Получение соляной кислоты

Нижегородский Государственный

Технический Университет

Им. Р. Е. Алексеева 
 
 
 
 

Реферат

по  общей химической технологии

«Получение  соляной кислоты» 
 
 
 
 
 

Выполнила:

Ст. гр. 08-био

Евдокимова  О. С.

Проверил:

Исаев В. В. 
 
 
 

г. Н. Новгород

2011 год

Содержание 

1. Общие  сведения

2. Химические  свойства

3. Получение

3.1. Получение  из абгазов (побочных газов) ряда процессов

3.2. Сульфатный метод

3.3. Очистка от примесей

4. Применение

5. Литература

 

1. Общие сведения

Хлороводород

    Общие

Систематическое наименование - хлористый водород

Химическая  формула - HCl

Относительная молекулярная масса - 36,4606 а.е.м.

Молярная  масса - 36,4606 г/моль

    Физические  свойства

Состояние (ст. усл.) - газ

Плотность - 1.477 г/л, газ (25 °C) г/см³

    Термические свойства

Температура плавления −114,22 °C

Температура кипения −85 °C

Температура разложения 1500 °C

Критическая точка 51,4 °C

Энтальпия образования (ст. усл.) -92,31 кДж/моль

    Химические  свойства

pKa = -4

Растворимость в воде - 72,47 (20 °C) г/100 мл

        Хло́роводоро́д, хло́ристый водоро́д (HCl) — бесцветный, термически устойчивый газ с резким запахом, дымящий во влажном воздухе, легко растворяется в воде (до 500 объёмов газа на один объём воды) с образованием хлороводородной (соляной) кислоты. При −85,1 °C конденсируется в бесцветную, подвижную жидкость. При −114,22 °C HCl переходит в твёрдое состояние. В твёрдом состоянии хлороводород существует в виде двух кристаллических модификаций: ромбической, устойчивой ниже −174,75 °C, и кубической.

        Соляная кислота - сильная  одноосновная кислота. Техническая кислота имеет желтовато-зелёный цвет из-за примесей хлора и солей железа. Она одна из самых сильных кислот. Растворяет (с выделением Н₂ и образованием солей — хлоридов) все металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода. Хлориды образуются и при взаимодействии соляной кислоты с окислами и гидроокисями металлов.

          Выпускаемая  техническая соляная кислота  имеет крепость не менее 31% HCl (синтетическая) и 27,5% HCl (из NaCI). Торговую кислоту называют разбавленной, если она содержит, например, 12,2% HCl; при содержании 24% и больше HCl её называют концентрированной. В лабораторной практике 2н HCl (7%-ную, плотность 1,035) обычно называют разбавленной

        Газообразный HCl токсичен. Длительная работа в атмосфере HCl вызывает катары дыхательных путей, разрушение зубов, изъязвление слизистой оболочки носа, желудочно-кишечные расстройства. Допустимое содержание HCl в воздухе рабочих помещений не более 0,005 мг/л. Защита: противогаз, очки, резиновые перчатки, обувь, фартук.

        Соляная кислота  содержится в желудочном соке (около 0,3%); способствует пищеварению и  убивает болезнетворные бактерии. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Химические  свойства

        Водный раствор  хлористого водорода называется соляной  кислотой. При растворении в воде протекают следующие процессы:

        HCl_г + H₂O_ж ⇌ H₃O⁺_ж + Cl⁻_ж

        Процесс растворения  сильно экзотермичен. С водой HCl образует азеотропную смесь, содержащую 20,24 % HCl.

        Соляная кислота  является сильной одноосновной кислотой, она энергично взаимодействует  со всеми металлами, стоящими в ряду напряжений левее водорода, с основными  и амфотерными оксидами, основаниями и солями, образуя соли — хлориды:

        Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂

        FeO + 2HCl → FeCl₂ + H₂O

        Хлориды чрезвычайно  распространены и имеют широчайшее применение (галит, сильвин). Большинство из них хорошо растворяется в воде и полностью диссоциирует на ионы. Слаборастворимыми являются хлорид свинца (PbCl₂), хлорид серебра (AgCl), хлорид ртути (I) (Hg₂Cl₂, каломель) и хлорид меди (I) (CuCl).

        При действии сильных  окислителей или при электролизе  хлороводород проявляет восстановительные свойства:

        MnO₂ + 4HCl → MnCl₂ + Cl₂ ↑ + 2H₂O

        При нагревании хлороводород окисляется кислородом (катализатор CuCl₂):

        4HCl + O₂ → 2H₂O +2Cl₂ ↑

        Однако, концентрированная соляная кислота реагирует с медью, при этом образуется комплекс одновалентной меди:

        2Cu + 4HCl → 2H[CuCl₂] + 2H₂ ↑

        Смесь 3 объемных частей концентрированной соляной и 1 объемной доли концентрированной азотной  кислот называется «царской водкой». Царская  водка способна растворять даже золото и платину. Высокая окислительная  активность «царской водки» обусловлена  присутствием в ней хлористого нитрозила и хлора, находящихся в равновесии с исходными веществами:

        4H₃O⁺ + 3Cl⁻ + NO₃⁻ ⇌ NOCl + Cl₂ + 6H₂O

        Благодаря высокой  концентрации хлорид-ионов в растворе металл связывается в хлоридный комплекс, что способствует его растворению:

        3Pt + 4HNO₃ + 18HCl → 3H₂[PtCl₆] + 4NO ↑ + 8H₂O

        Для хлороводорода также характерны реакции присоединения к кратным связям (электрофильное присоединение):

        R-CH=CH2 + HCl → R-CHCl-CH3

        R-C≡CH+2HCl → R-CCl2-CH3

        Присоединяется к  серному ангидриду, образуя хлорсульфоновую  кислоту HSO₃Cl:

        SO₃ + HCl → HSO₃Cl 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Получение

        Арабским алхимикам  хлористый водород был известен только в смеси с азотной кислотой в виде царской водки, которая получалась ими перегонкой смеси селитры, нашатыря и железного купороса. Базилиус Валентинус в XV ст. имел его в виде более или менее чистого водного раствора, или соляной кислоты (spiritus salis), получая с помощью перегонки поваренной соли с железным купоросом. В XVII ст. Глаубер получил соляную кислоту при действии серной кислоты на поваренную соль (метод Глаубера применяют и в настоящее время). Стефен Галес в XVIII ст. впервые наблюдал HCl в газообразном состоянии, получая его действием серной кислоты на нашатырь. Наконец, он был изолирован как газ и получен в чистом виде в 1772 г. Пристлеем, благодаря впервые им примененному способу собирания газов над ртутью (Observations on different kinds of air).

        В лабораторных условиях хлороводород получают, воздействуя концентрированной серной кислотой на хлорид натрия (поваренную соль) при слабом нагревании:

        NaCl + H₂SO₄ → NaHSO₄ + HCl ↑

        HCl↑ также можно получить гидролизом ковалентных галогенидов, таких, как хлористый фосфорил, тионилхлорид (SOCl₂), и гидролизом хлорангидридов карбоновых кислот:

        PCl₅ + H₂O → POCl₃ + 2HCl↑

        R-COCl + H-OH → R-COOH + HCl↑

        H₂O + O=SCl₂ → SO₂ + 2HCl↑

        В промышленности в настоящее время для получения хлороводорода обычно используют прямой синтез из простых веществ:

        H₂ + Cl₂ ⇌ 2HCl↑

        В производственных условиях синтез осуществляется в специальных  установках, в которых водород  непрерывно сгорает ровным пламенем в токе хлора, смешиваясь с ним  непосредственно в факеле горелке. Тем самым достигается спокойное (без взрыва) протекание реакции. Водород  подается в избытке (5 — 10 %), что позволяет  полностью использовать более ценный хлор и получить незагрязненную хлором соляную кислоту. Реакция инициируется светом, влагой, твердыми пористыми веществами (древесный уголь, пористая платина) и некоторыми минеральными веществами (кварц, глина). Камеры выполнены из стали, графита, кварца, огнеупорного кирпича. Наиболее современным материалом, предотвращающий загрязнение продукта является графит, импрегнированный фенолоформальдегидными смолами. Для предотвращения взрывного характера горения реагенты смешивают непосредственно в факеле пламени горелки. В верхней зоне камер сжигания устанавливают теплообменники для охлаждения реакционных газов до 150-160*С. Мощность современных графитовых печей достигает 65т/сут (в пересчете на соляную кислоту содержащую 35% HCl). В случае дефицита водорода применяют различные модификации процесса. Например, пропускают смесь Cl₂ c водяным паром через слой пористого раскаленного угля:

        CO+H₂O+Cl₂=2HCl+CO₂

        Соляную кислоту  получают растворением газообразного хлороводорода в воде. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.1. Получение из абгазов (побочных газов) ряда процессов

     Более 90% соляной кислоты в СНГ в  настоящее время получают их абгазного хлороводорода HCl, образующегося при хлорировании и дегидрохлорировании  органических соединений, пиролизе хлорорганических отходов, хлоридов металлов, получении калийных нехлорированных удобрений и др.

     Абгазные газы содержат различные количества хлороводорода, инертные примеси (N₂, H₂, CH₄), малорастворимые в воде органические вещества (хлорбензол, хлорметаны), водорастворимые вещества (уксусная кислота, хлораль), кислые примеси и воду.

     При содержании инертных примесей менее 40%, является целесообразным применение изотермической абсорбции. Наиболее перспективными являются абсорберы, позволяющие извлекать из исходного абгаза от 65-85% HCl.

     В промышленности для получения соляной  кислоты наиболее широко применяют  схемы адиабатической абсорбции. Абгазные газы вводят в нижнюю часть абсорбера, а воду (или разбавленную соляную кислоту – противотоком в верхнюю.

      Соляная кислота нагревается до температуры кипения благодаря  температуре растворения HCl. Зависимость изменения температуры абсорбции и концентрации HCl показана на рис. 1 

     Рис. 1. Схема распределения температур (кривая 1) и концентрации (кривая 2) HCl при высоте адиаботического абсорбера 

     Температура абсорбции определяется температурой кипения кислоты соответствующей  концентрации, максимальная температура  кипения азеотропной смеси находится  около 110*.

     Типовая схема адиабатической абсорбции  HCl из абгазов, образующихся при хлорировании, представлена на рисунке 2. Хлороводород поглощается в абсорбере 1, а остатки малорастворимых в воде органических веществ отделяют от воды после конденсации в аппарате 2, дочищают в хвостовой колонне 4 и сепараторах 3,5 и получают товарную соляную кислоту.