Phản Ứng KMnO4 + HCl Đậm Đặc: Điều Chế Clo và Ứng Dụng

donghochetacdh

24 hours ago

Phản ứng giữa KMnO4 (kali pemanganat) và HCl đậm đặc (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 tổng quát như sau:

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

Trong phản ứng này, KMnO4 đóng vai trò là chất oxi hóa, còn HCl đóng vai trò là chất khử. Khí clo (Cl2) tạo thành có màu vàng lục và mùi hắc đặc trưng.

1. Cơ chế phản ứng và cân bằng phương trình bằng phương pháp thăng bằng electron:

Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tố trước và sau phản ứng:

KMnO4 + HCl → KCl + MnCl2 + Cl2 + H2O

K⁺¹Mn⁺⁷O4^-2 + H⁺¹Cl^-1 → K⁺¹Cl^-1 + Mn⁺²Cl2^-1 + Cl2⁰ + H2⁺¹O^-2
Bước 2: Xác định các nguyên tố có sự thay đổi số oxi hóa:
- Mn⁺⁷ (trong KMnO4) giảm xuống Mn⁺² (trong MnCl2): Quá trình khử
- Cl^-1 (trong HCl) tăng lên Cl2⁰: Quá trình oxi hóa
Bước 3: Viết các bán phản ứng (quá trình oxi hóa và quá trình khử):
- Khử: Mn⁺⁷ + 5e → Mn⁺²
- Oxi hóa: 2Cl^-1 → Cl2⁰ + 2e
Bước 4: Cân bằng electron (số electron cho phải bằng số electron nhận):
- Nhân bán phản ứng khử với 2: 2Mn⁺⁷ + 10e → 2Mn⁺²
- Nhân bán phản ứng oxi hóa với 5: 10Cl^-1 → 5Cl2⁰ + 10e
Bước 5: Kết hợp các bán phản ứng đã cân bằng:

2Mn⁺⁷ + 10Cl^-1 → 2Mn⁺² + 5Cl2⁰
Bước 6: Thêm các ion còn lại (K⁺, H⁺, O^2-) để hoàn thành phương trình:

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

2. Điều kiện phản ứng:

Sử dụng HCl đậm đặc.
Phản ứng xảy ra ở điều kiện thường hoặc đun nhẹ.

3. Tiến hành thí nghiệm điều chế Clo từ KMnO4 và HCl đậm đặc:

Chuẩn bị:
- Ống nghiệm khô.
- Tinh thể KMnO4.
- Dung dịch HCl đậm đặc.
- Nút bông tẩm dung dịch NaOH.
Thực hiện:
1. Cho một lượng nhỏ tinh thể KMnO4 vào ống nghiệm.
2. Nhỏ từ từ dung dịch HCl đậm đặc vào ống nghiệm.
3. Đậy kín miệng ống nghiệm bằng nút bông tẩm dung dịch NaOH (để hấp thụ khí clo dư, tránh gây ô nhiễm).
4. Quan sát hiện tượng xảy ra.

4. Hiện tượng:

Khí màu vàng lục thoát ra (khí clo).
Dung dịch có thể có màu nâu do sự tạo thành MnCl2.

Hình ảnh minh họa phản ứng giữa KMnO4 và HCl đậm đặc, tạo ra khí clo (Cl2) có màu vàng lục đặc trưng.

5. Giải thích hiện tượng:

KMnO4 là chất oxi hóa mạnh, nó oxi hóa ion Cl^– trong HCl thành khí Cl2.
Ion Mn⁺⁷ trong KMnO4 bị khử thành ion Mn⁺² trong MnCl2.

6. Ứng dụng:

Điều chế khí clo trong phòng thí nghiệm: Phản ứng này là một phương pháp thuận tiện để điều chế clo với lượng nhỏ trong phòng thí nghiệm.
Nghiên cứu hóa học: Phản ứng được sử dụng để nghiên cứu tính chất oxi hóa khử của KMnO4 và HCl.

7. Lưu ý an toàn:

Khí clo là chất độc, cần thực hiện phản ứng trong tủ hút hoặc nơi thoáng khí.
Sử dụng nút bông tẩm dung dịch NaOH để hấp thụ khí clo dư, tránh gây ô nhiễm môi trường.
HCl đậm đặc là chất ăn mòn, cần sử dụng găng tay và kính bảo hộ khi làm thí nghiệm.

8. Mở rộng kiến thức về HCl đậm đặc:

Axit clohidric (HCl) là một axit mạnh, có nhiều ứng dụng trong công nghiệp và phòng thí nghiệm.
HCl đậm đặc có nồng độ cao (thường là 37%), có khả năng ăn mòn mạnh.
HCl có đầy đủ tính chất hóa học của một axit:
- Làm quỳ tím chuyển sang màu đỏ.
- Tác dụng với kim loại đứng trước H trong dãy hoạt động hóa học.
- Tác dụng với oxit bazơ và bazơ tạo thành muối và nước.
- Tác dụng với muối của axit yếu hơn tạo thành muối mới và axit mới.
HCl đậm đặc còn thể hiện tính khử khi tác dụng với các chất oxi hóa mạnh như KMnO4, MnO2, K2Cr2O7, KClO3…

9. Bài tập vận dụng liên quan:

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

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.