Формула оксида хлора

Определение и формула оксида хлора

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Оксид хлора – это бинарные соединения хлора и кислорода, в которых атом хлора проявляет различные степени окисления.

Химическая формула – $Cl_nO_m$ , где $n$ может изменяться от 1 до 2, а $m$ — от 1 до 7.

Молярная масса:

$M = n \cdot Ar(Cl) + m \cdot Ar(O) = 35,453 \cdot n + 15,999 \cdot m$ г/моль

$M(Cl_2O) = 86,9054$ г/моль

$M(ClO_2) = 67,45$ г/моль

$M(Cl_2O_6) = 166,901$ г/моль

$M(Cl_2O_7) = 182,901$ г/моль

Физические свойства:

$Cl_2O$ – это газ буровато-жёлтого цвета с запахом, который похож на запах хлора, при $2^{\circ} C$ конденсируется в золотисто-красную жидкость, при $-120,6^{\circ} C$ отвердевает, растворимость в воде равна 143 г/100 мл, плотность при нормальных условиях 3,22 г/л.

$ClO_2$ – это газ красновато-жёлтого цвета со специфическим запахом, при $9,7^{\circ} C$ конденсируется в красно-коричневую жидкость, при $-59^{\circ} C$ отвердевает, растворим в воде, плотность жидкости 1,653 г/см $^3$ при $5^{\circ} C$ .

$Cl_2O_6$ – это жидкость ярко-красного цвета, при $3^{\circ} C$ отвердевает в оранжевые кристаллы, при $203^{\circ} C$ кипит.

$Cl_2O_7$ – это маслянистая жидкость не имеющая цвета, при $-91,5^{\circ} C$ отвердевает, при $82^{\circ} C$ кипит, при $120^{\circ} C$ разлагается.

Химические свойства оксида хлора

Оксиды хлора являются окислителями, поэтому реагируют с восстановителями, некоторые могут диспропорционировать и разлагаться, при растворении в воде и щелочах образуют соответствующие кислоты и соли, так как являются кислотными оксидами.

Свойства $Cl_2O$ :
$2Cl_2O = 2Cl_2 + O_2$

$4Cl_2O = 3Cl_2 + 2ClO_2$

$Cl_2O + H_2O = 2HClO$

$Cl_2O + 2NaOH = 2NaClO + H_2O$
Свойства $Cl_2O$ :
$6ClO_2 = 4ClO_3 + Cl_2$

$2ClO_2 = Cl_2 + 2O_2$

$2ClO_2 + H_2O = HClO_2 + HClO_3$

$ClO_2 + 2NaOH = NaClO_2 + NaClO_3 + H_2O$

$2ClO_2 + 8HCl = 5Cl_2 + 4H_2O$
Свойства $Cl_2O_6$ :
$Cl_2O_6 = 2ClO_2 + O_2$

$Cl_2O_6 + H_2O = HClO_3 + HClO_4$

$Cl_2O_6 + 2NaOH = NaClO_3 + NaClO_4 + H_2O$
Свойства $Cl_2O_7$ :
$2Cl_2O_7 = 2Cl_2 + 7O_2$

$Cl_2O_7 + H_2O = 2HClO_4$

$Cl_2O_7 + 2NaOH = 2NaClO_4 + H_2O$

Получение

Получение $Cl_2O$

Промышленный способ получения $Cl_2O$ :

$2Cl_2 + 2Na_2CO_3 + H_2O = 2NaHCO_3 + 2NaCl + Cl_2O$

В лаборатории $Cl_2O$ получают по методу Пелуза:

$HgO + 2Cl_2 = HgCl_2 + Cl_2O$

Получение $ClO_2$

Промышленный способ получения $ClO_2$ :

$2NaClO_3 + SO_2 + H_2SO_4 = 2NaHSO_4 + ClO_2$

Лабораторный способ получения $ClO_2$ :

$2KClO_3 + H_2C_2O_4 + H_2SO_4 = K_2SO_4 +2ClO_2 + 2CO_2 + 2H_2O$

Получение $Cl_2O_6$

Общий способ получения $Cl_2O_6$ :

$2ClO_2 + 2O_3 = 2O_2 + Cl_2O_6$

Получение $Cl_2O_7$

Общий способ получения $Cl_2O_7$ :

$2HClO_4 + P_4O_{10} = Cl_2O_7 + H_2P_4O_{11}$

Применение

Оксиды хлора применяются в качестве отбеливателей, получения солей, соответствующих кислот.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

Во сколько раз связь $Cl-O$ прочнее в $ClO_2$ чем в $Cl_2O$ ?

Решение

Вычислим изменение энтальпии следующих реакций:

$ClO_2 \rightarrow Cl + 2O$

$\Delta H_1 = \Delta H(Cl) + 2 \cdot \Delta H(O) - \Delta H (ClO_2)$

$\Delta H_1 = 121,3 + 2 \cdot 247,4 - 104,6 = 511,5$ кДж/моль

$Cl_2O \rightarrow 2Cl + O$

$\Delta H_2 = 2 \cdot \Delta H(Cl) + \Delta H(O) - \Delta H (Cl_2O)$

$\Delta H_2 = 2 \cdot 121,3 + 247,4 - 75,7 = 414,3$ кДж/моль

Рассчитаем энергию связи $Cl - O$ в $ClO_2$ и $Cl_2O$ :

$E(ClO_2) = \frac{\Delta H_1}{2} = \frac{511,5}{2} = 255,75$ кДж/моль

$E(Cl_2O) = \frac{\Delta H_2}{2} = \frac{414,3}{2} = 207,15$ кДж/моль

Найдем отношение энергий связи:

$\frac{E(ClO_2)}{E(Cl_2O)} = \frac{255,75}{207,15} = 1,235$

Ответ

$\frac{E(ClO_2)}{E(Cl_2O)} = 1,235$

ПРИМЕР 2

Задание

В газовой фазе смешивают $10$ г $Cl_2O$ и $1$ г $H_2O$ . Рассчитайте мольный состав газовой смеси при равновесии $(T = 298 K)$ .

Решение

Рассмотрим уравнение химического взаимодействия:

$Cl_2O + H_2O \rightleftharpoons 2HClO$

Равновесные концентрации участников реакции:

$[Cl_2O] = n_1 - x$

$[H_2O] = n_2 - x$

$[HClO] = 2 \cdot x$

Определим начальное количество вещества $Cl_2O$ и $H_2O$ :

$n_1 = \frac{m(Cl_2O)}{M(Cl_2O)} = \frac{10}{86,9} = 0,115$ моль

$n_2 = \frac{m(H_2O)}{M(H_2O)} = \frac{1}{18} = 0,056$ моль

Рассчитаем изменение энергии Гиббса и константу равновесия реакции:

$\Delta G = 2 \cdot \Delta G(HClO) - \Delta G(H_2O) - \Delta G(Cl_2O)$

$\Delta G = - 2 \cdot 71 + 228,61 - 93,4 = - 6,79$ кДж/моль = — 6790 Дж/моль

$K_p = e^{-\frac{\Delta G}{R \cdot T}} = e^{-\frac{6790}{8,314 \cdot 298}} = 15,5$

Так как в ходе реакции число моль не изменяется, то константа, выраженная через парциальные давления $(K_p)$ равна константе равновесия, выраженной через число моль $(K)$ .

$K = \frac{n^2(HClO)}{n(Cl_2O) \cdot n(H_2O)} = \frac{(2 \cdot x)^2}{(n_1 - x) \cdot (n_2 - x)} = \frac{4 \cdot x^2}{n_1 \cdot n_2 - n_2 \cdot x - n_1 \cdot x + x^2}=$

$= \frac{4 \cdot x^2}{x^2 - (n_1 + n_2) \cdot x + n_1 \cdot n_2}$

$K \cdot x^2 - K \cdot (n_1 + n_2) \cdot x + K \cdot n_1 \cdot n_2) = 4 \cdot x^2$

$K \cdot x^2 - K \cdot (n_1 + n_2) \cdot x + K \cdot n_1 \cdot n_2) - 4 \cdot x^2 = 0$

$D = K^2 \cdot (n_1 + n_2)^2 - 4 \cdot (K - 4) \cdot n_1 \cdot n_2$

$x = \frac{K \cdot (n_1 + n_2) - \sqrt{K^2 \cdot (n_1 + n_2)^2 - 4 \cdot (K - 4) \cdot K \cdot n_1 \cdot n_2}}{2 \cdot (K - 4)}$

$x = \frac{15,5 \cdot (0,115 + 0,056) - \sqrt{15,5^2 \cdot (0,115 + 0,056)^2 - 4 \cdot (15,5 - 4) \cdot 15,5 \cdot 0,115 \cdot 0,056}}{2 \cdot (15,5 - 4)}= 0,047$