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.

Одни и те же предметы учебного оборудования (химическая посуда, лабораторные принадлежности и др.) используют для демонстрации опытов в различных темах школьного курса. Это относится не только к таким предметам оборудования, как пробирки или колбы, но и к отдельным приборам и целым установкам. В одинаковых или лишь в нескольких видоизмененных приборах и установках можно получить и хлороводород, и ; провести каталитическое окисление оксида серы (IV) в (VI) и аммиака до оксида азота (IV). В универсальной горелке можно продемонстрировать горение водорода, аммиака, метана, оксида углерода (II) в кислороде, синтез хлороводорода.

Во избежание повторения описания приборов и установок целесообразно химический эксперимент характеризовать не по темам программы химии, как это обычно делается, а по технике выполнения и по оборудованию, что позволит учителю творчески использовать данные в пособии рекомендации.

Ниже даны в качестве примеров описания некоторых демонстрационных экспериментов с использованием приборов, а также их сочетаний друг с другом в более сложные установки.

Получение хлороводорода и получение соляной кислоты

Собирают установку (рис.) и проверяют ее на герметичность. Пускают умеренный ток водорода и после вытеснения из воронки 2 воздуха (проба на чистоту) поджигают газ у отверстия универсальной горелки 1, помещенной под стеклянной воронкой 2. Затем пускают слабый ток хлора так, чтобы находился в избытке.

Почти бесцветное пламя водорода в воздухе После пуска хлора приобретает бледно-зеленый цвет. При этом образуется белый туман, который уносится в нижнюю часть колонки, где он постепенно поглощается водой, стекающей сверху, т. е. газ и поступают с противоположных направлений. Регулируют пламя поступлением водорода и хлора через промывные склянки с концентрированной серной кислотой (по числу пузырьков газа). Включают водоструйный насос и приливают из капельной воронки 3 воду в поглотительную колонку 4, откуда жидкость вытекает в приемник 5. Из стакана переливают жидкость снова в капельную воронку, и такую циркуляцию проводят 2-3 раза. Выключают сначала ток хлора, а затем и водорода. Отключают водоструйный насос.

Измеряют объем образовавшейся соляной кислоты. Синтез хлороводорода осуществляется со значительным выделением теплоты. В водном растворе хлороводорода устанавливается равновесие:

НСl ⇄ Н + + Сl —

Пробу испытывают раствором нитрата серебра, лакмусом и другими индикаторами, металлическим магнием. Обнаруживают В растворе ионы водорода и хлорид-ионы:

Ag + + Cl — = AgCl↓

Mg +2Н + = Mg 2+ + H 2 .

Часть соляной кислоты нейтрализуют раствором щелочи:

Н + + ОН — = Н 2 O

Уравнение реакции нейтрализации:

НСl + NaOH = NaCl + Н 2 O

Зная массу гидроксида натрия в 1 мл взятого для реакции раствора щелочи и объем этого раствора, израсходованный на нейтрализацию образовавшегося объема соляной кислоты, рассчитывают молярную концентрацию раствора соляной кислоты по формуле:

Меры предосторожности. При выполнении данного опыта необходимо тщательно соблюдать меры предосторожности: опыт необходимо выполнять в вытяжном шкафу. Установку тщательно проверить на герметичность, а получившийся - на чистоту.

20. Хлор. Хлороводород и соляная кислота

Хлор (Cl) – стоит в 3-м периоде, в VII группе главной подгруппы периодической системы, порядковый номер 17, атомная масса 35,453; относится к галогенам.

Физические свойства: газ желто-зеленого цвета с резким запахом. Плотность 3,214 г/л; температура плавления -101 °C; температура кипения -33,97 °C, При обычной температуре легко сжижается под давлением 0,6 МПа. Растворяясь в воде, образует хлорную воду желтоватого цвета. Хорошо растворим в органических растворителях, особенно в гексане (C6H14), в четырех-хлористом углероде.

Химические свойства хлора: электронная конфигурация: 1s22s22p63s22p5. На внешнем уровне 7 электронов. До завершения уровня нужен 1 электрон, который хлор принимает, проявляя степень окисления -1. Существуют и положительные степени окисления хлора вплоть до + 7. Известны следующие оксиды хлора: Cl2O, ClO2, Cl2O6 и Cl2O7. Все они неустойчивы. Хлор – сильный окислитель. Он непосредственно реагирует с металлами и неметаллами:

Реагирует с водородом. При обычных условиях реакция идет медленно, при сильном нагревании или освещении – со взрывом, по цепному механизму:

Хлор взаимодействует с растворами щелочей, образуя соли – гипохлориты и хлориды:

При пропускании хлора в раствор щелочи образуется смесь растворов хлорида и гипохлорита:

Хлор – восстановитель: Cl2 + 3F2 = 2ClF3.

Взаимодействие с водой:

Хлор не взаимодействует непосредственно с углеродом, азотом и кислородом.

Получение: 2NaCl + F2 = 2NaF + Cl2.

Электролиз: 2NaCl + 2H2O = Cl2 + H2 + 2NaOH.

Нахождение в природе: содержится в составе минералов: галит (каменная соль), сильвин, бишофит; морская вода содержит хлориды натрия, калия, магния и других элементов.

Хлороводород HCl . Физические свойства: бесцветный газ, тяжелее воздуха, хорошо растворим в воде с образованием соляной кислоты.

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.

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.