Диплом Кузнецов С.О. (1213128), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Начиная с давления в0,8 МПа (8 атмосфер), хлор будет жидким уже при комнатной температуре.При охлаждении до температуры в минус 34 Cº хлор тоже становитсяжидким при нормальном атмосферном давлении. Жидкий хлор – жёлтозелёная жидкость, обладающая очень высоким коррозионным действием (засчёт высокой концентрации молекул). Повышая давление, можно добитьсясуществования жидкого хлора вплоть до температуры в плюс 144 ºC(критической температуры) при критическом давлении в 7,6 МПа.Притемпературенижеминус101ºCжидкийхлоркристаллизуетсяворторомбическую решётку с пространственной группой Cmca и параметрамиa = 6,29 Å,b = 4,50 Å, c = 8,21 Å [8].
Ниже 100 К орторомбическаямодификациякристаллическогохлорапереходитвтетрагональную,имеющую пространственную группу P42/ncm и параметры решётки a = 8,56Å и c = 6,12 Å [9]. Растворимость хлора описывается в таблице 1.4.Таблица 1.4Растворимость хлораРастворительРастворимость г/100 гБензолРастворимВода [10] (0 C)1,48Вода (20 C)0,96Вода (25 C)0,65Вода (40 C)0,46Вода (60 C)0,38Вода (80 C)0,22Тетра хлорметан (0 C)31,4Тетра хлорметан (19 C)17,6111Тетра хлорметан (40 C)11ХлороформХорошо растворимTiCl4, SiCl4, SnCl4РастворимСтепень диссоциации молекулы хлора Cl2 → 2Cl при 1000 К равна2,07·10−4 %, а при 2500 К – 0,909 %.
Порог восприятия запаха в воздухе равен2 – 3 мг/м³.По электропроводности жидкий хлор занимает место среди самыхсильных изоляторов: он проводит ток почти в миллиард раз хуже, чемдистиллированная вода, и в 1022 раз хуже серебра. Скорость звука вгазообразном хлоре примерно в полтора раза меньше, чем в воздухе.Химические свойства начинаются со строения электронной оболочки. Навалентном уровне атома хлора содержится 1 неспаренный электрон: 1s2 2s22p6 3s2 3p5, поэтому валентность, равная 1 для атома хлора, очень стабильна.За счёт присутствия в атоме хлора незанятой орбитали d-подуровня атомхлора может проявлять и другие степени окисления [10].Таблица 1.5Схема образования возбуждённых состояний атомаВалентностьВозможныестепениокисленияЭлектронноесостояниевалентного уровняПримерсоединенийI+1, −1, 03s2 3p5NaCl, NaClO, Cl2III+33s2 3p4 3d1NaClO2V+53s2 3p3 3d2KClO3VII+73s1 3p3 3d3KClO4Также известны соединения хлора, в которых атом хлора формальнопроявляет валентности IV и VI, например, ClO2 и Cl2O6.
Однако оксид хлора(IV) является радикалом, то есть у него есть один неспаренный электрон, аоксид хлора (VI) содержит два атома хлора, имеющих степени окисленияплюс 5 и плюс 7. Взаимодействие с металлами у хлора проявляется12следующим образом. Хлор непосредственно реагирует почти со всемиметаллами (с некоторыми только в присутствии влаги или при нагревании):Так же хлор может взаимодействовать с неметаллами (кроме углерода,азота, фтора, кислорода и инертных газов) образует соответствующиехлориды.На свету или при нагревании активно реагирует (иногда со взрывом) сводородом по радикально-цепному механизму.
Смеси хлора с водородом,содержащие от 5,8 до 88,3 % водорода, взрываются при облучении собразованием хлороводорода. Смесь хлора с водородом в небольшихконцентрацияхгоритбесцветнымилижёлто-зелёнымпламенем.Максимальная температура водородно-хлорного пламени 2200 ºC [11].
Скислородом хлор образует оксиды, в которых он проявляет степеньокисления от плюс 1 до плюс 7: Cl2O, ClO2, Cl2O5, Cl2O7. Они имеют резкийзапах, термически и фотохимически нестабильны, склонны к взрывномураспаду. При реакции с фтором образуется не хлорид, а фториды, такие какизвестные нам фторид хлора (1), фторид хлора (3) и фторид хлора (5) (ClF,ClF3 и ClF5), Могут быть синтезированы из элементов, степень окисленияхлора меняется в зависимости от условий синтеза.
Все они представляютсобой при комнатной температуре бесцветные ядовитые тяжёлые газы ссильным раздражающим запахом. Сильные окислители, реагируют с водой истеклом. Используются как фторирующие агенты. Также хотелось бы сказатьо других свойствах хлора столь же немаловажных. Хлор вытесняет бром ииод из их соединений с водородом и металлами.
При реакции с монооксидомуглерода образуется фосген. При растворении в воде или щелочах, хлордиспропорционирует,образуяхлорноватистую(апринагреваниихлорноватую) и соляную кислоты, либо их соли. При нагревании.Хлорированием сухого гидроксида кальция получают хлорную известь.Действием хлора на аммиак можно получить три хлорид азота. Рассмотримокислительные свойства хлора. Хлор – очень сильный окислитель: Растворхлора в воде используется для отбеливания тканей и бумаги. Реакции с13органическими веществами.
С насыщенными соединениями. Присоединяетсякненасыщеннымсоединениямпократнымсвязям.Ароматическиесоединения замещают атом водорода на хлор в присутствии катализаторов(например, AlCl3 или FeCl3).1.5 Способы полученияХимические методы получения хлора малоэффективны и затратны. Насегодняшний день имеют в основном историческое значение. Метод Шееле.Первоначально промышленный способ получения хлора основывался наметоде Шееле, то есть реакции пиролюзита с соляной кислотой. МетодДикона. В 1867 году Диконом был разработан метод получения хлоракаталитическим окислением хлороводорода кислородом воздуха. ПроцессДикона в настоящее время используется при рекуперации хлора изхлороводорода, являющегося побочным продуктом при промышленномхлорированииорганическихсоединений.Современныелабораторныеметоды.
Ввиду доступности хлора в лабораторной практике обычноиспользуется сжиженный хлор в баллонах. Хлор можно получить действиемкислоты на гипохлорит натрия. При этом также выделяется кислород. Еслииспользовать соляную кислоту, то реакция выглядит по-другому. Дляполучения хлора в небольших количествах обычно используются процессы,основанныенаокислениихлороводородасильнымиокислителями(например, оксидом марганца (IV), перманганатом калия, дихроматом калия,диоксидом свинца, бертолетовой солью и т.
п.), обычно используетсядиоксид марганца или перманганат калия [12]. При невозможностииспользования баллонов и химических методов получения хлора могут бытьиспользованы электрохимические – при помощи небольших электролизеровс обычным или вентильным электродом для получения хлора. Благодарянауке хлор мы можем получать ещё, и с помощью электрохимических14методов. Сегодня хлор в промышленных масштабах получают вместе сгидроксидом натрия и водородом путём электролиза раствора повареннойсоли, основные процессы которого можно представить суммарной формулой.Применяется три варианта электрохимического метода получения хлора. Дваиз них – электролиз с твердым катодом: диафрагменный и мембранныйметоды, третий – электролиз с жидким ртутным катодом (ртутный методпроизводства). Качество хлора, получаемого электрохимическими методами,показано в таблице 1.6.Также на рисунке 1.5.
изображен диафрагменныйэлектролизеспомощьюкоторогополучаюткачественныйхлорэлектрическими методами.Таблица 1.6.Качество хлора, получаемого электрохимическими методамиВыход хлора %Электроэнергия (кВт·ч)Чистота хлораМассовая доля O2 вхлоре, %Ртутныйметод993 15099,2Диафрагменныйметод963 26098Мембранныйметод98,52 52099,30,11– 20,3Рисунок 1.5 Диафрагменный электролизерНарисунке1.5.изображенасхемастаринногодиафрагменногоэлектролизера для получения хлора и щелоков. А – анод, В – изоляторы, С –катод, D – пространство, заполненное газами (над анодом – хлор, над15катодом–водород),электрохимическихМ–методов,диафрагма.впланеНаиболеепростым,изорганизациипроцессаиконструкционных материалов для электролизера, является диафрагменныйметод получения хлора.
Раствор соли в диафрагменном электролизеренепрерывно подается в анодное пространство и протекает через, как правило,насаженную на стальную катодную сетку асбестовую диафрагму, в которуюиногда добавляют небольшое количество полимерных волокон. Насасываниедиафрагмы производится путём прокачивания через электролизер пульпы изасбестовых волокон, которые, застревая в сетке катода, образуют слойасбеста,играющийрольдиафрагмы.Вомногихконструкцияхэлектролизеров катод полностью погружен под слой анолита (электролита изанодного пространства), а выделяющийся на катодной сетке водородотводится из-под катода при помощи газоотводных труб, не проникая черездиафрагму в анодное пространство благодаря противотоку. Противоток –очень важная особенность устройства диафрагменного электролизера.Именно благодаря противоточному потоку, направленному из анодногопространства в катодное через пористую диафрагму, становится возможнымраздельноеполучениещелоковихлора.Противоточныйпотокрассчитывается так, чтобы противодействовать диффузии и миграции OH ионов в анодное пространство.
Если величина противотока недостаточна,тогдаванодномпространствевбольшихколичествахначинаетобразовываться гипохлорит-ион (ClO-), который затем может окисляться нааноде до хлорат-иона ClO3-. Образование хлорат-иона серьёзно снижаетвыход по току хлора и является основным побочным процессом в этомметоде. Так же вредит и выделение кислорода, которое, к тому же, ведет кразрушению анодов и, если они из углеродных материалов, попадания в хлорпримесей фосгена. В качестве анода в диафрагменных электролизерах можетиспользоваться графитовый или угольный электроды.
На сегодня их восновномзаменилититановыеаноды сокисно-рутениево-титановымпокрытием (аноды ОРТА) или другие малорасходуемые. Поваренная соль,16сульфат натрия и другие примеси при повышении их концентрации врастворе выше их предела растворимости выпадают в осадок. Раствор едкойщёлочи декантируют от осадка и передают в качестве готового продукта насклад или продолжают стадию упаривания для получения твёрдого продукта,с последующим плавлением, чешуированием или грануляцией. Обратную, тоесть кристаллизовавшуюся в осадок поваренную соль возвращают назад впроцесс, приготавливая из неё так называемый обратный рассол. От неё, воизбежание накапливания примесей в растворах, перед приготовлениемобратного рассола отделяют примеси. Убыль анолита восполняют добавкойсвежего рассола, получаемого подземным выщелачиванием соляных пластовгалита, бишофита и других минералов, содержащих хлорид натрия, а такжерастворением их в специальных емкостях на месте производства.
Свежийрассол перед смешиванием его с обратным рассолом очищают отмеханических взвесей и значительной части ионов кальция и магния.Полученный хлор отделяется от паров воды, компримируется и подаётсялибо на производство хлорсодержащих продуктов, либо на сжижение.Благодаря относительной простоте и дешевизне диафрагменный методполучения хлора до сих пор широко используется в промышленности.Мембранный метод производства хлора наиболее энергоэффективен, однакосложен в организации и эксплуатации.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
