Физические и химические свойства хлора

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Хлор – химический элемент VII группы 3 периода Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. Неметалл.

Относится к элементам – p -семейства. Галоген. Порядковый номер – 17. Строение внешнего электронного уровня – 3s²3 p⁵ . Относительная атомная масса – 35,5 а.е.м. Молекула хлора двухатомна – Cl₂.

Химические свойства хлора

Хлор реагирует с простыми веществами металлами:

Cl₂ + 2Sb = 2SbCl₃ (t $^{\circ}$ );

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).

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 $^{\circ}$ С, плавления — -101,03 $^{\circ}$ С.

Получение хлора

Ранее хлор получали по методу Шееле (реакция взаимодействия оксида марганца (VI) c соляной кислотой) или по методу Дикона (реакция взаимодействия хлороводорода с кислородом):

MnO₂ + 4HCl = MnCl₂ + Cl₂↑ + 2H₂O;

4HCl + O₂ = 2H₂O + 2 Cl₂↑.

В наше время для получения хлора используют следующие реакции:

NaOCl + 2HCl = NaCl + Cl₂↑ + H₂O;

2KMnO₄ + 16HCl = 2KCl + 2MnCl₂ +5 Cl₂↑ +8H₂O;

2NaCl + 2H₂O = 2NaOH + Cl₂↑ + H₂↑ (условие – электролиз).

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.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

При взаимодействии хлора с водородом образовалось 0,25 моль хлороводорода. Определите объем хлора, который потребовался для этого.

Решение

Запишем уравнение реакции взаимодействия хлора и водорода:

Cl₂ + H₂ = 2HCl.

Согласно уравнению реакции n(Cl₂):n(HCl) = 1:2, следовательно, n(Cl₂) = 1/2× n(HCl) = 0,125 моль. Тогда, объем хлора будет равен:

V(Cl₂) = n(Cl₂)×V_m = 0,125×22,4 = 2,8 л.

Ответ

Объем хлора — 2,8 л.

ПРИМЕР 2

Задание

Какой объем, масса и количество вещества хлора выделится (н.у.) при взаимодействии 17,4 г оксида марганца (IV) с соляной кислотой, взятой в избытке?

Решение

Запишем уравнение реакции взаимодействия оксида марганца (IV) с соляной кислотой:

4HCl + MnO₂ = MnCl₂ + Cl₂↑ + 2H₂O.

Молярные массы оксида марганца (IV) и хлора, рассчитанные с использованием таблицы химических элементов Д.И. Менделеева – 87 и 71 г/моль, соответственно. Рассчитаем количество вещества оксида марганца (IV):

n(MnO₂) = m(MnO₂) / M(MnO₂);

n(MnO₂) = 17,4 / 87 = 0,2 моль.

Согласно уравнению реакции n(MnO₂): n(Cl₂) = 1:1, следовательно, n(Cl₂) = n(MnO₂) = 0,2 моль. Тогда масса и объем хлора будут равны:

m(Cl₂) = 0,2 × 71 = 14,2 г;

V(Cl₂) = n(Cl₂)×V_m = 0,2×22,4 = 4,48 л.