Хлор и его превращения

9 заданий

Хлор с металлами и неметаллами

history_eduШееле и Дэви

Карл Шееле в 1774 году получил хлор, действуя соляной кислотой на пиролюзит \(\ce{MnO2}\), и принял его за соединение («дефлогистированная муриевая кислота»). Лавуазье считал его оксидом неизвестного элемента. Лишь Гемфри Дэви в 1810 году доказал, что это простое вещество, и назвал его chlorine — «жёлто-зелёный».

scienceХлор с простыми веществами

\(\ce{2Na + Cl2 -> 2NaCl}\) — натрий горит ярким жёлтым пламенем.
\(\ce{2Fe + 3Cl2 ->[t] 2FeCl3}\) — хлор окисляет железо сразу до +3 (сравните: \(\ce{Fe + 2HCl -> FeCl2 + H2}\)).
\(\ce{Cu + Cl2 ->[t] CuCl2}\) — порошок меди горит, образуя бурый дым.
\(\ce{2P + 3Cl2 -> 2PCl3}\); в избытке хлора \(\ce{PCl3 + Cl2 -> PCl5}\).
\(\ce{H2S + Cl2 -> S v + 2HCl}\); в воде \(\ce{H2S + 4Cl2 + 4H2O -> H2SO4 + 8HCl}\).
Хлор не реагирует напрямую с кислородом, азотом, углеродом.

Цепная реакция с водородом. Свет разрывает молекулу хлора: \(\ce{Cl2 ->[h\nu] 2Cl*}\). Далее: \(\ce{Cl* + H2 -> HCl + H*}\), \(\ce{H* + Cl2 -> HCl + Cl*}\) — один квант света порождает до миллиона молекул HCl. Механизм предложил Нернст в 1918 году, объяснив, почему квантовый выход фотохимической реакции огромен.

boltСухой хлор и железо

Сухой хлор не действует на железо при комнатной температуре — его перевозят в стальных баллонах. Влажный хлор разъедает сталь: образуется соляная и хлорноватистая кислоты.

Хлор, вода и щёлочи

В воде хлор частично диспропорционирует — это хлорная вода:

\[\ce{Cl2 + H2O <=> HCl + HClO}\qquad K = 4\cdot10^{-4}\]

Отбеливает и обеззараживает не хлор, а хлорноватистая кислота \(\ce{HClO}\). На свету она разлагается: \(\ce{2HClO ->[h\nu] 2HCl + O2}\) — поэтому хлорную воду хранят в тёмных склянках.

Щёлочь сдвигает равновесие вправо, связывая обе кислоты:

scienceХлор и щелочи

\(\ce{Cl2 + 2NaOH ->[холод] NaCl + NaClO + H2O}\) — жавелевая вода (первое отбеливающее средство, Бертолле, 1785).
\(\ce{3Cl2 + 6KOH ->[t] 5KCl + KClO3 + 3H2O}\) — бертолетова соль.
\(\ce{2Cl2 + 2Ca(OH)2 -> CaCl2 + Ca(ClO)2 + 2H2O}\) — хлорная известь (упрощённо \(\ce{CaOCl2}\)).
\(\ce{Ca(ClO)2 + CO2 + H2O -> CaCO3 + 2HClO}\) — на воздухе хлорная известь «работает» за счёт углекислого газа.

auto_awesomeХлорирование воды

В 1908 году город Джерси-Сити в США первым начал постоянно хлорировать водопровод. За несколько десятилетий хлорирование практически победило брюшной тиф и холеру в городах — одно из величайших достижений общественного здравоохранения XX века.

errorХлор — боевое отравляющее вещество

22 апреля 1915 года под бельгийским Ипром германские войска выпустили из баллонов около 150 тонн хлора — первая массированная газовая атака в истории. Тяжёлый газ стелился по окопам. С тех пор химическое оружие запрещено международными конвенциями.

Получение и применение хлора

Лаборатория — окисление концентрированной соляной кислоты:

scienceЛабораторные способы

\(\ce{MnO2 + 4HCl ->[t] MnCl2 + Cl2 ^ + 2H2O}\) — способ Шееле, при нагревании.
\(\ce{2KMnO4 + 16HCl -> 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 ^ + 8H2O}\) — на холоду.
\(\ce{KClO3 + 6HCl -> KCl + 3Cl2 ^ + 3H2O}\).
\(\ce{K2Cr2O7 + 14HCl ->[t] 2KCl + 2CrCl3 + 3Cl2 ^ + 7H2O}\).
\(\ce{Ca(ClO)2 + 4HCl -> CaCl2 + 2Cl2 ^ + 2H2O}\) — хлорная известь с кислотой.

Промышленность — электролиз раствора \(\ce{NaCl}\) (около 80 млн т хлора в год). Хлор идёт на ПВХ (около трети), растворители, отбеливание, производство титана и кремния (через хлориды), обеззараживание воды.

boltХлор из разных окислителей

Для расчёта удобно знать, сколько моль хлора даёт моль окислителя: \(\ce{KMnO4}\) — 2,5; \(\ce{K2Cr2O7}\) — 3; \(\ce{KClO3}\) — 3 (с учётом хлора самого хлората); \(\ce{MnO2}\) — 1; \(\ce{Ca(ClO)2}\) — 2.

push_pinГлавное

Хлор — сильный окислитель: железо окисляет до \(\ce{FeCl3}\), медь — до \(\ce{CuCl2}\), фосфор — до \(\ce{PCl3}\) или \(\ce{PCl5}\); с водородом реагирует по цепному механизму (взрыв на свету). С водой — обратимое диспропорционирование \(\ce{Cl2 + H2O <=> HCl + HClO}\); со щёлочью на холоду — хлорид и гипохлорит, при нагревании — хлорид и хлорат. Лабораторные способы — окисление \(\ce{HCl}\) (\(\ce{MnO2}\), \(\ce{KMnO4}\), \(\ce{KClO3}\), \(\ce{K2Cr2O7}\)), промышленный — электролиз раствора \(\ce{NaCl}\).

Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.