Урок №19. Соляная кислота и её соли
Соляная кислота
Физические свойства:
Концентрированная соляная кислота – это бесцветный раствор, сильно дымящий во влажном воздухе, с резким запахом.
Получение соляной кислоты:
Соляная кислота HCl получается при растворении газа хлороводорода воде. Хлороводород можно получить действием концентрированной серной кислоты на поваренную соль.
NaCl + H 2 SO 4 = HCl↑ + NaHSO 4 (хлороводород + гидросульфат натрия)
Химические свойства:
2Al + 6HCl = 2AlCl 3 + 3H 2
3) с оксидами металлов :
MgO + 2HCl = MgCl 2 + H 2 O
4) с основаниями и аммиаком :
HCl + KOH = KCl + H 2 O
3HCl + Al(OH) 3 = AlCl 3 + 3H 2 O
HCl + NH 3 = NH 4 Cl
5) с солями :
CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O + CO 2 ↑
HCl + AgNO 3 = AgCl↓ + HNO 3
2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3
Mg + 2HCl = MgCl 2 + H 2
Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2
CaO + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O
Ba(OH) 2 + 2HCl = BaCl 2 + 2H 2 O
Pb(NO 3 ) 2 + 2HCl = PbCl 2 ↓ + 2HNO 3
Большинство хлоридов растворимы в воде (за исключением хлоридов серебра, свинца и одновалентной ртути).
Применение соляной кислоты и ее солей:
1. Соляная кислота входит в состав желудочного сока и способствует перевариванию белковой пищи у человека и животных.
2. Хлороводород и соляная кислота используются для производства лекарств, красителей, растворителей, пластмасс.
3. Применение основных солей соляной кислоты:
Задания для повторения и закрепления
№1. Осуществите превращения по схеме:
HCl → Cl 2 → AlCl 3 → Al(OH) 3 → Al 2 O 3 → AlCl 3 → Cl 2
№2. Расставьте коэффициенты методом электронного баланса в следующей реакции:
HCl + KClO 3 → KCl + H 2 O + Cl 2
Укажите окислитель и восстановитель; процессы окисления и восстановления.
Какое количество алюминия прореагирует с избытком соляной кислоты для получения 5,6 л водорода (н.у.)?
Химия, Биология, подготовка к ГИА и ЕГЭ
Давайте рассмотрим свойства
и продукты их реакций
Автор статьи — Саид Лутфуллин
Свойства концентрированной серной кислоты — окислителя
Концентрированная серная кислота – бесцветная тяжелая маслянистая нелетучая жидкость. Не имеет запаха и тянет сказать: «без вкуса», но вкус у нее все же есть, пробовать не советую.
Разбавленная серная кислота ничем особым непримечательна. Свойства как и у других кислот. За исключением того, что она не реагирует со свинцом, так как образующийся сульфат свинца нерастворим. Нерастворимое вещество покрывает кусочек металла и «защищает его от реакции»
А вот концентрированная серная кислота – сильный окислитель (за счет атома серы в высшей степени окисления).
Раз сера – окислитель, то она будет восстанавливаться:
Глубина восстановления серы зависит от активности восстановителя:
На практике образуются несколько продуктов в разных пропорциях. Преобладание того или иного продукта зависит от множества факторов: от вышеупомянутой активности восстановителя, температуры, концентрации кислоты (95%, 90%. 85%, 80%, 75% – это все концентрированная кислота). Но в реалиях школьной программы все схематично и пишем один единственный продукт.
1. Взаимодействие металлов в концентрированной серной кислотой.
Концентрированная серная кислота реагирует с металлами, даже стоящими после водорода. Но кроме платины и золота – эти металлы слишком малоактивны.
Схема этих реакций:
Некоторые металлы (конкретно нужно запомнить — Fe, Al, Cr) при контакте с концентрированной серной кислотой покрываются защитной пленкой – и реакция не идет. Поэтому серную кислоту без всякой опасности перевозят в железных цистернах. Это явление называют пассивацией.
То, что железо, алюминий и хром пассивируются не означает, что реакция невозможна. Просто нужно нагреть – при нагревании от защитной пленки не остаётся и следа:
2. Взаимодействие неметаллов с концентрированной серной кислотой.
Не все неметаллы реагируют с концентрированной серной кислотой: лишь те, что проявляют восстановительные свойства. Поэтому кислород, азот и галогены не вступают в эти реакции.
Мы рассмотрим взаимодействие с фосфором, углеродом, бором, серой. Неметаллы – не такие активные восстановители как типичные металлы – поэтому серная кислота восстанавливается до SO2.
Неметалл окисляется до высшей степени окисления: образуется оксид. Поскольку оксид неметалла – кислотный, то он тут же в момент получения реагирует с водой и образуется кислота:
Угольная кислота не образуется – получается углекислый газ:
Концентрированная серная кислота окисляет серу:
3. Взаимодействие концентрированной серной кислоты с галогенидами.
Галогениды металлов – это соли галогеноводородов (HF, HCl, HBr, HI). Галогеноводороды – летучие кислоты, а HF еще к тому же и слабая.
Поэтому серная кислота их вытесняет из солей:
Соли нужно брать твердые, не раствор. Тогда галогеноводороды будут вытесняться в виде газов.
А к фториду можно и в раствор прилить кислоты, так как фтороводородная кислота – слабая, она вытеснится. Только останется в растворе, вот и вся разница.
С хлоридами и фторидами происходит простая реакция обмена, без изменения степеней окисления.
Галоген окисляется до простого вещества. Сера восстанавливается:
А вот бромиды и иодиды – восстановители. После вытеснения галогеноводорода он тут же окисляется. Поэтому реакции концентрированной серной кислоты с бромидами и иодидами протекают с изменением степеней окисления.
Бромоводород и иодоводород окисляются так же, как и их соли:
Азотная кислота — окислитель.
Производство.
Сырье для производства азотной кислоты – аммиак. Три последовательные реакции окисления:
1. Каталитическое окисление аммиака:
Реакция экзотермическая, необратимая.
2. Окисление NO до NO2:
Реакция экзотермическая, обратимая.
3. Поглощение NO2 водой и одновременно его окисление:
Реакция экзотермическая, обратимая – по этой же схеме азотная кислота разлагается при хранении. Поэтому с течением времени прозрачная изначально азотная кислота буреет. Бурый цвет кислоте придает, образующийся при разложении NO2.
Если растворять NO2 в воде без доступа кислорода, то азот диспропорционирует:
Поэтому оксид азота (IV) NO2 мы относим к кислотным. Хоть у него и нет соответствующей кислоты, при растворении его в воде образуются HNO3 и HNO2.
Азотная кислота – жидкость с резким запахом. Свежая азотная кислота бесцветная. При хранении она разлагается и за счет бурого NO2 приобретает желтоватый цвет.
Важно знать, что азотная кислота летучая, легкокипящая, поэтому и имеет запах. А раз она летучая, то ее можно вытеснить из соли нелетучей кислотой, например, концентрированной серной:
Важно, чтобы нитрат был твердым, а серная кислота концентрированная – меньше воды. Чтобы азотная кислота испарялась, испаряется – значит покидает реакционную смесь, значит реакция идет до конца.
Химические свойства.
Свойства азотной кислоты в целом повторяют свойства концентрированной серной. Но с одной поправкой, в отличие от серной, азотная кислота и концентрированная, и разбавленная проявляет сильные окислительные свойства.
1. Взаимодействие с металлами.
До чего может восстанавливаться азот? Вспомним диаграмму степеней окисления азота:
Получиться может любой из этих продуктов. А на практике – несколько сразу. Мы рассмотрим упрощенный вариант: берем только преобладающий продукт и только два фактора, влияющие на глубину восстановления:
Еще больше упрощая берем только четыре продукта: NH4NO3, N2O, NO, NO2.
Наиболее глубокое восстановление дает разбавленная кислота и активный металл – NH4NO3.
Соответственно при взаимодействии концентрированной кислоты и малоактивного металла образуется NO2. Самое неглубокое восстановление.
Теперь нужно определить в каком случае будет N2O, а в каком NO. Фактор активности металла – решающий. С активным металлом и концентрированной кислотой будет N2O. А с малоактивным металлом и разбавленной кислотой образуется NO.
8Na + 10HNO3 конц → 8NaNO3 + N 2 O ↑ + 5H2O
Концентрированная азотная кислота пассивирует Fe, Cr, Al, как и концентрированная серная.
Чтобы провести реакцию нужно нагреть:
С разбавленной кислотой эти металлы реагируют и без нагревания:
2. Взаимодействие с неметаллами (C, P, B, S).
Неметаллы окисляются до высших кислот. Реагирует и концентрированная, и разбавленная азотная кислота. Неметаллы – не очень хорошие восстановители, поэтому кислота восстанавливается как в реакции с малоактивными металлами (образуются N2O и NO2).
В отличие от серной кислоты, очень концентрированная азотная кислота (безводная) окисляет при нагревании иод до иодноватой кислоты (HIO3):
3. Взаимодействие с галогенидами.
Эти реакции могут запутать, хотя ничего сложного в них нет. Вам нужно просто понять логику каждой из них.
На что следует опираться:
Фториды металлов – это соли слабых кислот, поэтому сильная азотная кислота вытесняет фтороводород. И не важно концентрированная или разбавленная – это простая реакция обмена/p>
Фтороводород не реагирует с азотной кислотой. Реакция обмена невозможна и окислительно-восстановительная тоже: фторид – слабый восстановитель.
Хлориды металлов и хлороводород не реагируют с азотной кислотой. Хлорид ион – слабый восстановитель – не возможна ОВР. Хлориды металлов не реагируют, потому что соляная кислота – сильная (предыдущая плавиковая – слабая, если помните).
Бромиды и иодиды вступают с азотной кислотой в окислительно-восстановительное взаимодействие. Сами окисляются до простых веществ. Азотная кислота восстанавливается до NO2 если концентрированная, разбавленная – до NO, то есть так, как будто взаимодействует с малоактивным металлом.
Соляная кислота как окислитель
ОТНОШЕНИЕ МЕТАЛЛОВ К КИСЛОТАМ
Образующиеся в этом процессе ионы водорода H + выполняют роль окислителя, окисляя металлы, расположенные в ряду активности левее водорода. Взаимодействие протекает по схеме:
Me + HCl 
соль + H 2 ↑
Соляная кислота является слабым окислителем, поэтому металлы с переменной валентностью окисляются ей до низших положительных степеней окисления:
2 Al + 6 HCl → 2 AlCl 3 + 3 H 2 ↑
Соляная кислота пассивирует свинец ( Pb ). Пассивация свинца обусловлена образованием на его поверхности трудно растворимого в воде хлорида свинца ( II ), который защищает металл от дальнейшего воздействия кислоты:
В промышленности получают серную кислоту очень высокой концентрации (до 98%). Следует учитывать различие окислительных свойств разбавленного раствора и концентрированной серной кислоты по отношению к металлам.
Разбавленная серная кислота
В разбавленном водном растворе серной кислоты большинство ее молекул диссоциируют:
Образующиеся ионы Н + выполняют функцию окислителя.
Как и соляная кислота, разбавленный раствор серной кислоты взаимодействует только с металлами активными и средней активности (расположенными в ряду активности до водорода).
Химическая реакция протекает по схеме:
Металлы с переменной валентностью окисляются разбавленным раствором серной кислоты до низших положительных степеней окисления:
Концентрированная серная кислота
В концентрированном растворе серной кислоты (выше 68%) большинство молекул находятся в недиссоциированном состоянии, поэтому функцию окислителя выполняет сера, находящаяся в высшей степени окисления ( S +6 ). Концентрированная H 2 SO 4 окисляет все металлы, стандартный электродный потенциал которых меньше потенциала окислителя – сульфат-иона SO 4 2- (0,36 В). В связи с этим, с концентрированной серной кислотой реагируют и некоторые малоактивные металлы.
Процесс взаимодействия металлов с концентрированной серной кислотой в большинстве случаев протекает по схеме:
Me + H 2 SO 4 (конц.) соль + вода + продукт восстановления H 2 SO 4
Продуктами восстановления серной кислоты могут быть следующие соединения серы:
Взаимодействие металлов различной активности с концентрированной серной кислотой можно представить схемой:
Концентрированная серная кислота является сильным окислителем, поэтому при взаимодействии с ней металлов, обладающих переменной валентностью, последние окисляются до более высоких степеней окисления, чем в случае с разбавленным раствором кислоты:
Соляная кислота
Характеристики и физические свойства соляной кислоты
Основные физические свойства соляной кислоты приведены в таблице:
Температура плавления, o С
Температура кипения, o С
Энтальпия образования, кДж/моль
Удельная теплоемкость, кДж/(кг×К)
Получение соляной кислоты
Соляная кислота получается растворением в воде хлороводорода. В настоящее время основным способом промышленного получения хлороводорода является синтез его из водорода и хлора:
Этот процесс осуществляют в специальных установках, в которых смесь водорода и хлора непрерывно образуется и тут же сгорает ровным пламенем. Тем самым достигается спокойное (без взрыва) протекание реакции. Исходным сырьем для получения хлороводорода служат хлор и водород, образующиеся при электролизе раствора хлорида натрия.
Большие количества соляной кислоты получают также в качестве побочного продукта хлорирования органических соединений согласно уравнению реакции, представленному ниже:
где R – углеводородный радикал.
Химические свойства соляной кислоты
Соляная кислота – сильный электролит. Для нее характерны следующие химические свойства, общие для всех кислот:
— способность взаимодействовать с основаниями с образованием солей:
— способность взаимодействовать с некоторыми металлами с выделением водорода (разбавленный раствор):
— способность вступать в реакции взаимодействия с основными и амфотерными оксидами с образованием солей и воды:
— способность взаимодействовать с солями более слабых кислот:
— способность изменять цвета индикаторов, в частности, вызывать красную окраску лакмуса;
При диссоциации соляной кислоты образуются ионы водорода:
Нагревание смеси растворов соляной и азотной кислот до температуры 100-150 o С приводит к образованию очень сильного окислителя — соединения, которое называют «царская водка»:
Соляная кислота в окислительно-восстановительных реакциях может выступать и как восстановитель (за счет хлорид-аниона Cl — ) и как окислитель (за счет катиона водорода H + ). Уравнения ОВР с участием соляной кислоты приведены ниже:
Применение соляной кислоты
Соляная кислота – одна из важнейших кислот в химической практике. Ежегодное мировое производство соляной кислоты исчисляется миллионами тонн. Широкое применение находят также многие её соли.
Соляная кислота применяется в таких областях народного хозяйства как гидрометаллургия и гальванопластика, для травления, декапирования и лужения поверхности металлов; пищевом производстве, как регулятор кислотности (добавка Е507); в медицине, в качестве лекарства (смесь с ферментом пепсином) при недостаточной кислотности желудка.
Примеры решения задач
| Задание | Рассчитайте рН 0,001 М раствора соляной кислоты. |
| Решение | Для раствора сильной кислоты: |
По аналогии с раствором сильной кислоты для раствора сильного основания:
Соляная кислота ГОСТ 3118-77
наименование
Содержание
Физические свойства
Физические свойства соляной кислоты сильно зависят от концентрации растворённого хлороводорода:
| Конц. (вес), кг HCl/кг | Конц. (г/л), кг HCl/м³ | Плотность, кг/л | Молярность M | Водородный показатель (pH) | Вязкость, мПа·с | Удельная теплоемкость, кДж/(кг·К) | Давление пара, Па | Температура кипения, °C | Температура плавления, °C |
| 10 % | 104,80 | 1,048 | 2,87 | −0,4578 | 1,16 | 3,47 | 0,527 | 103 | −18 |
| 20 % | 219,60 | 1,098 | 6,02 | −0,7796 | 1,37 | 2,99 | 27,3 | 108 | −59 |
| 30 % | 344,70 | 1,149 | 9,45 | −0,9754 | 1,70 | 2,60 | 1,410 | 90 | −52 |
| 32 % | 370,88 | 1,159 | 10,17 | −1,0073 | 1,80 | 2,55 | 3,130 | 84 | −43 |
| 34 % | 397,46 | 1,169 | 10,90 | −1,0374 | 1,90 | 2,50 | 6,733 | 71 | −36 |
| 36 % | 424,44 | 1,179 | 11,64 | −1,06595 | 1,99 | 2,46 | 14,100 | 61 | −30 |
| 38 % | 451,82 | 1,189 | 12,39 | −1,0931 | 2,10 | 2,43 | 28,000 | 48 | −26 |
При 20 °C, 1 атм (101 кПа)При затвердевании даёт кристаллогидраты составов HCl·H2O, HCl·2H2O, HCl·3H2O, HCl·6H2O.
Химические свойства
Получение
Соляную кислоту получают растворением газообразного хлороводорода в воде. Хлороводород получают сжиганием водорода в хлоре, полученная таким способом кислота называется синтетической. Также соляную кислоту получают из абгазов — побочных газов, образующихся при различных процессах, например, при хлорировании углеводородов. Хлороводород, содержащийся в этих газах, называется абгазным, а полученная таким образом кислота — абгазной. В последние десятилетия доля абгазной соляной кислоты в объёме производства постепенно увеличивается, вытесняя кислоту, полученную сжиганием водорода в хлоре. Но полученная методом сжигания водорода в хлоре соляная кислота содержит меньше примесей и применяется при необходимости высокой чистоты.
В лабораторных условиях используется разработанный ещё алхимиками способ, заключающийся в действии концентрированной серной кислоты на поваренную соль:
При температуре выше 550 °C и избытке поваренной соли возможно взаимодействие:
Возможно получение путём гидролиза хлоридов магния, алюминия (нагревается гидратированная соль):
Эти реакции могут идти не до конца с образованием основных хлоридов (оксихлоридов) переменного состава, например:
Хлороводород хорошо растворим в воде. Так, при 0 °C 1 объём воды может поглотить 507 объёмов HCl, что соответствует концентрации кислоты 45 %. Однако при комнатной температуре растворимость HCl ниже, поэтому на практике обычно используют 36-процентную соляную кислоту.
Применение
Промышленность
Медицина
Особенности обращения
Высококонцентрированная соляная кислота — едкое вещество, при попадании на кожу вызывает сильные химические ожоги. Особенно опасно попадание в глаза. Для нейтрализации ожогов применяют раствор слабого основания, или соли слабой кислоты, обычно питьевой соды.
При открывании сосудов с концентрированной соляной кислотой пары хлороводорода, притягивая влагу воздуха, образуют туман, раздражающий глаза и дыхательные пути человека.
Реагируя с сильными окислителями (хлорной известью, диоксидом марганца, перманганатом калия) образует токсичный газообразный хлор.
В РФ оборот соляной кислоты концентрации 15 % и более — ограничен.
