MnO2 + HCl đặc: phương trình, cân bằng electron và bài tập
Lớp 10Hóa học

MnO2 + HCl đặc: phương trình, cân bằng electron và bài tập

Trả lời nhanh

Phương trình: MnO2 + 4HCl (đặc) → MnCl2 + Cl2↑ + 2H2O, điều kiện đun nóng. Hiện tượng: chất rắn màu đen MnO2 tan dần, có khí màu vàng lục, mùi xốc (khí clo) thoát ra. Đây là phản ứng oxi hoá – khử dùng để điều chế khí clo trong phòng thí nghiệm, trong đó MnO2 là chất oxi hoá còn HCl là chất khử và môi trường.

Phương trình phản ứng MnO2 + HCl

MnO2 + 4HCl (đặc) t°→ MnCl2 + Cl2↑ + 2H2O

Phương trình ion: MnO2 + 4H+ + 2Cl− → Mn2+ + Cl2 + 2H2O.

Cân bằng bằng phương pháp thăng bằng electron

  1. Xác định số oxi hoá thay đổi: Mn từ +4 xuống +2; Cl từ −1 lên 0.
  2. Viết các quá trình:
    Mn+4 + 2e → Mn+2 (quá trình khử)
    2Cl−1 → Cl20 + 2e (quá trình oxi hoá)
  3. Cân bằng số electron: hai quá trình đều có 2e nên hệ số bằng 1 cho cả MnO2 và Cl2.
  4. Cân bằng các nguyên tố còn lại: 1 Mn cần 1 MnCl2 (chứa 2 Cl), 1 Cl2 (chứa 2 Cl) nên cần 4 Cl, tức 4HCl. Vế phải có 4H nên có 2H2O, khớp 2 nguyên tử O của MnO2.
Sơ đồ chuyển electron trong phản ứng MnO2 + HCl đặc tạo Cl2
Hình 1. Sự chuyển 2 electron từ ion Cl⁻ sang Mn⁺⁴ trong phản ứng MnO₂ + HCl đặc.

Kết luận: trong 4 phân tử HCl chỉ có 2 phân tử đóng vai trò chất khử (tạo Cl2), 2 phân tử còn lại làm môi trường tạo muối MnCl2.

Điều kiện và hiện tượng

  • Điều kiện: HCl phải đặc (khoảng 36–37%) và đun nóng. Với HCl loãng hoặc không đun, phản ứng không xảy ra rõ rệt.
  • Hiện tượng: chất rắn đen MnO2 tan, dung dịch chuyển sang màu hồng nhạt hoặc không màu (muối Mn2+), có khí vàng lục thoát ra.
  • Lưu ý an toàn: khí Cl2 độc, phải làm trong tủ hút hoặc nơi thoáng khí, hấp thụ khí dư bằng dung dịch NaOH.

Ứng dụng: điều chế clo trong phòng thí nghiệm

Khí clo thu được còn lẫn hơi HCl và hơi nước. Để tinh chế, cho khí lần lượt qua dung dịch NaCl bão hoà (giữ HCl) rồi qua H2SO4 đặc (hút nước). Vì Cl2 nặng hơn không khí (M = 71 so với 29) nên có thể thu bằng cách đẩy không khí, miệng bình ngửa.

Có thể thay MnO2 bằng chất oxi hoá mạnh hơn như KMnO4, KClO3, K2Cr2O7. Với KMnO4 phản ứng xảy ra ngay ở nhiệt độ thường: 2KMnO4 + 16HCl → 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O.

Bài tập vận dụng

Bài 1

Cho 8,7 gam MnO2 tác dụng hết với dung dịch HCl đặc, đun nóng. Tính thể tích khí Cl2 (đktc) và số mol HCl đã phản ứng.

n(MnO2) = 8,7 : 87 = 0,1 mol. Theo phương trình, n(Cl2) = 0,1 mol nên V = 0,1 × 22,4 = 2,24 lít. n(HCl) = 4 × 0,1 = 0,4 mol.

Bài 2

Để điều chế 6,72 lít Cl2 (đktc), cần ít nhất bao nhiêu gam MnO2?

n(Cl2) = 6,72 : 22,4 = 0,3 mol, suy ra n(MnO2) = 0,3 mol, m = 0,3 × 87 = 26,1 gam.

Bài 3

Trong phản ứng trên, nếu có 0,4 mol HCl tham gia thì số mol HCl bị oxi hoá là bao nhiêu?

Cứ 4 mol HCl phản ứng có 2 mol bị oxi hoá, vậy 0,4 mol HCl có 0,2 mol bị oxi hoá.

Lỗi sai thường gặp

  • Viết hệ số HCl bằng 2 vì chỉ nhìn vào Cl2, quên rằng Cl còn nằm trong MnCl2.
  • Cho rằng cả 4 phân tử HCl đều là chất khử.
  • Quên điều kiện đun nóng hoặc dùng HCl loãng.
  • Viết sản phẩm là MnCl4; Mn có số oxi hoá +4 trong MnO2 nhưng bị khử xuống +2.

Câu hỏi thường gặp

MnO2 + HCl tạo ra chất gì?

Tạo muối mangan(II) clorua MnCl2, khí clo Cl2 và nước: MnO2 + 4HCl → MnCl2 + Cl2 + 2H2O, cần đun nóng.

Hiện tượng của phản ứng MnO2 + HCl đặc là gì?

Chất rắn đen MnO2 tan dần, có khí màu vàng lục mùi xốc là clo thoát ra.

Trong phản ứng, vai trò của HCl là gì?

HCl vừa là chất khử (2 trong 4 phân tử tạo Cl2) vừa là môi trường (2 phân tử tạo muối MnCl2).

Vì sao HCl loãng không phản ứng với MnO2?

Ion Cl⁻ trong dung dịch loãng không đủ tính khử để bị MnO2 oxi hoá; cần HCl đặc và đun nóng.

Bài học liên quan