# 氯气

拉普拉斯的迷你世界 · 图版 87 · 物质、光与声 · 物质

> 一瓶黄绿色的气体：湿的花在里面褪色；倒扣在燃烧的钠上，黄色的火焰更亮，瓶里冒出白色的盐烟。

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- 更新于：2026-11-03

## 01 黄绿色的气体

氯气的分子是两个连在一起的氯原子，写作 Cl₂。室温下它是一种黄绿色的气体，资料里常说是淡淡的黄绿色。

颜色来自它吸收的光：氯分子吸收紫光和蓝光，别的颜色几乎都放过去。按测得的吸收截面算，白光穿过 10 厘⁠米纯氯，440 纳⁠米的蓝光只剩约四分之一，500 纳⁠米的光还剩 93%。所以瓶子并不变暗，只是染上了黄绿色；光走得越长，黄绿色越浓。

这些集气瓶里宽 6 厘⁠米。从侧面看，光穿过约 6 厘⁠米的氯气；顺着瓶子往下看，光要穿过将近 30 厘⁠米，颜色深得多。氯在 −34 °C 沸腾；同一族往下一位的溴，室温下已是深红棕色的液体，见“从海水里吹出溴”一页。

*按吸收截面算出的颜色：白光穿过 2 · 5 · 10 · 20 · 40 厘⁠米纯氯*

## 02 比空气重

氯气的摩尔质量是 70.90 克⁠每⁠摩⁠尔，空气平均约 28.97 克⁠每⁠摩⁠尔。在同样的温度和压强下，气体的密度和摩尔质量成正比，所以氯气约是空气的 2.45 倍重。实测的氯气还要重一些：在 0 °C 时，每升 3.213 克，约是空气的 2.5 倍。

它会往低处沉。老师在通风橱里制氯，让导管伸到直立的集气瓶底，瓶口盖一张卡片：氯气从瓶底积起来，把空气往上挤出去，这叫作向上排空气法。

瓶里变成明显的黄绿色，就收够了。收满的瓶子盖上磨砂玻璃片，抹一点凡士林封住；演示前，把瓶子倒过来，立在它的盖片上。

*摩尔质量：氯气 70.90 · 空气 28.97 克⁠每⁠摩⁠尔 · 实测约 2.5 倍*

## 03 在通风橱里

氯气有毒，吸进去会刺激呼吸道。美国 NIOSH 建议，工作场所任何 15 分⁠钟里都不超过 0.5 ppm；到 10 ppm，就会立即危及生命或健康。人在约 0.3 ppm 就能闻到它。

所以制氯和这几个演示都在通风橱里，由老师来做，人人都戴护目镜。风机把空气从柜口吸进去。英国学校的标准是，窗扇开到 400 毫⁠米时，柜口风速不低于每秒 0.3 米，最好在每秒 0.4 到 0.45 米。

后面的导流板让整个柜口的风速一样；新的通风橱要装风速显示。这一页不讲怎样制氯；工厂里用电解盐水的办法来做，见“用电拆开盐水”一页。

*柜口风速：至少 0.3 米⁠每⁠秒（窗扇 400 毫⁠米）· 最好 0.4⁠–⁠0.45 米⁠每⁠秒*

## 04 湿的褪色，干的不褪

瓶里是干燥的氯气，放进两条红纸：一条是干的，一条用水润湿过。湿的那条很快从边上褪成白色，干的那条还是红的。

1848 年爱丁堡皇家学会的一篇论文引用戴维的说法：干的石蕊在干燥的氯气里不起变化，放进水，颜色很快就消失了。1851 年的报告说，干燥的石蕊纸在干燥的氯气里，避开阳光，八个多月没有褪色；在阳光下晒六个星期，颜色全褪了。

湿的蓝色石蕊试纸放进氯气，先变红，再变白：红是生成了酸，白是被漂白了。

*干燥的氯气 · 干的红纸 · 湿的红纸*

## 05 漂白的是次氯酸

氯气溶进水里，有一部分和水反应，生成盐酸和次氯酸，也就是 HCl 和 HClO。这个反应是可逆的，在任何时刻，溶解的氯里只有约三分之一起了反应。

漂白的是次氯酸：它把有色的物质氧化成无色的物质。纸上有水，才有次氯酸；干纸上没有水，也就没有次氯酸。

新鲜的花瓣里有水，放进氯气也会褪色。1774 年第一次制得氯气的舍勒，就记下了它让叶子和花褪色。20 °C 时，每升水能溶约 7 克氯气。

*Cl₂ + H₂O ⇌ HCl + HClO · 约三分之一的溶解氯起了反应*

## 06 钠在氯气里燃烧

冷的钠放进氯气，起初几乎不反应：它的表面有一层氧化物，温度也不够。英国皇家化学会的做法是把一块约 0.3 克的钠放在干燥的砖上，用本生灯从上面烧：钠先熔化，然后残油烧掉，最后钠自己着了火。

这时拿开倒立的氯气瓶的盖片，把瓶子罩在燃烧的钠上：黄色的火焰更亮了，瓶里冒出白烟。钠和氯气化合成了氯化钠。火焰的黄色是钠的焰色，见“焰色与光谱”一页。

他们不用燃烧匙：钢勺会烧出棕色的氯化铁烟，黄铜勺会烧出氯化铜烟。同样一克钠，在氯气里放出约 17.9 千⁠焦的热，约是和水反应的 2.2 倍；钠和水见“钠和水”一页。

*2 Na + Cl₂ → 2 NaCl · 每克钠放热 约 17.9 千⁠焦*

## 07 白烟是食盐

白烟是生成的氯化钠：一粒粒极细的食盐，飘满瓶子，落在瓶壁上，蒙成一层白。

这块钠重 0.3 克，烧完一共用掉氯气 0.46 克，约合 157 毫⁠升；生成氯化钠 0.76 克，放出的热约 5.4 千⁠焦。

这只集气瓶装满约 826 毫⁠升氯气，约 2.4 克，够烧约 1.6 克钠，这一块只用掉不到五分之一。一块软得能用刀切的金属和一种有毒的黄绿色气体，变成了白色的食盐。

*0.3 克钠 + 0.46 克氯气 → 0.76 克氯化钠*

## 08 一吨水，不到一克

氯是饮用水消毒最常用的东西，也用来给泳池消毒。在水里，它变成次氯酸和次氯酸根。

世界卫生组织的准则是：要有效消毒，在水和氯接触至少 30 分⁠钟以后、pH 低于 8.0 时，每升水里的游离氯不少于 0.5 毫⁠克；送到用户的时候，每升不少于 0.2 毫⁠克。有些人在每升 0.3 毫⁠克时就尝得出氯味，健康准则值则是每升 5 毫⁠克。

每升 0.5 毫⁠克，一吨水只要 0.5 克氯，按气体算约 170 毫⁠升，约是这只瓶的五分之一，还没算被水里杂质用掉的。pH 越高，次氯酸越少：pH 7.5 时，次氯酸和次氯酸根大约各一半。泳池里那股“氯味”，大多是氯胺，是氯和汗、尿这些东西反应生成的。

*世界卫生组织：接触 30 分⁠钟后 至少 0.5 毫⁠克⁠每⁠升 · 送到用户时 至少 0.2 毫⁠克⁠每⁠升 · 准则值 5 毫⁠克⁠每⁠升*

## 09 1810 年，它有了名字

1774 年，舍勒在瑞典乌普萨拉把盐酸和软锰矿，也就是二氧化锰，一起加热，得到一种浓重的黄绿色气体，有呛人的气味，能让石蕊纸褪色，让叶子和花褪色。

此后很多年，它叫“氧化盐酸”，人们以为它含氧。1810 年 11 月 15 日，汉弗莱⁠·⁠戴维在皇家学会的讲演里说，没有证据表明它含氧，它是一种单质；他建议按它明显而独有的性质，也就是颜色，给它起名 Chlorine，取自希腊文 χλωρος，黄绿色。

三年前，也就是 1807 年，戴维用电第一次取出了钠，见“钠和水”一页。食盐里的两种元素，都经过了他的手。

*1774 · 舍勒制得 · 1807 · 戴维取出钠 · 1810 · 戴维给氯命名*

## 10 一件一件拆开

八件：倒扣的集气瓶和它的盖片、砖、本生灯、装着花和红纸的两只集气瓶、带风速显示和燃气龙头的侧板、导流板和后壁。最要紧的是：氯气从头到尾留在通风橱里。

*集气瓶 · 盖片 · 砖 · 本生灯 · 侧板 · 导流板*

## 11 往瓶里放什么

这是本页的模型，按上面写的几条式子在网页里算。瓶里可以是纯氯，也可以掺上空气。湿纸和花上的水溶进氯气，生成次氯酸，颜色就褪掉；褪得多快是模型自己取的，氯气越少越慢；干纸上没有水，在模型里不褪色。燃烧的钠一直烧到钠或氯气有一样用完，两个钠原子用掉一个氯分子；放出的热按生成焓算，瓶子的颜色按剩下的氯气算；冷的钠在模型里不反应。

每按一次“放进瓶里”，就重新来一次。这是网页上的模型，不是做实验的方法。

*本页的模型 · 质量和热按测得的数据算 · 褪色快慢是模型自己取的*

**试一试**：实验台上选“烧着的钠”，把钠加到 2 克：先用完的是钠还是氯气？瓶里还剩多少氯气？再换成“干红纸”，它会不会褪色？

## 模型省略了什么

台上是老师演示的模型，不是哪一套实物的复制：一段学校通风橱，台面宽 440 毫⁠米，侧板和后壁在 400 毫⁠米高处切开；集气瓶按目录取内径 60 毫⁠米、高 300 毫⁠米，盖片 75 毫⁠米，砖 215 × 102.5 × 65 毫⁠米，瓶壁厚度是模型自己取的。窗扇没有画出来；英国皇家化学会的一种做法是把窗扇拉下来演示。钠块的大小，英国皇家化学会的两份资料说法不同：一份是边长约 3 毫⁠米的小方块，一份约 0.3 克；这里用 0.3 克。气体的颜色是按吸收截面、白色日光和标准观察者算的，没有算玻璃、室内的光和眼睛对周围颜色的适应。火焰和白烟是画出来的，不是算出来的。集气瓶从下往上变黄的动画是按向上排空气法画的；资料只说瓶里变成明显的黄绿色就收够了。实验台里褪色的快慢是模型自己取的。

## 几个容易误会的地方

氯气本身不漂白，漂白的是它和水生成的次氯酸；干纸在避光的干燥氯气里可以几个月不褪色，晒太阳会慢慢褪。湿的蓝色石蕊先变红，再变白。氯气是黄绿色，不是绿色，薄薄一层几乎看不出颜色。钠要先烧热，才会在氯气里燃烧。泳池的“氯味”多半是氯胺，味道越重不等于氯越多。家用漂白水是次氯酸钠溶液，不是氯气；遇到酸会放出氯气，不要和别的清洁剂混用。氯气不全是和水反应变成了酸，溶解的氯里只有约三分之一起了反应。

## 常见问题

### 氯气是什么颜色的？

氯气的分子是两个连在一起的氯原子，写作 Cl₂。室温下它是一种黄绿色的气体，资料里常说是淡淡的黄绿色。

见：[01 黄绿色的气体](https://world.lapla.si/zh/chlorine/#colour)

### 氯气比空气重多少？

在同样的温度和压强下，气体的密度和摩尔质量成正比，所以氯气约是空气的 2.45 倍重。

见：[02 比空气重](https://world.lapla.si/zh/chlorine/#heavy)

### 为什么湿纸在氯气里褪色，干纸不褪？

漂白的是次氯酸：它把有色的物质氧化成无色的物质。纸上有水，才有次氯酸；干纸上没有水，也就没有次氯酸。

见：[05 漂白的是次氯酸](https://world.lapla.si/zh/chlorine/#hclo)

### 钠在氯气里燃烧冒出的白烟是什么？

白烟是生成的氯化钠：一粒粒极细的食盐，飘满瓶子，落在瓶壁上，蒙成一层白。

见：[07 白烟是食盐](https://world.lapla.si/zh/chlorine/#salt)

### 自来水消毒要多少氯？

世界卫生组织的准则是：要有效消毒，在水和氯接触至少 30 分⁠钟以后、pH 低于 8.0 时，每升水里的游离氯不少于 0.5 毫⁠克；送到用户的时候，每升不少于 0.2 毫⁠克。

见：[08 一吨水，不到一克](https://world.lapla.si/zh/chlorine/#water)

## 资料来源

1. [英国皇家化学会（RSC）、Nuffield Foundation：Heating group 1 metals in air and in chlorine（砖上燃烧的钠、倒扣的氯气瓶、不用燃烧匙的原因、必须由老师演示）](https://edu.rsc.org/experiments/heating-group-1-metals-in-air-and-in-chlorine/732.article)
2. [D. Fleming（2022）：The reaction between sodium and chlorine，Education in Chemistry，Exhibition chemistry（约 0.3 克钠、先在本生灯下点着、黄色火焰变亮和白烟、窗扇拉下）](https://edu.rsc.org/exhibition-chemistry/the-reaction-between-sodium-and-chlorine/4015463.article)
3. [英国皇家化学会：Generating, collecting and testing gases（在通风橱里制氯，向上排空气法收集）](https://edu.rsc.org/experiments/generating-collecting-and-testing-gases/693.article)
4. [英国皇家化学会：Microscale reactions of chlorine with water or halide ions（湿试纸先红后白，次氯酸是漂白的那一个）](https://edu.rsc.org/resources/microscale-reactions-of-chlorine/530.article)
5. [英国皇家化学会周期表：Chlorine（舍勒 1774 年制得，名字来自希腊文“黄绿色”）](https://periodic-table.rsc.org/element/17/chlorine)
6. [CLEAPSS：Student Safety Sheet 54，Chlorine（吸入有毒、刺激呼吸道；饮用水和泳池的用量）](https://science.cleapss.org.uk/resource/All-in-one-Student-Safety-Sheets.pdf)
7. [CLEAPSS：GL123，Fume cupboard buying guide（2022；柜口风速、导流板、风速显示）](https://science.cleapss.org.uk/resource/GL123-Fume-cupboard-buying-guide.pdf)
8. [美国化学会化学教育分会：Chemistry Comes Alive!，Reaction of Chlorine with Sodium（冷的钠起初不反应）](https://chemedx.org/JCESoft/jcesoftSubscriber/CCA/CCA3/MAIN/NACL/PAGE1.HTM)
9. [G. Wilson（1848）：On the Action of the Dry Gases on Organic Colouring Matters，Trans. R. Soc. Edinburgh 16（干石蕊在干氯气里不变）](https://doi.org/10.1017/S0080456800022444)
10. [G. Wilson（1851）：同题摘要，Proc. R. Soc. Edinburgh 2（避光八个多月不褪，晒六个星期褪色）](https://doi.org/10.1017/S0370164600036257)
11. [H. Davy（1811）：The Bakerian Lecture: On Some of the Combinations of Oxymuriatic Gas and Oxygene，Phil. Trans. R. Soc. 101（1810 年 11 月 15 日宣读；命名 Chlorine）](https://doi.org/10.1098/rstl.1811.0001)
12. [OpenStax：Chemistry 2e，18.11（氯是黄绿色气体；和水生成次氯酸，把有色物质氧化成无色；熔化的钠在氯气里着火）](https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/18-11-occurrence-preparation-and-properties-of-halogens)
13. [OpenStax：Chemistry 2e，附录 G（标准生成焓）](https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/g-standard-thermodynamic-properties-for-selected-substances)
14. [OpenStax：Chemistry 2e，附录 H（次氯酸的 Ka）](https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/h-ionization-constants-of-weak-acids)
15. [J. Clark：Chemguide，Atomic and physical properties of the halogens（约三分之一的溶解氯和水反应）](https://www.chemguide.co.uk/inorganic/group7/properties.html)
16. [美国国家医学图书馆：PubChem，氯（HSDB 转引 CRC 手册、Merck Index、Kirk-⁠Othmer：颜色、密度、沸点、溶解度；NIOSH 暴露限值）](https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/24526)
17. [R. Atkinson 等（2007）：IUPAC 大气化学评估，第三卷（Cl₂ 的吸收截面）](https://doi.org/10.5194/acp-7-981-2007)
18. [MPI-⁠Mainz UV/VIS Spectral Atlas：Cl₂（NASA JPL 2011 推荐值）](https://uv-vis-spectral-atlas-mainz.org/uvvis/cross_sections/Halogens+mixed%20halogens/Cl2.spc)
19. [国际照明委员会 CIE：1931 年标准色度观察者和 D65 光源数据集](https://doi.org/10.25039/CIE.DS.xvudnb9b)
20. [NASA：Earth Fact Sheet（空气的平均分子量）](https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/earthfact.html)
21. [国际纯粹与应用化学联合会 CIAAW：标准原子量](https://www.ciaaw.org/abridged-atomic-weights.htm)
22. [美国国家标准与技术研究院：CODATA 2022 推荐值（摩尔气体常数 R）](https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?r)
23. [世界卫生组织：Guidelines for Drinking-⁠water Quality，第四版并入第一、二次增补（2022；表 8.17 和氯的事实单）](https://iris.who.int/handle/10665/352532)
24. [世界卫生组织：Chlorine in Drinking-⁠water，背景文件（2003；pH 7.5 时次氯酸和次氯酸根各约一半）](https://cdn.who.int/media/docs/default-source/wash-documents/wash-chemicals/chlorine.pdf)
25. [美国疾病控制与预防中心 CDC：Preventing Eye Irritation from Pool Chemicals（泳池的“氯味”是氯胺）](https://www.cdc.gov/healthy-swimming/prevention/preventing-eye-irritation-from-pool-chemicals.html)
26. [Philip Harris：Gas Jar: Cylindrical - 60mm x 300mm（内径 60、高 300 毫⁠米，厚底、磨口）](https://philipharris.co.uk/product/chemistry/gas-preparation-and-analysis/gas-jar-cylindrical-60mm-x-300mm/b8a64130)
27. [Philip Harris：Gas Jar Cover - 75mm（一面磨砂的平板玻璃）](https://www.philipharris.co.uk/product/chemistry/gas-preparation-and-analysis/gas-jar-cover-75mm-pack-of-10/b8a64154)

## 数据

Chlorine’s absorption cross sections from the IUPAC (R. Atkinson et al., 2007) and NASA JPL (2011) evaluations, both after D. Maric, J. P. Burrows, R. Meller and G. K. Moortgat (1993); the colour worked out here against the CIE 1931 observer and illuminant D65 (CIE datasets) with the CSS Color 4 matrices; chlorine’s density, boiling point, solubility and the species in chlorine water from the CRC Handbook, the Merck Index and Kirk-⁠Othmer (via PubChem’s HSDB records); exposure limits from NIOSH (via PubChem); air’s mean molar mass from NASA’s Earth Fact Sheet; atomic weights from IUPAC’s CIAAW; enthalpies of formation and the Ka of hypochlorous acid from OpenStax Chemistry 2e; R and the standard atmosphere are the exact CODATA 2022 values. The heats, masses, volumes, colours and pH shares are computed here; the lab is the page’s own model. The demonstrations after the Royal Society of Chemistry’s Practical Chemistry pages, D. Fleming’s Exhibition chemistry (Education in Chemistry, 2022) and Inspirational chemistry; CLEAPSS (Student Safety Sheets 54 and 100, buying guide GL123); the Journal of Chemical Education’s Chemistry Comes Alive!; J. Clark’s Chemguide; drinking water after the WHO Guidelines for Drinking-⁠water Quality (2022) and its chlorine background document (2003); pools after the US CDC; the dry and damp papers after G. Wilson (Royal Society of Edinburgh, 1848 and 1851); the history after the Royal Society of Chemistry and H. Davy’s Bakerian Lecture, read on 15 November 1810. The cupboard is this page’s model of a teacher’s demonstration: a section of a school fume cupboard, gas jars of 60 × 300 mm with 75 mm cover plates (after Philip Harris’s catalogue), a 215 × 102.5 × 65 mm brick and a Bunsen burner; not a copy of any one set. Material presets and the model kit as on the site’s other model plates (public/looks/CREDITS.md).

## 许可 CC BY-NC 4.0

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## 引用这幅图版

拉普拉斯的迷你世界，图版 87《氯气》，https://world.lapla.si/zh/chlorine/，CC BY-NC 4.0，2026-11-03 更新。