Страница 126 - гдз по химии 9 класс учебник Еремин, Кузьменко

1. Как получают соляную кислоту в промышленности?

Соляную кислоту ($HCl$) в промышленности получают несколькими способами. Основными являются синтетический метод и получение из побочных газов органических производств. Существует также исторический сульфатный метод.

Основной промышленный метод (синтетический)

Этот метод заключается в прямом синтезе хлороводорода из простых веществ — водорода ($H_2$) и хлора ($Cl_2$), которые чаще всего получают как продукты электролиза водных растворов хлорида натрия. Процесс включает две ключевые стадии:

1. Синтез хлороводорода. В специальных печах или горелках из стали или кварца организуют сжигание струи водорода в атмосфере хлора. Реакция является цепной, инициируется светом или нагреванием и протекает с большим выделением тепла (экзотермическая):

$$ H_2 (газ) + Cl_2 (газ) \rightarrow 2HCl (газ) $$

Процесс ведут с небольшим избытком водорода, чтобы весь токсичный хлор полностью прореагировал.

2. Абсорбция хлороводорода. Горячий газообразный хлороводород ($HCl$) охлаждают и направляют в поглотительные (абсорбционные) колонны. В них газ растворяется в воде, которая подается противотоком (газ движется снизу вверх, а вода стекает сверху вниз). Процесс растворения также экзотермичен, поэтому требуется охлаждение. В результате получают раствор хлороводорода в воде, который и является соляной кислотой. Концентрация товарной синтетической кислоты обычно составляет 31–38%.

Ответ: Основной метод промышленного получения соляной кислоты — это прямой синтез из водорода и хлора с последующим растворением (абсорбцией) полученного газообразного хлороводорода в воде.

Получение в качестве побочного продукта (абгазная кислота)

Значительная, а в некоторых регионах и основная, часть соляной кислоты производится из абгазов (отходящих газов) процессов хлорирования органических соединений. Например, при производстве ПВХ, растворителей (дихлорэтан, хлороформ) и других хлорорганических продуктов образуется хлороводород в качестве побочного продукта.

Общая схема реакции, где R — органический радикал:

$$ R-H (углеводород) + Cl_2 \rightarrow R-Cl (хлоруглеводород) + HCl $$

Полученный хлороводород отделяют от других газов, очищают и так же, как и в синтетическом методе, поглощают водой для получения соляной кислоты. Такая кислота называется абгазной. Ее чистота зависит от исходного процесса и степени очистки.

Ответ: Соляную кислоту также в больших количествах получают как побочный продукт при хлорировании органических веществ, улавливая и растворяя в воде выделяющийся хлороводород.

Сульфатный метод

Это исторически более старый метод, основанный на реакции поваренной соли (хлорида натрия, $NaCl$) с концентрированной серной кислотой ($H_2SO_4$) при сильном нагревании:

$$ 2NaCl (тв) + H_2SO_4 (конц) \xrightarrow{t} Na_2SO_4 + 2HCl\uparrow $$

Процесс проводят в специальных печах. Выделившийся газообразный хлороводород затем так же растворяют в воде. Этот метод сегодня используется редко, в основном там, где есть потребность в сульфате натрия ($Na_2SO_4$), который является вторым продуктом реакции.

Ответ: Исторически важным, но менее распространенным сегодня является сульфатный метод — взаимодействие хлорида натрия с концентрированной серной кислотой при нагревании.

2. Пользуясь рисунком 41, перечислите основные области применения соляной кислоты.

$HCl$

Получение солей

Очистка стали от ржавчины и окалины

В медицине

Анализ минералов

Рис. 41. Применение соляной кислоты

На основе рисунка 41 можно выделить следующие основные области применения соляной кислоты ($HCl$):

Получение солей

Соляная кислота активно используется в химической промышленности для производства хлоридов различных металлов. Она вступает в реакцию с металлами, их оксидами, гидроксидами и карбонатами. Например, при реакции с гидроксидом натрия образуется хлорид натрия (поваренная соль): $NaOH(р-р) + HCl(р-р) \rightarrow NaCl(р-р) + H_2O(ж)$. Полученные соли, такие как хлорид цинка ($ZnCl_2$) или хлорид железа(III) ($FeCl_3$), применяются в качестве катализаторов, для пайки, в очистке воды и других промышленных процессах. На изображении показана соответствующая промышленная установка.

Ответ: Производство солей (хлоридов) для нужд химической промышленности.

Очистка стали от ржавчины и окалины

Соляная кислота применяется для травления металлов, то есть для удаления с их поверхности оксидной пленки, ржавчины и окалины перед последующей обработкой (например, нанесением покрытий, сваркой). Ржавчина, состоящая в основном из оксида железа(III), растворяется в кислоте: $Fe_2O_3(тв.) + 6HCl(р-р) \rightarrow 2FeCl_3(р-р) + 3H_2O(ж)$. Этот процесс, показанный на рисунке, позволяет получить чистую металлическую поверхность.

Ответ: Очистка металлических поверхностей (травление) от оксидов, ржавчины и окалины.

В медицине

Соляная кислота является важнейшим компонентом желудочного сока человека, создавая необходимую кислотную среду для работы пищеварительного фермента пепсина. При недостаточной выработке собственной кислоты (гипохлоргидрии) пациентам могут назначать разбавленные растворы соляной кислоты для улучшения пищеварения. Также знание роли $HCl$ в желудке лежит в основе применения антацидных препаратов (как показанный на рисунке "Гелусил-Лак") для нейтрализации избыточной кислотности.

Ответ: Применение в качестве компонента желудочного сока для пищеварения и как лекарственного средства при пониженной кислотности.

Анализ минералов

В аналитической химии и геологии соляную кислоту используют в качестве реагента для растворения образцов горных пород и минералов. Многие минералы, особенно карбонаты (например, кальцит $CaCO_3$), растворяются в $HCl$ с выделением углекислого газа: $CaCO_3(тв.) + 2HCl(р-р) \rightarrow CaCl_2(р-р) + H_2O(ж.) + CO_2(г.)\uparrow$. Полученный раствор, как показано на изображении с лабораторным оборудованием, затем анализируют, чтобы определить химический состав исходного образца.

Ответ: Растворение образцов минералов для последующего химического анализа их состава.

3. Чем отличается действие на ржавый гвоздь чистой соляной кислоты и соляной кислоты, содержащей ингибитор?

Ржавый гвоздь состоит из железа ($Fe$), покрытого слоем ржавчины. Ржавчина — это в основном гидратированный оксид железа(III) ($Fe_2O_3 \cdot nH_2O$). Разница в действии чистой соляной кислоты и кислоты с ингибитором заключается в избирательности их химического воздействия.

Действие чистой соляной кислоты

Чистая соляная кислота ($HCl$) — сильная кислота, которая реагирует как с ржавчиной, так и с основным металлом (железом). Протекают две основные реакции:

1. Растворение ржавчины: кислота реагирует с оксидом железа, превращая его в растворимую соль — хлорид железа(III).

$Fe_2O_3 + 6HCl \rightarrow 2FeCl_3 + 3H_2O$

2. Растворение железа: кислота также атакует сам металл, растворяя его с образованием хлорида железа(II) и выделением газообразного водорода.

$Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2 \uparrow$

В результате гвоздь очищается от ржавчины, но одновременно происходит его коррозия (разрушение), что является нежелательным побочным эффектом.

Действие соляной кислоты с ингибитором

Ингибитор — это специальная добавка, которая значительно замедляет или предотвращает определенную химическую реакцию. В данном случае используется ингибитор кислотной коррозии. Он действует избирательно:

1. Ингибитор не препятствует реакции кислоты с ржавчиной. Очистка поверхности происходит эффективно:

$Fe_2O_3 + 6HCl \rightarrow 2FeCl_3 + 3H_2O$

2. В то же время ингибитор адсорбируется на поверхности чистого металла, создавая защитный слой. Этот слой блокирует доступ кислоты к железу, и реакция его растворения сильно замедляется или практически прекращается.

$Fe + 2HCl \xrightarrow{ингибитор} реакция ~сильно ~замедлена$

Таким образом, использование ингибитора позволяет целенаправленно удалить ржавчину, сохранив при этом основной металл гвоздя от разрушения.

Ответ: Чистая соляная кислота растворяет и ржавчину, и само железо, из которого сделан гвоздь, тем самым повреждая его. Соляная кислота с ингибитором действует избирательно: она эффективно удаляет ржавчину, но при этом защищает металлическое железо от растворения, что позволяет очистить гвоздь, не разрушая его.

4. Как доказать, что в состав соляной кислоты входят водород и хлор?

Чтобы доказать качественный состав соляной кислоты ($HCl$), то есть наличие в ней атомов водорода и хлора, необходимо провести ряд химических экспериментов, которые являются качественными реакциями на ионы водорода ($H^+$) и хлорид-ионы ($Cl^-$).

Доказательство наличия водорода

Наличие водорода в составе кислоты можно доказать, продемонстрировав её общие свойства, а именно — взаимодействие с активными металлами. Металлы, стоящие в электрохимическом ряду напряжений до водорода (например, цинк, магний, железо), вытесняют водород из растворов кислот.

Для эксперимента в пробирку с соляной кислотой помещают гранулу цинка ($Zn$). Начинается реакция с выделением пузырьков газа:

$Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2 \uparrow$

Чтобы доказать, что выделяющийся газ — это водород, нужно собрать его в другую пробирку, перевернутую вверх дном, а затем поднести к её отверстию горящую лучинку. Характерный тихий хлопок («лающий звук») подтвердит, что выделился именно водород. Это доказывает, что водород входит в состав соляной кислоты.

Ответ: Наличие водорода доказывается реакцией соляной кислоты с активным металлом (например, цинком). В результате выделяется газ, который при поднесении зажженной лучины издает характерный хлопок, что является качественной реакцией на водород.

Доказательство наличия хлора

Хлор в соляной кислоте находится в виде хлорид-ионов ($Cl^-$). Качественной реакцией на хлорид-ионы является взаимодействие с раствором нитрата серебра ($AgNO_3$).

К исследуемому раствору соляной кислоты нужно прилить несколько капель раствора нитрата серебра. В результате реакции мгновенно образуется белый творожистый осадок хлорида серебра ($AgCl$), который не растворяется в кислотах (например, в азотной кислоте, $HNO_3$).

Молекулярное уравнение реакции:

$HCl + AgNO_3 \rightarrow AgCl \downarrow + HNO_3$

Полное ионное уравнение:

$H^+ + Cl^- + Ag^+ + NO_3^- \rightarrow AgCl \downarrow + H^+ + NO_3^-$

Сокращенное ионное уравнение, показывающее суть процесса:

$Ag^+ + Cl^- \rightarrow AgCl \downarrow$

Образование данного осадка однозначно указывает на присутствие хлорид-ионов, а следовательно, и элемента хлора в составе соляной кислоты.

Ответ: Наличие хлора (в виде хлорид-ионов) доказывается добавлением к соляной кислоте раствора нитрата серебра. Появление белого творожистого осадка, нерастворимого в кислотах, подтверждает присутствие хлорид-ионов.

Таким образом, проведя два описанных выше эксперимента, можно комплексно доказать, что в состав соляной кислоты входят и водород, и хлор.

5. На чём основано использование соляной кислоты при травлении?

Использование соляной кислоты ($HCl$) при травлении основано на её способности вступать в химические реакции с оксидами, гидроксидами и некоторыми другими соединениями металлов, которые обычно образуют на поверхности нежелательные слои, такие как ржавчина или окалина.

Ключевой принцип заключается в переводе нерастворимых или слабо растворимых в воде соединений (например, оксидов) в хорошо растворимые соли (хлориды), которые затем легко удаляются с поверхности промывкой.

Рассмотрим основные процессы:

1. Растворение оксидных пленок. Это основная цель травления при подготовке металлических поверхностей. Окалина на стали состоит из различных оксидов железа ($FeO$, $Fe_3O_4$, $Fe_2O_3$). Соляная кислота эффективно реагирует с ними. Например, реакция с оксидом железа(III), главным компонентом ржавчины:

   $Fe_2O_3 + 6HCl \rightarrow 2FeCl_3 + 3H_2O$

   В результате образуется хлорид железа(III) ($FeCl_3$) — соль, которая хорошо растворяется в воде и легко смывается с поверхности изделия.

2. Взаимодействие с основным металлом. Соляная кислота также способна реагировать и с самим металлом (для металлов, стоящих в ряду активности левее водорода), например, с железом:

   $Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2 \uparrow$

   При этом выделяется газообразный водород. Этот процесс, с одной стороны, может быть нежелательным, так как приводит к потере массы основного металла и риску водородного охрупчивания. С другой стороны, пузырьки водорода помогают механически отслаивать частицы окалины, ускоряя процесс очистки. Для контроля этой реакции и защиты основного металла в травильные растворы часто добавляют специальные вещества — ингибиторы, которые замедляют реакцию кислоты с чистым металлом, но не мешают ей растворять оксиды.

Таким образом, соляную кислоту используют для травления благодаря её высокой реакционной способности по отношению к оксидам металлов, что позволяет эффективно и относительно быстро очищать металлические поверхности.

Ответ: Использование соляной кислоты при травлении основано на её химической способности растворять оксиды, гидроксиды и карбонаты металлов (ржавчину, окалину), превращая их в растворимые соли (хлориды), которые легко удаляются с обрабатываемой поверхности.

6. Сколько килограммов 36,5%-й соляной кислоты можно получить из 44,8 $m^3$ хлора (н. у.)?

Дано:

Объем хлора $V(Cl_2) = 44,8 \text{ м³}$

Массовая доля соляной кислоты $\omega(HCl) = 36,5\%$

Условия нормальные (н. у.)

Перевод в СИ:

Объем $V(Cl_2) = 44,8 \text{ м³}$ (соответствует СИ).

Массовая доля $\omega(HCl) = 36,5\% = 0,365$.

Найти:

Массу раствора соляной кислоты $m(\text{р-ра HCl})$ - ?

Решение:

1. Соляная кислота представляет собой водный раствор хлороводорода ($HCl$). Для получения хлороводорода из хлора ($Cl_2$) необходимо провести реакцию с водородом ($H_2$). Запишем уравнение реакции:

$H_2 + Cl_2 \rightarrow 2HCl$

2. Рассчитаем количество вещества (число молей) хлора, содержащегося в объеме 44,8 м³. При нормальных условиях (н. у.) молярный объем любого газа $V_m$ равен $22,4 \text{ л/моль}$, что в системе СИ составляет $22,4 \cdot 10^{-3} \text{ м³/моль}$.

$n(Cl_2) = \frac{V(Cl_2)}{V_m} = \frac{44,8 \text{ м³}}{22,4 \cdot 10^{-3} \text{ м³/моль}} = 2000 \text{ моль}$

3. Согласно уравнению реакции, из 1 моль хлора образуется 2 моль хлороводорода. Найдем количество вещества полученного $HCl$:

$n(HCl) = 2 \cdot n(Cl_2) = 2 \cdot 2000 \text{ моль} = 4000 \text{ моль}$

4. Вычислим массу чистого хлороводорода. Для этого сначала найдем его молярную массу, используя относительные атомные массы элементов: $Ar(H) = 1$, $Ar(Cl) = 35,5$.

$M(HCl) = 1 + 35,5 = 36,5 \text{ г/моль}$

Теперь найдем массу $HCl$:

$m(HCl) = n(HCl) \cdot M(HCl) = 4000 \text{ моль} \cdot 36,5 \text{ г/моль} = 146000 \text{ г}$

Переведем массу в килограммы: $146000 \text{ г} = 146 \text{ кг}$.

5. Зная массу чистого вещества ($HCl$) и его массовую долю в растворе, можно найти массу всего раствора соляной кислоты. Массовая доля связана с массами по формуле:

$\omega(HCl) = \frac{m(HCl)}{m(\text{р-ра HCl})}$

Отсюда выразим массу раствора:

$m(\text{р-ра HCl}) = \frac{m(HCl)}{\omega(HCl)} = \frac{146 \text{ кг}}{0,365} = 400 \text{ кг}$

Ответ: из 44,8 м³ хлора можно получить 400 кг 36,5%-й соляной кислоты.

7. В четырёх пробирках без этикеток находятся соляная кислота, хлорид натрия, карбонат натрия, гидроксид натрия. Как опытным путём установить содержание каждой пробирки? Напишите уравнения реакций.

Решение

Для того чтобы определить содержимое каждой из четырёх пробирок, необходимо провести последовательность химических экспериментов. В пробирках находятся растворы следующих веществ: соляная кислота ($HCl$), хлорид натрия ($NaCl$), карбонат натрия ($Na_2CO_3$) и гидроксид натрия ($NaOH$).

Шаг 1. Классификация веществ с помощью индикатора

Сначала отберём из каждой пробирки небольшие пробы и добавим в них по капле индикатора, например, фенолфталеина. Фенолфталеин меняет окраску на малиновую в щелочной среде ($pH > 8.2$).

• В двух пробирках раствор окрасится в малиновый цвет. Это будут растворы гидроксида натрия ($NaOH$, сильная щелочь) и карбоната натрия ($Na_2CO_3$, раствор которого имеет щелочную среду из-за гидролиза иона $CO_3^{2-}$).
• В двух других пробирках раствор останется бесцветным. Это будут соляная кислота ($HCl$, кислая среда) и хлорид натрия ($NaCl$, нейтральная среда).

Таким образом, мы разделили четыре вещества на две группы по две пробирки в каждой.

Шаг 2. Идентификация соляной кислоты

Теперь нужно различить вещества внутри каждой группы. Возьмём одну из пробирок с малиновой окраской (например, предполагаемый $Na_2CO_3$) и будем добавлять её содержимое к пробам из двух бесцветных пробирок.

• В той пробирке, где при добавлении щелочного раствора начнется выделение бесцветного газа без запаха (углекислого газа), находится соляная кислота.
• В пробирке, где видимых изменений не произойдет, находится хлорид натрия.

Если при добавлении содержимого первой малиновой пробирки газ не выделился ни в одной из бесцветных, значит, мы взяли пробирку с $NaOH$. В этом случае нужно повторить опыт, взяв для добавления раствор из второй малиновой пробирки (которая точно содержит $Na_2CO_3$), и тогда газ обязательно выделится в пробирке с кислотой.

Уравнение реакции, позволяющее определить соляную кислоту:

$2HCl + Na_2CO_3 \rightarrow 2NaCl + H_2O + CO_2\uparrow$

Шаг 3. Идентификация гидроксида натрия и карбоната натрия

На данном этапе у нас остались две неопознанные пробирки с малиновой окраской, содержащие $NaOH$ и $Na_2CO_3$. Мы уже определили, в какой из пробирок находится соляная кислота. Используем её для распознавания оставшихся веществ.

Отберём пробы из двух оставшихся пробирок и добавим в каждую из них по каплям раствор определённой на предыдущем шаге соляной кислоты.

• В пробирке, где начнется выделение газа, находится карбонат натрия.
• В пробирке, где газ не выделяется, а происходит лишь обесцвечивание малинового раствора (реакция нейтрализации), находится гидроксид натрия.

Уравнения реакций:

Реакция с карбонатом натрия:

$Na_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2O + CO_2\uparrow$

Реакция с гидроксидом натрия (нейтрализация):

$NaOH + HCl \rightarrow NaCl + H_2O$

Ответ: Чтобы установить содержимое каждой пробирки, следует: 1. С помощью индикатора фенолфталеина разделить вещества на две группы: щелочную ($NaOH$ и $Na_2CO_3$) и нещелочную ($HCl$ и $NaCl$). 2. Добавляя раствор из щелочной группы к нещелочной, по выделению газа ($CO_2$) определить соляную кислоту ($HCl$). Вторая пробирка в этой группе содержит $NaCl$. 3. К оставшимся двум растворам щелочной группы добавить найденную соляную кислоту. Пробирка, в которой выделится газ, содержит карбонат натрия ($Na_2CO_3$), а та, где произойдет только обесцвечивание индикатора, — гидроксид натрия ($NaOH$).

8. Даны:цинк, медь, оксид цинка, оксид углерода(IV), карбонат натрия, нитрат натрия, нитрат свинца(II), гидрооксид магния. С какими из этих веществ реагирует $HCl$? Напишите уравнения реакций.

Соляная кислота ($HCl$) является сильной кислотой. Для определения возможности реакции с предложенными веществами, проанализируем каждое из них на основе общих химических свойств кислот.

Цинк ($Zn$)

Цинк — это металл, который в электрохимическом ряду напряжений стоит до водорода. Следовательно, он способен вытеснять водород из растворов кислот-неокислителей, к которым относится соляная кислота. Реакция протекает.

$Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2 \uparrow$

Медь ($Cu$)

Медь в электрохимическом ряду напряжений стоит после водорода, поэтому она не реагирует с соляной кислотой.

Оксид цинка ($ZnO$)

Оксид цинка является амфотерным оксидом, который проявляет основные свойства при взаимодействии с кислотами. Происходит реакция обмена (нейтрализации) с образованием соли и воды.

$ZnO + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2O$

Оксид углерода(IV) ($CO_2$)

Оксид углерода(IV) — это кислотный оксид, который не реагирует с другими кислотами.

Карбонат натрия ($Na_2CO_3$)

Карбонат натрия — это соль слабой угольной кислоты. Более сильная соляная кислота вытесняет слабую кислоту из ее соли. Неустойчивая угольная кислота ($H_2CO_3$) распадается на углекислый газ и воду.

$Na_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2O + CO_2 \uparrow$

Нитрат натрия ($NaNO_3$)

Нитрат натрия — это соль, образованная сильным основанием ($NaOH$) и сильной азотной кислотой ($HNO_3$). Реакция обмена с соляной кислотой невозможна, так как все возможные продукты реакции растворимы и являются сильными электролитами, то есть не образуется ни осадка, ни газа, ни слабого электролита.

Нитрат свинца(II) ($Pb(NO_3)_2$)

Взаимодействие возможно, так как в результате реакции ионного обмена образуется нерастворимое вещество — хлорид свинца(II) ($PbCl_2$), который выпадает в осадок.

$Pb(NO_3)_2 + 2HCl \rightarrow PbCl_2 \downarrow + 2HNO_3$

Гидроксид магния ($Mg(OH)_2$)

Гидроксид магния — это основание, которое вступает в реакцию нейтрализации с соляной кислотой, образуя растворимую соль и воду.

$Mg(OH)_2 + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + 2H_2O$

Ответ:

Соляная кислота реагирует с цинком, оксидом цинка, карбонатом натрия, нитратом свинца(II) и гидроксидом магния. Уравнения реакций:

$Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2 \uparrow$

$ZnO + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2O$

$Na_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2O + CO_2 \uparrow$

$Pb(NO_3)_2 + 2HCl \rightarrow PbCl_2 \downarrow + 2HNO_3$

$Mg(OH)_2 + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + 2H_2O$

9. Напишите уравнения реакций, соответствующих схеме:

$Cl_2 \to HCl \to CuCl_2 \to BaCl_2 \to KCl \to HCl \to Cl_2$

1. $Cl_2 \rightarrow HCl$

Для получения хлороводорода (HCl) из хлора ($Cl_2$) необходимо провести реакцию с водородом ($H_2$). Реакция является цепной и инициируется ультрафиолетовым излучением (светом) или нагреванием.

Ответ: $H_2 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} 2HCl$

2. $HCl \rightarrow CuCl_2$

Хлорид меди(II) ($CuCl_2$) можно получить при взаимодействии соляной кислоты (HCl) с оксидом меди(II) ($CuO$) или гидроксидом меди(II) ($Cu(OH)_2$). Это реакция обмена, в результате которой образуется соль и вода.

Ответ: $CuO + 2HCl \rightarrow CuCl_2 + H_2O$

3. $CuCl_2 \rightarrow BaCl_2$

Чтобы получить хлорид бария ($BaCl_2$) из хлорида меди(II) ($CuCl_2$), можно провести реакцию ионного обмена с растворимым основанием, например, гидроксидом бария ($Ba(OH)_2$). В результате реакции образуется нерастворимый осадок гидроксида меди(II) и растворимый хлорид бария.

Ответ: $CuCl_2 + Ba(OH)_2 \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + BaCl_2$

4. $BaCl_2 \rightarrow KCl$

Для получения хлорида калия ($KCl$) из хлорида бария ($BaCl_2$) используется реакция ионного обмена с растворимой солью калия, которая образует с ионом бария нерастворимый осадок. Подходящим реагентом является сульфат калия ($K_2SO_4$), так как сульфат бария ($BaSO_4$) нерастворим.

Ответ: $BaCl_2 + K_2SO_4 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2KCl$

5. $KCl \rightarrow HCl$

Хлороводород ($HCl$) можно получить из его соли, хлорида калия ($KCl$), действием сильной, менее летучей кислоты. В лабораторных условиях для этого используют концентрированную серную кислоту ($H_2SO_4$) при нагревании.

Ответ: $KCl(тв) + H_2SO_4(конц) \xrightarrow{t} KHSO_4 + HCl \uparrow$

6. $HCl \rightarrow Cl_2$

Получение хлора ($Cl_2$) из соляной кислоты ($HCl$) — это окислительно-восстановительная реакция, в которой хлорид-ион ($Cl^{-1}$) окисляется до молекулярного хлора ($Cl_2^0$). Для этого необходим сильный окислитель, например, оксид марганца(IV) ($MnO_2$).

Ответ: $4HCl(конц) + MnO_2 \xrightarrow{t} MnCl_2 + Cl_2 \uparrow + 2H_2O$

10. Может ли хлороводород проявлять свойства окислителя? Приведите пример.

Да, хлороводород ($HCl$) может проявлять свойства окислителя. Окислительно-восстановительная двойственность вещества определяется возможностью его атомов как повышать, так и понижать свою степень окисления. В молекуле хлороводорода атом водорода имеет степень окисления +1, а атом хлора -1.

Атом хлора находится в своей низшей степени окисления (-1) и может только отдавать электроны, то есть проявлять свойства восстановителя. Например, в реакции с сильными окислителями, такими как $KMnO_4$ или $MnO_2$.

Атом водорода находится в промежуточной степени окисления +1 (высшая +1, низшая -1 в гидридах). Он может принять электрон и понизить свою степень окисления до 0 (в простом веществе $H_2$). Следовательно, хлороводород может быть окислителем за счет атома водорода.

Решение

Свойства окислителя хлороводород (в виде соляной кислоты) проявляет при взаимодействии с металлами, стоящими в электрохимическом ряду напряжений до водорода. В качестве примера рассмотрим реакцию с магнием.

Уравнение реакции:

$2HCl + Mg \rightarrow MgCl_2 + H_2 \uparrow$

Рассмотрим изменение степеней окисления элементов:

$2\overset{+1}{H}\overset{-1}{Cl} + \overset{0}{Mg} \rightarrow \overset{+2}{Mg}\overset{-1}{Cl}_2 + \overset{0}{H}_2$

Составим электронный баланс:

$\overset{0}{Mg} - 2e^- \rightarrow \overset{+2}{Mg}$ | 1 (магний — восстановитель, процесс окисления)

$2\overset{+1}{H} + 2e^- \rightarrow \overset{0}{H}_2$ | 1 (водород в составе $HCl$ — окислитель, процесс восстановления)

В этой реакции атом водорода в составе хлороводорода принимает электроны от атома магния, понижая свою степень окисления с +1 до 0. Таким образом, хлороводород ($HCl$) выступает в роли окислителя.

Ответ: Да, хлороводород может проявлять свойства окислителя за счет атома водорода в степени окисления +1. Примером такой реакции является взаимодействие соляной кислоты с активными металлами, например, с магнием: $2HCl + Mg \rightarrow MgCl_2 + H_2$.