Галогены. Хлор и его соединения

В этом уроке ты узнаешь

Сравнивать строение атомов, агрегатное состояние, окислительную активность и силу кислот HX в ряду F → I.
Составлять уравнения лабораторного и промышленного получения хлора и его реакций с водой и щелочами (холодной и горячей) и проводить по ним расчёты.
Знать свойства и названия хлороводорода, соляной кислоты и кислородсодержащих кислот хлора.
Распознавать галогенид-ионы с помощью AgNO₃ и определять, какие реакции вытеснения галогенов возможны.

Резкий запах воды в бассейне, отбеливатель, кислота желудочного сока, йодированная соль и фторид в зубной пасте — всё это члены одной семьи. Галоген по-гречески значит «рождающий соль»: эти элементы прямо с металлами образуют соли (2Na + Cl₂ → 2NaCl). На экзаменах ДИМ 2026 года было три задания по галогенам: получение хлорной воды, реакция металлов с соляной кислотой и сравнение галогенов.

Общая характеристика галогенов

Галогены — элементы VIIA группы: фтор F, хлор Cl, бром Br, иод I (и радиоактивный астат At). На внешнем слое у них 7 электронов (ns²np⁵): до октета не хватает одного, поэтому это типичные неметаллы и сильные окислители. Простые вещества состоят из двухатомных молекул (F₂, Cl₂, Br₂, I₂), а в природе галогены встречаются только в соединениях. Электронная формула хлора: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵.

Элемент	Внешний слой	Простое вещество (н. у.)	Степени окисления
F	2s²2p⁵	светло-жёлтый газ	−1
Cl	3s²3p⁵	жёлто-зелёный газ	−1, +1, +3, +5, +7
Br	4s²4p⁵	красно-бурая жидкость	−1, +1, +3, +5, +7
I	5s²5p⁵	тёмно-фиолетовые кристаллы, возгоняется	−1, +1, +3, +5, +7

F → I: радиус атома, относительная атомная масса, температуры плавления и кипения растут (газ → жидкость → твёрдое).
Электроотрицательность и окислительная активность уменьшаются (F — сильнейший окислитель), а восстановительные свойства ионов X⁻ усиливаются (I⁻ — сильнейший восстановитель).
Связь H–X ослабевает, сила кислот растёт: HF — слабая, HI — самая сильная.
У фтора нет d-подуровня — только −1. Cl, Br и I в возбуждённом состоянии имеют 3, 5, 7 неспаренных электронов: отсюда +3, +5, +7.

Интерактив

Загрузка симуляции…

Группа VIIA: найди галогены и их соседей

В стиле ДИМ: галогениды равной массы (таблица)

Массы AgNO₃, полностью реагирующие с солями, взятыми в равной массе (a г):
NaCl — a г — m₁
NaI — a г — m₂
NaBr — a г — m₃
Определите верное соотношение между m₁, m₂ и m₃. Mr(NaCl) = 58,5, Mr(NaBr) = 103, Mr(NaI) = 150
A) m₁ = m₂ = m₃ B) m₂ > m₃ > m₁ C) m₁ > m₃ > m₂ D) m₃ > m₁ > m₂ E) m₁ > m₂ > m₃

Показать решение

Во всех трёх реакциях соотношение 1 : 1: NaX + AgNO₃ → AgX↓ + NaNO₃.
Значит, n(AgNO₃) = n(NaX) = a / M: чем меньше молярная масса соли, тем больше расходуется AgNO₃.
M: NaCl (58,5) < NaBr (103) < NaI (150) → m₁ > m₃ > m₂.
Ответ: C.

Получение хлора

В лаборатории хлор получают окислением концентрированной соляной кислоты сильными окислителями (Cl⁻ → Cl₂):
MnO₂ + 4HCl → MnCl₂ + Cl₂↑ + 2H₂O (при нагревании)
2KMnO₄ + 16HCl → 2KCl + 2MnCl₂ + 5Cl₂↑ + 8H₂O
K₂Cr₂O₇ + 14HCl → 2KCl + 2CrCl₃ + 3Cl₂↑ + 7H₂O
KClO₃ + 6HCl → KCl + 3Cl₂↑ + 3H₂O
В промышленности хлор получают электролизом раствора NaCl: 2NaCl + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑ + Cl₂↑ (Cl₂ выделяется на аноде, H₂ — на катоде). Электролиз расплава даёт ещё и металлический натрий: 2NaCl → 2Na + Cl₂↑.

n(Cl₂) = n(окислителя) · z / 2n(Cl₂) = n(окислителя) · z / 2

где:

n(окислителя)количество окислителя, моль
zэлектроны, принимаемые одной формульной единицей: MnO₂ → 2, KMnO₄ → 5, K₂Cr₂O₇ → 6

Хлор, полученный окислением конц. HCl (если в окислителе нет хлора). Исключение — KClO₃: его собственный хлор тоже переходит в Cl₂, 1 моль KClO₃ → 3 моль Cl₂.

Расчёт: хлор в лаборатории

1) 17,4 г MnO₂ нагрели с избытком концентрированной соляной кислоты. Сколько литров хлора (н. у.) получится? Сколько моль израсходованной HCl было восстановителем? Mr(MnO₂) = 87
2) Сколько литров хлора (н. у.) можно получить из 15,8 г KMnO₄? Mr(KMnO₄) = 158

Показать решение

1) n(MnO₂) = 17,4 / 87 = 0,2 моль; Mn⁺⁴ → Mn⁺², z = 2: n(Cl₂) = 0,2 · 2 / 2 = 0,2 моль → V = 0,2 · 22,4 = 4,48 л.
По уравнению 0,2 моль MnO₂ расходуют 0,8 моль HCl; половина — 0,4 моль — окисляется до Cl₂ (восстановитель), остальные 0,4 моль переходят в MnCl₂.
2) n(KMnO₄) = 15,8 / 158 = 0,1 моль; Mn⁺⁷ → Mn⁺², z = 5: n(Cl₂) = 0,1 · 5 / 2 = 0,25 моль → V = 5,6 л.

Химические свойства хлора

Хлор — сильный окислитель. С металлами он образует хлориды, причём металлы с переменной валентностью окисляются до высшей степени окисления: 2Na + Cl₂ → 2NaCl, 2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃, Cu + Cl₂ → CuCl₂. На свету соединяется с водородом со взрывом: H₂ + Cl₂ → 2HCl. С фосфором даёт PCl₃ и PCl₅, а с кислородом, азотом и углеродом непосредственно не реагирует. Окисляет и сложные вещества: 2FeCl₂ + Cl₂ → 2FeCl₃, H₂S + Cl₂ → S↓ + 2HCl.

В реакциях с водой и щелочами хлор — и окислитель, и восстановитель: часть его атомов переходит в Cl⁻¹, а часть — в Cl⁺¹ или Cl⁺⁵.

Cl₂ + H₂O ⇌ HCl + HClO — хлорная вода. Хлорноватистая кислота разлагается: HClO → HCl + [O]; атомарный кислород обесцвечивает красители и убивает микробы. На свету: 2HClO → 2HCl + O₂↑.
Холодная щёлочь: Cl₂ + 2NaOH → NaCl + NaClO + H₂O (отбеливающий раствор).
Горячая щёлочь: 3Cl₂ + 6KOH → 5KCl + KClO₃ + 3H₂O (бертолетова соль KClO₃).
Сухая гашёная известь: Cl₂ + Ca(OH)₂ → CaOCl₂ + H₂O (хлорная известь — отбеливатель и дезинфицирующее средство).

Определение

Вытеснение галогенов

Более активный галоген вытесняет менее активный из раствора его соли в свободном виде: Cl₂ + 2KBr → 2KCl + Br₂, Cl₂ + 2KI → 2KCl + I₂, Br₂ + 2KI → 2KBr + I₂. Иод не вытесняет ни один из них. Фтор же в растворе реагирует не с галогенидом, а с водой: 2F₂ + 2H₂O → 4HF + O₂.

В стиле ДИМ: реакция с горячей щёлочью (кодируемое задание)

3Cl₂ + 6KOH → 5KCl + KClO₃ + 3H₂O
Определите верные утверждения об этой реакции.
1. Хлор — и окислитель, и восстановитель
2. Образуется бертолетова соль
3. Атомы хлора — восстановители и окислители — относятся как 5 : 1
4. Реакция идёт на холоду
5. В одном из продуктов степень окисления хлора +5

Показать решение

Cl⁰ → Cl⁻¹: 5 атомов принимают по электрону (окислитель); Cl⁰ → Cl⁺⁵: 1 атом отдаёт 5 электронов (восстановитель). 1 — верно.
2 — верно: KClO₃ — бертолетова соль; 5 — верно: в KClO₃ хлор Cl⁺⁵.
3 — неверно: восстановитель : окислитель = 1 : 5.
4 — неверно: хлорат образуется в горячей щёлочи, на холоду — гипохлорит.
Ответ: 1, 2, 5.

В стиле ДИМ: реакции вытеснения

Какие реакции протекают?
I. Br₂ + 2NaCl →
II. Cl₂ + 2NaI →
III. I₂ + 2KBr →
IV. Br₂ + 2KI →
A) I, II B) II, IV C) I, III D) III, IV E) II, III

Показать решение

Галоген вытесняет только галогены, стоящие ниже него (Cl₂ > Br₂ > I₂).
II: Cl₂ + 2NaI → 2NaCl + I₂ — идёт. IV: Br₂ + 2KI → 2KBr + I₂ — идёт.
I: бром слабее хлора; III: иод слабее брома — не идут.
Ответ: B.

Хлороводород и соляная кислота

Хлороводород HCl — бесцветный газ с резким запахом, тяжелее воздуха, очень хорошо растворим в воде: при 0 °C в 1 объёме воды растворяется около 500 объёмов HCl. Его раствор — соляная кислота; в концентрированной кислоте массовая доля HCl около 37 %, она «дымит» на воздухе. В лаборатории на твёрдую поваренную соль действуют концентрированной серной кислотой: NaCl + H₂SO₄ → NaHSO₄ + HCl↑ (при слабом нагревании; при сильном 2NaCl + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + 2HCl↑). В промышленности HCl синтезируют сжиганием водорода в хлоре и растворяют в воде.

Соляная кислота — сильная одноосновная кислота: с металлами, стоящими до водорода, выделяет водород (Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑; железо даёт FeCl₂), с Cu, Ag, Hg не реагирует; нейтрализует основные оксиды и основания, разлагает соли слабых и летучих кислот: CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂↑ + H₂O, FeS + 2HCl → FeCl₂ + H₂S↑. Соляная кислота есть и в желудочном соке. Её соли — хлориды: NaCl (поваренная соль), KCl (удобрение), CaCl₂ (осушитель), AgCl.

n(H₂) = n(Me) · v / 2n(H₂) = n(Me) · v / 2

где:

n(Me)количество металла, моль
vвалентность металла в хлориде (Na → 1, Mg, Zn, Fe → 2, Al → 3)

Металл + HCl: один моль металла расходует столько моль HCl, какова его валентность, и выделяет вдвое меньше моль H₂

В стиле ДИМ: металлы и соляная кислота

1) Какой металл, взятый в одинаковой массе, выделит больше водорода с избытком соляной кислоты?
A) Mg B) Zn C) Fe D) Al E) Ca
2) При действии избытка соляной кислоты на 20 г смеси Fe и Cu выделилось 4,48 л водорода (н. у.). Рассчитайте массовую долю (%) меди в смеси и массу (г) израсходованной HCl. Ar(Fe) = 56, Mr(HCl) = 36,5

Показать решение

1) 1 г металла даёт (1 / M) · v / 2 моль H₂: выигрывает металл с наименьшим M / v. M / v: Al 9, Mg 12, Ca 20, Fe 28, Zn 32,5. Ответ: D) Al.
2) Медь с HCl не реагирует, водород выделяет только железо: Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂↑.
n(H₂) = 4,48 / 22,4 = 0,2 моль → n(Fe) = 0,2 моль, m(Fe) = 0,2 · 56 = 11,2 г.
m(Cu) = 20 − 11,2 = 8,8 г → ω(Cu) = 8,8 / 20 · 100 % = 44 %.
n(HCl) = 2 · 0,2 = 0,4 моль → m = 0,4 · 36,5 = 14,6 г.

Кислородсодержащие кислоты хлора. Обнаружение галогенид-ионов

Кислота	Степень окисления Cl	Название	Соли
HClO	+1	хлорноватистая кислота	гипохлориты: NaClO, Ca(ClO)₂
HClO₂	+3	хлористая кислота	хлориты: NaClO₂
HClO₃	+5	хлорноватая кислота	хлораты: KClO₃
HClO₄	+7	хлорная кислота	перхлораты: KClO₄

В ряду HClO → HClO₄ сила и устойчивость кислот растут, а окислительные свойства ослабевают; HClO₄ — одна из самых сильных кислот.

Бертолетова соль KClO₃ при нагревании разлагается: с катализатором (MnO₂) 2KClO₃ → 2KCl + 3O₂↑ — лабораторный способ получения кислорода; без катализатора 4KClO₃ → 3KClO₄ + KCl. KClO₃ входит и в состав спичечных головок. Галогенид-ионы обнаруживают с помощью AgNO₃: Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl↓ (белый творожистый), Ag⁺ + Br⁻ → AgBr↓ (светло-жёлтый), Ag⁺ + I⁻ → AgI↓ (жёлтый). AgF растворим, поэтому ион F⁻ обнаруживают ионами Ca²⁺: Ca²⁺ + 2F⁻ → CaF₂↓. Свободный иод окрашивает крахмал в синий цвет.

Применение: хлор — обеззараживание воды, HCl, ПВХ и отбеливатели; фтор — тефлон, зубная паста; HF травит стекло (SiO₂ + 4HF → SiF₄↑ + 2H₂O); AgBr — фотография; 5 %-я йодная настойка, йодированная соль.
В природе: хлор — NaCl (каменная соль, морская вода) и KCl, фтор — флюорит CaF₂; в Азербайджане иод и бром получают из пластовых вод нефтяных месторождений.

В стиле ДИМ: определение неизвестной соли

При добавлении AgNO₃ к раствору соли X выпадает жёлтый осадок. При добавлении к раствору X хлорной воды раствор буреет, а после добавления крахмала синеет. Определите вещество X.
A) KCl B) KBr C) KI D) KF E) KNO₃

Показать решение

Синий цвет даёт свободный иод с крахмалом: Cl₂ + 2KI → 2KCl + I₂. Жёлтый осадок — AgI: Ag⁺ + I⁻ → AgI↓.
KBr даёт светло-жёлтый AgBr, но бром не окрашивает крахмал в синий; KCl даёт белый осадок; KF и KNO₃ осадка с AgNO₃ не дают.
Ответ: C) KI.

Главное

Галогены (ns²np⁵) — сильные окислители; от F к I радиус растёт, окислительная активность падает, сила кислот HX растёт.
В лаборатории Cl₂ получают окислением конц. HCl с помощью MnO₂, KMnO₄, K₂Cr₂O₇, KClO₃, в промышленности — электролизом раствора NaCl.
С водой и щелочами хлор — и окислитель, и восстановитель: хлорная вода (HCl + HClO), холодная щёлочь — гипохлорит, горячая — хлорат (KClO₃), гашёная известь — CaOCl₂.
Активный галоген вытесняет менее активный из соли (Cl₂ > Br₂ > I₂); железо с хлором даёт FeCl₃, с соляной кислотой — FeCl₂.
HClO, HClO₂, HClO₃, HClO₄ — хлорноватистая, хлористая, хлорноватая, хлорная кислоты, сила растёт. Галогениды с AgNO₃: AgCl белый, AgBr светло-жёлтый, AgI жёлтый.

Проверь себя

Вопросов: 12. Каждый правильный ответ приносит XP.

1 / 12

Какова электронная формула внешнего слоя атомов галогенов?