ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Хлор – химический элемент VII группы 3 периода Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. Неметалл.
Относится к элементам – p -семейства. Галоген. Порядковый номер – 17. Строение внешнего электронного уровня – 3s 2 3 p 5 . Относительная атомная масса – 35,5 а.е.м. Молекула хлора двухатомна – Cl 2 .
Химические свойства хлора
Хлор реагирует с простыми веществами металлами:
Cl 2 + 2Sb = 2SbCl 3 (t);
Cl 2 + 2Fe = 2FeCl 3 ;
Cl 2 + 2Na = 2NaCl.
Хлор взаимодействует с простыми веществами неметаллами. Так, при взаимодействии с фосфором и серой образуются соответствующие хлориды, с фтором – фториды, с водородом – хлороводород, с кислородом – оксиды и т.д.:
5Cl 2 + 2P = 2HCl 5 ;
Cl 2 + 2S = SCl 2 ;
Cl 2 + H 2 = 2HCl;
Cl 2 + F 2 = 2ClF.
Хлор способен вытеснять бром и йод из их соединений с водородом и металлами:
Cl 2 + 2HBr = Br 2 + 2HCl;
Cl 2 + 2NaI = I 2 + 2NaCl.
Хлор способен растворяться в воде и щелочах, при этом происходят реакции диспропорционирования хлора, а состав продуктов реакции зависит от условий её проведения:
Cl 2 + H 2 O ↔ HCl + HClO;
Cl 2 + 2NaOH = NaCl + NaClO + H 2 O;
3 Cl 2 + 6NaOH = 5NaCl + NaClO 3 + 3H 2 O.
Хлор взаимодействует с несолеобразующим оксидом – СО с образованием вещества с тривиальным названием – фосген, с аммиаком с образованием трихлорида аммония:
Cl 2 + CO = COCl 2 ;
3 Cl 2 + 4NH 3 = NCl 3 + 3NH 4 Cl.
В реакциях хлор проявляет свойства окислителя:
Cl 2 + H 2 S = 2HCl + S.
Хлор вступает в реакции взаимодействия с органическими веществами класса алканов, алкенов и аренов:
CH 3 -CH 3 + Cl 2 = CH 3 -CH 2 -Cl + HCl (условие – УФ-излучение);
CH 2 = CH 2 + Cl 2 = CH 2 (Cl)-CH 2 -Cl;
C 6 H 6 + Cl 2 = C 6 H 5 -Cl + HCl (kat = FeCl 3 , AlCl 3);
C 6 H 6 + 6Cl 2 = C 6 H 6 Cl 6 + 6HCl (условие – УФ-излучение).
Физические свойства хлора
Хлор – газ желто-зеленого цвета. Термически устойчив. При насыщении охлажденной воды хлором образуется твердый кларат. Хорошо растворяется в воде, в большой степени подвергается дисмутации («хлорная вода»). Растворяется тетрахлориде углерода, жидких SiCl 4 и TiCl 4 . Плохо растворяется в насыщенном растворе хлорида натрия. Не реагирует с кислородом. Сильный окислитель. Температура кипения — -34,1С, плавления — -101,03С.
Получение хлора
Ранее хлор получали по методу Шееле (реакция взаимодействия оксида марганца (VI) c соляной кислотой) или по методу Дикона (реакция взаимодействия хлороводорода с кислородом):
MnO 2 + 4HCl = MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O;
4HCl + O 2 = 2H 2 O + 2 Cl 2 .
В наше время для получения хлора используют следующие реакции:
NaOCl + 2HCl = NaCl + Cl 2 + H 2 O;
2KMnO 4 + 16HCl = 2KCl + 2MnCl 2 +5 Cl 2 +8H 2 O;
2NaCl + 2H 2 O = 2NaOH + Cl 2 + H 2 (условие – электролиз).
Применение хлора
Хлор нашел широкое применение в различных областях промышленности, так его используют в производстве полимерных материалов (поливинилхлорид), отбеливателей, хлорорганических инсектицидов (гексахлоран), боевых отравляющих веществ (фосген), для обеззараживания воды, в пищевой промышленности, в металлургии и т.д.
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
ПРИМЕР 2
| Задание | Какой объем, масса и количество вещества хлора выделится (н.у.) при взаимодействии 17,4 г оксида марганца (IV) с соляной кислотой, взятой в избытке? |
| Решение | Запишем уравнение реакции взаимодействия оксида марганца (IV) с соляной кислотой:
4HCl + MnO 2 = MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O. Молярные массы оксида марганца (IV) и хлора, рассчитанные с использованием таблицы химических элементов Д.И. Менделеева – 87 и 71 г/моль, соответственно. Рассчитаем количество вещества оксида марганца (IV): n(MnO 2) = m(MnO 2) / M(MnO 2); n(MnO 2) = 17,4 / 87 = 0,2 моль. Согласно уравнению реакции n(MnO 2): n(Cl 2) = 1:1, следовательно, n(Cl 2) = n(MnO 2) = 0,2 моль. Тогда масса и объем хлора будут равны: m(Cl 2) = 0,2 × 71 = 14,2 г; V(Cl 2) = n(Cl 2)×V m = 0,2×22,4 = 4,48 л. |
| Ответ | Количество вещества хлора – 0,2 моль, масса – 14,2 г, объем – 4,48 л. |
Элемент VII подгруппы Периодической таблицы Д.И.Менделеева. На внешнем уровне - 7 электронов, поэтому при взаимодействии с восстановителями, хлор показывает свои окислительные свойства, притягивая к себе электрон металла.
Физические свойства хлора.
Хлор представляет собой желтый газ. Имеет резкий запах.
Химические свойства хлора.
Свободный хлор очень активен. Он реагирует со всеми простыми веществами, кроме кислорода, азота и благородных газов:
Si + 2 Cl 2 = SiCl 4 + Q .
При взаимодействии с водородом при комнатной температуре реакции практически нет, но как только освещение выступает в качестве внешнего воздействия, возникает цепная реакция, которая нашла свое применение в органической химии.
При нагреве хлор способен вытеснить йод или бром из их кислот:
Cl 2 + 2 HBr = 2 HCl + Br 2 .
С водой хлор реагирует, частично растворяясь в ней. Эту смесь называют хлорной водой.
Реагирует с щелочами:
Cl 2 + 2NaOH = NaCl + NaClO + H 2 O (холод ),
Cl 2 + 6KOH = 5KCl + KClO 3 + 3 H 2 O (нагрев ).
Получение хлора.
1. Электролиз расплава хлорида натрия, который протекает по следующей схеме:
2. Лабораторный способ получения хлора:
MnO 2 + 4HCl = MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O.
Cl 2 при об. Т - газ желто-зеленого цвета с резким удушающим запахом, тяжелее воздуха - в 2,5 раза, малорастворим в воде (~ 6,5 г/л); х. р. в неполярных органических растворителях. В свободном виде встречается только в вулканических газах.
Способы получения
Основаны на процессе окисления анионов Cl -
2Cl - - 2e - = Cl 2 0
Промышленный
Электролиз водных растворов хлоридов, чаще - NaCl:
2NaCl + 2Н 2 O = Cl 2 + 2NaOH + H 2
Лабораторные
Окисление конц. HCI различными окислителями:
4HCI + MnO 2 = Cl 2 + МпCl 2 + 2Н 2 O
16НСl + 2КМпО 4 = 5Cl 2 + 2MnCl 2 + 2KCl + 8Н 2 O
6HCl + КСlO 3 = ЗCl 2 + KCl + 3Н 2 O
14HCl + К 2 Сr 2 O 7 = 3Cl 2 + 2CrCl 3 + 2KCl + 7Н 2 O
Химические свойства
Хлор - очень сильный окислитель. Окисляет металлы, неметаллы и сложные вещества, превращаясь при этом в очень устойчивые анионы Cl - :
Cl 2 0 + 2e - = 2Cl -
Реакции с металлами
Активные металлы в атмосфере сухого газообразного хлора воспламеняются и сгорают; при этом образуются хлориды металлов.
Cl 2 + 2Na = 2NaCl
3Cl 2 + 2Fe = 2FeCl 3
Малоактивные металлы легче окисляются влажным хлором или его водными растворами:
Cl 2 + Сu = CuCl 2
3Cl 2 + 2Аu = 2AuCl 3
Реакции с неметаллами
Хлор непосредственно не взаимодействует только с O 2 , N 2 , С. С остальными неметаллами реакции протекают при различных условиях.
Образуются галогениды неметаллов. Наиболее важной является реакция взаимодействия с водородом.
Cl 2 + Н 2 =2НС1
Cl 2 + 2S (расплав) = S 2 Cl 2
ЗCl 2 + 2Р = 2РCl 3 (или РCl 5 - в избытке Cl 2)
2Cl 2 + Si = SiCl 4
3Cl 2 + I 2 = 2ICl 3
Вытеснение свободных неметаллов (Вr 2 , I 2 , N 2 , S) из их соединений
Cl 2 + 2KBr = Br 2 + 2KCl
Cl 2 + 2KI = I 2 + 2KCl
Cl 2 + 2HI = I 2 + 2HCl
Cl 2 + H 2 S = S + 2HCl
ЗСl 2 + 2NH 3 = N 2 + 6HCl
Диспропорционирование хлора в воде и водных растворах щелочей
В результате самоокисления-самовосстановления одни атомы хлора превращаются в анионы Cl - , а другие в положительной степени окисления входят в состав анионов ClO - или ClO 3 - .
Cl 2 + Н 2 O = HCl + НClO хлорноватистая к-та
Cl 2 + 2КОН =KCl + KClO + Н 2 O
3Cl 2 + 6КОН = 5KCl + KClO 3 + 3Н 2 O
3Cl 2 + 2Са(ОН) 2 = CaCl 2 + Са(ClO) 2 + 2Н 2 O
Эти реакции имеют важное значение, поскольку приводят к получению кислородных соединений хлора:
КClO 3 и Са(ClO) 2 - гипохлориты; КClO 3 - хлорат калия (бертолетова соль).
Взаимодействие хлора с органическими веществами
а) замещение атомов водорода в молекулах ОВ
б) присоединение молекул Cl 2 по месту разрыва кратных углерод-углеродных связей
H 2 C=CH 2 + Cl 2 → ClH 2 C-CH 2 Cl 1,2-дихлорэтан
HC≡CH + 2Cl 2 → Cl 2 HC-CHCl 2 1,1,2,2-тетрахлорэтан
Хлороводород и соляная кислота
Газообразный хлороводород
Физические и химические свойства
HCl - хлорид водорода. При об. Т - бесцв. газ с резким запахом, достаточно легко сжижается (т. пл. -114°С, т. кип. -85°С). Безводный НСl и в газообразном, и в жидком состояниях неэлектропроводен, химически инертен по отношению к металлам, оксидам и гидроксидам металлов, а также ко многим другим веществам. Это означает, что в отсутствие воды хлороводород не проявляет кислотных свойств. Только при очень высокой Т газообразный HCl реагирует с металлами, причем даже такими малоактивными, как Сu и Аg.
Восстановительные свойства хпорид-аниона в HCl также проявляются в незначительной степени: он окисляется фтором при об. Т, а также при высокой Т (600°С) в присутствии катализаторов обратимо реагирует с кислородом:
2HCl + F 2 = Сl 2 + 2HF
4HCl + O 2 = 2Сl 2 + 2Н 2 O
Газообразный HCl широко используется в органическом синтезе (реакции гидрохлорирования).
Способы получения
1. Синтез из простых веществ:
Н 2 + Cl 2 = 2HCl
2. Образуется как побочный продукт при хлорировании УВ:
R-H + Cl 2 = R-Cl + HCl
3. В лаборатории получают действием конц. H 2 SO 4 на хлориды:
H 2 SО 4 (конц.) + NaCl = 2HCl + NaHSО 4 (при слабом нагревании)
H 2 SО 4 (конц.) + 2NaCl = 2HCl + Na 2 SО 4 (при очень сильном нагревании)
Водный раствор HCl - сильная кислота (хлороводородная, или соляная)
HCl очень хорошо растворяется в воде: при об. Т в 1 л Н 2 O растворяется ~ 450 л газа (растворение сопровождается выделением значительного количества тепла). Насыщенный раствор имеет массовую долю HCl, равную 36-37 %. Такой раствор имеет очень резкий, удушающий запах.
Молекулы HCl в воде практически полностью распадаются на ионы, т. е. водный раствор HCl является сильной кислотой.
Химические свойства соляной кислоты
1. Растворенный в воде HCl проявляет все общие свойства кислот, обусловленные присутствием ионов Н +
HCl → H + + Cl -
Взаимодействие:
а) с металлами (до Н):
2HCl 2 + Zn = ZnCl 2 + H 2
б) с основными и амфотерными оксидами:
2HCl + CuO = CuCl 2 + Н 2 O
6HCl + Аl 2 O 3 = 2АlCl 3 + ЗН 2 O
в) с основаниями и амфотерными гидроксидами:
2HCl + Са(ОН) 2 = CaCl 2 + 2Н 2 О
3HCl + Аl(ОН) 3 = АlСl 3 + ЗН 2 O
г) с солями более слабых кислот:
2HCl + СаСО 3 = CaCl 2 + СO 2 + Н 3 O
HCl + C 6 H 5 ONa = С 6 Н 5 ОН + NaCl
д) с аммиаком:
HCl + NH 3 = NH 4 Cl
Реакции с сильными окислителями F 2 , MnO 2 , KMnO 4, KClO 3, K 2 Cr 2 O 7 . Анион Cl - окисляется до свободного галогена:
2Cl - - 2e - = Cl 2 0
Уравнения реакция см. "Получение хлора". Особое значение имеет ОВР между соляной и азотной кислотами:
Реакции с органическими соединениями
Взаимодействие:
а) с аминами (как органическими основаниями)
R-NH 2 + HCl → + Cl -
б) с аминокислотами (как амфотерными соедимнеиями)
Оксиды и оксокислоты хлора
Кислотные оксиды
Кислоты
Соли
Химические свойства
1. Все оксокислоты хлора и их соли являются сильными окислителями.
2. Почти все соединения при нагревании разлагаются за счет внутримолекулярного окисления-восстановления или диспропорционирования.
Хлорная известь
Хлорная (белильная) известь - смесь гипохлорита и хлорида кальция, обладает отбеливающим и дезинфицирующим действием. Иногда рассматривается как пример смешанной соли, имеющей в своем составе одновременно анионы двух кислот:
Жавелевая вода
Водный раствор хлорида и гапохлорита калия KCl + KClO + H 2 O
Задание №1
При сплавлении алюминия с гидроксидом натрия образуется
- 1. NaAlO 2
- 2. AlH 3
- 3. Na
- 4. Al 2 O 3
Ответ: 1
Пояснение:
При сплавлении алюминия с щелочью NaOH образует алюминат натрия по реакции (температура реакции ~ 400˚C):
2(NaOH . H 2 O) + 2Al = 2NaAlO 2 + H 2
С растворами щелочей алюминий реагирует с образованием тетрагидроксоалюминатов:
2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2Na + H 2
Задание №2
С водой при комнатной температуре реагируют:
1) барий и медь
2) алюминий и ртуть
3) кальций и литий
4) серебро и натрий
Ответ: 3
Пояснение:
С водой при комнатной температуре реагируют только металлы главных подгрупп I и II групп(кроме магния и бериллия):
2Li + 2H 2 O = 2LiOH + H 2
2Na + 2H 2 O = 2NaOH + H 2
Ca + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + H 2
Ba + 2H 2 O = Ba(OH) 2 + H 2
Элементы побочных подгрупп I и II групп Ag, Cu, Hg с водой не взаимодействуют.
Al при обычных условиях достаточно инертен, так как покрыт защитной пленкой оксида Al 2 O 3 . После снятия оксидной пленки (механически или амальгамированием) алюминий реагирует с водой:
2Al + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 ↓ + 2H 2
Задание №3
Только окислительные свойства способен проявлять
1) Кислород
Ответ: 2
Пояснение:
Среди перечисленных неметаллов самым сильным окислителем является фтор, обладающий наибольшей электроотрицательностью среди всех элементов. Чуть более слабыми окислительными свойствами обладает неметалл кислород, однако в соединении со фтором (OF 2) кислород обладает положительной степенью окисления, проявляя тем самым восстановительные свойства. Азот и хлор, электроотрицательность которых меньше, способны проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства.
Задание №4
101435Реакция возможна между
- 1. Ag и K 2 SO 4 (р-р)
- 2. Zn и KCl (р-р)
- 3. Mg и SnCl 2 (р-р)
- 4. Ag и CuSO 4 (р-р)
Ответ: 3
Пояснение:
Для того чтобы реакция замещения между металлом и раствором соли была практически осуществима, необходимо выполнение следующего условия: металл должен располагаться в ряду активности металлов левее металла, входящего в состав соли.
Поэтому серебро Ag не вступает в реакцию ни с раствором сульфата калия K 2 SO 4 , ни с раствором сульфата меди CuSO 4 , цинк Zn также не вступает в реакцию с хлоридом калия KCl.
Практически осуществима реакция между магнием и раствором хлорида олова (магний стоит левее олова в:
Mg + SnCl 2 (р-р) = MgCl 2 + Sn.
Задание №5
Общим свойством меди и железа является их способность растворяться в
2) серной кислоте (р-р)
3) растворе щелочи
4) азотной кислоте (конц.)
Ответ: 4
Пояснение:
Общим свойством меди и железа является их способность растворяться в концентрированной азотной кислоте при нагревании:
Cu + 4HNO 3 (конц.) = Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O
Fe + 6HNO 3 (конц.) = Fe(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O (при нагревании)
С водяным паром раскаленное железо реагирует, медь не реагирует:
3Fe + 4H 2 O = Fe 3 O 4 + 4H 2
Медь находится в ряду активностей металлов после водорода, поэтому как менее активный металл не способно вытеснить водород из кислот-неокислителей (за исключением конц. HNO 3 и конц. H 2 SO 4)
С разбавленной серной кислотой Cu не взаимодействует.
Fe расположено в ряду активностей металлов до водорода, поэтому взаимодействует с разбавленными растворами соляной и серной кислот с образованием соответствующих солей:
Fe + H 2 SO 4 (разб.) = FeSO 4 + H 2
Электролизом 30%-ного раствора щелочи на железном аноде можно получить ферраты – соли не существующей в свободном виде железной кислоты H 2 FeO 4
Fe + 2KOH + 2H 2 O → K 2 FeO 4 + 3H 2
Медь, являясь переходным металлом, с щелочами не взаимодействует.
Задание №6
Хлор реагирует с каждым из двух веществ:
- 1. O 2 и Ne
- 2. Fe и NaI
- 3. N 2 и He
- 4. NaF и O 2
Ответ: 2
Пояснение:
Хлор (Cl 2) является неметаллом (сильным окислителем), поэтому может взаимодействовать с металлами с образованием солей – хлоридов:
2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3 (Fe окисляется до Fe +3)
Обладая большей электроотрицательностью, чем галогены йод и бром, и, следовательно, являясь более сильным окислителем, хлор способен вытеснять бром и йод из их солей:
2NaI + Cl 2 = 2NaCl + I 2 ↓
С кислородом хлор способен образовывать оксиды, в которых он проявляет степени окисления от +1 до +7: Cl 2 O, ClO 2 , Cl 2 O 5 и Cl 2 O 7 . Они нестабильны термически и фотохимически.
С фторидами металлов (NaF) реакция не проходит, поскольку фтор, являясь сильнейшим окислителем, не может быть восстановлен хлором.
Хлор не реагирует с благородными газами (He, Ne) и химически инертным азотом (N 2).
