Phản ứng NaClO + HCl → NaCl + Cl2 + H2O là phản ứng oxi hóa khử, trong đó chất oxi hóa là NaClO và chất khử là HCl. Trong phản ứng này, NaClO bị khử thành NaCl và Cl2, trong khi HCl bị oxy hóa thành Cl2 và H2O. Điều này có nghĩa là số lượng electron của NaClO giảm trong khi số lượng electron của HCl tăng lên.
1. Phương trình phản ứng của NaClO với HCl:
Trong phản ứng giữa NaClO và HCl tạo ra sản phẩm gồm NaCl, Cl2 và H2O theo công thức:
NaClO + 2HCl → NaCl + Cl2 + H2O
Trong đó, NaClO là muối natri hypoclorit và HCl là axit clohiđric. Phản ứng này xảy ra trong môi trường axit, khi hòa tan NaClO trong dung dịch HCl. Sản phẩm Cl2 được tạo ra ở dạng khí và do có màu vàng nhạt nên phản ứng này cũng được sử dụng để xác định sự có mặt của Cl- trong các mẫu nước.
2. Điều kiện để xảy ra phản ứng của NaClO với HCl:
Để phản ứng của NaClO phản ứng với HCl diễn ra, phải tạo ra các điều kiện thích hợp. Một trong những phương pháp phổ biến để đạt được điều kiện này là sử dụng phương pháp điện phân dung dịch. Khi điện phân dung dịch, các ion trong dung dịch bị phân giải thành các nguyên tử, phân tử tạo ra các sản phẩm khác nhau.
3. Phương pháp điều chế clo:
Clo là một trong những nguyên tố hóa học quan trọng, được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như công nghiệp, y học, hóa học. Nó có rất nhiều ứng dụng, bao gồm sử dụng trong khử trùng, làm sạch và bảo quản thực phẩm, và sản xuất các hợp chất hữu cơ và vô cơ.
Để điều chế clo trong phòng thí nghiệm, có nhiều phương pháp khác nhau để lựa chọn. Một trong những phương pháp phổ biến nhất là sử dụng axit clohydric đậm đặc để điều chế clo từ mangan dioxit (MnO2). Phương trình của phản ứng này là:
MnO2 + 4HCl → MnCl2 + Cl2 + 2H2O
Các chất oxi hóa khác như thuốc tím (KMnO4), Kali Clorat (KClO3), clorua vôi (CaOCl2) cũng được dùng để điều chế clo trong phòng thí nghiệm.
Để thu được clo tinh khiết ta cần thực hiện một số bước tiếp theo sau khi phản ứng xảy ra gồm cho clo đi qua bình đựng axit sunfuric đặc để làm khô nước, thu khí clo bằng phương pháp sục khí vì khí clo nặng hơn không khí và dùng tăm bông tẩm xút để ngăn khí clo thoát ra ngoài vì clo là khí độc.
Ngoài ra, clo còn có thể được điều chế trong công nghiệp thông qua quá trình điện phân muối natri clorua bằng điện phân nóng chảy hoặc điện phân với dung dịch muối halogenua (natri clorua). Phương trình của phản ứng này là:
2NaCl → 2Na + Cl2
Tuy nhiên, việc điều chế clo trong phòng thí nghiệm chỉ cho một lượng nhỏ, không đủ để phục vụ các ứng dụng trong đời sống. Vì vậy, việc điều chế clo trong công nghiệp là rất cần thiết để đáp ứng nhu cầu sử dụng của con người.
3.1. Điều chế khí clo trong phòng thí nghiệm:
Để điều chế khí clo trong phòng thí nghiệm, người ta thường dùng một số phương pháp khác nhau, trong đó dùng axit HCl đặc để điều chế clo từ mangan đioxit (MnO2), dùng các chất oxi hóa như thuốc tím (KMnO4), kali clorat (KClO3), clorua vôi (CaOCl2) hay dùng điện phân dung dịch natri clorua (NaCl) để điều chế natri clorua.
Trong đó phương pháp điều chế clo từ MnO2 được sử dụng phổ biến nhất. Phương trình của phản ứng này là:
MnO2 + 4HCl → MnCl2 + Cl2 + 2H2O
Sau khi phản ứng xảy ra ta cần thực hiện các bước tiếp theo để thu được clo tinh khiết gồm cho clo đi qua bình đựng axit sunfuric đặc để làm khô nước, thu khí clo bằng cách đẩy không khí vì khí clo nặng hơn không khí và dùng bông tăm bông bịt kín khí clo thoát ra ngoài vì clo là khí độc.
Ngoài ra, các chất oxi hóa như thuốc tím (KMnO4), Kali Clorat (KClO3), clorua vôi (CaOCl2) cũng được dùng để điều chế clo trong phòng thí nghiệm. Tuy nhiên, phương pháp này không được sử dụng phổ biến như điều chế từ MnO2, vì cần nhiều chất hơn và có thể gây nguy hiểm cho người thực hiện.
3.2. Điều chế khí clo trong công nghiệp:
Việc điều chế khí clo trong phòng thí nghiệm chỉ tạo ra một lượng nhỏ, không đủ để phục vụ các ứng dụng trong đời sống. Vì vậy, việc điều chế clo trong công nghiệp là rất cần thiết để đáp ứng nhu cầu sử dụng của con người.
Trong công nghiệp, clo được điều chế thông qua quá trình điện phân muối natri clorua bằng điện phân nóng chảy hoặc điện phân với dung dịch muối halogenua (natri clorua). Phương trình của phản ứng này là:
2NaCl → 2Na + Cl2
Trong phương pháp điện phân nóng chảy, muối natri clorua sẽ được nung ở nhiệt độ cao để chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng. Sau đó, muối natri clorua nóng chảy này sẽ được điện phân để tạo ra clo và natri.
Trong điện phân có màng ngăn dung dịch muối halogenua, muối natri clorua sẽ được pha loãng và đưa vào bể điện phân có màng ngăn. Khi đặt điện áp vào thùng điện phân, các ion Cl- sẽ di chuyển qua màng ngăn và tạo thành khí clo ở bên cạnh.
Với phương pháp điện phân có thể điều chế clo với lượng lớn trong công nghiệp. Tuy nhiên, phương pháp này có thể gây ra những tác động tiêu cực đến môi trường nên cần được sử dụng cẩn thận và đúng cách.
3.3. Điều kiện để NaClO phản ứng với HCl khử trùng trong nước:
Phản ứng HClO phản ứng với HCl có thể được sử dụng để khử trùng nước. Khi trộn dung dịch NaClO và HCl với nhau, ion hypoclorit (OCl-) trong NaClO sẽ tương tác với ion Cl- trong HCl, tạo thành khí Cl2 và ion clo (Cl-) trong dung dịch. Các ion clo này có khả năng khử trùng và tiêu diệt vi khuẩn, vi sinh vật trong nước.
Tuy nhiên, để đạt được hiệu quả tối ưu trong quá trình khử trùng này, cần tạo ra các điều kiện phản ứng thích hợp. Một trong những yếu tố quan trọng là độ pH của dung dịch, vì độ pH ảnh hưởng đến hoạt tính của ion hypochlorite và ion clo. Để tăng hiệu quả của quá trình khử trùng, độ pH của dung dịch nên được điều chỉnh trong khoảng từ 7 đến 8.
Ngoài ra, nồng độ của dung dịch NaClO và HCl cũng ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình khử trùng. Nếu nồng độ quá thấp sẽ không đủ clo để khử trùng, còn nếu nồng độ quá cao sẽ gây ảnh hưởng xấu đến môi trường. Do đó, cần phải tìm ra một tỷ lệ thích hợp giữa NaClO và HCl để đạt hiệu quả tối ưu trong việc khử trùng nước.
4. Bài tập liên quan và cách giải:
Câu 1. Điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn thu được những sản phẩm gì?
A. NaOH, O2 và HCl
B. Na, H2 và Cl2.
C. NaOH, H2 và Cl2.
D. Na và Cl2.
hướng dẫn giải
ĐÁP ÁN C
Điện phân NaCl kết hợp với màng ngăn được sử dụng để sản xuất natri hydroxit (NaOH), hydro (H2) và clo (Cl2). Trong quá trình này, hai phân tử muối NaCl kết hợp với hai phân tử nước (H2O) để tạo thành hai phân tử nước muối NaCl 2H2O. Những phân tử này sau đó được điện phân, tạo ra hai phân tử natri hydroxit, một phân tử hydro và một phân tử clo. Quá trình điện phân này rất quan trọng trong việc sản xuất các hóa chất quan trọng như chất tẩy rửa, thuốc trừ sâu và chất tẩy trắng.
Câu 2. Từ hai muối X, Y thực hiện các phản ứng sau:
X → X1 + CO2
X1 + H2O → X2
X2 + Y → X + Y1 + H2O
X2 + 2Y → X + Y2 + H2O
Hai muối X, Y lần lượt là
A. CaCO3, KHSO4.
B. BaCO3, K2CO3.
C. CaCO3, KHCO3.
D. MgCO3, KHCO3.
hướng dẫn giải
ĐÁP ÁN C
CaCO3 → CaO+ CO2
CaO + H2O → Ca(OH)2
Ca(OH)2 + NaHCO3 → CaCO3 + NaOH + H2O
Ca(OH)2 + 2NaHCO3 → CaCO3 + Na2CO3 + 2H2O
X là CaCO3; X1 là CaO; X2 là Ca(OH)2; Y là NaHCO3; Y1 là NaOH; Y2 là Na2CO3.
Câu 3. Cho 0,224 lít khí CO2 hấp thụ hoàn toàn vào 100 ml dung dịch chứa hỗn hợp NaOH 0,03M và Ba(OH)2 0,06M thu được m gam kết tủa. Giá trị m là:
A. 1,182.
B. 0,985.
C. 2,364.
D. 1,970
hướng dẫn giải
Câu trả lời là không
nCO32- = nHCO3- = nOH- – nCO2 = 0,005 mol
m = 197.0,005 = 0,985 gam
Câu 4. Trong tự nhiên, muối natri clorua có nhiều trong:
A. Nước biển.
B. Nước mưa.
C. Nước sông.
D. Nước giếng.
hướng dẫn giải
Đáp án A
Câu 5. Phát biểu nào sau đây không đúng về khí clo?
A. Ở điều kiện thường, clo là chất khí có màu vàng lục, mùi hắc.
B. Clo là chất khí độc, màu vàng lục, khi gặp nước thì tẩy trắng.
C. Clo được dùng để sản xuất nhựa tanh làm chất chống dính trong xoong, nồi
D. Clo nặng hơn không khí 2,5 lần.
hướng dẫn giải
ĐÁP ÁN C
Câu 6. Phát biểu nào sau đây không đúng về kim loại kiềm?
A. Các kim loại kiềm có cấu trúc mạng tinh thể lập phương tâm khối là mạng tinh thể kém đặc hơn
B. Là những nguyên tố mà nguyên tử có 1 electron ở lớp p. vỏ con
C. Các kim loại kiềm nhóm IA, đầu mỗi chu kì (trừ chu kì I)
D. Năng lượng ion hóa thứ nhất của nguyên tử kim loại kiềm thấp hơn năng lượng ion hóa của các nguyên tố khác trong cùng chu kỳ
hướng dẫn giải
Câu trả lời là không
Câu 7. Phản ứng đặc trưng nhất của kim loại kiềm là phản ứng nào sau đây?
A. Kim loại kiềm tác dụng với oxi
B. Kim loại kiềm phản ứng với dung dịch muối
C. Kim loại kiềm tác dụng với nước
D. Kim loại kiềm tác dụng với dung dịch axit
hướng dẫn giải
ĐÁP ÁN C
Câu 8. Cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tử kim loại kiềm là
A. ns1
B.ns2
C.ns2np1
D. (n- 1)dxnsy
hướng dẫn giải
Đáp án A
