"Химия", Еремин В.В., Кузьменко Н.Е. и др.
Хлороводород HCl — газ, а его раствор в воде называют соляной кислотой. В растворе частицы HCl взаимодействуют с водой, образуя ионы H₃O⁺ и Cl⁻, поэтому проявляются общие свойства кислот. Соляная кислота реагирует с некоторыми металлами, основными оксидами и основаниями. А ионы Cl⁻ можно распознать по белому осадку AgCl, который появляется при добавлении раствора нитрата серебра.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Хлороводород — бесцветный газ с резким запахом, состоящий из молекул HCl. Он отличается от соляной кислоты агрегатным состоянием и составом среды: сам по себе HCl — газ, а название «соляная кислота» относится к его водному раствору. Это различие помогает правильно выбирать формулы и описывать свойства вещества.
Соляная кислота — водный раствор хлороводорода, в котором присутствуют ионы H₃O⁺ и Cl⁻. Ионы H₃O⁺ называют ионами гидроксония; именно с ними связаны характерные свойства кислой среды. Понятие нужно, чтобы понимать, почему раствор реагирует как кислота, хотя газ HCl и раствор — не одно и то же.
Хлорид-ион — отрицательно заряженный ион Cl⁻, входящий в состав солей, которые называют хлоридами. Например, хлорид натрия состоит из ионов Na⁺ и Cl⁻. Умение распознавать Cl⁻ позволяет определить, содержится ли в растворе хлорид, даже если это не соляная кислота.
Качественная реакция на хлорид-ионы — взаимодействие ионов Cl⁻ с ионами Ag⁺ с образованием белого осадка AgCl. Осадок — твёрдое вещество, которое выделяется из раствора. Такая реакция служит простым способом обнаружения хлорид-ионов, но сама по себе не указывает, из какого именно соединения они попали в раствор.
Молекула HCl образуется при соединении атома водорода с атомом хлора. Общая электронная пара смещена к хлору, потому что он сильнее притягивает электроны; поэтому связь называют полярной. Молекулы воды также полярны и притягиваются к частям молекулы HCl с подходящими зарядами. В результате протон H⁺ связывается с водой, и в растворе возникают H₃O⁺ и Cl⁻: HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl⁻.
В лаборатории хлороводород получают действием концентрированной серной кислоты на твёрдый хлорид натрия: NaCl + H₂SO₄ → NaHSO₄ + HCl↑. Серная кислота вытесняет более летучий хлороводород из его соли, поэтому HCl выделяется в виде газа. Хлорид натрия служит источником хлорид-ионов и натрия, а серная кислота обеспечивает образование газообразного продукта. Реакцию проводят в лабораторной установке, поскольку хлороводород нельзя вдыхать.
Хлороводород хорошо растворяется в воде: полярные молекулы воды взаимодействуют с HCl и превращают его в ионы. Поэтому водный раствор газа проявляет свойства кислоты и получил название соляной кислоты. Если вода быстро поглощает HCl из закрытого пространства, количество газа и давление внутри уменьшаются. Разность давлений может втянуть воду внутрь сосуда и создать фонтан.
Ионы H₃O⁺ определяют кислотные свойства раствора: индикаторы меняют окраску, например лакмус становится красным. С активным металлом, стоящим в ряду активности до водорода, кислота образует соль и водород: Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂↑. При взаимодействии с основным оксидом получаются соль и вода: CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O. С основанием также образуются соль и вода, например HCl + NaOH → NaCl + H₂O.
Для обнаружения Cl⁻ к раствору добавляют раствор нитрата серебра, содержащий ионы Ag⁺. Между ионами серебра и хлорида возникает малорастворимый хлорид серебра — белый осадок. Молекулярное уравнение реакции с соляной кислотой: HCl + AgNO₃ → AgCl↓ + HNO₃. Сокращённое ионное уравнение показывает только частицы, которые непосредственно реагируют: Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl↓.
| Признак | Хлороводород HCl | Соляная кислота |
|---|---|---|
| Состояние и состав | Газ, молекулы HCl | Водный раствор HCl; присутствуют H₃O⁺ и Cl⁻ |
| Растворимость в воде | Хорошо растворяется | Уже является раствором хлороводорода |
| Изменение окраски индикаторов | Сам газ не задаёт окраску водного индикатора | Изменяет окраску индикаторов как кислота |
| Характерные реакции | Реагирует с водой с образованием ионов | Реагирует с активными металлами, основными оксидами и основаниями |
| Качественная реакция на хлорид-ионы | После растворения образуются Cl⁻ | Ионы Cl⁻ дают белый осадок с Ag⁺ |
Сравнивайте вещества по их состоянию и составу: это сразу помогает не путать газ HCl с его раствором. Затем смотрите, какие частицы участвуют в реакции: в водном растворе удобно записывать уравнения с ионами. Последняя строка показывает, что проба с серебром обнаруживает именно хлорид-ионы.
Задача. Запишите уравнение реакции получения хлороводорода из хлорида натрия и концентрированной серной кислоты. Нужно определить продукты лабораторной реакции и проверить, сохраняется ли число атомов каждого элемента.
Запишем формулы исходных веществ: NaCl и H₂SO₄. Концентрированная серная кислота вытесняет летучий хлороводород из хлорида. В продукте также образуется кислая соль NaHSO₄.
Составим схему NaCl + H₂SO₄ → NaHSO₄ + HCl. Проверим атомы: слева один Na, один Cl, два H, один S и четыре O; справа их столько же. Коэффициенты перед всеми веществами равны единице.
Ответ: NaCl + H₂SO₄ → NaHSO₄ + HCl↑.
Задача. Запишите уравнения реакций соляной кислоты с магнием и оксидом меди(II). Важно сначала определить тип каждого вещества, а затем предсказать продукты реакции.
Магний — металл, стоящий в ряду активности до водорода, поэтому он вытесняет водород из кислоты. Образуются хлорид магния и газообразный водород. Уравниваем атомы хлора и водорода: Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂↑.
Оксид меди(II) — основный оксид, поэтому он взаимодействует с кислотой с образованием соли и воды. Соль здесь — хлорид меди(II), CuCl₂. Для двух атомов хлора нужна двойка перед HCl: CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O.
Ответ: Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂↑; CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O.
Задача. К 100 г раствора соляной кислоты с массовой долей HCl 7,3% добавили избыток нитрата серебра. Найдите массу осадка AgCl. Избыток реагента означает, что весь HCl может прореагировать и ограничивающим веществом является кислота.
Сначала найдём массу растворённого HCl: m(HCl) = 100 г · 0,073 = 7,3 г. Молярная масса HCl равна 36,5 г/моль. Тогда n(HCl) = 7,3/36,5 = 0,2 моль.
Уравнение реакции: HCl + AgNO₃ → AgCl↓ + HNO₃. По коэффициентам одному молю HCl соответствует один моль AgCl, значит, n(AgCl) = 0,2 моль. Молярная масса AgCl равна 108 + 35,5 = 143,5 г/моль.
Вычисляем массу осадка: m(AgCl) = n · M = 0,2 · 143,5 = 28,7 г. Проверка: соотношение веществ взято из уравнения, а масса рассчитана для продукта реакции, не для исходной кислоты.
Ответ: масса осадка AgCl равна 28,7 г.
Путать хлороводород и соляную кислоту. Так происходит, потому что у обоих веществ одна формула HCl, но формула не показывает, находится ли вещество в газе или в воде. Проверяйте состояние: хлороводород — газ, а соляная кислота — водный раствор. В уравнении реакции раствора обычно указывают HCl или ионы в зависимости от того, требуется ли молекулярная или ионная запись.
Записывать молекулы HCl в ионном уравнении. Ошибка возникает, когда молекулярную запись переносят в ионную без учёта растворения кислоты. В воде HCl распадается на ионы H₃O⁺ и Cl⁻, поэтому в полном ионном уравнении показывают эти частицы. В сокращённом уравнении оставляют лишь частицы, которые непосредственно меняются в реакции.
Считать, что соляная кислота реагирует с любым металлом. Кислоты не вытесняют водород из металлов, стоящих в ряду активности после водорода. Перед записью уравнения проверьте положение металла в ряду: например, магний реагирует с HCl, а медь водород не вытесняет. Если металл не подходит, нельзя автоматически записывать соль и H₂.
Считать белый AgCl доказательством именно соляной кислоты. Белый осадок образуется из ионов Ag⁺ и Cl⁻, поэтому реакция выявляет хлорид-ионы, а не источник этих ионов. Хлорид содержится и в растворах других солей, например NaCl. Для самопроверки назовите частицы, которые непосредственно дали осадок: Ag⁺ и Cl⁻.
Для понимания темы пригодятся знания о строении атома и молекулы, полярной химической связи, ионах, кислотах и солях. Также нужно уметь составлять и уравнивать реакции: эти навыки помогают предсказывать продукты взаимодействия. Соляная кислота служит примером свойств кислот и обменных реакций в растворах. Реакция с нитратом серебра связывает тему с качественными реакциями, которые используют для распознавания ионов.
Чем хлороводород отличается от соляной кислоты?
Хлороводород — газ, состоящий из молекул HCl. Соляная кислота — водный раствор этого газа, в котором образуются ионы H₃O⁺ и Cl⁻.
Почему хлороводород хорошо растворяется в воде?
Связь H—Cl полярная: у атомов водорода и хлора неодинаковое распределение электронов. Полярные молекулы воды взаимодействуют с HCl, и в растворе возникают ионы H₃O⁺ и Cl⁻.
Как в лаборатории получают хлороводород?
На твёрдый хлорид натрия действуют концентрированной серной кислотой. Например: NaCl + H₂SO₄ → NaHSO₄ + HCl↑.
С какими металлами реагирует соляная кислота?
С металлами, стоящими в ряду активности до водорода. При реакции образуются хлорид металла и водород; металлы после водорода обычно его из кислоты не вытесняют.
Как доказать присутствие хлорид-ионов в растворе?
К раствору добавляют нитрат серебра. Если присутствуют ионы Cl⁻, появляется белый осадок AgCl.
§ 24. Хлороводород и соляная кислота
