Ang hydrogen chloride ay ginawa sa industriya alinman sa pamamagitan ng direktang synthesis mula sa chlorine at hydrogen, o mula sa mga by-product sa panahon ng chlorination ng alkanes (methane). Isasaalang-alang namin ang direktang synthesis mula sa mga elemento.

Ang HCl ay isang walang kulay na gas na may masangsang, katangiang amoy.

t° pl = -114.8°C, t° bp = -84°C, t° crist = +57°C, ibig sabihin. Ang hydrogen chloride ay maaaring makuha sa temperatura ng silid sa likidong anyo sa pamamagitan ng pagtaas ng presyon sa 50 - 60 atm. Sa gas at likidong bahagi ay nasa anyo ng magkahiwalay na mga molekula (kawalan ng mga bono ng hydrogen). Malakas na koneksyon E sv \u003d 420 kJ / mol. Nagsisimulang mabulok sa mga elemento sa t>1500°C.

2HCl Cl 2 + H 2

Epektibong radius ng HCl = 1.28 , dipole - 1.22 .

R Cl - = 1.81, ibig sabihin. ang proton ay ipinakilala sa electron cloud ng chlorine ion sa pamamagitan ng isang katlo ng epektibong radius, at sa kasong ito, ang tambalan mismo ay pinalakas dahil sa pagtaas ng positibong singil malapit sa nucleus ng chlorine ion at pagbabalanse ng repulsive effect. ng mga electron. Ang lahat ng hydrogen halides ay nabuo sa katulad na paraan at mga malakas na compound.

Ang hydrogen chloride ay lubos na natutunaw sa tubig sa anumang ratio (sa isang volume H 2 O natutunaw hanggang sa 450 volume ng HCl), bumubuo ng maraming hydrates na may tubig at nagbibigay ng azeotropic mixture - 20.2% HCl at t ° kip = 108.6 ° C.

Ang pagbuo ng hydrogen chloride mula sa mga elemento:

Cl 2 + H 2 \u003d 2HCl

Ang pinaghalong hydrogen at chlorine ay sumasabog kapag naiilaw, na nagpapahiwatig ng chain reaction.

Sa unang bahagi ng siglo, iminungkahi ni Badenstein ang sumusunod na mekanismo ng reaksyon:

Pagsisimula: Cl 2 + hν → ē + Cl 2 +

Chain: Cl 2 + + H 2 → HCl + H + Cl +

H + Cl 2 → HCl + Cl

Pagwawakas ng kadena: Cl + + ē → Cl

Cl + Cl → Cl2

Ngunit hindi natagpuan sa sisidlan ang ē.

Noong 1918, iminungkahi ni Nernst ang isa pang mekanismo:

Pagsisimula: Cl 2 + hν → Cl + Cl

Chain: Cl + H 2 → HCl + H

H + Cl 2 → HCl + Cl

Pagwawakas ng kadena: H + Cl → HCl

Sa hinaharap, ang mekanismong ito ay higit na binuo at dinagdagan.

Stage 1 - pagtanggap sa bagong kasapi

reaksyon Cl 2 + hν → Cl + Cl

Pinasimulan sa pamamagitan ng photochemical na paraan, i.e. sa pamamagitan ng pagsipsip ng isang light quantum hν. Ayon kay prinsipyo ng equivalence Einstein, ang bawat quantum ng liwanag ay maaaring maging sanhi ng pagbabago ng isang molekula lamang. Ang quantitative na katangian ng equivalence principle ay ang quantum yield ng reaksyon:

- ang bilang ng mga reacted molecule sa bawat 1 quantum ng liwanag.

γ sa maginoo na photochemical reactions ≤1. Gayunpaman, sa kaso ng mga chain reaction γ>>1. Halimbawa, sa kaso ng synthesis ng HCl γ=10 5 , sa pagkabulok ng H 2 O 2 γ=4.

Kung ang isang molekula ng Cl 2 ay sumisipsip ng isang dami ng liwanag, kung gayon ito ay nasa isang nasasabik na estado

10 -8 -10 -3 segundo at kung ang enerhiya na natanggap na may isang dami ng liwanag ay sapat na para sa pagbabagong-anyo, kung gayon ang isang reaksyon ay nangyayari, kung hindi, kung gayon ang molekula ay muling mapupunta sa ground state, alinman sa paglabas ng isang quantum ng liwanag (fluorescence o phosphorescence), o ang electronic excitation ay na-convert sa vibrational o rotational energy.

Tingnan natin kung ano ang mangyayari sa ating kaso:

E dis H 2 \u003d 426.4 kJ / mol

E dis Cl 2 = 239.67 kJ / mol

E arr HCl = 432.82 kJ / mol - nang walang pag-iilaw, ang reaksyon ay hindi nagpapatuloy.

Ang isang quantum ng liwanag ay may enerhiya E kv \u003d 41.1 * 10 -20 J. Ang enerhiya na kinakailangan upang simulan ang reaksyon (enerhiya ng pag-activate) ay katumbas ng enerhiya na ginugol sa dissociation ng Cl 2 molecule:

mga. E Cl2<Е кв и энергии кванта достаточно для преодоления потенциального барьера реакции и реакция начинается.

Sa kaibahan sa catalysis, kung saan ang potensyal na hadlang ay ibinaba, sa kaso ng mga photochemical reactions ito ay dinaig lamang ng enerhiya ng isang light quantum.

Ang isa pang posibilidad ng pagsisimula ng reaksyon ay ang pagdaragdag ng singaw ng Na sa pinaghalong H 2 +Cl 2. Ang reaksyon ay nagpapatuloy sa 100 ° C sa dilim:

Na + Cl 2 → NaCl + Cl

Cl + H 2 → HCl + H ………

at hanggang sa 1000 HCl bawat 1 Na atom ay nabuo.

Stage 2 - pagpapatuloy ng kadena

Ang mga reaksyon ng pagpapalaganap ng kadena sa paggawa ng HCl ay ang mga sumusunod na uri:

1. Cl + H 2 → HCl + H E a \u003d 2.0 kJ / mol

2. H + Cl 2 → HCl + Cl E a \u003d 0.8 kJ / mol

Ito ay mga link sa kadena.

Ang rate ng mga reaksyong ito ay maaaring ilarawan bilang mga sumusunod:

W 1 = K 1 [ H 2 ]

W 2 \u003d K 2 [Cl 2]

kasi ang activation energies ng mga reaksyong ito ay maliit, ang kanilang mga rate ay mataas. Ang mga kadena sa kasong ito ay walang sanga, at ayon sa teorya ng mga kadena na walang sanga:

W chain development = W ay photochemically pinasimulan, i.e. sa pamamagitan ng pagsipsip ng dami ng liwanag mula sa isang pahinga,

Cl + Cl + M → Cl 2 + M,

pagkatapos ay W arr \u003d K 2

Ang rate ng paggawa ng HCl ay nakasalalay sa mga reaksyon 1 at 2

sa kasong ito, W 1 \u003d W 2, dahil ang mga kadena ay medyo mahaba (mula sa teorya ng mga reaksyon ng kadena)

Ang kinetic equation na ito ay may bisa sa kawalan ng mga impurities sa H 2 + Cl 2 mixture. Kung ang hangin ay nakapasok sa system, ang kinetic equation ay magkakaiba. Sa partikular

W arr \u003d K, i.e. non-quadratic na pagwawakas at ang takbo ng proseso ay binabaligtad.

kasi may mga substance na inhibitors ng chain reactions. Ang inhibitor ng reaksyon ng pagbuo ng HCl ay oxygen:

O 2 + H → O 2 H

Ang radikal na ito ay hindi aktibo at maaari lamang mag-react sa parehong radikal, nagbabagong-buhay na oxygen.

O 2 H + O 2 H \u003d O 2 + H 2 O 2

Ipinapakita ng mga kalkulasyon na sa pagkakaroon ng 1% O 2 ang reaksyon ay bumagal ng isang salik na 1000. Ang pagkakaroon ng NCl 3 ay nagpapabagal sa bilis ng proseso nang mas malakas, na nagpapabagal sa reaksyon ng 10 5 beses na higit sa oxygen. kasi Dahil ang nitric chloride ay maaaring naroroon sa chlorine sa panahon ng industriyal na produksyon nito, ang maingat na paglilinis ng panimulang chlorine ay kinakailangan bago ang synthesis ng HCl.

Ang mga sangkap ay ibinibigay: may tubig na mga solusyon ng potassium tetrahydroxoaluminate K[Al(OH)4], aluminum chloride, potassium carbonate, chlorine. Isulat ang mga equation para sa apat na posibleng reaksyon sa pagitan ng mga sangkap na ito
(*sagot*) 3K + AlCl3 = 4Al(OH)3 + 3KCl
(*sagot*) 3K2CO3 + 2AlCl3 + 3H2O = 2Al(OH)3 + 3CO2 + 6KCl
(*sagot*) K + CO2 = KHCO3 + Al(OH)3
(*sagot*) 3K2CO3 + 3Cl2 = 5KCl + KClO3 + 3CO2
2AlCl3 + 2CO2 + 3H2O = Al(OH)3 + 2H2CO3 + 2HCl
Ang mga sangkap ay ibinibigay: may tubig na mga solusyon ng potassium tetrahydroxozincate K2, sodium peroxide, karbon, carbon dioxide. Isulat natin ang mga equation ng apat na posibleng reaksyon sa pagitan ng mga sangkap na ito
(*sagot*) K2 + CO2 = K2CO3 + Zn(OH)2 + H2O
(*sagot*) 2Na2O2 + 2CO2 = 2Na2CO3 + O2
(*sagot*) CO2 + C 2CO
(*sagot*) 2Na2O2 + C Na2CO3 + Na2O
2Na2O2 + 2CO = 2Na2CO3 + 2CO2
Ang mga sangkap ay ibinibigay: isang may tubig na solusyon ng potassium hexahydroxochromate K3[Cr(OH)6], solid potassium hypochlorite, manganese(IV) oxide, concentrated hydrochloric acid. Isulat natin ang mga equation ng apat na posibleng reaksyon sa pagitan ng mga sangkap na ito: _
(*sagot*) 2K3 + 3KClO = 2K2CrO4 + 3KCl + 2KOH + 5H2O
(*sagot*) K3 + 6HCl = 3KCl + CrCl3 + 6H2O
(*sagot*) 4HCl + MnO2 = Cl2 + MnCl2 + 2H2O
(*sagot*) 2HCl + KClO = Cl2 + KCl + H2O
MnO2 + KClO = MnCl4 + KO
Mga ibinigay na sangkap: sodium carbonate, concentrated sodium hydroxide solution, aluminum oxide, phosphorus(V) fluoride, tubig. Isulat natin ang mga equation ng apat na posibleng reaksyon sa pagitan ng mga sangkap na ito:
(*sagot*) PF5 + 4H2O = H3PO4 + 5HF
(*sagot*) PF5 + 8NaOH = Na3PO4 + 5NaF + 4H2O
(*sagot*) Na2CO3 + Al2O3 2NaAlO2 + CO2
(*sagot*) Al2O3 + 2NaOH + 3H2O = 2Na
PF5 + 2Na2CO3 = Na3PO4 + 2CO2 + NaF
Ang mga sangkap ay ibinibigay: puro nitric acid, phosphorus, sulfur dioxide, concentrated ammonium sulfite solution. Isulat natin ang mga equation ng apat na posibleng reaksyon sa pagitan ng mga sangkap na ito. Bilang resulta, nakukuha natin ang: _
(*sagot*) P + 5HNO3 = H3PO4 + 5NO2 + H2O
(*sagot*) 2HNO3 + SO2 = H2SO4 + 2NO2
(*sagot*) (NH4)2SO3 + SO2 + H2O = 2NH4HSO3
(*sagot*) 2HNO3 + (NH4)2SO3 = (NH4)2SO4 + 2NO2 + H2O
P + SO2 = PS + O2
Mga ibinigay na sangkap: puro sulfuric acid, sulfur, silver, sodium chloride. Isulat natin ang mga equation ng apat na posibleng reaksyon sa pagitan ng mga sangkap na ito. Bilang resulta, nakukuha natin ang: _
(*sagot*) 2H2SO4 + S = 3SO2 + 2H2O
(*sagot*) H2SO4 + 2NaCl = Na2SO4 + 2HCl (o NaHSO4 + HCl)
(*sagot*) 2Ag + 2H2SO4 = Ag2SO4 + SO2 + 2H2O
(*sagot*) 2Ag+S = Ag2S
3H2SO4 + 2NaCl = 2Na + 2HCl + 3SO2 + 2H2O+ O2
Ang mga sangkap ay ibinibigay: puro chloric acid, mga solusyon ng chromium(III) chloride, sodium hydroxide. Isulat natin ang mga equation ng apat na posibleng reaksyon sa pagitan ng mga sangkap na ito. Bilang resulta, nakukuha natin ang: _
(*sagot*) HClO3 + 2CrCl3 + 4H2O = H2Cr2O7 + 7HCl
(*sagot*) HClO3 + NaOH = NaClO3 + H2O
(*sagot*) CrCl3 + 3NaOH = Cr(OH)3 + 3NaCl
(*sagot*) CrCl3 + 6NaOH = Na3 + 3NaCl
CrCl3 + 8NaOH = Na4 + 4NaCl
Ang mga sangkap ay ibinibigay: chlorine, concentrated nitric acid, mga solusyon ng iron(II) chloride, sodium sulfide. Isulat natin ang mga equation ng apat na posibleng reaksyon sa pagitan ng mga sangkap na ito. Bilang resulta, nakukuha natin ang: _
(*sagot*) 2FeCl2 + Cl2 = 2FeCl3
(*sagot*) Na2S + FeCl2 = FeS + 2NaCl
(*sagot*) Na2S + 4HNO3 = S + 2NO2 + 2NaNO3 + 2H2O
(*sagot*) FeCl2 + 4HNO3 = Fe(NO3)3 + NO2 + 2HCl + H2O
2HNO3 + Cl2 = 2HCl + 2NO2 + H2O
Ang mga sangkap ay ibinibigay: phosphorus(III) chloride, concentrated sodium hydroxide solution, chlorine. Isulat natin ang mga equation ng apat na posibleng reaksyon sa pagitan ng mga sangkap na ito. Bilang resulta, nakukuha natin ang: _
(*sagot*) PCl3 + 5NaOH = Na2PHO3 + 3NaCl + 2H2O
(*sagot*) PCl3 + Cl2 = PCl5
(*sagot*) 2NaOH + Cl2 = NaCl + NaClO + H2O
(*sagot*) 6NaOH (mainit) + 3Cl2 = 5NaCl + NaClO3 + 3H2O
4NaOH + 2Cl2 = 4NaCl + H2O + O3
Gamit ang paraan ng balanse ng electron, bubuuin namin ang equation ng reaksyon: Cl2 + NaI + H2O ® NaIO3 + ... at tukuyin ang oxidizing agent at reducing agent. Bilang resulta, nakukuha natin ang: _
(*sagot*) equation ng reaksyon 3Cl2 + NaI + 3H2O = NaIO3 + 6HCl
(* sagot *) oxidizing agent - chlorine
(* sagot *) ahente ng pagbabawas - yodo
equation ng reaksyon 2Cl2 + NaI + 2H2O = NaIO3 + 4HCl
pagbabawas ng ahente - murang luntian
ahente ng oxidizing - yodo

Kapag kino-compile ang mga equation ng redox reactions sa pamamaraang ito, inirerekomenda na sumunod sa sumusunod na pagkakasunud-sunod:

1. Isulat ang scheme ng reaksyon na nagpapahiwatig ng inisyal at nagreresultang mga sangkap, tukuyin ang mga elemento na nagbabago sa estado ng oksihenasyon bilang resulta ng reaksyon, hanapin ang ahente ng oxidizing at ahente ng pagbabawas.

2. Gumawa ng mga electronic equation batay sa katotohanan na ang oxidizing agent ay tumatanggap ng mga electron, at ang reducing agent ay nagbibigay sa kanila.

3. Pumili ng mga multiplier (basic coefficients) para sa mga electronic equation upang ang bilang ng mga electron na naibigay sa panahon ng oksihenasyon ay katumbas ng bilang ng mga electron na nakuha sa panahon ng pagbabawas.

4. Ayusin ang mga coefficient sa reaction equation.

HALIMBAWA 3: Sumulat ng equation para sa pagbabawas ng iron oxide (III) sa carbon. Ang reaksyon ay nagpapatuloy ayon sa pamamaraan:

Fe 2 O 3 + C → Fe + CO

Solusyon: Ang bakal ay nababawasan sa pamamagitan ng pagpapababa ng estado ng oksihenasyon mula +3 hanggang 0; ang carbon ay na-oxidized, ang estado ng oksihenasyon nito ay tumataas mula 0 hanggang +2.

Gumawa tayo ng mga scheme ng mga prosesong ito.

ahente ng pagbabawas 1| 2Fe +3 + 6e = 2Fe 0, proseso ng oksihenasyon

ahente ng oxidizing 3| C 0 -2e \u003d C +2, ang proseso ng pagbawi

Ang kabuuang bilang ng mga electron na naibigay ng reducing agent ay dapat na katumbas ng kabuuang bilang ng mga electron na tinanggap ng oxidizing agent. Ang pagkakaroon ng natagpuan ang hindi bababa sa karaniwang maramihang sa pagitan ng mga numero 2 at 6, tinutukoy namin na dapat mayroong tatlong mga molekula ng ahente ng pagbabawas, at dalawang molekula ng oxidizing, i.e. nakita namin ang kaukulang mga coefficient sa equation ng reaksyon sa harap ng ahente ng pagbabawas, ahente ng oxidizing at mga produkto ng oksihenasyon at pagbabawas.

Ang equation ay magiging ganito:

Fe 2 O 3 + 3C \u003d 2Fe + 3CO

Paraan ng electron-ionic equation (half-reactions).

Kapag nag-compile ng mga electron-ionic equation, ang anyo ng pagkakaroon ng mga sangkap sa solusyon ay isinasaalang-alang (isang simple o kumplikadong ion, atom o molekula ng isang sangkap na hindi matutunaw o mahirap ihiwalay sa tubig).

Upang mabuo ang mga equation ng mga reaksyon ng redox sa pamamagitan ng pamamaraang ito, inirerekumenda na sumunod sa sumusunod na pagkakasunud-sunod:

1. Gumuhit ng isang scheme ng reaksyon na nagpapahiwatig ng mga panimulang materyales at mga produkto ng reaksyon, markahan ang mga ion na nagbabago sa estado ng oksihenasyon bilang resulta ng reaksyon, tukuyin ang ahente ng oxidizing at ahente ng pagbabawas.

2. Gumuhit ng mga scheme ng oksihenasyon at pagbabawas ng kalahating reaksyon na nagsasaad ng inisyal at nabuong mga ion o molekula sa ilalim ng mga kondisyon ng reaksyon.

3. Pagpantayin ang bilang ng mga atomo ng bawat elemento sa kaliwa at kanang bahagi ng mga kalahating reaksyon; dapat tandaan na sa mga may tubig na solusyon, ang mga molekula ng tubig, H + o OH - ions ay maaaring lumahok sa mga reaksyon.

Dapat alalahanin na sa mga may tubig na solusyon, ang pagbubuklod ng labis na oxygen at ang pagdaragdag ng oxygen ng ahente ng pagbabawas ay nangyayari nang iba, depende sa pH ng daluyan. Sa mga acidic na solusyon, ang labis na oxygen ay nagbubuklod sa mga hydrogen ions upang bumuo ng mga molekula ng tubig, at sa mga neutral at alkaline na solusyon, sa pamamagitan ng mga molekula ng tubig upang bumuo ng mga hydroxide ions. Halimbawa,

MnO 4 - + 8H + + 5e = Mn 2+ + 4H 2 O (acid medium)

NO 3 - + 6H 2 O + 8e = NH 3 + 9OH - (neutral o alkaline na daluyan).

Ang pagdaragdag ng oxygen sa pamamagitan ng pagbabawas ng ahente ay isinasagawa sa acidic at neutral na mga kapaligiran dahil sa mga molekula ng tubig na may pagbuo ng mga hydrogen ions, at sa isang alkalina na kapaligiran - dahil sa mga hydroxide ions na may pagbuo ng mga molekula ng tubig. Halimbawa,

I 2 + 6H 2 O - 10e = 2IO 3 - + 12H + (acidic o neutral na medium)

CrO 2 - + 4OH - - 3e = CrO 4 2- + 2H 2 O (alkaline)

4. I-equalize ang kabuuang bilang ng mga singil sa parehong bahagi ng bawat kalahating reaksyon; upang gawin ito, idagdag ang kinakailangang bilang ng mga electron sa kaliwa at kanang bahagi ng kalahating reaksyon.

5. Pumili ng mga multiplier (basic coefficients) para sa mga kalahating reaksyon upang ang bilang ng mga electron na naibigay sa panahon ng oksihenasyon ay katumbas ng bilang ng mga electron na natanggap sa panahon ng pagbabawas.

6. Pagsamahin ang mga equation ng kalahating reaksyon, na isinasaalang-alang ang nahanap na mga pangunahing coefficient.

7. Ayusin ang mga coefficient sa reaction equation.

HALIMBAWA 4: Sumulat ng isang equation para sa oksihenasyon ng hydrogen sulfide na may chlorine na tubig.

Ang reaksyon ay nagpapatuloy ayon sa pamamaraan:

H 2 S + Cl 2 + H 2 O → H 2 SO 4 + HCl

Desisyon. Ang sumusunod na equation ng kalahating reaksyon ay tumutugma sa pagbawas ng chlorine: Cl 2 + 2e = 2Cl - .

Kapag kino-compile ang equation para sa kalahating reaksyon ng sulfur oxidation, nagpapatuloy kami mula sa scheme: H 2 S → SO 4 2-. Sa prosesong ito, ang isang sulfur atom ay nakagapos sa apat na atomo ng oxygen, ang pinagmumulan nito ay mga molekula ng tubig. Sa kasong ito, walong H + ions ang nabuo; sa karagdagan, dalawang H + ions ay inilabas mula sa H 2 S molekula.

Sa kabuuan, 10 hydrogen ions ang nabuo:

Ang kaliwang bahagi ng diagram ay naglalaman lamang ng mga uncharged na particle, habang ang kabuuang singil ng mga ions sa kanang bahagi ng diagram ay +8. Samakatuwid, bilang isang resulta ng oksihenasyon, walong mga electron ang pinakawalan:

H 2 S + 4H 2 O → SO 4 2- + 10 H +

Dahil ang ratio ng mga bilang ng mga electron na tinanggap sa panahon ng pagbabawas ng chlorine at ibinigay sa panahon ng oksihenasyon ng asupre ay 8 × 2 o 4 × 1, kung gayon, sa pamamagitan ng pagdaragdag ng mga equation ng pagbawas at oksihenasyon kalahating reaksyon, ang una sa kanila dapat i-multiply sa 4, at ang pangalawa sa 1.

Nakukuha namin:

Cl 2 + 2e = 2Cl - | 4

H 2 S + 4H 2 O \u003d SO 4 2- + 10H + + 8e - | isa

4Cl 2 + H 2 S + 4H 2 O \u003d 8Cl - + SO 4 2- + 10H +

Sa molecular form, ang resultang equation ay may sumusunod na anyo:

4Cl 2 + H 2 S + 4H 2 O \u003d 8HCl + H 2 SO 4

Ang parehong sangkap sa ilalim ng iba't ibang mga kondisyon ay maaaring ma-oxidized o mabawasan sa iba't ibang mga estado ng oksihenasyon ng kaukulang elemento, kaya ang halaga ng katumbas ng ahente ng oxidizing at ahente ng pagbabawas ay maaari ding magkaroon ng magkaibang mga halaga.

Ang katumbas na masa ng isang oxidizing agent ay katumbas ng molar mass nito na hinati sa bilang ng mga electron n na isang molekula ng oxidizing agent ay nakakabit sa reaksyong ito.

Halimbawa, sa reduction reaction Cl 2 + 2e = 2Cl - . n = 2 Samakatuwid, ang katumbas na masa ng Cl 2 ay M/2, i.e. 71/2 \u003d 35.5 g / mol.

Ang katumbas na masa ng isang reducing agent ay katumbas ng molar mass nito na hinati sa bilang ng mga electron na binigay ng isang molekula ng reducing agent sa reaksyong ito.

Halimbawa, sa reaksyon ng oksihenasyon H 2 S + 4H 2 O - 8e \u003d SO 4 2- + 10 H +

n = 8. Samakatuwid, ang katumbas na masa ng H 2 S ay M/8, i.e. 34.08/8 = 4.26g/mol.