Соединения хлора

Хлороводород, соляная кислота (HCl)

Способы получения хлороводорода

Промышленный способ:

  • Синтез из простых веществ:

Н2 + Cl2 = 2HCl

  • Образуется как побочный продукт при хлорировании углеводородов:

R-H + Cl2 = R-Cl + HCl

Лабораторный способ:

В лаборатории HCl получают действием концентрированной H2SO4 на хлориды:

  • при слабом нагревании

H24(конц.) + NaCl = 2HCl↑ + NaHSО4

  • при очень сильном нагревании

H24(конц.) + 2NaCl = 2HCl↑ + Na24

Физические свойства хлороводорода

HCl при обычной температуре — бесцветный газ с резким запахом, достаточно легко сжижается (Тпл = -114°С, Ткип = -85°С). Безводный НСl и в газообразном, и в жидком состояниях не проводит электрический ток.

HCl хорошо растворяется в воде: при обычной температуре в 1 л воды растворяется ~ 450 л газа (реакция экзотермическая). Насыщенный раствор содержит 36-37 % HCl по массе, имеет резкий, удушающий запах.

Химические свойства хлороводорода

Газообразный HCl

Безводный НСl химически инертен по отношению к металлам, оксидам и гидроксидам металлов, а также ко многим другим веществам. Что означает, что в отсутствие воды хлороводород не проявляет кислотных свойств.

И только при очень сильном нагревании газообразный HCl реагирует с металлами, даже такими малоактивными, как Сu и Аg.

Восстановительные свойства HCl проявляются также в малой степени:

  • он может окисляться фтором при обычной температуре:

2HCl + F2 = Сl2 + 2HF

  • при высокой температуре (600°С) в присутствии катализаторов обратимо реагирует с кислородом:

4HCl + O2 = 2Сl2 + 2Н2O

Раствор HCl

Водный раствор HCl является сильной кислотой, т.к. молекулы HCl практически полностью распадаются на ионы:

HCl → H+ + Cl

Общие свойства кислот

Он проявляет все свойства кислот:

  • реагирует с металлами, стоящими в электрохимическом ряду напряжения металлов до водорода Н:

2HCl2 + Zn = ZnCl2 + H2

  • взаимодействует с основными и амфотерными оксидами:

2HCl + CuO = CuCl2 + Н2O

6HCl + Аl2O3 = 2АlCl3 + ЗН2O

  • реагирует с основаниями и амфотерными гидроксидами:

2HCl + Са(ОН)2 = CaCl2 + 2Н2О

3HCl + Аl(ОН)3 = АlСl3 + ЗН2O

HCl + NH3 = NH4Cl

  • взаимодействует с солями более слабых кислот:

2HCl + СаСО3 = CaCl2 + СO2 + Н3O

HCl + C6H5ONa = С6Н5ОН + NaCl

  • Реагирует с сильными окислителями F2, MnO2, KMnO4, KClO3, K2Cr2O7. При этом анион Clокисляется до свободного хлора:

2Cl— 2e = Cl20

4HCI + MnO2 = Cl2↑ + МпCl2 + 2Н2O

16НСl + 2КМпО4 = 5Cl2↑ + 2MnCl2 + 2KCl + 8Н2O

6HCl + КСlO3 = ЗCl2↑ + KCl + 3Н2O

14HCl + К2Сr2O7 = 3Cl2↑ + 2CrCl3 + 2KCl + 7Н2O

царская водка
  • Качественная реакция – взаимодействие с растворимыми солями серебра с образованием белого творожистого осадка хлорида серебра:

HCl + AgNO3 = AgCl↓ + HNO3

  • С органическими соединениями

Вступает в реакции с органическими соединениями:

с аминами:

R-NH2 + HCl → [RNH3]+Cl

с аминокислотами:

Соляная кислота_взаимодействие с аминоуксусной кислотой

Кислородсодержащие кислоты галогенов

кислородные кислоты хлора

Хлорноватистая кислота (HClO) и ее соли

структура_хлорноватистая кислота

Хлорноватистая кислота очень слабая кислота и существует только в разбавленных водных растворах.

Получение хлорноватистой кислоты:

  • Диспропорционирование хлора в холодной воде:

Cl2 + H2O ↔ HCl + HClO

  • Реакция гипохлоритов с диоксидом углерода и водой :

KClO + H2O + CO2 → KHCO3 + HClO

Ca(OCl)2 + CO2 + H2O → CaCl2 + CaCO3 + HClO

Химические свойства хлорноватистой кислоты:

  • Несмотря на то, что хлорноватистая кислота HClO – слабая кислота, она является сильным окислителем, особенно в кислой среде. При этом хлор хлорноватистой кислоты восстанавливается до степени окисления -1.

HClO + 2HI → HCl + I2 + H2O

HClO + KI → KIO3 + HCl

2HBr + HClO → HCl + Br2 + H2O

HClO + H2O2 → HCl + O2 + H2O

4HClO + MnS → 4HCl + MnSO4

  • на свету хлорноватистая кислота разлагается:

2HClO → 2HCl + O2

  • Как кислота реагирует с сильными основаниями:

HClO + KOH → KClO + H2O

  • Хлорноватистая кислота диспропорционирует:

3HClO → 2HCl + НСlO3

Химические свойства солей хлорноватистой кислоты (гипохлоритов):

  • Разложение гипохлоритов при нагревании:

Ca(ClO)2 → CaCl2 + O2

  • Кислоты, более сильные, чем хлорноватистая вытесняют гипохлориты из солей:

NaClO + 2HCl → NaCl + Cl2 + H2O

Ca(ClO)2 + H2SO4 → CaSO4 + 2HCl + O2

Ca(ClO)2 + CO2 + H2O → CaCO3 + 2HClO

  • Взаимодействуют с другими солями, если продуктом является слабый электролит:

Ca(ClO)2 + Na2CO3 → CaCO3 + 2NaClO

Хлористая кислота (HClO2) и ее соли

Хлористая кислота HClO2– слабая кислота, существует только в водных растворах, очень неустойчива

структура_хлористая кислота

Способы получения хлористой кислоты:

  • Хлористую кислоту можно получить окислением оксида хлора пероксидом водорода:

2KClO3 + H2C2O4 + H2SO4 = K2SO4 + CO2 + 2ClO2 + 2H2O

2ClO2 + H2O2 → 2HClO2 + O2

  • из хлоритов:

Ba(ClO2)2 + H2SO4 → BaSO4 + HClO2

Химические свойства хлористой кислоты:

  • Вступает в реакции с щелочами с образованием хлоритов:

HClO2 + KOH → KClO2 + H2O

  • При длительном хранении разлагается:

4HClO2 → HCl + HClO3 + 2ClO2 + H2O

HClO2 + HClO → HClO3 + HCl

5HClO2 + 3H2SO4 + 2KMnO4 → 5HClO3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O

Соли хлористой кислоты – хлориты

  • разлагаются при нагревании:

KClO2 → KClO3 + KCl

KClO2 → KCl + O2

  • реагируют с сильными кислотами:

NaClO2 + 4HCl(конц) = 2Cl2 + NaCl + 2H2O

  • являются слабыми восстановителями и сильными окислителями в кислой среде:

NaClO2 + S = NaCl + SO2

5NaClO2 + 3H2SO4 + 2KMnO4 → 5NaClO3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O

Хлорноватая кислота (HClO3) и ее соли

Хлорноватая кислота HClO3– существует только в водных растворах, в свободном виде не выделена. Является сильной кислотой

структура_хлорноватая кислота

Получение хлорноватой кислоты:

Действием кислот на хлораты:

Ba(ClO3)2 + H2SO4 → 2HClO3 + BaSO4

Химические свойства хлорноватой кислоты:

  • Взаимодействует с щелочами с образованием хлоратов:

HClO3 + KOH → KClO3 + H2O

  • Окисляет некоторые вещества:

6P + 5HClO3 → 3P2O5 + 5HCl

НСlO3 + 6НВr → НСl + 3Вr2 + 3Н2О

HClO3 + 3SO2 + 3H2O → 3H2SO4 + HCl

  • Разлагается при слабом нагревании:

6НСlO3(конц) → 4СlO2 + Cl2O7 + 3H2O (40-60ºC)

3НСlO3(конц) → HСlO4 + Cl2 + O2 + H2O (кипечение)

Соли хлорноватой кислоты – хлораты:

Получают хлораты при пропускании хлора через подогретый раствор щелочи:

3Cl2 + 6KOH = 5KCl + KClO3 + 3H2O

  • Хлораты сильные окислители.

2KClO3 + 3S → 2KCl + 3SO2

5KClO3 + 6P → 5KCl + 3P2O5

КСlO3 + 6НСl = КСl + 3Сl2 + 3Н2О

  • хлорат калия (бертолетова соль) при нагревании разлагается диспропорционируя на хлорид и перхлорат калия:

4KClO3 → 3KClO4 + KCl

  • В присутствии оксида марганца (IV) в качестве катализатора хлорат калия разлагается с выделением кислорода:

2KClO3 → 2KCl + 3O2

Хлорная кислота (HClO4) и ее соли

Хлорная кислота HClO4– летучая, хорошо растворимая в воде жидкость, не имеющая цвета. Является сильной кислотой и сильным окислителем. Взрывоопасна. Кислотный оксид — Cl2O7, соли хлорной кислоты — перхлораты.

структура_хлорная кислота

Получение хлорной кислоты

Перегонкой при пониженном давлении смеси перхлората калия с серной кислотой:

2NaClO4 + H2SO4 → 2HClO4 + Na2SO4

Химические свойства хлорной кислоты

  • Как сильная кислота вступает в реакции с щелочами с образованием перхлоратов:

HClO4 + KOH → KClO4 + H2O

  • Как сильный окислитель окисляет многие вещества:

8HClO4 + 14C → 14CO2 + 4Cl2 + 4H2O

5HClO4 + 8As + 12H2O = 8H3AsO4 + 5HCl

3HClO4 + 2Ag = 2AgClO4 + HClO3 + H2O

  • Хлорная кислота является неустойчивой и разлагается при умеренном нагревании:

4HClO4 → 4ClO2 + 3O2 + 2H2O

Химические свойства солей хлорной кислоты – перхлоратов:

  • Перхлораты также являются сильными окислителями

3KClO4 + 8Al → 3KCl + 4Al2O3

  • Взаимодействуют с сильными кислотами:

2KClO4 + 3H2SO4(конц) → 2HClO4↑ + K2SO4

  • При нагревании более 550ºС разлагаются:

KClO4 → KCl + 2O2

Оксиды хлора

оксиды хлора

Оксид хлора (I), оксид дихлора ( Cl2O)

В газообразном состоянии имеет темно-желтый цвет, в жидком состоянии – красно-бурый. Неустойчив на свету при повышении температуры.

Получение оксид хлора (I)

2Cl2 + 3HgO = Hg3O2Cl2↓ + Cl2O↑

2Cl2 + Bi2O3 = 2BiOCl↓ + Cl2O↑

Химические свойства оксида хлора (I)

  • Имеет кислотные свойства. Реагирует с водой, щелочами:

Сl2O + H2O = 2HClO

Сl2O + NaOH = 2NaClO + H2O

  • Является сильным окислителем:

3Сl2O + 3H2O + 6AgNO3 = 2AgClO + AgCl + 6HNO3

  • При температуре выше 20ºС или на свету разлагается:

4Сl2O = 3Сl2 + 2ClO2

Оксид хлора (IV), диоксид хлора, двуокись хлора ( ClO2)

ClO2 – ядовитый газ желто-зеленого цвета с резким запахом. Взрывается при механическом воздействии, при нагревании до 100 ºС и при контакте с восстановителем

Получение двуокиси хлора

В промышленности ClO2 получают, пропуская оксид серы (IV) через подкисленный раствор хлората натрия NaClO3:

2NaClO3 + SO2 + H2SO4 = 2NaHSO4 + 2ClO2

В лаборатории ClO2получают при взаимодействии хлората калия с щавелевой кислотой в присутствии концентрированной серной кислоты:

2KClO3 + H2C2O4 + H2SO4 = 2K2SO4 + 2ClO2↑ + 2CO2 + 2H2O

Химические свойства оксида хлора (IV)

  • ClO2 сильный окислитель, проявляет кислотные свойства. Реагирует с водой (медленно), со щелочью (быстро):

2ClO2 + H2O = HClO2 + HClO3 (холодная вода)

6ClO2 + 3H2O = HCl + 5HClO3 (горячая вода)

2ClO2 + 2NaOH = NaClO2 + NaClO3

  • Разлагается в концентрированной хлороводородной кислоте:

2ClO2 + 8HСl(конц) = 5Cl2 + 4H2O

  • Проявляет окислительно-восстановительные свойства:

2ClO2 + Na2СO3 = NaClO2 + NaClO3 + CO2

2ClO2 + 10HI(конц) = 2HCl + I2↓ + 4H2O

Оксид хлора (VI), триоксид хлора (ClO3 (Cl2O6))

ClO3 (Cl2O6) – вязкая жидкость красного цвета. Соприкосновение с органическими веществами приводит к взрыву.

Получение оксида хлора (VI)

Получают окислением озоном ClO2

2ClO2 + 2О3 = 2O2 + Cl2O6

Химические свойства оксида хлора (VI)

  • В обычных условиях постепенно разлагается на ClO2 и О2:

4ClO3 = 2ClO2 + 4О2 + Сl2

  • ClO2 – сильный окислитель. Вступает в реакции диспропорционирования с водой, со щелочью:

2ClO3 + H2O = HClO4 + HClO3

2ClO3 + 2NaOH = NaClO4 + NaClO3 + H2O

Оксид хлора (VII) (Cl2О7)

Cl2О7 – тяжелая, маслянистая жидкость, не имеющая цвета. Наиболее устойчивый из всех оксидов хлора. Очень взрывоопасен.

Получение оксида хлора (VII)

Получают при взаимодействии оксида фосфора (V) с концентрированной хлорной кислотой:

P2O5 + 2HClO4 = Cl2O7↑ + 2HPO3

Химические свойства Cl2O7

Проявляет кислотные свойства.

  • При взаимодействии Cl2Ос водой образуется хлорная кислота HClO4:

Cl2O7 + H2O = HClO4

  • При взаимодействии Cl2Ос щелочами образуются перхлораты:

Cl2O7 + 2NaOH = 2NaClO4 + H2O

  • При нагревании разлагается:

Cl2O7= 2Cl2 + 7О2