氯和氧谁强.doc

关于氯和氧，氯气和氧气谁更强？谁氧化性强，谁非金属性强，大家有很多疑问。在化学课上，在网上，百度知道，问问中也有很多人问。老师和网友们回答的有的是不正确的，有的是不全面，下面我们通过对它们的化学性质进行比较来看看，氯和氧哪个更强！在元素周期表的所有元素中，氟元素高高在上，氟有最强的非金属性，氟单质有最强的氧化性，这个是毫无疑问的。但氧和氯均弱于氟，处于对角线位置，较难比较；其实通过他们不同的化学性质可以得出结论。一.氯的化学性质氯，氯元素属于卤族元素，位于氟的下面，元素符号Cl,原子序数，17，原子量35.5，第一电离能为1251千焦/摩尔。氯原子有3层电子，最外层电子数为7，很容易得到电子。氯拥有最强的电子亲和势，数值为349，大于氟的328，这也增强了氯得电子的能力。氯元素是典型的非金属元素，非金属性很强，氯很容易得到电子。元素电负性为3，最新数据为3.16（鲍林数据）。氯元素可以和所有的金属发生反应，和除惰性气体，碳和氮之外的非金属化和。氯元素的表现形式为氯气，符号为Cl2,包括氯在内的所有卤族元素都是双原子分子，两个原子间通过化学键连接，都是单键，键能为242千焦/摩尔。氯气在常温常压下是一种有刺激性味道的黄绿色有毒气体。氯气容易液化，在零下34.4度就开始变成液体。氯气液体成为液氯。氯气和液氯都是单质，注意液氯和氯水的区别，氯水是氯气溶于水形成的液体，为混合物，里边含有水，盐酸和次氯酸。氯气密度为3.214克/升，可溶于水，常温下1体积水能溶解2体积氯气，易溶于二硫化碳，四氯化碳等有机溶剂。1774年，瑞典的舍勒用盐酸和二氧化锰反应，制得氯气；1810年由戴维确定了氯元素的存在。制取氯气的方程式为：MnO2+4HCl=MnCl2+H2O+2Cl2(条件：加热）也可以用高锰酸钾和浓盐酸反应获得，常温即可2KMnO4 + 16HCl = 2KCl +2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O工业制取大量氯气通过电解饱和食盐水获得：2NaCl + 2H2O = 2NaOH + H2+ Cl2氯化物除了氯化银和氯化亚汞外都溶于水，氯化亚汞比氯化银更不易溶于水。氯气的化学性质很活泼，它是一种活泼的非金属单质。可以和所有的金属和除碳，氮和惰性外的非金属直接化和。正因因此，自然界中没有游离态的氯。其化合价为，-1，0，+1，+3，+5，+7.氯气的电极电势为1.358，有较强的氧化性。干燥的氯气不和铁反应，氯气可以用铁罐来运输。氯原子的最外电子层有7个电子，在化学反应中容易结合一个电子，使最外电子层达到8个电子的稳定状态，因此氯气具有强氧化性。氯气的强氧化性表现为以下几个方面：1.作为消毒剂氯气可以作为一种廉价的消毒剂，一般的自来水及游泳池就常采用它来消毒。但由于氯气的水溶性较差，且毒性较大，及会放出特殊气味，容易产生有机氯化合物，故常使用二氧化氯（ClO2）代替氯气作为水的消毒剂（如中国内地、美国等）。2.漂白性湿润的氯气可用于纸浆和棉布的漂白，不同于SO2的漂白性，氯气的漂白性为不可还原且较为强烈，因此不宜以此作为丝绸之漂白剂。之所以强调湿润的是因为Cl2 + H2O HCl + HClO (可逆反应) HClO HCl + O (可逆反应；生成的O是游离氧，正是这个游离氧氧化了有机染料使之褪色)次氯酸的分解反应在光照或受热时速度加快。 因此干燥的氯气并不具有这个性质。3.与金属反应氯气可与钠等活泼金属直接化合。也能跟铜等不活泼金属起反应。2Na + Cl2 2NaCl （反应慢，点燃的时候剧烈反应）Cu + Cl2 CuCl2 (反应条件加热或点燃)4.与非金属反应氯气可与氢气反应生成氯化氢。反应的化学方程式：H2 + Cl2 2HCl 值得一提的是反应条件对上述反应的现象有很大影响：如果氢气与氯气事先充分混合，在光照条件下发生爆炸； 如果氢气在氯气中安静地燃烧，现象为苍白色火焰，同时伴有白雾（HCl溶解于空气中的水形成的盐酸小液滴）生成。5.氯气和一些有机物发生加成和取代反应。例如在光照条件下和甲烷发生取代反应：CH4+CI2CH3CI+HCICH3CI+CI2CH2CI2+HCICH2CI2+CI2CHCI3+HCICHCI3+CI2CCI4+HCI二.氧的化学性质氧元素的化学符号为O，原子序数为8，原子量为16，氧原子有两个电子层，最外层电子数为6，容易得到电子。氧元素在地壳中的含量最高，在空气中仅次于氮元素，在宇宙中，居第三位，仅次于氢和氦。氧的电负性为3.5，最新数据3.44（鲍林数据），第一电离能1314千焦/摩尔，电子亲和能为141，只有氯元素的1/3。化合价，-2，-1，0，+1，+2，一般为-2价和零价，-1价存在于过氧化物中，正价存在于和氟组成的化合物中，如OF2中共用电子对偏向氟原子，故氧为+2价，在O2F2中，氧为+1价，在六氟合铂酸二氧等几个含氧的正价盐中氧为+1/2价（原因是一个氧气分子失去一个电子，而不是一个氧原子失去电子，一个氧气分子由两个氧原子组成，所以这里氧为1/2价）氧元素的表现形式，目前有氧气O2,臭氧，O3,四分子氧，O4.其中O4研究较少。他们均是单质互为同素异形体。稳定性，O2稳定性最高，O4稳定性最差，普通条件下不存在，O3居中；氧化性O4氧化性最强，和氟相仿或者超过氟，臭氧居中，O2氧化性最弱。O4的详细性质，化学家们正在研究中。氧的非金属性仅次于氟，有很强的非金属性，氧原子最外层有6个电子，容易得到电子，但是得电子能力小于氟，同时氧的电子亲和能只有141，明显小于氟和氯。氧元素可以和除惰性气体外的所有元素直接化和。和绝大多数有机物发生反应（一些含氟的有机物除外）和惰性气体氙能间接生成化合物，如三氧化氙，四氧化氙等。而氟元素可以直接和惰性气体氙化和生成二氟化氙，四氟化氙，六氟化氙，这说明氧的得电子能力弱于氟。A.氧气，化学式O2,分子量，32。氧气在通常情况下是无色无味的气体，密度，1.429克/升，零下183度会变成液态。氧气的溶解度较小，标准情况下，1体积水能溶解0.049体积的氧气。水中溶解的氧气是水生物维持生命的基础。氧气是双原子分子，氧分子的结构比较特殊，并不是纯粹的双键，氧分子单键的键能经过测试为141千焦/摩尔，如果是真的双键，氧气分子的键能也就是282千焦/摩尔罢了，可事实上氧气分子的键能高达498千焦/摩尔；另外氧气分子有明显的顺磁性，表明氧气分子中有成单电子，也就是单个的电子。它的结构应该是首先共用一对电子形成一个键，而上下各共用三个电子（必须有成单电子）形成pai键。所以总的来看，它是共用了4对电子。所以氧气分子化合键的键能远大于普通的双原子分子，而又明显小于氮气分子的三键。这么大的键能会很大程度的影响氧气的活泼性。氧气有较强的氧化性，是很活泼的氧化性气体，其标准电极电势为1.23.氧气可以和除黄金外的所有金属元素直接化和，和金的反应有争议，有些化学家认为能反应，但是过程很慢，已知的两种金的氧化物三氧化二金和氢氧化金；氧气不能和氟，氯，溴，碘直接反应，也不能和惰性气体直接反应，但是可间接生成氟氯溴碘的化合物，和惰性气体氙的化合物。其他非金属元素均能和氧气直接化和。氧气能和大多数有机物直接反应。氧气的制取：最早用氧化汞加热分解来获得：2HgO=2Hg+O2(加热）双氧水分解：2H2O2=2H2O+O2(光照，加热或者金属离子催化比如二氧化锰，硫酸铜，氯化铁等）氯酸钾分解，需要用二氧化锰催化：2KClO3=2KCl+3O2 (用二氧化锰催化，加热）高锰酸钾分解：2KMnO4=K2MnO4+MnO2+O2(加热）工业大量制取：将空气液化，然后根据变成液体的空气成分液化温度不同，来得到纯氧电解水：2H2O=2H2+O2 (持续放电，写成电解即可）氧气化学性质表现（主要是氧化性）1.和活泼金属反应4Na+O2=2Na2O（无条件，常温反应，银白色的钠很快颜色变暗，变成氧化钠，氧为-2价）2Na+O2=Na2O2（加热或者点燃，剧烈反应，有燃烧现象，生成过氧化钠，氧为-1价）2.和不活泼金属反应2Cu+O2=2CuO (加热）在有水存在的情况下，铜会被氧化成铜锈，Cu2(OH)2CO3又叫碱式碳酸铜是盐的一种。它是铜与空气中的氧气、二氧化碳和水等物质反应产生的物质，又称铜锈(铜绿）。2Cu+O2+CO2+H2O=Cu2(OH)2CO3 (常温反应，夏天反应更快）加热，它又会分解Cu2(OH)2CO3=2CuO+CO2+H2O (加热）3.和非金属反应2H2+O2=2H2O (点燃)4.和有机物反应CH4+2O2=CO2+2H2O （点燃）氧气是地球上的生物存在的基础，另外一个条件是水。B.臭氧臭氧，化学式O3,分子量48，密度，2.144克/升，零下112.4度液化。常温常压下有刺激性的味道，类似氯气，呈淡蓝色。臭氧在标准状态下溶于水，溶解度是氧气的10倍多，1体积水能溶解，约0.5体积的臭氧。臭氧的分子结构，臭氧分子是三原子分子；具有等腰三角形结构，含有一个3中心4电子离域键，三个氧原子分别位于三角形的三个顶点，顶角为116.79度，密度约为氧气的1.5倍，其沸点和凝固点圴高于氧。低浓度的臭氧闻起来就像下过雨后出门闻到的“新鲜空气”的那种气味，十分怡人。臭氧是抗磁性，这意味着它的电子都是成对的。臭氧的制取，一般是放电或者紫外线照射。2O=3O2 放电，或者强紫外线照射，同时放出大量的热。臭氧性质不稳定，常温就会缓慢分解，在光照，催化剂条件下，分解明显变快，加热到200度以上会明显分解，270度以上迅速分解。臭氧分解会产生少量的原子氧，因而具有比氧气强得多的氧化性，其标准电极电势为2.076，在单质中仅次于氟。在常温下可将银氧化成 氧化成过氧化银，将硫化铅氧化成硫酸铅，还能强烈的腐蚀橡胶等有机物，能使色素失去颜色。臭氧的用途：1.吸收阳光中的紫外线辐射，保护地球上的生物，如果没有臭氧层，地球上的绝大多数生物包括人类将会灭绝。只会在深水存在一些低等生物。2.用臭氧来杀菌消毒。据介绍，臭氧是目前已知最强的氧化剂之一，是广谱、高效、快速杀菌剂。它对于使人和动物致病的细菌、病毒和微生物有很强的杀灭作用。其杀菌效果与氧乙酸相当，强于甲醛，杀菌力比氯高10倍。对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌杀灭率高达99.5%。臭氧在常温光照下大约30分钟就会自行分解变成氧气，因而没有任何残留和二次污染。臭氧极易溶解于水，而生成臭氧水。臭氧水浓度在0.1-0.2mg/L时即可杀菌，达到0.4mg/L时可杀灭病毒。灭菌速度比氯及其他灭菌剂高600-3000倍。3.利用臭氧的强氧化性来实现一些化学反应。臭氧能迅速氧化碘离子成碘单质，这被用来检测臭氧的含量。氧气氧化碘离子的过程比臭氧慢的多。三.氧和氯化学性质的差异物理性质的差别网上有，大家一看就知道了，比如密度，溶解度，液化温度等等。现在我们来看化学性质的异同。他们的相似的化学性质，都有很强的非金属性；其单质有较强的氧化性。不同点：1.氧元素的非金属性大于氯元素，氧原子的氧化性也强于氯原子。注意，非金属性一般指元素，氧化性指原子或者元素单质。表现A.氧元素的电负性为3.44，氯为3.16（鲍林数据，在另外的电负性数据中氧为3.61，氯为2.83，相差更大），氧大于氯B.氯和氧组成的化合物，氯显示正价，氧为负价C.氯气溶于水发生歧化反应，部分氯失去电子被氧氧化显示正1价D.用紫外线照射，或者放电，臭氧可以将氯氧化成六氧化二氯，如果两元素都是原子状态，无需条件直接反应4O3+Cl2=Cl2O6+3O2 (条件，放电或者紫外线照射，氧气则无此反应)E.加热的情况下,氧气(不是空气)可以和绝大多数氯化物反应,将氯离子氧化成氯气,(一些加热就分解的氯化物除外),其实就是置换反应。比如:4FeCl3+3O2=2Fe2O3+6Cl2 (加热，要求纯度较高的氧气，用空气反应不明显，甚至无反应）F.高浓度的臭氧，可以迅速将氯化氢或者盐酸氧化，生成水，氧气和氯气（需要注意的是空气中的臭氧含量达到10%就会爆炸，所以这个反应很少有人去做，也无意义）O3+2HCl=H2O+Cl2+O2 (常温即可快速进行，要求臭氧含量不低于10%，否则现象不明显；用氧气无此反应）臭氧也可以将氯化物氧化a3a32（在密封环境下通入臭氧），空气环境中不反应。G.氧气和硫反应生成二氧化硫，臭氧能生成三氧化硫，而氯气在加热的情况下可以和硫反应生成+1和+2价的硫，生成+4价的硫很困难。不能将硫氧化成+6价；S+O2=SO2 (加热或者点燃）3S+5O3=3SO3+3O2 (常温反应，光照或者微热反应更迅速彻底）SO2+O3=SO3+O2 (常温反应，日光照射会剧烈反应甚至爆炸）S+Cl2=S2Cl2 (二氯化二硫，硫为+1价，需要加热，50度以上即可缓慢反应，不能超过100度，否则二氯化二硫分解，此反应过程很慢，需要10个小时以上）S2Cl2+Cl2=2SCl2 (微热的情况下二氯化二硫能被过量氯气缓慢氧化成二氯化硫，注意温度不要超过60度否则二氯化硫分解，日光照射也能缓慢反应)SCl2+Cl2（液氯）=SCl4 (四氯化硫，硫为+4价，氯为气态的时候不能将二氯化硫氧化到+4价，必须用液态氯气，温度控制在零下40度以下。物质在液态的时候有最大的活性)H.由于非金属性不够强，氯原子的的电子能力也不够，所以氯不能将氮氧化，而氧在高温或者放电情况下可以将氮气氧化。N2+O2=2NO (高温或者放电）2NO+O2=2NO2 (常温反应）氯不能和氮反应，甚至在氯和氮的化合物中，三氯化氮，氯显示正价，为+1价，共用电子对偏向氮原子2.氧气和氯气氧化性比较（不是两个元素比较）A.测试证明，氧气的标准电极电势为1.23，氯气为1.358，说明常温下氧气的氧化能力弱于氯气B.氯气能和包括金铂在内的所有金属发生反应，而氧气由于和黄金反应过慢，过程可能几个月甚至好多年，被认为不和金反应（金有亲卤族元素的性质，连碘都能和金反应）C.氯气和铁反应，生成三氯化铁，铁为+3价，而氧气和铁反应（条件同为点燃）生成的是四氧化三铁，是+2和+3价铁的混合，说明氯气的氧化性稍强于氧气D.氧气和氢气混合，如果不加热，不点燃，放几年也不会反应变成水，光照也不会反应；而氯气和氢气混合，光照的时候会反应甚至爆炸（臭氧会和氢气缓慢反应，混合一段时间后发现试管有水珠生成；而氧气不行）。说明氧气的氧化性弱于氯气E.光照情况下，将氯气通入水中，过一会儿有氧气生成，而将氧气通入盐酸中无反应。说明氯气氧化性稍强于氧气。反常情况：常温下，很活泼金属和氧气反应的速度比氯气快，没有条件就能反应；而氯气如果不加热，不点燃，和钠，镁等很活泼金属反应很慢。加热或者高温条件下。氧气的氧化性比氯气强的多，可是依然不能和黄金反应，金元素有很强的厌氧性；连碘，和碲都可以和金反应，但在和非金属，有机物反应的方面，氧气比氯气强的多。比如氧和硫，和碳，和有机物的反应。同样，由于氧气的氧化能力不够强，氧气不能将溴和碘氧化，而氯气却可以，一方面是氯溴碘为同一主族，相互亲近，另外也说明，常温下氧气的氧化性确实弱于氯气。甚至加热的情况下氧气也不能将溴，碘氧化。换成氧化能力很强的臭氧，在光照条件下就可以将溴和碘氧化4O3+4I2=2I2O5+O2 （日光照射或者40度）总结：1.氧元素的非金属性强于氯元素，氧原子的氧化性强于氯原子2.常温下，氯气的氧化能力稍强于氧气（但和很活泼的金属除外），不管是常温或者高温，氯气和不活泼金属的反应活性都强于氧气，原因是，氧气分子的键能太大，束缚了氧原子，另外氯的电子亲和势为349，氧只有142，相差3倍。3.加热或者高温的情况下，氧气分子化合键削弱，反应活性增加，可以将大多数氯化物中的氯离子氧化成氯气，置换出来。这时候氧气的氧化性强于氯气。4.和非金属和有机物的反应中，氧气的活性强于氯气，特别是加热，点燃的情况下。比如氧气在点燃的情况下可以将绝大多数有机物氧化成二氧化碳和水和其他元素，而氯气和有机物发生的一般是取代和加成反应。比如和甲烷反应，即使加热高温氯气只能将甲烷中的碳从-4氧化到零价。氧气却能将碳氧化成二氧化碳，碳为+4价，再如和硫的反应，加热的情况下，氯只能将硫氧化到+2价，而且反应速度很慢，需要一天的时间。而氧气在加热的情况下可以马上将硫氧化到+4价。特殊：1.氯气不能和碳发生反应，不是氧化能力不够，是分子结构限制2.干燥的氯气不和铁反应3.氧气不能和氟，氯气，溴，碘卤族元素反应。原因是氧气的氧化性不够强，还不足以将非金属性很强的卤族元素氧化。4.氯气不能和氮气反应，高温，放电也不能，根本原因是氯元素和氮元素的非金属性很接近，原来的数据是一样的，现在氯的是3.16，氮是3.04（鲍林数据）；甚至在另外两种电负性数据中，氯弱于氮；在三氯化氮中，氯和氮的共用电子对偏向于氮原子，氯为+1价。5.氯不能和惰性气体反应，也没有任何化合物，有报道说有二氯化氙，还没有被证实。氧也不能和惰性气体反应，但是和氙有化合物。6.氧气，甚至臭氧被认为不能和黄金反应，许多化学家认为反应，只是过程过慢，不然自然界哪里来的三氧化二金和氢氧化金，金元素有很强的厌氧性。好了先说到这里，大家如果有疑问，欢迎指出！注意：最后做一下补充，有人提出用地康法制取氯气的反应，来得出氧气的氧化性强于氯气，是错误的。4HCl+O2=2H2O+2Cl2(加热，用氯化铜或者氯化钯催化）这个反应说明在普通情况下，氧气不足以将氯化氢氧化，必须要加热，还要有催化剂。现在的化学试题中常常让大家判断：在氧化还原反应中氧化剂的氧化性是否大于反应产物的氧化性？这个可是要看情况的。如果发生反应的时候没有加热，没有使用催化剂，没有强光，是在常温进行的，则氧化剂的氧化性肯定大于反应产物的氧化性。否则就不一定了。比如用二氧化锰和浓盐酸受热反应产生氯气，二氧化锰是氧化剂，氯气是反应产物；但二氧化锰的氧化性（电极电势1.22）是弱于氯气（电极电势1.358）的，只是加热增强了二氧化锰的氧化能力罢了。常见元素及其化合物的氧化能力可以查看标准电极电势表来判断，其中过氧化氢比较特殊，其标准电极电势为1.776，已经很高了，可是它却能被氯气氧化，实际氧化能力稍弱于氯气，更弱于高锰酸钾，原因是氧是中间价，容易被别人抢走电子。氧化剂强弱的标准，不同资料上标准有细节上