Формула хлорной кислоты

Определение и формула хлорной кислоты

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Хлорная кислота – сильная минеральная кислота, в которой хлор имеет высшую степень окисления равную $+7$ .

Химическая формула – $HClO_4$

Молярная масса равна $100,46$ г/моль.

Физические свойства – бесцветная гигроскопичная легкоподвижная жидкость, концентрированные растворы маслообразны.

Данная кислота сильнее серной и азотной.

Она образует бесцветный жидкий водный раствор.

Она является сильным окислителем в нагретом состоянии, но ее водные растворы вплоть до $70 \%$ весовых процентов при комнатной температуре не демонстрируют окислительных свойств.

Хлорная кислота необходима для получения перхлоратов, особенно перхлората аммония – важного компонента ракетного топлива.

Химические свойства хлорной кислоты

Хлорная кислота проявляет свойства сильных минеральных кислот вступая в химическое взаимодействие с гидроксидами щелочных металлов (реакция нейтрализации):
$HClO_4 + NaOH = NaClO_4 + H_2O$
Реагирует с хлоридами щелочных металлов:
$HClO_4 + CsCl = CsClO_4 + HCl$
Безводная кислота взаимодействует с графитом:
$4HClO_4 + 7C = 7CO_2 \uparrow + 2Cl_2 \uparrow + 2H_2O$

Применение

Ежегодно производится несколько миллионов килограмм.

Она применяется для извлечения руд и обладает уникальными свойствами в аналитической химии.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

В $100$ г $H_2O$ содержится $4,15$ г $HClO_4$ . Этот раствор замерзает при $T = -1,49^{\circ} C$ . Определите кажущуюся степень диссоциации $\alpha$ .

Решение

Рассчитаем понижение температуры замерзания:

$\Delta T = T(H_2O) - T(HClO_4) = 0 - (-1,49) = 1,49$ град

Рассчитаем моляльность раствора:

$C_m(HClO_4) = \frac{n(HClO_4)}{m(H_2O)}) = \frac{m(HClO_4)}{M(HClO_4) \cdot m(H_2O)} = \frac{4,15}{100,46 \cdot 100 \cdot 10^{-3}} = 0,4131$ моль/кг

Определим изотонический коэффициент $HClO_4$ .

$\Delta T = i \cdot K \cdot C_m(HClO_4) \Rightarrow i = \frac{\Delta T}{K \cdot C_m(HClO_4)} = \frac{1,49}{1,86 \cdot 0,4131} = 1,94$

$K$ — криоскопическая постоянная воды

Вычислим кажущуюся степень диссоциации

$\alpha = \frac{i - 1}{\nu - 1} = \frac{1,94 - 1}{2 - 1} = 0,94$ или $94 \%$

$\nu$ — число ионов на которые распадается электролит.

Ответ

$\alpha = 94 \%$

ПРИМЕР 2

Задание

Рассчитайте $pH$ раствора $HClO_4$ с концентрацией $0,001$ моль/л; $0,01$ моль/л; $0,1$ моль/л.

Решение

Запишем уравнение диссоциации хлорной кислоты:

$HClO_4 \rightarrow H^{+} + ClO_{4}^{-}$

$C_M (H^{+}) = C_M (ClO_{4}^{-}) = C_M (HClO_4)$ молярность

Определим ионную силу растворов:

$I = \frac{1}{2} \cdot [C_M(H^+) \cdot z^{2}(H^{+})+ C_M (ClO_{4}^{-}) \cdot z^{2}(ClO_{4}^{-})] =$

$= \frac{1}{2} \cdot [C_M(HClO_4) \cdot 1^{2}+ C_M (HClO_{4}) \cdot (-1)^{2})] = C_M(HClO_{4})$

z — заряд иона

Рассчитаем коэффициент активности $H^+$ при $C_M (H^+) = 0,001 M$ по первому приближению Дебая-Хюккеля, т.к. концентрация мала.

$\lg \gamma (H^+) = -0,51 \cdot z^{2} (H^{+}) \cdot \sqrt{I} = -0,51 \cdot 1^{2} \cdot \sqrt{0,001} = -0,01613$

$\gamma (H^{+}) = 10^{-0,01613} = 0,96354$

Рассчитаем активность $H^+$ и $pH$ .

$a(H^+) = C_M (H^+) \cdot \gamma (H^+) = 0,001 \cdot 0,96354 = 0,00096354$

$pH = -lg a(H^+) = -lg 0,00096354 = 3,016$

Вычислим коэффициент активности $H^+$ при $C_M(H^+) = 0,01 M$ по второму приближению Дебая-Хюккеля (формула Гюнтельберга), т.к. концентрация сильного электролита имеет среднее значение.

$\lg \gamma (H^+) = - \frac{0,51 \cdot z^{2}(H^+) \cdot \sqrt{I}}{1 + \sqrt{I}} = - \frac{0,51 \cdot 1^{2} \cdot \sqrt{0,01}}{1 + \sqrt{0,01}}$

Вычислим активность $H^+$ и $pH$

$a(H^+) = C_M(H^+) \cdot \gamma (H^+) = 0,01 \cdot 0,89875 = 0,0089875$

$pH = -\lg a(H^+) = -\lg 0,0089875 = 2,046$

Рассчитаем коэффициент активности $H^+$ при $C_M(H^+) = 0,1 M$ по третьему приближению Дебая-Хюккеля (формула Дэвис), т.к. концентрация $HClO_4$ велика.