HCl＋O2↑．

(4)保存方法：隔绝空气密封保存．

将上述a、b、c三反应改写成离子方程式：

a.Cl2＋2OH－＝Cl－＋ClO－＋H2O

b.Cl2＋2OH－＝Cl－＋ClO－＋H2O

c.Ca2＋＋2ClO－＋CO2＋H2O＝CaCO3↓＋2HClO

氯气-工业用途

物质的用途与其性质紧密联系，因为性质决定用途．

用于消毒——溶于水生成的HClO具有强氧化性；

制盐酸——与H2反应生成HCl；

制漂白粉——与Ca(OH)2反应；

制多种农药；

制氯仿等有机溶剂；

制塑料等．

氯气-实验室制法

1．反应原理321

该反应中，氧化剂是MnO2，还原剂是HCl，请标出电子转移的方向和数目．

强调：MNO2跟浓盐酸在共热的条件下才反应生成Cl2，稀盐酸不与MNO2反应．

这是由于稀盐酸的还原性比浓盐酸弱，不能被MnO2氧化．

2．仪器装置

制取净化收集吸收

3．收集方法

(1)向上排空气法

(2)排饱和食盐水法

排气法收集是基于Cl2的密度比空气大；Cl2在饱和食盐水中的溶解度约是在水中溶解度的，故也可用排饱和食盐水法收集，也常用饱和食盐水除去Cl2中的HCl杂质．

4．尾气吸收

(1)尾气吸收的原因是Cl2有毒，易污染空气．

(2)吸收发生的反应是2NaOH＋Cl2＝NaCl＋NaClO＋H2O．

说明：工业制法2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑

性质验证

实验室制取气体并进行性质验证，需要以下几个环节：

组装仪器→检验装置的气密性→装入药品→制取→除杂、净化、干燥→收集、验满→性质验证→尾气处理→拆卸仪器、洗刷收存．

1．组装仪器的一般原则：先零后整、先主后辅、从低到高、从左到右．

2．检验装置气密性的方法：一般是先把导气管插入盛水的水槽中，把有关活塞关闭，微热主发生器，有气泡从水中冒出，停止微热后，水倒吸进入导气管形成一段水柱．方可表示气密性良好．

3．净化：首先根据反应原理及所用药品考虑杂质气体的成分，再利用性质加以除去或转化．

例如，实验室用浓盐酸和MNO2共热制Cl2，Cl2中可能混入HCl和H2O(g)，利用HCl易溶于饱和食盐水(Cl2在其中溶解性较小)而除去，用浓H2SO4干燥Cl2除去H2O(g)．

4．收集：气体的收集除用排气法与排水法外，还可以用球胆或袋囊、塑料袋等收集．

5．尾气处理：尾气处理的目的主要防止尾气有毒能污染空气或使人中毒以及尾气在有限空间内能形成爆炸极限．

常用方法有：

(1)点燃法．如CO、H2、CH4等易燃性气体，可用此法．

(2)吸收法．如Cl2、SO2、HCl、H2S等可用水或其他液体吸收．

(3)转化法．采用一定的方法，使有毒气体转化成无毒气体即可排放．如NO、NO2，如能转化成N2即可排放．

(4)导入室外法．如H2是无毒气体，可将其尾气导入室外，以防在实验室形成爆炸极限．

氯气-生产液化

氯气生产

工业上氯气主要由电解食盐水溶液制得（见氯碱生产过程）；此外,氯气也由盐酸回收取得,例如：气态氯化氢的催化氧化；用二氧化硫直接氧化氯化氢；盐酸水溶液的电解等。极少量的氯气是钠、钙、镁的熔融氯化物电解的副产品。

氯气通常可直接利用，但为了制取纯净的氯气，并考虑贮运的方便，而把一部分氯气进行液化制成液氯，用钢瓶或槽车运往用户。生产中，将从电解槽出来的热氯气（其中含有少量氢、氧和二氧化碳等杂质），用冷水洗涤或在换热器内冷凝脱水，再用硫酸干燥（必要时可以液氯洗涤以除去水分和杂质），然后送去液化。因湿氯对铁有腐蚀作用，液化前氯中水分应低于50ppm。

氯气液化的温度和压力范围很大，工业生产上分为低压法、中压法和高压法。低压法在氯气为0.078～0.147MPa（表压）,冷却温度为-35～-40℃下进行液化。中压法在氯气为0.245～0.49MPa，冷却温度为-15～-20℃下进行液化。高压法的氯气为0.98～1.17MPa,用15～25℃水冷却即可液化。高压法比低压法能耗低，循环水用量少，但设备费用较高，适于大规模生产使用，中、小型氯碱厂多采用中压法。液化率由氯中含氢量来决定。液化尾气中含氢不得超过4％(体积)。尾气含60％～70％的氯气可作为合成盐酸、氯苯、次氯酸盐的原料气，也可经过深度净化精制，使液化率达到98％～99％。

氯气-安全贮运

液氯在生产和贮运中易发生下列问题：①液化尾气中氯气、氢气与空气的混合气爆炸；②包装容器中残存有机物杂质与氯气反应爆炸；③水和食盐水溶液中铵盐带入液化系统，会使液氯中三氯化氮积累而引起爆炸。当液氯蒸发用完后，所用容器均须用水和碱水冲洗，以除去被三氯化氮污染的液氯后，方能修理和使用。氯是剧毒物，生产中对受压容器等设备应严格要求，防止氯气泄漏。空气中氯气允许浓度不大于1ppm。

氯气-有关中毒

人吸入LCLo:500ppm/5M。

大鼠吸入LC50:293ppm/1H。小鼠吸入LC50:137ppm/1H。

氯气吸入后,主要作用于气管、支气管、细支气管和肺泡,导致相应的病变,部分氯气又可由呼吸道呼出。人体对氯的嗅阈为0.06mg/m^3;90mg/m^3,可致剧咳;120～180mg/m^3,30～60min可引起中毒性肺炎和肺水肿;300mg/m^3时,可造成致命损害;3000mg/m^3时,危及生命;高达30000mg/m^3时,一般滤过性防毒面具也无保护作用。

中毒机理:氯气吸入后与粘膜和呼吸道的水作用形成氯化氢和新生态氧。氯化氢可使上呼吸道粘膜炎性水肿、充血和坏死;新生态氧对组织具有强烈的氧化作用,并可形成具细胞原浆毒作用的臭氧。氯浓度过高或接触时间较久,常可致深部呼吸道病变,使细支气管及肺泡受损,发生细支气管炎、肺炎及中毒性肺水肿。由于刺激作用使局部平滑肌痉挛而加剧通气障碍,加重缺氧状态;高浓度氯吸入后,还可刺激迷走神经引起反射性的心跳停止。

临床表现

急性中毒主要为呼吸系统损害的表现。

a.起病及病情变化一般均较迅速。

b.可发生咽喉炎、支气管炎、肺炎或肺水肿,表现为咽痛、呛咳、咯少量痰、气急、胸闷或咯粉红色泡沫痰、呼吸困难等症状,肺部可无明显阳性体征或有干、湿性罗音。有时伴有恶心、呕吐等症状。

c.重症者尚可出现急性呼吸窘迫综合征,有进行性呼吸频速和窘迫、心动过速,顽固性低氧血症,用一般氧疗无效。

d.少数患者有哮喘样发作,出现喘息,肺部有哮喘音。

e.极高浓度时可引起声门痉挛或水肿、支气管痉挛或反射性呼吸中枢抑制而致迅速窒息死亡。

f.并发症主要有肺部继发感染、心肌损害及气胸、纵隔气肿等。

g.X线检查:可无异常,或有两侧肺纹理增强、点状或片状边界模糊阴影或云雾状、蝶翼状阴影。

h.血气分析:病情较重者动脉血氧分压明显降低。

i.心电图检查:中毒后由于缺氧、肺动脉高压以及植物神经功能障碍等,可导致心肌损害及心律失常。

眼损害:氯可引起急性结膜炎,高浓度氯气或液氯可引起眼灼伤。

皮肤损害:液氯或高浓度氯气可引起皮肤暴露部位急性皮炎或灼伤。

处理

吸入气体者立即脱离现场至空气新鲜处,保持安静及保暖。眼或皮肤接触液氯时立即用清水彻底冲洗。

吸入后有症状者至少观察12小时,对症处理。吸入量较多者应卧床休息,吸氧,给舒喘灵气雾剂、喘乐宁(Ventolin)或5%碳酸氢钠加地塞米松等雾化吸入。

急性中毒时需合理氧疗;早期、适量、短程应用肾上腺糖皮质激素;维持呼吸道通畅;防治肺水肿及继发感染,参见;

其他对症处理。

眼及皮肤灼伤按酸灼伤处理,参见和。

标准

车间空气卫生标准：中国MAC1mg/m^3;美国ACGIHTLV-STEL2.9mg/m3(1ppm);TLV-TWA1.5mg/m3(0.5ppm)

中国职业病诊断国家标准：职业性急性氯气中毒诊断标准及处理原则GB4866-1996。

危规：GB2.3类23002(液化的)。原铁规:剧毒气体,31001。UNNO.1017。IMDGCODE2028页,2类。副危险6.1。

氯气-附加问题

1．Cl2为何可应用于生化武器？

答案：氯气是一种黄绿色有毒的气体，它主要通过呼吸道侵入人体．氯气对上呼吸道黏膜会造成有害的影响，它会溶解在黏膜所含的水分里，生成次氯酸和盐酸，次氯酸使组织受到强烈的氧化；盐酸刺激黏膜发生炎性

氯气泄漏肿胀，使呼吸道黏膜浮肿，大量分泌黏液，造成呼吸困难，所以氯气中毒的明显症状是发生剧烈的咳嗽．症状重时，会发生肺水肿，使循环作用困难而致死亡．由食道进入人体的氯气会使人恶心、呕吐、胸口疼痛和腹泻．1L空气中最多可允许含Cl20.001mg，超过这个量就会引起人体中毒．所以，氯气曾被用作强杀伤性的武器．如在第一次世界大战期间，一次德军与英法军战士在比利时的伊普尔对峙，黎明时，英、法军前线战壕里的士兵突然看到一股阴森森的黄绿色气体逐渐向前袭来，很快数百名英、法军战士窒息而死，数千名士兵双目失明．这是1915年4月22日发生的令人发指的事件．由于Cl2有毒，所以，我们在闻Cl2气味时要用手在瓶口轻轻扇动，仅使极少量的Cl2飘入鼻孔．

2．目前我国饮用水消毒主要是用氯消毒法，即向自来水中通入一定量Cl2或加入漂白粉、漂粉精．你知道其中的原因吗?

答案：Cl2与水反应、漂白粉、漂粉精在水中都能生成强氧化性的HClO，具有杀菌消毒作用．

3．工业上常用H2跟Cl2反应生成HCl，让其溶于水合成盐酸．H2跟Cl2反应既可在点燃也可在光照条件下，那么工业上是选用哪种方式使二者反应的?为什么？

答案：点燃，光照会发生爆炸．

4．氯原子、氯分子、氯离子三种粒子的性质相同吗?谁最活泼?谁最稳定?

答案：不同，氯原子最活泼，氯离子最稳定．

5．怎样使用漂白粉才能使漂白效果更好?家庭中应怎样保存漂白粉?

答案：使用漂白粉时，可以向其中加少量稀酸，使其更快转化成HClO，效果更好．隔绝空气密封保存

氯气-参考资料

1.[1]ChesterEH,etal.Pulmonaryinjuryfollowingexposuretochlorinegas.Possiblebeneficialeffectsofsteroidtreatment.Chest1977;72:247～250.

2.Copyfrom:《化学事故技术援助数据系统》

3.氯气的性质

4.氯气的毒性