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

H₂SО₄(конц.) + NaCl = 2HCl↑ + NaHSО₄

• при очень сильном нагревании

H₂SО₄(конц.) + 2NaCl = 2HCl↑ + Na₂SО₄

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

• Вступает в реакцию с аммиаком:

HCl + NH₃ = NH₄Cl

• взаимодействует с солями более слабых кислот:

2HCl + СаСО₃ = CaCl₂ + СO₂ + Н₃O

HCl + C₆H₅ONa = С₆Н₅ОН + NaCl

• Реагирует с сильными окислителями F₂, MnO₂, KMnO_4, KClO_3, K₂Cr₂O₇. При этом анион Cl^— окисляется 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

• 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:

Кислородсодержащие кислоты галогенов

Хлорноватистая кислота (HClO) и ее соли

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

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

• Проявляет окислительно-восстановительные свойства:

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

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:

6НСlO_3(конц) → 4СlO₂ + Cl₂O₇ + 3H₂O (40-60ºC)

3НСlO_3(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.

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 + 3H₂SO_4(конц) → 2HClO₄↑ + K₂SO₄

• При нагревании более 550ºС разлагаются:

KClO₄ → KCl + 2O₂↑

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 ClO₂ получают 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 Cl₂О₇ с водой образуется хлорная кислота HClO₄:

Cl₂O₇ + H₂O = HClO₄

• При взаимодействии Cl₂О₇ с щелочами образуются перхлораты:

Cl₂O₇ + 2NaOH = 2NaClO₄ + H₂O

• При нагревании разлагается:

Cl₂O₇ = 2Cl₂ + 7О₂