氯及其化合物
氯是一种重要的非金属元素，其单质Cl₂具有强氧化性和刺激性，实验室常用MnO₂与浓盐酸反应制取。氯气与金属、非金属、水、碱等反应生成一系列化合物，如HCl、NaCl、次氯酸、漂白粉等。掌握氯气的性质、氯水的成分和漂白原理、氯离子的检验是本章核心。
1. 概念导入：从生活中的氯说起
同学们是否注意到，自来水厂在净化水时会加入一种有刺激性气味的气体？游泳池里那股“游泳池味”又是什么？答案就是氯。氯（Cl）是第17号元素，属于卤族元素（最外层7个电子，容易得电子形成Cl⁻）。它在自然界中主要以氯化钠（食盐）的形式存在。今天我们就来系统地学习氯及其化合物的性质。
2. 核心讲解：氯气 (Cl₂)
2.1 物理性质
- 颜色状态：黄绿色气体（初中时我们学过氧气无色、氢气无色，氯气是唯一有颜色的常见气体）
- 气味：强烈刺激性气味（有毒！闻到要小心）
- 密度：比空气大（Cl₂相对分子质量71，空气约29，所以氯气下沉）
- 溶解性：能溶于水（1体积水约溶解2体积氯气，得氯水）
- 液化：易液化（加压或冷却变成液态氯，黄绿色油状）
2.2 化学性质
氯气的核心化学性质是 强氧化性（因为Cl₂中氯为0价，容易降低到-1价）。
（1）与金属反应
- 与钠反应：2Na + Cl₂ → 2NaCl（剧烈燃烧，产生白烟）
- 与铁反应：2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃（注意：生成FeCl₃，不是FeCl₂！因为氯气氧化性强）
- 与铜反应：Cu + Cl₂ → CuCl₂（产生棕黄色的烟）
（2）与非金属反应
- 与氢气反应：H₂ + Cl₂ → 2HCl（安静燃烧，发出苍白色火焰，瓶口有白雾）
- 与磷反应：2P + 3Cl₂ → 2PCl₃（液体），2P + 5Cl₂ → 2PCl₅（固体）
（3）与水反应
氯气与水发生歧化反应：Cl₂ + H₂O ⇌ HCl + HClO（次氯酸）
生成的次氯酸（HClO）具有强氧化性，能杀菌消毒、漂白（所以氯水有漂白性）。
注意：这是一个可逆反应，常温下1体积水溶解约2体积氯气，但只有约三分之一与水反应。
（4）与碱反应
氯气与冷碱液反应生成次氯酸盐和氯化物，工业上常用此反应制漂白液：
Cl₂ + 2NaOH → NaCl + NaClO + H₂O （漂白液有效成分：NaClO）
与熟石灰反应制漂白粉：2Cl₂ + 2Ca(OH)₂ → Ca(ClO)₂ + CaCl₂ + 2H₂O（有效成分：Ca(ClO)₂）
（5）与有机物反应
取代反应（如CH₄与Cl₂光照下取代）等，在高一有机部分会详细学习。
3. 核心讲解：氯的化合物
3.1 氯化氢（HCl）和盐酸
- HCl 是无色、有刺激性气味的气体，极易溶于水（1:500），水溶液为盐酸。
- 盐酸是强酸，具有酸的通性（与金属、碱、盐反应）。
- 实验室用浓硫酸与氯化钠固体共热制HCl：NaCl + H₂SO₄(浓) → NaHSO₄ + HCl↑（微热条件）。
3.2 次氯酸（HClO）和次氯酸盐
| 性质 | HClO | NaClO / Ca(ClO)₂ |
|---|---|---|
| 酸性 | 弱酸（酸性比碳酸还弱） | 弱酸盐，水解显碱性 |
| 稳定性 | 极不稳定，2HClO → 2HCl + O₂↑（光照分解） | 较稳定，但遇酸或空气中的CO₂会生成HClO |
| 漂白性 | 强氧化性漂白（不可逆，不同于SO₂） | 在酸性条件下产生HClO而漂白 |
3.3 氯离子（Cl⁻）的检验
方法：加入AgNO₃溶液和稀硝酸，产生不溶于稀硝酸的白色沉淀（AgCl），说明含有Cl⁻。
＜该沉淀的要点：AgCl是白色沉淀，不溶于硝酸，但可溶于氨水。＞
4. 图形辅助：氯原子结构与氯水成分
5. 典型例题
例题1（简单）：下列物质中，属于纯净物的是（ ）
A. 氯水 B. 漂白粉 C. 液氯 D. 盐酸
思路：纯净物由一种物质组成，混合物含两种以上物质。氯水是Cl₂的水溶液，含多种粒子；漂白粉是Ca(ClO)₂和CaCl₂等的混合物；盐酸是HCl的水溶液；只有液氯是液态Cl₂，一种物质。
答案：C。易错点：液氯是纯净物，氯水是混合物。
例题2（中等）：某化学兴趣小组用如图装置制取干燥纯净的氯气并验证其性质。请回答：
（1）写出A中反应的化学方程式。
（2）B、C中分别盛放什么试剂？作用是什么？
（3）D中干燥管内的现象是什么？
思路：实验室常用MnO₂与浓盐酸加热制Cl₂，含HCl挥发和水蒸气。需除杂（HCl用饱和食盐水，水用浓硫酸），最后干燥氯气通入干燥有色布条验证漂白需要水分？但此题只问D中现象。
（1）A中反应：MnO₂ + 4HCl(浓) → MnCl₂ + Cl₂↑ + 2H₂O（加热条件）。
（2）B：饱和食盐水，吸收挥发出的HCl气体；C：浓硫酸，吸收水蒸气，得干燥氯气。
（3）D中干燥氯气通过干燥的有色布条，由于干燥氯气没有漂白性（漂白需要与水生成HClO），所以布条不褪色。
易错点：学生可能误认为氯气本身漂白，实际是HClO。
例题3（较难）：将氯气通入一定温度下的NaOH溶液中，得到NaCl、NaClO和NaClO₃的混合溶液。经测定，溶液中c(ClO⁻):c(ClO₃⁻)=1:2，则反应中被氧化与被还原的氯原子数之比为多少？
思路：氯气与NaOH在低温下主要生成NaClO，高温下生成NaClO₃。本题是混合氧化产物。设生成ClO⁻ x mol，ClO₃⁻ 2x mol。写出两个歧化反应：
反应①：Cl₂ + 2OH⁻ → Cl⁻ + ClO⁻ + H₂O
对应生成ClO⁻ x mol，生成Cl⁻ x mol，消耗Cl₂ x mol（其中x mol Cl被氧化，x mol Cl被还原）。
反应②：3Cl₂ + 6OH⁻ → 5Cl⁻ + ClO₃⁻ + 3H₂O
对应生成ClO₃⁻ 2x mol，生成Cl⁻ 10x mol，消耗Cl₂ 6x mol（其中2x mol Cl被氧化成ClO₃⁻，10x mol Cl被还原成Cl⁻）。
总被氧化的氯原子 = x + 2x = 3x（来自ClO⁻和ClO₃⁻中的Cl）
总被还原的氯原子 = x + 10x = 11x（来自Cl⁻中的Cl）
所以被氧化与被还原的氯原子数之比 = 3x : 11x = 3:11。
易错点：只考虑一个反应，忘记混合情况或没有根据比例设未知数。
6. 常见误区
- 误区1：认为氯气有漂白性。
真相：干燥氯气无漂白性，次氯酸才有漂白性。 - 误区2：氯水久置后漂白性增强。
真相：氯水中的HClO见光分解为HCl和O₂，漂白性减弱甚至消失。 - 误区3：Fe与Cl₂反应生成FeCl₂。
真相：Cl₂氧化性强，直接将Fe氧化为Fe³⁺，生成FeCl₃。 - 误区4：向漂白粉溶液中通入CO₂只能生成CaCO₃。
真相：漂白粉中的Ca(ClO)₂与CO₂和水反应生成HClO和CaCO₃；如果CO₂过量会生成Ca(HCO₃)₂。
7. 学习建议
- 熟记氯气的化学性质：特别关注歧化反应（与水、与碱）。可以想象氯气“欺负”其他元素得到电子，自己降价为-1。
- 区分氯水、液氯、漂白粉的有效成分：用表格对比记忆。
- 注意反应条件：如制氯气需浓盐酸、加热；制漂白液需冷碱等。
- 多做推断题：氯及其化合物常出现在无机推断中，要能根据特征反应（氯水颜色、漂白性、沉淀等）推断。
8. 知识链接
- 与卤素家族对比：F₂、Cl₂、Br₂、I₂的氧化性递减，颜色加深，状态变化（气→液→固）。
- 与氧化还原反应联系：氯气强氧化性，自身被还原为Cl⁻。
- 与元素周期律结合：氯位于第三周期第ⅦA族，非金属性强于S、P等。
- 与环境化学：氯气用于自来水消毒，但会产生副产物（如三氯甲烷），所以现在逐渐被二氧化氯等代替。
9. 习题自测
- （基础） 下列关于氯气的叙述正确的是（ ）
A. 氯气是无色气体 B. 氯气在氢气中燃烧产生苍白色火焰 C. 氯气与金属反应时只作还原剂 D. 氯气与氢氧化钠反应可制得漂白粉 - （中等） 新制氯水中含有的微粒种类共有多少种？写出它们的化学式。
- （提高） 有一瓶无色的漂白液，可能含有NaCl、NaClO、NaOH等成分。请设计实验检验其中的阴离子（Cl⁻和ClO⁻）。
自测答案
1. B（A：氯气黄绿色；C：作氧化剂；D：漂白粉用熟石灰，不是NaOH）。
2. 三种分子（H₂O、Cl₂、HClO）和四种离子（H⁺、Cl⁻、ClO⁻、OH⁻），共7种微粒（忽略极少量其他离子）。
3. 取样，先加稀硝酸酸化，若产生白色沉淀（AgCl）说明有Cl⁻；另取样品，加稀硝酸至酸性，将湿润的淀粉-KI试纸放在试管口，若试纸变蓝，则说明有ClO⁻（因为ClO⁻在酸性下生成HClO，HClO氧化I⁻为I₂）。