Tìm hiểu phương pháp điều chế khí Clo trong phòng thí nghiệm an toàn, hiệu quả

Khí Clo rất có hại đối với sức khỏe con người dù ở dạng lỏng hay khí. Nó là nguyên nhân gây nên nhiều bệnh về cổ họng và hệ hô hấp. Trong thực tế, Clo được sử dụng nhiều trong việc khử trùng, tẩy trắng. Tuy nhiên, Clo tồn tại ở dạng hợp chất trong tự nhiên, chủ yếu ở dạng muối clorua. Vậy điều chế Clo trong phòng thí nghiệm cũng như trong công nghiệp ra sao. Tham khảo nội dung bài viết dưới đây để có câu trả lời chính xác nhất. 

1. Các đặc trưng vật lý, hóa học của khí Clo

1.1. Tính chất vật lý

- Clo là một nguyên tố phi kim thuộc nhóm halogen, tồn tại ở trạng thái khí trong điều kiện môi trường bình thường. Khí Clo có màu vàng lục, mùi hắc và độc hại.

- Khí Clo có thể tan trong nước, tan mạnh trong các dung môi hữu cơ và nặng hơn không khí khoảng 2.5 lần.

- Trong môi trường tự nhiên, đa phần Clo được tìm thấy ở dạng muối clorua, phần lớn là muối ăn natri clorua, ngoài ra còn có kali clorua và một số khoáng vật như  cacnalit KCl.MgCl₂.6H₂O và xinvinit NaCl.KCl.

1.2. Tính chất hóa học

- Tác dụng với phi kim tạo ra muối halogenua (thường là hóa trị cao nhất của kim loại đó)  trừ bạch kim (Platin Pt) và Vàng (Au).

2 Fe + 3 Cl₂ → 2 FeCl₃

Mg + Cl₂ →  MgCl₂

- Tác dụng với Hydro tạo ra Hydro clorua

H₂ + Cl₂ → 2HCl

Nếu tỷ lệ số mol của khí Clo với Hydro là 1:1 thì phản ứng nổ sẽ xảy ra

- Tác dụng với nước là phản ứng thuận nghịch

H₂O + Cl₂ ↔ HCl + HClO (axit hipoclorơ)

Axit hipoclorơ có tính oxy hóa mạnh nên được dùng làm chất sát trùng, tẩy màu.

- Tác dụng với dung dịch muối những halogen hoạt động yếu hơn clo

2 NaBr + Cl₂ → 2 NaCl + Br₂

- Tác dụng với chất khử mạnh

2 FeCl₂ + Cl₂ → 2 FeCl₃          

3 Cl₂ + 2 NH₃ → N₂ + 6 HCl

Trong phòng thí nghiệm, amoniac được dùng làm chất khử độc Clo

Tính chất hóa học của khí Clo

2. Các cách điều chế khí Clo

2.1. Điều chế khí Clo trong phòng thí nghiệm

Phương pháp điều chế Clo trong phòng thí nghiệm: Đun nóng nhẹ dung dịch axit clorua đậm đặc với chất có khả năng oxy hóa mạnh như mangan dioxit (MnO₂).

Phương trình phản ứng xảy ra như sau:

MnO₂ + 4 HCl → MnCl₂ + Cl₂ + 2 H₂O

Nếu muốn thu được khí Clo tinh khiết, cần tiếp tục thực hiện các bước sau:

- Cho khí Clo qua bình axit sulfuric đặc, nó sẽ được làm khô nước.

- Thu khí Clo bằng phương pháp đẩy không khí do khí Clo nặng hơn không khí.

- Sử dụng bông tẩm xút, tránh khí Clo bay ra bên ngoài vì Clo là khí độc

Ngoài ra có thể dùng một số chất oxy hóa khác như kali pemanganat (KMnO₄), Kali Clorat (KClO₃), Clorua vôi (CaOCl₂).

2 KMnO₄ + 16 HCl → 2 KCl + 2 MnCl₂ + 8 H₂O + 5 Cl₂

Điều chế Clo trong phòng thí nghiệm bằng Kali pemanganat

KClO₃ + 6 HCl → KCl + 3 H₂O + 3 Cl₂

CaOCl₂ + 2 HCl → Cl₂ + CaCl₂ + H₂O 

2.2. Điều chế khí Clo trong công nghiệp

Điều chế Clo trong phòng thí nghiệm chỉ thu được một lượng nhỏ, không đủ phục vụ cho nhiều ứng dụng trong cuộc sống. Do đó, điều chế công nghiệp là việc rất cần thiết. Các nhà sản xuất tiến hành điện phân muối Natri Clorua bằng điện phân nóng chảy theo phương trình phản ứng:

2 NaCl → 2 Na + Cl₂

Hoặc điện phân có màng ngăn dung dịch muối halogenua (natri clorua)

2 NaCl + 2 H₂O → H₂ + 2 NaOH + Cl₂

3. Ứng dụng của khí Clo trong thực tế

- Khí Clo được dùng để làm sạch nước, tẩy trắng hoặc khử trùng

- Là thuốc thử của ngành công nghiệp hóa chất

- Sản xuất nước Ja-ven, Clorua vôi, axit clorua….                           

 - Axit hypocloro HClO được dùng để khử trùng nước uống và nước hồ bơi.

- Clo được dùng khá phổ biến trong sản xuất giấy, khử trùng, thuốc nhuộm sợi vải, thực phẩm, thuốc diệt trừ sâu bệnh hại, các loại sơn, công nghiệp hóa dầu, sản xuất chất dẻo dung môi và rất nhiều sản phẩm tiêu dùng khác.

- Người ta cũng dùng Clo để sản xuất Clorat, Clorofom, tetraclorua cacbon cũng như chiết xuất brom.

- Điều chế nhiều loại dung môi công nghiệp như cacbon tetra clorua để  sản xuất nhiều chất polime như nhựa PVC, cao su tổng hợp…

- Điều chế Clo trong phòng thí nghiệm để dùng cho các phản ứng hóa học, phục vụ công tác giảng dạy, nghiên cứu.

Một số ứng dụng của khí Clo

4. Mức độ nguy hiểm của khí Clo

- Trộn khí Clo với nước tiểu hoặc sản phẩm tẩy rửa sẽ sản sinh khí độc gồm Clo và triclorua nito. Do đó cần thận trọng với hỗn hợp này.

- Trong trường hợp phơi nhiễm khí Clo nồng độ cao, dù không gây nguy hiểm tới tính mạng con người nhưng cũng làm tổn thương nghiêm trọng trong phổi như tích tụ huyết thanh hoặc phồng rộp.

- Phơi nhiễm Clo thấp làm phổi suy yếu, dễ bị rối loạn hô hấp

- Đối với trẻ nhỏ và người cao tuổi, khí Clo dễ gây kích ứng màng nhày, cháy da.

5. Các cách xử lý lượng Clo dư thừa trong nước sinh hoạt sau khi xử lý

Tại sao phải xử lý nước dư lượng Clo

Theo nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng, có đến 79% dân số các nước phát triển tiếp xúc với Clo và trong hầu hết các nhà máy cấp nước ở Việt Nam, người ta đều dùng Chlorine để khử trùng nước. Điều đó đồng nghĩa với việc, nguồn nước mà chúng ta sử dụng hàng ngày đều có chứa Clo.

Lượng Clo đạt chuẩn trong khử trùng nước là 1 – 16 mg/l. Nếu nó vượt quá mức này thì sẽ gây ngộ độc. Vì vậy, nếu bạn ngửi thấy nước có mùi lạ thì đó có thể chính là mùi Clo dư thừa. Nếu như vô tình sử dụng nước có chứa dư lượng Clo, sau khi đi vào cơ thể, nó sẽ kết hợp với nước trong hệ tiêu hóa tạo ra axit và gây nên nhiều loại bệnh như đau dạ dày, rối loạn chức năng gan, suy giảm hệ miễn dịch. Còn nếu tắm với nước nóng chứa Clo sẽ khiến lỗ chân lông giãn nở và các chất độc có cơ hội hấp thu vào cơ thể, gây độc gấp 20 lần so với uống trực tiếp nước chứa Clo dư. Đặc biệt, phụ nữ mang thai sử dụng nước có dư lượng Clo sẽ dễ gây dị tật, xảy thai.

Cách xử lý nước sinh hoạt có dư lượng Clo

Xử lý Clo dư trong nước sinh hoạt như nào?

- Sử dụng than hoạt tính: Than hoạt tính giúp loại bỏ Clo bằng cơ chế hấp thụ bề mặt. Theo nghiên cứu, cứ 1kg cacbon có thể phản ứng với 6kg Clo. Hiện nay, có rất nhiều loại than hoạt tính có khả năng loại bỏ Clo, trong đó dạng than hạt (GAC) là loại được sử dụng nhiều trong các bộ lọc nước lớn.

- Dùng tia cực tím: Tia cực tím với cường độ cao, bức xạ quang phổ rộng sẽ làm giảm cả Clo tự do và Chloramines bằng cách tách ra thành axit hydrochloric. 

- Dùng một số loại hóa chất như sulfite, bisulfites, metabisulfites.

- Phơi nước ở nơi thoáng khí cho Clo bay hơi.

- Sử dụng máy lọc công nghệ RO: Đây là loại máy lọc nước hoạt động theo quy trình khép kín hoàn toàn, theo nguyên lý thẩm thấu ngược và có thể loại bỏ tới 99% lượng Clo trong nước. Không chỉ vậy, nó còn giúp loại bỏ nhiều loại chất độc hại, cặn bã. Nhược điểm của thiết bị này là lọc sạch hết các khoáng chất tự nhiên có sẵn trong nước và khiến người dùng bị thiếu chất dinh dưỡng.

Hy vọng, qua những chia sẻ ở trên, các bạn đã phần nào nắm được cách điều chế Clo trong phòng thí nghiệm. Hiện nay, LabVIETCHEM đang có sẵn nhiều loại chất chuẩn Clo Hanna, máy đo quang, máy đo đục Clo,... Bạn nào quan tâm đến sản phẩm, vui lòng liên hệ trực tiếp tới số Hotline 1900 2639 để được chuyên viên tư vấn của chúng tôi hỗ trợ tốt nhất.

 Xem thêm: 

• Cách tính đương lượng và định luật đương lượng trong hóa học
• Hóa chất chuẩn, dung dịch chuẩn độ phòng thí nghiệm là gì?