20. Хлор. Хлороводород и соляная кислота
Хлор (Cl) – стоит в 3-м периоде, в VII группе главной подгруппы периодической системы, порядковый номер 17, атомная масса 35,453; относится к галогенам.
Физические свойства: газ желто-зеленого цвета с резким запахом. Плотность 3,214 г/л; температура плавления -101 °C; температура кипения -33,97 °C, При обычной температуре легко сжижается под давлением 0,6 МПа. Растворяясь в воде, образует хлорную воду желтоватого цвета. Хорошо растворим в органических растворителях, особенно в гексане (C6H14), в четырех-хлористом углероде.
Химические свойства хлора: электронная конфигурация: 1s22s22p63s22p5. На внешнем уровне 7 электронов. До завершения уровня нужен 1 электрон, который хлор принимает, проявляя степень окисления -1. Существуют и положительные степени окисления хлора вплоть до + 7. Известны следующие оксиды хлора: Cl2O, ClO2, Cl2O6 и Cl2O7. Все они неустойчивы. Хлор – сильный окислитель. Он непосредственно реагирует с металлами и неметаллами:
Реагирует с водородом. При обычных условиях реакция идет медленно, при сильном нагревании или освещении – со взрывом, по цепному механизму:
Хлор взаимодействует с растворами щелочей, образуя соли – гипохлориты и хлориды:
При пропускании хлора в раствор щелочи образуется смесь растворов хлорида и гипохлорита:
Хлор – восстановитель: Cl2 + 3F2 = 2ClF3.
Взаимодействие с водой:
Хлор не взаимодействует непосредственно с углеродом, азотом и кислородом.
Получение: 2NaCl + F2 = 2NaF + Cl2.
Электролиз: 2NaCl + 2H2O = Cl2 + H2 + 2NaOH.
Нахождение в природе: содержится в составе минералов: галит (каменная соль), сильвин, бишофит; морская вода содержит хлориды натрия, калия, магния и других элементов.
Хлороводород HCl . Физические свойства: бесцветный газ, тяжелее воздуха, хорошо растворим в воде с образованием соляной кислоты.
хлороводородна киселина, хлороводород формула
Хло́роводоро́д, хло́ристый водоро́д
(HCl) - бесцветный, термически устойчивый газ (при нормальных условиях) с резким запахом, дымящий во влажном воздухе, легко растворяется в воде (до 500 объёмов газа на один объём воды) с образованием хлороводородной (соляной) кислоты. При −85,1 °C конденсируется в бесцветную, подвижную жидкость. При −114,22 °C HCl переходит в твёрдое состояние. твёрдом состоянии хлороводород существует в виде двух кристаллических модификаций: ромбической, устойчивой ниже −174,75 °C, и кубической.
Водный раствор хлористого водорода называется соляной кислотой. При растворении в воде протекают следующие процессы:
Процесс растворения сильно экзотермичен. С водой HCl образует азеотропную смесь, содержащую 20,24 % HCl.
Соляная кислота является сильной одноосновной кислотой, она энергично взаимодействует со всеми металлами, стоящими в ряду напряжений левее водорода, с основными и амфотерными оксидами, основаниями и солями, образуя соли - хлориды:
Хлориды чрезвычайно распространены в природе и имеют широчайшее применение (галит, сильвин). Большинство из них хорошо растворяется в воде и полностью диссоциирует на ионы. Слаборастворимыми являются хлорид свинца (PbCl2), хлорид серебра (AgCl), хлорид ртути(I) (Hg2Cl2, каломель) и хлорид меди(I) (CuCl).
При действии сильных окислителей или при электролизе хлороводород проявляет восстановительные свойства:
При нагревании хлороводород окисляется кислородом (катализатор - хлорид меди(II) CuCl2):
Концентрированная соляная кислота реагирует с медью, при этом образуется комплекс одновалентной меди:
Смесь 3 объемных частей концентрированной соляной и 1 объемной доли концентрированной азотной кислот называется «царской водкой». Царская водка способна растворять даже золото и платину. Высокая окислительная активность царской водки обусловлена присутствием в ней хлористого нитрозила и хлора, находящихся в равновесии с исходными веществами:
Благодаря высокой концентрации хлорид-ионов в растворе металл связывается в хлоридный комплекс, что способствует его растворению:
Присоединяется к серному ангидриду, образуя хлорсульфоновую кислоту HSO3Cl:
Для хлороводорода также характерны реакции присоединения к кратным связям (электрофильное присоединение):
В лабораторных условиях хлороводород получают, воздействуя концентрированной серной кислотой на хлорид натрия (поваренную соль) при слабом нагревании:
HCl также можно получить гидролизом ковалентных галогенидов, таких, как хлорид фосфора(V), тионилхлорид (SOCl2), и гидролизом хлорангидридов карбоновых кислот:
В промышленности хлороводород ранее получали в основном сульфатным методом (методом Леблана), основанном на взаимодействии хлорида натрия с концентрированной серной кислотой. настоящее время для получения хлороводорода обычно используют прямой синтез из простых веществ:
В производственных условиях синтез осуществляется в специальных установках, в которых водород непрерывно сгорает ровным пламенем в токе хлора, смешиваясь с ним непосредственно в факеле горелки. Тем самым достигается спокойное (без взрыва) протекание реакции. Водород подается в избытке (5 - 10 %), что позволяет полностью использовать более ценный хлор и получить незагрязненную хлором соляную кислоту.
Соляную кислоту получают растворением газообразного хлороводорода в воде.
Водный раствор широко используется для получения хлоридов, для травления металлов, очистки поверхности сосудов, скважин от карбонатов, обработки руд, при производстве каучуков, глутамината натрия, соды, хлора и других продуктов. Также применяется в органическом синтезе. Широкое распространие раствор соляной кислоты получил в производстве мелкоштучных бетонных и гипсовых изделий: тротуарная плитка, жби изделия и т.д.
Вдыхание хлороводорода может привести к кашлю, удушью, воспалению носа, горла и верхних дыхательных путей, а в тяжёлых случаях, отёк легких, нарушение работы кровеносной системы, и даже смерть. Контактируя с кожей может вызывать покраснение, боль и серьёзные ожоги. Хлористый водород может вызвать серьёзные ожоги глаз и их необратимое повреждение.
Использовался как отравляющее средство во время войн.
П·о·р Хлорсодержащие неорганические кислоты
хлороводород, хлороводород википедия, хлороводород молекула, хлороводород формула, хлороводород химия 9 клас, хлороводородна киселина, хлороводородная кислота
51.5 |
-85,0 -20 1,0 14,53
При 30° жидкий хлористый водород растворяет меньше 0,1% воды. Молярная теплоемкость газообразного хлористого водорода при постоянном давлении вычисляется по формуле Ср = 6,5 + 0,001 Т.
Во влажном воздухе хлористый водород образует густой туман - мельчайшие капли соляной кислоты. Вредно действует на организм, раздражая и разрушая слизистые оболочки и дыхательные пути. Предельно допустимая концентрация НС1 в воздухе рабочей зоны производственных помещений 0,01 мг/л (С12-0,001 мг/л).
Безводный хлористый водород почти не действует на металлы, соляная же кислота растворяет большинство металлов. В соляной кислоте устойчивы платина, золото, тантал, ниобий, некоторые силикатные минералы (андезит, диабаз, кварц) и изделия (стекло, керамика, фарфор), а также эбонит, резина, некоторые пластические массы, например, фао - лит, винипласт, тефлон и др. Углеродистая сталь, нагретая до 300-400°, и нержавеющие стали 1Х18Н9Т и ЭИ-496, нагретые до 500°, удовлетворительно устойчивы к соляной кислоте2"3. Окислы металлов превращаются газообразным хлористым водородом в хлориды; реакции ускоряются в присутствии водяного пара 4. Растворимость хлористого водорода в воде очень велика и Вильно зависит от температуры; при общем давлении 760 мм рт. ст.:
0 10 20 30 40 50 60
506,5 473,9 442,0 411,5 385,7 361,6 338,7
При парциальном давлении НС1 в газе 760 мм рт. ст. 1 л при 0° растворяет 525,2 л НС1 (в растворе 46,15 вес.% НС1), при 18° -451,2 л НС1 (в растворе 42,34 вес. % НС1). Общее давление паров и давление НС1 над соляной кислотой приведены на рис. 111 и 112. Теплоты растворения НС1 в воде могут быть вычислены с Помощью рис. 113.
Равновесное давление НС1 над соляной кислотой понижается при внесении в раствор CuCl, NH4CI и повышается в присутствии TiCU, SnCl2, SnCl4. Предполагают, что в системах CuCl - HCl - Н20, CuCl - NH4CI - - HCl - Н20, NH4C1 -HCl - -Н20 образуются соединения соответственно: 2СиС1 НС1, CuCl 2NH4C1, NH4CI «НС1 (и-зависит от температуры) 6. В системе CuCl2-НС1-Н20 при неизменной температуре давление пара Н20 уменьшается с возрастанием содержания в растворе как НС1, так и СиС12. Это указывает на то, что в системе происходит высаливание CuCI2 и HCI. В системе ZnCl2-HCl-Н20 взаимодействие компонентов более сложное-в области одних концентраций происходит высаливание, в области других - всали - вание отдельных компонентов6.
400 |
350 |
300 |
Для давления паров в системе НС1-Н20 характерен минимум, соответствующий азеотропной смеси, состав которой зависит от температуры кипения (давления). Азеотропная смесь, кипящая при
ТАБЛИЦА 29 Концентрации азеотропных растворов в системе НС1-Н20
|
110° (под давлением 760 мм рт. ст.), содержит 20,24 вес. % НС1, при 75,9-22,15%, при 56,2-23,2%, при 19,9-24,6% 7 (см. также табл. 26).
Температуры кипения соляной кислоты при давлении 760 мм рт. ст. приведены в табл. 27.
Коэффициенты активности соляной кислоты приведены в Табл. 28 (см. также®).
ТАБЛИЦА 28
В системе НС1-Н20 установлено существование двух эвтектик: при -74,7° с 23,0% НС1 и при -73,0° с 26,5% НС!. Между эвтек- тиками находится ветвь кристаллизации конгруэнтно плавящегося при -70° гексагидрата НС1 6Н20. Метастабильная эвтектика лед -НС1-4Н20 находится при -87,5° и содержит 24,8% НС19.
В системе НС1-Н20 существуют кристаллогидраты10"11: НС1 8Н20, НС1 4Н20, НСЬЗНаО" (*пл -24,4°), НС1 2Н20 ,{*пл -17,7°), НС1 Н20 (/пл -15,35°). Лед кристаллизуется из.10%-ной кислоты при -20°, из 15%-ной при -30°, из 20%-ной при -60°, из 24%-ной при -80°.
Плотность соляной кислэты при 16°:
Концентрация HCl, % . . 10,17 20,01 30,56 39,11 Плотность, г/см3 1,050 1,100 1,165 1,200
Удельная теплоемкость с соляной кислоты, содержащей п молей воды на 1 моль НС1 п:
П... ........... 5,2 10 ?0 50 100 290
С .............................. 0,660 0,749 0,885 0,932 0,964 0,970
Вязкость 2 н. соляной кислоты в 1,12 раза, а 12 и. кислоты в 2,14 раза больше вязкости воды.
Соляную кислоту применяют в химической промышленности для выработки хлористых солей цинка, кальция, бария, аммония и других и органических продуктов - анилина, дифениламина и прочих, для выработки синтетического каучука (хлоропрена), красителей, для омыления жиров и масел. Соляную кислоту применяют йри получении гидролизного спирта и глюкозы из крахмала, в производстве сахара, желатина и клея, при дублении и окраске кож, в производстве активированного угля, при крашении тканей, для травления металлов (снятия окислов с их поверхности) при металлообработке, в различных гидрометаллургических процессах, в гальванопластике, в нефтедобыче для увеличения дебита скважин, для консервирования кормов (в Японии) и т. д. Жидкий и газообразный хлористый водород применяют для гидрохлорирования раз - Личных органических соединений с целью получения хлористого этила C2HsCl, хлорвинила СН2СНС1 из ацетилена, этиленхлоргид- рина, синтетической камфоры и др.
В США производят более 1,8 мли. т в год соляной кислоты (100% НС1)17.
Выпускают несколько сортов твхничвекой соляной кислоты.(табл. 30).
ТАБЛИЦА 30
Требования к качеству соляной кислоты
Техническая Синтетическая техническая
|
Очистка разбавленных растворов соляной кислоты (до 5 М) от
Соединений железа может быть произведена с помощью анионооб - менной смолы, которую регенерируют промывкой водой 18. Очистку концентрированной технической соляной кислоты (с концентрацией больше 32% НС1) от ионов Fe3+, Fe2+ и S04~ - предложено производить катионообменной смолой, приготовленной на основе фе
Показана возможность очищать соляную кислоту от железа экстракцией бутилацетатом - при содержании Fe (III) 10-25 г/л Степень извлечения его превышает 99,9% 20. Летучие примеси можно выдувать из соляной кислоты воздухом.
Соляную кислоту транспортируют в стальных гуммированных цистернах и бочках и в фаолитовых контейнерах, а также в стеклянных бутылях емкостью не более 40 л. Бутыли помещают в плетеные из прутьев корзины или деревянные обрешетки, выложенные соломой или древесной стружкой. Хранят соляную кислоту в стальных гуммированных резервуарах, а также в резервуарах, защищенных" фаолитом и винипластом21. Использование гуммированных цистерн и резервуаров сильно упрощается при осуществлении вулканизации обкладки без давления при низкой температуре22.
В отдельных случаях для транспортировки и хранения НС1, а также для санитарных целей может представить интерес поглощение хлористого водорода сульфатом меди или свинца, из которых он потом выделяется при нагревании23.
К техническому сульфату натрия, получаемому в соляно-суль- фатном производстве, по ГОСТ 1363-47 предъявляются следующие требования (в %):
I сорт II сорт
TOC o "1-3" h z Na2S04, не менее................................................................ 95 91
H2S04, не более................................................................. 1,5 3,5
NaCl » » . . ,.................................................................... 1,2 3,5
Fe » » ............................................................................. 0,2 0,25
Не растворимый в воде остаток, не более... 0,3 0,8
Хлориды чрезвычайно распространены в природе и имеют широчайшее применение (галит , сильвин). Большинство из них хорошо растворяется в воде и полностью диссоциирует на ионы. Слаборастворимыми являются хлорид свинца (PbCl 2), хлорид серебра (AgCl), (Hg 2 Cl 2 , каломель) и хлорид меди(I) (CuCl).
Для хлороводорода также характерны реакции присоединения к кратным связям (электрофильное присоединение):
В лабораторных условиях хлороводород получают, воздействуя концентрированной серной кислотой на хлорид натрия (поваренную соль) при слабом нагревании:
В промышленности хлороводород ранее получали в основном сульфатным методом (методом Леблана), основанном на взаимодействии хлорида натрия с концентрированной серной кислотой. В настоящее время для получения хлороводорода обычно используют прямой синтез из простых веществ :
В производственных условиях синтез осуществляется в специальных установках, в которых водород непрерывно сгорает ровным пламенем в токе хлора , смешиваясь с ним непосредственно в факеле горелки. Тем самым достигается спокойное (без взрыва) протекание реакции. Водород подается в избытке (5 - 10 %), что позволяет полностью использовать более ценный хлор и получить незагрязненную хлором соляную кислоту.
Соляную кислоту получают растворением газообразного хлороводорода в воде.
Водный раствор широко используется для получения хлоридов, для травления металлов, очистки поверхности сосудов, скважин от карбонатов, обработки руд, при производстве каучуков, глутамината натрия, соды, хлора и других продуктов. Также применяется в органическом синтезе. Широкое распространение раствор соляной кислоты получил в производстве мелкоштучных бетонных и гипсовых изделий: тротуарная плитка, жби изделия и т.д.
Вдыхание хлороводорода может привести к кашлю , удушью, воспалению носа, горла и верхних дыхательных путей, а в тяжёлых случаях, отёк легких , нарушение работы кровеносной системы, и даже смерть. Контактируя с кожей может вызывать покраснение, боль и серьёзные ожоги. Хлористый водород может вызвать серьёзные ожоги глаз и их необратимое повреждение.