Điều chế Cl2 trong phòng thí nghiệm

Điều chế Cl2 trong phòng thí nghiệm được VnDoc sưu tầm và tổng hợp lí thuyết trong chương trình giảng dạy môn Hóa học lớp 9. Hi vọng rằng đây sẽ là những tài liệu hữu ích trong công tác giảng dạy và học tập của quý thầy cô và các bạn học sinh.

Lưu ý: Nếu bạn muốn Tải bài viết này về máy tính hoặc điện thoại, vui lòng kéo xuống cuối bài viết.

Câu hỏi: Điều chế khí Clo trong phòng thí nghiệm (HCl ra Cl₂), (KCl ra Cl₂) (KMnO₄ ra Cl₂) (MnO₂ + HCl đặc)

Lời giải

- Phương pháp điều chế Clo trong phòng thí nghiệm

- Đun nóng nhẹ dung dịch axit HCl đậm đặc với chất có khả năng oxy hóa mạnh như mangan dioxit (MnO₂).

- Phương trình phản ứng xảy ra như sau:

MnO₂ + 4HCl → MnCl₂ + Cl₂ + 2H₂O

Nếu muốn thu được khí Clo tinh khiết, cần tiếp tục thực hiện các bước sau:

- Cho khí Clo qua bình axit sunfuric đặc, nó sẽ được làm khô nước.

- Thu khí Clo bằng phương pháp đẩy không khí do khí Clo nặng hơn không khí.

- Sử dụng bông tẩm xút, tránh khí Clo bay ra bên ngoài vì Clo là khí độc

Ngoài MnO₂ có thể dùng một số chất oxy hóa khác như kali pemanganat (KMnO₄), Kali Clorat (KClO₃), Clorua vôi (CaOCl₂)

2KMnO₄ + 16HCl → 2KCl + 2MnCl₂ + 8H₂O + 5Cl₂

Điều chế Clo trong phòng thí nghiệm bằng Kali pemanganat

KClO₃ + 6HCl → KCl + 3H₂O + 3Cl₂

CaOCl₂ + 2HCl → Cl₂ + CaCl₂ + H₂O

1. Clo là gì?

- Clo hay Chlorine là một nguyên tố hóa học nằm trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu Cl. Thuộc chu kì 3 của bảng tuần hoàn.

- Clo có ái lực điện tử cao nhất và có độ âm điện đứng thứ 3 trong tất cả các nguyên tố.

- Clo trong thực tế tồn tại ở 2 dạng đó là dạng lỏng và dạng khí.

- Nhóm, phân lớp 17, p

- Số nguyên tử bằng 17.

- Phân loại là Halogen.

- Cấu hình electron [Ne] 3s2 3p5.

- Mỗi lớp chứa 278e

- Khối lượng nguyên tử chuẩn 453(2) g

2. Tính chất vật lý của Clo

- Clo là một nguyên tố phi kim thuộc nhóm halogen, tồn tại ở trạng thái khí trong điều kiện môi trường bình thường.

- Khí Clo có màu vàng lục, mùi hắc và độc hại.

- Khí Clo có thể tan trong nước và đặc biệt tan mạnh trong các dung môi hữu cơ.

- Nặng hơn không khí khoảng 2.5 lần.

- Trong môi trường tự nhiên, đa phần Clo được tìm thấy ở dạng muối clorua, phần lớn là muối ăn natri clorua, ngoài ra còn có kali clorua và một số khoáng vật như cacnalit KCl.MgCl₂.6H₂O và xinvinit NaCl.KCl.

3. Tính chất hóa học của Clo

- Nguyên tử clo có độ âm điện lớn (3,16), chỉ đứng sau nguyên tử flo (3,98) và nguyên tử oxi (3,44). Vì vậy, trong hợp chất với các nguyên tố này, clo có số oxi hóa dương (+1, +3, +5, +7), còn trong các trường hợp khác, clo có số oxi hóa âm (–1).

- Khi tham gia phản ứng, nguyên tử clo dễ nhận thêm 1 e để thành ion clorua Cl–.

- Vì vậy, tính chất hóa học cơ bản của clo là tính oxi hóa mạnh.

Tác dụng với phi kim tạo ra muối halogenua (tạo ra muối có hóa trị cao nhất của kim loại đó) trừ bạch kim (Pt, Au). Phản ứng xảy ra ở nhiệt độ thường hoặc không cao lắm, tốc độ nhanh, tỏa nhiều nhiệt.

- Phương trình phản ứng

2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃

Mg + Cl₂ → MgCl₂

Tác dụng với Hydro tạo thành Hydro clorua

- Phương trình phản ứng

H₂ + Cl₂ → 2HCl

- Điều kiện phản ứng xảy ra nếu tỷ lệ số mol của khí Clo với Hydro là 1:1

- Tính chất hóa học của Clo

Tác dụng với nước là phản ứng thuận nghịch

- Phương trình phản ứng

H₂O + Cl₂ ↔ HCl + HClO (axit hipoclorơ)

- Axit hipoclorơ có tính oxy hóa mạnh nên được dùng làm chất sát trùng, tẩy màu.

Tác dụng với dung dịch muối những halogen yếu hơn clo, trong dãy hoạt động

Phương trình phản ứng

2NaBr + Cl₂ → 2NaCl + Br₂

Tác dụng với chất khử mạnh

2FeCl₂ + Cl₂ → 2FeCl₃

3Cl₂ + 2NH₃ → N₂ + 6HCl

- Do đó, Trong phòng thí nghiệm, amoniac được dùng làm chất khử độc Clo

4. Điều chế khí Clo

Nguyên tắc chung để điều chế Clo

- Nguyên tắc chung để điều chế Clo trong phòng thí nghiệm hay công nghiệp là oxi hoá Cl- thành Cl₂.

- Trong thí nghiệm: dùng các chất có tính oxi hóa mạnh như KClO₃, MnO₂ và KMnO₄

- Trong công nghiệp: điện phân NaCl (dung dịch) có màng ngăn xốp

Điều chế khí Clo trong phòng thí nghiệm (HCl ra Cl₂), (KCl ra Cl₂) (KMnO₄ ra Cl₂) (MnO₂ + HCl đặc)

- Phương pháp điều chế Clo trong phòng thí nghiệm

- Đun nóng nhẹ dung dịch axit HCl đậm đặc với chất có khả năng oxy hóa mạnh như mangan dioxit (MnO₂).

- Phương trình phản ứng xảy ra như sau:

MnO₂ + 4HCl → MnCl₂ + Cl₂ + 2H₂O

Nếu muốn thu được khí Clo tinh khiết, cần tiếp tục thực hiện các bước sau:

- Cho khí Clo qua bình axit sunfuric đặc, nó sẽ được làm khô nước.

- Thu khí Clo bằng phương pháp đẩy không khí do khí Clo nặng hơn không khí.

- Sử dụng bông tẩm xút, tránh khí Clo bay ra bên ngoài vì Clo là khí độc

- Ngoài MnO₂ có thể dùng một số chất oxy hóa khác như kali pemanganat (KMnO₄), Kali Clorat (KClO₃), Clorua vôi (CaOCl₂).c

2KMnO₄ + 16HCl → 2KCl + 2MnCl₂ + 8H₂O + 5Cl₂

- Điều chế Clo trong phòng thí nghiệm bằng Kali pemanganat

KClO₃ + 6HCl → KCl + 3H₂O + 3Cl₂

CaOCl₂ + 2HCl → Cl₂ + CaCl₂ + H₂O

Điều chế khí Clo trong công nghiệp (NaCl ra Cl₂)

- Điều chế Clo trong phòng thí nghiệm chỉ thu được một lượng nhỏ, không đủ phục vụ cho nhiều ứng dụng trong cuộc sống.

- Do đó, điều chế công nghiệp là việc rất cần thiết. Các nhà sản xuất tiến hành điện phân muối Natri Clorua bằng điện phân nóng chảy theo phương trình phản ứng:

2NaCl → 2Na + Cl₂

- Hoặc điện phân có màng ngăn dung dịch muối halogenua (natri clorua)

2NaCl + 2H₂O → H₂ + 2NaOH + Cl₂

5. Ứng dụng của khí Clo trong thực tế

- Việc điều chế Clo trong phòng thí nghiệm và trong công nghiệp nhằm đáp ứng một số ứng dụng sau đây:

- Sử dụng phổ biến trong sản xuất giấy, khử trùng, thuốc nhuộm vải sợi, thuốc trừ sâu, công nghiệp hóa dầu, sản xuất chất dẻo,..

- Chlorine được sử dụng để khử trùng nước uống, nước sinh hoạt, nước hồ bơi.

- Khí Clo được dùng trong tẩy trắng, khử trùng và làm sạch nước.

- Sản xuất nước javen, Clorua vôi, axit clorua

- Clo còn được dùng sản xuất Clorat, Clorofom, tetraclorua cacbon

- Dùng để điều chế nhiều loại dung môi công nghiệp như cacbon tetra clorua để sản xuất nhiều chất polime như nhựa PVC, cao su tổng hợp…

- Điều chế khí Cl2 trong phòng thí nghiệm để phục vụ việc học tập và nghiên cứu.

6. Mức độ nguy hiểm của khí Clo

- Trộn khí Clo với nước tiểu hoặc sản phẩm tẩy rửa sẽ sản sinh khí độc gồm Clo và triclorua nito.

- Do đó cần thận trọng với hỗn hợp này.

- Trong trường hợp phơi nhiễm khí Clo nồng độ cao, dù không gây nguy hiểm tới tính mạng con người nhưng cũng làm tổn thương nghiêm trọng trong phổi như tích tụ huyết thanh hoặc phồng rộp.

- Phơi nhiễm Clo thấp làm phổi suy yếu, dễ bị rối loạn hô hấp

- Đối với trẻ nhỏ và người cao tuổi, khí Clo dễ gây kích ứng màng nhầy, cháy da.

-------------------------------

Ngoài Điều chế Cl2 trong phòng thí nghiệm đã được VnDoc giới thiệu, mời các bạn cùng tham khảo thêm Chuyên đề Hóa học lớp 9, Trắc nghiệm Hóa học 9, Lý thuyết môn Hóa học lớp 9 để hoàn thành tốt chương trình học THCS.