氯气

  
氯气的电子式
氯气的电子式
  
  氯气在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之一,用作为强氧化剂与氯化剂。氯混合 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。
  

基本信息

  中文名称:氯气
  英文名称:Chlorine
  国标编号:23002
  CAS号:7782-50-5
  分子式:Cl2
  分子量:70.91 

物理性质

  外观:黄绿色有刺激性气味的气体
  蒸汽压:506.62kPa(10.3℃)
  熔点:-101℃
  沸点:-34.5℃
  溶解性:易溶于水、碱液
  密度:相对密度(水=1)1.47;相对密度(空气=1)2.48
  稳定性:稳定,危险标记6(有毒气体)
  主要用途:用于漂白,制造氯化合物、盐酸聚氯乙烯等 

组成结构

  原子结构:氯原子最外层有7个电子,反应中易得到1个电子或共用一个电子对达到稳定结构
  分子结构:氯分子为双原子分子,分子式Cl2
  离子结构:氯离子最外层有8个电子,因而很稳定 

化学性质 

·与金属反应

  如:钠在氯气中燃烧生成氯化钠  
  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
  注:氯气具有强氧化性,一定条件下可与除Pt、Au外大部分金属反应,而与Fe、Cu等变价金属反应则生成高价金属氯化物。常温下,干燥氯气或液氯不与铁反应,所以可用钢瓶储存氯气。 

·与非金属反应

  氢气的反应
  如:
  H2+Cl2==2HCl(工业制盐酸方法,条件:点燃)
  现象:H2在Cl2中安静地燃烧,发出苍白色火焰,瓶口处出现白雾。
  H2+Cl2==2HCl(条件:光照)
  现象:见光爆炸,有白雾产生。
  的反应
  2P+3Cl2(少量)==2PCl3(液体农药,有雾产生。条件:点燃)
  2P+5Cl2(过量)==2PCl5(固体农药,有烟产生。条件:点燃)
  现象:产生白色烟雾
  与其他非金属的反应
  实验证明,在一定条件下,氯气还可与S、C、Si等非金属直接化合。 

·与水反应

  在该反应中,氧化剂是Cl2,还原剂是Cl2,反应方程式是:Cl2+H2O=HCl+HClO(这是可逆反应)
  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。  

·与碱溶液反应

  如:
  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;2HclO=2HCl+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 

·与盐溶液反应

  如:
  Cl2+2FeCl2=2FeCl3 

·与气体的反应

  Cl2的化学性质比较活泼,容易与多种可燃性气体发生反应。
  如:H2、C2H2等。
  H2+Cl2=2HCl  

用途

  学习物质的用途要与其性质紧密联系,因为性质决定用途。
  ①用于消毒——溶于水生成的HClO具有强氧化性(温馨小提示:自来水常用氯气消毒,1L水里约通入0.002g氯气,消毒原理是其与水反应生成了次氯酸,它的强氧化性能杀死水里的病菌。而之所以不直接用次氯酸为自来水杀菌消毒,是因为次氯酸易分解难保存、成本高、毒性较大,则用氯气消毒可使水中次氯酸的溶解、分解、合成达到平衡,浓度适宜,水中残余毒性较少);
  ②制盐酸——与H2反应生成HCl;
  ③制漂白粉——与Ca(OH)2反应;
  ④制多种农药(如六氯代苯,俗称666);
  ⑤制氯仿等有机溶剂;
  ⑥制塑料(如聚氯乙烯塑料)等。  

制取

  1、工业生产中用直流电电解饱和食盐水法来制取氯气:
  2NaCl+2H2O=电解= H2↑+Cl2+2NaOH
  2、实验室通常用氧化浓盐酸的方法来制取氯气:
实验室制取氯气装置
实验室制取氯气装置
  常见的氧化剂有:MnO2、K2Cr2O7重铬酸钾)、KMnO4、KClO3、Ca(ClO)2
  发生的反应分别是:4HCl(浓)+MnO2 =加热=MnCl2+Cl2↑+2H2O   [课本上的制法,比较浪费盐酸,家庭实验推荐用次氯酸钙[漂白粉]与稀盐酸反应,注意最好用稀盐酸,浓盐酸会造成浪费,且反应速率过快。]    
  14HCl+K2Cr2O7=2KCl+2CrCl3+7H2O+3Cl2↑[此反应用的盐酸比较稀的话,微热即可反应,没有盐酸可用一种非还原性酸和氯化钠的混合物代替,也可产生氯气]
  16HCl+2KMnO4=2KCl+2MnCl2+8H2O+5Cl2↑[此反应用的盐酸比较稀的话,微热即可反应,没有盐酸可用一种非还原性酸和氯化钠的混合物代替,也可产生氯气]
  6HCl[浓]+KClO3=KCl+3H2O+3Cl2↑[此反应有一部分会发生2KClO3+4HCl[稀]===2KCl+Cl2↑+2H2O+2ClO2↑,因此制的的Cl2不纯。]
  4HCl+Ca(ClO)2=CaCl2+2H2O+2Cl2↑{此反应需要的盐酸很稀,1mol/L便可以剧烈反应}
  3、氯离子的检验
  试剂:AgNO3溶液,稀HNO3
  原理:Ag++Cl-=AgCl↓,AgCl不溶于稀HNO3
  方法:先在被检液中加稀硝酸酸化,再滴入AgNO3溶液。 

健康危害

  侵入途径:吸入。
  健康危害:对眼、呼吸道粘膜有刺激作用。
  急性中毒:轻度者有流泪、咳嗽、咳少量痰、胸闷,出现气管一支气管炎或支气管周围炎的表现;中度中毒发生支气管肺炎、局限性肺泡性肺水肿、间质性肺水肿,或哮喘样发作,病人除有上述症状的加重外,出现呼吸困难、轻度紫绀等;重者发生肺泡性水肿、急性呼吸窘迫综合征、严重窒息、昏迷和休克,可出现气胸、纵隔气肿等并发症。吸入极高浓度的氯气,可引起迷走神经反射性心跳骤停或喉头痉挛而发生“电击样”死亡。眼接触可引起急性结膜炎,高浓度造成角膜损伤。皮肤接触液氯或高浓度氯,在暴露部位可有灼伤或急性皮炎。
  慢性影响:长期低浓度接触,可引起慢性支气管炎、支气管哮喘等;可引起职业性痤疮及牙齿酸蚀症。 

毒理学资料

  人吸入LCLo: 500 ppm/5M。
  大鼠吸入LC50: 293 ppm/1H。
  小鼠吸入LC50: 137 ppm/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0.06m
氯气泄露处理
氯气泄露处理
g/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。氯气中毒不可以进行人工呼吸。
  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. 病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。
  居家氯气中毒:家用84消毒液与洁厕液混用会导致氯气中毒,因为84消毒液的主要成分为NaClO,洁厕液的主要成分为盐酸,两者相遇会产生大量热,并放出氯气。  

污染来源

  氯多用食盐电解而得,主要用于冶金、造纸、纺织、染料、制药、农药、橡胶、塑料及其它化工生产的氯化工序,并用于制造漂白粉、光气、颜料,用以鞣皮以及饮用水的消毒等。在氯的制造或使用过程中,若设备管道密闭不严或当检修时均可接触到氯。液氯灌注、运输和贮存时,若钢瓶口密封不良或有故障,可有大量氯气逸散。生产管理不良,也可造成大气污染。 

危险特性

  本品不会燃烧,但可助燃。一般可燃物大都能在氯气中燃烧,一般易燃气体或蒸气也都能与氯气形成爆炸性混合物。氯气能与许多化学品如乙炔、松节油、乙醚、燃料气、烃类、氢气、金属粉末等猛烈反应发生爆炸或生成爆炸性物质。它几乎对金属和非金属都有腐蚀作用。
  燃烧(分解)产物:氯化氢。 

标准

  中国(TJ36-79) 车间空气中有害物质的最高容许浓度 1mg/m3
  中国(TJ36-79) 居住区大气中有害物质的最高容许浓度 0.10mg/m3(一次值);0.03mg/m3(日均值)
  美国ACGIH TLV-STEL 2.9 mg/m^3 (1 ppm); TLV-TWA 1.5 mg/m^3 (0.5 ppm)
  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。UN NO.1017。IMDG CODE 2028页,2类。副危险6.1 。  

监测方法

·现场应急监测方法

  ①便携式气体检测仪器:定电位电解式②常用快速化学分析方法:萤光黄检测管法、联苯胺指示纸法《突发性环境污染事故应急监测与处理处置技术》万本太主编
  气体速测管(北京劳保所产品、德国德尔格公司产品)

·实验室监测方法

  甲基橙分光光度法(HJ/T30-1999,固定污染源排气)  

应急处理处置 

·泄漏应急处理

  迅速撤离泄漏污染区人员至上风处,并立即进行隔离,小泄漏时隔离150米,大泄漏时隔离450米,严格限制出入。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器,穿防毒服。尽可能切断泄漏源。合理通风,加速扩散。喷雾状水稀释、溶解。构筑围堤或挖坑收容产生的大量废水。如有可能,用管道将泄漏物导至还原剂或酸式碳酸钠)溶液。也可以将漏气钢瓶浸入石灰乳液中。漏气容器要妥善处理,修复、检验后再用。
  废弃物处置方法:建议把废气通入过量的还原性溶液中(亚硫酸氢盐、亚铁盐、硫代亚硫酸钠溶液),中和后用水冲支下水道。废水中的氯气和氯化铝电解中氯气回收。 

·防护措施

  呼吸系统防护:空气中浓度超标时,建议佩戴空气呼吸器或氧气呼吸器。紧急事态抢救或撤离时,必须佩戴氧气呼吸器。
  眼睛防护:呼吸系统防护中已作防护。
  身体防护:穿带面罩式胶布防毒衣。
  手防护:戴橡胶手套。
  其它:工作现场禁止吸烟、进食和饮水。工作毕,淋浴更衣。保持良好的卫生习惯。进入罐、限制性空间或其它高浓度区作业,须有人监护。 

·急救措施

  皮肤接触:立即脱去被污染的衣着,用大量清水冲洗。就医。
  眼睛接触:提起眼睑,用流动清水或生理盐水冲洗。
  吸入:迅速脱离现场至空气新鲜处。呼吸心跳停止时,立即进行人工呼吸和胸外心脏按压术。就医。  

·灭火方法

  本品不燃。消防人员必须佩戴过滤式防毒面具(全面罩)或隔离式呼吸器、穿全身防火防毒服,在上风处灭火。切断气源。喷水冷
却容器,可能的话将容器从火场移至空旷处。灭火剂:雾状水、泡沫、干粉。

氯气的发展史

  氯气的发现应归功于瑞典化学家舍勒。舍勒是18世纪中后期欧洲的一位相当出名的科学家,他从少年时代起就在药房当学徒,他迷恋实验室工作,在仪器、设备简陋的实验室里他做了大量的化学实验,涉及内容非常广泛,发明也非常多,他以其短暂而勤奋的一生,对化学做出了突出的贡献,赢得了人们的尊敬。
  舍勒发现氯气是在1774年,当时他正在研究软锰矿(二氧化锰),当他使软锰矿与浓盐酸混合并加热时,产生了一种黄绿色的气体,这种气体的强烈的刺激性气味使舍勒感到极为难受,但是当他确信自己制得了一种新气体后,他又感到一种由衷的快乐。
  舍勒制备出氯气以后,把它溶解在水里,发现这种水溶液对纸张、蔬菜和花都具有永久性的漂白作用;他还发现氯气能与金属或金属氧化物发生化学反应。从1774年舍勒发现氯气以后,到1810年,许多科学家先后对这种气体的性质进行了研究。这期间,氯气一直被当作一种化合物。直到1810年,戴维经过大量实验研究,才确认这种气体是由一种化学元素组成的物质。他将这种元素命名为chlorine,这个名称来自希腊文,有“绿色的”意思。我国早年的译文将其译作“绿气”,后改为氯气。
  氯气的生产方法经历了漫长的发展过程,1774年化学家舍勒用软锰矿(含有二氧化锰)和浓盐酸首先制得了氯气:
  4HCl(浓)+MnO2=加热= MnCl2+2H2O+Cl2↑(条件:加热)
  然而,由于当时还不能够大量制得盐酸,故这种方法只限于实验室内制取氯气。后来法国化学家贝托雷把氯化钠、软锰矿和浓硫酸的混合物装入铅蒸馏器中,经过加热制得了氯气:
  2NaCl+3H2SO4(浓)+MnO2=加热=2NaHSO4+MnSO4+2H2O+Cl2
  因为此法原料易得,所以,自1774年舍勒制得氯气到1836年止,人们一直沿用贝托雷发明的方法来生产氯气。
  1836年古萨格发明了一种焦化塔,用来吸收路布蓝法生产纯碱(Na2CO3)的过程中排出的氯化氢气体(以前这种含氯化氢的气体被认为是一种废气,从古萨格开始,才得到了充分利用)得到盐酸,从此盐酸才成为一种比较便宜的酸,可以广为利用。舍勒发明的生产氯气的方法,经过改进,到此时才成为大规模生产氯气的方法。
  1868年狄肯和洪特发明了用氯化铜作催化剂,在加热时,用空气中的氧气来氧化氯化氢气体制取氯气的方法:
  4HCl+O2=2H2O+2Cl2↑这种方法被称为狄肯法(又译为地康法)。
  上面这些生产氯气的方法,虽然在历史上都起过一定的作用,但是它们与电解法生产氯气相比,无论从经济效益还是从生产规模上,都大为逊色。当电解法在生产上付诸实用时,上述生产氯气的方法就逐渐被淘汰了。
  电解法的诞生要追溯到1833年。法拉第经过一系列的实验,发现当把电流作用在氯化钠的水溶液时,能够获得氯气:
  2NaCl+2H2O =2NaOH+H2↑+Cl2
  后来,英国科学家瓦特也发现了这种方法,并在1851年获得了一份关于生产氯气的英国专利。但是由于当时没有实用的直流发电机以产生足够的电流,所以电解法也只能停留在实验室规模,不能付诸工业生产,而被束之高阁。一直到十九世纪七十至八十年代,出现了比较好的直流发电机,电解法才得到广泛的应用。从此,氯气的工业生产跨入了一个新纪元。 

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。极少量的氯气是的熔融氯化物电解的副产品。

·氯气液化

  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%。 

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。