Bài viết Tính chất của Axit HCl (Axit Clohidric): Tính chất hóa học, vật lí, Điều chế, Ứng dụng với phương pháp giải chi tiết giúp học sinh ôn tập, biết cách làm bài tập. Xin mời các em học sinh tham khảo bài viết dưới đây.
Mục lục bài viết
1. Axit Clohiđric là gì?
Axit clohiđric (HCl) là một hợp chất vô cơ có công thức hóa học là HCl. Nó có tính axit mạnh và tồn tại ở hai dạng lỏng và khí. Axit clohiđric có nhiều tên gọi khác nhau như axit clohyđric, axit hiđrocloric, axit muriatic hay cloran.
HCl là công thức hóa học của axit clohidric, một chất ăn mòn mạnh và có mùi hắc. Dưới dạng dung dịch, HCl là một axit mạnh và có thể tạo ra ion hidroni (H+) trong nước.
Axit clohiđric được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như dược phẩm, hóa chất, xây dựng, nhưng cũng có khả năng ăn mòn các mô con người và gây tổn thương cơ quan hô hấp, mắt, da và ruột.
Axit clohiđric có cấu tạo phân tử đơn giản gồm một nguyên tử hydro liên kết với một nguyên tử clo bằng một liên kết cộng hóa trị. Phân tử HCl có độ bền thấp và dễ bị phân ly thành các ion H+ và Cl- khi tan trong nước. Trọng lượng phân tử của HCl là 36,5 g/mol.
2. Tính chất vật lí và tính chất hóa học của Axit clohiđric:
2.1. Tính chất vật lí:
Axit clohiđric có những tính chất lý hóa đặc trưng như sau:
– HCl là khí không màu, nặng hơn không khí, có mùi xốc và tan nhiều trong nước tạo dung dịch axit mạnh .
– Dung dịch HCl không màu khi loãng, và có màu vàng ngả xanh lá khi đậm đặc. HCl đậm đặc có thể tạo thành sương mù axit trong không khí ẩm. Dung dịch HCl đậm đặc nhất có nồng độ tối đa là 40%.
– Độ hòa tan của HCl trong nước là 725g/L ở 20 độ C.
– Trọng lượng phân tử của HCl là 36,5 g/mol.
– Điểm sôi của dung dịch HCl phụ thuộc vào nồng độ mol của HCl. Dung dịch HCl 20,2% có điểm sôi là 110 độ C, dung dịch HCl 38% có điểm sôi là 48 độ C.
– Điểm nóng chảy của dung dịch HCl cũng phụ thuộc vào nồng độ mol của HCl. Dung dịch HCl 38% có điểm nóng chảy là -27,32 độ C.
– Mật độ của dung dịch HCl dao động từ 1,18 g/cm3 (dung dịch 36-38%) đến 0,99 g/cm3 (dung dịch 0%).
– pH của dung dịch HCl phụ thuộc vào nồng độ mol của HCl. Dung dịch HCl 0,1M có pH bằng -1, pH giảm khi nồng độ tăng.
– Tính chất vật lí của dung dịch HCl như điểm sôi, điểm nóng chảy, mật độ, và pH phụ thuộc vào nồng độ mol của HCl trong dung dịch. Chúng thay đổi trong dung dịch với nồng độ phần trăm rất thấp từ 0% HCl đến hơn 40% HCl.
2.2. Tính chất hóa học:
Tính chất hóa học: Axit clohiđric là một axit mạnh nên nó có những tính chất hóa học sau:
– Đổi màu chỉ thị màu: Khi cho quỳ tím vào dung dịch HCl, ta thấy hiện tượng giấy quỳ tím hóa sang đỏ, đây cũng là cách để giúp nhận biết dấu hiệu của một axit.
– Là một chất điện ly mạnh, phân ly hoàn toàn trong nước thành ion H+ và Cl-.
– Tác dụng với bazơ để tạo thành muối và nước:
Cu(OH)2 + 2HCl → CuCl2 + 2H2O; Al(OH)3 + 3HCl → AlCl3 + 3H2O
– Tác dụng với oxit kim loại tạo ra muối và nước với đặc điểm là kim loại sẽ giữ nguyên hóa trị:
Fe3O4 + 8HCl → 4H2O + FeCl2 + 2FeCl3; CuO + 2HCl → CuCl2 + H2O
– Tác dụng với kim loại đứng trước H trong dãy hoạt động hóa học (trừ Pb) tạo thành muối và giải phóng khí hydro:
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
– Tác dụng với muối cho ra sản phẩm là muối mới và axit mới, nếu axit mới yếu hơn HCl và sản phẩm có kết tủa hoặc tạo ra chất khí bay lên:
Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + CO2 + H2O; NaNO3 + HCl → NaCl + HNO3
– Tác dụng với các chất có tính oxy hóa mạnh như KMnO4, K2Cr2O7, MnO2, KClO3,… trong đó HCl có vai trò là chất khử.
3. Điều chế Axit clohiđric:
3.1. Trong phòng thí nghiêm:
– Một trong những phương pháp điều chế HCl trong công nghiệp là phương pháp sunfat, dựa trên phản ứng của axit sulfuric đặc với muối clorua. Phương pháp này có thể cho nồng độ HCl lên đến 40%. Phương trình điều chế HCl bằng phương pháp sunfat như sau:
NaCl rắn + H2SO4 đặc → NaHSO4 + HCl (< 250C)
2NaCl rắn + H2SO4 đặc → Na2SO4 + 2HCl (> 400C)
Khí HCl sinh ra được dẫn qua dung dịch nước để thu được dung dịch axit clohidric.
Phương pháp này không được dùng để điều chế HBr và HI vì axit sulfuric đặc sẽ oxi hóa HBr và HI thành Br2 và I2, làm mất đi bromua và iodua. Phản ứng oxi hóa khử như sau:
H2SO4 đặc + 2HBr → SO2 + Br2 + 2H2O
H2SO4 đặc + 2HI → SO2 + I2 + 2H2O
– Cho các kim loại kiềm tác dụng với axit clohidric: Đây là cách điều chế HCl trong phòng thí nghiệm, với nồng độ HCl thấp hơn so với cách trên. Các kim loại kiềm như Li, Na, K, Rb… có tính khử mạnh, có thể tác dụng với axit clohidric (HCl) để tạo ra muối clorua và khí hidro. Phương trình hóa học của phản ứng có dạng:
M + HCl -> MCl + H2
Trong đó M là kim loại kiềm. Khí hidro sinh ra có thể được thu hoặc đốt cháy. Khí HCl còn lại có thể được hấp thụ vào dung dịch nước để thu được dung dịch axit clohidric.
Ngoài ra, còn có một số cách điều chế HCl khác như cho các hợp chất clorua như NH4Cl, C2H5Cl, ICl… tác dụng với các axit mạnh như H2SO4, HNO3…; cho các hợp chất oxyclorua như Cl2O, ClO2… tác dụng với nước; cho các hợp chất clorua kim loại quý như HAuCl4, AgCl… tác dụng với các chất khử mạnh như Zn, Al…; hoặc cho các hợp chất clorua kim loại kiềm như NaClO3, KClO4… tác dụng với các axit mạnh như H2SO4, H3PO4…
Tuy nhiên, các cách điều chế này ít được sử dụng do chi phí cao, hiệu suất thấp hoặc nguy hiểm.
3.2. Trong công nghiệp:
Trong công nghiệp, HCl được sản xuất bằng cách đốt cháy khí clo và khí hidro trong một bình kết tinh có chứa xúc tác như Pt hoặc Ni. Phản ứng xảy ra ở nhiệt độ cao khoảng 400°C và áp suất khoảng 10 atm. Phản ứng có tính tự duy trì và tỏa nhiệt lớn.
Đốt cháy khí hidro trong khí clo: Đây là cách điều chế HCl trong công nghiệp, với năng suất cao và chi phí thấp. Khí hidro và khí clo được sản xuất bằng phương pháp điện phân dung dịch muối ăn (NaCl) có màng ngăn. Sau đó, hai khí này được đưa vào một bình đốt cháy ở nhiệt độ cao, tạo ra khí HCl. Phương trình hóa học của phản ứng là:
H2 + Cl2 -> 2HCl
4. Ứng dụng của Axit clohiđric:
– Công nghiệp hóa chất: HCl được sử dụng làm chất xử lý trong quá trình sản xuất nhiều hợp chất hóa học như clorua, PVC (polyvinyl clorua), axit clorua, v.v. Nó cũng được sử dụng để điều chỉnh độ pH trong các quá trình sản xuất.
– Sản xuất muối: HCl được sử dụng để tạo ra nhiều loại muối khoáng, bao gồm muối ăn, muối công nghiệp và muối dùng trong các quá trình công nghiệp khác.
– Xử lý nước: HCl được sử dụng trong quá trình xử lý nước để điều chỉnh độ pH và loại bỏ các chất cặn, vi khuẩn và các tạp chất khác.
– Sản xuất kim loại: HCl được sử dụng để tạo ra các hợp chất clorua kim loại như sắt clorua, kẽm clorua và nhôm clorua. Các hợp chất này có ứng dụng trong quá trình điện phân và sản xuất các sản phẩm kim loại khác.
– Hóa dược phẩm: HCl được sử dụng trong ngành dược phẩm để điều chỉnh độ pH của các dung dịch và thuốc. Nó có thể được sử dụng để điều chỉnh độ axit trong các sản phẩm dùng cho dạ dày và tiêu hóa.
– Phân tích hóa học: HCl được sử dụng trong các phương pháp phân tích hóa học để phân tích các mẫu hoá học và xác định nồng độ các chất trong mẫu.
Tuy nhiên, HCl cũng là một chất độc hại và ăn mòn mạnh, có thể gây tổn thương cho các mô con người, đặc biệt là cơ quan hô hấp, mắt, da và ruột. Do đó, khi sử dụng HCl cần phải tuân thủ các biện pháp bảo vệ an toàn và xử lý sự cố khi có sự cố xảy ra.
5. Bài tập vận dụng liên quan:
Bài 1 trang 106 SGK Hóa 10
Cho 20 g hỗn hợp bột Mg và Fe tác dụng với dung dịch HCl dư thấy có 1g khí H2 bay ra. Khối lượng muối clorua tạo ra trong dung dịch là bao nhiêu gam?
A. 40,5g.
B. 45,5g.
C. 55,5g.
D. 65,5g.
Hướng dẫn giải: Đáp án: C
Ta có:
n(H2) = 1/2 = 0,5 mol.
Mg + 2HCl → MgCl2 + H2
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
n(Mg)= x; n(Fe) = y.
n(H2) = x + y = 0,5 mol.
mhh = 24x + 56y = 20g.
Giải hệ phương trình ta có x = y =0,25 mol.
mMgCl2 = 0, 25 × 95 = 23,75g.
mFeCl2 = 0,25 × 127 = 31,75g
Khối lượng muối clorua = 23,75 + 31,75= 55,5
Bài 2 Hoá 10 SGK trang 106
Nêu những tính tính chất vật lí của HCl?
Hướng dẫn giải:
– Chất khí không màu, mùi xốc, nặng hơn không khí.
– Tan nhiều trong nước, tạo thành dung dịch axit
– Ở 20oC, một thể tích nước có thể hòa tan 500 thể tích hiđro clorua.
Bài 3 SGK Hóa 10 trang 106
Có các chất sau Axit sunfuric đặc, nước, kali clorua rắn. Hãy viết các phương trình phản ứng để điều chế HCl.
Hướng dẫn giải:
2NaCl (tinh thể) + H2SO4 (đậm đặc) → Na2SO4 + 2HCl (nhiệt độ)
2KCl + 2H2O → 2KOH + H2 + Cl2 (điện phân dung dịch có màng ngăn)
H2 + Cl2 → 2HCl (ánh sáng)
Bài 4 trang 106 SGK Hóa 10
Hãy dẫn ra những phản ứng của HCl để làm ví dụ
a) Đó là phản ứng oxi hóa khử.
b) Đó không là phản ứng oxi hóa khử.
Hướng dẫn giải:
a) Với vai trò là chất khử:
MnO2 + 4HCl → MnCl2 + Cl2 + 2H2O
K2Cr2O7 + 14HCl –> 2CrCl3 + 2KCl + 3Cl2 + 7H2O
KClO3 + 6HCl –> 3Cl2 + KCl + 3H2O
Với vai trò là chất oxi hóa:
Mg + 2HCl → MgCl2 + H2↑
Mg + 2HCl → MgCl2 + H2↑
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2↑
b) Những ví dụ không phải là phản ứng oxi hóa khử của axit clohidric:
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O.
CuO + 2HCl → CuCl2 + H2O.
