Растворимость соляной кислоты. Приготовление и стандартизация раствора соляной кислоты

1,2679; Г крнт 51,4°С, p крит 8,258 МПа, d крит 0,42 г/см 3 ; -92,31 кДж/ , D H пл 1,9924 кДж/ (-114,22°С), D H исп 16,1421 кДж/ (-8,05°С);186,79 Дж/(моль·К); (Па): 133,32·10 -6 (-200,7°С), 2,775·10 3 (-130,15°С), 10,0·10 4 (-85,1 °С), 74,0·10 4 (-40°С), 24,95 · 10 5 (О °С), 76,9 · 10 5 (50 °С); ур-ние температурной зависимости lgp(кПа) = -905,53/Т+ 1,75lgT- -500,77·10 -5 T+3,78229 (160-260 К); коэф. 0,00787; g 23 мН/см (-155°С); r 0,29·10 7 Ом·м (-85°С), 0,59·10 7 (-114,22°С). См. также табл. 1.

Р-римость НС1 в при 25 °С и 0,1 МПа (мол. %): в пентане-0,47, гексане-1,12, гептане-1,47, октане-1,63. Р-римость НС1 в алкил- и арилгалогенидах невелика, напр. 0,07 / для С 4 Н 9 С1. Р-римость в интервале от -20 до 60° С уменьшается в ряду дихлорэтан-три-хлорэтан-тетрахлорэтан-трихлорэтилен. Р-римость при 10°С в ряде составляет примерно 1 / , в эфирах карбоновых к-т 0,6 / , в карбо-новых к-тах 0,2 / . В образуются устойчивые R 2 O · НСl. Р-римость НС1 в подчиняется и составляет для КСl 2,51·10 -4 (800°С), 1,75·10 -4 / (900°С), для NaCl 1,90·10 -4 / (900 °С).

Соляная к-та. НСl в воде-сильно экзо-термич. процесс, для бесконечно разб. водного р-ра D H 0 НСl -69,9 кДж/ , Сl - - 167,080 кДж/ ; НС1 в полностью ионизирован. Р-римость НС1 в зависит от т-ры (табл. 2) и парциального НС1 в газовой смеси. Плотность соляной разл. и h при 20 °С представлены в табл. 3 и 4. С повышением т-ры h соляной понижается, напр.: для 23,05%-ной соляной при 25 °С h 1364мПа·с, при 35 °С 1,170 мПа·с.соляной , содержащей h на 1 НС1, составляет [кДж/(кг·К)]: 3,136 (п = 10), 3,580 (п = 20), 3,902 (п =50), 4,036 (n = 100), 4,061 (п = 200).

НСl образует с (табл. 5). В системе HCl-вода существует три эвтектич. точки: - 74,7 °С (23,0% по массе НСl); -73,0°С (26,5% НСl); -87,5°С (24,8% НС1, метастабильная фаза). Известны НСl·nН 2 О, где n = 8, 6 (т. пл. -40 °С), 4, 3 (т. пл. -24,4°С), 2 (т. пл. -17,7°С) и 1 (т. пл. -15,35°С). кристаллизуется из 10%-ной соляной при -20, из 15%-ной-при -30, из 20%-ной-при -60 и из 24%-ной-при -80°С. Р-римость галогенидов с увеличением НСl в соляной падает, что используют для их .

Химические свойства. Чистый сухой НСl начинает диссоциировать выше 1500°С, химически пассивен. Мн. , С, S, P не взаимод. даже с жидким НСl. С , реагирует выше 650 °С, с Si, Ge и В-в присут. АlСl 3 , с переходных металлов-при 300 °С и выше. Окисляется О 2 и HNO 3 до Сl 2 , с SO 3 дает C1SO 3 H. О р-циях с орг. соединениями см. .

С оляная химически весьма активна. Растворяет с выделением Н 2 все , имеющие отрицат. , со мн. и образует , выделяет своб. к-ты из таких , как , и др.

Получение. В пром-сти НСl получают след. способами-сульфатным, синтетич. и из абгазов (побочных ) ряда процессов. Первые два метода теряют свое значение. Так, в США в 1965 доля абгазной соляной составляла 77,6% в общем объеме произ-ва, а в 1982-94%.

Произ-во соляной (реактивной, полученной сульфатным способом, синтетич., абгазной) заключается в получении НСl с послед. его . В зависимости от способа отвода теплоты (достигает 72,8 кДж/) процессы разделяются на изотермич., адиабатич. и комбинированные.

Сульфатный метод основан на взаимод. NaCl с конц. H 2 SO 4 при 500-550 °С. Реакц. содержат от 50-65% НСl (муфельные ) до 5% НСl (реактор с ). Предложено заменить H 2 SO 4 смесью SO 2 и О 2 (т-ра процесса ок. 540 °С, кат.-Fе 2 О 3).

В основе прямого синтеза НСl лежит цепная р-ция : Н 2 + Сl 2 2НСl+184,7кДж К р рассчитывается по ур-нию: lgK p = 9554/T- 0,5331g T+ 2,42.

Р-ция инициируется светом, влагой, твердыми пористыми ( , пористая Pt) и нек-рыми минер. в-вами ( , ). Синтез, ведут с избытком Н 2 (5-10%) в камерах сжигания, выполненных из стали, огнеупорного кирпича. Наиб. совр. материал, предотвращающий загрязнение НСl,-графит, импрегнированный фе-ноло-формальд. смолами. Для предотвращения взрывного характера смешивают непосредственно в факеле пламени горелки. В верх. зоне камер сжигания устанавливают для охлаждения реакц. до 150-160°С. Мощность совр. графитовых достигает 65 т/сут (в пересчете на 35%-ную соляную ). В случае дефицита Н 2 применяют разл. модификации процесса; напр., пропускают смесь Сl 2 с водяным через слой пористого раскаленного :

2Сl 2 + 2Н 2 О + С : 4НСl + СО 2 + 288,9 кДж

Т-ра процесса (1000-1600 °С) зависит от типа и наличия в нем примесей, являющихся (напр., Fe 2 O 3). Перспективно использование смеси СО с :

СО + Н 2 О + Сl 2 : 2НСl + СО 2

Более 90% соляной в развитых странах получают из абгаз-ного НСl, образующегося при и дегидрохло-рировании орг. соединений, хлорорг. отходов, получении калийных нехлорир. и др. Абгазы содержат разл. кол-ва НС1, инертные примеси (N 2 , H 2 , СН 4), малорастворимые в орг. в-ва ( , ), водорастворимые в-ва (уксусная к-та, ), кислые примеси (Сl 2 , HF, О 2) и . Применение изотермич. целесообразно при низком содержании НС1 в абгазах (но при содержании инертных примесей менее 40%). Наиб. перспективны пленочные , позволяющие извлекать из исходного абгаза от 65 до 85% НСl.

Наиб. широко применяют схемы адиабатич. . Абгазы вводят в ниж. часть , а (или разбавленную соляную )-противотоком в верхнюю. Соляная нагревается до т-ры благодаря теплоте НСl. Изменение т-ры и НСl дано на рис. 1. Т-ра определяется т-рой к-ты соответствующей (макс. т-ра-т. кип. азеотропной смеси-ок. 110°С).

На рис. 2 дана типовая схема адиабатич. НСl из абгазов, образующихся при (напр., получение ). НСl поглощается в 1, а остатки малорастворимых в орг. в-в отделяют от после в аппарате 2, доочищают в хвостовой колонне 4 и сепараторах 3, 5 и получают товарную соляную .

Рис. 1. Схема распределения т-р (кривая 1) и

Соляная кислота, поступающая с завода, может иметь различную концентрацию, поэтому необходимо рассчитывать количество воды и кислоты, используя таблицу 6.2

Таблица 6.2

плотн. HCl при 15 о С, кг/м 3	массов. доля HCl , %	весовая доля HCl кг/л	плотн. HCl при 15 о С, кг/м 3	массов. доля HCl , %	весовая доля HCl кг/л

Количество товарной кислоты в объемных единицах, необходимое для получения 1 м 3 рабочего раствора заданной концентрации, определяют по формуле:

V Т = n(r З - 1000)/(r Т - 1000) (5.2)

где n - количество кубометров раствора;

V Т - объем товарной кислоты, м 3 ;

r т - плотность товарной кислоты, кг/м 3 ;

r З - заданная плотность готового раствора, кг/м 3 , которую берут из таблицы 6.2, исходя из процентного массового содержания HCl в растворе.

Пример. Приготовить 35 м 3 12% раствора HCl, если плотность товарной кислоты - 1150 кг/м 3 . По таблице 6.2 находим, что плотность 12% раствора HCl составляет 1060 кг/м 3 . Тогда

V Т = 35(1060 - 1000)/(1150 - 1000)= 14 м 3

Объем воды для приготовления раствора равен 35 - 14 = 21 м 3 . Проверим результаты вычисления:

r З = (14× 1150 + 21× 1000)/35 = 1060 кг/м 3

1. Оборудование для кислотных обработок скважин

Для обработки пласта кислотой применяется комплекс оборудования, в состав которого входят арматура для устья скважины (1АУ - 700, 2АУ - 700), насосный агрегат для нагнетания кислоты в скважину, автоцистерна для перевозки кислоты и химреагентов, манифольд для соединения автоцистерны с насосным агрегатом и с устьевой арматурой.

При солянокислотной обработке концентрация кислоты в растворе составляет 8-20% в зависимости от обрабатываемых пород. Если концентрация HCl выше рекомендуемой, трубы устьевого и скважинного оборудования разрушаются, а если ниже - снижается эффективность обработки призабойной зоны.

Для предохранения труб, емкостей, насосов, трубопроводов, устьевого и скважинного оборудования от коррозионного воздействия кислоты в раствор добавляют ингибиторы: формалин (0,6%), уникол (0,3 - 0,5%), реагент И-1-А(0,4%) и катапин А (0,1%).

Для предотвращения выпадения в осадок окислов железа, закупоривающих поры пласта, применяются стабилизаторы, в качестве которых применяются уксусная (0,8-1,6%) и плавиковая (1-2%)кислоты от объема разведенной соляной кислоты.

Раствор HCl приготавливают следующим образом: в емкость заливается расчитанный объем воды, к ней добавляется ингибитор, затем стабилизатор и замедлитель реакции- препарат ДС в количестве 1 - 1,5 % от объема раствора кислоты. После тщательного перемешивания раствора в последнюю очередь добавляется рассчитанный объем концентрированной HCl.

На промыслах применяется закачка кислоты в пласт под давлением, кислотные ванны для очистки поверхности забоя от загрязняющих отложений (цемент, глинистый раствор, смолы, парафин), а также закачка горячего кислотного раствора, который нагревается за счет экзотермической реакции между HCl и магнием.

Для транспортировки раствора ингибированной HCl и нагнетания его в пласты применяются специальные агрегаты Азинмаш - 30А, АКПП - 500, КП - 6,5. Агрегат Азинмаш - 30А смонтирован на шасси автомобиля КрАз - 257. Агрегат состоит из трехплунжерного горизонтального насоса одинарного действия 5НК - 500 с приводом от ходового двигателя через коробку отбора мощности, манифольда, гуммированных цистерн основной (6-10 м 3) и на прицепе (6м 3).

Для безопасности и простоты применения рекомендуется покупать максимально разбавленную кислоту, но иногда ее приходится разбавлять еще больше в домашних условиях. Не забудьте о защитных средствах для тела и лица, поскольку концентрированные кислоты вызывают сильные химические ожоги. Чтобы рассчитать необходимое количество кислоты и воды, вам нужно будет знать молярность (М) кислоты и молярность раствора, который вам нужно получить.

Шаги

Как рассчитать формулу

Изучите то, что у вас уже есть. Найдите обозначение концентрации кислоты на упаковке или в описании задачи. Обычно это значение указывают как молярность, или молярную концентрацию (кратко - М). Например, в кислоте 6М содержится 6 молей молекул кислоты на литр. Назовем эту начальную концентрацию C 1 .

• В формуле также будет использоваться значение V 1 . Это объем кислоты, которую мы будем добавлять к воде. Скорее всего, нам не потребуется вся бутылка кислоты, хотя мы еще не знаем точное количество.

1. Решите, каким должен быть результат. Требуемая концентрация и объем кислоты обычно указываются в тексте задачи по химии. Например, нам нужно развести кислоту до значения 2M, и нам потребуется 0.5 литра воды. Обозначим требуемую концентрацию как C 2 , а требуемый объем - как V 2 .

   • Если вам даны другие единицы, для начала переведите их в единицы молярности (моль на литр) и литры.
   • Если вы не знаете, какая нужна концентрация или объем кислоты, спросите у учителя или человека, хорошо разбирающегося в химии.

2. Напишите формулу для расчета концентрации. Каждый раз при разведении кислоты вы будете пользоваться следующей формулой: C 1 V 1 = C 2 V 2 . Это означает, что первоначальная концентрация раствора, умноженная на его объем, равняется концентрации разведенного раствора, умноженной на его объем. Мы знаем, что это соответствует действительности, поскольку концентрация, умноженная на объем, равняется общему количеству кислоты, а общее количество кислоты будет оставаться неизменным.

   • Используя данные из примера, запишем эту формулу как (6M)(V 1)=(2M)(0.5L) .

3. Решите уравнение V 1 . Значение V 1 скажет нам, сколько нам нужно концентрированной кислоты, чтобы получить желаемую концентрацию и объем. Перепишем формулу как V 1 =(C 2 V 2)/(C 1) , затем подставим известные числа.

   • В нашем примере получится V 1 =((2M)(0.5L))/(6M). Это равняется приблизительно 167 миллилитрам.

4. Рассчитайте необходимое количество воды. Зная V 1 , то есть имеющийся объем кислоты, и V 2 , то есть количество раствора, которое у вас получится, можно с легкостью рассчитать, сколько воды вам потребуется. V 2 - V 1 = необходимый объем воды.

   • В нашем случае мы хотим получить 0.167 литров кислоты на 0.5 литра воды. Нам потребуется 0.5 литра - 0.167 литров = 0.333 литра, то есть 333 миллилитра.

5. Наденьте защитные очки, перчатки и халат. Вам потребуются специальные очки, которые закроют глаза и по бокам. Чтобы не обжечь кожу и не прожечь одежду, наденьте перчатки и халат либо передник.

   Работайте в хорошо проветриваемом помещении. По возможности работайте под включенной вытяжкой - это не даст парам кислоты навредить вам и окружающим предметам. Если у вас нет вытяжки, откройте все окна и двери либо включите вентилятор.

6. Выясните, где находится источник проточной воды. Если кислота попадет в глаза или на кожу, вам нужно будет промыть пострадавший участок под прохладной проточной водой 15-20 минут. Не приступайте к работе, пока не выясните, где находится ближайшая раковина.

   • Промывая глаза, держите их открытыми. Смотрите вверх, вниз, в стороны, чтобы глаза промылись со всех сторон.

7. Знайте, что делать, если прольете кислоту. Можно купить специальный набор для сбора разлитой кислоты, в который будет входить все необходимое, или приобрести нейтрализаторы и абсорбенты отдельно. Процесс, описанный ниже, применим к соляной, серной, азотной и фосфорной кислотам. Прочие кислоты могут требовать другого обращения.

   • Проветрите помещение, открыв окна и двери и включив вытяжку и вентилятор.
   • Нанесите немного карбоната натрия (соды), бикарбоната натрия или карбоната кальция на внешние края лужи, не допуская расплескивания кислоты.
   • Постепенно засыпайте всю лужу к центру, пока не покроете ее нейтрализующим веществом целиком.
   • Тщательно перемешайте пластиковой палочкой. Проверьте значение pH лужи лакмусовой бумажкой. Добавьте еще нейтрализующего вещества, если это значение превышает 6-8, а затем промойте это место большим количеством воды.

Как разбавить кислоту

1. Охладите воду с помощью люда. Это нужно делать только в том случае, если вы будете работать с кислотами в большой концентрации, к примеру, с серной кислотой 18М или с соляной кислотой 12M. Налейте воду в емкость, поставьте емкость на лед минимум на 20 минут.

   • Чаще всего достаточно воды комнатной температуры.

2. Налейте дистиллированную воду в большую колбу. Для задач, требующих предельной точности (например, для титриметрического анализа), используйте мерную колбу. Для всех остальных целей подойдет обычная коническая колба. В емкость должен поместиться весь требуемый объем жидкости, а также должно остаться место, чтобы жидкость не расплескалась.

   • Если вместительность емкости известна, нет необходимости точно отмерять количество воды.

3. Добавьте небольшое количество кислоты. Если вы работаете с маленьким количеством воды, воспользуйтесь градуированной или измерительной пипеткой с резиновым наконечником. Если объем большой, вставьте в колбу воронку и небольшими порциями аккуратно перелейте кислоту пипеткой.

   • Не используйте в химической лаборатории пипетки, в которых воздух нужно втягивать ртом.

Соляная кислота - это одно из самых сильных и опасных для человека веществ в перечне АХОВ. Однако удивительно то, что она существует в организме каждого человека: соляная кислота является составной частью желудочного сока и играет важную роль в процессах пищеварения. В количестве 0,2% она способствует переходу пищевых масс из желудка в двенадцатиперстную кишку и обезвреживает микробов, попадающих в желудок из внешней среды. Она активирует также фермент пепсиноген, участвует в образовании секретина и некоторых других гормонов, стимулирующих деятельность поджелудочной железы. С этой целью её используют в медицине, назначая больным её раствор для повышения кислотности желудочного сока. В целом, соляная кислота имеет широкое применение в нашей жизни. Например, в тяжёлой промышленности - для получения хлоридов различных металлов, в текстильной промышленности - для получения синтетических красителей; для пищевой промышленности из неё изготавливают уксусную кислоту, для фармацевтической - активированный уголь. Она также входит в состав различных клеев и гидролизного спирта. Ее применяют для травления металлов, очистки различных сосудов, обсадных труб буровых скважин от карбонатов, окислов и др. осадков и загрязнений. В металлургии соляной кислотой обрабатывают руды, в кожевенной промышленности - кожу перед дублением и крашением. Транспортируют соляную кислоту в стеклянных бутылях или гуммированных (покрытых слоем резины) металлических сосудах, а также в полиэтиленовой посуде.

Что же она собой представляет в качестве химического вещества?

Соляная кислота, или хлористоводородная кислота, - это водный раствор хлористого водорода HCl, который представляет собой прозрачную бесцветную жидкость с острым запахом хлористого водорода. Техническая разновидность кислоты имеет желтовато-зеленый цвет из-за примесей хлора и солей железа. Максимальная концентрация соляной кислоты - около 36% HCl; такой раствор имеет плотность 1,18 г/см3. Концентрированная кислота на воздухе "дымит", так как выделяющийся газообразный HCl образует с водяным паром мельчайшие капельки соляной кислоты.

Несмотря на подобную характеристику, при контакте с воздухом соляная кислота не горюча и не взрывоопасна. Но при этом она является одной из самых сильных кислот и растворяет (с выделением водорода и образованием солей - хлоридов) все металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода. Хлориды образуются также при взаимодействии соляной кислоты с окислами и гидроокисями металлов. С сильными окислителями она ведет себя как восстановитель.

Соли соляной кислоты представляют собой хлориды и, за исключением AgCl, Hg2Cl2, хорошо растворимы в воде. К соляной кислоте устойчивы такие материалы, как стекло, керамика, фарфор, графит, фторопласт.

Получают соляную хлористого водорода в воде, который, в свою очередь, или непосредственно синтезируют из водорода и хлора, или получают действием серной кислоты на хлорид натрия.

Выпускаемая промышленностью (техническая) соляная кислота имеет крепость не менее 31% HCl (синтетическая) и 27,5% HCl (из NaCI). Торговую кислоту называют концентрированной, если она содержит 24% и больше HCl; если содержание HCl меньше, то кислота называется разбавленной.

Соляная кислота не относится к тем веществам, из которых можно приготовить раствор точно концентрации по навеске. Поэтому сначала готовится раствор кислоты приблизительной концентрации, а точная концентрация устанавливается путем титрования по Na 2 CO 3 или по Na 2 B 4 O 7 .10H 2 O.

1. Приготовление раствора соляной кислоты

По формуле С(HCl) =

рассчитывается масса хлороводорода, необходимая для приготовления 1 л раствора кислоты с молярной концентрацией эквивалента 0,1 моль/л.

m(HCl) = C(HCl) . Mэ(HCl) .V(р-ра),

где Mэ(HCl) = 36,5 г/моль;

m(HCl) = 0,1. 36,5 . 1 = 3,65 г.

Поскольку раствор соляной кислоты готовится из концентрированной, необходимо с помощью ареометра измерить ее плотность и по справочнику найти, какому процентному содержанию соответствует кислота такой плотности. Например, плотность (r) = 1,19 г/мл, w = 37 %, тогда

m(р-ра) = г;

V(р-ра) = m(р-ра)/r = 9,85/1,19 = 8 мл.

Таким образом, для приготовления 1 л раствора HCl, C(HCl) = 0,1 моль/л, отмеривают при помощи цилиндра (объемом 10 ­– 25 мл) или градуированной пробирки около 8 мл соляной кислоты (r = 1,19 г/мл), переносят ее в склянку с дистиллированной водой и доводят раствор до метки. Приготовленный таким образом раствор HCl имеет приблизительную концентрацию (» 0,1 моль/л).

2. Приготовление стандартного раствора карбоната натрия

Рассчитывается навеска карбоната натрия, необходимая для приготовления 100,0 мл раствора с молярной концентрацией эквивалента 0,1 моль/л.

m(Na 2 CO 3) = C э (Na 2 CO 3) . Mэ(Na 2 CO 3).V(р-ра),

где Mэ(Na 2 CO 3) = M(Na 2 CO 3)/2 = 106/2 = 53 г/моль;

m(Na 2 CO 3) = 0,1.53.0,1 = 0,53 г.

Предварительно на технических весах взвешивают 0,5–0,6 г Na 2 CO 3 . Переносят навеску на часовое стекло, заранее взвешенное на аналитических весах, и точно взвешивают стекло с навеской. Навеску переносят через воронку в мерную колбу на 100 мл, добавляют приблизительно до 2/3 объема дистиллированной воды. Содержимое колбы перемешивают осторожными вращательными движениями до полного растворения навески, после чего доводят раствор до метки.

3. Стандартизация раствора соляной кислоты

Для установления точной концентрации соляной кислоты используется приготовленный раствор Na 2 CO 3 точной концентрации. Водный раствор карбоната натрия вследствие гидролиза имеет щелочную реакцию среды:

Na 2 CO 3 + 2H 2 O = 2NaOH + H 2 CO 3 (реакция гидролиза);

2NaOH + 2HCl = 2NaCl + 2H 2 O;

___________________________________________________

Na 2 CO 3 + 2HCl = 2NaCl + H 2 CO 3 (реакция титрования).

Из суммарного уравнения видно, что в результате реакции в растворе накапливается слабая угольная кислота, определяющая рН в точке эквивалентности:

рН = 1/2 рК 1 (Н2СО3)– 1/2 lgС(H2CO3)= 1/2 .6,35 – 1/2lg 0,1 = 3,675.

Для титрования лучше всего подходит метиловый оранжевый.

Бюретку ополаскивают приготовленным раствором HCl и наполняют ее почти доверху раствором соляной кислоты. Затем, подставив под бюретку стакан и приоткрыв зажим, заполняют нижний конец бюретки так, чтобы в ней не оставалось пузырьков воздуха, нижний мениск раствора HCl в бюретке должен находиться на нулевом делении. При отсчете по бюретке (и пипетке) глаз должен быть на уровне мениска.

Ход определения. В колбу для титрования пипеткой отбирают 10,00 мл приготовленного раствора Na 2 CO 3 , добавляют 1–2 капли метилового оранжевого и титруют раствором HCl до изменения цвета из желтого в оранжево-розовый. Опыт повторяют несколько раз, полученные результаты заносят в таблицу 4, находят средний объем соляной кислоты и рассчитывают ее молярную концентрацию эквивалента, титр и титр по определяемому веществу.