Химия для любознательных. Основы химии и занимательные опыты (стр. 9 )

Синтез хлористого водорода

Для синтеза нам нужны два аппарата для получения газов. В одном будем получать водород из разбавленной серной кислоты и цинка, а в другом — хлор из соляной кислоты и перманганата калия. Пропустив оба газа через концентрированную серную кислоту, высушим их и затем, сжигая водород в атмосфере хлора, получим хлористый водород.

Закроем ламповое стекло или широкий стеклянный цилиндр двумя пробками с двумя отверстиями в каждой (см. рисунок). В одно из отверстий в нижней пробке вставим согнутую под прямым углом трубку для подвода хлора, второе — диаметром не менее 10 мм — закроем пробкой. В отверстия в верхней пробке вставим кусок стеклянной трубки, на которую надет шланг с зажимом, и согнутую под прямым углом трубку, которую отведем в сосуд с водой. Оттуда полученный газ будет поступать в сосуд с раствором тиосульфата натрия. Прежде всего заполним цилиндр хлором (второе нижнее отверстие плотно закрыто!). В это время получим в аппарате Киппа водород. Еще раз напоминаем: его необходимо высушить, пропустив через концентрированную серную кислоту. Укрепим на промывной склянке кусок шланга длиной не менее 20 см и вставим в конец шланга стеклянную трубку с оттянутым носиком, на которую надета пробка, точно соответствующая диаметру широкого отверстия. Если проба на гремучий газ дала отрицательный результат, то подожжем водород, выходящий из оттянутого конца стеклянной трубки. Тем временем цилиндр наполнится хлором. Удалим маленькую пробку и быстро (чтобы не зажечь резину) вставим трубку с пламенем водорода на конце. Обратим внимание на то, чтобы оба газа поступали в цилиндр с одинаковой скоростью. Водород сгорает в атмосфере хлора с появлением бледного пламени. В результате образуется хлористый водород, который мы можем обнаружить, если откроем верхний зажим и подержим перед отверстием шланга стеклянную палочку, смоченную гидроксидом аммония — образуется туман нашатыря. Если пламя начинает угасать, необходимо немедленно перекрыть подачу водорода, так как в цилиндре образуется чрезвычайно взрывоопасный хлористоводородный гремучий газ. (Цилиндр хорошо проветрить!) Это опасный опыт, и его можно проводить только под руководством специалиста.

Газообразный хлористый водород растворяется в первой промывной склянке (абсорбере), в результате получается соляная кислота. Проверим наличие кислой среды с помощью лакмуса, а хлорид-ионы обнаружим, добавив нитрат серебра По окончании реакции сначала надо прекратить подачу водорода а затем отсоединить цилиндр от абсорбера. Если этого не сделать, то вода потечет из абсорбера в цилиндр, так как хлористый водород чрезвычайно хорошо растворяется в воде (1 объемная часть воды растворяет при комнатной температуре около 450 объемных частей хлористого водорода).

Хлористый водород мы можем получить также при взаимодействии хлорида натрия и концентрированной серной кислоты

2NaCI + Н2SО4 ® Na2SO4 + 2НС1

а затем провести с ним опыт с образованием фонтана (см. раздел «Аммиачный фонтан»).

Когда мы разберем аппаратуру, все резиновые части следует промыть разбавленным раствором едкого натра или водой. Хлор сильно разрушает резину, она становится твердой и хрупкой.

Хлористый водород — бесцветный газ с резким запахом, он тяжелее воздуха и во влажном воздухе образует белый туман.

В промышленности хлористый водород получают почти исключительно синтезом из элементов. В кварцевой горелке которая состоит из центральной трубы и внешней рубашки, водород пропускают через рубашку, а хлор — по внутренней трубе. Оба газа вступают во взаимодействие только в пламени. Таким образом удается избежать взрыва хлористоводородного гремучего газа. Горячий газообразный хлористый водород охлаждают и, растворяя в воде, получают соляную кислоту.

Концентрированной считают 39 %-ную соляную кислоту, а разбавленной — 10 %-ную. Сырая (техническая) соляная кислота чаще всего желтоватая из-за примеси FеСl3, чистая кислота представляет собой бесцветную жидкость.

КАК ИЗГОТОВЛЯЮТ СОДУ

Еще в давние времена были известны стекло и мыло. Для их изготовления применяли карбонат натрия (соду), который добывали на берегах содовых озер в Африке и Америке или получали из золы морских и прибрежных растений на побережьях Европы. Примерно 150 лет назад соду стали производить химикотехнологическим методом. Первый процесс изготовления соды разработал француз Леблан. Но с 1870 г. более рентабельный способ бельгийца Сольве стал вытеснять метод Леблана, и в 1916 г. закрылась последняя фабрика, работающая по этому методу.

Сода имеет исключительно важное значение для народного хозяйства. Она используется в производстве моющих и очищающих средств, в стекольной и текстильной промышленности. В металлургии ее применяют для удаления серы из железа и стали; сода используется в производстве силиката натрия, фосфатов, селитры и алюминия, эмалей, смоляных красок и в фармацевтической промышленности. В соде нуждаются кожевенная, резиновая, сахарная промышленность, производство продуктов питания, фотопринадлежностей, она является необходимым компонентом при очистке воды.

В районах Магдебурга и Галле в достаточном количестве имеются исходные продукты для производства соды — известь, поваренная соль, уголь и вода. Предприятие им. Карла Маркса в Бернбурге является центром производства соды в ГДР.

Два простых химических уравнения воспроизведут реакции, протекающие в многочисленных технологических установках. Сначала из аммиака, диоксида углерода и воды получают гидрокарбонат аммония NH4НСО3, который при взаимодействии с раствором поваренной соли даст в результате гидрокарбонат натрия NaHCO3 и хлорид аммония NH4Cl:

NaCI + NH4HCO3 ® NaHCO3 + NH4Cl

Выпадает плохо растворимый гидрокарбонат натрия, его отделяют фильтрованием, а в результате прокаливания ( кальцинирования) он переходит в карбонат натрия:

2NaHCO3 ® Na2CO3 + Н2О + CO2 ­

Особенно рентабельным делает процесс регенерация аммиака и частично диоксида углерода.

Получение соды

Для этого опыта применим аппарат, в котором при небольшом давлении получим диоксид углерода (углекислый газ). Подсоединим к газоотводной трубке этого аппарата Т-образную трубку, одно колено которой свяжем с капельной воронкой (см. рисунок). Диоксид углерода получим при взаимодействии кусочков мрамора и 20%-ного раствора соляной кислоты. Чтобы проконтролировать количество образующегося газа, подсоединим к газообразователю промывную склянку, частично наполненную водой. Диоксид углерода должен проходить через реакционный сосуд в виде мелких пузырьков. Для этой цели приобретем в зоологическом магазине не слишком большой пористый камень, который применяется в аэрационной установке аквариума (Например, кусок пемзы или туфа, — Прим. ред.). Напильником придадим ему круглую форму, чтобы он подошел к стеклянной трубке, имеющей внутренний диаметр 15—20 мм (трубка для сжигания длиной примерно 30 см). Трубку, подводящую газ, приклеим к камню водостойким клеем. Диаметр ее должен быть не менее 6 мм. Перед сборкой аппаратуры проверим проницаемость камня, погружая его в воду и пропуская через него воздух. Реакционный сосуд укрепим на штативе. Избыток диоксида углерода улетучится в воздух через открытую вверху трубку. Если имеется подходящее оборудование, можно сделать вокруг реакционного сосуда охлаждающую рубашку (так как температура при реакции не должна превышать 30 °С), а реакционный сосуд закрыть сверху пробкой с двумя отверстиями, в одном из которых помещается термометр, а в другом — отводная трубка (как показано на рисунке). Но можно использовать и более простую установку.

Применяя трубку длиной 30 см и диаметром 2 см, мы используем 60 мл реакционного раствора. Его мы можем приготовить двумя путями: или смешав 20 мл концентрированного раствора гидроксида аммония с 40 мл насыщенного раствора поваренной соли (14 г NaCl в 40 мл Н2О), или растворив до насыщения поваренную соль в концентрированном растворе гидроксида аммония.

Примерно через 20 мин после начала опыта раствор помутнеет — это началось выделение гидрокарбоната натрия. Теперь необходимо внимательно следить за реакцией в трубе, так как выпадающая соль может закрыть поры в камне. Из-за этого в промывной склянке и газообразователе повысится давление газа. Надо тотчас же отсоединить реакционную трубу и промывную склянку и зажать шланг. Затем приостановим образование диоксида углерода.

Оставим еще на некоторое время раствор в трубе для охлаждения; выделение гидрокарбоната натрия при этом продолжится. Наконец, отфильтруем и просушим соль, отжав ее между листами фильтровальной бумаги и оставив в умеренно теплом месте. Мы получим более 5 г гидрокарбоната натрия, который необходимо еще кальцинировать. Поместим его в пробирку из термостойкого стекла, закроем ее пробкой со вставленной газоотводной трубкой и укрепим на штативе. Сначала сильно нагреем гидрокарбонат натрия на пламени горелки. Выделяющийся газ соберем в пневматической ванне. Докажем с помощью горящей лучины и взаимодействием с известковой водой, что это диоксид углерода. В пробирке останется карбонат натрия, при взаимодействии которого с разбавленной соляной кислотой выделяется диоксид углерода:

Na2CO3 + 2НСl ® 2NaCl + H2O + СО2 ­

По способу Сольве аммиак регенерируют, смешивая раствор хлорида аммония с известковым молоком. Добавим в пробирку с несколькими миллилитрами раствора хлорида аммония немного гашеной извести Са(ОН)2, выделяющийся аммиак обнаружим известным способом:

2NH4Сl + Са(ОН)2 ® CaCl2 + 2H2O + 2NН3

Безводная, или кальцинированная, сода — гигроскопичный белый порошок, который очень хорошо растворяется в чуть теплой воде. Раствор соды дает щелочную реакцию. Сода получается в кристаллическом виде, если ее осаждать из раствора при температуре ниже 32 °С. Кристаллическая сода имеет формулу Na2CO3 * 10H2O. Это значит, что при кристаллизации на 1 моль карбоната натрия всегда приходится 10 молей кристаллизационной воды. При длительном хранении прозрачные кристаллы покрываются белым налетом. Благодаря «выветриванию» они теряют воду, и на поверхности остается безводный карбонат натрия.