Trả lời nhanh
Phương trình đúng là H2 + Cl2 → 2HCl, xảy ra khi chiếu sáng hoặc đun nóng. Đây là phản ứng hoá hợp và cũng là phản ứng oxi hoá – khử: H2 là chất khử (số oxi hoá 0 → +1), Cl2 là chất oxi hoá (0 → −1). Sản phẩm là khí hiđro clorua, tan trong nước tạo axit clohiđric.
Phương trình hoá học H2 + Cl2
Phương trình đã cân bằng:
H2 (k) + Cl2 (k) → 2HCl (k) (điều kiện: ánh sáng hoặc nhiệt độ)
Mỗi phân tử H2 có 2 nguyên tử H, mỗi phân tử Cl2 có 2 nguyên tử Cl, nên chỉ cần hệ số 2 trước HCl là hai vế cân bằng. Tỉ lệ mol (cũng là tỉ lệ thể tích khi cùng điều kiện) H2 : Cl2 : HCl = 1 : 1 : 2.
Điều kiện phản ứng
- Ánh sáng (ánh sáng mặt trời trực tiếp hoặc ánh sáng mạnh như đèn magie), hoặc
- Nhiệt độ: đốt nóng hỗn hợp, hoặc đưa H2 đang cháy vào bình khí Cl2.
Ở nhiệt độ thường và trong bóng tối, hai khí này hầu như không phản ứng. Vì vậy có thể trộn chúng trong bình kín tối mà không có gì xảy ra, nhưng khi đưa ra ánh sáng mạnh thì hỗn hợp có thể nổ.
Hiện tượng nhận biết
- Khi chiếu sáng hỗn hợp H2 và Cl2 (tỉ lệ thể tích khoảng 1 : 1): màu vàng lục của khí clo nhạt dần và có thể gây nổ.
- Khi đốt H2 trong khí Cl2: H2 tiếp tục cháy với ngọn lửa nhạt màu, màu vàng lục của clo mất dần, tạo khí HCl; khí này gặp hơi ẩm trong không khí tạo sương mù (khói trắng) axit.
- Dẫn khí thu được vào nước, rồi thử bằng quỳ tím: quỳ hoá đỏ vì có axit clohiđric.
Bản chất: phản ứng oxi hoá – khử
Xác định số oxi hoá trước và sau phản ứng:
| Chất | Số oxi hoá trước | Số oxi hoá sau | Vai trò |
|---|---|---|---|
| H2 | 0 | +1 (trong HCl) | Chất khử (nhường 1e mỗi nguyên tử H) |
| Cl2 | 0 | −1 (trong HCl) | Chất oxi hoá (nhận 1e mỗi nguyên tử Cl) |
Quá trình: H20 → 2H+1 + 2e; Cl20 + 2e → 2Cl−1. Số electron nhường bằng số electron nhận (2e), nên hệ số các chất đều đơn giản.
Về kiểu phản ứng, đây còn là phản ứng hoá hợp (hai chất tạo một chất) và tỏa nhiệt mạnh: nhiệt tạo thành HCl khí khoảng −92,3 kJ/mol, tức phản ứng trên tỏa khoảng 184,6 kJ cho 2 mol HCl.
Vì sao phản ứng nổ khi chiếu sáng?
Ánh sáng làm phân tử Cl2 tách thành 2 nguyên tử Cl có electron độc thân (gốc tự do). Các gốc này tấn công H2 rồi sinh tiếp gốc mới, tạo thành chuỗi phản ứng liên tiếp:
- Cl· + H2 → HCl + H·
- H· + Cl2 → HCl + Cl·
Một gốc ban đầu kéo theo rất nhiều phân tử HCl, nhiệt tỏa ra làm khí giãn nở đột ngột nên gây nổ. Đây là phản ứng dây chuyền; phần này chỉ cần biết ở mức mở rộng.
Ứng dụng
- Trong công nghiệp, đốt H2 trong khí Cl2 (lò tổng hợp) để thu khí HCl, hấp thụ vào nước thành axit clohiđric. Khí H2 và Cl2 thường lấy từ quá trình điện phân dung dịch NaCl.
- Minh hoạ tính oxi hoá của clo và tính khử của hiđro trong bài học về halogen.
Trong phòng thí nghiệm, HCl thường được điều chế bằng cách cho NaCl rắn tác dụng với H2SO4 đặc, đun nóng, an toàn hơn nhiều so với trộn hai khí.
Lỗi sai thường gặp
- Viết sản phẩm là H2Cl2 hoặc quên hệ số 2 trước HCl.
- Ghi điều kiện là “xúc tác” – thực tế điều kiện là ánh sáng hoặc nhiệt độ.
- Gọi sản phẩm là “axit clohiđric” ngay: sản phẩm của phản ứng giữa hai khí là hiđro clorua (khí); chỉ khi hoà tan vào nước mới là axit clohiđric.
Bài tập vận dụng
Bài 1. Cho 4,48 lít H2 và 6,72 lít Cl2 (đktc) phản ứng hoàn toàn. Tính khối lượng HCl tạo thành và chất còn dư.
Giải: n(H2) = 0,2 mol; n(Cl2) = 0,3 mol. Theo tỉ lệ 1 : 1, H2 hết, Cl2 dư 0,1 mol (khoảng 2,24 lít). n(HCl) = 2 × 0,2 = 0,4 mol → m(HCl) = 0,4 × 36,5 = 14,6 g.
Bài 2. Trộn 2 mol H2 với 2 mol Cl2, hiệu suất phản ứng 75%. Tính số mol mỗi khí trong hỗn hợp sau phản ứng.
Giải: Số mol H2 phản ứng = 2 × 0,75 = 1,5 mol, cũng bằng số mol Cl2 phản ứng. Sau phản ứng: H2 dư 0,5 mol; Cl2 dư 0,5 mol; HCl = 3 mol. Tổng 4 mol, bằng tổng số mol ban đầu vì phản ứng không làm đổi số mol khí.
Bài 3. Hoà tan hết lượng HCl ở Bài 1 vào 85,4 g nước. Tính nồng độ phần trăm dung dịch (bỏ qua khí clo dư).
Giải: Khối lượng dung dịch = 14,6 + 85,4 = 100 g → C% = 14,6/100 × 100% = 14,6%.
Mẹo nhớ
Hai nguyên tố cùng “hai nguyên tử một phân tử”, phản ứng như “ghép đôi”: mỗi H bắt một Cl nên 1 H2 + 1 Cl2 cho đúng 2 HCl. Nhớ thêm: phản ứng cần “ánh sáng” hoặc “lửa” để khơi mào, giống mồi lửa cho khí gas.
Cùng chuyên đề: Bài nằm trong mục lục Các phương trình hóa học thường gặp: tổng hợp hơn 300 phản ứng có cân bằng. Bài trước: H2O2 + MnO2 → H2O + O2: phương trình, hiện tượng, vai trò MnO2.
Câu hỏi thường gặp
H2 + Cl2 ra gì?
Ra khí hiđro clorua theo phương trình H2 + Cl2 → 2HCl, điều kiện ánh sáng hoặc nhiệt độ. Khí HCl tan vào nước tạo dung dịch axit clohiđric.
Phản ứng H2 + Cl2 có phải phản ứng oxi hoá – khử không?
Có. H2 tăng số oxi hoá từ 0 lên +1 nên là chất khử; Cl2 giảm từ 0 xuống −1 nên là chất oxi hoá. Đồng thời đây cũng là phản ứng hoá hợp.
Vì sao hỗn hợp H2 và Cl2 có thể nổ?
Dưới ánh sáng mạnh, Cl2 tách thành gốc Cl tự do, kích hoạt phản ứng dây chuyền toả nhiều nhiệt rất nhanh làm khí giãn nở đột ngột nên gây nổ.
Trong công nghiệp điều chế HCl bằng H2 và Cl2 như thế nào?
Đốt H2 cháy trong khí Cl2 để tạo khí HCl, sau đó hấp thụ khí này vào nước để được axit clohiđric. H2 và Cl2 thường thu từ điện phân dung dịch NaCl.