狀態
通常情況下為有強烈刺激性氣味的
黃綠色的有毒氣體。
密度
氯氣密度是空氣密度的2.5倍,標況下ρ=3.21kg/m³。
易液化
熔沸點較低,常温常壓下,熔點為-101.00℃,沸點-34.05℃,常温下把氯氣加壓至600~700kPa或在常壓下冷卻到-34℃都可以使其變成液氯,液氯即Cl₂,液氯是一種油狀的液體,其與氯氣物理性質不同,但化學性質基本相同。
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體積水在常温下可溶解2體積氯氣,形成黃綠色氯水,密度為 3.170g/L,比空氣密度大。
結構
原子結構:氯原子最外層有7個電子,反應中易得到1個電子或共用一個電子對達到穩定結構(共價鍵)
分子結構:氯分子為雙原子分子,分子式Cl₂。
離子結構:氯離子最外層有8個電子,因而很穩定。
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裏,生成次氯酸和鹽酸,對上呼吸道黏膜造成損傷: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症狀是發生劇烈的咳嗽。症狀重時,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。
金屬
1、金屬鈉在氯氣中燃燒生成氯化鈉。
現象:鈉在氯氣裏劇烈燃燒,產生大量的白煙,放熱。
2、銅在足量氯氣中燃燒生成氯化銅。
現象:紅熱的銅絲在氯氣裏劇烈燃燒,瓶裏充滿棕黃色的煙,加少量水後,溶液呈藍綠色(綠色較明顯),加足量水後,溶液完全顯藍色。
3、鐵在氯氣中燃燒生成三氯化鐵。
現象:鐵絲在氯氣裏劇烈燃燒,瓶裏充滿棕紅色煙,加少量水後,溶液呈黃色。
4、鎂帶在氯氣中燃燒生成氯化鎂。
注:氯氣具有強氧化性,加熱下可以與所有金屬反應,如金、鉑在熱氯氣中燃燒,而與Fe、Cu等變價金屬反應則生成高價金屬氯化物。
常温下,乾燥氯氣或液氯不與鐵反應,只能在加熱情況下反應,所以可用鋼瓶儲存氯氣(液氯)。
非金屬
1、與氫氣的反應
H₂+Cl₂=點燃=2HCl(工業製鹽酸方法,工業先電解飽和食鹽水,生成的氫氣和氯氣燃燒生成氯化氫氣體。)
現象:H₂在Cl₂中安靜地燃燒,發出蒼白色火焰,瓶口處出現白霧。
H₂+Cl₂=光照=2HCl
現象:見光爆炸,有白霧產生。
需要注意的是:將點燃的氫氣放入氯氣中,氫氣只在管口與少量的氯氣接觸,產生少量的熱;點燃氫氣與氯氣的混合氣體時,大量氫氣與氯氣接觸,迅速化合放出大量熱,使氣體急劇膨脹而發生爆炸。工業上製鹽酸使氯氣在氫氣中燃燒。氫氣在氯氣中爆炸極限是9.8%~52.8%
2、與磷的反應
2P+3Cl₂(少量)==2PCl₃(液體農藥,霧)
2P+5Cl₂(過量)==2PCl(固體農藥,煙)
現象:產生白色煙霧。
3、與其他非金屬的反應
實驗證明,在一定條件下,氯氣還可與S、Si等非金屬直接化合。
2S+Cl₂=點燃=S₂Cl₂
水
在該反應中,氧化劑是Cl₂,還原劑也是Cl₂,本反應是歧化反應。
氯氣遇水會產生次氯酸,次氯酸具有淨化(漂白)作用,用於消毒——溶於水生成的HClO具有強氧化性。
化學方程式是:
Cl₂+H₂O=HCl+HClO(可逆反應)
家用84消毒液與潔廁液混用會導致氯氣中毒的原理就是此反應的逆反應。因為84消毒液的主要成分為NaClO,潔廁液的主要成分為鹽酸,兩者相遇會產生大量熱,並放出氯氣。
二氧化硫與水
SO₂+Cl₂+2H₂O=H₂SO₄+2HCl
鹼溶液
Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O
2Cl2+2Ca(OH)2=CaCl₂+Ca(ClO)2+2H2O
上述兩反應中,Cl₂作氧化劑和還原劑,是歧化反應。
Cl2+ 2OH-(冷) = ClO-+ Cl-+ H2O
3Cl2+ 6OH-(熱) = ClO3-+ 5Cl-+ 3H2O
鹽溶液
Cl2+2FeCl2=2FeCl3
Cl2+Na2S=2NaCl+S (中學階段用來證明氯氣非金屬性和氧化性比硫強。)
氣體
Cl的化學性質比較活潑,容易與多種可燃性氣體發生反應。
如:CH、H₂、C₂H₂等。
有機物
甲烷的取代反應:
CH₄+Cl₂=光照=CH₃Cl+HCl
CH₃Cl+Cl₂==CH₂Cl₂+HCl
CH₂Cl₂+Cl₂==CHCl₃+HCl
CHCl₃+Cl₂==CCl₄+HCl
加成反應:
CH₂=CH₂+Cl₂==CH₂ClCH₂Cl(1,2-二氯乙烷)
和二硫化碳反應:
CS+3Cl=95~100℃=CCl+SCl