Хімічні властивості хлору

Хлор — сильний окисник. У більшості реакцій атом Хлору приймає один електрон і відновлюється до Cl, за схемою

Cl2 + 2ē → 2 Cl.

 1. Взаємодія хлору з простими речовинами

а) Реакції хлору з металами

У атмосфері хлору згоряють майже всі метали (відео 1-3).

Під час цих реакцій утворюються хлориди, у яких метали проявляють як правило найвищий ступінь окиснення.

Наприклад, мідь згоряє до купрум(ІІ) хлориду

Cu + Cl2 = CuCl2.

Відео 1. Горіння міді у хлорі.
Залізо — до ферум(ІІІ) хлориду

2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3.

Відео 2. Горіння заліза у хлорі

Стибій — до стибій(ІІІ) хлориду

2Sb + 3Cl2 = 2SbCl3.

Хлор взаємодіє навіть з благородними металами — золотом і платиною.

Хлорування порошкоподібного золота починається при температурі 143 оС з утворенням аурум(ІІІ) хлориду

2Au + 3Cl2 = 2AuCl3.

AuClпри температурі 260 оС  розкладається на хлор і аурум(І) хлорид

AuCl3  = AuCl + Cl2.

Відео 3. Горіння стибію у хлорі

б) Реакції хлору з неметалами

Хлор взаємодіє майже зі всіма неметалами.

Хлор безпосередньо не взаємодіє тільки з киснем, азотом і інертними газами.

Хлор взаємодіє з воднем  при нагріванні або при освітленні (відео 4 і 5)

Н2 +Cl2 = 2 НCl.

При ультрафіолетовому опроміненні ця реакція протікає з вибухом за ланцюговим механізмом, коли один поглинений квант світла викликає ланцюг послідовних реакцій. У реакції хлору з воднем на кожен поглинений квант світла в деяких умовах утворюється до 1 000 000 молекул гідроген хлориду.

Сутність цієї реакції полягає в тому, що під дією енергії ультрафіолетових променів молекули хлору дисоціюють на атоми

Сl2+ квант світла → Сl• + Сl•.

Цю стадію називають зародження ланцюга.

Відео 4.  Горіння водню в хлорі.

Відео 5. Взаємодія хлору з воднем при освітленні.

Атоми Хлору — це вільні радикали, тому вони реагують з молекулами водню, утворюючи молекулу гідроген хлориду і атом Гідрогену

Сl•+Н2 → НСl+Н•.

Атоми Гідрогену також є вільними радикалами, вони в свою чергу, реагують є з молекулами хлору, утворюючи молекулу гідроген хлориду і атом Хлору. Далі багато разів відбуваються ці дві швидко повторювані одна за одною реакції —  стадія продовження ланцюгу.

Остання стадія — обрив ланцюгів —  відбувається, коли активні атоми Гідрогену або Хлору реагують один з одним, перетворюючись в неактивні молекули H2, Clабо НСl.

Н• + Н• = Н2

Сl•+ Сl• = Сl2

Н• + Сl•= НСl.

У хлорі самозаймається фосфор, у результаті цієї реакції утворюються фосфор(ІІІ) та фосфор(V) хлориди (відео 6).

3Сl+ 2Р = 2РСl3

5Сl2+ 2Р = 2РСl5.

Відео 6. Горіння фосфору у хлорі.

При нагріванні хлор взаємодіє з сіркою з утворенням хлоридів  S2Cl2 і SCl(відео 7)

2S +Cl= S2Cl2

S2Cl+ Cl2 ⇄ 2SCl2.

За звичайних умов хлор не взаємодіє з вуглецем. Безпосереднє сполучення хлору з вуглецем відбувається в електричній дузі.

Відео 7. Взаємодія хлору з сіркою.

 2. Взаємодія хлору зі складними речовинами 

а) Взаємодія хлору з водою

Хлор розчиняється у воді  і  частково реагує з нею, що призводить до утворення сполук Хлору зі ступенями окиснення -1  і +1. Тобто відбувається реакція самоокиснения — самовідновлення або диспропорціонування з утворенням хлоридної і хлоратної(І) кислот

Cl2 + Н2О ⇄ НCl + НClО.

Розчин, що містить рівноважну суміш  хлору, хлоридної і хлоратної(І) кислот, називають хлорною водою. 

Хлоратна(І) кислота (за тривіальною назвою гіпохлоридна) нестійка, на світлі вона розкладається на хлоридну кислоту і атомарний Оксиген, завдяки якому хлорна вода проявляє сильні окисні властивості і властивості відбілювача (відео 8)

НClО= НCl + О.

Відео 8. Взаємодія розчину хлору з органічними барвниками.  

б) Взаємодія хлору з лугами

При пропусканні хлору через розчини лугів відбувається необоротна реакція диспропорціювання, продукти якої залежать від температури.

На холоді утворюються солі хлоридної і хлоратної(І) кислоти, наприклад, при взаємодії хлору з натрій гідроксидом утворюються натрій хлорид (NaCl)  і натрій гіпохлорид (NaClО), розчин яких називають жавелева вода,

Cl2 + 2NaOH = NaCl + NaClО + Н2О.

Дією хлору на кальцій гідроксид отримують суміш кальцій хлориду та кальцій гіпохлориду, яку називають хлорне вапно,

Cl2 + 2Сa(OH)2 = СaCl2 + Сa(ClО)2 + 2Н2О.

Цю суміш можна розглядати як змішану сіль хлоридної і гіпохлоридної кислот Са(ОCl)Cl 

.

При пропусканні хлору крізь гарячий розчин лугу утворюються солі хлоридної і хлоратної(ІІІ) кислот

Cl2 + 2NaOH  NaCl + NaClО3 + Н2О.

в) Взаємодія хлору з бромідами та іодидами

Окисні властивості галогенів знижується в рядi Cl2-Br2-I2, тому  хлор витискує Бром  і Іод з їх солей і сполук з Гідрогеном (відео 9)

Cl2 + 2KBr = Br2 + 2KCl

Cl2 + 2NaI = I2 + 2NaCl.

Відео 9. Взаємодія хлорної води з розчинами натрій броміду і калій іодиду.

г) Взаємодія хлору з вуглеводнями

При у-ф опроміненні хлор вступає в реакції заміщення з алканами, наприклад, під час взаємодії хлору з метаном утворюється хлорометан і гідроген хлорид

Cl2 + СН4 → СН3Cl + НCl.

Ця реакція відбувається за ланцюговим механізмом.

З ненасиченими вуглеводнями в реакції приєднання за звичайних умов вступає навіть хлорна вода, наприклад, з етену при взаємодії з хлорною водою утворюється 1,2-дихлороетан

СН2=СН2 + Cl2 → СН2Cl=СН2Cl.

ВИСНОВКИ

Хлор — сильний окисник. 
Хлор безпосередньо реагує з усіма простими речовинами, за винятком кисню, азоту і благородних газів.
Хлор вступає в реакції диспропорціювання з водою і розчинами лугів. 
Хлор витискує Бром і Іод з їхніх сполук з Гідрогеном і металами.
Хлор вступає в реакції заміщення з насиченими вуглеводнями і в реакції приєднання з ненасиченими вуглеводнями.

Питання для закріплення знань.

1. З даного переліку речовин виберіть речовини, з якими взаємодії хлор: цинк, сірка, кисень,  натрій бромід, аргон, кальцій гідроксид. Напишіть рівняння можливих реакцій та складіть електронний баланс.

2. Золото не реагує з водою і не реагує з сухим хлором, але у присутності води золото окиснюється хлором з утворенням хлор(ІІІ) хлориду. Напишіть рівняння реакції. Яку роль виконує в цій реакції вода? Чому хлор висушують перед заповненням балонів або залізних цистерн?

3. Чому хлор за звичайної температури в темряві не взаємодіє з воднем, а при освітленні суміші хлору з воднем відбувається вибух?

5. Наведіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійснити такі перетворення:

HCl → Cl2 → HClO → HCl.

6. При взаємодії фосфору масою 6,2 г з хлором утворилось 41,7 г фосфор хлориду. Визначте формулу фосфор хлориду, що отримали.