1. Какими двумя способами можно получить хлороводород? Составь уравнения соответствующих химических реакций. 2. Охарактеризуй его физические и химические свойства и поясни, для каких целей этот газ используется. 3. Через раствор иодида калия пропустили 100 мл газовой смеси (н. у.), предназначенной для синтеза хлороводорода. В результате выделилось 0,508 г иода. Каков был состав газовой смеси в процентах (по объёму)?

1. Хлороводород можно получить следующими способами: * **Синтез из простых веществ:** прямое взаимодействие водорода и хлора. $$H_2 + Cl_2 \rightarrow 2HCl$$ * **Взаимодействие концентрированной серной кислоты с хлоридами:** например, с поваренной солью (хлоридом натрия). $$NaCl + H_2SO_4 (конц.) \rightarrow NaHSO_4 + HCl\uparrow$$ или при нагревании: $$2NaCl + H_2SO_4 (конц.) \xrightarrow{t} Na_2SO_4 + 2HCl\uparrow$$ 2. **Физические свойства хлороводорода:** * Бесцветный газ. * Имеет резкий запах. * Хорошо растворим в воде (образует соляную кислоту). * Тяжелее воздуха. **Химические свойства хлороводорода (в виде соляной кислоты):** * **Кислотные свойства:** реагирует с металлами, оксидами металлов, основаниями, солями. * С металлами до водорода: $Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2\uparrow$ * С основными оксидами: $CuO + 2HCl \rightarrow CuCl_2 + H_2O$ * С основаниями: $NaOH + HCl \rightarrow NaCl + H_2O$ * С солями: $AgNO_3 + HCl \rightarrow AgCl\downarrow + HNO_3$ * **Окислительно-восстановительные реакции:** проявляет восстановительные свойства (окисляется до хлора) при взаимодействии с сильными окислителями. * $4HCl + MnO_2 \xrightarrow{t} MnCl_2 + Cl_2\uparrow + 2H_2O$ **Применение:** * Производство соляной кислоты. * Травление металлов. * Получение хлоридов. * В органическом синтезе. 3. **Дано:** $V_{смеси} = 100 \text{ мл} = 0,1 \text{ л}$ $m(I_2) = 0,508 \text{ г}$ **Найти:** $\omega(H_2)$ - массовая доля водорода в газовой смеси $\omega(Cl_2)$ - массовая доля хлора в газовой смеси **Решение:** Реакция хлороводорода с иодидом калия: $2KI + 2HCl \rightarrow 2KCl + H_2 + I_2$ 1. Найдем количество вещества иода: $M(I_2) = 2 \cdot 126,9 = 253,8 \text{ г/моль}$ $n(I_2) = \frac{m(I_2)}{M(I_2)} = \frac{0,508 \text{ г}}{253,8 \text{ г/моль}} \approx 0,002 \text{ моль}$ 2. По уравнению реакции, количество вещества водорода равно количеству вещества иода: $n(H_2) = n(I_2) = 0,002 \text{ моль}$ 3. Найдем объем водорода при нормальных условиях: $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$ $V(H_2) = n(H_2) \cdot V_m = 0,002 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 0,0448 \text{ л}$ 4. Объем хлора в газовой смеси - это разница между общим объемом газовой смеси и объемом водорода, который был вытеснен: **Допущение:** Газовая смесь, пропущенная через раствор иодида калия, содержит $H_2$ и $Cl_2$. После реакции с $KI$, $HCl$ вытесняет $H_2$. Если подразумевается, что хлороводород был получен из $H_2$ и $Cl_2$, и непрореагировавший $H_2$ или $Cl_2$ остался в смеси, то это не соответствует условию, что $HCl$ реагирует с $KI$. Условие «для синтеза хлороводорода» может означать, что изначально смесь состояла из $H_2$ и $Cl_2$, и $HCl$ уже был получен. По условию, через раствор иодида калия пропустили 100 мл газовой смеси (н.у.) для синтеза хлороводорода. В результате выделилось 0,508 г иода. Каков был состав газовой смеси в процентах (по объёму)? Вероятно, речь идет о смеси водорода и хлора, из которой синтезировали хлороводород. Если остался один из реагентов, то именно он и будет в смеси. Реакция получения хлороводорода: $H_2 + Cl_2 \rightarrow 2HCl$ Если $HCl$ пропустили через $KI$, и выделился $I_2$, то это означает, что $HCl$ не был получен из этой смеси, а сам прореагировал. Но тут сказано, что *для синтеза хлороводорода*. Предположим, что газовую смесь $(H_2 \text{ и } Cl_2)$ пропустили через раствор $KI$, и реакция $2KI + Cl_2 \rightarrow 2KCl + I_2$ произошла. Тогда $HCl$ не при чем, или его уже синтезировали, и его не было в смеси. **Допущение:** Газовая смесь, объемом 100 мл, состояла из водорода и хлора. Часть этой смеси прореагировала, образовав хлороводород. Избыток одного из газов (либо водорода, либо хлора) остался в смеси. При пропускании газовой смеси через раствор иодида калия, если в смеси остался хлор, то он вступит в реакцию с $KI$. Если остался водород, то он не будет реагировать с $KI$. Если реакция $2KI + Cl_2 \rightarrow 2KCl + I_2$ произошла: $n(I_2) = 0,002 \text{ моль}$ (как мы нашли выше) По уравнению реакции $n(Cl_2) = n(I_2) = 0,002 \text{ моль}$ $V(Cl_2) = n(Cl_2) \cdot V_m = 0,002 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 0,0448 \text{ л}$ Это означает, что в изначальной газовой смеси (100 мл) был избыток хлора, который и прореагировал с $KI$. Объем водорода в исходной смеси: $V(H_2) = V_{смеси} - V(Cl_2)$ Это нелогично, так как $H_2$ и $Cl_2$ реагируют в соотношении 1:1. Если остался избыток $Cl_2$, то весь $H_2$ должен был прореагировать. Перечитаем внимательнее: "...Через раствор иодида калия пропустили 100 мл газовой смеси (н. у.), предназначенной для синтеза хлороводорода. В результате выделилось 0,508 г иода. Каков был состав газовой смеси в процентах (по объёму)?" Это означает, что 100 мл газовой смеси *использовались для синтеза HCl*. Избыточный газ (либо $H_2$, либо $Cl_2$) был в этой смеси. И именно этот избыточный газ пропустили через $KI$. Если выделился йод, это означает, что в газовой смеси был избыток хлора. Реакция: $Cl_2 + 2KI \rightarrow 2KCl + I_2$. 1. Количество вещества иода: $n(I_2) = \frac{0,508 \text{ г}}{253,8 \text{ г/моль}} \approx 0,002 \text{ моль}$. 2. По уравнению реакции, количество вещества хлора, прореагировавшего с $KI$, равно количеству вещества иода: $n(Cl_2) = n(I_2) = 0,002 \text{ моль}$. 3. Объем этого хлора при н.у.: $V(Cl_2) = 0,002 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 0,0448 \text{ л} = 44,8 \text{ мл}$. Значит, в исходной газовой смеси (100 мл) было $44,8 \text{ мл}$ избыточного хлора. Для синтеза $HCl$ водород и хлор реагируют в соотношении 1:1 по объему. Если в смеси был избыток хлора ($44,8 \text{ мл}$), то объем прореагировавшего хлора был меньше. Пусть в исходной смеси было $V(H_2)$ водорода и $V(Cl_2)$ хлора. Общий объем $V(H_2) + V(Cl_2) = 100 \text{ мл}$. Если остался избыточный хлор, значит, весь водород прореагировал. Объем водорода, прореагировавшего с хлором, равен объему хлора, прореагировавшего с водородом. Пусть прореагировало $V_х$ мл водорода и $V_х$ мл хлора. Тогда оставшийся объем хлора: $V_{Cl_2,изб} = V(Cl_2)_{исх} - V_х = 44,8 \text{ мл}$. Объем водорода, который прореагировал: $V_х = V(H_2)_{исх}$. Тогда $V(H_2)_{исх} + V(Cl_2)_{исх} = 100 \text{ мл}$. $V_х + (V_х + 44,8) = 100 \text{ мл}$. $2V_х + 44,8 = 100$. $2V_х = 100 - 44,8 = 55,2$. $V_х = \frac{55,2}{2} = 27,6 \text{ мл}$. Значит, в исходной смеси было $27,6 \text{ мл}$ водорода и $27,6 + 44,8 = 72,4 \text{ мл}$ хлора. Проверим: Объем водорода $27,6 \text{ мл}$. Объем хлора $72,4 \text{ мл}$. Общий объем $27,6 + 72,4 = 100 \text{ мл}$. Процентное содержание по объему: $\%(H_2) = \frac{V(H_2)}{V_{смеси}} \cdot 100\% = \frac{27,6 \text{ мл}}{100 \text{ мл}} \cdot 100\% = 27,6\%$ $\%(Cl_2) = \frac{V(Cl_2)}{V_{смеси}} \cdot 100\% = \frac{72,4 \text{ мл}}{100 \text{ мл}} \cdot 100\% = 72,4\%$ **Ответ:** 1. **Способы получения хлороводорода:** * Синтез из простых веществ ($H_2 + Cl_2 \rightarrow 2HCl$) * Взаимодействие концентрированной серной кислоты с хлоридами ($NaCl + H_2SO_4 (конц.) \rightarrow NaHSO_4 + HCl\uparrow$) 2. **Физические свойства:** бесцветный газ с резким запахом, хорошо растворим в воде, тяжелее воздуха. **Химические свойства:** кислотные свойства (реагирует с металлами, оксидами, основаниями, солями), проявляет восстановительные свойства. **Применение:** производство соляной кислоты, травление металлов, органический синтез. 3. **Состав газовой смеси:** * **Водород:** $27,6\%$ * **Хлор:** $72,4\%$