§ 24. Хлороводород и соляная кислота

Определения и обозначения

Хлороводород — молекулярное соединение водорода с хлором состава HCl. Одна молекула состоит из одного атома водорода и одного атома хлора, соединённых общей электронной парой. Формула показывает соотношение атомов, а не число атомов в образце газа. Знать состав и строение HCl нужно, чтобы объяснять свойства вещества и правильно записывать реакции.

Соляная кислота — водный раствор хлороводорода. Это не то же самое, что газообразный HCl: в растворе частицы взаимодействуют с водой и в основном находятся в виде ионов. Слово «кислота» здесь обозначает раствор, свойства которого связаны с присутствием ионов H₃O⁺. Такое различие помогает не путать физическое состояние вещества и его водный раствор.

Хлорид-ионы — отрицательно заряженные ионы Cl⁻, которые образуются при диссоциации хлороводорода в воде. Знак «−» означает, что у иона на один электрон больше, чем у нейтрального атома хлора. Ионы свободно перемещаются в растворе и участвуют в ионных реакциях. Понятие нужно, чтобы записывать диссоциацию и распознавать растворимые соли с хлорид-ионами.

Хлориды — соли соляной кислоты, содержащие хлорид-ионы Cl⁻. Например, хлорид натрия имеет формулу NaCl, а хлорид магния — MgCl₂. Число катионов в формуле зависит от их заряда: суммарный заряд вещества должен быть равен нулю. Название класса помогает узнавать соли, в состав которых входит хлор.

Как это устроено

В молекуле HCl связь ковалентная полярная: атомы совместно используют электронную пару, но притягивают её неодинаково. Хлор сильнее притягивает электроны, поэтому плотность отрицательного заряда смещена к нему. На стороне хлора возникает частичный отрицательный заряд, а на стороне водорода — частичный положительный. Из-за такого разделения зарядов молекула в целом полярна, хотя её суммарный заряд равен нулю.

Хлороводород получают прямым соединением водорода с хлором: H₂ + Cl₂ → 2HCl. Простые вещества состоят из двухатомных молекул, поэтому слева есть по два атома каждого элемента; коэффициент 2 перед HCl обеспечивает такое же число атомов справа. Это реакция соединения, поскольку из двух веществ образуется одно соединение. Реакция протекает при освещении или нагревании, а смесь водорода с хлором может реагировать очень бурно.

При обычных условиях хлороводород — бесцветный газ с резким запахом. Он хорошо растворяется в воде, потому что полярные молекулы HCl взаимодействуют с полярными молекулами воды; кроме того, при растворении происходят образование ионов и химическое взаимодействие с водой. Вдыхать газ опасно: он раздражает и повреждает влажные поверхности дыхательных путей. Поэтому с ним работают при хорошей вентиляции и не проверяют запах прямым вдыханием.

Попадая в воду, HCl передаёт ион водорода молекуле воды: HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl⁻. Ион H₃O⁺ называют ионом гидроксония; он образуется, когда молекула воды присоединяет протон H⁺. Такое превращение называют диссоциацией кислоты в воде. Ионы обеспечивают раствору электропроводность и объясняют, почему соляная кислота вступает в характерные для кислот реакции.

Соляная кислота проявляет общие свойства кислот. С активными металлами, стоящими в ряду активности до водорода, она образует соль и водород; с основными оксидами и основаниями — соль и воду. С некоторыми солями кислота реагирует, если среди продуктов образуется газ, осадок или вода. Например: Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂↑; CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O; NaOH + HCl → NaCl + H₂O; Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂O + CO₂↑.

Хлороводород и соляная кислота: состав, свойства и реакции

Сначала по строке «Что представляет собой» проверьте, идёт ли речь о чистом газе или о его растворе. Затем сравните частицы и поведение в воде: именно они объясняют различие в свойствах. Последняя строка даёт образцы уравнений, но для новой реакции нужно самостоятельно проверить состав и уравнять атомы.

Разбор задач

Задача 1. Запишите уравнение реакции водорода с хлором и укажите тип реакции. Оба исходных вещества — простые двухатомные молекулы H₂ и Cl₂, а продуктом является хлороводород HCl. Сначала запишите формулы, затем проверьте число атомов каждого элемента с обеих сторон.

1. Записываем схему: H₂ + Cl₂ → HCl. Слева два атома водорода и два атома хлора, а в одной молекуле HCl — по одному атому каждого элемента. Поэтому ставим коэффициент 2 перед формулой продукта.
2. Получаем уравнение H₂ + Cl₂ → 2HCl. Теперь справа два атома водорода и два атома хлора, как и слева. Из двух веществ образовалось одно, значит, это реакция соединения.

Ответ: H₂ + Cl₂ → 2HCl; реакция соединения.

Задача 2. Запишите реакцию соляной кислоты с магнием и назовите продукты. Магний стоит в ряду активности до водорода, поэтому вытесняет его из кислоты. При реакции металла с кислотой образуются соль и водород.

1. Определяем соль: ион Mg²⁺ соединяется с двумя ионами Cl⁻, поэтому формула хлорида магния — MgCl₂. Второй продукт — молекулярный водород H₂, поскольку отдельные атомы водорода образуют двухатомные молекулы.
2. Составляем схему Mg + HCl → MgCl₂ + H₂. Для двух атомов хлора и двух атомов водорода ставим коэффициент 2 перед HCl. Проверяем: по одному атому Mg, два H и два Cl с каждой стороны.

Ответ: Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂; продукты — хлорид магния и водород.

Задача 3. К раствору соляной кислоты добавили карбонат натрия. Составьте молекулярное и сокращённое ионное уравнения и назовите признак реакции. Кислота реагирует с карбонатом с образованием соли, воды и углекислого газа. Газ покидает раствор в виде пузырьков.

1. Составляем молекулярное уравнение: Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂O + CO₂↑. Коэффициент 2 перед HCl нужен для двух ионов Na⁺ и двух хлорид-ионов в продуктах. Проверяем число атомов каждого элемента по обе стороны уравнения.
2. Записываем в виде ионов растворимые сильные электролиты, а воду и газ оставляем молекулами. Полное ионное уравнение: 2Na⁺ + CO₃²⁻ + 2H₃O⁺ + 2Cl⁻ → 2Na⁺ + 2Cl⁻ + 3H₂O + CO₂↑. Сокращаем одинаковые ионы Na⁺ и Cl⁻ по обе стороны.

Остаётся CO₃²⁻ + 2H₃O⁺ → 3H₂O + CO₂↑. Именно это сокращённое ионное уравнение показывает превращение, которое происходит между частицами. Ответ: молекулярное уравнение Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂O + CO₂↑; сокращённое ионное — CO₃²⁻ + 2H₃O⁺ → 3H₂O + CO₂↑; признак реакции — выделение пузырьков углекислого газа.

Типичные ошибки

Называть газообразный HCl соляной кислотой — значит смешивать чистое вещество и раствор. Ошибка возникает потому, что у обоих один и тот же состав по формуле HCl. Проверяйте, есть ли в условии вода: газ — хлороводород, водный раствор — соляная кислота.

Записывать хлороводород как H₂Cl₂ неправильно: формула одной молекулы — HCl. Коэффициент 2 в уравнении получения относится к двум молекулам продукта, а не меняет состав молекулы. Чтобы проверить запись, различайте нижний индекс внутри формулы и коэффициент перед ней: H₂ + Cl₂ → 2HCl.

Нельзя считать, что соляная кислота выделяет водород с любым металлом. Это происходит с металлами, стоящими в ряду активности до водорода; медь, например, водород из этой кислоты не вытесняет. Перед записью реакции найдите положение металла в ряду активности и проверьте, подходит ли правило.

В ионных уравнениях воду, газы и осадки не записывают как свободные ионы. Эту ошибку допускают, когда механически раскладывают на ионы каждое вещество в уравнении. На ионы записывают растворимые сильные электролиты, а воду, газы и малорастворимые вещества оставляют формулами; затем сокращают одинаковые ионы по обе стороны.

Связь с другими темами

Для понимания строения HCl нужны знания о строении атома и ковалентной полярной связи, а для реакций — умение читать формулы и уравнивать уравнения. Полярность объясняет взаимодействие хлороводорода с водой, а состав вещества помогает верно определять продукты. Диссоциация и свойства соляной кислоты пригодятся при изучении кислот и солей, составлении ионных уравнений и качественных реакций на хлорид-ионы. Например, ионы Ag⁺ позволяют обнаружить Cl⁻ по осадку AgCl.

Что запомнить

• Формула хлороводорода — HCl.
• Хлороводород — полярное молекулярное соединение.
• Соляная кислота — водный раствор HCl.
• В растворе образуются ионы H₃O⁺ и Cl⁻.
• Хлориды содержат хлорид-ионы Cl⁻.
• Соляная кислота проявляет общие свойства кислот.