Летучие водородные соединения с хлором
Хлор — элемент 3-го периода и VII А-группы Периодической системы, порядковый номер 17. Электронная формула атома [10Ne ]3s 2 Зр 5 , характерные степени окисления 0, -1, + 1, +5 и +7. Наиболее устойчиво состояние Cl -1 . Шкала степеней окисления хлора:
+ 1 – Cl2O , ClO — , HClO , NaClO , Ca(ClO)2
— 1 – Cl — , HCl, KCl , PCl5
Хлор обладает высокой электроотрицательностью (2,83), проявляет неметаллические свойства. Входит в состав многих веществ — оксидов, кислот, солей, бинарных соединений.
В природе — двенадцатый по химической распространенности элемент (пятый среди неметаллов). Встречается только в химически связанном виде. Третий по содержанию элемент в природных водах (после О и Н), особенно много хлора в морской воде (до 2 % по массе). Жизненно важный элемент для всех организмов.
Хлор С12 . Простое вещество. Желто-зеленый газ с резким удушливым запахом. Молекула Сl2 неполярна, содержит σ-связь С1-С1. Термически устойчив, негорюч на воздухе; смесь с водородом взрывается на свету (водород сгорает в хлоре):
Хорошо растворим в воде, подвергается в ней дисмутации на 50 % и полностью — в щелочном растворе:
Хлор очень сильный окислитель по отношению к металлам и неметаллам:
Сl2 + РЬ→PbCl2 (300 °С)
Реакции с соединениями других галогенов:
Качественная реакция — взаимодействие недостатка СL2 с КI (см. выше) и обнаружение йода по синему окрашиванию после добавления раствора крахмала.
Получение хлора в промышленности:
2NаСl (расплав)→ 2Nа + Сl2 (электролиз)
2NaCl+ 2Н2O→Н2↑ + Сl2↑ + 2NаОН (электролиз)
и в лаборатории:
(аналогично с участием других окислителей; подробнее см. реакции для НСl и NaСl).
Хлор относится к продуктам основного химического производства, используется для получения брома и йода, хлоридов и кислородсодержащих производных, для отбеливания бумаги, как дезинфицирующее средство для питьевой воды. Ядовит.
Качественная реакция на ион Сl — — образование белых осадков АgСl и Нg2Сl2, которые не переводятся в раствор действием разбавленной азотной кислоты.
Хлороводород служит сырьем в производстве хлоридов, хлорорганических продуктов, используется (в виде раствора) при травлении металлов, разложении минералов и руд. Уравнения важнейших реакций:
Получение НСl в промышленности — сжигание Н2 в Сl2 (см.), в лаборатории — вытеснение из хлоридов серной кислотой:
Хлорид натрия NaСl. Бескислородная соль. Бытовое название поваренная соль. Белый, слабогигроскопичный. Плавится и кипит без разложения. Умеренно растворим в воде, растворимость мало зависит от температуры, раствор имеет характерный соленый вкус. Гидролизу не подвергается. Слабый восстановитель. Вступает в реакции ионного обмена. Подвергается электролизу в расплаве и растворе.
Применяется для получения водорода, натрия и хлора, соды, едкого натра и хлороводорода, как компонент охлаждающих смесей, пищевой продукт и консервирующее средство.
В природе — основная часть залежей каменной соли, или галита, и сильвинита (вместе с КСl),рапы соляных озер, минеральных примесей морской воды (содержание NaСl=2,7%). В промышленности получают выпариванием природных рассолов.
Уравнения важнейших реакций:
NaCl(ж)→2Na+Cl2↑ (850°С, электролиз )
2NаСl + 2Н2O→Н2↑ + Сl2↑ + 2NаОН (электролиз )
2NаСl(р,20%)→ Сl2↑+ 2Nа(Нg) “амальгама”(электролиз ,на Hg-катоде)
Хлорид калия КСl. Бескислородная соль. Белый, негигроскопичный. Плавится и кипит без разложения. Умеренно растворим в воде, раствор имеет горький вкус, гидролиза нет. Вступает в реакции ионного обмена. Применяется как калийное удобрение, для получения К, КОН и Сl2. В природе основная составная часть (наравне с NаСl) залежей сильвинита.
Уравнения важнейших реакций одинаковы с таковыми для NаСl.
Уравнения важнейших реакций:
СаСl2(ж) → Са + Сl2 ↑(электролиз ,800°С)
Качественная реакция на ион Аl 3+ — образование осадка АlРO4, который переводится в раствор концентрированной серной кислотой.
Применяется как сырье в производстве алюминия, катализатор в органическом синтезе и при крекинге нефти, переносчик хлора в органических реакциях. Уравнения важнейших реакций:
АlСl3 . 6Н2O →АlСl(ОН)2 (100-200°С, —HCl,H2O)→Аl2O3(250-450°С, -HCl,H2O)
2АlСl3→2Аl + 3Сl2↑(электролиз,800 °С ,в расплаве NаСl)
Получение АlСl в промышленности — хлорирование каолина, глинозёма или боксита в присутствии кокса:
Хлорид железа(II) FеСl2. Бескислородная соль. Белый (гидрат голубовато-зеленый), гигроскопичный. Плавится и кипит без разложения. При сильном нагревании летуч в потоке НСl. Связи Fе — Сl преимущественно ковалентные, пар состоит из мономеров FеСl2 (линейное строение, sр-гибридизация) и димеров Fе2Сl4. Чувствителен к кислороду воздуха (темнеет). Хорошо растворим в воде (с сильным экзо-эффектом), полностью диссоциирует на ионы, слабо гидролизуется по катиону. При кипячении раствора разлагается. Реагирует с кислотами, щелочами, гидратом аммиака. Типичный восстановитель. Вступает в реакции ионного обмена и комплексообразования.
Применяется для синтеза FеСl и Fе2О3, как катализатор в органическом синтезе, компонент лекарственных средств против анемии.
Уравнения важнейших реакций:
FеСl2 (конц.) + Н2O=FеСl(ОН)↓ + НСl↑ (кипячение)
FеСl2 + 2NаОН (разб.) = Fе(ОН)2↓+ 2NaСl (в атм. N2)
FеСl2 + Н2 = 2НСl + Fе (особо чистое,выше 500 °С)
5Fе 2+ + 8Н + + МnО — 4 = 5Fе 3+ + Мn 2+ + 4Н2O
6Fе 2+ + 14Н + + Сr2O7 2- = 6Fе 3+ + 2Сr 3+ +7Н2O
Fе 2+ + S 2- (разб.) = FеS↓
FеСl2 →Fе↓ + Сl2↑ (90°С, в разб. НСl, электролиз)
Получение: взаимодействие Fе с соляной кислотой:
(в промышленности используют хлороводород и ведут процесс при 500 °С).
Хлорид железа(III) FеСl3. Бескислородная соль. Черно-коричневый (темно-красный в проходящем свете, зеленый в отраженном), гидрат темно-желтый. При плавлении переходит в красную жидкость. Весьма летуч, при сильном нагревании разлагается. Связи Fе — Сl преимущественно ковалентные. Пар состоит из мономеров FеСl3 (треугольное строение, sр 2 -гибридизация, преобладают выше 750 °С) и димеров Fе2Сl6 (точнее, Сl2FеСl2FеСl2, строение — два тетраэдра с общим ребром, sр 3 -гибридизация, преобладают при 316-750 °С). Кристаллогидрат FеСl . 6Н2O имеет строение [Fе(Н2O)4Сl2]Сl • 2Н2O. Хорошо растворим в воде, раствор окрашен в желтый цвет; сильно гидролизован по катиону. Разлагается в горячей воде, реагирует со щелочами. Слабый окислитель и восстановитель.
Применяется как хлорагент, катализатор в органическом синтезе, протрава при крашении тканей, коагулянт при очистке питьевой воды, травитель медных пластин в гальванопластике, компонент кровоостанавливающих препаратов.
Уравнения важнейших реакций:
FеСl3 + 3NaОН (разб.) = FеО(ОН)↓ + Н2O + 3NаСl (50 °С)
Хлорид аммония NН4Сl. Бескислородная соль, техническое название нашатырь. Белый, летучий, термически неустойчивый. Хорошо растворим в воде (с заметным эндо-эффектом, Q = -16 кДж), гидролизуется по катиону. Разлагается щелочами при кипячении раствора, переводит в раствор магний и гидроксид магния. Вступает в реакцию кон мутации с нитратами.
Качественная реакция на ион NН4 + — выделение NН3 при кипячении со щелочами или при нагревании с гашёной известью.
Применяется в неорганическом синтезе, в частности для создания слабокислотной среды, как компонент азотных удобрений, сухих гальванических элементов, при пайке медных и лужении стальных изделий.
Уравнения важнейших реакций:
Получение: взаимодействие NH3 с НСl в газовой фазе или NН3 Н2О с НСl в растворе.
Гипохлорит кальция Са(СlО)2. Соль хлорноватистой кислоты НСlO. Белый, при нагревании разлагается без плавления. Хорошо растворим в холодной воде (образуется бесцветный раствор), гидролизуется по аниону. Реакционноспособный, полностью разлагается горячей водой, кислотами. Сильный окислитель. При стоянии раствор поглощает углекислый газ из воздуха. Является активной составной частью хлорной (белильной) извести — смеси неопределенного состава с СаСl2 и Са(ОН)2. Уравнения важнейших реакций:
Хлорат калия КСlO3. Соль хлорноватой кислоты НСlO3, наиболее известная соль кислородсодержащих кислот хлора. Техническое название — бертоллетова соль (по имени ее первооткрывателя К.-Л. Бертолле, 1786). Белый, плавится без разложения, при дальнейшем нагревании разлагается. Хорошо растворим в воде (образуется бесцветный раствор), гидролиза нет. Разлагается концентрированными кислотами. Сильный окислитель при сплавлении.
Применяется как компонент взрывчатых и пиротехнических смесей, головок спичек, в лаборатории — твердый источник кислорода.
Уравнения важнейших реакций:
4КСlO3 = ЗКСlO4 + КСl (400 °С)
2КСlO3 = 2КСl + 3O2 (150-300 °С, кат. МпO2)
(диоксид хлора на свету взрывается: 2СlO2(Г) = Сl2 + 2O2)
2КСlO3 + Е2(изб.) = 2КЕO3 + Сl2↑ (в разб. НNO3, Е = Вr, I)
Получение КСlO3в промышленности — электролиз горячего раствора КСl (продукт КСlO3 выделяется на аноде):
Бромид калия КВr. Бескислородная соль. Белый, негигроскопичный, плавится без разложения. Хорошо растворим в воде, гидролиза нет. Восстановитель (более слабый, чем
Качественная реакция на ион Вr — вытеснение брома из раствора КВr хлором и экстракция брома в органический растворитель, например ССl4 (в результате водный слой обесцвечивается, органический слой окрашивается в бурый цвет).
Применяется как компонент травителей при гравировке по металлам, составная часть фотоэмульсий, лекарственное средство.
Уравнения важнейших реакций:
5Вr — + 6Н + + ВrО3 — = 3Вr 2 + 3Н2O
КВr + 3Н2O→3Н2↑ + КВrО3 (60-80 °С, электролиз)
Иодид калия КI. Бескислородная соль. Белый, негигроскопичный. При хранении на свету желтеет. Хорошо растворим в воде, гидролиза нет. Типичный восстановитель. Водный раствор КI хорошо растворяет I2 за счет комплексообразования.
Качественная реакция на ион I — вытеснение иода из раствора КI недостатком хлора и экстракция иода в органический растворитель, например ССl4 (в результате водный слой обесцвечивается, органический слой окрашивается в фиолетовый цвет).
Уравнения важнейших реакций:
10I — + 16Н + + 2МnO4 — = 5I2↓ + 2Мn 2+ + 8Н2O
I — + Аg + = АgI (желт.)↓
Характеристика элементов VII группы главной подгруппы, на примере хлора
Общая характеристика подгруппы
Таблица 1. Номенклатура элементов подгруппы VIIА
| F | Cl | Br | I | |
| Русские названия | Фтор | Хлор | Бром | Иод |
| Латинские названия | Ftorum (Фторум) | Chlorum (Хлорум) | Bromum (Бромум) | Iodum (Иодум) |
| Русские написания корней латинских названий | Фтор | Хлор | Бром | Иод |
P-элементы, типические, неметаллы (астат - полуметалл), галогены.
Для элементов подгруппы VIIA характерны следующие валентности:
Таблица 2. Валентность
| Элемент | Валентности |
| F | |
| Cl | 1; 3; 5; 7 |
| Br | 1; 3; 5; 7 |
| I | 1; 3; 5; 7 |
| At | 1; 3; 5 |
3. Для элементов подгруппы VIIA характерны следующие степени окисления:
Таблица 3. Степени окисления элементов
| Атом | Устойчивые степени окисления |
| 9F | -1; 0 |
| 17Cl | -1; 0; +1; +3; (+4); +5; (+6); +7 |
| 35Br | -1; 0; +1; +3; (+4); +5; +7 |
| 53I | -1; 0; +1; +3; +5; +7 |
Характеристика химического элемента
Хлор – элемент VII А группы. Порядковый номер 17
Относительная атомная масса: 35,4527 а. е. м. (г/моль)
Количество протонов, нейтронов, электронов: 17,18,17
Типичные степени окисления: -1, 0, +1, +3, +4, +5, +7
Энергия ионизации: 1254,9(13,01) кДж/моль (эВ)
Сродство к электрону: 349 (кДж/моль)
Электроотрицательность по Полингу: 3,20
Характеристика простого вещества
Тип связи: ковалентная неполярная
Изотопы: 35 Cl (75,78 %) и 37 Cl(24,22 %)
Тип кристаллической решетки: молекулярная
Термодинамические параметры
| Параметр | Значение |
| ΔH°обр. (298 К, газ) | 0 (кДж/моль) |
| ΔS°обр (298 К, газ) | 222,9 (Дж/моль·K) |
| ΔHплавления | 6,406 (кДж/моль) |
| ΔHкипения | 20,41 (кДж/моль) |
| Энергия гомолитического разрыва связи Х-Х | 243 (кДж/моль) |
| Энергия гетеролитического разрыва связи Х-Х | 1150 (кДж/моль) |
Физические свойства
Химические свойства
1 стадия: Cl2 + H2O = HCl + HOCl
2 стадия: HOCl = HCl + [О] – атомарный кислород
Окислительная способность в подгруппе уменьшается от фтора к йоду = ˃
Хлор сильный окислитель:
1. Взаимодействие с простыми веществами
в) с некоторыми менее электроотрицательными неметаллами:
С кислородом, углеродом и азотом хлор непосредственно не реагирует!
2. Взаимодействие со сложными веществами
а) с водой: см. выше
б) с кислотами: не реагирует!
в) с растворами щелочей:
на холоду: Cl2 +2 NaOH = NaCl + NaClO + H2O
при нагревании: 3Cl2+ 6 KOH = 5KCl + KClO3 + 3H2O
д) со многими органическими веществами:
Важнейшие соединения хлора
Водный раствор хлористого водорода называется соляной кислотой. При растворении в воде протекают следующие процессы:
Процесс растворения сильно экзотермичен. С водой HCl образует азеотропную смесь. Является сильной одноосновной кислотой. Энергично взаимодействует со всеми металлами, стоящими в ряду напряжений левее водорода, с основными и амфотерными оксидами,основаниями и солями, образуя соли — хлориды:
При действии сильных окислителей или при электролизе хлороводород проявляет восстановительные свойства:
При нагревании хлороводород окисляется кислородом (катализатор — хлорид меди(II) CuCl2):
Однако, концентрированная соляная кислота реагирует с медью, при этом образуется комплекс одновалентной меди:
Благодаря высокой концентрации хлорид-ионов в растворе металл связывается в хлоридный комплекс, что способствует его растворению:
3 Pt + 4 HNO3 + 18 HCl → 3 H2[PtCl6] + 4 NO↑ + 8 H2O
Для хлороводорода также характерны реакции присоединения к кратным связям (электрофильное присоединение):
Оксиды хлора — неорганические химические соединения хлора и кислорода, общей формулой: ClхOу.
Хлор образует следующие оксиды: Cl2O, Cl2O3, ClO2, Cl2O4, Cl2O6, Cl2O7. Кроме того известны: короткоживущий радикал ClO, радикал пероксид хлора ClOO и радикал тетраоксид хлора ClO4.
Ниже в таблице представлены свойства устойчивых оксидов хлора:
В нормальных условиях представляет собой буровато-жёлтый газ с характерным запахом, напоминающим запах хлора. При температурах ниже 2 °C — жидкость золотисто-красного цвета. Ядовит: поражает дыхательные пути. Самопроизвольно медленно разлагается:
При больших концентрациях взрывоопасен. Плотность при нормальных условиях 3,22 кг/м³. Растворяется в четырёххлористом углероде. Хорошо растворим в воде с образованием слабой хлорноватистой кислоты:
Быстро реагирует со щелочами:
Диоксид хлора - кислотный оксид. При растворении в воде образуются хлористая и хлорноватая кислоты (реакция диспропорционирования). Разбавленные растворы устойчивы в темноте, на свету медленно разлагаются:
Образующаяся хлористая кислота очень неустойчива и разлагается:
В нормальных условиях ClO2 — газ красновато-жёлтого цвета, с характерным запахом. При температурах ниже 10 °C ClO2 представляет собой жидкость красно-коричневого цвета. Малоустойчив, взрывается на свету, при контактах с окислителями и при нагревании. Хорошо растворим в воде. Из-за взрывоопасности диоксид хлора невозможно хранить в виде жидкости.
Кислотный оксид. При растворении в воде образуются хлористая и хлорноватая кислоты (реакция диспропорционирования). Разбавленные растворы устойчивы в темноте, на свету медленно разлагаются:
Образующаяся хлористая кислота очень неустойчива и разлагается:
Проявляет окислительно-восстановительные свойства.
ClO2 реагирует со многими с органическими соединениями и выступает окислителем средней силы.
В водных растворах хлорноватистая кислота частично распадается на протон и гипохлорит-анион ClO − :
Неустойчива. Хлорноватистая кислота и её соли — гипохлориты — сильные окислители. Реагирует с соляной кислотой HCl, образуя молекулярный хлор:
Хлористая кислота — HClO2, одноосновная кислота средней силы.
Хлористая кислота НClO2 в свободном виде неустойчива, даже в разбавленном водном растворе она быстро разлагается:
Ангидрид этой кислоты неизвестен.
Раствор кислоты получают из её солей - хлоритов, образующихся в результате взаимодействия ClO2 со щёлочью:
Проявляет окислительно – восстановительные свойства.
Хлорноватая кислота — сильный окислитель; окислительная способность увеличивается с возрастанием концентрации и температуры. HClO3 легко восстанавливается до соляной кислоты:
При пропускании смеси SO2 и воздуха сквозь сильнокислый раствор, образуется диоксид хлора:
В 40%-ной хлорноватой кислоте воспламеняется, например, фильтровальная бумага.
8. Нахождение в природе:
В земной коре хлор - самый распространённый галоген. Поскольку хлор очень активен, в природе он встречается только в виде соединений в составе минералов.
Таблица 7. Нахождение в природе
Таблица 7. Минеральные формы
| Минеральные формы | ||||
| F | Cl | Br | I | At |
| CaF2 Плавиковый шпат 3Ca3(PO4)∙CaF2 Фторапатит | NaCl Галит KCl Сильвин KCl∙MgCl2∙6H2O карналлит | Скважины Водоросли Вулканы |
Самые большие запасы хлора содержатся в составе солей вод морей и океанов.
Получение
Химические методы получения хлора малоэффективны и затратны. На сегодняшний день имеют в основном историческое значение. Может быть получен при взаимодействии перманганата калия с соляной кислотой:
Метод Шееле
Первоначально промышленный способ получения хлора основывался на методе Шееле, то есть реакции пиролюзита с соляной кислотой:
Метод Дикона
Электрохимические методы
Сегодня хлор в промышленных масштабах получают вместе с гидроксидом натрия и водородом путём электролиза раствора поваренной соли, основные процессы которого можно представить суммарной формулой:
Применение
· Оконный профиль, изготовленный из хлорсодержащих полимеров
· Основным компонентом отбеливателей является Лабарракова вода (гипохлорит натрия)
· В производстве поливинилхлорида, пластикатов, синтетического каучука.
· Производство хлорорганических. На получение средств защиты растений расходуется значительная часть производимого хлора. Один из самых важных инсектицидов - гексахлорциклогексан (часто называемый гексахлораном).
· Использовался как боевое отравляющее вещество, а также для производства других боевых отравляющих веществ: иприт, фосген.
· В пищевой промышленности зарегистрирован в качестве пищевой добавки E925.
· В химическом производстве соляной кислоты, хлорной извести, бертолетовой соли, хлоридов металлов, ядов, лекарств, удобрений.
· В металлургии для производства чистых металлов: титана, олова, тантала, ниобия.
· Как индикатор солнечных нейтринов в хлор-аргонных детекторах.
Многие развитые страны стремятся ограничить использование хлора в быту, в том числе потому, что при сжигании хлорсодержащего мусора образуется значительное количество диоксинов.
Смоделируйте построение Периодической системы Д. И. Менделеева. Для этого подготовьте 20 карточек размером 6 х 10 см для элементов с порядковыми номерами с 1-го по 20-й. На каждой карточке укажите следующие сведения об элементе: химический символ, название, относительную атомную массу, формулу высшего оксида, гидроксида (в скобках укажите их характер – основный, кислотный или амфотерный), формулу летучего водородного соединения (для неметаллов).
Перемешайте карточки, а затем расположите их в ряд по возрастанию относительных атомных масс элементов. Сходные элементы с 1-го по 18-й расположите друг под другом: водород над литием и калий под натрием, соответственно, кальций под магнием, гелий под неоном. Сформулируйте выявленную вами закономерность в виде закона. Обратите внимание на несоответствие относительных атомных масс аргона и калия их расположению по общности свойств элементов. Объясните причину этого явления.
| Химический символ | Название | Относительная атомная масса | Формула высшего оксида | Формула высшего гидроксида | Формула летучего водородного соединения |
|---|---|---|---|---|---|
| H | Водород | 1 | H2O | H2O | |
| He | Гелий | 4 | |||
| Li | Литий | 7 | Li2O (основный) | LiOH (основный) | |
| Be | Бериллий | 9 | BeO (амфотерный) | Be(OH)2 (амфотерный) | |
| B | Бор | 11 | B2O3 (кислотный) | H3BO3 (кислотный) | BH3 |
| C | Углерод | 12 | CO2 (кислотный) | H2CO3 (кислотный) | CH4 |
| N | Азот | 14 | N2O5 (кислотный) | HNO3 (кислотный) | NH3 |
| O | Кислород | 16 | H2O | ||
| F | Фтор | 19 | HF | ||
| Ne | Неон | 20 | |||
| Na | Натрий | 23 | Na2O (основный) | NaOH (основный) | |
| Mg | Магний | 24 | MgO (основный) | Mg(OH)2 (основный) | |
| Al | Алюминий | 27 | Al2O3 (амфотерный) | Al(OH)3 (амфотерный) | |
| Si | Кремний | 28 | SiO2 (кислотный) | H2SiO3 (кислотный) | SiH4 |
| P | Фосфор | 31 | P2O5 (кислотный) | H3PO4 (кислотный) | PH3 |
| S | Сера | 32 | SO3 (кислотный) | H2SO4 (кислотный) | H2S |
| Cl | Хлор | 35.5 | Cl2O7 (кислотный) | HClO4 (кислотный) | HCl |
| Ar | Аргон | 40 | |||
| K | Калий | 39 | K2O (основный) | KOH (основный) | |
| Ca | Кальций | 40 | CaO (основный) | Ca(OH)2 (основный) |
Объяснение несоответствия относительных атомных масс аргона и калия.
Относительные атомные массы химических элементов это средние значения атомных масс изотопов элемента с учетом их долей содержания в природе.
Содержание в природе изотопа 39 K значительно больше, чем изотопа 40 K, поэтому среднее значение относительной атомной массы калия приближается к 39.
Содержание в природе изотопа 40 Ar значительно больше, чем изотопа 39 Ar, поэтому среднее значение относительной атомной массы аргона приближается к 40.
Калий является щелочным металлом, а аргон – инертным газом, поэтому аргон был расположен перед калием, т. е. в VIIIА группе, а калий – в IА группе.
Из простых веществ элементов VIA группы при обычных условиях газообразны только кислород и озон, состоящие из двухатомных и трехатомных молекул, соответственно; остальные – твердые вещества. Сера состоит из восьмиатомных циклических молекул S 8 , селен и теллур из полимерных молекул Se n и Te n . По своей окислительной активности халькогены уступают галогенам: сильным окислителем из них является только кислород, остальные же проявляют окислительные свойства в значительно меньшей степени.
Состав водородных соединений галогенов (НЭ) полностью отвечает общему правилу, а халькогены, кроме обычных водородных соединений состава H 2 Э, могут образовывать и более сложные водородные соединения состава Н 2 Э n цепочечного строения. В водных растворах и галогеноводороды, и остальные халькогеноводороды проявляют кислотные свойства. Их молекулы – частицы-кислоты. Из них сильными кислотами являются только HCl, HBr и HI.
Для галогенов образование оксидов нехарактерно, большинство из них неустойчиво, однако высшие оксиды состава Э 2 О 7 известны для всех галогенов (кроме фтора, кислородные соединения которого не являются оксидами). Все оксиды галогенов – молекулярные вещества, по химическим свойствам – кислотные оксиды.
В соответствии со своими валентными возможностями халькогены образуют два ряда оксидов: ЭО 2 и ЭО 3 . Все эти оксиды кислотные.
Гидроксиды галогенов и халькогенов представляют собой оксокислоты.
Составьте сокращенные электронные формулы и энергетические диаграммы атомов элементов VIA и VIIA групп. Укажите внешние и валентные электроны.
Хлор самый распространенный, а потому и важнейший из галогенов.
В земной коре хлор встречается в составе минералов: галита (каменной соли) NaCl, сильвина KCl, карналлита KCl·MgCl 2 ·6H 2 O и многих других. Основной промышленный способ получения – электролиз хлоридов натрия или калия.
Простое вещество хлор – газ зеленоватого цвета с едким удушающим запахом. При –101 °С конденсируется в желто-зеленую жидкость. Хлор весьма ядовит, во время первой мировой войны его даже пытались использовать в качестве боевого отравляющего вещества.
Хлор – один из самых сильных окислителей. Он реагирует с большинством простых веществ (исключение: благородные газы, кислород, азот, графит, алмаз и некоторые другие). В результате образуются галогениды:
Cl 2 + H 2 = 2HCl (при нагревании или на свету);
5Cl 2 + 2P = 2PCl 5 (при сжигании в избытке хлора);
Cl 2 + 2Na = 2NaCl (при комнатной температуре);
3Cl 2 + 2Sb = 2SbCl 3 (при комнатной температуре);
3Cl 2 + 2Fe = 2FeCl 3 (при нагревании).
Кроме того хлор может окислять и многие сложные вещества, например:
Cl 2 + 2HBr = Br 2 + 2HCl (в газовой фазе и в растворе);
Cl 2 + 2HI = I 2 + 2HCl (в газовой фазе и в растворе);
Cl 2 + H 2 S = 2HCl + S (в растворе);
Cl 2 + 2KBr = Br 2 + 2KCl (в растворе);
Cl 2 + 3H 2 O 2 = 2HCl + 2H 2 O + O 2 (в концентрированном растворе);
Cl 2 + CO = CCl 2 O (в газовой фазе);
Cl 2 + C 2 H 4 = C 2 H 4 Cl 2 (в газовой фазе).
В воде хлор частично растворяется (физически), а частично обратимо реагирует с ней (см. § 11.4 в). С холодным раствором гидроксида калия (и любой другой щелочи) аналогичная реакция протекает необратимо:
Cl 2 + 2OH = Cl + ClO + H 2 O.
В результате образуется раствор хлорида и гипохлорита калия. В случае реакции с гидроксидом кальция образуется смесь CaCl 2 и Ca(ClO) 2 , называемая хлорной известью.
С горячими концентрированными растворами щелочей реакция протекает иначе:
3Cl 2 + 6OH = 5Cl + ClO 3 + 3H 2 O.
В случае реакции с KOH так получают хлорат калия, называемый бертолетовой солью.
Хлороводород – единственное водородное соединение хлора. Этот бесцветный газ с удушающим запахом хорошо растворим в воде (нацело реагирует с ней, образуя ионы оксония и хлорид-ионы (см. § 11.4). Его раствор в воде называют соляной или хлороводородной кислотой. Это один из важнейших продуктов химической технологии, так как расходуется соляная кислота во многих отраслях промышленности. Огромное значение она имеет и для человека, в частности потому, что содержится в желудочном соке, способствуя перевариванию пищи.
Хлороводород раньше получали в промышленности, сжигая хлор в водороде. В настоящее время потребность в соляной кислоте почти полностью удовлетворяется за счет использования хлороводорода, образующегося в качестве побочного продукта при хлорировании различных органических веществ, например, метана:
CH 4 + Cl 2 = CH 3 + HCl
И лаборатории хлороводород получают из хлорида натрия, обрабатывая его концентрированной серной кислотой:
NaCl + H 2 SO 4 = HCl + NaHSO 4 (при комнатной температуре);
2NaCl + 2H 2 SO 4 = 2HCl + Na 2 S 2 O 7 + H 2 O (при нагревании).
Высший оксид хлора Cl 2 O 7 – бесцветная маслянистая жидкость, молекулярное вещество, кислотный оксид. В результате реакции с водой образует хлорную кислоту HClO 4 , единственную оксокислоту хлора, существующую как индивидуальное вещество; остальные оксокислоты хлора известны только в водных растворах. Сведения об этих кислотах хлора приведены в таблице 35.
Таблица 35.Кислоты хлора и их соли
Читайте также: