I. TÍNH CHẤT VẬT LÍ
- Ở điều kiện thường, clo là chất khí, màu vàng lục, mùi xốc, rất độc.
- Khí clo nặng gấp 2,5 lần không khí $(d=\frac{71}{29}\approx 2,5)$ và tan được trong nước.
- Ở \[{{20}^{o}}C\], một thể tích nước hòa tan 2,5 thể tích khí clo, Clo tan nhiều trong dung môi hữu cơ như benzen, etanol,..
II. TÍNH CHẤT HÓA HỌC
Clo có số oxi hóa -1,+1, +3, +5, + 7. Clo có tính oxi hóa mạnh
1) Tác dụng với kim loại
Clo phản ứng trực tiếp với hầu hết các kim loại tạo ra muối clorua, số oxi hóa của kim loại trong hợp chất lên cao nhất.
VD: \[Na\text{ }+\text{ }C{{l}_{2}}~\to \text{ }NaCl\]
\[C{{l}_{2}}\left( k \right)\text{ }+\text{ }Fe\left( r \right)~\to ~FeC{{l}_{3}}\left( r \right)\]
2) Tác dụng với hiđro
Clo phản ứng với hiđro trong điều kiện ánh sáng, phản ứng có thể nổ, nổ mạnh nhất khí tỉ lệ mol giữa hiđro và clo là 1:1
\[C{{l}_{2}}\left( k \right)\text{ }+\text{ }{{H}_{2}}\left( k \right)~\to ~2HCl\left( k \right)\]
3) Tác dụng với nước
\[C{{l}_{2}}\left( k \right)\text{ }+\text{ }{{H}_{2}}O\left( l \right)~\rightleftharpoons ~HCl\left( dd \right)\text{ }+\text{ }HClO\text{ }\left( dd \right)\]
Chú ý: HClO (axit hipoclorơ) có tính oxi hóa mạng nên nước clo có tính tẩy màu
III. ỨNG DỤNG CỦA CLO
- Khử trùng nước sinh hoạt;
- Tẩy trắng vải, sợi, bột giấy;
- Điều chế nước Gia-ven, clorua vôi, ...
- Điều chế nhựa PVC, chất dẻo, chất màu, cao su, ...
IV. ĐIỀU CHẾ KHÍ CLO
1. Điều chế trong phòng thí nghiệm
\[4HCl~+\text{ }Mn{{O}_{2}}\left( r \right)~\to ~MnC{{l}_{2}}\left( dd \right)\text{ }+\text{ }C{{l}_{2}}\left( k \right)\text{ }+\text{ }2{{H}_{2}}O\left( l \right)\]
Có thể thay thế $Mn{{O}_{2}}$ bằng $KMn{{O}_{4}}$ hoặc $KCl{{O}_{3}}$
2. Điều chế trong công nghiệp
Điện phân dung dịch bão hòa NaCl, có màng ngăn xốp:
\[2NaCl\left( dd \right)~+\text{ }2{{H}_{2}}O\left( l \right)~\xrightarrow[mang\,ngan]{dp\text{dd}}~2NaOH\left( dd \right)~+\text{ }C{{l}_{2}}\left( k \right)+\text{ }{{H}_{2}}\left( k \right)\]
Trong phản ứng với nước, một nguyên tử clo bị oxi hóa thành $ C{{l}^{+1}} $ , một nguyên tử clo bị khử thành $ C{{l}^{-1}} $.
$ \begin{array}{l} Fe+2HCl\to FeC{{l}_{2}}+{{H}_{2}} \\ Fe+CuC{{l}_{2}}\to FeC{{l}_{2}}+Cu \\ 2Fe+3C{{l}_{2}}\to 2FeC{{l}_{3}} \end{array} $
Clo tan nhiều trong các dung môi hữu cơ như benzen, etanol
Clo có thể có các số oxi hóa: -1,0,+1,+3,+5,+7
$ 2Fe+3C{{l}_{2}}\to 2FeC{{l}_{3}} $
Khi hòa tan Cl2 vào nước cảy ra phản ứng:
$ C{{l}_{2}}+{{H}_{2}}O\rightleftarrows HCl+HClO $ .
→ Thành phần của nước $ C{{l}_{2}} $ là $ {{H}_{2}}O,C{{l}_{2}},HCl,HClO $
Trong thiên nhiên, clo chủ yếu tồn tại dưới dạng hợp chất và là muối NaCl có trong nước biển
Trong phòng thí nghiệm, khí Clo được điều chế bằng cách oxi hóa HCl, cho HCl tác dụng với các chất oxi hóa mạnh như $ KCl{{O}_{3}} $ , $ KMn{{O}_{4}} $
Clo không thể oxi hóa vàng tạo thành muối clorua
Trong các halogen, clo là nguyên tố tồn tại trong vỏ Trái Đất (dưới dạng các hợp chất) với trữ lượng lớn nhất.
$ C{{l}_{2}}+{{H}_{2}}O\overset{{}}{leftrightarrows}HCl+HClO $
Clo không phản ứng với $ NaCl $
Clo tan nhiều trong các dung môi như benzen, etanol, Cacbon tetraclorua và tan ít trong nước hơn so các dung môi hữu cơ
Có tính khử mạnh không phải là tính chất của nước clo
$ {{\overset{0}{\mathop{Cl}}\,}_{2}}+2NaOH\to Na\overset{-1}{\mathop{Cl}}\,+Na\overset{+1}{\mathop{Cl}}\,O+{{H}_{2}}O $
$ C{{l}_{2}}+2KOH\xrightarrow{{{t}^{o}}\,thuong}KCl+KClO+{{H}_{2}}O $
$ C{{l}_{2}}+{{H}_{2}}O\rightleftarrows HC{{l}^{-1}}+HC{{l}^{+1}}O. $
→ $ C{{l}_{2}} $ vừa đóng vai trò là chất oxi hóa, vừa đóng vai trò là chất khử.
Trong phòng thí nghiệm, clo được điều chế bằng cách oxi hóa axit clohiđric đặc bằng các chất oxi hóa mạnh như $ Mn{{O}_{2}} $
Clo không tham gia phản ứng với oxi
$ {{\overset{0}{\mathop{Cl}}\,}_{2}}+2KOH\to K\overset{-1}{\mathop{Cl}}\,+K\overset{+1}{\mathop{Cl}}\,O+{{H}_{2}}O $
Trong phản ứng: $ C{{l}_{2}}+{{H}_{2}}O\rightleftarrows HC{{l}^{-1}}+HC{{l}^{+1}}O. $
Clo vừa thể hiện tính oxi hóa, vừa thể hiện tính khử
$ \overset{+4}{\mathop{S}}\,{{O}_{2}}+{{\overset{0}{\mathop{Cl}}\,}_{2}}+2{{H}_{2}}O\to 2H\overset{-1}{\mathop{Cl}}\,+{{H}_{2}}\overset{+6}{\mathop{S}}\,{{O}_{4}} $
$ 2Na+C{{l}_{2}}\to 2NaCl $
Clo được dùng để tẩy trắng sợi, vải, giấy
Điều chế khí clo trong phòng thí nghiệm bằng cách cho dung dịch X : $ HCl $ tác dụng với chất oxi hóa Y: $ KMn{{O}_{4}} $
cấu hình electron của ion $ C{{l}^{-}} $ là : $ 1{{s}^{2}}2{{s}^{2}}2{{p}^{6}}3{{s}^{2}}3{{p}^{6}} $
$ \begin{array}{l} 2Na\overset{-1}{\mathop{Cl}}\,+{{\overset{+1}{\mathop{H}}\,}_{2}}O\to 2NaOH+{{\overset{0}{\mathop{Cl}}\,}_{2}}+{{\overset{0}{\mathop{H}}\,}_{2}} \\ c.khu\,\,\,\,\,\,\,\,\,c.oxi\,\,hoa \end{array} $
Khi sản xuất clo trong công nghiệp bằng cách điện phân dung dịch muối ăn bão hòa sẽ thu được khí clo ở cực dương
Số oxi hoá của clo trong các chất: $ HCl,KCl{{O}_{3}},HClO,HCl{{O}_{2}},HCl{{O}_{4}} $ , lần lượt là:-1, +5, +1, +3, +7.
Clo không cho phản ứng với dung dịch $ NaF. $ do clo có tính oxi hóa yếu hơn flo nên không thể đấy flo ra khỏi muối
Phương pháp điều chế Cl2 trong công nghiệp: Điện phân dung dịch NaCl màng ngăn xốp:
$ 2NaCl+2{{H}_{2}}O\to 2NaOH+C{{l}_{2}}+{{H}_{2}}. $
Ứng dụng không phải của clo: Sản xuất muối ăn
Quặng cacnalit là $ KCl.MgC{{l}_{2}}.6{{H}_{2}}O $
Clo oxi hóa được hầu hết kim loại nhưng không thể oxi hóa được vàng
Trong các phản ứng hóa học, để chuyển thành anion, nguyên tử Clo đã nhận thêm 1 electron
Phản ứng $ C{{l}_{2}}+{{H}_{2}}O\xrightarrow{{}}HCl+HClO $ sai vì phản ứng của clo với nước là phản ứng thuận nghịch
Khi tham gia phản ứng, nguyên tử clo dễ nhận thêm 1 electron để thành ion clorua $ C{{l}^{-}} $ , ngoài ra clo có thể cho đi 3,5,7 electron và có số oxi hóa +3, +5, +7 trong các hợp chất.
Khi tạo ra muối clorua, clo có số oxi hóa -1 còn các kim loại có số oxi hóa dương
Phản ứng giữa $ C{{l}_{2}} $ và $ {{H}_{2}} $ có thể xảy ra khi có ánh sáng mặt trời hoặc ánh sáng của magie cháy.
Xem thêm các bài tiếp theo bên dưới