Clo là nguyên tố rất phổ biến và có nhiều ứng dụng trong cuộc sống cũng như trong công nghiệp. Clo là nguyên tố hóa học, nằm ở ô số 17, chu kì 3 trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu hóa học là Cl. Nguyên tử khối của Clo là 35.5 và công thức phân tử là Cl2.
1. Clo là gì?
Clo là nguyên tố hóa học, nằm ở ô số 17, chu kì 3 trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu hóa học là Cl. Nguyên tử khối của Clo là 35.5 và công thức phân tử là Cl2. Đây là nguyên tố rất phổ biến và có nhiều ứng dụng trong cuộc sống cũng như trong công nghiệp.
2. Tính chất của Clo:
2.1. Tính chất vật lý:
– Màu sắc và trạng thái: Clo là chất khí, màu vàng lục, mùi hắc.
– Khối lượng: Clo nặng gấp 2.5 lần không khí.
– Tính tan: Clo có thể tan trong nước. Ở 20 độ C, một thể tích nước hòa tan 2.5 thể tích khí Clo.
– Tính độc: Clo là khí độc.
2.2. Tính chất hoá học của Clo:
Nhìn chung, Clo có những tính chất hóa học của một phi kim (tác dụng với hầu hết kim loại, tác dụng mạnh với hidro) tạo thành muối Clorua, có thể tác dụng với nước, dung dịch NaOH. Đây là một phi kim hoạt động mạnh. Cụ thể các tính chất hóa học của phi kim Clo là:
Tác dụng với kim loại
Clo có thể tác dụng với hầu hết kim loại tạo thành muối clorua. Ví dụ như Clo có thể thể tác dụng với kim loại sắt tạo thành sắt (III) clorua, tác dụng với kim loại đồng tạo thành đồng (II) clorua.
Phương trình hóa học:
3Cl (khí – vàng lục) + 2Fe (rắn – trắng xám) → t°2FeCl3 (rắn – nâu đỏ)”>
Cl2 (khí – vàng lục) + Cu (rắn – đỏ) → t°CuCl2 (rắn – trắng)”>
Tác dụng với hidro
Khí Clo dễ dàng phản ứng với hidro tạo thành khí hidro clorua. Khí hidro clorua tan nhiều trong nước tạo thành dung dịch axit clohidric (HCl).
Ta có phương trình hóa học như sau:
Cl2 (k) + H2 (k) →t° 2HCl (k)”>
Chú ý: Clo không phản ứng trực tiếp với oxi.
Tác dụng với nước
Để chứng minh Clo có thể tác dụng với nước, SGK Hóa học 9 đã trình bày chi tiết thí nghiệm dẫn khí Clo vào cốc đựng nước sau đó nhúng mẩu giấy quỳ tím vào dung dịch thu được. Quan sát
Cl2 (k) + H2O (l) ⇄ HCl (dd) + HClO (dd)”>
Nước Clo là dung dịch hỗn hợp các chất: Cl2, HCl, HCLO nên có màu vàng lục, mùi hắc của khí Clo. Sở dĩ quỳ tím chuyển màu đỏ và nhanh chóng bị mất đi sau đó là bởi tác dụng oxi hóa mạnh của HClO (axit hipoclorơ).
Tác dụng với NaOH
Chứng minh tác dụng hóa học của khí clo tác dụng với dung dịch NaOH, thực hiện thí nghiệm dẫn khí clo vào ống nghiệm đựng NaOH. Tiếp tục nhỏ 1-2 giọt dung dịch vừa tạo thành vào quỳ tím. Quan sát hiện tượng ta thấy dung dịch tạo thành không có màu và giấy quỳ tím mất màu. Như vậy, có thể kết luận rằng Clo đã phản ứng với dung dịch NaOH. Phương trình phản ứng:
Cl2 (k) + 2NaOH (dd) → NaCl (dd) + NaClO (dd) + H2O (l)”>
Trong phương trình hóa học trên, Clo có màu vàng lục; dung dịch NaOH, NaCl, NaClO đều không màu. Dung dịch hỗn hợp của 2 muối natri clorua (HCl) và natri hipoclorit (NaClO) được gọi là nước Gia-ven. Đây là dung dịch có tính tẩy màu, tương tự như HClO và NaClO là chất oxi hóa mạnh.
3. Ứng dụng của Clo trong cuộc sống:
Clo là một hóa chất quan trọng được ứng dụng nhiều trong khử trùng nước và tẩy trắng sợi vải, giấy,… Hỗn hợp dung dịch gồm axit HCl, Cl dư và HClO còn gọi là nước Clo có khả năng oxy hóa mạnh của nguyên tử [O]. Nhờ đó dung dịch này có khả năng tẩy trắng và khử trùng rất mạnh.
Clo trong dạng axit hipoclorơ HClO được dùng để diệt khuẩn nước sinh hoạt và nước bể bơi. Thậm chí một lượng nhỏ nước uống hiện nay cũng được xử lý bằng Clo.
– Khử trùng, diệt khuẩn nước sinh hoạt và nước bể bơi
– Tẩy trắng vải sợi, bột giấy
– Điều chế nước Gia-ven, clorua vôi
– Điều chế chất dẻo, cao su, nhựa PVC, chất màu…
– Điều chế axit clohidric
Ngoài ra, clo còn nhiều ứng dụng khác trong các lĩnh vực như dệt nhuộm, thực phẩm, dược phẩm, khử trùng, hóa dầu, dung môi…
4. Điều chế Clo:
4.1. Điều chế clo trong phòng thí nghiệm:
Trong phòng thí nghiệm, clo được điều chế bằng cách cho dung dịch HCl đậm đặc tác dụng với các chất oxi hóa mạnh như MnO2, KMnO4… Khí Cl2 được làm khô bằng H2SO4 đặc và thu vào bình bằng cách đẩy không khí.
4HCl (đặc) + MnO2 (đun nhẹ) → MnCl2 + Cl2 + 2H2O
16HCl (đặc) + 2KMnO4 (đun nhẹ) → 2MnCl2 + 2KCl + 5Cl2 + 8H2O
4.2. Điều chế clo trong công nghiệp:
Trong công nghiệp, khí clo được điều chế bằng cách điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn xốp.
2NaCl + 2H2O điện phân dd có màng ngăn → Cl2 + H2 + 2NaOH
+ Khí Cl2 thu được ở cực âm (–)
+ Khí H2 thu được ở cực dương (+)
+ Dung dịch là NaOH
5. Luyện tập:
Câu 1. Khi dẫn khí Cl2 vào nước xảy ra hiện tượng vật lý hay hiện tượng hoá học? Hãy giải thích.
Bài làm:
Khi dẫn khí clo vào nước sẽ vừa xảy ra hiện tượng vật lí, vừa xảy ra hiện tượng hóa học.
- Hiện tượng vật lý: clo tan trong nước
- Hiện tượng hóa học: clo phản ứng với nước tạo thành dung dịch nước clo (gồm HCl, HClO và Cl2)
Cl2 + H2O ⇔ HCl + HClO
Câu 2. Nêu tính chất hoá học của clo. Viết các PTHH minh hoạ.
Bài làm:
Các bạn vui lòng xem lại phần lý thuyết ở trên!
Câu 3. Viết PTHH khi cho clo, lưu huỳnh, oxi phản ứng với sắt ở nhiệt độ cao. Cho biết hoá trị của sắt trong những hợp chất tạo thành.
Bài làm:
2Fe + 3Cl2 (t°) → 2FeCl3 (Sắt có hóa trị III)
Fe + S (t°) → FeS (Sắt có hóa trị II)
3Fe + 2O2 (t°) → Fe3O4 (Fe3O4 gồm FeO và Fe2O3. Sắt có hóa trị II và III)
Câu 4. Sau khi làm thí nghiệm, khí clo dư được loại bỏ bằng cách sục khí clo vào:
a) Dung dịch HCl
b) Dung dịch NaOH
c) Dung dịch NaCl
d) Nước
Trường hợp nào đúng? Hãy giải thích.
Bài làm:
Trường hợp đúng là b.
Khí clo dư được loại bỏ bằng cách sục vào dung dịch NaOH vì clo phản với dung dịch NaOH theo phương trình sau:
Cl2 + 2NaOH → NaCl + NaClO + H2O
Câu 5. Dẫn khí clo vào dung dịch KOH, tạo thành dung dịch hai muối. Hãy viết các PTHH xảy ra.
Bài làm:
Khí clo phản ứng với dung dịch KOH theo phương trình sau:
Cl2+ 2KOH → KCl + KClO + H2O
Câu 6. Có 3 chất khí được đựng riêng biệt từng 3 lọ là: clo, hiđro clorua và oxi. Hãy nêu phương pháp hoá học để nhận biết từng khí đựng trong mỗi lọ.
Bài làm:
Dùng giấy quỳ tím ẩm cho vào 3 lọ khí nói trên.
+ Giấy quỳ tìm ẩm hóa đỏ là khí hidro clorua.
+ Giấy quỳ tìm ẩm hóa đỏ sau đó mất màu là khí clo.
+ Giấy quỳ tìm ẩm không đổi màu là khí oxi.
Câu 7. Nêu phương pháp điều chế khí clo trong phòng thí nghiệm. Viết PTHH minh hoạ.
Bài làm:
Trong phòng thí nghiệm, clo được điều chế bằng cách cho dung dịch HCl đậm đặc tác dụng với các chất oxi hóa mạnh như MnO2, KMnO4… Khí Cl2 được làm khô bằng H2SO4 đặc và thu vào bình bằng cách đẩy không khí.
4HCl (đặc) + MnO2 (đun nhẹ) → MnCl2 + Cl2 + 2H2O
16HCl (đặc) + 2KMnO4 (đun nhẹ) → 2MnCl2 + 2KCl + 5Cl2 + 8H2O
Câu 8. Trong công nghiệp, clo được điều chế bằng phương pháp nào? Viết PTHH.
Bài làm:
Trong công nghiệp, khí clo được điều chế bằng cách điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn xốp.
2NaCl + 2H2O điện phân dd có màng ngăn → Cl2 + H2 + 2NaOH
+ Khí Cl2 thu được ở cực âm (–)
+ Khí H2 thu được ở cực dương (+)
+ Dung dịch là NaOH
Câu 9. Có thể thu khí clo bằng cách đẩy nước được không? Hãy giải thích.
Có thể thu khí clo bằng cách đẩy không khí được không? Hãy giải thích và mô tả bằng hình vẽ. Cho biết vai trò của H2SO4 đặc.
Bài làm:
– Không thể thu khí clo bằng cách đẩy nước vì clo tan nhiều trong nước đồng thời có phản ứng với nước tạo thành dung dịch nước clo.
– Có thể thu khí clo bằng cách đẩy không khí vì khí clo nặng hơn không khí.
– H2SO4 đặc có vai trò làm khô khí clo vì H2SO4 đặc hấp thụ được nước.
Câu 10. Tính thể tích dung dịch NaOH 1M để tác dụng hoàn toàn với 1,12 lít khí clo (ở đktc).
Bài làm:
Phương trình hóa học của phản ứng:
Cl2 + 2NaOH → NaCl + NaClO + H2O
Ta có: nCl2 = V/22,4 = 1,12/22,4 = 0,05 mol
Theo PTHH, ta có:
+ nNaOH = 2nCl2 = 2 x 0,05 = 0,1 mol
+ nNaCl = nNaClO = nCl2 = 0,05 mol
Thể tích dung dịch NaOH 1M cần dùng là:
Vdd NaOH = nNaOH/CM NaOH = 0,1/1 = 0,1 (lít) = 100 ml
Nồng độ mol các chất sau phản ứng:
CM NaCl = CM NaClO = n/V = 0,05/0,1 = 0,5M
Câu 11. Cho 10,8 gam kim loại M có hoá trị III tác dụng với clo dư thì thu được 53,4 gam muối. Hãy xác định kim loại M đã dùng.
Bài làm:
Ta có PTHH của phản ứng:
2M + 3Cl2 → 2MCl3
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng:
mM + mCl2 = mMCl3
⇒ mCl2 = mMCl3 – mM = 53,4 – 10,8 = 42,6 (gam)
⇒ nCl2 = mCl2/MCl2 = 42,6 / 71 = 0,6 (mol)
Theo PTHH, ta có: nM = 2/3.nCl2 = 0,6 x 2/3 = 0,4 (mol)
⇒ MM = 10,8/0,4 = 27 (g/mol)
Vậy kim loại hóa trị III cần tìm là nhôm (Al).
