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氯（一種非金屬元素）

次瀏覽 | 更新時間：2023-05-19

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氯

一種非金屬元素

氯（Chlorine）是一種非金屬元素，元素符號Cl，原子序數(shù)為17，位于第三周期，VII A族，是鹵族元素之一。氯單質(zhì)由兩個氯原子構(gòu)成，化學(xué)式為Cl2。氣態(tài)氯單質(zhì)俗稱氯氣，液態(tài)氯單質(zhì)俗稱液氯。氯氣常溫常壓下為黃綠色氣體，有強烈的刺激性氣味，化學(xué)性質(zhì)十分活潑，具有毒性。氯以化合態(tài)的形式廣泛存在于自然界當(dāng)中，對人體的生理活動也有重要意義。

基本信息

中文名	氯
編號	17
別名	氯氣
化學(xué)式	Cl
熔點	-101.0℃

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發(fā)現(xiàn)簡史

元素性質(zhì)數(shù)據(jù)

1774年，瑞典化學(xué)家舍勒在從事軟錳礦的研究時發(fā)現(xiàn)：軟錳礦與鹽酸混合后加熱就會生成一種令人窒息的黃綠色氣體。當(dāng)時，大化學(xué)家拉瓦錫認為氧是酸性的起源，一切酸中都含有氧。舍勒及許多化學(xué)家都堅信拉瓦錫的觀點，認為這種黃綠色的氣體是一種化合物，是由氧和另外一種未知的基所組成的，所以舍勒稱它為“氧化鹽酸”。但英國化學(xué)家戴維卻持有不同的觀點，他想盡了一切辦法也不能從氧化鹽酸中把氧奪取出來，均告失敗。他懷疑氧化鹽酸中根本就沒有氧存在。1810年，戴維以無可辯駁的事實證明了所謂的氧化鹽酸不是一種化合物，而是一種化學(xué)元素的單質(zhì)。他將這種元素命名為“Chlorine”。它的希臘文原意是“綠色”。中文譯名為氯。

自然分布

自然界中游離狀態(tài)的氯存在于大氣層中，是破壞臭氧層的主要單質(zhì)之一。氯氣受紫外線分解成兩個氯原子（自由基）。大多數(shù)通常以氯化物（Cl-）的形式存在，常見的主要是氯化鈉（食鹽，NaCl）。

單質(zhì)Cl?

氯單質(zhì)由兩個氯原子構(gòu)成，化學(xué)式為Cl?。氣態(tài)氯單質(zhì)俗稱氯氣，液態(tài)氯單質(zhì)俗稱液氯。

名稱由來

英文名稱chlorine來自于希臘文khlros（χλωρó'，淡綠色），中文取該氣體為綠色之意造了“氯”字，日文與韓文則因為氯是鹽的主要成分之一而稱為“鹽素”（日本漢字寫作“塩素”）。

化合物

無機（括號內(nèi)為化合價）：氯化物（-1）、次氯酸（+1）、次氯酸鹽（+1）、亞氯酸（+3）、亞氯酸鹽（+3）、氯酸（+5）、氯酸鹽（+5）、高氯酸（+7）、高氯酸鹽（+7）

有機氯化合物。

同位素

氯元素有 Cl和 Cl兩種穩(wěn)定同位素。核外電子構(gòu)型都為3S 3P 。相對原子質(zhì)量分別為34.968 852和36.965 903。天然豐度分別為75.77%和24.23%。

氯離子檢驗

檢驗水中是否含有氯離子可以向其中加入硝酸酸化的銀離子（如硝酸銀）（加入酸性硝酸銀可以排除其他離子干擾），銀離子和氯離子反應(yīng)會生成氯化銀白色沉淀，反應(yīng)式：

Ag +Cl →AgCl↓

處置與儲存

1、操作注意事項

嚴加密閉，提供充分的局部排風(fēng)和全面通風(fēng)。操作人員必須經(jīng)過專門培訓(xùn)，嚴格遵守操作規(guī)程。建議操作人員佩戴空氣呼吸器，穿帶面罩式膠布防毒衣，戴橡膠手套。遠離火種、熱源，工作場所嚴禁吸煙。遠離易燃、可燃物。防止氣體泄漏到工作場所空氣中。避免與醇類接觸。搬運時輕裝輕卸，防止鋼瓶及附件破損。配備相應(yīng)品種和數(shù)量的消防器材及泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。

2、儲存注意事項

儲存于陰涼、通風(fēng)的庫房。遠離火種、熱源。庫溫不超過30℃，相對濕度不超過80%。應(yīng)與易燃物（可燃物）、醇類、食用化學(xué)品分開存放，切忌混儲。儲區(qū)應(yīng)備有泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。應(yīng)嚴格執(zhí)行極毒物品“五雙”管理制度。

物理性質(zhì)

集氣瓶中的氯氣

氯氣為黃綠色氣體，密度比空氣大（3.214g/L），熔點?101.0℃，沸點?34.4℃，有強烈的刺激性氣味。

氯氣分子由兩個氯原子組成，微溶于水，易溶于堿液，易溶于四氯化碳、二硫化碳等有機溶劑。

氯有26種同位素，其中只有 Cl和 Cl是穩(wěn)定的，其余同位素均具有放射性。

原子半徑：100 pm

核外電子排布： [Ne]3s 3p

氯原子結(jié)構(gòu)示意圖

化合價： ±1, 3, 5, 7

晶體結(jié)構(gòu)：斜方晶系

電負性： 3.16 （鮑林標(biāo)度）

第一電離能： 1251.2 kJ/mol

營養(yǎng)功能

參與光合作用

在光合作用中，氯作為錳的輔助因子參與水的光解反應(yīng)。水光解反應(yīng)是光合作用最初的光化學(xué)反應(yīng)，氯的作用位點在光系統(tǒng)II。研究工作表明，在缺氯條件下，植物細胞的增殖速度降低，葉面積減少，生長量明顯下降（大約60%），但氯并不影響植物體中光合速率。由此可見，氯對水光解放O反應(yīng)的影響不是直接作用，氯可能是錳的配合基，有助于穩(wěn)定錳離子，使之處于較高的氧化狀態(tài)。氯不僅為希爾反應(yīng)放O所必需，它還能促進光合磷酸化作用。

調(diào)節(jié)氣孔運動

氯對氣孔的開張和關(guān)閉有調(diào)節(jié)作用。當(dāng)某些植物葉片氣孔開張時，K 流入是由有機酸陰離子（主要是蘋果酸根）作為陪伴離子，這些離子在代謝過程中是靠消耗淀粉產(chǎn)生的；但是對某些淀粉含量不多的作物（如洋蔥），當(dāng)K 流入保衛(wèi)細胞時，由于缺少蘋果酸根則需由Cl 作為陪伴離子。缺氯時，洋蔥的氣孔就不能自如地開關(guān)，而導(dǎo)致水分過多地損失。由于氯在維持細胞膨壓、調(diào)節(jié)氣孔運動方面的明顯作用，從而能增強植物的抗旱能力。

激活H+-泵ATP酶

以往人們了解較多的是原生質(zhì)上的H -ATP酶，它受K 的激活。而在液泡膜上也存在有H -ATP酶。與原生質(zhì)上的H -ATP酶不同，這種酶不受一價陽離子的影響，而?？柯然锛せ睢Ｔ撁缚梢园言|(zhì)中的H 轉(zhuǎn)運到液泡內(nèi)，使液泡膜內(nèi)外產(chǎn)生pH梯度（胞液，pH>7；液泡，pH<<6）。缺氯時，植物根的伸長嚴重受阻，這可能和氯的上述功能有關(guān)。因為缺氯時，影響活性溶質(zhì)滲入液泡內(nèi)，從而使根的伸長受到抑制（Hagerh和Helrnle，1981）。

抑制病害發(fā)生

施用含氯肥料對抑制病害的發(fā)生有明顯作用。據(jù)報道，2013以前年至少有10種作物的15個品種，其葉、根病害可通過增施含氯肥料而明顯減輕。例如冬小麥的全蝕病、條銹病，春小麥的葉銹病、枯斑病，大麥的根腐病，玉米的莖枯病，馬鈴薯的空心病、褐心病等。根據(jù)研究者的推論，氯能抑制土壤中銨態(tài)氮的硝化作用。當(dāng)施入銨態(tài)氮肥時，氯使大多數(shù)銨態(tài)氮不能被轉(zhuǎn)化，而迫使作物吸收更多的銨態(tài)氮；在作物吸收銨態(tài)氮肥的同時，根系釋放出H 離子，使根際酸度增加。許多土壤微生物由于適宜在酸度較大的環(huán)境中大量繁衍，從而抑制了病菌的滋生，如小麥因施用含氯肥料而減輕了全蝕病病害的發(fā)生。還有一些研究者從Cl 和NO 存在吸收上的競爭性來解釋。施含氯肥料可降低作物體內(nèi)NO 的濃度，一般認為NO 含量低的作物很少發(fā)生嚴重的根腐病。

其他作用

在許多陰離子中，Cl 是生物化學(xué)性質(zhì)最穩(wěn)定的離子，它能與陽離子保持電荷平衡，維持細胞內(nèi)的滲透壓。植物體內(nèi)氯的流動性很強，輸送速度較快，能迅速進入細胞內(nèi)，提高細胞的滲透壓和膨壓。滲透壓的提高可增強細胞吸水，并提高植物細胞和組織束縛水分的能力。這就有利于促進植物從外界吸收更多的水分。在干旱條件下，也能減少植物丟失水分。提高膨壓后可使葉片直立，延長功能期。作物缺氯時，葉片往往失去膨壓而萎蔫。氯對細胞液緩沖體系也有一定的影響。氯在離子平衡方面的作用，可能有特殊的意義。

氯對酶活性也有影響。氯化物能激活利用谷氨酰胺為底物的天冬酰胺合成酶，促進天冬酰胺和谷氨酸的合成。氯在氮素代謝過程中有重要作用。

適量的氯有利于碳水化合物的合成和轉(zhuǎn)化。

化學(xué)性質(zhì)

氯原子的最外電子層有7個電子，在化學(xué)反應(yīng)中容易結(jié)合一個電子，使最外電子層達到8個電子的穩(wěn)定狀態(tài)，因此氯氣具有強氧化性，能與大多數(shù)金屬和非金屬發(fā)生化合反應(yīng)。

氯氣遇水歧化為鹽酸和次氯酸，次氯酸不穩(wěn)定易分解放出游離氧，所以氯氣具有漂白性（比SO強且加熱不恢復(fù)原色）。

氯氣也能和很多有機物發(fā)生加成或取代反應(yīng)，在生活中有廣泛應(yīng)用。

氯氣具有較大的毒性，曾被用作軍用毒氣。

Cl-檢驗

檢驗水中是否含有氯離子可以向其中加入可溶的銀離子（硝酸銀）（加入酸性硝酸銀可以排除其他離子干擾），銀離子和氯離子反應(yīng)會生成氯化銀白色沉淀。再取白色沉淀，加入稀硝酸，沉淀不溶解，則說明含氯離子。

含氧酸

1. 次氯酸(HClO)及其鹽

(1) 制備

①通氯氣于冰水中：Cl? + H?O = HClO + HCl

②通氯于堿液中可得次氯酸鹽：Cl?+ 2NaOH → NaClO + NaCl + H?O

③工業(yè)上用電解冷濃食鹽水并劇烈攪拌來制備NaClO

(2)性質(zhì)

①是弱酸，但為很強的氧化劑，且具有漂白性

②受熱易發(fā)生氧化還原反應(yīng)　3ClO → ClO? + 2Cl

(3) 用途

制造漂白粉Ca(ClO)?

漂白粉：Cl?與Ca(OH)?反應(yīng) 2Cl? + 2Ca(OH)? = Ca(ClO)? +CaCl? +2H?O

2. 亞氯酸(HClO?)及其鹽

亞氯酸是唯一的亞鹵酸，非常不穩(wěn)定。

(1) 制備

①ClO?在水中分解：2ClO? + H?O = HClO? + HClO?

②通ClO?于Na?O?或NaOH與H?O?可得亞氯酸鹽　2ClO? + Na?O? =2NaClO? + O?；2ClO? + H?O? + OH =2ClO +O? + H?O

(2) 性質(zhì)與用途

①非常不穩(wěn)定的化合物，但亞氯酸鹽較穩(wěn)定。

②具有漂白性

3.氯酸(HClO?)及其鹽

濃度高于40%則不穩(wěn)定

(1) 制備

①次氯酸根水溶液加熱，產(chǎn)生自身氧化還原反應(yīng)（歧化反應(yīng)）：3ClO → ClO? + 2Cl

②電解熱氯化鈉水溶液并加以攪拌：3Cl? + 6OH → ClO? + 5Cl + 3H?O

(2) 性質(zhì)及用途

①氯酸和氯酸鹽皆為強氧化劑

②氯酸鉀用于制造炸藥

③KClO?受熱反應(yīng)

A.無催化劑，微熱：4KClO? =3KClO? + KCl (約100℃)

B.催化劑(MnO?)：2KClO? =2KCl + 3O?↑ (約300℃)

4. 高氯酸(HClO?)及其鹽

(1) 制備

①低壓蒸餾KClO?與H?SO?的混合液：KClO? + H?SO? = HClO? + KHSO?

②電解食鹽水時，陽極產(chǎn)生的氯氣被氧化：1/2Cl? + 4H?O =ClO? + 8H + 7e

③氯酸鹽受熱分解：4KClO? = 3KClO? + KCl

(2) 性質(zhì)與用途

①氯最穩(wěn)定的含氧酸，不易分解

②非常強的酸（高中范圍內(nèi)最強的酸，強于100%硫酸，但弱于氟銻酸等超強酸）

主要用途

工業(yè)

氯主要用于化學(xué)工業(yè)尤其是有機合成工業(yè)上，以生產(chǎn)塑料、合成橡膠、染料及其他化學(xué)制品或中間體，還用于漂白劑、消毒劑、合成藥物等。氯氣亦用作制造漂白粉、漂白紙漿和布匹、合成鹽酸、制造氯化物、飲水消毒、合成塑料和農(nóng)藥等。提煉稀有金屬等方面也需要許多氯氣。

生理

氯是人體必需常量元素之一，是維持體液和電解質(zhì)平衡中所必需的，也是胃液的一種必需成分。自然界中常以氯化物形式存在，最普通形式是食鹽。氯在人體含量平均為1.17g/kg，總量約為82～100g，占體重的0.15%，廣泛分布于全身。主要一氯離子形式與鈉、鉀化合存在。其中氯化鉀主要在細胞內(nèi)液，而氯化鈉主要在細胞外液中。

膳食氯幾乎完全來源于氯化鈉，僅少量來自氯化鉀。因此食鹽及其加工食品醬油、腌制肉或煙熏食品、醬菜類以及咸味食品等都富含氯化物。一般天然食品中氯的含量差異較大；天然水中也幾乎都含有氯。

主要生理功能：

1．維持體液酸堿平衡。

氯離子分析儀

2.氯離子與鈉離子是細胞外液中維持滲透壓的主要離子，二者約占總離子數(shù)的80%左右，調(diào)節(jié)與控制著細胞外液的容量和滲透壓。

3．參與血液CO二價離子運輸。

4．氯離子還參與胃液中胃酸形成，胃酸促進維生素B和鐵的吸收；激活唾液淀粉酶分解淀粉，促進食物消化；刺激肝臟功能，促使肝中代謝廢物排出；氯還有穩(wěn)定神經(jīng)細胞膜電位的作用等。

安全防護

氯氣對眼、呼吸道粘膜有刺激作用，能引起流淚、咳嗽、咳少量痰、胸悶、氣管炎和支氣管炎、肺水腫等呼吸道癥狀，嚴重的會導(dǎo)致休克、死亡。一戰(zhàn)時曾經(jīng)被用作化學(xué)武器（窒息性毒劑）

氯氣對環(huán)境有嚴重危害，對水體可造成污染。

同時，氯氣可助燃，濕潤的氯氣具有強腐蝕性。

所以接觸氯氣時，需注意全身嚴格防護，嚴禁直接嗅聞、接觸氯氣，不得將含氯氣的廢氣直接排放到大氣中。

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