Trả lời nhanh
Phản ứng quen thuộc nhất để từ Cl2 ra HCl là Cl2 + H2O ⇌ HCl + HClO. Đây là phản ứng thuận nghịch, trong đó clo vừa là chất oxi hoá vừa là chất khử (tự oxi hoá – khử). Ngoài ra, Cl2 còn ra HCl khi tác dụng với H2, với SO2 trong nước, với H2S hoặc thế vào hiđrocacbon no.
1. Phương trình Cl2 + H2O
Cl2 + H2O ⇌ HCl + HClO
- Điều kiện: nhiệt độ thường, không cần xúc tác.
- Hiện tượng: khí clo màu vàng lục tan một phần trong nước, tạo dung dịch nước clo có màu vàng lục nhạt và mùi hắc.
- Nước clo làm quỳ tím chuyển đỏ, sau đó mất màu do HClO có tính oxi hoá mạnh.
Phân tích số oxi hoá
- Cl2 (số oxi hoá 0) → HCl (Cl ở −1): clo bị khử.
- Cl2 (số oxi hoá 0) → HClO (Cl ở +1): clo bị oxi hoá.
- Cùng một chất vừa tăng vừa giảm số oxi hoá nên là phản ứng tự oxi hoá – khử. Tỉ lệ mol HCl : HClO luôn là 1 : 1.
Vì sao là phản ứng thuận nghịch?
HClO là axit yếu, còn HCl là axit mạnh. Trong dung dịch nước clo luôn tồn tại đồng thời Cl2, HCl và HClO. Khi thêm kiềm, cân bằng chuyển dịch sang phải, tạo nước Javen: Cl2 + 2NaOH → NaCl + NaClO + H2O.
Nước clo để ngoài ánh sáng
HClO kém bền, bị phân huỷ khi có ánh sáng: 2HClO → 2HCl + O2 (ánh sáng). Vì vậy nước clo cần đựng trong chai tối màu và không để được lâu; sau một thời gian dung dịch chỉ còn là dung dịch HCl loãng.
2. Các phản ứng khác từ Cl2 ra HCl
| Chất tác dụng | Phương trình | Điều kiện, hiện tượng |
|---|---|---|
| H2 | H2 + Cl2 → 2HCl | Có ánh sáng mạnh hoặc đun nóng; hỗn hợp nổ khi tỉ lệ thể tích 1 : 1, khí HCl tạo ra tan trong nước thành axit clohiđric |
| SO2 và nước | Cl2 + SO2 + 2H2O → H2SO4 + 2HCl | Nước clo mất màu vàng lục |
| H2S (dung dịch) | Cl2 + H2S → S↓ + 2HCl | Xuất hiện kết tủa vàng của lưu huỳnh |
| CH4 | CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl | Có ánh sáng khuếch tán; đây là phản ứng thế |
| Na2SO3 (dung dịch) | Cl2 + Na2SO3 + H2O → Na2SO4 + 2HCl | Clo mất màu |
Quy luật chung: trong các phản ứng này, Cl2 thể hiện tính oxi hoá (nhận electron thành Cl− trong HCl), còn chất kia bị oxi hoá, trừ phản ứng với nước là tự oxi hoá – khử.
3. Cân bằng nhanh Cl2 + SO2 + H2O
- S đi từ +4 (SO2) lên +6 (H2SO4): nhường 2 electron.
- Mỗi Cl2 nhận 2 electron thành 2Cl−, nên tỉ lệ Cl2 : SO2 = 1 : 1.
- Cân bằng H và O bằng 2H2O ở vế trái, ta được Cl2 + SO2 + 2H2O → H2SO4 + 2HCl.
4. Lỗi sai thường gặp
- Viết Cl2 + H2O → HCl + O2. Phản ứng ở nhiệt độ thường không tạo O2; O2 chỉ sinh ra khi HClO bị ánh sáng phân huỷ.
- Dùng mũi tên một chiều cho phản ứng với nước. Phải dùng dấu thuận nghịch ⇌.
- Nhầm clo với clorua: Cl2 là đơn chất, còn Cl− trong HCl mới là ion clorua.
5. Bài tập vận dụng
Bài 1. Đốt 0,2 mol Cl2 trong H2 dư với hiệu suất 80%. Tính khối lượng HCl thu được.
- Theo lí thuyết: n(HCl) = 2·n(Cl2) = 0,4 mol.
- Với hiệu suất 80%: n(HCl) = 0,4·0,8 = 0,32 mol, m = 0,32·36,5 = 11,68 g.
Bài 2. Sục 0,1 mol Cl2 vào dung dịch chứa SO2 dư. Tính số mol H2SO4 và HCl tạo thành.
- Theo phương trình, 1 mol Cl2 tạo 1 mol H2SO4 và 2 mol HCl.
- Vậy tạo 0,1 mol H2SO4 và 0,2 mol HCl.
Bài 3 (lí thuyết). Vì sao nước clo mất màu quỳ tím sau khi làm quỳ hoá đỏ? Đáp án: HCl làm quỳ hoá đỏ, sau đó HClO có tính oxi hoá mạnh làm mất màu quỳ.
Câu hỏi thường gặp
Cl2 tác dụng với H2O tạo ra những chất nào?
Tạo HCl và HClO theo phương trình thuận nghịch Cl2 + H2O ⇌ HCl + HClO. Dung dịch thu được gọi là nước clo.
Cl2 + H2O là phản ứng oxi hoá khử không?
Có. Đây là phản ứng tự oxi hoá – khử, vì clo vừa bị khử thành Cl− trong HCl vừa bị oxi hoá thành Cl+1 trong HClO.
Cl2 ra HCl bằng cách nào ngoài tác dụng với nước?
Cl2 tác dụng với H2 (ánh sáng hoặc nhiệt), với SO2 trong nước, với H2S, hoặc thế vào ankan như CH4 đều tạo HCl.
Vì sao nước clo để lâu mất màu vàng lục?
HClO kém bền, bị ánh sáng phân huỷ, kéo cân bằng chuyển dịch làm Cl2 giảm dần nên màu vàng lục nhạt dần, cuối cùng chỉ còn dung dịch HCl.