Хлор и его соединения. Свободный хлор Cl.

Взаимодействие с неметаллами

C неметаллами (кроме углерода, азота, кислорода и инертных газов), образует соответствующие хлориды.

На свету или при нагревании быстро реагирует (в некоторых случаях со взрывом) с водородом по радикальному механизму. Смеси хлора с водородом, содержащие от 5,8 до 88,3 % водорода, взрываются при облучении с образованием хлороводорода. Смесь хлора с водородом в небольших концентрациях горит бесцветным или желто-зелёным пламенем. Максимальная температура водородно-хлорного пламени 2200 °C.:

или

С кислородом хлор образует оксиды в которых он проявляет степень окисления от 1 до 7: Cl2O, ClO2, Cl2O5, Cl2O7. Они имеют резкий запах, термически и фотохимически нестабильны, склонны к взрывному распаду.

При реакции с фтором, образуется не хлорид, а фторид:

Взаимодействие хлора с органическими веществами

а) замещение атомов водорода в молекулах ОВ

б) присоединение молекул Cl2 по месту разрыва кратных углерод-углеродных связей

H2C=CH2 Cl2 → ClH2C-CH2Cl 1,2-дихлорэтан

HC≡CH 2Cl2 → Cl2HC-CHCl2 1,1,2,2-тетрахлорэтан

Вытеснение свободных неметаллов (вr2, i2, n2, s) из их соединений

Примеры:

Cl2 2KBr = Br2 2KCl

Cl2 2KI = I2 2KCl

Cl2 2HI = I2 2HCl

Cl2 H2S = S 2HCl

ЗСl2 2NH3 = N2 6HCl

Диспропорционирование хлора в воде и водных растворах щелочей

В результате самоокисления-самовосстановления одни атомы хлора превращаются в анионы Cl-, а другие в положительной степени окисления входят в состав анионов ClO- или ClO3-.

Cl2 Н2O = HCl НClO хлорноватистая к-та

Cl2 2КОН =KCl KClO Н2O

3Cl2 6КОН = 5KCl KClO3 3Н2O

3Cl2 2Са(ОН)2 = CaCl2 Са(ClO)2 2Н2O

Эти реакции имеют важное значение, поскольку приводят к получению кислородных соединений хлора:

КClO3 и Са(ClO)2 — гипохлориты; КClO3 — хлорат калия (бертолетова соль).

Другие свойства

Хлор вытесняет бром и иод из их соединений с водородом и металлами:

При реакции с монооксидом углерода образуется фосген:

При растворении в воде или щелочах, хлор диспропорционирует, образуя хлорноватистую (а при нагревании хлорноватую) и соляную кислоты, либо их соли:

(при нагревании)

Хлорированием сухого гидроксида кальция получают хлорную известь:

Действием хлора на аммиак можно получить трихлорид азота:

Жавелевая вода

Водный раствор хлорида и гапохлорита калия KCl KClO H2O

Как получить оксиды хлора

Кислотные оксиды

Кислоты

Лабораторные

Окисление конц. HCI различными окислителями:

4HCI MnO2 = Cl2↑ МпCl2 2Н2O

16НСl 2КМпО4 = 5Cl2↑ 2MnCl2 2KCl 8Н2O

6HCl КСlO3 = ЗCl2↑ KCl 3Н2O

14HCl К2Сr2O7 = 3Cl2↑ 2CrCl3 2KCl 7Н2O

Окислительные свойства хлора

Хлор — очень сильный окислитель:

Раствор хлора в воде используется для отбеливания тканей и бумаги.

Оксиды и оксокислоты хлора

Кислородсодержащие соединения хлора — чрезвычайно неустойчивые вещества, так как включают атомы Cl в нестабильных положительных с. о. Тем не менее некоторые из них имеют важное практическое значение.

Применение хлора

Хлор нашел широкое применение в различных областях промышленности, так его используют в производстве полимерных материалов (поливинилхлорид), отбеливателей, хлорорганических инсектицидов (гексахлоран), боевых отравляющих веществ (фосген), для обеззараживания воды, в пищевой промышленности, в металлургии и т.д.

Промышленный

Электролиз водных растворов хлоридов, чаще — NaCl:

2NaCl 2Н2O = Cl2↑ 2NaOH H2↑

Реакции с металлами

Активные металлы в атмосфере сухого газообразного хлора воспламеняются и сгорают; при этом образуются хлориды металлов.

Примеры:

Cl2 2Na = 2NaCl

3Cl2 2Fe = 2FeCl3

Малоактивные металлы легче окисляются влажным хлором или его водными растворами:

Примеры:

Cl2 Сu = CuCl2

3Cl2 2Аu = 2AuCl3

Реакции с неметаллами

Хлор непосредственно не взаимодействует только с O2, N2, С. С остальными неметаллами реакции протекают при различных условиях.

Образуются галогениды неметаллов. Наиболее важной является реакция взаимодействия с водородом.

Примеры:

Cl2 Н2 =2НС1

Cl2 2S (расплав) = S2Cl2

ЗCl2 2Р = 2РCl3 (или РCl5 — в избытке Cl2)

2Cl2 Si = SiCl4

3Cl2 I2 = 2ICl3

Реакции с органическими веществами

С насыщенными соединениями:

(получение хлороформа, реакция идет многоступенчато с образованием тетрахлорметана CCl₄)

Присоединяется к ненасыщенным соединениям по кратным связям:

Ароматические соединения замещают атом водорода на хлор в присутствии катализаторов (к примеру, AlCl3 или FeCl3):

Реакции с органическими соединениями

Взаимодействие:

а) с аминами (как органическими основаниями)

R-NH2 HCl → [RNH3] Cl-

б) с аминокислотами (как амфотерными соедимнеиями)

Способы получения

1. Синтез из простых веществ:

Н2 Cl2 = 2HCl

2. Образуется как побочный продукт при хлорировании УВ:

R-H Cl2 = R-Cl HCl

3. В лаборатории получают действием конц. H2SO4 на хлориды:

H2SО4(конц.) NaCl = 2HCl↑ NaHSО4 (при слабом нагревании)

H2SО4(конц.) 2NaCl = 2HCl↑ Na2SО4 (при очень сильном нагревании)

Строение электронной оболочки

На валентном уровне атома хлора содержится 1 неспаренный электрон: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5, поэтому валентность равная 1 для атома хлора очень стабильна. За счёт присутствия в атоме хлора незанятой орбитали d-подуровня, атом хлора может проявлять и прочие степени окисления. Схема образования возбуждённых состояний атома:

Также известны соединения хлора, в которых атом хлора формально проявляет валентность 4 и 6, к примеру ClO2 и Cl2O6. В тоже время, эти соединения являются радикалами, то есть у них есть один неспаренный электрон.

Физические и химические свойства

HCl — хлорид водорода. При об. Т — бесцв. газ с резким запахом, достаточно легко сжижается (т. пл. -114°С, т. кип. -85°С). Безводный НСl и в газообразном, и в жидком состояниях неэлектропроводен, химически инертен по отношению к металлам, оксидам и гидроксидам металлов, а также ко многим другим веществам.

Это означает, что в отсутствие воды хлороводород не проявляет кислотных свойств. Только при очень высокой Т газообразный HCl реагирует с металлами, причем даже такими малоактивными, как Сu и Аg.Восстановительные свойства хпорид-аниона в HCl также проявляются в незначительной степени: он окисляется фтором при об. Т, а также при высокой Т (600°С) в присутствии катализаторов обратимо реагирует с кислородом:

2HCl F2 = Сl2 2HF

4HCl O2 = 2Сl2 2Н2O

Газообразный HCl широко используется в органическом синтезе (реакции гидрохлорирования).

Физические свойства хлора

Хлор – газ желто-зеленого цвета. Термически устойчив. При насыщении охлажденной воды хлором образуется твердый кларат. Хорошо растворяется в воде, в большой степени подвергается дисмутации («хлорная вода»). Растворяется тетрахлориде углерода, жидких SiCl₄ и TiCl₄. Плохо растворяется в насыщенном растворе хлорида натрия. Не реагирует с кислородом. Сильный окислитель. Температура кипения — -34,1

Химические свойства соляной кислоты

1. Растворенный в воде HCl проявляет все общие свойства кислот, обусловленные присутствием ионов Н

HCl → H Cl-

Взаимодействие:

а) с металлами (до Н):

2HCl2 Zn = ZnCl2 H2

б) с основными и амфотерными оксидами:

2HCl CuO = CuCl2 Н2O

6HCl Аl2O3 = 2АlCl3 ЗН2O

в) с основаниями и амфотерными гидроксидами:

2HCl Са(ОН)2 = CaCl2 2Н2О

3HCl Аl(ОН)3 = АlСl3 ЗН2O

г) с солями более слабых кислот:

2HCl СаСО3 = CaCl2 СO2 Н3O

HCl C6H5ONa = С6Н5ОН NaCl

д) с аммиаком:

HCl NH3 = NH4Cl

Реакции с сильными окислителями F2, MnO2, KMnO4, KClO3, K2Cr2O7. Анион Cl-окисляется до свободного галогена:

2Cl— 2e- = Cl20

Уравнения реакция см. «Получение хлора». Особое значение имеет ОВР между соляной и азотной кислотами:

Химические свойства хлора

Хлор реагирует с простыми веществами металлами:

Cl₂ 2Sb = 2SbCl₃ (t

Cl2 2Fe = 2FeCl3;

Cl2 2Na = 2NaCl.

Хлор взаимодействует с простыми веществами неметаллами. Так, при взаимодействии с фосфором и серой образуются соответствующие хлориды, с фтором – фториды, с водородом – хлороводород, с кислородом – оксиды и т.д.:

5Cl2 2P = 2HCl5;

Cl2 2S = SCl2;

Cl2 H2 = 2HCl;

Cl2 F2 = 2ClF.

Хлор способен вытеснять бром и йод из их соединений с водородом и металлами:

Cl2 2HBr = Br2 2HCl;

Cl2 2NaI = I2 2NaCl.

Хлор способен растворяться в воде и щелочах, при этом происходят реакции диспропорционирования хлора, а состав продуктов реакции зависит от условий её проведения:

Cl2 H2O ↔ HCl HClO;

Cl2 2NaOH = NaCl NaClO H2O;

3 Cl2 6NaOH = 5NaCl NaClO3 3H2O.

Хлор взаимодействует с несолеобразующим оксидом – СО с образованием вещества с тривиальным названием – фосген, с аммиаком с образованием трихлорида аммония:

Cl2 CO = COCl2;

3 Cl2 4NH3 = NCl3 3NH4Cl.

В реакциях хлор проявляет свойства окислителя:

Cl2 H2S = 2HCl S.

Хлор вступает в реакции взаимодействия с органическими веществами класса алканов, алкенов и аренов:

CH3-CH3 Cl2 = CH3-CH2-Cl HCl (условие – УФ-излучение);

CH2 = CH2 Cl2 = CH2(Cl)-CH2-Cl;

C6H6 Cl2 = C6H5-Cl HCl (kat = FeCl3, AlCl3);

C6H6 6Cl2 = C6H6Cl6 6HCl (условие – УФ-излучение).

Хлорная известь

Хлорная (белильная) известь — смесь гипохлорита и хлорида кальция, обладает отбеливающим и дезинфицирующим действием. Иногда рассматривается как пример смешанной соли, имеющей в своем составе одновременно анионы двух кислот: