Khi nói đến khí Clo có lẽ đã khá quen thuộc với rất nhiều người. Bởi lẽ ứng dụng của nó trong cuộc sống khá nhiều. Tuy nhiên, không phải ai cũng hiểu rõ về khí clo này đâu nhé. Đặc biệt là những bạn học sinh cấp 2, cấp ba, sẽ có rất nhiều bài tập liên quan đến khi Clo này. Hãy cùng NGONAZ tìm hiểu kĩ hơn về khí clo là gì? Tính chất hóa lý, ứng dụng của clo và quan trọng nhất chính là cách điều chế clo trong công nghiệp cũng như trong phòng thí nghiệm ra sao?
Clo là gì?
Clo hay Chlorine chính là nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu Cl và thuộc chu kì 3 của bảng tuần hoàn hóa học. Clo có ái lực điện tử cao nhất và có độ âm điện đứng thứ 3 trong tất cả các nguyên tố. Clo tồn thường 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 2 7 8 e
- Khối lượng nguyên tử chuẩn 35.453(2) g
- Cấu trúc tinh thể : Trực thoi.
Lịch sử ra đời khí Clo (Cl)
Khí Clo đã được phát hiện năm 1774 bởi Carl Wilhelm Scheele, là người đã sai lầm khi cho rằng nó có chứa ôxy. Nguyên tố Clo đã được đặt tên năm 1810 bởi Humphry Davy, là người khẳng định nó chính là một nguyên tố.
Tính chất vật lý của Clo (Cl)
– Clo tồn tại ở trạng thái khí, có màu vàng lục và mùi của clo vô cùng hắc trong điều kiện thường. Đây là một chất vô cùng độc hại.
– Khí Clo ở dạng phân tử, Clo có khối lượng = 71, chính vì vậy, Cl thường nặng hơn nhiều so với không khí. Khí clo tan vừa phải ở trong nước tạo thành nước clo có màu vàng nhạt và tan nhiều trong các dung môi hữu cơ.
– Khí Clo là một loại khí có khả năng phản ứng ngay lập tức gần như với mọi nguyên tố. Ở 10 °C một lít nước sẽ hòa tan 3,10 lít clo và ở 30 °C chỉ là 1,77 lít.
Tính chất hóa học của Clo (Cl)
Clo chính là một phi kim nên có khả năng oxi hóa cũng vô cùng mạnh. Trong các hợp chất, Clo thường có mức oxi hóa -1, trong hợp chất với F hoặc O thì các mức oxi hóa của Clo thường là +1, +3, +5 hay +7. Ngoài ra, trong một số trường hợp Clo có tính khử.
Hóa chất Clo có độ âm điện lớn (3,16), chỉ đứng sau nguyên tử flo và oxi. Trong hợp chất, Clo có số oxi hoá dương, thường là +1, +3, +5 và +7. Tại 1 số trường hợp khác, nguyên tử này lại có số oxi hoá âm (–1).
Chính vì vậy, khi tham gia phản ứng, Clo cũng dễ nhận thêm 1e để thành ion clorua Cl–. Hóa chất này có biểu hiện đầy đủ của 1 phi kim điển hình, mang tính chất oxi hóa mạnh. Ngoài ra, trong một số trường hợp, clo thường thể hiện tính khử.
Clo tác dụng với kim loại
Giống như những phi kim khác, Clo cũng tác dụng với hầu hết các kim loại trừ Au và Pt. Phản ứng này sinh ra muối với tên gọi là muối halogenua. Muối được tạo thành có mức có hóa trị cao nhất của kim loại tham gia phản ứng với clo. Ví dụ như:
- 2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3
Tác dụng với hidro
Bên cạnh việc tác dụng cùng với kim loại, Clo cũng thể hiện tính oxi hóa mạnh qua phản ứng với hidro. Ở nhiệt độ thường hay trong bóng tối, clo sẽ không tham gia phản ứng với hidro. Tuy nhiên, khi có chiếu sáng của ánh sáng mặt trời hoặc ánh sáng của magie cháy, phản ứng xảy ra:
- H2 + Cl2 → 2HCl (ánh sáng)
Lưu ý: Hỗn hợp sẽ diễn ra nhanh nhất và có thể nổ mạnh khi tỉ lệ mol giữa hidro và Clo là 1 : 1.
Clo tác dụng với nước
Khi tan trong nước, khí Clo cũng sẽ phản ứng tạo ra axit clohiđric và axit hipoclorơ. Theo đó, clo cũng đóng vai trò vừa là chất khử vừa là chất oxi hoá. Vì vậy, đây là 1 phản ứng thuận nghịch.
Do HClO là chất oxi hoá rất mạnh, hợp chất có thể oxi hóa HCl thành Cl2 và H2O. Nước clo sinh ra có tính tẩy màu và sát trùng cao.
- Cl2 + H2O ↔ HCl + HClO (axit clohiđric và axit hipoclorơ)
Clo phản ứng với dung dịch muối của những halogen
Clo kết hợp với 1 số muối của halogen sẽ hoạt động hóa học yếu hơn như Brom, Iot,…Phản ứng có tác dụng đẩy các hóa chất này ra khỏi muối. Bạn có thể tham khảo tính chất hóa học của Clo qua phản ứng như sau:
- Cl2 + 2NaBr → 2NaCl + Br2
- Cl2 + 2KI → 2KCl + I2
Clo tác dụng với những chất có tính khử mạnh
Trong phản ứng với các chất có tính khử, Clo tham gia kết hợp tạo ra 1 số phương trình phản ứng như sau:
- 2FeCl2 + Cl2 → 2FeCl3
- 3Cl2 + 2NH3 → N2 + 6HCl
Lưu ý: NH3 được dùng để khử độc khí Clo trong phòng thí nghiệm
- 4Cl2 + 4H2O + H2S → H2SO4 + 8HCl
Phản ứng thế, phản ứng cộng, phản ứng phân huỷ với một số hợp chất hữu cơ
Ứng dụng của khí Clo (Cl)
Khí CLO có khá nhiều ứng dụng cả ở trong sinh hoạt và sản xuất như:
- Clo được biết đến chủ yếu dùng trong điều chế nhựa PVC cũng như các chất dẻo hay cao su
- Clo cũng có tác dụng khử trùng. Chủ yếu dùng khí Clo là phổ biến nhất. Khi dùng trong để xử lý nước, dưới môi trường áp suất cao và làm lạnh, Clo được chuyển hóa ở dạng lỏng
- Người ta còn sử dụng khí Clo ở dạng axít hipoclorơ HClO để khử trùng trong hồ bơi, hệ thống cấp nước, xử lý nước thải.
- Clo cũng được dùng trong quá trình sản xuất giấy, thuốc nhuộm, thuốc trừ sâu, sơn… và nhiều đồ vật sử dụng hàng ngày khác.
- Ngoài ra, nó còn là nguyên liệu để sản xuất nhiều hợp chất hữu cơ và vô cơ.
- Cách điều chế CLo.
Điều chế Clo trong phòng thí nghiệm
Trong phòng thí nghiệm, khí clo thường được điều chế bằng cách cho axit clohiđric đặc tác dụng với chất oxi hóa mạnh như mangan đioxit rắn (MnO2) hoặc kali penmanganat rắn (KMnO4)…
Với MnO2 sẽ cần phải đun nóng, với KMnO4 có thể đun hoặc không. Khí clo khi thu được thường bị lẫn tạp chất là khí hiđro clorua và hơi nước. Để loại bỏ được tạp chất, cần dẫn khí clo lần lượt qua các bình rửa khí có chứa dung dịch NaCl (để giữ khí HCl) và chứa Acid sulfuric đặc để giữ được hơi nước.
Cho HCl có tác dụng với chất oxi hóa mạnh (thường gặp: MnO2, KMnO4, K2Cr2O7, KClO3). Có các phương trình điều chế như sau:
- MnO2 + 4HCl → MnCl2 + Cl2 + 2H2O
- 2KMnO4 + 16HCl → 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 6H2O
Điều chế trong công nghiệp
Trong công nghiệp, cách để điều chế clo sẽ đòi hỏi một lượng clo lớn, vì thế cũng cần sử dụng những nguyên liệu giá rẻ và phổ biến để điều chế. Cụ thể, Clo cũng sẽ được điều chế bằng phương pháp điện phân nóng chảy muối Natri clorua.
- 2NaCl → 2Na + Cl2
Ngoài ra, người ta cũng có thể sử dụng phương pháp điện phân dung dịch muối có màng ngăn.
- 2NaCl + 2H2O → H2 + 2NaOH + Cl2
Kết luận
Hi vọng qua bài viết này sẽ giúp các bạn có đam mê với hóa học sẽ hiểu hơn về khí Clo cũng như tính chất vật lý, tính chất hóa học, ứng dụng hay cách điều chế khí clo trong đời sống. Bên cạnh đó, để hiểu rõ hơn về 118 các nguyên tố hóa học hãy truy cập ngay mục “Kiến Thức Chung” của chúng tôi mỗi ngày nhé!
