LÝ THUYẾT - SÁCH HÌNH ĐỘNG
LỚP 10·10 / 2026

HAL · 0740 phút

Điều chế chlorine theo tỉ lượng, hiệu suất và bài toán chuỗi

KMnO₄, MnO₂, V = n × 24,79, H₁ × H₂

Cần học trướcHAL · 03 · Chlorine với nước và dung dịch kiềm, nước JavelHAL · 06 · Kim loại với chlorine và hydrochloric acid: tính theo phương trình và hỗn hợpOXK · 04 · Chất tạo môi trường và phản ứng tự oxi hoá – khửOXK · 06 · Tính theo phương trình oxi hoá – khử, hiệu suất và luyện kim

Mục tiêu

  • Viết và cân bằng phản ứng điều chế Cl2\mathrm{Cl_2} từ HCl\mathrm{HCl} đặc với MnO2\mathrm{MnO_2} và KMnO4\mathrm{KMnO_4}; mô tả cách thu và làm sạch khí.
  • Tính thể tích Cl2\mathrm{Cl_2} (đkc), khối lượng chất đầu và lượng HCl\mathrm{HCl} cần dùng, kể cả khi có hiệu suất.
  • Giải bài toán chuỗi KMnO4→Cl2→\mathrm{KMnO_4} \rightarrow \mathrm{Cl_2} \rightarrow muối sắt với hai hiệu suất.

Khởi động

Một bình Cl2\mathrm{Cl_2} trong phòng thí nghiệm không có sẵn: ta phải điều chế ngay trước khi dùng. Chỉ cần 15,815{,}8 g thuốc tím KMnO4\mathrm{KMnO_4} với HCl\mathrm{HCl} đặc là sinh ra gần 6,26{,}2 L khí vàng lục. Làm sao tính được con số đó, và nếu hiệu suất chỉ 80%80\% thì thu được bao nhiêu?

HCl + KMnO₄NaClH₂SO₄ đặcCl₂ thu được2KMnO₄ + 16HCl → 5Cl₂ + …

01Kiến thức cần nhớ

1. Điều chế Cl2\mathrm{Cl_2} trong phòng thí nghiệm

Cho HCl\mathrm{HCl} đặc tác dụng với chất oxi hoá mạnh:

MnO2+4HCl (đặc)→t∘MnCl2+Cl2+2H2O\mathrm{MnO_2} + \mathrm{4HCl} \text{ (đặc)} \xrightarrow{t^\circ} \mathrm{MnCl_2} + \mathrm{Cl_2} + \mathrm{2H_2O}

2KMnO4+16HCl (đặc)→2KCl+2MnCl2+5Cl2+8H2O\mathrm{2KMnO_4} + \mathrm{16HCl} \text{ (đặc)} \rightarrow \mathrm{2KCl} + \mathrm{2MnCl_2} + \mathrm{5Cl_2} + \mathrm{8H_2O}

MnO2\mathrm{MnO_2} cần đun nóng; KMnO4\mathrm{KMnO_4} phản ứng ngay ở nhiệt độ thường. Cân bằng chi tiết đã làm ở phần Oxi hoá – khử: chỉ một phần HCl\mathrm{HCl} là chất khử, phần còn lại làm môi trường.

MnO2\mathrm{MnO_2}KMnO4\mathrm{KMnO_4}
Số mol Cl2\mathrm{Cl_2} trên mol chất oxi hoá112,52{,}5
Số mol HCl\mathrm{HCl} phản ứng trên mol chất oxi hoá4488
Phần HCl\mathrm{HCl} bị oxi hoá2/4=50%2/4 = 50\%10/16=62,5%10/16 = 62{,}5\%

Thu và làm sạch khí. Khí ra lần lượt qua bình chứa dung dịch NaCl\mathrm{NaCl} bão hoà (giữ lại hơi HCl\mathrm{HCl}), bình chứa H2SO4\mathrm{H_2SO_4} đặc (làm khô), rồi thu bằng cách đẩy không khí vì Cl2\mathrm{Cl_2} nặng hơn không khí và tan trong nước. Khí thừa dẫn vào dung dịch NaOH\mathrm{NaOH} để khử độc (bài 3).

Tương tácĐiều chế Cl₂ trong phòng thí nghiệm
HCl đặc + KMnO₄NaCl bão hoàH₂SO₄ đặc0 L4 L8 L12 Lbình thu (đẩy không khí)0 L
Chất oxi hoá
n(KMnO₄) = 0,1 mol; n(Cl₂) lí thuyết = 0,25 mol; thực tế (H = 100%) = 0,25 mol.
V(Cl₂) = 0,25 × 24,79 = 6,2 L. n(HCl) phản ứng = 0,8 mol, trong đó bị oxi hoá 0,5 mol (62,5%).
V(HCl 11,8 M) tối thiểu = 67,8 mL.

Chọn chất oxi hoá, khối lượng và hiệu suất rồi bấm Chạy: khí qua hai bình và dâng trong bình thu. So KMnO₄ với MnO₂ ở cùng số mol.

2. Hiệu suất

Phản ứng thực tế không hoàn toàn nên lượng sản phẩm thu được ít hơn lí thuyết:

H%=lượng thực teˆˊlượng lıˊ thuyeˆˊt×100%.H\% = \frac{\text{lượng thực tế}}{\text{lượng lí thuyết}} \times 100\%.

  • Biết chất đầu, cần sản phẩm thực tế: nhân HH vào lượng sản phẩm lí thuyết.
  • Biết sản phẩm thực tế, cần chất đầu: chia cho HH (cần nhiều chất đầu hơn lí thuyết).

3. Bài toán chuỗi hai bước

Khi sản phẩm bước 1 là chất đầu bước 2 (ví dụ KMnO4→Cl2→FeCl3\mathrm{KMnO_4} \rightarrow \mathrm{Cl_2} \rightarrow \mathrm{FeCl_3}) thì lượng thực tế của bước 1 là lượng đưa vào bước 2, rồi lại nhân hiệu suất bước 2. Hiệu suất chung:

H=H1×H2.H = H_1 \times H_2.

Phản ứng 2Fe+3Cl2→2FeCl3\mathrm{2Fe} + \mathrm{3Cl_2} \rightarrow \mathrm{2FeCl_3} với Fe\mathrm{Fe} dư: Cl2\mathrm{Cl_2} là chất giới hạn, nên hiệu suất tính theo Cl2\mathrm{Cl_2}. Mỗi bước cần ghi rõ "tính theo chất nào".

Tương tácChuỗi KMnO₄ → Cl₂ → FeCl₃
KMnO₄0,2 molCl₂ thực tế0,45 molFeCl₃0,24 molH₁ = 90%H₂ = 80%ống mờ: lí thuyết; ống đặc: thực tế
m(KMnO₄) = 31,6 g; n(Cl₂) lí thuyết = 0,5 mol, thực tế bước 1 = 0,45 mol (11,16 L).
Cl₂ phản ứng với Fe = 0,36 mol; = 0,24 mol; m(FeCl₃) = 39 g.
Hiệu suất chung H = H₁ × H₂ = 0,72; lí thuyết thu được 54,17 g FeCl₃, thực tế 39 g.

Kéo hai hiệu suất và xem ống đặc thu hẹp so với ống mờ. Chuyển sang chế độ Ngược để tính khối lượng KMnO₄ cần dùng.

4. Điều chế công nghiệp

Trong công nghiệp Cl2\mathrm{Cl_2} thu từ điện phân dung dịch NaCl\mathrm{NaCl} có màng ngăn: 2NaCl+2H2O→2NaOH+Cl2+H2\mathrm{2NaCl} + \mathrm{2H_2O} \rightarrow \mathrm{2NaOH} + \mathrm{Cl_2} + \mathrm{H_2} (điện phân, có màng ngăn). Từ 11,711{,}7 g NaCl\mathrm{NaCl} (0,20{,}2 mol) lí thuyết thu 0,10{,}1 mol Cl2\mathrm{Cl_2} (2,4792{,}479 L).

02Tóm tắt

ÝNội dung
MnO2\mathrm{MnO_2}MnO2+4HCl→MnCl2+Cl2+2H2O\mathrm{MnO_2} + \mathrm{4HCl} \rightarrow \mathrm{MnCl_2} + \mathrm{Cl_2} + \mathrm{2H_2O}, 11 mol cho 11 mol Cl2\mathrm{Cl_2}
KMnO4\mathrm{KMnO_4}2KMnO4+16HCl→⋯+5Cl2+8H2O\mathrm{2KMnO_4} + \mathrm{16HCl} \rightarrow \mathrm{\cdots} + \mathrm{5Cl_2} + \mathrm{8H_2O}, 11 mol cho 2,52{,}5 mol Cl2\mathrm{Cl_2}
Thể tíchV=n×24,79V = n \times 24{,}79 (đkc)
HCl\mathrm{HCl} bị oxi hoá10/1610/16 (với KMnO4\mathrm{KMnO_4}), 2/42/4 (với MnO2\mathrm{MnO_2})
Hiệu suấtsản phẩm thực tế == lí thuyết ×H\times H; chất đầu == lí thuyết /H/ H
ChuỗiH=H1H2H = H_1 H_2; chất giới hạn từng bước

03Mở rộng

Các chất oxi hoá khác cũng điều chế được Cl2\mathrm{Cl_2} từ HCl\mathrm{HCl} đặc: K2Cr2O7+14HCl→2KCl+2CrCl3+3Cl2+7H2O\mathrm{K_2Cr_2O_7} + \mathrm{14HCl} \rightarrow \mathrm{2KCl} + \mathrm{2CrCl_3} + \mathrm{3Cl_2} + \mathrm{7H_2O} và KClO3+6HCl→KCl+3Cl2+3H2O\mathrm{KClO_3} + \mathrm{6HCl} \rightarrow \mathrm{KCl} + \mathrm{3Cl_2} + \mathrm{3H_2O} (mỗi mol cho 33 mol Cl2\mathrm{Cl_2}). Cách làm giống hệt: viết phương trình, đổi mol, nhân hệ số, nhân hoặc chia hiệu suất.

Tiếp theoPhương pháp →