Khí clo là chất khí khá quen thuộc và có nhiều ứng dụng trong đời sống cũng như trong sản xuất. Đây là một phi kim hoạt động hóa học mạnh. Vậy các bạn đã hiểu gì về tính chất vật lý và hóa học của clo? Clo có những ứng dụng gì và phương pháp điều chế nó ra sao? Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu những đặc điểm, tính chất và những thông tin liên quan đến nguyên tố phi kim này các bạn nhé!

Tính chất vật lý và hóa học của Clo

Khí clo có những tính chất vật lý và hóa học của phi kim nói chung. Ngoài ra, nó cũng có một số tính chất riêng của mình. Bây giờ chúng ta sẽ cùng tìm hiểu!

tinh-chat-vat-ly-tinh-chat-hoa-hoc-dieu-che-va-ung-dung-cua-clo

1. Tính chất vật lý của clo

Khí clo là chất khí mùi hắc, có màu vàng lục, nặng gấp 2,5 lần không khí và tan được trong nước, tan nhiều trong dung môi hữu cơ. Nó là một chất phổ biến trong tự nhiên và là chất cần thiết để tạo ra phần lớn các loại hình sống, trong đó có cả con người.

– Ở 20 °C, 1 thể tích nước hòa tan được 2,5 thể tích khí clo.

– Tỉ khối của oxi đối với không khí: dCl2/kk = 71/29.

– Clo có nhiệt độ nóng chảy là -101,5 °C và nhiệt độ sôi là -34,04 °C.

– Clo hóa lỏng dưới áp suất 8 bar ở nhiệt độ phòng.

– Clo là một halogen và có độ âm điện đứng thứ 3 trong tất cả các nguyên tố.

– Clo là một chất khí độc.

2. Tính chất hóa học của clo

Clo có những tính chất hóa học của phi kim như tác dụng với nhiều kim loại và hidro. Ngoài ra, nó còn một số tính chất hóa học khác như phản ứng với nước, dung dịch kiềm và phản ứng clo hóa với nhiều oxit kim loại hoặc các hợp chất hữu cơ (benzen, toluen…). Clo là một phi kim hoạt động hóa học mạnh và không phản ứng trực tiếp với oxi.

a) Clo tác dụng với kim loại

Clo tác dụng được với nhiều kim loại tạo thành muối clorua.

Mg + Cl2 (t°) → MgCl2

2Al + 3Cl2 (t°) → 2AlCl3

Cu + Cl2 (t°) → CuCl2

Fe + Cl2 (t°) → FeCl2

b) Clo tác dụng với hidro

Clo tác dụng với hidro tạo thành khí hidro clorua. Khí hidro clorua tan nhiều trong nước tạo thành axit clohidric.

Cl2 + H2 (t°) → 2HCl ↑

c) Clo tác dụng với nước

Khí clo tác dụng với nước theo phản ứng hai chiều tạo thành dung dịch nước clo.

Cl2 + H2O ⇔ HCl + HClO

Dung dịch nước clo gồm các chất: Cl2, HCl, HClO và nước. Nó có màu vàng nhạt và mùi hắc. Ban đầu, dung dịch nước clo làm đổi màu quỳ tím sang đỏ nhưng sau đó mất màu do HClO có tính oxi hóa mạnh.

d) Clo tác dụng với dung dịch NaOH

Khí clo tác dụng với dung dịch NaOH tạo thành dung dịch nước Gia-ven. Đây là dung dịch có tính oxi hóa mạnh, làm mất màu quỳ tím.

Cl2 + 2NaOH → NaCl + NaClO + H2O

Ứng dụng và điều chế clo

1. Ứng dụng của clo

Clo là một chất quan trọng, có nhiều ứng dụng trong đời sống và sản xuất. Có thể kể đến một số ứng dụng của clo như:

ung-dung-cua-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…

2. Điều chế clo

a) 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.

Quy trình điều chế khí clo trong PTN

dieu-che-khi-clo-trong-phong-thi-nghiem

4HCl (đặc) + MnO2 (đun nhẹ) → MnCl2 + Cl2 + 2H2O

16HCl (đặc) + 2KMnO4 (đun nhẹ) → 2MnCl2 + 2KCl + 5Cl2 + 8H2O

b) 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

GIẢI BÀI 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). Nồng độ mol của các chất sau phản ứng là bao nhiêu? Giả thiết thể tích dung dịch thay đổi không đáng kể.

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).