Phản ứng giữa KMnO4 (kali pemanganat) và HCl (axit clohidric) là một phản ứng oxi hóa khử quan trọng, thường được sử dụng để điều chế khí clo trong phòng thí nghiệm. Phương trình phản ứng đã được cân bằng chi tiết dưới đây:
2KMnO4 + 16HCl → 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2↑ + 8H2O
1. Phương Trình Phản Ứng Chi Tiết
Phương trình hóa học đầy đủ và cân bằng của phản ứng kali pemanganat (KMnO4) tác dụng với axit clohidric (HCl) như sau:
2KMnO4 + 16HCl → 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O
Phản ứng này có ý nghĩa quan trọng trong việc điều chế khí clo (Cl2) trong phòng thí nghiệm do tính tiện lợi và hiệu quả của nó.
2. Cân Bằng Phản Ứng Bằng Phương Pháp Thăng Bằng Electron
Để hiểu rõ hơn về quá trình oxi hóa khử, ta có thể cân bằng phản ứng bằng phương pháp thăng bằng electron:
Bước 1: Xác định các nguyên tử có sự thay đổi số oxi hóa:
KMnO+74+HCl-1→ KCl +MnCl+22+Cl02+H2O
Chất khử: HCl; chất oxi hóa: KMnO4
Bước 2: Biểu diễn quá trình oxi hóa và quá trình khử:
- Quá trình oxi hóa: 2Cl−1→Cl02+2e
- Quá trình khử: Mn+7+5e→Mn+2
Bước 3: Tìm hệ số thích hợp:
5×2×2Cl−1→Cl02+2e
Mn+7+5e→Mn+2
Bước 4: Cân bằng phương trình:
2KMnO4 + 16HCl → 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O
3. Điều Kiện Phản Ứng
Để phản ứng xảy ra hiệu quả, cần sử dụng HCl đặc ở điều kiện thường. Nồng độ HCl càng cao, phản ứng diễn ra càng nhanh và cho hiệu suất cao hơn.
4. Cách Tiến Hành Thí Nghiệm
Để thực hiện thí nghiệm này một cách an toàn và hiệu quả, bạn có thể tuân theo các bước sau:
- Chuẩn bị ống nghiệm khô và sạch.
- Cho một lượng nhỏ tinh thể KMnO4 vào ống nghiệm.
- Nhỏ từ từ dung dịch HCl đậm đặc vào ống nghiệm chứa KMnO4.
- Đậy kín miệng ống nghiệm bằng bông tẩm dung dịch NaOH để hấp thụ khí clo độc hại thoát ra.
5. Hiện Tượng Quan Sát Được
Trong quá trình phản ứng, bạn sẽ thấy:
- Khí màu vàng lục thoát ra: Đây là khí clo (Cl2) được tạo thành.
- Dung dịch có thể chuyển màu: Do sự tạo thành của MnCl2.
Lưu ý: Khí clo rất độc, do đó cần thực hiện thí nghiệm trong tủ hút hoặc nơi thoáng khí và có biện pháp xử lý khí thải bằng dung dịch kiềm.
6. Mở Rộng Kiến Thức Về Axit Clohidric (HCl)
6.1. Tính chất vật lý
- HCl là chất lỏng không màu, có mùi xốc đặc trưng.
- Dung dịch HCl đặc có nồng độ khoảng 37% và “bốc khói” trong không khí ẩm do HCl bay hơi tạo thành các hạt sương mù nhỏ.
6.2. Tính chất hóa học
HCl là một axit mạnh và thể hiện đầy đủ các tính chất của một axit:
-
Làm quỳ tím hóa đỏ.
-
Tác dụng với kim loại đứng trước H trong dãy hoạt động hóa học:
Mg + 2HCl → MgCl2 + H2
2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2 -
Tác dụng với oxit bazơ và bazơ tạo thành muối và nước:
CuO + 2HCl → CuCl2 + H2O
NaOH + HCl → NaCl + H2O -
Tác dụng với muối của axit yếu hơn:
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2↑
AgNO3 + HCl → AgCl↓ + HNO3
Sơ đồ phản ứng KMnO4 + HCl tạo ra KCl, MnCl2, Cl2 và H2O, thể hiện sự thay đổi số oxi hóa của Mn và Cl.
6.3. Điều chế HCl
Trong phòng thí nghiệm:
-
Cho NaCl tinh thể tác dụng với H2SO4 đặc, đun nóng.
2NaCltt + H2SO4 đặc →t0≥400o Na2SO4 + 2HCl ↑
NaCltt + H2SO4 đặc →t0≤250o NaHSO4 + HCl ↑
Trong công nghiệp:
-
Tổng hợp từ H2 và Cl2:
H2 + Cl2 →t0 2HCl
-
Sản phẩm phụ của quá trình clo hóa các hợp chất hữu cơ.
7. Bài Tập Vận Dụng
Câu 1: Cho m gam KMnO4 tác dụng với dung dịch HCl đặc dư thu được dung dịch X chứa HCl dư và 28,07 gam hai muối và V lít khí Cl2 (đktc). Lượng khí Cl2 sinh ra oxi hóa vừa đủ 7,5 gam hỗn hợp gồm Al và kim loại M có có tỉ lệ mol Al : M = 1: 2. Kim loại M là
A. Ca
B. Mg
C. Fe
D. Cu
Hướng dẫn giải:
Đáp án B
16 HCl + 2 KMnO4 → 2 KCl + 2 MnCl2 + 8 H2O + 5 Cl2
Theo PTHH: nKCl=nMnCl2=xmol
Khối lượng muối là 28,07 →mKCl+mMnCl2=28,07
→ x.74,5 + x.126 = 28,07
→ x = 0,14 mol
→nKCl=nMnCl2=0,14mol
Theo PTHH nCl2=52nKCl=0,35mol
Theo định luật bảo toàn e:
n M . x + n Al. 3 = nCl2. 2 = 0,7 mol
Có tỉ lệ mol Al: M = 1: 2 → n Al = a thì n M = 2 a
→ 2a. x + a. 3 = 0,7 mol
→ Với x = 1 → a = 0,175 mol → m Al = 0,175. 27 = 4,725 g
→ m M = 7,5 – 4,725 = 2,775 g
→MM=2,7750,175.2=7,9(loại)
→ Với x = 2 → a = 0,1 mol → m Al = 27. 0,1 = 2,7 g → m M = 7,5 – 2,7 = 4,8 g
→MM=4,80,1.2=24(Mg , chọn)
Vậy kim loại cần tìm là Mg
Câu 2: Cho chuỗi phản ứng:
KMnO4 + (A) → X2 ↑+ (B) + (C) + H2O
(C) + H2O →dpmn X2 ↑ + (D) + (I)
X2 + (D) → (A)
X2 + (I) → (C) + (E) + H2O
Các chất A, X2, C, D, E lần lượt là:
A. HF, F2, KF, H2, KFO.
B. HCl, Cl2, MnCl2, H2, KCl
C. HCl, Cl2, KCl, H2, KClO
D. HBr, Br2, KBr, H2, KBrO
Hướng dẫn giải:
Đáp án C
2KMnO4 + 16HClđặc (A) → 5Cl2(X2) + 2MnCl2 (B) +2KCl (C) + 8H2O
2KCl + 2H2O →dpnccmn Cl2 + 2KOH(I) + H2(D)
Cl2 + H2 →as2HCl
Cl2 + 2KOH → KCl + KClO (E) + H2O
Câu 3: Cho 8,7 gam MnO2 tác dụng với dung dịch HCl đậm đặc sinh ra V lít khí Cl2 (ở đktc). Hiệu suất phản ứng là 85%. V có giá trị là
A. 2 lít
B. 1,904 lít
C. 1,82 lít
D. 2,905 lít
Hướng dẫn giải:
Đáp án B
nMnO2=0,1mol
Phương trình hóa học:
MnO2 + 4HCl →to MCl2 + Cl2 + 2H2O
Theo PTHH: nCl2(lt)=nMnO2=0,1mol(số mol lý thuyết tính theo PTHH)
H%=nttnlt.100% → 85%=ntt0,1.100% → n clo thực tế = 0,085 mol
→VCl2=0,085.22,4=1,904lít
Câu 4: Điều chế Cl2 từ HCl và MnO2. Cho toàn bộ khí Cl2 điều chế được qua dung dịch NaI, sau phản ứng thấy có 12,7 gam I2 sinh ra. Khối lượng HCl có trong dung dịch đã dùng là:
A. 9,1 gam
B. 8,3 gam
C. 7,3 gam
D. 12,5 gam
Hướng dẫn giải:
Đáp án C
nI2=0,05mol
Theo PTHH: Cl2 + 2 NaI → 2 NaCl + I2
nCl2=nI2=0,05mol
Theo PTHH: MnO2 + 4HCl →to MnCl2 + 2H2O +Cl2
→nHCl=4nCl2= 0,05.4 = 0,2 mol
→ m HCl = 0,2. 36,5 = 7,3 g
Câu 5:Hiện tượng xảy ra trong thí nghiệm là:
A. Chỉ có khí màu vàng thoát ra
B. Có khí màu vàng sinh ra, đồng thời có kết tủa
C. Chất rắn MnO2 tan dần
D. Có khí màu vàng sinh ra, đồng thời MnO2 tan dần
Hướng dẫn giải:
Đáp án D
Phản ứng: MnO2 + 4HClđ →t0 MnCl2 + Cl2↑ + 2H2O
→ Hiện tượng của phản ứng: Có khí màu vàng thoát ra, MnO2 tan dần.
Câu 6. Để trung hòa 20 ml dung dịch HCl 0,1M cần 10 ml dung dịch NaOH nồng độ x mol/l. Giá trị của x là
A. 0,3. B. 0,4. C. 0,2. D. 0,1.
Hướng dẫn giải:
Đáp án C
nHCl = 0,1.0,02 = 0,002 mol
HCl + NaOH → NaCl + H2O
0,002 → 0,002 mol
x=0,0020,01=0,2M
Câu 7: Cho 36 gam FeO phản ứng vừa đủ với dung dịch chứa a mol HCl. Giá trị của a là
A. 1,00. B. 0,50. C. 0,75. D. 1,25.
Hướng dẫn giải:
Đáp án A
nFeO=3672=0,5mol
2HCl + FeO → FeCl2 + H2O
Theo PTHH: nHCl = 2nFeO = 1 mol
Câu 8. Cần dùng 300 gam dung dịch HCl 3,65% để hòa tan vừa hết x gam Al2O3. Giá trị của x là
A. 51. B. 5,1. C. 153. D. 15,3.
Hướng dẫn giải:
Đáp án B
nHCl=300.3,65100.36,5=0,3mol
6HCl + Al2O3 → 2AlCl3 + 3H2O
0,3 → 0,05 mol
mAl2O3= 0,05.102 = 5,1 gam
Câu 9. Cho 5,6 gam một oxit kim loại tác dụng vừa đủ với HCl cho 11,1 gam muối clorua của kim loại đó. Cho biết công thức oxit kim loại?
A. Al2O3. B. CaO. C. CuO. D. FeO.
Hướng dẫn giải:
Đáp án B
Gọi công thức oxit là M2Oa
2aHCl + M2Oa → 2MCla + aH2O
Gọi số mol H2O là x (mol) ⇒ nHCl = 2x (mol)
Bảo toàn khối lượng: 36,5.2x + 5,6 = 11,1 + 18.x
⇒ x = 0,1 mol
⇒nM2Oa=0,1a⇒M2Oa=5,60,1a=56a⇒M=20a
| a | 1 | 2 | 3 |
|---|---|---|---|
| M | 20 | 40 | 60 |
| Kết luận | Loại | Ca | Loại |
Câu 10. Cho 30,00 gam hỗn hợp X gồm Fe và FeO phản ứng với dung dịch HCl dư, đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 6,72 lít khí H2 (đktc). Khối lượng của FeO trong 30,00 gam hỗn hợp X là
A. 13,2 gam. B. 46,8 gam. C. 16,8 gam. D. 5,6 gam.
Hướng dẫn giải:
Đáp án A
2HCl + FeO → FeCl2 + H2O
2HCl + Fe → FeCl2 + H2
Theo PTHH:
nFe = nkhí = 0,3 mol ⇒ mFeO = 30 – 0,3.56 = 13,2 gam.
Câu 11. Để hoà tan hết hỗn hợp Zn và ZnO phải dùng 100,8 ml dung dịch HCl 36,5% (D = 1,19g/ml) thu được 0,4 mol khí. Phần trăm về khối lượng hỗn hợp Zn và ZnO ban đầu lần lượt là
A. 40% và 60%.. B. 45% và 55%.
C. 50% và 50% D. 61,6% và 38,4%.
Hướng dẫn giải:
Đáp án D
nHCl=100,8.1,19.36,5100.36,5=1,2mol
2HCl + ZnO → ZnCl2 + H2O (1)
2HCl + Zn → ZnCl2 + H2 (2)
Theo PTHH (2):
nZn=nH2=0,4mol
nHCl (2) = 2.nZn = 0,8 mol ⇒ nHCl (1) = 1,2 – 0,8 = 0,4 mol
⇒nZnO=0,42=0,2mol
mhỗn hợp = 0,4.65 + 0,2.81 = 42,2 gam
%mZn=0,4.6542,2.100%=61,6%.
Câu 12. Cho 36,5 gam dung dịch HCl 10% vào một cốc đựng NaHCO3 dư thì thu được V lit khí ở đktc. Giá trị của x là
A. 44,8. B. 4,48. C. 22,4. D. 2,24.
Hướng dẫn giải:
Đáp án D
nHCl=36,5.10100.36,5=0,1mol
NaHCO3 + HCl → NaCl + H2O + CO2
0,1 0,1 mol
⇒ V = 0,1.22,4 = 2,24 lít.
Câu 13. Cho 50 gam CaCO3 tác dụng vừa đủ với dung dịch HCl 20% (D =1,2g/ml). Khối lượng dung dịch HCl đã dùng là
A. 152,08 gam. B. 55,0 gam.
C. 180,0 gam. D. 182,5 gam.
Hướng dẫn giải:
Đáp án D
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2
0,5 → 1 mol
⇒mddHCl=1.36,520.100=182,5gam.
