Điều chế và tính chất của khí Chlorine (Cl₂)

Phương trình / Quy luật áp dụng: Điều chế khí → Tinh chế (nếu cần) → Thu khí → Xử lý khí thải (nếu cần)

Giải thích chuẩn SGK: Sơ đồ cơ bản gồm 3 phần «Điều chế → Thu khí → Xử lý khí thải»; khi cần thu khí tinh khiết và khô thì lắp thêm bộ phận tinh chế theo đúng thứ tự: Điều chế → Loại tạp chất → Thu khí → Xử lý khí thải. Bài học tách riêng bình rửa HCl và bình làm khô để có thể tháo lắp khảo sát.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Câu hỏi thường gặp «Bộ dụng cụ điều chế khí gồm những phần nào, nối theo thứ tự nào»: Điều chế → Tinh chế (loại tạp chất & làm khô) → Thu khí → Xử lý khí thải.

Phương trình / Quy luật áp dụng: MnO₂ + 4HCl(đặc) —△→ MnCl₂ + Cl₂↑ + 2H₂O

Giải thích chuẩn SGK: Phản ứng giữa dung dịch HCl đặc và MnO₂ bắt buộc phải đun nóng mới xảy ra: nếu không đun nóng, dù nhỏ bao nhiêu HCl đặc cũng không sinh ra Cl₂.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Quên ghi điều kiện đun nóng «△ / t°» trên phương trình hóa học là lỗi mất điểm rất phổ biến, thường đi kèm với câu hỏi «dung dịch HCl loãng không phản ứng».

Phương trình / Quy luật áp dụng: MnO₂ + 4HCl(đặc) —△→ MnCl₂ + Cl₂↑ + 2H₂O

Giải thích chuẩn SGK: Dung dịch HCl đặc bị loãng dần trong quá trình phản ứng, khi thành HCl loãng thì không tác dụng với MnO₂ nữa nên khí tự ngừng thoát ra — đó là lý do trong thực tế phải lấy lượng MnO₂ dư thích hợp so với lý thuyết.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: «HCl đặc không thể phản ứng hết» và «so sánh lượng khí Cl₂ thu được khi cho dư MnO₂ với khi cho giới hạn HCl» là hai cách hỏi của cùng một bản chất.

Phương trình / Quy luật áp dụng: Khí HCl(g) tan mạnh trong dung dịch NaCl bão hòa

Giải thích chuẩn SGK: Acid HCl đặc dễ bay hơi nên dòng khí thoát ra luôn lẫn khí HCl; dung dịch NaCl bão hòa hấp thụ tốt HCl đồng thời ức chế sự hòa tan của Cl₂ (nhờ nồng độ Cl⁻ cao), vì vậy bình rửa đầu tiên dùng để loại bỏ HCl.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Câu hỏi «Có thể dùng dung dịch NaOH để loại bỏ HCl lẫn trong Cl₂ được không» xuất hiện rất thường xuyên; đáp án là không vì NaOH tác dụng với cả Cl₂.

Phương trình / Quy luật áp dụng: Cl₂ + H₂O ⇌ HCl + HClO

Giải thích chuẩn SGK: Bước làm khô bắt buộc phải đặt sau bước loại HCl; đồng thời chỉ khi có mặt nước (tạo thành HClO có tính oxi hóa mạnh) thì khí chlorine mới làm phai màu băng vải nhuộm.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Thí nghiệm đối chứng «khí chlorine khô không có tính tẩy màu, khí chlorine ẩm có tính tẩy màu» là câu hỏi trọng tâm thường gặp trong các đề kiểm tra.

Phương trình / Quy luật áp dụng: Phương pháp đẩy không khí ngửa bình · Ống vào dài, ống ra ngắn

Giải thích chuẩn SGK: Chất khí nặng hơn không khí được thu bằng phương pháp đẩy không khí ngửa bình: khí đi vào sát đáy bình để đẩy không khí nhẹ hơn thoát ra ở cổ bình (ống vào dài, ống ra ngắn); do Cl₂ tan và tác dụng với nước nên không thu bằng phương pháp đẩy nước thường.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Hai câu hỏi «vì sao không thu Cl₂ bằng phương pháp đẩy nước thường» và «ống dẫn khí vào bình thu dài hay ngắn» luôn đi đôi với nhau.

Phương trình / Quy luật áp dụng: Cl₂ + 2NaOH = NaCl + NaClO + H₂O

Giải thích chuẩn SGK: Khí Cl₂ dư bắt buộc phải được hấp thụ bằng dung dịch NaOH: Cl₂ + 2NaOH → NaCl + NaClO + H₂O; nếu không nối bộ phận xử lý khí thải, khí chlorine độc hại sẽ phát tán trực tiếp ra phòng thí nghiệm.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Câu hỏi tự luận kinh điển:«Vì sao xử lý khí thải Cl₂ phải dùng dung dịch NaOH mà không dùng nước vôi trong?»

Phương trình / Quy luật áp dụng: Cl₂ + H₂O ⇌ HCl + HClO · 2HClO —ánh sáng→ 2HCl + O₂↑

Giải thích chuẩn SGK: Trong nước chlorine có Cl₂, H₂O, HClO và H⁺, Cl⁻, ClO⁻; dưới ánh sáng, HClO phân hủy thành O₂ và HCl làm pH giảm, nồng độ Cl⁻ tăng và lượng khí O₂ tăng, khiến nước chlorine để lâu bị mất tính tẩy màu.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Sự biến thiên của 3 đại lượng (pH, nồng độ Cl⁻ và phần trăm thể tích O₂) khi chiếu sáng nước chlorine là bài toán thực nghiệm cảm biến rất điển hình.

Phương trình / Quy luật áp dụng: Điều chế → Tinh chế → Thu khí → Xử lý khí thải

Giải thích chuẩn SGK: Phần kiểm tra không có kết luận mới: lắp đủ cả 5 công đoạn, bật đun nóng và giữ tốc độ nhỏ HCl đặc hợp lý thì mới thu được khí chlorine có độ tinh khiết ≥ 99.0 %.

Lưu ý trọng tâm khi kiểm tra – đánh giá: Cấu trúc trả lời điểm tối đa: Thứ tự lắp ráp dụng cụ + Vai trò từng công đoạn + Tiêu chuẩn kiểm tra độ tinh khiết.

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: MnO₂ + 4HCl(đặc) —△→ MnCl₂ + Cl₂↑ + 2H₂O. Phương trình chuẩn: MnO₂ + 4HCl(đặc) —△→ MnCl₂ + Cl₂↑ + 2H₂O. Không được thiếu điều kiện đun nóng «△ / t°» và trạng thái «đặc»; cân bằng theo phương pháp thăng bằng electron với tỉ lệ nhường – nhận electron 1 : 2.

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: Trong quá trình phản ứng, dung dịch HCl đặc bị loãng dần, mà HCl loãng thì không phản ứng với MnO₂. Khi phản ứng diễn ra, nồng độ HCl giảm dần (cùng với sự bay hơi HCl khi đun nóng); khi dung dịch trở thành HCl loãng thì phản ứng với MnO₂ dừng lại, do đó trong thực tế cần lấy dư MnO₂.

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: Dung dịch NaCl bão hòa. Khí HCl tan cực tốt trong nước, đồng thời dung dịch NaCl bão hòa có nồng độ ion Cl⁻ cao giúp hạn chế sự hòa tan của khí Cl₂; cả ba hóa chất còn lại đều phản ứng và hấp thụ mất khí Cl₂.

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: Dẫn qua dung dịch NaCl bão hòa để loại HCl trước, sau đó làm khô bằng dung dịch H₂SO₄ đặc. Nếu làm khô trước rồi mới dẫn qua dung dịch NaCl bão hòa thì dòng khí sẽ lại mang theo hơi nước; vì vậy thứ tự bắt buộc là Loại tạp chất HCl → Làm khô.

Giải thích chuẩn SGK: Đáp án đúng: Thu bằng phương pháp đẩy không khí ngửa bình, ống dẫn khí vào vươn sát đáy bình. Ở 0 ℃, khối lượng riêng của khí chlorine là 3.214 g/L, nặng gấp 2.486 lần không khí (1.293 g/L); mặt khác chlorine tan và tác dụng với nước nên dùng phương pháp đẩy không khí ngửa bình (ống vào dài, ống ra ngắn).