Все способы получения hcl

Получение HCl

Хлороводород в промышленности получают либо прямым синтезом из хлора и водорода, либо из побочных продуктов при хлорировании алканов (метана). Мы будем рассматривать прямой синтез из элементов.

HCl – бесцветный газ с резким, характерным запахом

t°_пл= –114,8°C, t°_кип= –84°C, t°_крист= +57°C, т.е. хлороводород можно получать при комнатной температуре в жидком виде, увеличивая давление до 50 – 60 атм. В газовой и жидкой фазе находится в виде отдельных молекул (отсутствие водородных связей). Прочное соединение Е_св= 420 кДж/моль. Начинает разлагаться на элементы при t>1500°C.

2HCl Cl₂ + H₂

Эффективный радиус HCl = 1,28 , диполь – 1,22 .

R_Cl — = 1,81 , т.е. протон внедряется в электронное облако иона хлора на треть эффективного радиуса и при этом происходит упрочнение самого соединения, вследствие повышения положительного заряда вблизи ядра иона хлора и уравновешивания отталкивающего действия электронов. Все галогеноводороды образованы аналогично и являются прочными соединениями.

Хлороводород хорошо растворим в воде в любых соотношениях (в одном объеме H₂O расторяется до 450 объемов HCl), с водой образует несколько гидратов и дает азеотропную смесь – 20,2% HCl и t°_кип= 108,6°C.

Образование хлороводорода из элементов:

Смесь водорода и хлора при освещении взрывается, что указывает на цепной характер реакции.

В начале века Баденштейн предложил следующий механизм реакции:

Инициирование: Cl₂ + hν → ē + Cl₂ +

Обрыв цепи: Cl + + ē → Cl

Но ē в сосуде обнаружен не был.

В 1918 г. Нернст предложил другой механизм:

Инициирование: Cl₂ + hν → Cl• + Cl•

Цепь: Cl• + H₂ → HCl + H•

Обрыв цепи: H• + Cl• → HCl

В дальнейшем этот механизм получил дальнейшее развитие и дополнение.

1 стадия – инициирование

реакция Cl₂ + hν → Cl• + Cl•

Инициируется фотохимическим путем, т.е. путем поглощения кванта света hν. Согласно принципу эквивалентности Эйнштейна каждый квант света может вызвать превращение только одной молекулы. Количественной характеристикой принципа эквивалентности является квантовый выход реакции:

– количество прореагировавших молекул приходящихся на 1 квант света.

γ в обычных фотохимических реакциях ≤1. Однако в случае цепных реакций γ>>1. Например, в случае синтеза HCl γ=10 5 , при распаде H₂O₂ γ=4.

Если молекула Cl₂ поглотила квант света, то она находится в возбужденном состоянии

10 -8 -10 -3 сек и, если полученной с квантом света энергии хватило для превращения, то происходит реакция, если нет, то молекула снова перейдет в основное состояние, либо с испусканием кванта света (флуоресценция или фосфоресценция), либо электронное возбуждение конверсируется в энергию колебания или вращения.

Посмотрим, что происходит в нашем случае:

Е_обр HCl = 432,82 кДж/моль – без облучения реакция не идет.

Квант света имеет энергию Е_кв = 41,1*10 -20 Дж. Энергия, необходимая для начала реакции (энергия активации) ровна энергии, затраченной диссоциацию молекулы Cl₂:

В отличие от катализа, при котором потенциальный барьер снижается, в случае фотохимических реакций он просто преодолевается за счет энергии кванта света.

Еще одна возможность инициирования реакции – добавление паров Na в смесь H₂+Cl₂. Реакция идет при 100°C в темноте:

Na + Cl₂ → NaCl + Cl•

и образуется до 1000 HCl на 1 атом Na.

2 стадия – продолжение цепи

Реакции продолжения цепи при получении HCl бывают следующих типов:

1. Cl• + H₂ → HCl + H• E_a=2,0 кДж/моль

2. H• + Cl₂ → HCl + Cl• E_a=0,8 кДж/моль

Это звенья цепи.

Скорость данных реакций можно представить следующим образом:

Т.к. энергии активации этих реакций малы, то их скорости велики. Цепи в данном случае неразветвленные, а по теории неразветвленных цепей:

W_{развитие цепи} = W_{ициируется фотохимическим путем, т.е. путем поглощения кванта светаобрыва},

тогда, если считать, что обрыв квадратичен:

От реакций 1 и 2 зависит скорость получения HCl

в данном случае W₁ =W₂, т.к.цепи достаточно длинные (из теории цепных реакций)

Данное кинетическое уравнение справедливо в отсутствие примесей в смеси H₂ + Cl₂. Если в систему попадет воздух, то кинетическое уравнение будет иное. В частности

W_обр = K[Cl•], т.е. не квадратичный обрыв и ход процесса полностью меняется.

Т.к. есть вещества, являющиеся ингибиторами цепных реакций. Ингибитором реакции образования HCl является кислород:

Этот радикал малоактивен и может реагировать только с таким же радикалом, регенерируя кислород

Расчеты показывают, что в присутствии 1% O₂ реакция замедляется в 1000 раз. Еще более сильно замедляет скорость процесса присутствие NCl₃, который замедляет реакцию в 10 5 раз сильнее, чем кислород. Т.к. хлорид азота может присутствовать в хлоре в процессе его получения в промышленности, необходима тщательная очистка исходного хлора перед синтезом HCl.

Механизм действия NCl₃:

и восстановление Cl• идет чрезвычайно медленно и идет процесс

3 стадия – обрыв цепи

Представление Нернста о механизме обрыва цепи при тщательном исследовании не подтвердилось.

В данном случае возможно 3 способа рекомбинации радикалов:

1. Cl• + Cl• +М → Cl₂ + М

2. H• + H• + М → H₂ + М

3. H• + Cl• + М → HCl + М

Используя реакции развития цепи 1 и 2 и то, что при длинных цепях W₁ =W₂ можно показать, что

Отсюда , что при t

600°C и [Cl₂] ≈ [H₂] (условия синтеза HCl), дает

Следовательно, скорость рекомбинации по 1 будет в 25 раз выше, чем по 3 и в 625 раз, чем по 2, т.е. процессами 2 и 3 можно практически пренебречь.

Дата добавления: 2015-06-17 ; просмотров: 4597 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Соляная кислота

Характеристики и физические свойства соляной кислоты

Сильная кислота: pK_a = -7,1. Концентрированная соляная кислота содержит около 37% HCl.

Основные физические свойства соляной кислоты приведены в таблице:

Температура плавления, o С

Температура кипения, o С

Энтальпия образования, кДж/моль

Плотность, г/см 3

Удельная теплоемкость, кДж/(кг×К)

Получение соляной кислоты

Соляная кислота получается растворением в воде хлороводорода. В настоящее время основным способом промышленного получения хлороводорода является синтез его из водорода и хлора:

Этот процесс осуществляют в специальных установках, в которых смесь водорода и хлора непрерывно образуется и тут же сгорает ровным пламенем. Тем самым достигается спокойное (без взрыва) протекание реакции. Исходным сырьем для получения хлороводорода служат хлор и водород, образующиеся при электролизе раствора хлорида натрия.

Большие количества соляной кислоты получают также в качестве побочного продукта хлорирования органических соединений согласно уравнению реакции, представленному ниже:

где R – углеводородный радикал.

Химические свойства соляной кислоты

Соляная кислота – сильный электролит. Для нее характерны следующие химические свойства, общие для всех кислот:

— способность взаимодействовать с основаниями с образованием солей:

— способность взаимодействовать с некоторыми металлами с выделением водорода (разбавленный раствор):

— способность вступать в реакции взаимодействия с основными и амфотерными оксидами с образованием солей и воды:

— способность взаимодействовать с солями более слабых кислот:

— способность изменять цвета индикаторов, в частности, вызывать красную окраску лакмуса;

При диссоциации соляной кислоты образуются ионы водорода:

Нагревание смеси растворов соляной и азотной кислот до температуры 100-150 o С приводит к образованию очень сильного окислителя — соединения, которое называют «царская водка»:

Соляная кислота в окислительно-восстановительных реакциях может выступать и как восстановитель (за счет хлорид-аниона Cl — ) и как окислитель (за счет катиона водорода H + ). Уравнения ОВР с участием соляной кислоты приведены ниже:

Применение соляной кислоты

Соляная кислота – одна из важнейших кислот в химической практике. Ежегодное мировое производство соляной кислоты исчисляется миллионами тонн. Широкое применение находят также многие её соли.

Соляная кислота применяется в таких областях народного хозяйства как гидрометаллургия и гальванопластика, для травления, декапирования и лужения поверхности металлов; пищевом производстве, как регулятор кислотности (добавка Е507); в медицине, в качестве лекарства (смесь с ферментом пепсином) при недостаточной кислотности желудка.

Примеры решения задач

Задание	Какова концентрация хлорид-ионов в растворе, полученном при сливании равных объемов растворов 2×10 -5 М хлорида натрия, 0,33×10 -4 М хлорида калия и 5,0×10 -6 М соляной кислоты?
Решение	Сначала преобразуем числа так, чтобы показатели степеней привести к наибольшему:

5,0×10 -6 = 0,050×10 -4 .

Итого: 0,2×10 -4 + 0,33×10 -4 + 0,050×10 -4 = 0,580×10 -4 . Число значащих цифр суммы должно определяться числом 0,2×10 -4 , имеющим наименьшее число значащих десятичных знаков. Поэтому полученную сумму округляем до первой цифры после запятой, т.е. 0,6×10 -4 . В конечном объеме концентрация хлорид-ионов составляет:

0,6×10 -4 / 3 = 0,2×10 -4 М.

Ответ Концентрация хлорид-ионов равна 0,2×10 -4 М

Задание	Рассчитайте рН 0,001 М раствора соляной кислоты.
Решение	Для раствора сильной кислоты:

По аналогии с раствором сильной кислоты для раствора сильного основания:

Источник

Соляная кислота ГОСТ 3118-77

Соляная кислота

Систематическое
наименование Хлороводородная кислота Хим. формула HCl Состояние бесцветная жидкость Молярная масса 36.46 г/моль Плотность 1.19 г/см³ Т. плав. -30 °C Т. кип. 48 °C Энтальпия образования -605.22 кДж/моль pK_a -10 Растворимость в воде смешивается ГОСТ ГОСТ 3118-77, ГОСТ 857-95, ГОСТ 14261-77 Рег. номер CAS 7647-01-0 PubChem 313 Рег. номер EINECS 933-977-5 Кодекс Алиментариус E507 RTECS MW4025000 NFPA 704

Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного.

Соляная кислота (также хлороводородная, хлористоводородная кислота, хлористый водород) — раствор хлороводорода (HCl) в воде, сильная одноосновная кислота. Бесцветная, прозрачная, едкая жидкость, «дымящаяся» на воздухе (техническая соляная кислота — желтоватого цвета из-за примесей железа, хлора и пр.). В концентрации около ω = 0,5 % присутствует в желудке человека, что соответствует pH = pω − lg ( ρH₂O / μHCl ) ≅ 0,86 . Максимальная концентрация при 20 °C равна 38 % по массе, плотность такого раствора 1,19 г/см³. Соли соляной кислоты называются хлоридами.

Содержание

Физические свойства

Физические свойства соляной кислоты сильно зависят от концентрации растворённого хлороводорода:

Конц. (вес), кг HCl/кг	Конц. (г/л), кг HCl/м³	Плотность, кг/л	Молярность M	Водородный показатель (pH)	Вязкость, мПа·с	Удельная теплоемкость, кДж/(кг·К)	Давление пара, Па	Температура кипения, °C	Температура плавления, °C
10 %	104,80	1,048	2,87	−0,4578	1,16	3,47	0,527	103	−18
20 %	219,60	1,098	6,02	−0,7796	1,37	2,99	27,3	108	−59
30 %	344,70	1,149	9,45	−0,9754	1,70	2,60	1,410	90	−52
32 %	370,88	1,159	10,17	−1,0073	1,80	2,55	3,130	84	−43
34 %	397,46	1,169	10,90	−1,0374	1,90	2,50	6,733	71	−36
36 %	424,44	1,179	11,64	−1,06595	1,99	2,46	14,100	61	−30
38 %	451,82	1,189	12,39	−1,0931	2,10	2,43	28,000	48	−26

При 20 °C, 1 атм (101 кПа)При затвердевании даёт кристаллогидраты составов HCl·H₂O, HCl·2H₂O, HCl·3H₂O, HCl·6H₂O.

Химические свойства

• Взаимодействие с металлами, стоящими в ряду электрохимических потенциалов до водорода, с образованием соли и выделением газообразного водорода:

2Na + 2HCl ⟶ 2NaCl + H₂ ↑ Mg + 2HCl ⟶ MgCl₂ + H₂ ↑ 2Al + 6HCl ⟶ 2AlCl₃ + 3H₂ ↑

• Взаимодействие с оксидами металлов с образованием растворимой соли и воды:

Na₂O + 2HCl ⟶ 2NaCl + H₂O MgO + 2HCl ⟶ MgCl₂ + H₂O Al₂O₃ + 6HCl ⟶ 2AlCl₃ + 3H₂O

• Взаимодействие с гидроксидами металлов с образованием растворимой соли и воды (реакция нейтрализации):

NaOH + HCl ⟶ NaCl + H₂O Ba(OH)₂ + 2HCl ⟶ BaCl2 + 2H₂O Al(OH)₃ + 3HCl ⟶ AlCl₃ + 3H₂O

• Взаимодействие с солями металлов, образованных более слабыми кислотами, например угольной:

Na₂CO₃ + 2HCl ⟶ 2NaCl + H₂O + CO₂ ↑

• Взаимодействие с сильными окислителями (перманганат калия, диоксид марганца) с выделением газообразного хлора:

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

• Взаимодействие с аммиаком с образованием густого белого дыма, состоящего из мельчайших кристалликов хлорида аммония:

NH₃ + HCl ⟶ NH₄Cl

• Качественной реакцией на соляную кислоту и её соли является её взаимодействие с нитратом серебра, при котором образуется белый творожистый осадок хлорида серебра, нерастворимый в азотной кислоте:

HCl + AgNO₃ → AgCl ↓ + HNO₃

Получение

Соляную кислоту получают растворением газообразного хлороводорода в воде. Хлороводород получают сжиганием водорода в хлоре, полученная таким способом кислота называется синтетической. Также соляную кислоту получают из абгазов — побочных газов, образующихся при различных процессах, например, при хлорировании углеводородов. Хлороводород, содержащийся в этих газах, называется абгазным, а полученная таким образом кислота — абгазной. В последние десятилетия доля абгазной соляной кислоты в объёме производства постепенно увеличивается, вытесняя кислоту, полученную сжиганием водорода в хлоре. Но полученная методом сжигания водорода в хлоре соляная кислота содержит меньше примесей и применяется при необходимости высокой чистоты.

В лабораторных условиях используется разработанный ещё алхимиками способ, заключающийся в действии концентрированной серной кислоты на поваренную соль:

При температуре выше 550 °C и избытке поваренной соли возможно взаимодействие:

Возможно получение путём гидролиза хлоридов магния, алюминия (нагревается гидратированная соль):

Эти реакции могут идти не до конца с образованием основных хлоридов (оксихлоридов) переменного состава, например:

Хлороводород хорошо растворим в воде. Так, при 0 °C 1 объём воды может поглотить 507 объёмов HCl, что соответствует концентрации кислоты 45 %. Однако при комнатной температуре растворимость HCl ниже, поэтому на практике обычно используют 36-процентную соляную кислоту.

Применение

Промышленность

• Применяется в гидрометаллургии и гальванопластике (травление, декапирование), для очистки поверхности металлов при пайке и лужении, для получения хлоридов цинка, марганца, железа и др. металлов. В смеси с поверхностно-активными веществами используется для очистки керамических и металлических изделий (тут необходима ингибированная кислота) от загрязнений и дезинфекции.
• В пищевой промышленности зарегистрирована как регулятор кислотности (пищевая добавка E507). Применяется для изготовления зельтерской (содовой) воды.

Медицина

• Естественная составная часть желудочного сока человека. В концентрации 0,3—0,5 %, обычно в смеси с ферментом пепсином, назначается внутрь при недостаточной кислотности.

Особенности обращения

Высококонцентрированная соляная кислота — едкое вещество, при попадании на кожу вызывает сильные химические ожоги. Особенно опасно попадание в глаза. Для нейтрализации ожогов применяют раствор слабого основания, или соли слабой кислоты, обычно питьевой соды.

При открывании сосудов с концентрированной соляной кислотой пары хлороводорода, притягивая влагу воздуха, образуют туман, раздражающий глаза и дыхательные пути человека.

Реагируя с сильными окислителями (хлорной известью, диоксидом марганца, перманганатом калия) образует токсичный газообразный хлор.

В РФ оборот соляной кислоты концентрации 15 % и более — ограничен.

Источник