氯气思维导图
《氯气思维导图》
一、 氯气(Cl₂)概述
1.1 物理性质
- 颜色和状态： 黄绿色气体
- 气味： 刺激性气味
- 密度： 比空气大
- 溶解性： 可溶于水 (形成氯水)
- 毒性： 有毒
1.2 化学性质 (核心)
- 强氧化性 (是氯气所有反应的核心性质)
- 与金属反应：
- 几乎与所有金属直接反应（条件不同产物不同）
- 例如： 2Na + Cl₂ → 2NaCl (剧烈燃烧，生成白色烟雾)
- 例如： Fe + Cl₂ → FeCl₃ (燃烧，生成棕色烟) 注意：Fe只能生成+3价铁
- 铜在氯气中燃烧：Cu + Cl₂ → CuCl₂ (生成棕黄色的烟)
- 与非金属反应：
- 例如：H₂ + Cl₂ → 2HCl (点燃或光照爆炸性反应) (现象：苍白色火焰，瓶口有白雾)
- 例如：P + Cl₂ → PCl₃/PCl₅ (条件不同，产物不同)
- 与还原性离子反应：
- 例如：2Fe²⁺ + Cl₂ → 2Fe³⁺ + 2Cl⁻
- 例如：SO₂ + Cl₂ + 2H₂O → H₂SO₄ + 2HCl (用于干燥有还原性的气体)
- 与水反应：
- Cl₂ + H₂O ⇌ HCl + HClO (次氯酸是弱酸，不分解，可逆反应)
- 注意： 氯水具有漂白性和杀菌性，主要原因是HClO，而非Cl₂
1.3 氯的特殊反应
- 与碱反应：
- 常温：Cl₂ + 2NaOH → NaCl + NaClO + H₂O (制漂白粉，漂白液)
- 热状态：3Cl₂ + 6NaOH (热) → 5NaCl + NaClO₃ + 3H₂O
- 与某些盐反应：
- Cl₂ + 2NaI → 2NaCl + I₂
- Cl₂ + 2FeCl₂ → 2FeCl₃ (实验室制氯气尾气处理，用亚铁盐吸收)
二、 氯水的成分与性质
2.1 成分 (平衡体系)
- 分子： Cl₂, H₂O, HClO
- 离子： H⁺, Cl⁻, ClO⁻, OH⁻ (极少量)
2.2 主要性质
- 新制氯水： 黄绿色，具有刺激性气味。
- 酸性： 含有HCl，能使紫色石蕊试液变红。
- 漂白性： HClO具有强氧化性，能使有色物质褪色 (不可逆)。
- 氧化性： 含有Cl₂和HClO，可氧化某些还原性物质。
- 杀菌性： HClO具有强氧化性，能杀灭细菌。
2.3 久置氯水
- HClO不稳定，光照易分解：2HClO → 2HCl + O₂ (漂白性丧失)
- 颜色变浅，酸性增强 (HCl的浓度增加)
三、 氯气的制备
3.1 实验室制法
- 原理： 用强氧化剂（如MnO₂）氧化浓盐酸。
- MnO₂ + 4HCl(浓) → MnCl₂ + Cl₂↑ + 2H₂O (需要加热)
- 装置： 发生装置（固体+液体加热型），除杂装置（可选，根据实验目的），收集装置（向上排空气法），尾气处理装置（氢氧化钠溶液吸收）。
- 除杂：
- 先用饱和食盐水除去HCl气体 (利用HCl溶解度大，Cl₂溶解度小)
- 再用浓硫酸干燥 (除去水蒸气)
- 尾气处理： 用氢氧化钠溶液吸收 (Cl₂ + 2NaOH → NaCl + NaClO + H₂O)
- 注意事项：
- 必须使用浓盐酸，稀盐酸不反应。
- 温度不宜过高，防止HCl挥发过多。
- 不能用盐酸代替浓盐酸，否则反应速度很慢
- 注意防倒吸
3.2 工业制法
- 原理： 电解饱和食盐水。
- 2NaCl + 2H₂O (电解) → 2NaOH + H₂↑ + Cl₂↑
- 阳极产物： 氯气 (Cl⁻放电)
- 阴极产物： 氢气 (H⁺放电)
- 母液： 氢氧化钠溶液
- 副产物： 氢气
- 用途： 生产烧碱、氯气、氢气，是重要的化工基础。
四、 氯气的用途
4.1 工业用途
- 生产盐酸 (HCl)
- 生产漂白粉 (Ca(ClO)₂)
- 制造农药、塑料、合成橡胶、人造纤维
- 用于有机合成
- 用于自来水消毒 (形成HClO)
4.2 生活用途
五、 氯化物的检验
5.1 原理
- 利用Ag⁺与Cl⁻反应生成AgCl沉淀：Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl↓ (白色沉淀，不溶于硝酸)
5.2 操作步骤
- 取少量待测溶液。
- 滴加硝酸酸化 (排除其它离子的干扰，例如碳酸根，亚硫酸根等)
- 滴加硝酸银溶液。
- 观察是否有白色沉淀生成，加入稀硝酸，观察沉淀是否溶解，不溶解则证明含有Cl⁻。
六、 易错点辨析
6.1 氯气和氯离子的区别
- 氯气(Cl₂) 是分子，具有氧化性，可以发生化学反应。
- 氯离子(Cl⁻) 是离子，通常不表现出氧化性，除非在电解条件下。
6.2 漂白粉和漂白液的有效成分
- 漂白粉的有效成分是次氯酸钙 (Ca(ClO)₂)，其漂白原理是Ca(ClO)₂ + CO₂ + H₂O → CaCO₃ + 2HClO，实际起漂白作用的是HClO。
- 漂白液的有效成分是次氯酸钠 (NaClO)，其漂白原理与漂白粉类似，实际起漂白作用的是HClO。
6.3 氯水的性质与成分的关系
- 氯水的各种性质都与其成分密切相关，需要理解每种成分的作用，才能正确判断氯水的性质。
6.4 实验室制氯气的注意事项
- 必须使用浓盐酸，稀盐酸不反应。
- 温度不宜过高，防止HCl挥发过多。
- 注意防倒吸。
七、 重要方程式总结
- 2Na + Cl₂ → 2NaCl
- Fe + Cl₂ → FeCl₃
- Cu + Cl₂ → CuCl₂
- H₂ + Cl₂ → 2HCl
- P + Cl₂ → PCl₃/PCl₅
- 2Fe²⁺ + Cl₂ → 2Fe³⁺ + 2Cl⁻
- SO₂ + Cl₂ + 2H₂O → H₂SO₄ + 2HCl
- Cl₂ + H₂O ⇌ HCl + HClO
- Cl₂ + 2NaOH → NaCl + NaClO + H₂O
- 3Cl₂ + 6NaOH (热) → 5NaCl + NaClO₃ + 3H₂O
- Cl₂ + 2NaI → 2NaCl + I₂
- Cl₂ + 2FeCl₂ → 2FeCl₃
- 2HClO → 2HCl + O₂
- MnO₂ + 4HCl(浓) → MnCl₂ + Cl₂↑ + 2H₂O
- 2NaCl + 2H₂O (电解) → 2NaOH + H₂↑ + Cl₂↑
- Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl↓
- Ca(ClO)₂ + CO₂ + H₂O → CaCO₃ + 2HClO
