Phương trình phản ứng hóa học: P + KClO3 → KCl + P2O5

1. Tính chất và ứng dụng của từng thành phần trong phản ứng:

– Phương trình hóa học: 6P + 5KClO3 → 5KCl + 3P2O5

1.1. Tính chất và ứng dụng của P: 

– Được biết đến với tên gọi là Photpho. Trong tự nhiên, photpho tồn tại trong khoáng vật như photphorit Ca3(PO4)2 và apatit 3Ca3(PO4)2.CaF2. Ngoài ra, photpho có trong protein thực vật; trong xương, răng, bắp thịt, tế bào não, … của người và động vật. Nguyên tố này có thể tồn tại ở một số dạng thù hình khác nhau, nhưng phổ biến hơn cả là photpho trắng và photpho đỏ. Photpho trắng tồn tại dưới dạng chất rắn trong suốt, màu trắng hoặc hơi vàng, trông giống như sáp, có cấu trúc mạng tinh thể phân tử. Mềm, dễ nóng chảy, nguyên tố photpho trắng không tan trong nước mà tan trong một số dung môi hữu cơ như C6H6, CS2, …  Có tính độc và gây bỏng nặng khi rơi vào da. Bốc cháy trong không khí ở nhiệt độ trên 40 độ C, nên được bảo quản bằng cách ngâm trong nước.

Trong bóng tối ở điều kiện nhiệt độ bình thường thì photpho trắng sẽ phát quang màu lục nhạt. Khi đun nóng đến nhiệt độ 250 độ C trong môi trường không có không khí, photpho trắng chuyển dần thành photpho đỏ là dạng bền hơn. Photpho đỏ tồn tại ở dạng chất bột màu đỏ, dễ hút ẩm và chảy rữa, bền trong không khí ở nhiệt độ thường và không phát quang trong bóng tối. Photpho đỏ không tan trong các dung môi thông thường, chúng bốc cháy ở nhiệt độ trên 250 độ C. Khi đun nóng photpho đỏ trong môi trường không có không khí, photpho đỏ chuyển thành hơi, khi làm lạnh thì hơi đó ngưng tụ lại thành photpho trắng. Photpho đỏ có cấu trúc polime nên khó nóng chảy và khó bay hơi hơn photpho trắng.

– Photpho là phi kim hoạt động tương đối. Trong các hợp chất, photpho có số oxi hóa -3, +3 và +5. Do đó, khi tham gia phản ứng hóa học photpho thể hiện tính oxi hóa hoặc tính khử. Photpho trắng hoạt động hơn photpho đỏ vì cấu trúc phân tử của photpho trắng mang cấu trúc kiểu mạng phân tử còn photpho đỏ có cấu trúc kiểu polime. Tính oxi hóa của photpho được thể hiện rõ qua việc photpho có thể phản ứng với nhiều kim loại tạo ra muối photphua/ photphua kim loại.Tính khử của photpho cũng được công nhận qua việc photpho phản ứng được với phi kim chủ yếu là các phi kim hoạt động như oxi, halogen, lưu huỳnh,… và các hợp chất có tính oxi hóa mạnh khác. Photpho được ứng dụng nhiều chủ yếu trong các ngành sản xuất như tạo ra axit photphoric, trong sản xuất diêm và sản xuất bom, đạn cháy, đạn khói, …Hoặc photpho trắng được ứng dụng nhiều trong quân sự là bởi chúng tính dễ cháy, tạo màn khói, sương độc. Photpho trắng cháy ngay ở nhiệt độ thường khi tiếp xúc với oxy và tạo ra ngọn lửa rất độc với con người.

1.2. Tính chất và ứng dụng của KClO3:

– Có tên gọi là Kali clorat hay Potassium Chlorate, KClO3 là một hợp chất vô cơ, là muối của axit cloric đồng thời là một trong những hợp chất oxy hóa mạnh; tác dụng được với nhiều kim loại và phi kim khác như: cacbon( C) , photpho(P), lưu huỳnh(S), magie (Mg) …..Kali clorat tồn tại ở dạng muối bột hoặc tinh thể kết tinh; là chất rắn có màu trắng hoặc không màu. Cấu trúc tinh thể muối kali clorat tồn tại ở dạng đơn nghiêng. Hợp chất này có khả năng hòa tan: Hòa tan trong dung dịch glycerol; tan nhiều trong nước nóng;  ít tan trong nước lạnh, dung dịch acetone, amoniac; không tan trong môi trường cồn.  Kali clorat được xếp vào danh sách các loại hóa chất dễ nguy hiểm. Theo nghiên cứu thì chỉ với lượng nhỏ từ 2-3g KClO3 uống vào có thể gây ra ngộ độc nặng, thậm chí tử vong.

– KClO3 là hợp chất oxy hóa mạnh: Kali clorat ác dụng được với nhiều kim loại, phi kim xảy ra phản ứng tạo muối như: C (cacbon), P (photpho), Al (nhôm), S(lưu huỳnh), Mg(Magie)…. tạo ra muối KCl và hợp chất mới,  potassium chlorate nhiệt phân tạo ra muối clorua và phản ứng nhiệt phân của kali clorua là quá trình phân hủy bằng nhiệt. Quá trình phân hủy hóa học được tạo ra bởi nhiệt năng. Phản ứng thu nhiệt lớn đạt tới nhiệt độ đủ để phá vỡ các liên kết hóa học của hợp chất KClO3.  Phương trình nhiệt phân KClO3 kali clorua xảy ra tại 2 mốc nhiệt độ cụ thể dưới nhiệt độ 400℃ hợp chất bị phân hủy thành muối kali peclorat và kali clorua.  Ở nhiệt độ 500℃ hợp chất bị phân hủy thành muối kali clorua và oxy. Phản ứng này hoàn toàn có thể xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn nếu sử dụng MnO2 làm chất xúc tác. Như vậy, để hợp chất KClO3 chỉ nhiệt phân được khi ở nhiệt độ cao hoặc có chất xúc tác của MnO2.

Potassium chlorate (KClO3) được ứng dụng nhiều trong các ngành công nghiệp và nông nghiệp. Cụ thể:

– Trong công nghiệp: potassium chlorate ứng dụng nhiều để sản xuất chất cháy nổ; được dùng làm nguyên liệu sản xuất thuốc nổ; các loại pháo hoa; những loại ngòi nổ khác nhau và một số loại hỗn hợp gây cháy. Đặc biệt là ngành công nghiệp tên lửa- chất đẩy tên lửa. Trong công nghiệp sản xuất diêm có tới 50% chứa KClO3 dùng làm nguyên liệu sản xuất đầu tạo lửa của que diêm.  Potassium chlorate còn được dùng làm nguyên liệu điều chế sản xuất khí oxy trong phòng thí nghiệm.

– Trong nông nghiệp: Potassium chlorate được sử dụng ở nồng độ thấp hơn liều lượng để diệt cỏ, chlorate kali sẽ làm lá bị vàng khi phun trực tiếp lên lá và làm rễ, chóp rễ bị phân hủy nếu tưới xuống đất. Hiện nay, việc xử lý cho nhãn ra hoa bằng KClO3 chủ yếu thực hiện bằng cách tưới vào đất để rễ cây nhãn hấp thu và sau đó làm chết rễ. Đất càng ẩm thì rễ cây nhãn hấp thu hóa chất càng nhanh. Dưới tác động của chlorate kali mà rễ cây bị chết, đặc biệt là ở các chóp rễ, nơi tổng hợp ra chất điều hòa sinh trưởng chuyển lên thân, lá. Ngoài ra, chúng ta có thể dùng dao cắt khoanh vỏ thân cây nhãn một khoảng rộng chừng 2 – 3mm khi lá ở giai đoạn lá lụa, đồng thời tưới Kali clorat vào gốc cây để tăng tỷ lệ ra hoa trong mùa nghịch…

1.3. Tính chất và ứng dụng của KCl:

– Muối Kali clorua (KCl) là một muối của kali với ion clorua. Nó không mùi và có tinh thể thủy tinh màu trắng hoặc không màu. Ở dạng chất rắn kali clorua tan trong nước và dung dịch của nó có vị giống muối ăn. Tất cả các nguồn muối kali clorua chính đều có nguồn gốc từ nước biển. Nước biển là dung dịch của một số muối hòa tan trong nước. Các muối quan trọng nhất là natri clorua (khoảng 2,3%), magiê clorua (khoảng 0,5%), natri sunfat (khoảng 0,4%), canxi clorua (khoảng 0,1%) và kali clorua (khoảng 0,07%).

Một số ứng dụng trong thực tiễn của muối Kali clorua

– Trong nông nghiệp KCl sử dụng là phân bón. Phân Kali Clorua, hay còn gọi là MOP, là loại phân bón cung cấp Kali được bà con ưa dùng nhất. Bởi phân Kali Clorua dễ tan trong nước. Bón vào đất, cây có thể sử dụng được ngay. Với mức giá phù hợp với túi tiền của người dân. Đồng thời phân phù hợp với nhiều loại đất trồng với hàm lượng Kali nguyên chất là 50- 60%. KCl xung quanh hạt giống sẽ bảo vệ cho hạt giống tránh khỏi những ảnh hưởng xấu đến quá trình nảy mầm. Khi các loại phân bón phân giải sẽ làm tăng sự tập trung của các muối hòa tan.

– Trong công nghiệp Kali Clorua còn được sử dụng như một loại hóa chất nguyên liệu. Nó được sử dụng cho sản xuất của kali hydroxit và kali kim loại. Ngoài ra nó còn được dùng trong công nghệ luyện kim, xi mạ.

– Trong công nghệ xử lý nước: Kali Clorua tan nhiều trong nước, thâm nhập vào các bề mặt của nước để lọc sạch nước thải nhà máy, nước sinh hoạt, nước bể bơi. KCl giúp loại bỏ các kim loại nặng, hợp chất lưu huỳnh, làm mềm nước cứng, làm chất keo tụ bụi bẩn lơ lửng trong nước, diệt khuẩn và sát trùng nước.

– Trong sản xuất thực phẩm :KCl có thể được sử dụng như một chất thay thế muối cho thực phẩm , nhưng do hương vị yếu, đắng, không ngon. Nó thường được trộn với muối ăn thông thường (natri clorua) để cải thiện mùi vị để tạo thành muối natri thấp . Ngoài ra, nó còn được sử dụng làm chất ổn định. Hay trong công nghiệp sản xuất nước uống đóng chai, nước giải khát đều bổ sung ion K+, một khoáng chất cần thiết cho hoạt động của cơ thể. Tất cả được làm từ nguyên liệu kali clorua.

– Trong y học: Kali clorua được ứng dụng trong y học để bào chế thuốc và thuốc tiêm nhằm điều trị bệnh thiếu kali máu. KCl là loại chất rất cần thiết cho cơ thể, trong các chức năng hoạt động của hệ tiêu hóa, tim, thậm, cơ và cả hệ thần kinh. Vì thế lượng kali trong máu thấp là cực kỳ nguy hiểm.

1.4. Tính chất và ứng dụng của P2O5: 

– P2O5 có tên gọi là Đi photpho Penta Oxit (Phosphorus pentoxide). Đây là một oxit axit được hình thành khi cho photpho tác dụng với oxi ở nhiệt độ cao tạo thành phân tử mà trong đó có 2 nguyên tử photpho liên kết với 5 nguyên tử oxi tạo thành hợp chất P2O5 . Phosphorus pentoxide thường tồn tại trong trạng thái rắn có màu trắng không mùi, háo nước và dễ chảy rữa thường dùng để làm khô các chất và dễ cháy. P2O5 là chất hút ẩm mạnh nên thường được sử dụng làm chất hút ẩm và khử nước. Đi photpho Penta Oxit tan hoàn toàn trong nước tạo thành dung dịch axit và trong môi trường kiềm tạo thành các muối như NaHPO4 . .

P2O5 tác dụng với nước tạo thành dung dịch axit tương ứng. Điphotpho Pentaoxit (P2O5) khi tác dụng với  nước (H2O) tạo thành axit tương ứng (H2PO4 – axit photphoric). P2O5 tác dụng với nước ở điều kiện bình thường, không cần thêm xúc tác gì nên rất dễ dàng thực hiện ngay trong phòng thí nghiệm.P2O5 tác dụng với dung dịch kiềm như NaOH tạo thành muối. Với mỗi tỷ lệ khác nhau, P2O5 khi tác dụng với dung dịch kiềm sẽ tạo thành các loại muối khác nhau.

Công dụng chính của  P2O5 là được sử dụng làm chất hút ẩm cho chất lỏng và khí. Ngoài ra nó còn được dùng trong quá trình tổng hợp hữu cơ.Trong quy trình sản xuất andehyt thì nó lại được kết hợp cùng với axit cacboxylic. Một ứng dụng phổ biến khác của nó là làm phân bón trong sản xuất nông lâm nghiệp như phân lân photphat.

2. Điều kiện xảy ra phản ứng P + KClO3 → KCl + P2O5:

2.1. Cơ chế hoạt động của các chất tham gia phản ứng:

– Photpho trong phản ứng: Photpho đóng vai trò là chất khử, bởi trong photpho vừa có tính khử vừa có tính oxi hoá nên  khử được một số hợp chất có tính oxi hoá mạnh.

– Trong phản ứng thì KClO3 là chất oxi hoá. Bởi KClO3 là hợp chất có tính oxi hoá mạnh tác dụng được với nhiều phi kim tạo muối như S, P, Mg.

2.2. Điều kiện phản ứng P tác dụng với KClO3: 

– Photpho phản ứng với KClO3 ở nhiệt độ cao

– Phản ứng: 6P + 5KClO3 → 5KCl + 3P2O5

– Khi photpho và kali clorat phản ứng với nhau sẽ tạo thành hai hợp chất là kali clorua và điphotpho pentaoxit.

3. Bài tập vận dụng liên quan và hướng dẫn lời giải:

Câu 1. Phát biểu nào sau đây là sai?

A. cấu hình electron nguyên tử của photpho là 1s22s22p63s23p6.

B. Photpho chỉ tồn tại ở 2 dạng thù hình photpho đỏ và photpho trắng.

C. Photpho trắng hoạt động mạnh hơn photpho đỏ

D. Ở nhiệt độ thường photpho hoạt động mạnh hơn nitơ.

Đáp án: B.

Câu 2. Cho phản ứng: P + KClO3 → P2O5 + KCl. Hệ số cân bằng của phương trình phản ứng này từ trái qua phải lần lượt là:

A. 2, 1, 1, 1

B. 4, 3, 2, 3

C. 8, 1, 4, 1

D. 6, 5, 3, 5

Đáp án: D

Câu 3. Trong phản ứng của photpho với (1) Ca, (2) O2, (3) Cl2, (4) KClO3. Những phản ứng trong đó photpho thể hiện tính khử là:

A. (1), (2), (4).

B. (1), (3).

C. (2), (3), (4).

D. (1), (2), (3).

Đáp án: C.

Câu 4. Đốt cháy photpho trong khí clo dư, phản ứng xảy ra hoàn toàn, sau phản ứng ta thu được hợp chất nào?

A. PCl3

B. PCl5

C. PCl2

D. PCl6

Đáp án: B.

Câu 5. Hai khoáng vật chính của photpho là:

A. Apatit và hematit

B. Pirit và photphorit

C. Apatit và photphorit

D. Manhetit và apatit

Đáp án: C.