Молярная масса хлороводорода. Хлороводород и соляная кислота Восстановительные свойства хлороводорода

Хлористый водород - что это такое? Хлороводород - это бесцветный газ, обладающий резким запахом. Он легко растворяется в воде, образуя соляную кислоту. Химическая формула хлористого водорода - HCl. Он состоит из атома водорода и хлора, соединенных ковалентной полярной связью. Хлороводород легко диссоциирует в полярных растворителях, что обеспечивает хорошие кислотные свойства данного соединения. Длина связи составляет 127,4 нм.

Физические свойства

Как было сказано выше, в нормальном состоянии хлороводород - это газ. Он несколько тяжелее воздуха, а также обладает гигроскопичностью, т. е. притягивает пары воды прямо из воздуха, образуя при этом густое облака пара. По этой причине говорят, что хлористый водород «дымит» на воздухе. Если охлаждать данный газ, то на отметке -85 °С он сжижается, а к -114 °C становится твердым веществом. При температуре 1500 °С разлагается на простые вещества (исходя из формулы хлористого водорода, на хлор и водород).

Раствор HCl в воде называют соляной кислотой. Она представляет собой бесцветную едкую жидкость. Иногда имеет желтоватый оттенок из-за примесей хлора или железа. Из-за гигроскопичности максимальная концентрация при 20 °С - 37-38 % по массе. От нее же зависят и другие физические свойства: плотность, вязкость, температуры плавления и кипения.

Химические свойства

Сам хлороводород обычно в реакции не вступает. Лишь только при высокой температуре (более 650 °С) он реагирует с сульфидами, карбидами, нитридами и боридами, а также оксидами переходных металлов. В присутствии кислот Льюиса может взаимодействовать с гидридами бора, кремния и германия. А вот ее водный раствор гораздо более химически активен. По своей формуле хлористый водород - это кислота, поэтому он обладает некоторыми свойствами кислот:

• Взаимодействие с металлами (которые стоят в электрохимическом ряду напряжений до водорода):

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2

• Взаимодействие с амфотерными и основными оксидами:

BaO + 2HCl = BaCl 2 + H 2 O

• Взаимодействие со щелочами:

NaOH + HCl = NaCl + H 2 O

Взаимодействие с некоторыми солями:

Na 2 CO 3 + 2HCl = 2NaCl + H 2 O + CO 2

• При взаимодействии с аммиаком образуется соль хлорида аммония:

NH 3 + HCl = NH 4 Cl

Но соляная кислота не взаимодействует со свинцом из-за пассивации. Это обусловлено образованием на поверхности металла слоя хлорида свинца, который нерастворим в воде. Таким образом, этот слой защищает металл от дальнейшего взаимодействия с соляной кислотой.

В органических реакциях она может присоединятся по кратным связям (реакция гидрогалогенирования). Также она может реагировать с белками или аминами, образуя органические соли - хлоргидраты. Искусственные волокна, типа бумаги, при взаимодействии с соляной кислотой разрушаются. В окислительно-восстановительных реакциях с сильными окислителями хлороводород восстанавливается до хлора.

Смесь концентрированной соляной и азотной кислоты (3 к 1 по объему) называют «царской водкой». Она является крайне сильным окислителем. Из-за образования в этой смеси свободного хлора и нитрозила царская водка может растворять даже золото и платину.

Получение

Ранее в промышленности соляную кислоту получали путем взаимодействия хлорида натрия с кислотами, обычно с серной:

2NaCl + H 2 SO 4 = 2HCl + Na 2 SO 4

Но этот способ недостаточно эффективен, а чистота получаемого продукта невысока. Сейчас используется другой способ получения (из простых веществ) хлористого водорода по формуле:

H 2 + Cl 2 = 2HCl

Для реализации такого способа существуют специальные установки, где оба газа подаются непрерывным потоком на пламя, в котором происходит взаимодействие. Водород подается в небольшом избытке для того, чтобы прореагировал весь хлор и не загрязнял получаемый продукт. Далее хлороводород растворяют в воде и получают соляную кислоту.

В лаборатории возможны более разнообразные способы получения, например гидролиз галогенидов фосфора:

PCl 5 + H 2 O = POCl 3 + 2HCl

Получить соляную кислоту можно и путем гидролиза кристаллогидратов некоторых хлоридов металлов при повышенной температуре:

AlCl 3 ·6H 2 O = Al(OH) 3 + 3HCl + 3H 2 O

Также хлороводород является побочным продуктом реакций хлорирования многих органических соединений.

Применение

Сам хлороводород на практике применения не находит, так как очень быстро впитывает воду из воздуха. Почти весь произведенный хлористый водород идет на производство соляной кислоты.

Применяется в металлургии для очистки поверхности металлов, а также для получения чистых металлов из их руд. Это происходит путем перевода их в хлориды, которые легко восстанавливаются. Так, например, получают титан и цирконий. Широкое применение кислота получила в органическом синтезе (реакции гидрогалогенирования). Также из соляной кислоты иногда получают чистый хлор.

Находит применение и в медицине как лекарство в смеси с пепсином. Его принимают при недостаточной кислотности желудка. Соляная кислота используется в пищевой промышленности в качестве добавки Е507 (регулятор кислотности).

Техника безопасности

При высоких концентрациях соляная кислота - это едкое вещество. Попадая на кожу, она вызывает химические ожоги. Вдыхание газообразного хлороводорода вызывает кашель, удушье, а в тяжелых случаях даже отек легких, который может привести к смерти.

По ГОСТу имеет второй класс опасности. Хлористый водород по стандарту NFPA 704 имеет третью категорию опасности из четырех. Кратковременное воздействие может привести к серьезным временным или умеренным остаточным последствиям.

Первая помощь

При попадании соляной кислоты на кожу рана должна быть обильно промыта водой и слабым раствором щелочи или ее соли (например, содой).

При попадании паров хлороводорода внутрь дыхательных путей пострадавшего необходимо вынести на свежий воздух и сделать ингаляцию кислородом. После этого следует прополоскать горло, промыть глаза и нос 2 % раствором гидрокарбоната натрия. Если соляная кислота попала в глаза, то после этого стоит закапать их раствором новокаина и дикаина с адреналином.

Хлор – элемент 3‑го периода и VII А‑группы Периодической системы, порядковый номер 17. Электронная формула атома [ 10 Ne]3s 2 3p 5 , характерные степени окисления 0, ‑I, +I, +V и +VII. Наиболее устойчиво состояние Cl ‑I . Шкала степеней окисления хлора:

Хлор обладает высокой электроотрицательностью (2,83), проявляет неметаллические свойства. Входит в состав многих веществ – оксидов, кислот, солей, бинарных соединений.

В природе – двенадцатый по химической распространенности элемент (пятый среди неметаллов). Встречается только в химически связанном виде. Третий по содержанию элемент в природных водах (после О и H), особенно много хлора в морской воде (до 2 % по массе). Жизненно важный элемент для всех организмов.

Хлор Cl 2 . Простое вещество. Желто‑зеленый газ с резким удушливым запахом. Молекула Cl 2 неполярна, содержит σ‑связь CI–Cl. Термически устойчив, негорюч на воздухе; смесь с водородом взрывается на свету (водород сгорает в хлоре):

Хорошо растворим в воде, подвергается в ней дисмутации на 50 % и полностью – в щелочном растворе:

Раствор хлора в воде называют хлорной водой, на свету кислота НClO разлагается на НCl и атомарный кислород О 0 , поэтому «хлорную воду» надо хранить в темной склянке. Наличием в «хлорной воде» кислоты НСlO и образованием атомарного кислорода объясняются ее сильные окислительные свойства: например, во влажном хлоре обесцвечиваются многие красители.

Хлор очень сильный окислитель по отношению к металлам и неметаллам:

Реакции с соединениями других галогенов:

а) Cl 2 + 2KBr (p) = 2КCl + Br 2 (кипячение)

б) Cl 2 (нед.) + 2KI (p) = 2КCl + I 2 ↓

3Cl 2 (изб.) + ЗН 2 O + KI = 6НCl + КIO 3 (80 °C)

Качественная реакция – взаимодействие недостатка Cl 2 с KI (см. выше) и обнаружение иода по синему окрашиванию после добавления раствора крахмала.

Получение хлора в промышленности :

и в лаборатории :

4НCl (конц.) + MnO 2 =Cl 2 + MnCl 2 + 2Н 2 O

(аналогично с участием других окислителей; подробнее см. реакции для НCl и NaCl).

Хлор относится к продуктам основного химического производства, используется для получения брома и иода, хлоридов и кислородсодержащих производных, для отбеливания бумаги, как дезинфицирующее средство для питьевой воды. Ядовит.

Хлороводород НCl. Бескислородная кислота. Бесцветный газ с резким запахом, тяжелее воздуха. Молекула содержит ковалентную σ‑связь Н – Cl. Термически устойчив. Очень хорошо растворим в воде; разбавленные растворы называются хлороводородной кислотой, а дымящий концентрированный раствор (35–38 %) – соляной кислотой (название дано еще алхимиками). Сильная кислота в растворе, нейтрализуется щелочами и гидратом аммиака. Сильный восстановитель в концентрированном растворе (за счет Cl ‑I), слабый окислитель в разбавленном растворе (за счет Н I). Составная часть «царской водки».

Качественная реакция на ион Cl ‑ – образование белых осадков AgCl и Hg 2 Cl 2 , которые не переводятся в раствор действием разбавленной азотной кислоты.

Хлороводород служит сырьем в производстве хлоридов, хлорорганических продуктов, используется (в виде раствора) при травлении металлов, разложении минералов и руд.

Уравнения важнейших реакций:

НCl (разб.) + NaOH (разб.) = NaCl + Н 2 O

HCl (разб.) + NH 3 H 2 O = NH 4 Cl + Н 2 O

4HCl (конц., гор.) + МО 2 = МCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O (М = Mn, Pb)

16HCl (конц., гор.) + 2КMnO 4(т) = 2MnCl 2 + 5Cl 2 + 8H 2 O + 2КCl

14HCl (конц.) + К 2 Cr 2 O 7(т) = 2CrCl 3 + ЗCl 2 + 7H 2 O + 2КCl

6HCl (конц.) + КClO 3(т) = КCl + ЗCl 2 + 3H 2 O (50–80 °C)

4HCl (конц.) + Са(ClO) 2(т) = СаCl 2 + 2Cl 2 | + 2Н 2 O

2HCl (разб.) + М = МCl 2 + H 2 (М = Fe, Zn)

2HCl (разб.) + МСO 3 = МCl 2 + СO 2 + H 2 O (М = Са, Ва)

HCl (разб.) + AgNO 3 = HNO 3 + AgCl↓

Получение НCl в промышленности – сжигание Н 2 в Cl 2 (см.), в лаборатории – вытеснение из хлоридов серной кислотой:

NaCl (т) + H 2 SO 4 (конц.) = NaHSO 4 + НCl (50 °C)

2NaCl (т) + H 2 SO 4 (конц.) = Na 2 SO 4 + 2НCl (120 °C)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Хлороводород (хлороводородная кислота, соляная кислота) - сложное вещество неорганической природы, которое может существовать как в жидком, так и в газообразном состоянии.

Во втором случае оно представляет собой бесцветный газ, хорошо растворимый в воде, а в первом - раствор сильной кислоты (35-36%). Строение молекулы хлороводорода, а также её структурная формула приведены на рис. 1. Плотность - 1,6391 г/л (н.у.). Температура плавления равна - (-114,0 o С), кипения - (-85,05 o С).

Рис. 1. Структурная формула и пространственное строение молекулы хлороводорода.

Брутто-формула хлороводорода - HCl. Как известно, молекулярная масса молекулы равна сумме относительных атомных масс атомов, входящих в состав молекулы (значения относительных атомных масс, взятых из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел).

Mr(HCl) = Ar(H) + Ar(Cl);

Mr(HCl) = 1 + 35,5 = 36,5.

Молярная масса (М) - это масса 1 моль вещества. Легко показать, что численные значения молярной массы М и относительной молекулярной массы M r равны, однако первая величина имеет размерность [M] = г/моль, а вторая безразмерна:

M = N A × m (1 молекулы) = N A × M r × 1 а.е.м. = (N A ×1 а.е.м.) × M r = × M r .

Это означает, что молярная масса хлороводорода равна 36,5 г/моль .

Молярную массу вещества в газообразном состоянии можно определить, используя понятие о его молярном объеме. Для этого находят объем, занимаемый при нормальных условиях определенной массой данного вещества, а затем вычисляют массу 22,4 л этого вещества при тех же условиях.

Для достижения данной цели (вычисление молярной массы) возможно использование уравнения состояния идеального газа (уравнение Менделеева-Клапейрона):

где p - давление газа (Па), V - объем газа (м 3), m - масса вещества (г), M - молярная масса вещества (г/моль), Т - абсолютная температура (К), R - универсальная газовая постоянная равная 8,314 Дж/(моль×К).

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание	В каком из указанных веществ массовая доля элемента кислорода больше: а) в оксиде цинка (ZnO); б) в оксиде магния (MgO)?
Решение	Найдем молекулярную массу оксида цинка: Mr (ZnO) = Ar(Zn) + Ar(O); Mr (ZnO) = 65+ 16 = 81. Известно, что M = Mr, значит M(ZnO) = 81 г/моль. Тогда массовая доля кислорода в оксиде цинка будет равна: ω (O) = Ar (O) / M (ZnO) × 100%; ω (O) = 16 / 81 × 100% = 19,75%. Найдем молекулярную массу оксида магния: Mr (MgO) = Ar(Mg) + Ar(O); Mr (MgO) = 24+ 16 = 40. Известно, что M = Mr, значит M(MgO) = 60 г/моль. Тогда массовая доля кислорода в оксиде магния будет равна: ω (O) = Ar (O) / M (MgO) × 100%; ω (O) = 16 / 40 × 100% = 40%. Таким образом, массовая доля кислорода больше в оксиде магния, поскольку 40>19,75.
Ответ	Массовая доля кислорода больше в оксиде магния

ПРИМЕР 2

Задание	В каком из указанных соединений массовая доля металла больше: а) в оксиде алюминия (Al 2 O 3); б) в оксиде железа (Fe 2 O 3)?
Решение	Массовая доля элемента Х в молекуле состава НХ рассчитывается по следующей формуле: ω (Х) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%. Рассчитаем массовую долю каждого элемента кислорода в каждом из предложенных соединений (значения относительных атомных масс, взятых из Периодической таблицы Д.И. Менделеева округлим до целых чисел). Найдем молекулярную массу оксида алюминия: Mr (Al 2 O 3) = 2×Ar(Al) + 3×Ar(O); Mr (Al 2 O 3) = 2×27 + 3×16 = 54 + 48 = 102. Известно, что M = Mr, значит M(Al 2 O 3) = 102 г/моль. Тогда массовая доля алюминия в оксиде будет равна: ω (Al) = 2×Ar(Al) / M (Al 2 O 3) × 100%; ω (Al) = 2×27 / 102 × 100% = 54 / 102 × 100% = 52,94%. Найдем молекулярную массу оксида железа (III): Mr (Fe 2 O 3) = 2×Ar(Fe) + 3×Ar(O); Mr (Fe 2 O 3) = 2×56+ 3×16 = 112 + 48 = 160. Известно, что M = Mr, значит M(Fe 2 O 3) = 160 г/моль. Тогда массовая доля железа в оксиде будет равна: ω (O) = 3×Ar (O) / M (Fe 2 O 3) × 100%; ω (O) = 3×16 / 160 × 100% = 48 / 160× 100% = 30%. Таким образом, массовая доля металла больше в оксиде алюминия, поскольку 52,94 > 30.
Ответ	Массовая доля металла больше в оксиде алюминия

Водород хлористый (НС I )класс опасности 3

Бесцветный газ с резким запахом, тяжелее воздуха, при температуре –85,1 0 С сжижается, при температуре –114,2 0 С затвердевает. На воздухе дымит вследствие образования с парами воды капелек тумана. Негорюч, взрывоопасен при нагревании емкостей. Хорошо растворяется в воде, хуже – в органических жидкостях. При нормальных условиях в одном объеме воды растворяется 450-500 объемов газа. 27,5-38%-ный раствор хлористого водорода в воде образует соляную кислоту, причем, 36%-ный раствор хлористого водорода в воде образует концентрированную соляную кислоту.

Хлористый водород используется для производства соляной кислоты, винилхлорида, алкилхлоридов , для окислительного хлорирования органических соединений, получения хлоридов металлов, гидролизного спирта, глюкозы, сахара, желатина и клея, при крашении тканей, травлении металлов, в гидрометаллургических процессах и гальванопластике. Хлористый водород получается как побочный продукт при хлорировании и дегидрохлорировании органических соединений, а также при взаимодействии хлористого натрия с серной кислотой. В настоящее время его получают синтетическим путем – сжиганием водорода в струе хлора.

Хлористый водород перевозят в железнодорожных и автомобильных цистернах, контейнерах и баллонах, которые являются временным его хранили-щем . Обычно хлористый водород хранят в сжиженном состоянии при темпе-ратуре окружающей среды под давлением собственных паров 6-18 кгс/см 2 в наземных цилиндрических горизонтальных резервуарах. Максимальные объемы хранения составляют 1,98 тонн.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) хлористого водорода в воздухе населенных пунктов: среднесуточная - 0,02 мг/м 3 , максимально разовая - 0,05 мг/м 3 , в воздухе рабочей зоны производственных помещений - 5 мг/м 3 .Хлористый водород оказывает сильное раздражающее действие на органы дыхания. Длительное воздействие малых концентраций вызывает катары верхних дыхательных путей, быстрое разрушение эмали зубов. Концентрации 50-75 мг/м 3 переносятся с трудом, острое отравление сопровождается охриплостью голоса, удушьем, кашлем. Концентрации 75-150 мг/м 3 непереносимы, вызывают раздражение слизистых, конъюнктивит, чувство удушья, потерю сознания.

При ликвидации аварий связанных с утечкой (выбросом) хлористого водо-рода необходимо изолировать опасную зону, удалить из нее людей, держаться с наветренной стороны, избегать низких мест, в зону аварии входить только в полной защитной одежде. Непосредственно на месте аварии и на удалении до 50 метров от источника заражения работы проводят в изолирующих противогазах ИП-4М, ИП-5, ИП-6 (на химически связанном кислороде), дыхательных аппаратах АСВ-2, ДАСВ (на сжатом воздухе) КИП-8, КИП-9 (на сжатом кислороде) и средствах защиты кожи (Л-1, ОЗК, КИХ-4, КИХ-5 и др.). На расстоянии более 50 метров от очага, где концентрация хлористого водорода резко понижается, средства защиты кожи можно не использовать, а для защиты органов дыхания используют фильтрующие: промышленные противогазы большого габарита с коробками марки В и БКФ, малого габарита с коробкой марки В, гражданские противогазы ГП-5, ГП-7, ПДФ-2Д, ПДФ-2Ш в комплекте с ДПГ-3 или респираторы РПГ-67, РУ-60М с коробкой марки В.

Средства защиты		Время защитного действия (час) при концентрациях (мг/м 3)
Наименование	Марка коробки				5000
Промышленные противогазы: большого габарита малого габарита	БКФ
Гражданские противогазы: ГП-5, ГП-7, ПДФ-2Ш, ПДФ-2Д
Респираторы: РПГ-67, РУ-60М

Наличие хлористого водорода определяют:

В воздухе промышленной зоны газоанализатором ОКА-Т-Н Cl , газосигнализа-тором ИГС-98-Н Cl , универсальным газоанализатором УГ-2 с диапазоном измерения 0-100 мг/м 3 , газоопределителем промышленных химических выбросов ГПХВ-2 в диапазоне 5-500 мг/м 3 .

На открытом пространстве – приборами СИП «КОРСАР-Х».

В закрытом помещении – приборами СИП «ВЕГА-М »

Нейтрализуют хлористый водород следующими щелочными растворами

5%-ным водным раствором каустической соды (например, 50 кг каустической соды на 950 литров воды);

5%-ным водным раствором содового порошка (например, 50 кг содового по-рошка на 950 литров воды);

5%-ным водным раствором гашеной извести (например, 50 кг гашеной извести на 950 литров воды);

5%-нымводным раствором едкого натра (например, 50 кг едкого натра на 950 литров воды);

При обезвреживании хлористого водорода осаждают его пары постановкой водяной завесы, (расход воды не нормируется), при нейтрализации осажденных паров используют воду или 5%-ные водные растворы каустической соды, содового порошка, гашеной извести, едкого натра. Для распыления воды или растворов применяют поливомоечные и пожарные машины, авторазливочные станции (АЦ, ПМ-130, АРС-14, АРС-15), а также имеющиеся на химически опасных объектах гидранты и спецсистемы.

Для утилизации загрязненного грунта на месте разлива при нейтрализации хлористого водорода срезают поверхностный слой грунта на глубину загрязнения, собирают и вывозят на утилизацию с помощью землеройно-транспортных машин (бульдозеров, скреперов, автогрейдеров, самосвалов). Места срезов засыпают свежим слоем грунта, промывают водой в контрольных целях.

Действия руководителя: изолировать опасную зону в радиусе не менее 50 метров, удалить из нее людей, держаться с наветренной стороны, избегать низких мест. В зону аварии входить только в полной защитной одежде.

Оказание первой медицинской помощи:

В зараженной зоне: обильное промывание водой глаз и лица, надевание проти-вогаза , срочный вывод (вывоз) из очага.

После эвакуации из зараженной зоны: согревание, покой, смывание кислоты образовавшейся при взаимодействии хлористого водорода с водой с открытых участков кожи и одежды водой, обильное промывание глаз водой, при затруднении дыхания тепло на область шеи, подкожно - 1 мл. 0,1% раствора атропина сульфата. Немедленная эвакуация в лечебное учреждение.

3. Применение

Хлороводород, хлористый водород — бесцветный, термически устойчивый газ с резким запахом, дымящий во влажном воздухе, легко растворяется в воде с образованием хлороводородной кислоты. При −85,1 °C конденсируется в бесцветную, подвижную жидкость. При −114,22 °C HCl переходит в твёрдое состояние. В твёрдом состоянии хлороводород существует в виде двух кристаллических модификаций: ромбической, устойчивой ниже −174,75 °C, и кубической.

Свойства

Водный раствор хлористого водорода называется соляной кислотой. При растворении в воде протекают следующие процессы:

HCl г + H 2 O ж ⇌ H 3 O ж + Cl ж

Процесс растворения сильно экзотермичен. С водой HCl образует азеотропную смесь, содержащую 20,24 % HCl.

Соляная кислота является сильной одноосновной кислотой, она энергично взаимодействует со всеми металлами, стоящими в ряду напряжений левее водорода, с основными и амфотерными оксидами, основаниями и солями, образуя соли — хлориды:

Mg + 2 HCl → MgCl 2 + H 2 FeO + 2 HCl → FeCl 2 + H 2 O

Хлориды чрезвычайно распространены и имеют широчайшее применение. Большинство из них хорошо растворяется в воде и полностью диссоциирует на ионы. Слаборастворимыми являются хлорид свинца, хлорид серебра, хлорид ртути и хлорид меди.

При действии сильных окислителей или при электролизе хлороводород проявляет восстановительные свойства:

MnO 2 + 4 HCl → MnCl 2 + Cl 2 + 2 H 2 O

При нагревании хлороводород окисляется кислородом CuCl 2):

4 HCl + O 2 → 2 H 2 O +2 Cl 2

Однако, концентрированная соляная кислота реагирует с медью, при этом образуется комплекс одновалентной меди:

2 Cu + 4 HCl → 2 H + 2 H 2

Смесь 3 объемных частей концентрированной соляной и 1 объемной доли концентрированной азотной кислот называется «царской водкой». Царская водка способна растворять даже золото и платину. Высокая окислительная активность царской водки обусловлена присутствием в ней хлористого нитрозила и хлора, находящихся в равновесии с исходными веществами:

4 H 3 O + 3 Cl + NO 3 ⇌ NOCl + Cl 2 + 6 H 2 O

Благодаря высокой концентрации хлорид-ионов в растворе металл связывается в хлоридный комплекс, что способствует его растворению.