Хлороводород и хлориды
Газ и раствор
Хлороводород — бесцветный газ с резким запахом. Во влажном воздухе он дымит, образуя туман из мельчайших капель соляной кислоты. Хлороводород очень хорошо растворяется в воде: при 20 °C один объём воды поглощает около 450 объёмов газа.
edit_noteОпыт «фонтан»
Колбу, заполненную сухим HCl, закрывают пробкой с трубкой, конец которой опускают в воду с индикатором. Первые капли воды растворяют газ, поэтому давление в колбе падает. Вода устремляется внутрь через трубку, образует фонтан и меняет цвет индикатора. Такой же опыт можно провести с аммиаком.
Соляной кислотой называют водный раствор хлороводорода. Концентрированная соляная кислота содержит около 37 % HCl (\(\rho = 1{,}19\) г/мл, 12 М). При кипячении как разбавленного, так и концентрированного раствора состав оставшейся жидкости приближается к составу азеотропной смеси, или азеотропа: 20,2 % HCl при температуре кипения 108,6 °C. Состав пара над такой смесью совпадает с составом жидкости, поэтому дальнейшей перегонкой увеличить концентрацию HCl нельзя.
Хлороводород получают действием концентрированной серной кислоты на хлорид натрия. Состав продуктов зависит от нагревания. В промышленности хлороводород также синтезируют из водорода и хлора; кроме того, он образуется при хлорировании органических веществ.
scienceПолучение хлороводорода
- \(\ce{NaCl + H2SO4 (конц) ->[t] NaHSO4 + HCl ^}\) — при слабом нагревании образуется гидросульфат натрия и выделяется хлороводород.
- \(\ce{2NaCl + H2SO4 (конц) ->[t] Na2SO4 + 2HCl ^}\) — при сильном нагревании образуется сульфат натрия и выделяется хлороводород; эта реакция относится к историческому способу Леблана, сыгравшему важную роль в становлении химической промышленности.
- \(\ce{H2 + Cl2 -> 2HCl}\) — хлороводород синтезируют из водорода и хлора в промышленной горелке.
- \(\ce{CH4 + Cl2 ->[h\nu] CH3Cl + HCl}\) — при хлорировании метана хлороводород образуется как побочный продукт.
auto_awesomeКислота в желудке
Желудок человека выделяет 1,5–2 литра желудочного сока в сутки с концентрацией HCl около 0,1 М (pH 1–2). Стенки желудка защищены слизью и гидрокарбонатом, а клетки слизистой обновляются каждые несколько дней.
Хлориды и вода
От строения хлорида зависит его поведение в воде. Ионные хлориды, например \(\ce{NaCl}\), \(\ce{KCl}\) и \(\ce{BaCl2}\), образуют кристаллы с высокой температурой плавления. При растворении эти соли диссоциируют на ионы, но не разлагаются водой.
Иначе взаимодействуют с водой многие хлориды неметаллов и металлов в высоких степенях окисления. Среди них есть летучие жидкости и газы с ковалентными связями. При реакции с водой такие вещества подвергаются гидролизу (урок 70): \(\ce{PCl5 + 4H2O -> H3PO4 + 5HCl}\), \(\ce{SiCl4 + 4H2O -> H4SiO4 + 4HCl}\), \(\ce{TiCl4 + 2H2O -> TiO2 + 4HCl}\). Гидролиз хлорида титана(IV) используют для создания дымовых завес.
Промежуточное положение по свойствам занимают \(\ce{AlCl3}\), \(\ce{FeCl3}\) и \(\ce{ZnCl2}\). В воде они гидролизуются частично, а при упаривании их растворов выделяется HCl. При этом строение вещества может зависеть от его агрегатного состояния, что особенно заметно на примере хлорида фосфора(V).
| Хлорид | Температура плавления или возгонки, °C | Строение |
|---|---|---|
| \(\ce{NaCl}\) | 801 | Ионный кристалл. |
| \(\ce{MgCl2}\) | 714 | Ионный кристалл. |
| \(\ce{AlCl3}\) | 192 (пл. под давлением) | Слоистый ковалентный кристалл; в паре образует димеры. |
| \(\ce{SiCl4}\) | −69 | Молекулярное вещество. |
| \(\ce{PCl5}\) | 160 (возг.) | В кристалле имеет ионное строение: \(\ce{[PCl4]+[PCl6]-}\). |
infoХлорид фосфора(V) — ионный кристалл
Твёрдый \(\ce{PCl5}\) построен из катионов \(\ce{[PCl4]+}\) тетраэдрической формы и анионов \(\ce{[PCl6]-}\) октаэдрической формы. В паре он состоит из молекул, имеющих форму тригональной бипирамиды. Следовательно, одна формула может соответствовать разному строению вещества в разных фазах.
Если для опыта или производства нужен безводный хлорид, его получают прямым синтезом либо обезвоживают кристаллогидрат в условиях, препятствующих гидролизу. Например, при нагревании кристаллогидрата хлорида магния используют ток HCl.
scienceБезводные хлориды
- \(\ce{2Al + 3Cl2 -> 2AlCl3}\) — при прямом синтезе из алюминия и хлора получают безводный хлорид алюминия.
- \(\ce{TiO2 + 2C + 2Cl2 ->[t] TiCl4 + 2CO}\) — при хлорировании оксида титана в присутствии угля получают хлорид титана(IV), который используют на пути к металлическому титану.
- \(\ce{MgCl2*6H2O ->[t][HCl] MgCl2 + 6H2O}\) — кристаллогидрат нагревают в токе HCl, чтобы при обезвоживании подавить гидролиз.
Обнаружение хлорид-иона
Чтобы обнаружить хлорид-ион в растворе, к пробе добавляют нитрат серебра. Качественную реакцию проводят в азотнокислой среде:
Образуется белый творожистый осадок хлорида серебра. На свету он темнеет вследствие выделения серебра. Осадок растворяется в аммиаке по реакции \(\ce{AgCl + 2NH3 -> [Ag(NH3)2]Cl}\) и вновь выпадает при подкислении раствора.
Почему пробу предварительно подкисляют? Ионы серебра могут образовывать осадки не только с хлорид-ионом. Азотная кислота устраняет часть таких помех, но не растворяет осадок хлорида серебра.
errorЗачем нужна азотная кислота
Без подкисления в осадок могут выпадать карбонат серебра (\(\ce{Ag2CO3}\)) и жёлтый фосфат серебра (\(\ce{Ag3PO4}\)). В щелочной среде образуется осадок оксида серебра (\(\ce{Ag2O}\)). Эти осадки растворяются в азотной кислоте, а осадки хлоридов, бромидов и иодидов серебра — нет.
Осадок с нитратом серебра образуют также бромид- и иодид-ионы. Поэтому при различении галогенидов серебра учитывают цвет осадка и его растворимость в аммиаке. Для дополнительной проверки бромида и иодида используют хлорную воду и органический растворитель.
boltКак отличить хлорид от бромида и иодида
- По цвету осадка различают белый \(\ce{AgCl}\), бледно-жёлтый \(\ce{AgBr}\) и жёлтый \(\ce{AgI}\).
- В разбавленном растворе аммиака растворяется \(\ce{AgCl}\); \(\ce{AgBr}\) растворяется в концентрированном растворе аммиака, а \(\ce{AgI}\) не растворяется (урок 91).
- При добавлении хлорной воды и органического растворителя бромид даёт оранжевый слой, а иодид — фиолетовый.
scienceГалогениды серебра
- \(\ce{AgNO3 + NaCl -> AgCl v + NaNO3}\) — при взаимодействии нитрата серебра с хлоридом натрия выпадает осадок хлорида серебра.
- \(\ce{2AgCl ->[h\nu] 2Ag + Cl2}\) — под действием света хлорид серебра разлагается; эту реакцию используют в фотографии и фотохромных стёклах. В стекле хлор не улетает, поэтому реакция обратима.
- \(\ce{AgCl + 2NH3 -> [Ag(NH3)2]Cl}\), \(\ce{[Ag(NH3)2]Cl + 2HNO3 -> AgCl v + 2NH4NO3}\) — сначала осадок растворяется в аммиаке, а после добавления азотной кислоты выпадает вновь.
push_pinГлавное
Хлороводород — бесцветный газ, который хорошо растворяется в воде: один объём воды поглощает около 450 объёмов газа, что позволяет провести опыт «фонтан». Концентрированная соляная кислота содержит около 37 % HCl (12 М); при перегонке состав раствора приближается к составу азеотропа с 20,2 % HCl и температурой кипения 108,6 °C. Для лабораторного получения хлороводорода используют \(\ce{NaCl + H2SO4 (конц)}\); в промышленности его получают сжиганием \(\ce{H2}\) в \(\ce{Cl2}\), а также как побочный продукт хлорирования органических веществ. Ионные хлориды растворяются без химического изменения, тогда как \(\ce{PCl5}\), \(\ce{SiCl4}\) и \(\ce{TiCl4}\) гидролизуются. Хлорид-ион обнаруживают нитратом серебра в азотнокислой среде: образуется белый творожистый осадок, растворимый в аммиаке.
Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.