Điều chế clorua vôi trong phòng thí nghiệm

Câu hỏi: Điều chế clorua vôi trong phòng thí nghiệm

Lời giải:

Phương pháp điều chế Clo trong phòng thí nghiệm: Đun nóng nhẹ dung dịch axit clorua đậm đặc với chất có khả năng oxy hóa mạnh như mangan dioxit (MnO₂).

Phương trình phản ứng xảy ra như sau:

MnO₂ + 4 HCl → MnCl₂ + Cl₂ + 2 H₂O

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

- Cho khí Clo qua bình axit sulfuric 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 ra có thể dùng một số chất oxy hóa khác như kali pemanganat (KMnO₄), Kali Clorat (KClO₃), Clorua vôi (CaOCl₂).

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

Điều chế Clo trong phòng thí nghiệm bằng Kali pemanganat

KClO₃ + 6 HCl → KCl + 3 H₂O + 3 Cl₂

CaOCl₂ + 2 HCl → Cl₂ + CaCl₂ + H₂O 

Cùng Top lời giải tìm hiểu chi tiết hơn về tính chất và ứng dụng của Clorua vôi  nhé:

Clorua vôi hay còn gọi với cái tên khoa học là Canxi hypochlorit. Đây là một hợp chất vô cơ với khối lượng phân tử 142,976 g/mol và nhiệt độ sôi là 100 độ C. Nó cũng được hiểu là một dạng hỗn hợp gồm vôi và canxi clorua.

Clorua vôi được gọi là muối hỗn tạp do nó là muối của kim loại canxi với 2 loại gốc axit và clorua Cl^- và hipoclorit ClO^-

Nó có 2 dạng: dạng khô và ngậm nước.

1. Các đặc trưng vật lý, hóa học của khí Clo

1.1. Tính chất vật lý

- 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, tan mạnh trong các dung môi hữu cơ và 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.

1.2. Tính chất hóa học

- Tác dụng với phi kim tạo ra muối halogenua (thường là hóa trị cao nhất của kim loại đó)  trừ bạch kim (Platin Pt) và Vàng (Au).

2 Fe + 3 Cl₂ → 2 FeCl₃

Mg + Cl2 →  MgCl2

- Tác dụng với Hydro tạo ra Hydro clorua

H₂ + Cl₂ → 2HCl

Nếu tỷ lệ số mol của khí Clo với Hydro là 1:1 thì phản ứng nổ sẽ xảy ra

- Tác dụng với nước là phản ứng thuận nghịch

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 hoạt động yếu hơn clo

2 NaBr + Cl2 → 2 NaCl + Br₂

- Tác dụng với chất khử mạnh

2 FeCl₂ + Cl₂ → 2 FeCl₃          

3 Cl₂ + 2 NH₃ → N₂ + 6 HCl

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

2. Các cách điều chế khí Clo

2.1. Điều chế khí Clo trong phòng thí nghiệm

Phương pháp điều chế Clo trong phòng thí nghiệm: Đun nóng nhẹ dung dịch axit clorua đậm đặc với chất có khả năng oxy hóa mạnh như mangan dioxit (MnO₂).

Phương trình phản ứng xảy ra như sau:

MnO₂ + 4 HCl → MnCl2 + Cl₂ + 2 H₂O

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

- Cho khí Clo qua bình axit sulfuric 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 ra có thể dùng một số chất oxy hóa khác như kali pemanganat (KMnO4), Kali Clorat (KClO₃), Clorua vôi (CaOCl₂).

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

Điều chế Clo trong phòng thí nghiệm bằng Kali pemanganat

KClO₃ + 6 HCl → KCl + 3 H₂O + 3 Cl₂

CaOCl₂ + 2 HCl → Cl₂ + CaCl₂ + H₂O 

2.2. Điều chế khí Clo trong công nghiệp

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:

2 NaCl → 2 Na + Cl₂

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

2 NaCl + 2 H₂O → H2 + 2 NaOH + Cl₂

3. Ứng dụng của khí Clo trong thực tế

- Khí Clo được dùng để làm sạch nước, tẩy trắng hoặc khử trùng

- Là thuốc thử của ngành công nghiệp hóa chất

- Sản xuất nước Ja-ven, Clorua vôi, axit clorua….                           

 - Axit hypocloro HClO được dùng để khử trùng nước uống và nước hồ bơi.

- Clo được dùng khá phổ biến trong sản xuất giấy, khử trùng, thuốc nhuộm sợi vải, thực phẩm, thuốc diệt trừ sâu bệnh hại, các loại sơn, công nghiệp hóa dầu, sản xuất chất dẻo dung môi và rất nhiều sản phẩm tiêu dùng khác.

- Người ta cũng dùng Clo để sản xuất Clorat, Clorofom, tetraclorua cacbon cũng như chiết xuất brom.

- 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 Clo trong phòng thí nghiệm để dùng cho các phản ứng hóa học, phục vụ công tác giảng dạy, nghiên cứu.

4. 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 nhày, cháy da.