Страницы Список страниц 14 15 16 17 18 · · ·  45                    

§41. Галогеноводородные кислоты

Из галогеноводородных кислот наибольшее применение имеет соляная кислота. Она принадлежит к числу бескислородных кислот. Формула соляной кислоты такая же, как и хлористого водорода, — НСl. Поскольку соляная кислота представляет собой раствор хлористого водорода в воде, она никогда не может быть 100%. Самая высокая концентрация, которая может быть достигнута при насыщении воды хлористым водородом,равна 36,5%. Удельный вес такой кислоты равен 1,18 г /см9.
Над поверхностью концентрированной соляной кислоты всегда заметен «дымок». Это выделяющийся из кислоты хлористый водород соединяется на воздухе с парами воды и образует «туман», представляющий собой мельчайшие капельки соляной кислоты.
Соляная кислота имеет характерный, иногда очень сильный запах хлористого водорода, поэтому соляную кислоту рекомендуется хранить в вытяжном шкафу в склянках с притертыми пробками и притертыми колпаками (рис. 30). Переливание соляной кислоты из сосуда в сосуд должно производиться также под тягой. Полярный характер связи в молекуле хлористого водорода приводит к тому, что в растворе его молекула легко диссоциирует на ионы:
НСl = Н+ + Сl

Сосуд для хранения летучих веществ с притертой пробкой и притертым колпаком.

Рис. 30. Сосуд для хранения летучих веществ с притертой пробкой и притертым колпаком.

Соляная кислота является сильным электролитом.
Соляная кислота — едкая жидкость, поэтому следует принимать меры предосторожности и при попадании на кожу или одежду немедленно смывать ее большим количеством воды и в дальнейшем нейтрализовать содой.

Соляная кислота обладает характерными свойствами кислот. Она изменяет окраску индикаторов, а также дает следующие реакции:
1) с металлами более активными, чем водород
Zn + 2НСl = ZnCl2 + H2

Zn0 + 2H+ + 2Cl = Zn2+ + 2Cl + H2↑

Zn0 + 2H+ = Zn2+ + H2
2) с основными окислами
MgO + 2HCl = MgCl2 + H2O

MgO + 2H+ + 2Cl = Mg2+ + 2Сl + H2O

MgO + 2H+ = Mg2+ + H2O
3) с растворимыми и нерастворимыми основаниями
NaOH + НСl = NaCl + H2O

Na+ + ОН + H+ + Сl = Na+ + Cl + H2O
Н+ + OH = H2O
Cu(OH)2 + 2НСl = CuCl2 + 2H2O

Сu(ОН)2 + 2Н+ + 2Сl = Cu2+ + 2Сl + 2H2O

Cu(OH)2 + 2H+ = Cu2+ + 2H2O
4) с солями
Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + H2O + CO2

2Na+ + CO23 + 2H+ + 2Cl = 2Na+ + 2Cl + H2O + CO2

2H+ + CO23 = H2O + CO2
Особенно интересно взаимодействие соляной кислоты с растворимыми серебряными солями, например с нитратом серебра:
AgNO3 + НСl = AgCl + HNO,

Ag+ + Cl = AgCl
При этой реакции образуется белый творожистый осадок, нерастворимый в кислотах, но растворимый в аммиаке с образованием комплексного соединения.
Реакция с нитратом серебра является характерной качественной реакцией на соляную кислоту и ее соли.

С помощью этой реакции распознаются соляная кислота и ее соли.
Атом хлора в молекуле соляной кислоты, так же как и в молекуле хлористого водорода, находится в отрицательной степени окисления —1, поэтому в окислительно-восстановительных реакциях соляная кислота ведет себя как восстановитель.
Другие галогеноводородные кислоты весьма сходны с соляной кислотой. Некоторые особенности свойств имеются у плавиковой кислоты, которая в отличие от остальных кислот является слабым электролитом, так как фтор обладает высокой электроотрицательностью, небольшим (по сравнению с другими галогенами) радиусом атома и очень прочно удерживает около себя водород. Плавиковая кислота растворяет стекло. Главным компонентом стекла является двуокись кремния, которая реагирует с плавиковой кислотой, образуя четырехфтористый кремний:
4HF + SiO2 = SiF4 + 2H2O
Плавиковую кислоту никогда не хранят в стеклянной посуде. Ее хранят и перевозят либо в посуде, сделанной из парафина с воском (на парафин плавиковая кислота не действует), либо в каучуковых или эбонитовых сосудах.
Все остальные галогеноводородные кислоты являются сильными электролитами.

■ 27. Даны вода, поваренная соль, водород. Как, пользуясь этими веществами, можно получить соляную кислоту? Ответ подтвердите уравнениями реакций. (См. Ответ)
28. На 45 г поваренной соли подействовали 49 г серной кислоты. При этом получилось 12 г хлористого водорода. Можно ли из смеси, оставшейся в реакционном сосуде, получить еще хлористый водород, если ничего не прибавлять? Если да, то какой объем хлористого водорода может быть получен дополнительно?
29. Хлористый водород, полученный при действии концентрированной серной кислоты на 234 в поваренной соли, растворили в 354 г воды. Каковы процентная, молярная и нормальная концентрации этого раствора? (См. Ответ)

Галогеноводородные кислоты используются в разных областях народного хозяйства.
Применение соляной кислоты показано на схеме (рис. 31).

• Запишите в тетрадь области применения соляной кислоты.

Применение соляной кислоты

Рис. 31. Применение соляной кислоты.

Способностью плавиковой кислоты разъедать стекло пользуются при гравировке стеклянных изделий и вытравлении надписей. Для этого изделие парафинируют, на парафине вычерчивают узор, а затем помещают в печь с освинцованными стенками (свинец, реагируя с плавиковой кислотой, покрывается нерастворимым фтористым свинцом, не допускающим дальнейшего окисления). В печь пропускают пары плавиковой кислоты. Через некоторое время изделие извлекают и снимают парафин. Места, защищенные парафином, действию плавиковой кислоты не подвергались, а свободное от парафина стекло частично растворилось и на поверхности его образовался узор, вычерченный на парафине. Если грани узора отшлифовать, то получается красивое хрустальное изделие. Точно так же делают «вечные» надписи на склянках с реактивами.

§ 42. Соли галогеноводородных кислот

Соли галогеноводородных кислот — фториды, хлориды, бромиды и иодиды встречаются в природе в виде минералов.
Из хлоридов наибольшее значение имеет хлорид натрия, который встречается в природе как в виде каменной соли, образовавшейся на месте древних высохших соляных озер, так и в виде самосадочной соли, которая и в настоящее время осаждается в соляных озерах.
Поваренная соль кристаллизуется в виде кубических кристаллов, не имеет запаха, обладает соленым вкусом. Поваренная соль хорошо растворима в воде. С изменением температуры ее растворимость почти не меняется. Это имеет определенное значение при выделении поваренной соли из растворов других солей методом перекристаллизации.
О применении хлорида натрия можно судить по схеме, приведенной на, рис. 32.

• Запишите в тетрадь области применения поваренной соли.

Другая соль, широко распространенная в природе, — хлорид калия КСl. В природе он встречается в виде минерала сильвина КСl или сильвинита KCl-NaCl.
Хлорид калия применяется в сельском хозяйстве в качестве удобрения. До 1930 г. хлорид калия ввозился в нашу страну из-за границы. Благодаря исследованиям акад. Н. С. Курнакова около Соликамска найдено громадное месторождение хлорида калия.
Хлорид кальция СаСl2 — соль, содержащаяся в морской воде, но чаще всего получаемая искусственным путем. Интересным свойством хлорида кальция является его высокая гигроскопичность. Хлорид кальция энергично поглощает воду, поэтому его применяют в эксикаторах (рис. 33).

Применение хлорида натрия

Рис. 32. Применение хлорида натрия.

Эксикатор служит для хранения веществ, которые необходимо предохранить от увлажнения парами воды, всегда присутствующими в воздухе. Это стеклянный сосуд, состоящий из двух частей, разделенных фарфоровой решеткой 3. В нижнюю часть сосуда 4 помещают хлористый кальций, концентрированную серную кислоту или другое вещество, энергично поглощающее воду. В верхнюю часть сосуда 1 на решетку 3 помещают чашку или тигель с высушиваемым веществом. Сверху эксикатор закрывают толстой стеклянной крышкой 2 с притертой поверхностью.

Хлористый кальций хорошо растворяется в воде. В твердом виде — вещество кристаллическое.
Хлорид бария ВаСl2 ядовит. Он широко применяется для борьбы с вредителями сельского хозяйства, а также в качестве реактива на серную кислоту и ее соли.
Хлорид серебра AgCl — творожистое белое вещество. Под действием света постепенно темнеет, разлагаясь с выделением металлического серебра.
Хлорид магния MgCl2—единственная соль, из которой в промышленности получают металлический магний.

Эксикатор

Рис. 33. Эксикатор.
1-резервуар; 2 -притертая крышка; 3- фарфоровая решетка; 4 — хлорид кальция.

Фторид натрия NaF довольно широко применяется в борьбе с грызунами и с некоторыми насекомыми-вредителями, а также для предохранения древесины от гниения. Фторидом натрия пропитывают шпалы, телеграфные столбы, строительные деревянные детали для удлинения срока их службы.
Плавиковый шпат, или флюорит, CaF, — наиболее распространенное соединение фтора, из которого получают все фтористые соединения и свободный фтор. Плавиковый шпат иногда встречается в виде правильных кристаллов с очень ценными оптическими свойствами. Из них изготовляют линзы, различные оптические приборы. Такие линзы приходится оберегать от толчков, так как они очень хрупкие.

Из солей брома следует прежде всего отметить бромид магния MgBr2, который в природе сопровождает поваренную соль, а также хлорид калия. После извлечения поваренной соли из воды соляных озер в рассоле остается значительный процент бромида магния. Бромид магния встречается и в морской воде, но в очень небольших количествах, невыгодных для его промышленного получения.
Большое применение соли брома, главным образом бромиды натрия и калия, находят в медицине.

Бромиды сильно понижают возбудимость нервной системы. Но лечение бромистыми препаратами допустимо только при здоровых почках, иначе вследствие задержки выведения бромидов из организма может наступить отравление. Продолжительное лечение бромидами также не рекомендуется.
Бромид серебра AgBr обладает способностью легко разлагаться на свету с выделением металлического серебра в виде черной массы
2AgBr = 2Ag + Вr2.
Это свойство AgBr широко используется в фотографии.
Йодид серебра окрашен в желтый цвет, и, так же как хлорид и бромид серебра, он нерастворим в кислотах.
Реактивом на анионы Сl, Br, I в кислотах и солях является катион Ag+, который даете этими анионами нерастворимые в воде и кислотах, по-разному окрашенные осадки: AgCl — белый, AgBr — желтоватый, быстро темнеющий, AgI — желтый. Анион F- таким образом открыть нельзя, так как AgF — соль растворимая.

• Выпишите в тетрадь формулы и названия всех приведенных в тексте солей галогенов, дайте им названия и постарайтесь возможно полнее перечислить, где они применяются.

■ 30. Каким образом из раствора иодида натрия можно удалить примесь свободного иода?
31. Йодкрахмальная бумага пропитана растворами крахмала и иодида калия. Почему при попадании в хлорную воду она синеет?
32. В пробирки налили растворы: в одну — хлорид натрия, в другую — бромид калия, в третью — иодид калия, в четвертую — фторид натрия. Как определить, в какой пробирке какая соль?
33. Соль, образовавшуюся при взаимодействии 20 г гидроксида магния и 20 л бромистого водорода, растворили в 40 мл воды. Какой процентной концентрации получился раствор. (См. Ответ)

§ 43. Кислородные соединения галогенов

Среди кислородных соединений галогенов, в которых они проявляют положительные степени окисления, наиболее известны и получили наибольшее применение кислородные соединения хлора. Фтор не образует соединений, в которых он проявил бы положительную степень окисления, а бром и иод образуют, но практическое применение этих соединений значительно меньше.
Хлор может образовывать соединения не только с водородом и металлами, но и с кислородом. Правда, эти соединения никогда не образуются при непосредственном взаимодействии хлора с кислородом, но могут быть получены косвенным путем. В табл. 12 приведены окислы хлора, в которых он проявляет различные степени окисления.

Окислы хлора. Таблица 12
Окисел
Название
Степень окисления
Сl2O7
Сl2О5
Сl2O3
Сl2О
ClO2
Хлорный ангидрид
Хлорноватый ангидрид
Хлористый ангидрид
Хлорноватистый ангидрид
Двуокись хлора (сильно взрывчата)
+7
+5
+3
+1
+4

Перечисленным ангидридам соответствуют кислоты: НСlO4 — хлорная кислота, ее соли называются перхлоратами; НСlO3, — хлорноватая кислота, ее соли называются хлоратами; НСlO2 — хлористая кислота, ее соли называются хлоритами; НСlO — хлорноватистая кислота, ее соли называются гипохлоритами.

■ 35. Составьте и заполните таблицу (См. Ответ)

Кислородные соединения хлора
Степень окисления хлора
Формула
окисла
Название окисла
Формула кислоты
Название кислоты
Формула и название соли

Все кислородные кислоты хлора являются сильными окислителями и значительно менее устойчивы, чем их соли. С возрастанием степени окисления хлора повышается и степень диссоциации кислот, однако окислительные свойства уменьшаются. Наиболее сильным электролитом является хлорная кислота НСlO4, наиболее слабым — хлорноватистая НСlO.
Из кислородных кислот хлора хлорноватистая — наиболее сильный окислитель, хлорная — наиболее слабый.

■ 36. Составьте уравнения окислительно-восстановительных реакций, протекающих с участием кислородных соединений хлора по следующим схемам:
а) НСlO + H2S → .. .(S+6; Cl-1);
б) Вr2 + НСlO → .. .(Вr+5; Cl-1);
в) НСlO3 + NH3 → .. .(HNO3; Cl-1);
г) НСlO3 + KNO2 → .. .(KNO3; Сl-1)
(в скобках приведены конечные степени окисления). (См. Ответ)

Хлорноватистая кислота образуется при растворении хлора в воле:
Сl2 + Н2О = НСl + НСlO
В дальнейшем она разлагается с образованием атомарного кислорода:
НСlO = НСl + [О] Упрощенно обычно изображают первую и последнюю стадии этого процесса:
Cl2 + Н2О = 2HCl + [О] Сами окислы и кислоты хлора большого практического значения не имеют, зато в хозяйстве довольно широко применяются некоторые соли этих кислот, например гипохлорит натрия NaClO. Он получается из хлора и едкого натра по реакции:
Сl3 + 2NaOH = NaCl + NaClO + Н2О
Процесс идет при пропускании хлора через холодный концентрированный (30%) раствор едкого натра.
Гипохлорит натрия очень легко разлагается с выделением атомарного кислорода. Выделяющийся атомарный кислород может быть использован для отбеливания тканей, так же как при действии хлорной воды, для дезинфекции ран (0,5—1% раствор).

Другая общеизвестная соль хлорноватистой кислоты — хлорная (белильная) известь Са(СlO)2. Получается белильная известь аналогично гипохлориту натрия — пропусканием хлора через «известковое молоко» (взвесь гашеной извести Са(ОН)2 в воде):
2Са(ОН)2 + 2Сl2 = Са(СlO)2 + СаСl2 + 2Н2O
Хлорная известь — белое твердое порошкообразное вещество, обладающее сильным запахом хлора, по которому определяют пригодность ее к употреблению. Хлорная известь легко разлагается под действием воды и двуокиси углерода с выделением атомарного кислорода. Она проявляет сильное белящее действи.
Са(СlO)2+ СО2+Н2O = СаСO3 + 2НСl + [O] При действии соляной кислоты, на хлорную известь идет окислительно-восстановительный, процесс, проходящий с выделением свободного хлора:
Са(ОСl)2 + 4НСl = 2Сl2 + СаСl2 + 2Н2O
Выделяющийся хлор носит название «активного». Качество хлорной извести определяется количеством содержащегося в ней активного хлора. Дешевизна хлорной извести делает ее самым экономически выгодным отбеливателем. Кроме того, белильная известь применяется для дезинфекции воды в сельских местностях, для дегазации местности, зараженной отравляющими веществами, для обеззараживания отхожих мест и т. д.

■ 37. Почему хлорную известь можно применять для дезинфекции, как и хлорную воду?
38. Что такое «активный» хлор?
39. Почему хлорная известь при длительном хранении утрачивает свои свойства? (См. Ответ)

КСlO3 — хлорат калия, или бертолетова соль. Название дано по фамилии французского химика конца XVIII века Бертолле, который впервые изучил состав и свойства этой соли.
КСlO3 — Соль хлорноватой кислоты. При нагревании в присутствии двуокиси марганца МnO2 разлагается с выделением кислорода:
2КСlO3 = 2КСl + 3O3

Бертолетова соль — сильный окислитель, поэтому ее хранят в отдельных шкафах, берегут от загрязнения органическими веществами, так как это может вызвать воспламенение этих веществ.
Благодаря сильной окисляющей способности бертолетова соль применяется в производстве спичек и при изготовлении бенгальских огней. Если смешать бертолеву соль с серой, фосфором или углем, такие смеси могут самовоспламеняться. При ударе смеси могут взрываться. Бертолетова соль ядовита: попадая в организм, она растворяет красные кровяные тельца.
При работе с бертолетовой солью нужно пользоваться только очень малыми количествами ее.

• Запишите в тетрадь, где применяются белильная известь и бертолетова соль.

В отличие от гипохлоритов хлораты получают пропусканием хлора через горячий концентрированный раствор щелочи:
4КОН + 2Сl2 = 3KCl + КСlO3 + 2Н2O

■ 40. Какие меры безопасности следует соблюдать при работе с бертолетовой солью и почему? (См. Ответ)

16

15 17