Хімія. Профільний рівень. 11 клас. Григорович

§ 23. Хімічні властивості та застосування хлору

Пригадайте: будову електронної оболонки атома Хлору та які валентності і ступені окиснення характерні для Хлору за § 4.

Взаємодія з металами

Хлор — сильний окисник і підтримує горіння багатьох простих і складних речовин. Деякі речовини спалахують під час внесення в посудину з хлором.

Активні метали, зокрема лужні, реагують із хлором без нагрівання:

2К + Сl₂ = 2КСl

Для реакції з хлором магній необхідно нагріти в полум’ї пальника. У хлорі він загоряється (хоча й не так яскраво, як на повітрі) з утворенням білого диму магній хлориду (мал. 23.1a):

Mg + Cl₂ = MgCl₂

Залізо активно взаємодіє з хлором, якщо його заздалегідь розжарити, і окиснюється до ступеня окиснення +3. У посудині з хлором розжарені частинки заліза ще сильніше розігріваються, і в результаті реакції утворюється коричневий дим із дрібних кристаликів ферум(ІІІ) хлориду (мал. 23.1б):

2Fe + 3Сl₂ = 2FeCl₃

Хлор окиснює також і малоактивні метали, зокрема мідь. Розпечений до червоного мідний дріт у хлорі ще більше розжарюється і згоряє, наповнюючи колбу бурим димом, що складається з частинок купрум(ІІ) хлориду (мал. 23.1в):

Сu + Сl₂ = СuСl₂

Мал. 23.1. Взаємодія з хлором магнію (а), заліза (б) і міді (в)

Взаємодія з неметалами

Хлор активно взаємодіє з більшістю неметалів. Наприклад, фосфор займається у хлорі без нагрівання і згоряє сліпучим полум’ям. На стінках посудини утворюються безбарвні краплі фосфор(ІII) хлориду РСl₃, які в надлишку хлору частково перетворюються на кристали вищого хлориду РСl₅ (мал. 23.2a):

2Р + 3Сl₂ = 2РСl₃

РСl₃ + Cl₂ = РСl₅

Водень на повітрі горить майже безбарвним полум’ям. Якщо газовідвідну трубку з воднем опустити в склянку з хлором, водень продовжує горіти, але полум’я змінює забарвлення на біле з ледь помітним зеленуватим відтінком (мал. 23.2б):

H₂ + Сl₂ = 2НСl

Вугілля з хлором не реагує навіть у момент утворення в іншій реакції. Так, якщо запалену на повітрі парафінову свічку внести в склянку з газуватим хлором, то свічка продовжує горіти, але полум’я стає дуже кіптявим через те, що виділяється сажа, яка не реагує з хлором у склянці:

С₁₈H₃₈ + 19Сl₂ = 18С + 38НСl

Хлор також не взаємодіє з киснем і азотом, сполуки Хлору з Оксигеном і Нітрогеном добувають непрямим шляхом.

Мал. 23.2. Горіння у хлорі фосфору (а) та водню (б)

Взаємодія з водою

Хлор повільно реагує з водою. У посудині з хлорною водою (розчином хлору у воді) лакмусовий папірець спочатку червоніє, що вказує на кислотне середовище, а потім знебарвлюється — хлор окиснює барвники індикаторів. Хлор взаємодіє з водою, утворюючи суміш хлоридної НСl і гіпохлоритної НСlО кислот:

Cl₂ + H₂O ⇄ HCl + HClO

Ця реакція відбувається не до кінця, перетворенню піддається не більше однієї третини хлору. Отже, хлорна вода містить три розчинені речовини: хлор і дві кислоти. У цій реакції Хлор змінює свій ступінь окиснення від 0 (у Сl₂) до -1 (у НСl) та +1 (у НСlО). Такі окисно-відновні реакції називають реакціями диспропорціонування.

Гіпохлоритна кислота є ще сильнішим окисником, ніж хлор. Під дією світла гіпохлоритна кислота поступово розкладається:

Реакцію хлору з водою на світлі можна сумарно записати рівнянням:

Так, на світлі з одного літра хлорної води за три доби виділяється близько 50 мл кисню.

Саме завдяки цим процесам вологий газуватий хлор (із домішками води) реагує з простими і складними речовинами набагато швидше, ніж сухий хлор.

Взаємодія з лугами

Хлор реагує з холодними розчинами лугів майже так само, як і з водою: відбувається реакція диспропорціонування й утворюються солі двох кислот:

Натрій гіпохлорит, у якому ступінь окиснення Хлору +1, як і гіпохлоритна кислота, виявляє сильні окисні властивості. Але, на відміну від кислоти, він стійкіший, краще зберігається в сухому вигляді та в розчинах. Натрій гіпохлорит часто міститься в різних хімічних засобах, які використовують у побуті для дезінфекції приміщень та вибілювання тканин. Поводитися з ними потрібно вкрай обережно, оскільки ці засоби містять багато лугу. У промислових масштабах натрій гіпохлорит використовують для знезараження води перед подачею її у водогін.

Хлоровмісні вибілювачі ефективні лише в холодній воді, тому що під час нагрівання натрій гіпохлорит диспропорціонує з утворенням хлорату (солі хлоратної кислоти НСlО₃) і хлориду:

Цим також пояснюється той факт, що під час пропускання хлору через гарячі розчини лугів гіпохлорит не утворюється:

Якщо замість натрій гідроксиду взяти калій гідроксид, то під час пропускання хлору утворюється калій хлорат КСlО₃ — бертолетова сіль. Її використовують для виготовлення бенгальських вогнів, освітлювальних сумішей, хлопавок. У суміші з іншими речовинами вона міститься в голівках сірників, що забезпечує запалення сірника під час тертя.

Суміші бертолетової солі з відновниками — вугіллям, сіркою, органічними речовинами — вибухонебезпечні. Поводитися з ними потрібно вкрай обережно.

У промисловості та для знезараження місць громадського використання (громадських туалетів та туалетів у залізничних вагонах і лікарнях) часто використовують хлорне вапно. Це суміш кальцій хлориду та кальцій гіпохлориту, його добувають пропусканням хлору крізь вапняне молоко (завись кальцій гідроксиду у воді):

2Сl₂ + 2Са(ОН)₂ = СаСl₂ + Са(СlО)₂ + 2Н₂О

або Сl₂ + Са(ОН)₂ = СаСl(СlO) + Н₂О

Хлорне вапно поступово розкладається за наявності вологого вуглекислого газу (на повітрі), тому що карбонатна кислота витісняє слабкішу гіпохлоритну кислоту:

2СаСl(СlО) + СО₂ + Н₂О = СаСО₃ + СаСl₂ + 2НСlО

Частина молекул гіпохлоритної кислоти перетворюється на її ангідрид — хлор(І) оксид Сl₂О. Саме ця речовина зумовлює специфічний запах «хлорки».

Застосування хлору

Щорічно у світі виробляється близько 30 млн тонн хлору.

• Більша його частина йде на одержання гідроген хлориду і хлоридної кислоти.

• Багато хлору використовують для хлорування органічних речовин.

• Хлоруванням одержують різноманітні пластмаси, засоби захисту рослин, барвники, ліки, розчинники.

• Хлор використовують у виробництві хлорного вапна, хлораміну, для вибілювання лляних і бавовняних тканин, паперу.

• Навіть у невеликих кількостях хлор знищує хвороботворні бактерії, тому його разом із хлораміном і озоном застосовують для знезараження питної води. Перед подачею у водогін питну воду хлорують — розчиняють у ній певну кількість хлору (не більше 0,002 г на 1 л). Перш ніж хлорована вода потрапить до споживачів, увесь хлор встигає перетворитися на хлоридну кислоту. Її концентрація у водопровідній воді настільки мала, що вона не відчутна на смак і не шкідлива для організму.

В Україні рідкий хлор виробляє лише одне підприємство — AT «ДніпроАзот».

Ключова ідея

Хлор — сильний окисник, через що широковживаний у хімічній промисловості.

Запитання та завдання

125. Запишіть рівняння реакцій взаємодії хлору з калій гідроксидом: а) на холоді; б) за нагрівання.

126. Бертолетова сіль КСlО₃ взаємодіє із сіркою з утворенням калій хлориду і сульфур(ІV) оксиду. Запишіть рівняння реакції і доберіть коефіцієнти методом електронного балансу. Укажіть окисник і відновник.

127. Певну кількість хлору розчинили у воді, після чого з розчину виділився кисень об'ємом 11,2 л (н. у.). Обчисліть масу кальцій гідроксиду, необхідного для нейтралізації утвореного розчину.

128. Під час взаємодії фосфору з хлором одержали фосфор(ІІІ) хлорид масою 13,75 г. Обчисліть об'єм витраченого хлору (н. у.).