《化学元素知识》元素的故事（17）——氯

美国化学家Davy最先把制备出来的氯气当做是一个单独的元素（1810年）。事实上，早在这之前，瑞典化学家舍勒发现软锰矿（二氧化锰）和浓盐酸混合加热会产生有刺激性气味的黄绿色气体，但是他一直认为那是“氧化盐酸”，并未当成是单个的元素。

氯元素在地壳中的含量是0.031%，在海洋里以氯化物的形式存在，如氯化钠、氯化镁。

通常情况下氯气是一种黄绿色的气体，2:1溶于水，并且加压容易液化。氯气的沸点是-34℃，低于沸点会液化成油状的黄绿色液体；而进一步降温，会在-101℃时候凝固成黄色固体。

氯气的密度大于空气的，所以如果发生了氯气泄漏的事故，一定不能往低处走，要向着上风处的高处躲避。

氯气和大多数非金属和金属都能反应，生成氯化物，氯气本身被还原，其本身有很强的氧化性，仅在与氟气的反应中表现出还原性而被氧化。

氯气能发生歧化反应。在热且浓的NaOH溶液中，氯气歧化为氯酸盐和氯离子；在冷的NaOH溶液中，氯气歧化为次氯酸盐和氯离子（可以自行写出离子方程式）。

电解饱和食盐水，会发生以下反应（必须在通风条件良好的条件下进行，否则会氯气中毒！）：

阴极会产生氢气，阳极会产生氯气，溶液里会生成氢氧化钠。这也是氯碱工业上制备氯气的方法。

我们生活中最常见的氯元素的存在形式就是氯化钠（NaCl）了，每天做菜都需要往里面放盐。

其次是漂白粉、消毒水。其中84消毒液的主要成分是次氯酸钠（NaClO）溶液，有强氧化性、漂白性，本身也不稳定。放置在空气中，次氯酸钠溶液会吸收二氧化碳变成次氯酸，进而分解放出盐酸和氧气，所以一定要阴凉处密闭保存。

漂白粉的主要有效成分是次氯酸钙，由氯气通入冷的石灰浆中获得，同时还产生氯化钙。所以，漂白粉的成分其实是次氯酸钙、氯化钙和未反应的氢氧化钙。

再其次，就是以前用于烟花爆竹的氯酸盐了。氯酸盐本身也是强氧化剂，遇到有机物（比如淀粉、糖分）或者还原剂（比如木炭粉末）之后容易发生剧烈的氧化还原反应，非常危险。初三化学里，制备氧气的三个方法之一，就是氯酸钾加入二氧化锰的加热，其中氯酸钾会发生自身氧化还原反应，产生氯化钾和氧气。氯酸钾也被叫做“洋硝”，是针对“土硝”而言的。

再来介绍一个特殊的氯的价态：+4价。消毒液里用的都是+1价的氯，这里二氧化氯的氯是+4价。二氧化氯也是一种比较绿色的消毒剂。不过笔者看来，不管是次氯酸盐还是二氧化氯，还是有机物三氯异氰尿酸，它们的水溶液的气味都差不多，都是“一股消毒水味”~

有个实验能很清楚地表现出（潮湿的）氯气的漂白性：将氯气通入水中获得氯水，把有颜色的花朵扔进去。静候一段时间，取出花瓣，发现颜色褪去变成白色。其中还可以对比二氧化硫和氯气的漂白性的差异：向两瓶品红溶液通入二氧化硫和氯气，发现红色都会褪去。但是，通入二氧化硫的品红溶液在加热之后红色恢复，同时二氧化硫会溢出；通入氯气的品红溶液在加热之后并不会变回红色。这是因为漂白的机理不同。二氧化硫的漂白是“化合漂白”，也就是二氧化硫和有色物质生成不稳定的无色物质，在加热之后会分解回去；氯气则是直接氧化有色物质，为“氧化漂白”，破坏了生色基，所以加热之后不能复原。

-1价的氯，除了氯化钠，比较常见的就是氯化氢了。氯化氢的水溶液叫做盐酸，有所有酸的通性。但是盐酸本身是挥发性酸，盐酸打开之后会发现有白色小液滴（雾）产生并有刺激性的气味（是呛鼻的酸味）。我们的胃里有盐酸，所以胃液的环境是比较强酸性的，有助于消化食物。

浓盐酸和浓硝酸按照3:1的体积比混合的液体叫做“王水”，这种王水可以降低单质金的还原电位（使得金被氧化更加容易），所以能和黄金反应生成氯金酸而溶解黄金。要知道本身金是很不活泼的，所以生成的氯金酸氧化性也很强，很容易就能够还原成单质金（当然是金粉）。

把高锰酸钾加入浓盐酸里，会快速产生大量氯气。第一次世界大战的时候首次运用了氯气弹，让躲在战壕里的士兵全部中毒了，就是因为氯气密度大于空气并且有毒。