Соединения хлора
Хлороводород, соляная кислота (HCl)
Способы получения хлороводорода
Промышленный способ:
- Синтез из простых веществ:
- Образуется как побочный продукт при хлорировании углеводородов:
R-H + Cl2 = R-Cl + HCl
Лабораторный способ:
В лаборатории HCl получают действием концентрированной H2SO4 на хлориды:
- при слабом нагревании
- при очень сильном нагревании
Физические свойства хлороводорода
HCl при обычной температуре — бесцветный газ с резким запахом, достаточно легко сжижается (Тпл = -114°С, Ткип = -85°С). Безводный НСl и в газообразном, и в жидком состояниях не проводит электрический ток.
HCl хорошо растворяется в воде: при обычной температуре в 1 л воды растворяется
450 л газа (реакция экзотермическая). Насыщенный раствор содержит 36-37 % HCl по массе, имеет резкий, удушающий запах.
Химические свойства хлороводорода
Газообразный HCl
Безводный НСl химически инертен по отношению к металлам, оксидам и гидроксидам металлов, а также ко многим другим веществам. Что означает, что в отсутствие воды хлороводород не проявляет кислотных свойств.
И только при очень сильном нагревании газообразный HCl реагирует с металлами, даже такими малоактивными, как Сu и Аg.
Восстановительные свойства HCl проявляются также в малой степени:
- он может окисляться фтором при обычной температуре:
- при высокой температуре (600°С) в присутствии катализаторов обратимо реагирует с кислородом:
Раствор HCl
Водный раствор HCl является сильной кислотой, т.к. молекулы HCl практически полностью распадаются на ионы:
Общие свойства кислот
Он проявляет все свойства кислот:
- реагирует с металлами, стоящими в электрохимическом ряду напряжения металлов до водорода Н:
- взаимодействует с основными и амфотерными оксидами:
- реагирует с основаниями и амфотерными гидроксидами:
- Вступает в реакцию с аммиаком:
- взаимодействует с солями более слабых кислот:
- Реагирует с сильными окислителями F2, MnO2, KMnO4, KClO3, K2Cr2O7. При этом анион Cl — окисляется до свободного хлора:
2Cl — — 2e — = Cl2 0
- Качественная реакция – взаимодействие с растворимыми солями серебра с образованием белого творожистого осадка хлорида серебра:
- С органическими соединениями
Вступает в реакции с органическими соединениями:
с аминами:
с аминокислотами:
Кислородсодержащие кислоты галогенов
Хлорноватистая кислота (HClO) и ее соли
Хлорноватистая кислота очень слабая кислота и существует только в разбавленных водных растворах.
Получение хлорноватистой кислоты:
- Диспропорционирование хлора в холодной воде:
- Реакция гипохлоритов с диоксидом углерода и водой :
Химические свойства хлорноватистой кислоты:
- Несмотря на то, что хлорноватистая кислота HClO –слабая кислота, она является сильным окислителем, особенно в кислой среде. При этом хлор хлорноватистой кислоты восстанавливается до степени окисления -1.
HClO + KI → KIO3 + HCl
2HBr + HClO → HCl + Br2 + H2O
4HClO + MnS → 4HCl + MnSO4
- на свету хлорноватистая кислота разлагается:
- Как кислота реагирует с сильными основаниями:
HClO + KOH → KClO + H2O
- Хлорноватистая кислота диспропорционирует:
3HClO → 2HCl + НСlO3
Химические свойства солей хлорноватистой кислоты (гипохлоритов):
- Разложениегипохлоритов при нагревании:
- Кислоты, более сильные, чем хлорноватистая вытесняют гипохлориты из солей:
NaClO + 2HCl → NaCl + Cl2 + H2O
- Взаимодействуют с другимисолями, если продуктом является слабый электролит:
Хлористая кислота (HClO2) и ее соли
Хлористая кислота HClO2– слабая кислота, существует только в водных растворах, очень неустойчива
Способы получения хлористой кислоты:
- Хлористую кислоту можно получить окислением оксида хлора пероксидом водорода:
Химические свойства хлористой кислоты:
- Вступает в реакциис щелочами с образованием хлоритов:
- При длительном хранении разлагается:
Соли хлористой кислоты – хлориты
- разлагаются при нагревании:
- реагируют с сильными кислотами:
- являются слабыми восстановителями и сильными окислителями в кислой среде:
Хлорноватая кислота (HClO3) и ее соли
Хлорноватая кислота HClO3– существует только в водных растворах, в свободном виде не выделена. Является сильной кислотой
Получение хлорноватой кислоты:
Действием кислот на хлораты:
Химические свойства хлорноватой кислоты:
- Взаимодействует с щелочами с образованием хлоратов:
- Окисляет некоторые вещества:
- Разлагается при слабом нагревании:
Соли хлорноватой кислоты – хлораты:
Получают хлораты при пропускании хлора через подогретый раствор щелочи:
- Хлораты сильные окислители.
- хлорат калия (бертолетова соль) при нагревании разлагается диспропорционируя на хлорид и перхлорат калия:
- В присутствии оксида марганца (IV) в качестве катализатора хлорат калия разлагается с выделением кислорода:
Хлорная кислота (HClO4) и ее соли
Хлорная кислота HClO4– летучая, хорошо растворимая в воде жидкость, не имеющая цвета. Является сильной кислотой и сильным окислителем. Взрывоопасна. Кислотный оксид — Cl2O7, соли хлорной кислоты — перхлораты.
Получение хлорной кислоты
Перегонкой при пониженном давлении смеси перхлората калия с серной кислотой:
Химические свойства хлорной кислоты
- Как сильная кислота вступает в реакции с щелочами с образованием перхлоратов:
- Как сильный окислитель окисляет многие вещества:
- Хлорная кислота является неустойчивой и разлагается при умеренном нагревании:
Химические свойства солей хлорной кислоты – перхлоратов:
- Перхлораты также являются сильнымиокислителями
- Взаимодействуют с сильными кислотами:
- При нагревании более 550ºС разлагаются:
Оксиды хлора
Оксид хлора (I), оксид дихлора ( Cl2O)
В газообразном состоянии имеет темно-желтый цвет, в жидком состоянии – красно-бурый. Неустойчив на свету при повышении температуры.
Получение оксид хлора (I)
Химические свойства оксида хлора (I)
- Имеет кислотные свойства. Реагирует с водой, щелочами:
- Является сильным окислителем:
- При температуре выше 20ºС или на свету разлагается:
Оксид хлора (IV), диоксид хлора, двуокись хлора ( ClO2)
ClO2 – ядовитый газ желто-зеленого цвета с резким запахом. Взрывается при механическом воздействии, при нагревании до 100 ºС и при контакте с восстановителем
Получение двуокиси хлора
В промышленности ClO2 получают, пропуская оксид серы (IV) через подкисленный раствор хлората натрия NaClO3:
В лаборатории ClO2получают при взаимодействии хлората калия с щавелевой кислотой в присутствии концентрированной серной кислоты:
Химические свойства оксида хлора (IV)
- ClO2 сильный окислитель, проявляет кислотные свойства. Реагирует с водой (медленно), со щелочью (быстро):
6ClO2 + 3H2O = HCl + 5HClO3 (горячая вода)
- Разлагается в концентрированной хлороводородной кислоте:
- Проявляет окислительно-восстановительные свойства:
Оксид хлора (VI), триоксид хлора (ClO3 (Cl2O6))
ClO3 (Cl2O6) – вязкая жидкость красного цвета. Соприкосновение с органическими веществами приводит к взрыву.
Получение оксида хлора (VI)
Получают окислением озоном ClO2
Химические свойства оксида хлора (VI)
- В обычных условиях постепенно разлагается на ClO2 и О2:
- ClO2 – сильный окислитель. Вступает в реакции диспропорционирования с водой, со щелочью:
Оксид хлора (VII) (Cl2О7)
Cl2О7 – тяжелая, маслянистая жидкость, не имеющая цвета. Наиболее устойчивый из всех оксидов хлора. Очень взрывоопасен.
Получение оксида хлора (VII)
Получают при взаимодействии оксида фосфора (V) с концентрированной хлорной кислотой:
Химические свойства Cl2O7
Проявляет кислотные свойства.
- При взаимодействии Cl2О7 с водой образуется хлорная кислота HClO4:
- При взаимодействии Cl2О7 с щелочами образуются перхлораты:
- При нагревании разлагается:
Взаимодействие кислот с оксидами металлов
Разделы: Химия
Цель урока:
- Знакомство учащихся еще с одним свойством кислот — взаимодействие их с оксидами металлов:
а) значение реакции обмена между кислотами и оксидами
б) очистка поверхности металла от ржавчины - Проверить и закрепить полученные знания и умения:
а) типы химических реакций
б) свойства кислот - Обобщение полученных знаний.
- Закрепление знаний учащихся .
- Подготовка к практической работе.
Методы работы:
Беседа. Демонстрация опыта: взаимодействие серной кислоты с оксидом меди(II) . Лабораторные опыты. Взаимодействие соляной кислоты с оксидом магния. Демонстрация опыта. Пропускание оксида углерода (IV) через раствор серной кислоты. Обобщение и наблюдение.
- Какие известные вам кислоты?
- Сравните свойства серной и соляной кислот.
- Какое правило нужно соблюдать при использовании серной кислоты в воде?
- Назовите общие свойства кислот. Ответ поясните примерами.
- Перед вами две кислоты:
а) обратите внимание на их признаки;
б) по этим признакам назовите каждую;
в) запишите их формулы. - Приводятся формулы различных веществ:
а) выпишите из них формулы кислот и назовите их.
б) подчеркните формулы бескислородных кислот: Cu (OH)₂‚ HCl‚ CO₂‚ P₂O₅‚ H₃PO₄‚ KOH‚ H₂SO₄‚H₂S‚ Al₂O₃‚ H₂SO₃‚ CuSO₄‚ HNO₃.
в) определите валентность кислотных остатков. - Пойдут ли реакции:
а) между медью и соляной кислотой;
б) между цинком и соляной кислотой;
в) между железом и разбавленной серной кислотой?
Какой этот тип химической реакции? - Какие известны еще типы химических реакции? Приведите примеры.
Урок начинается с постановки «проблем».
- Взаимодействуют ли кислоты с оксидами металлов, неметаллов?
- Как получить соль металла, не вытесняющего водород из кислоты? Объяснить на примере получения сульфата меди (II).
Решаем первый вопрос: будут ли реагировать кислоты с оксидами металлов? Демонстрация опыта. Взаимодействие оксида меди с серной кислотой.
Показать оксид меди, серную кислоту и предложить учащимся описать их свойства. Затем учитель наливает в стакан объемом 150-200мл. 20-25мл. серной кислоты(1:5), высыпает ложку оксида меди (II), перемешивает. Происходят ли какие изменения? Заметных изменений нет. Нагреваем. Что наблюдаем?
Раствор становится голубым, черный порошок на дне стакана растворился. Добавляем еще немного оксида и перемешиваем до полного его растворения. Добавление оксида меди прекращаем до того, когда новая порция не остается на дне стакана не растворившейся. И только тогда приливаем немного воды.
Что представляет собой раствор голубого цвета? Как выделить образовавшееся вещество из раствора?
- Показать фильтрование горячего раствора:
а) приготовление фильтра.
б) правила фильтрования. - Выпаривание филтрата в фарфоровой чашке.
Обратить внимание на некоторые трудности выпаривания – соль разлетается, чтобы этого избежать, нужно особенно подчеркивать, что раствор надо перемешивать и выпаривать только до появления первых кристаллов, а не досуха.
На доске записываем уравнение реакции:
CuO+H₂SO₄= CuSO₄ + H₂O
Можно ли отнести эту реакцию к одному из известных вам типов?
Атомы меди и водорода поменялись местами. Это реакция обмена. Реакцией обмена называются реакции между двумя сложными веществами, при которых они обмениваются своими составными частями.
Вывод учащихся: при взаимодействии серной кислоты с оксидом меди, получается соль и вода.
Могут ли другие кислоты реагировать с оксидами?
Учащиеся выполняют лабораторные опыты:
- Взаимодействие соляной кислоты с оксидом железа (III).(оксид железа должен быть в виде буро-красного порошка. Темно-серая кристаллическая модификация почти не растворятся в кислотах).
- Взаимодействие оксида магния с соляной кислотой.
Химические свойства основных оксидов
Химические свойства основных оксидов
Подробно про оксиды, их классификацию и способы получения можно прочитать здесь.
1. Взаимодействие с водой. С водой способны реагировать только основные оксиды, которым соответствуют растворимые гидроксиды (щелочи). Щелочи образуют щелочные металлы (литий, натрий, калий, рубидий и цезий) и щелочно-земельные (кальций, стронций, барий). Оксиды остальных металлов с водой химически не реагируют. Оксид магния реагирует с водой при кипячении.
CuO + H2O ≠ (реакция не идет, т.к. Cu(OH)2 — нерастворимый гидроксид)
2. Взаимодействие с кислотными оксидами и кислотами. При взаимодействии основным оксидов с кислотами образуется соль этой кислоты и вода. При взаимодействии основного оксида и кислотного образуется соль:
основный оксид + кислота = соль + вода
основный оксид + кислотный оксид = соль
При взаимодействии основных оксидов с кислотами и их оксидами работает правило:
Хотя бы одному из реагентов должен соответствовать сильный гидроксид (щелочь или сильная кислота).
Иными словами, основные оксиды, которым соответствуют щелочи, реагируют со всеми кислотными оксидами и их кислотами. Основные оксиды, которым соответствуют нерастворимые гидроксиды, реагируют только с сильными кислотами и их оксидами (N2O5, NO2, SO3 и т.д.).
Основные оксиды, которым соответствуют щелочи | Основные оксиды, которым соответствуют нерастворимые основания |
Реагируют со всеми кислотами и их оксидами | Реагируют только с сильными кислотами и их оксидами |
Na2O + SO2 → Na2SO3 | CuO + N2O5 → Cu(NO3)2 |
3. Взаимодействие с амфотерными оксидами и гидроксидами.
При взаимодействии основных оксидов с амфотерными образуются соли:
основный оксид + амфотерный оксид = соль
С амфотерными оксидами при сплавлении взаимодействуют только основные оксиды, которым соответствуют щелочи . При этом образуется соль. Металл в соли берется из более основного оксида, кислотный остаток — из более кислотного. В данном случае амфотерный оксид образует кислотный остаток.
CuO + Al2O3 ≠ (реакция не идет, т.к. Cu(OH)2 — нерастворимый гидроксид)
(чтобы определить кислотный остаток, к формуле амфотерного или кислотного оксида добавляем молекулу воды: Al2O3 + H2O = H2Al2O4 и делим получившиеся индексы пополам, если степень окисления элемента нечетная: HAlO2. Получается алюминат-ион AlO2 — . Заряд иона легко определить по числу присоединенных атомов водорода — если атом водорода 1, то заряд аниона будет -1, если 2 водорода, то -2 и т.д.).
Амфотерные гидроксиды при нагревании разлагаются, поэтому реагировать с основными оксидами фактически не могут.
4. Взаимодействие оксидов металлов с восстановителями.
При оценке окислительно-восстановительной активности металлов и их ионов можно использовать электрохимический ряд напряжений металлов:
Восстановительные свойства (способность отдавать электроны) у простых веществ-металлов здесь увеличиваются справа налево, окислительные свойства ионов металлов — увеличиваются наоборот, слева направо. При этом некоторые ионы металлов в промежуточных степенях окисления могут проявлять также восстановительные свойства (например ион Fe 2+ можно окислить до иона Fe 3+ ).
Более подробно про окислительно-восстановительные реакции можно прочитать здесь.
Таким образом, ионы некоторых металлов — окислители (чем правее в ряду напряжений, тем сильнее). При взаимодействии с восстановителями металлы переходят в степень окисления 0.
4.1. Восстановление углем или угарным газом.
Углерод (уголь) восстанавливает из оксидов до простых веществ только металлы, расположенные в ряду активности после алюминия. Реакция протекает только при нагревании.
FeO + C = Fe + CO
Активные металлы, расположенные в ряду активности левее алюминия, активно взаимодействуют с углеродом, поэтому при взаимодействии их оксидов с углеродом образуются карбиды и угарный газ:
CaO + 3C = CaC2 + CO
Угарный газ также восстанавливает из оксидов только металлы, расположенные после алюминия в электрохимическом ряду:
CuO + CO = Cu + CO2
4.2. Восстановление водородом .
Водород восстанавливает из оксидов только металлы, расположенные в ряду активности правее алюминия. Реакция с водородом протекает только в жестких условиях – под давлением и при нагревании.
CuO + H2 = Cu + H2O
4.3. Восстановление более активными металлами (в расплаве или растворе, в зависимости от металла)
При этом более активные металлы вытесняют менее активные. То есть добавляемый к оксиду металл должен быть расположен левее в ряду активности, чем металл из оксида. Реакции, как правило, протекают при нагревании.
Например , оксид цинка взаимодействует с алюминием:
3ZnO + 2Al = Al2O3 + 3Zn
но не взаимодействует с медью:
ZnO + Cu ≠
Восстановление металлов из оксидов с помощью других металлов — это очень распространенный процесс. Часто для восстановления металлов применяют алюминий и магний. А вот щелочные металлы для этого не очень подходят – они слишком химически активны, что создает сложности при работе с ними.
Алюмотермия – это восстановление металлов из оксидов алюминием.
Например : алюминий восстанавливает оксид меди (II) из оксида:
3CuO + 2Al = Al2O3 + 3Cu
Магниетермия – это восстановление металлов из оксидов магнием.
CuO + Mg = Cu + MgO
Железо можно вытеснить из оксида с помощью алюминия:
При алюмотермии образуется очень чистый, свободный от примесей углерода металл.
4.4. Восстановление аммиаком.
Аммиаком можно восстанавливать только оксиды неактивных металлов. Реакция протекает только при высокой температуре.
Например , аммиак восстанавливает оксид меди (II):
3CuO + 2NH3 = 3Cu + 3H2O + N2
5. Взаимодействие оксидов металлов с окислителями.
Под действием окислителей некоторые основные оксиды (в которых металлы могут повышать степень окисления, например Fe 2+ , Cr 2+ , Mn 2+ и др.) могут выступать в качестве восстановителей.
Например , оксид железа (II) можно окислить кислородом до оксида железа (III):
http://urok.1sept.ru/articles/571451
http://chemege.ru/basicoxides/