Кислородсодержащие соединения хлора
Ряд кислородных кислот хлора
| Кислота | Соль | Ст. ок. Cl | \(pK_a\) | Устойчивость |
|---|---|---|---|---|
| \(\ce{HClO}\) хлорноватистая | гипохлорит | +1 | 7,5 | только в растворе |
| \(\ce{HClO2}\) хлористая | хлорит | +3 | 2,0 | только в растворе |
| \(\ce{HClO3}\) хлорноватая | хлорат | +5 | ≈ −1 | в растворе до 40 % |
| \(\ce{HClO4}\) хлорная | перхлорат | +7 | ≈ −10 | выделена в чистом виде |
Сила кислоты растёт с числом атомов кислорода без водорода (правило Полинга, урок 66): отрицательный заряд аниона распределяется по большему числу атомов.
Окислительная активность падает от \(\ce{HClO}\) к \(\ce{HClO4}\): разбавленная хлорная кислота на холоду почти не окисляет — анион \(\ce{ClO4-}\) симметричен и кинетически инертен. Но горячая концентрированная \(\ce{HClO4}\) с органикой взрывается.
boltДва противоположных ряда
Сила кислоты: \(\ce{HClO} < \ce{HClO2} < \ce{HClO3} < \ce{HClO4}\). Окислительная активность: \(\ce{HClO} > \ce{HClO2} > \ce{HClO3} > \ce{HClO4}\). Устойчивость — как сила кислоты.
scienceСоли кислородных кислот хлора
- \(\ce{NaClO + 2HCl -> NaCl + Cl2 ^ + H2O}\).
- \(\ce{NaClO + 2KI + H2O -> NaCl + I2 + 2KOH}\) — определение «активного хлора».
- \(\ce{3NaClO ->[t] 2NaCl + NaClO3}\) — гипохлорит при нагревании диспропорционирует.
- \(\ce{KClO4 + H2SO4 (конц) ->[t] KHSO4 + HClO4}\) — получение хлорной кислоты перегонкой в вакууме.
Гипохлориты, хлораты, диоксид хлора
Гипохлориты — основа бытовых отбеливателей («белизна» — раствор \(\ce{NaClO}\)) и дезинфицирующих средств. В кислой среде выделяют хлор, на свету и при нагревании разлагаются.
Хлораты. Бертолетова соль \(\ce{KClO3}\) — окислитель в головке спички (с сульфидом сурьмы) и в фейерверках. При нагревании:
- с \(\ce{MnO2}\): \(\ce{2KClO3 -> 2KCl + 3O2}\);
- без катализатора: \(\ce{4KClO3 -> 3KClO4 + KCl}\).
errorХлораты и горючие вещества
Смеси хлоратов с серой, фосфором, органикой взрываются от удара и трения. Именно поэтому в «шведских» спичках красный фосфор нанесён на коробок, а бертолетова соль — на головку: воспламенение возникает только при трении одного о другое.
Диоксид хлора \(\ce{ClO2}\) — жёлтый газ с неспаренным электроном, взрывоопасен в концентрированном виде; его получают на месте и используют для отбелки бумаги (не даёт хлорорганики) и обеззараживания воды.
scienceХлораты в реакциях
- \(\ce{2NaClO3 + SO2 + H2SO4 -> 2ClO2 + 2NaHSO4}\) — производство диоксида хлора.
- \(\ce{KClO3 + 6HCl -> KCl + 3Cl2 + 3H2O}\).
- \(\ce{2KClO3 + 3S -> 2KCl + 3SO2}\) — горение смеси (опасно!).
- \(\ce{NaCl + 3H2O ->[эл. ток, t] NaClO3 + 3H2}\) — промышленный электролиз горячего рассола без диафрагмы.
Перхлораты
Хлорная кислота — одна из сильнейших обычных кислот; её соли — перхлораты — устойчивы и хорошо растворимы (кроме калиевой, рубидиевой, цезиевой — на этом основано осаждение калия).
auto_awesomeПерхлорат в ракетах
Твёрдотопливные ускорители «Спейс шаттла» содержали около 70 % перхлората аммония, 16 % алюминиевого порошка и полимерное связующее. Каждый ускоритель за две минуты сжигал около 500 тонн топлива: \(\ce{NH4ClO4}\) окисляет алюминий, давая \(\ce{Al2O3}\), \(\ce{HCl}\), \(\ce{N2}\), \(\ce{H2O}\).
auto_awesomeПерхлорат на Марсе
В 2008 году посадочный аппарат «Феникс» обнаружил в марсианском грунте перхлораты (около 0,5 %). Они понижают температуру замерзания воды — на Марсе могут существовать сезонные рассолы; но они же токсичны и мешают поиску органики: при нагревании пробы перхлорат сжигает её.
scienceПерхлораты
- \(\ce{NaClO3 + H2O ->[эл. ток] NaClO4 + H2}\) — электрохимическое окисление хлората.
- \(\ce{NaClO4 + NH4Cl -> NH4ClO4 + NaCl}\) — обменом получают перхлорат аммония.
- \(\ce{KCl + NaClO4 -> KClO4 v + NaCl}\) — малорастворимый перхлорат калия.
- \(\ce{Mg(ClO4)2}\) — «ангидрон», один из лучших осушителей газов.
push_pinГлавное
\(\ce{HClO}\) (+1), \(\ce{HClO2}\) (+3), \(\ce{HClO3}\) (+5), \(\ce{HClO4}\) (+7): с ростом степени окисления растут сила кислоты (\(pK_a\) 7,5 → 2 → −1 → −10) и устойчивость, а окислительная активность (скорость) падает. Гипохлориты — отбеливатели; хлорат калия (бертолетова соль) — окислитель в спичках и пиротехнике, при нагревании с \(\ce{MnO2}\) даёт кислород, без катализатора диспропорционирует в перхлорат. \(\ce{ClO2}\) — взрывчатый газ для отбелки целлюлозы. Перхлорат аммония — окислитель ракетного топлива; перхлораты найдены на Марсе.
Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.