Решебник по химии 9 класс. Рудзитис ФГОС §15

Хлор

Стр. 67

Вопросы

1. Как можно получить хлор?

Хлор можно получить в лабораторных условиях при взаимодействии оксида марганца(IV) (MnO₂) с концентрированной соляной кислотой (HCl). В этой реакции происходит окисление ионов хлора Cl⁻ до молекулярного хлора Cl₂:

(MnO₂ + 4HCl → MnCl₂ + Cl₂ + 2H₂O)

Также хлор получают на заводах методом электролиза раствора поваренной соли (NaCl):

(2NaCl + 2H₂O → Cl₂ + H₂ + 2NaOH)

2. Что называют хлорной водой?

Хлорной водой называют раствор хлора (Cl₂) в воде. При этом часть хлора реагирует с водой с образованием соляной кислоты (HCl) и хлорноватистой кислоты (HClO):

(Cl₂ + H₂O → HCl + HClO)

Хлорная вода обладает обесцвечивающим и дезинфицирующим действием из-за присутствия активных хлорсодержащих веществ.

Стр. 70

Подумай, ответь, выполни

1. В виде каких соединений хлор встречается в природе? Назовите наиболее важные из них и покажите их месторождения на карте. Почему хлор в природе не встречается в свободном состоянии?

Хлор в природе встречается только в виде соединений, чаще всего — в виде хлоридов. Наиболее важное соединение — поваренная соль (NaCl), которую находят:

• в морской воде;

• в отложениях каменной соли (галит) — месторождения есть в России (Соль-Илецк, Баскунчак, Урал), Германии, Польше, США.

Хлор в свободном виде в природе не встречается, потому что он очень активен. Он быстро вступает в химические реакции с другими веществами, особенно с металлами и водородом, поэтому существует только в виде соединений.

2. Охарактеризуйте основные химические свойства хлора. Составьте уравнения химических реакций: а) лития с хлором; б) цинка с хлором; в) хлора с гидроксидом калия. Над знаками химических элементов проставьте степени окисления. Укажите окислитель и восстановитель.

Хлор проявляет сильные окислительные свойства и активно реагирует как с простыми, так и со сложными веществами. Он взаимодействует почти со всеми металлами, образуя соли — хлориды. В этих реакциях хлор восстанавливается, а металл — окисляется. Кроме того, хлор вступает в реакции с водой и щелочами, образуя кислородсодержащие соединения. Например:

а) При реакции лития с хлором образуется хлорид лития:

(2Li + Cl₂ → 2LiCl)

В этом уравнении степени окисления: Li⁰ + Cl⁰₂ → Li⁺¹Cl⁻¹

Хлор является окислителем, литий — восстановителем.

б) При взаимодействии цинка с хлором образуется хлорид цинка:

(Zn + Cl₂ → ZnCl₂)

Степени окисления: Zn⁰ + Cl⁰₂ → Zn⁺²Cl₂⁻¹

Хлор — окислитель, цинк — восстановитель.

в) При реакции хлора с гидроксидом калия (KOH) на холоде происходит реакция диспропорционирования, в которой один атом хлора восстанавливается до -1, а другой окисляется до +1. В результате образуются хлорид калия, гипохлорит калия и вода:

(Cl₂ + 2KOH → KCl + KClO + H₂O)

Степени окисления: Cl⁰₂ → Cl⁻¹ (в KCl) и Cl⁺1 (в KClO)

Здесь хлор одновременно играет роль как окислителя, так и восстановителя.

3. Почему синяя лакмусовая бумага в свежеприготовленной хлорной воде обесцвечивается, а в хлорной воде, которая длительное время находилась на свету, краснеет?

Свежеприготовленная хлорная вода содержит хлор, растворённый в воде, и продукты его реакции с водой — хлороводород (HCl) и хлорноватистую кислоту (HClO). Хлорноватистая кислота — сильный окислитель, который разрушает красители, в том числе лакмус. Поэтому синяя лакмусовая бумага в такой воде обесцвечивается. При длительном нахождении хлорной воды на свету хлорноватистая кислота разлагается с образованием соляной кислоты (HCl) и кислорода по уравнению:

(2HClO → 2HCl + O₂)

В этом случае в растворе остаётся соляная кислота, обладающая кислотными свойствами. Под её действием синяя лакмусовая бумага краснеет, так как в кислой среде лакмус приобретает красный цвет.

4. На каких химических свойствах хлора основано его использование на практике? Напишите уравнения соответствующих реакций.

Использование хлора на практике основано в первую очередь на его сильных окислительных свойствах. Благодаря способности хлора вступать в реакции с водой и щелочами с образованием активных окислителей (например, хлорноватистой кислоты), его применяют для обеззараживания питьевой воды, отбеливания тканей и бумаги, а также в химической промышленности для получения различных веществ.

Примеры реакций:

(Cl₂ + H₂O → HCl + HClO) — образование хлорноватистой кислоты, обладающей бактерицидными свойствами.

(Cl₂ + 2NaOH → NaCl + NaClO + H₂O) — используется для получения растворов, применяемых в отбеливании и дезинфекции.

5. В закрытом прочном сосуде смешали 8 л хлора с 12 л водорода (н. у.) и смесь взорвали. Вычислите объём образовавшегося хлороводорода. Какой газ и в каком объёме остался в избытке?

Реакция между хлором и водородом протекает по уравнению:

(H₂ + Cl₂ → 2HCl)

По уравнению видно, что 1 объём водорода реагирует с 1 объёмом хлора, образуя 2 объёма хлороводорода.

В задаче дано:

Объём Cl₂ = 8 л, объём H₂ = 12 л.

Ограничивающим реагентом является хлор (Cl₂), так как его меньше. Значит, реагирует:

8 л Cl₂ + 8 л H₂ → 16 л HCl

Избыток водорода: 12 л − 8 л = 4 л

Ответ: образуется 16 л хлороводорода (HCl), в избытке остаётся 4 л водорода (H₂).

6. Рассчитайте объём (н. у.), массу и количество вещества хлора, выделившегося при взаимодействии оксида марганца(IV) MnO₂ массой 17,4 г с соляной кислотой, взятой в избытке.

Реакция:

(MnO₂ + 4HCl → MnCl₂ + Cl₂ + 2H₂O)

1 моль MnO₂ (86,9 г) даёт 1 моль Cl₂ (22,4 л при н. у.)

Найдём количество вещества MnO₂:

n(MnO₂) = 17,4 г / 86,9 г/моль ≈ 0,2 моль

Значит, n(Cl₂) = 0,2 моль

m(Cl₂) = 0,2 моль × 71 г/моль = 14,2 г

V(Cl₂) = 0,2 моль × 22,4 л/моль = 4,48 л

Ответ: выделится 0,2 моль хлора, его масса — 14,2 г, объём при н. у. — 4,48 л.

7. Рассмотрите рисунок 11. Используя Интернет или дополнительную литературу, узнайте, какое применение находят хлориды свинца и титана.

Хлорид свинца (PbCl₂) и хлорид титана (чаще всего тетрахлорид титана TiCl₄) находят широкое применение в разных областях.

Хлорид свинца (PbCl₂) применяется: – в производстве специальных стекол с высокой плотностью и светопреломляющими свойствами;

– в производстве керамики и глазури;

– в химических исследованиях — как реагент и индикатор;

– в пиротехнике для окраски пламени в белый цвет.

Тетрахлорид титана (TiCl₄) используется: – для получения чистого титана по методу Кирроля;

– в аэрозольных дымовых завесах (в армии и спецслужбах);

– как катализатор в органическом синтезе и полимеризации;

– для производства диоксида титана (TiO₂) — белого пигмента, применяемого в красках, пластмассе и бумаге.

Таким образом, оба хлорида находят важное промышленное применение — как в технологии материалов, так и в химическом производстве.

8. В первой половине XIX в. появился раствор, содержащий в 17 мл воды 1 г иода и 2 г иодида калия. Этим раствором смазывали слизистую оболочку горла и полости рта при воспалениях (ангине, стоматите и др.). Раствор получил своё название (раствор Люголя) в честь французского врача Ж.-Г. Люголя.

Рассчитайте массовую долю химического элемента иода в растворе Люголя. Ответ округлите до целых.

Найдём массовую долю химического элемента иода в растворе Люголя. В состав раствора входят:

– 1 г чистого иода (I₂);

– 2 г иодида калия (KI), в котором также содержится иод;

– 17 г воды (объём = масса, так как плотность воды ≈ 1 г/мл).

Найдём массу иода в иодиде калия:

Молярная масса KI ≈ 39 (K) + 127 (I) = 166 г/моль

Массовая доля иода в KI: (127 / 166) ≈ 0,765

Значит, в 2 г KI содержится:

2 г × 0,765 ≈ 1,53 г иода

Общая масса иода:

1 г (чистый I₂) + 1,53 г (из KI) = 2,53 г

Общая масса раствора:

1 г + 2 г + 17 г = 20 г

Массовая доля иода:

(2,53 г / 20 г) × 100% ≈ 12,65%

Ответ: 13% (округлённо до целых)

Массовая доля иода в растворе Люголя ≈ 13%.

Стр. 71

Тестовые задания

1. Реакция окисления железа хлором относится к реакциям

1) замещения   3) соединения

2) разложения   4) обмена

Правильный ответ — 3) соединения.

Реакция между железом и хлором:

(2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃)

В данной реакции из двух простых веществ образуется одно сложное — это типичная реакция соединения.

2. Степень окисления хлора в хлорной кислоте HClO₄ равна

1) 0  2) −1  3) +7  4) +1

Правильный ответ — +7.

Рассчитаем:

У водорода степень окисления +1, у кислорода −2. В молекуле HClO₄:

+1 (H) + x (Cl) + 4×(−2) = 0

1 + x − 8 = 0 → x = +7

3. Определите вещество по описанию: газ жёлто-зелёного цвета с резким удушливым запахом, почти в 2,5 раза тяжелее воздуха.

1) кислород  2) хлор  3) водород  4) аргон

Ответ: 2) хлор

Описание точно соответствует хлору: он имеет жёлто-зелёный цвет, резкий удушливый запах и в 2,5 раза тяжелее воздуха.

Стр. 71

С помощью Интернета

1. Используя Интернет, ознакомьтесь с устройством противогаза.

Устройство противогаза

Противогаз — это индивидуальное средство защиты органов дыхания, глаз и кожи лица от вредных и опасных веществ, содержащихся в воздухе в виде газа, пара или аэрозоля. Он особенно важен при авариях, утечках токсичных веществ, химических атаках, а также на предприятиях с опасным производством. Противогаз позволяет человеку дышать очищенным воздухом даже в условиях химического загрязнения.

Основное назначение противогаза — очистка вдыхаемого воздуха от отравляющих, радиоактивных или бактериологических веществ. Современные противогазы применяются как в армии, так и в промышленности, медицине, спасательных службах.

Основные части противогаза:

1. Лицевая часть (маска)

Это плотная резиновая или силиконовая оболочка, которая герметично прилегает к лицу и закрывает его от внешней среды. Она снабжена стёклами (очками) для обзора, клапанами вдоха и выдоха, а также присоединительным узлом для фильтрующей коробки. Маска не пропускает загрязнённый воздух внутрь и направляет его через фильтр.

2. Фильтрующе-поглощающая коробка (ФПК)

Это главный элемент, в котором воздух очищается от вредных примесей. Внутри коробки находятся:

• Механический фильтр, задерживающий пыль, дым, аэрозоли.

• Слои активированного угля, пропитанные специальными химическими веществами. Активированный уголь поглощает и нейтрализует отравляющие газы — например, хлор, аммиак, фосген и др.

• В некоторых моделях могут быть катализаторы и синтетические сорбенты, направленные на конкретные вещества.

3. Клапанная коробка

Это часть маски, в которой находятся клапан вдоха и выдоха. При вдохе очищенный воздух из фильтра поступает в маску, а при выдохе — воздух выходит наружу через специальный клапан, не попадая обратно в фильтр.

4. Голосовой узел

Он помогает усиливать голос человека внутри маски, чтобы сохранить возможность общения. Это важно для военных, пожарных и спасателей.

5. Крепёжная система

Специальные резинки или ремни, которые позволяют надёжно и плотно зафиксировать маску на голове, не допуская утечек воздуха.

Принцип работы:

Когда человек делает вдох, воздух снаружи втягивается через фильтрующе-поглощающую коробку. Там он очищается от вредных примесей: газы и пары абсорбируются активированным углём, пыль и аэрозоли оседают в механическом фильтре. Уже очищенный воздух поступает в маску. При выдохе отработанный воздух выходит наружу через клапан выдоха, не возвращаясь в фильтр. Таким образом, человек вдыхает только чистый воздух, даже если вокруг находятся опасные химикаты.