Phản ứng giữa clo (Cl2) và natri hydroxit (NaOH) là một phản ứng hóa học quan trọng trong hóa học vô cơ. Bài viết này sẽ trình bày chi tiết về phản ứng này, bao gồm phương trình hóa học, điều kiện phản ứng, cơ chế và các bài tập vận dụng liên quan.
Phương Trình Phản Ứng Cl2 Tác Dụng Với NaOH
Phản ứng giữa Cl2 và NaOH tạo ra natri clorua (NaCl), natri hypoclorit (NaClO) và nước (H2O). Phương trình hóa học được cân bằng như sau:
Cl2 + 2NaOH → NaCl + NaClO + H2O
Đây là một phản ứng oxi hóa khử, trong đó clo vừa đóng vai trò là chất oxi hóa, vừa là chất khử.
Cách Lập Phương Trình Hóa Học
-
Xác định số oxi hóa: Xác định các nguyên tử có sự thay đổi số oxi hóa để xác định chất oxi hóa và chất khử.
- Cl02 + NaOH → NaCl-1 + NaCl+1O + H2O
- Trong phản ứng này, Cl2 vừa là chất khử vừa là chất oxi hóa.
-
Biểu diễn quá trình oxi hóa và khử:
- Quá trình oxi hóa: Cl0 → Cl+1 + 1e
- Quá trình khử: Cl0 + 1e → Cl-1
-
Cân bằng electron: Tìm hệ số thích hợp để cân bằng số electron cho và nhận.
- 1 x Cl0 → Cl+1 + 1e
- 1 x Cl0 + 1e → Cl-1
-
Hoàn thành phương trình: Điền hệ số vào phương trình hóa học và kiểm tra sự cân bằng của các nguyên tố.
- Cl2 + 2NaOH → NaCl + NaClO + H2O
Điều Kiện Để Cl2 Tác Dụng Với NaOH
Phản ứng giữa Cl2 và NaOH xảy ra ở điều kiện thường. Tuy nhiên, nhiệt độ có ảnh hưởng đến sản phẩm của phản ứng.
- Ở nhiệt độ thường: Sản phẩm chính là NaCl và NaClO.
- Ở nhiệt độ cao (khoảng 80°C): Sản phẩm chính là NaCl và NaClO3 (natri clorat).
Thí Nghiệm Cl2 Tác Dụng Với NaOH
Để thực hiện thí nghiệm, ta cần:
- Dung dịch NaOH
- Khí clo (Cl2)
- Ống nghiệm
- Giấy quỳ tím
Cách tiến hành:
- Cho dung dịch NaOH vào ống nghiệm.
- Dẫn khí clo vào ống nghiệm.
- Nhúng giấy quỳ tím vào dung dịch sau phản ứng.
Hiện tượng: Ban đầu giấy quỳ tím có màu xanh (nếu dùng quỳ tím base) hoặc màu đỏ (nếu dùng quỳ tím acid). Sau khi phản ứng xảy ra, màu của giấy quỳ tím sẽ bị mất do NaClO có tính tẩy màu.
Tính Chất Hóa Học Của Clo
Clo là một halogen có tính oxi hóa mạnh. Nó có thể phản ứng với nhiều chất khác nhau.
Tác Dụng Với Kim Loại
Clo có thể oxi hóa trực tiếp hầu hết các kim loại để tạo thành muối clorua. Phản ứng thường xảy ra ở nhiệt độ cao và tỏa nhiều nhiệt.
Ví dụ:
- 2Na + Cl2 → 2NaCl
- 2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3
- Cu + Cl2 → CuCl2
Tác Dụng Với Hidro
Ở nhiệt độ thường và trong bóng tối, clo phản ứng rất chậm với hidro. Khi có ánh sáng hoặc nhiệt độ cao, phản ứng xảy ra nhanh chóng và có thể gây nổ.
Phương trình hóa học:
H2 + Cl2 → 2HCl
Tác Dụng Với Nước
Clo tan trong nước và một phần phản ứng với nước tạo thành axit clohidric (HCl) và axit hipoclorơ (HClO).
Phương trình hóa học:
Cl2 + H2O ⇄ HCl + HClO
Phản ứng này là thuận nghịch. Axit hipoclorơ (HClO) là một chất oxi hóa mạnh và có tính tẩy màu. Nước clo là hỗn hợp gồm Cl2, HCl, HClO và H2O.
Tác Dụng Với Dung Dịch Bazơ
Ngoài NaOH, clo còn phản ứng với các dung dịch bazơ khác như KOH.
Ví dụ:
- Cl2 + 2NaOH → NaCl + NaClO + H2O
- 3Cl2 + 6KOH → KClO3 + 5KCl + 3H2O (ở nhiệt độ cao)
Tác Dụng Với Muối Halogen
Clo có thể phản ứng với muối của các halogen khác để tạo ra muối clorua và halogen tự do.
Ví dụ:
- Cl2 + 2NaBr → 2NaCl + Br2
- Cl2 + 2FeCl2 → 2FeCl3
Tác Dụng Với Chất Khử
Clo có thể phản ứng với các chất khử khác như NH3 và SO2.
Ví dụ:
- 3Cl2 + 2NH3 → N2 + 6HCl
- Cl2 + SO2 + 2H2O → H2SO4 + 2HCl
Bài Tập Vận Dụng
Câu 1: Cho 13,44 lít khí clo (đktc) đi qua 2,5 lít dung dịch KOH ở 100°C. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 37,25 gam KCl. Dung dịch KOH trên có nồng độ là bao nhiêu?
A. 0,24M
B. 0,20M
C. 0,40M
D. 0,48M
Hướng dẫn giải:
Đáp án A
- nCl2 = 0,6 mol, nKCl = 0,5 mol
- 3Cl2 + 6KOH → KClO3 + 5KCl + 3H2O
- Vì 0,6/3 > 0,5/5 => Cl2 dư, KOH phản ứng hết
- => nKOH = 6/5 * nKCl = 0,6 mol
- => CM(KOH) = 0,6/2,5 = 0,24M
Câu 2: Cho V lít Cl2 tác dụng với dung dịch NaOH vừa đủ ở điều kiện thường, cô cạn dung dịch thu được m1 gam muối khan. Cũng lấy V lít Cl2 cho tác dụng với dung dịch NaOH vừa đủ, đun nóng ở 80°C, cô cạn dung dịch thu được m2 gam muối. Thể tích khí Cl2 đo ở cùng điều kiện. Tỉ lệ m1:m2 là bao nhiêu?
A. 1:2
B. 1:1,5
C. 1:1
D. 2:1
Hướng dẫn giải:
Đáp án C
- Cl2 + 2NaOH → NaCl + NaClO + H2O (1)
- 3Cl2 + 6NaOH → 5NaCl + NaClO3 + 3H2O (2)
- Bảo toàn khối lượng cho phương trình (1): m1 = mCl2(1) + mNaOH(1) – mH2O(1) (*)
- Bảo toàn khối lượng cho phương trình (2): m2 = mCl2(2) + mNaOH(2) – mH2O(2) (**)
- Theo phương trình: nNaOH = 2nCl2 => nNaOH(1) = nNaOH(2), nH2O = nCl2 => nH2O(1) = nH2O(2)
- Từ (*) và (**) => m1 = m2
- => m1 : m2 = 1:1
Câu 3: Thể tích khí Cl2 (đktc) thu được khi cho 3,95 gam KMnO4 phản ứng hết với dung dịch HCl (lấy dư) là bao nhiêu?
A. 1,4000 lít
B. 1,4560 lít
C. 1,3440 lít
D. 0,0625 lít
Hướng dẫn giải:
Đáp án A
- Bảo toàn electron: 2nCl2 = 5nKMnO4
- => nCl2 = 5/2 * (3,95/158) = 0,0625 mol
- => VCl2 = 0,0625 * 22,4 = 1,4 lít
Câu 4: Cho 1 lít H2 (đktc) tác dụng với 0,672 lít Cl2 (đktc) rồi hòa tan sản phẩm vào nước để được 20 gam dung dịch A. Lấy 5 gam A tác dụng với dung dịch AgNO3 dư thu được 1,435 gam kết tủa. Tính hiệu suất phản ứng giữa H2 và Cl2 (giả sử Cl2 và H2 không tan trong nước).
A. 50%
B. 33,33%
C. 60%
D. 66,67%
Hướng dẫn giải:
Đáp án D
- nH2 = 1/22,4 = 0,0446 mol; nCl2 = 0,672/22,4 = 0,03 mol
- H2 + Cl2 → 2HCl
- Vì nH2 > nCl2 => hiệu suất phản ứng tính theo Cl2
- AgNO3 + HCl → AgCl ↓ + HNO3
- => nHCl (5g A) = nAgCl = 1,435/143,5 = 0,01 mol
- => nHCl (20g A) = 0,01 * 4 = 0,04 mol
- Theo phương trình: nCl2(phản ứng) = 1/2 * nHCl = 0,02 mol
- => H = (0,02/0,03) * 100% = 66,67%
Câu 5: Trong phản ứng: Cl2 + H2O ⇄ HCl + HClO, clo đóng vai trò gì?
A. Là chất khử
B. Vừa là chất oxi hóa, vừa là chất khử
C. Là chất oxi hóa
D. Không là chất oxi hóa, không là chất khử
Hướng dẫn giải:
Đáp án B
Xét sự thay đổi số oxi hóa của Cl:
- Tăng từ 0 lên +1 (trong HClO)
- Giảm từ 0 xuống -1 (trong HCl)
=> Clo vừa là chất khử vừa là chất oxi hóa
Câu 6: Nước clo có màu gì?
A. vàng lục
B. vàng da cam
C. vàng đậm
D. vàng nhạt
Hướng dẫn giải:
Đáp án A
Dung dịch nước clo là dung dịch hỗn hợp giữa Cl2, HCl và HClO nên có màu vàng lục, mùi hắc của clo.
Câu 7: Hiện tượng xảy ra khi cho dây sắt nóng đỏ vào bình đựng khí clo là gì?
A. Có khói trắng
B. Có khói nâu
C. Có khói đen
D. Có khói tím
Hướng dẫn giải:
Đáp án B
2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3 (có màu nâu)
Câu 8: Cho sơ đồ chuyển hóa sau: Cl2 → X → Y → Z → X → Cl2. Trong đó X, Y, Z là các chất rắn; Y và Z đều chứa natri. X, Y, Z là gì?
A. NaCl, NaBr, Na2CO3
B. NaBr, NaOH, Na2CO3
C. NaCl, Na2CO3, NaOH
D. NaCl, NaOH, Na2CO3
Hướng dẫn giải:
Đáp án D
Cl2 → NaCl → NaOH → Na2CO3 → NaCl → Cl2.
- 2Na + Cl2 → 2NaCl
- 2NaCl + 2H2O → 2NaOH + H2 + Cl2 (điện phân dung dịch có màng ngăn)
- 2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O
- Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + H2O + CO2
- 2NaCl + 2H2O → 2NaOH + H2 + Cl2 (điện phân dung dịch có màng ngăn)
Câu 9: Đốt cháy hết 13,6g hỗn hợp Mg, Fe trong bình kín chứa khí clo dư, sau phản ứng thì lượng clo trong bình giảm tương ứng 0,4 mol. Khối lượng muối clorua khan thu được là bao nhiêu?
A. 65,0 g
B. 38,0 g
C. 50,8 g
D. 42,0 g
Hướng dẫn giải:
Đáp án D
mmuối = mKL + mCl2 = 13,6 + 0,4 * 71 = 42
Câu 10: Nước Gia-ven là hỗn hợp các chất nào sau đây?
A. HCl, HClO, H2O
B. NaCl, NaClO, H2O
C. NaCl, NaClO3, H2O
D. NaCl, NaClO4, H2O
Hướng dẫn giải:
Đáp án B
Cho khí clo tác dụng với dung dịch NaOH loãng ở nhiệt độ thường ta thu được nước Gia-Ven theo PTHH sau: 2NaOH + Cl2 → NaCl + NaClO + H2O.
Ứng Dụng Của Phản Ứng Cl2 và NaOH
Phản ứng giữa Cl2 và NaOH có nhiều ứng dụng quan trọng trong đời sống và công nghiệp:
- Sản xuất nước Gia-ven: Nước Gia-ven được sử dụng làm chất tẩy trắng và khử trùng.
- Khử trùng nước: Clo được sử dụng để khử trùng nước sinh hoạt và nước hồ bơi.
- Sản xuất hóa chất: Phản ứng này là một bước quan trọng trong sản xuất nhiều hóa chất khác.
Hy vọng bài viết này cung cấp đầy đủ thông tin về phản ứng giữa Cl2 và NaOH, giúp bạn hiểu rõ về phản ứng này và ứng dụng của nó.
