Đây là bản xem thử. Phiên bản đầy đủ trong ứng dụng có bài tập, AI chấm ngay và theo dõi tiến độ học.
Bài học
Nước Javen: điều chế và ứng dụng
Mục tiêu bài học
Sau bài này, em viết được PTHH điều chế nước Javen từ Cl₂ và NaOH loãng, nguội, giải thích được cơ chế tẩy trắng và khử trùng của nước Javen, nêu được lưu ý an toàn khi sử dụng, và tính toán được lượng chất theo PTHH.
Kiến thức nền cần nhớ
Same-grade bridge: bài 2.2 của chương trước đã chỉ ra HClO — sinh ra khi Cl₂ tác dụng với nước — là chất oxi hoá mạnh chịu trách nhiệm cho tính tẩy màu, sát khuẩn của nước chlorine. Course 5 của năm học này cũng đã dạy cách xác định số oxi hoá và nhận diện chất oxi hoá, chất khử trong một phản ứng. Bài này áp dụng cả hai công cụ đó cho một phản ứng mới: Cl₂ tác dụng với dung dịch base.
Khởi động
Trên nhãn mọi chai nước Javen bán ở siêu thị đều có dòng cảnh báo in đậm: "Không trộn với các chất tẩy rửa khác". Nhiều gia đình từng gặp sự cố khi vô tình đổ chung nước Javen với một loại nước tẩy nhà vệ sinh có tính acid, và ngay lập tức một luồng khí có mùi hắc, gây ho sặc bốc lên trong không gian kín. Phản ứng hoá học nào đã xảy ra, và vì sao lời cảnh báo đó lại quan trọng đến vậy?
Kiến thức trọng tâm
Nước Javen là dung dịch hỗn hợp gồm sodium chloride (NaCl) và sodium hypochlorite (NaClO) trong nước, được điều chế bằng cách dẫn khí Cl₂ vào dung dịch NaOH loãng và phải ở nhiệt độ thấp (nguội): $Cl_2 + 2NaOH \xrightarrow{\text{loãng, nguội}} NaCl + NaClO + H_2O$. Xét số oxi hoá của chlorine: trong phân tử Cl₂ ban đầu, Cl có số oxi hoá 0; trong NaCl, Cl có số oxi hoá −1 (giảm, tức bị khử); trong NaClO, Cl có số oxi hoá +1 (tăng, tức bị oxi hoá). Như vậy, cùng nguyên tố chlorine trong Cl₂ vừa đóng vai trò chất oxi hoá (phần bị khử xuống −1) vừa đóng vai trò chất khử (phần bị oxi hoá lên +1) trong cùng một phản ứng — gọi là phản ứng tự oxi hoá – khử.
Chính NaClO là thành phần quyết định hiệu quả tẩy trắng và khử trùng của nước Javen. Trong dung dịch, NaClO thuỷ phân một phần sinh ra HClO — đúng chất oxi hoá mạnh đã học ở bài 2.2 — có khả năng phá huỷ cấu trúc phân tử của phẩm màu (làm mất màu vải, giấy) và tiêu diệt vi khuẩn, virus bằng cách oxi hoá phá huỷ thành tế bào và các phân tử sinh học của chúng. Nhờ cơ chế đó, nước Javen được dùng phổ biến để tẩy trắng vải sợi, giấy trong công nghiệp, khử trùng nước bể bơi, dụng cụ y tế, bề mặt và vật dụng trong gia đình.
Đây cũng là câu trả lời cho câu hỏi mở đầu. Vì nước Javen có tính base nhẹ (do NaClO thuỷ phân sinh base yếu), khi trộn với một chất tẩy rửa có tính acid (chứa HCl hoặc acid khác), xảy ra phản ứng: $NaClO + 2HCl \to NaCl + Cl_2\uparrow + H_2O$, giải phóng trực tiếp khí Cl₂ — chính chất khí độc đã nhắc tới ở đầu chương này. Trong không gian kín như nhà tắm, nhà vệ sinh, nồng độ Cl₂ có thể tăng nhanh đến mức gây ngộ độc đường hô hấp. Ngoài ra, nước Javen cũng dễ mất dần hiệu lực theo thời gian do NaClO bị phân huỷ chậm dưới tác dụng của ánh sáng, nên cần được bảo quản trong chai kín, để nơi tối mát.
Tên gọi "nước Javen" bắt nguồn từ Javel, một khu vực ở Paris (Pháp) nơi loại dung dịch tẩy trắng này lần đầu được sản xuất công nghiệp từ thế kỉ XVIII. Trên nhãn các chai nước Javen bán ngoài thị trường, nồng độ thường được ghi bằng đơn vị "độ chlorine hoạt tính" (kí hiệu °Cl hoặc thể hiện qua hàm lượng NaClO phần trăm khối lượng) — con số này càng lớn thì khả năng tẩy trắng, khử trùng càng mạnh, đồng thời cũng càng cần pha loãng cẩn thận trước khi dùng để tránh làm hỏng bề mặt hoặc gây kích ứng da.
Ví dụ
Viết PTHH và xác định vai trò của Cl₂ trong phản ứng điều chế nước Javen
1
Viết PTHH điều chế nước Javen từ khí Cl₂ và dung dịch NaOH loãng, nguội. Xác định vai trò của Cl₂ trong phản ứng.
Cl trong $Cl_2$: số oxi hoá 0. Cl trong NaCl: số oxi hoá −1 (giảm, bị khử). Cl trong NaClO: số oxi hoá +1 (tăng, bị oxi hoá).
4
Cl₂ vừa là chất oxi hoá (một nửa số nguyên tử Cl bị khử xuống −1) vừa là chất khử (nửa còn lại bị oxi hoá lên +1) trong cùng một phản ứng.
5
Vậy nước Javen (hỗn hợp NaCl và NaClO) hình thành từ phản ứng tự oxi hoá – khử của Cl₂ trong môi trường NaOH loãng, nguội.
Ví dụ
Tính khối lượng NaClO và giải thích an toàn khi sử dụng
1
Dẫn 3,7185 lít khí Cl₂ (đkc, 25 °C, 1 bar) vào lượng dư dung dịch NaOH loãng, nguội. Tính khối lượng NaClO thu được (giả sử hiệu suất phản ứng đạt 100%). Giải thích vì sao không được trộn nước Javen với dung dịch có tính acid.
2
$n_{Cl_2} = \dfrac{V}{V_m} = \dfrac{3.7185}{24.79} = 0.15$ mol (dùng $V_m=24.79$ lít/mol ở đkc theo chương trình 2018).
$m_{NaClO} = n \times M = 0.15 \times 74.5 = 11.175 \approx 11.18$ gam.
5
Nếu trộn nước Javen với dung dịch acid, xảy ra phản ứng $NaClO+2HCl\to NaCl+Cl_2\uparrow+H_2O$, giải phóng khí Cl₂ độc — rất nguy hiểm nếu hít phải trong không gian kín.
6
Vậy khối lượng NaClO thu được là 11,18 gam; tuyệt đối không trộn nước Javen với chất tẩy rửa có tính acid vì phản ứng sinh ra khí Cl₂ độc. Bài toán này cũng nhắc lại đúng dạng tính toán đã gặp ở chương trước: đổi thể tích khí sang số mol qua $V_m$, rồi dùng tỉ lệ mol trong PTHH để suy ra chất cần tìm — một kĩ năng lặp lại xuyên suốt cả khoá học.
Việc gọi đúng tên NaClO là "sodium hypochlorite" — chứ không phải "sodium chlorate" hay một tên gần giống khác — cũng là một điểm cần chú ý khi trình bày bài thi, vì tên gọi sai lệch dễ khiến người chấm hiểu nhầm sang một hợp chất chlorine khác có tính chất và ứng dụng hoàn toàn khác.
Sai lầm thường gặp
Nhiều em quên ghi rõ điều kiện "loãng, nguội" khi viết PTHH điều chế nước Javen — đây là điều kiện bắt buộc để phản ứng cho đúng sản phẩm NaClO; thiếu điều kiện này bị coi là trình bày chưa đầy đủ trong bài kiểm tra. Lỗi thứ hai: quên rằng Cl₂ vừa là chất oxi hoá vừa là chất khử trong phản ứng này, chỉ ghi "Cl₂ là chất oxi hoá" mà bỏ sót vai trò chất khử.
Luyện tập có hướng dẫn
Luyện tập độc lập
Kiểm tra nhanh
So với nước chlorine đơn giản (chỉ Cl₂ hoà tan trong nước, đã học ở bài 2.2), nước Javen bền hơn và tiện sử dụng hơn nhiều: NaClO là muối tan hoàn toàn, không thoát khí Cl₂ có mùi hắc khó chịu trong quá trình bảo quản như nước chlorine, nên phù hợp đóng chai bán rộng rãi cho người tiêu dùng. Nhìn xa hơn một chai nước tẩy trong nhà bếp, bài học này cho thấy một quy trình công nghiệp thực sự — điều chế một hoá chất hữu ích từ chính phản ứng oxi hoá – khử cơ bản đã học — chứ không chỉ là kiến thức lý thuyết tách rời khỏi đời sống.
Ghi nhớ
Nước Javen (NaCl + NaClO) điều chế từ $Cl_2+2NaOH$ loãng, nguội — phản ứng tự oxi hoá – khử của Cl₂. NaClO thuỷ phân tạo HClO, chất oxi hoá mạnh chịu trách nhiệm tẩy trắng, khử trùng. Tuyệt đối không trộn với acid vì sinh khí Cl₂ độc. Bài tiếp theo học một hợp chất khác cùng cơ chế nhưng ở dạng rắn, tiện lợi hơn cho quy mô lớn: clorua vôi.
Same-grade bridge: bài 2.2 của chương trước đã chỉ ra HClO — sinh ra khi Cl₂ tác dụng với nước — là chất oxi hoá mạnh chịu trách nhiệm cho tính tẩy màu, sát khuẩn của nước chlorine. Course 5 của năm học này cũng đã dạy cách xác định số oxi hoá và nhận diện chất oxi hoá, chất khử trong một phản ứng. Bài này áp dụng cả hai công cụ đó cho một phản ứng mới: Cl₂ tác dụng với dung dịch base.
Trên nhãn mọi chai nước Javen bán ở siêu thị đều có dòng cảnh báo in đậm: "Không trộn với các chất tẩy rửa khác". Nhiều gia đình từng gặp sự cố khi vô tình đổ chung nước Javen với một loại nước tẩy nhà vệ sinh có tính acid, và ngay lập tức một luồng khí có mùi hắc, gây ho sặc bốc lên trong không gian kín. Phản ứng hoá học nào đã xảy ra, và vì sao lời cảnh báo đó lại quan trọng đến vậy?
Nước Javen là dung dịch hỗn hợp gồm sodium chloride (NaCl) và sodium hypochlorite (NaClO) trong nước, được điều chế bằng cách dẫn khí Cl₂ vào dung dịch NaOH loãng và phải ở nhiệt độ thấp (nguội): Cl2+2NaOHloa˜ng, nguộiNaCl+NaClO+H2O. Xét số oxi hoá của chlorine: trong phân tử Cl₂ ban đầu, Cl có số oxi hoá 0; trong NaCl, Cl có số oxi hoá −1 (giảm, tức bị khử); trong NaClO, Cl có số oxi hoá +1 (tăng, tức bị oxi hoá). Như vậy, cùng nguyên tố chlorine trong Cl₂ vừa đóng vai trò chất oxi hoá (phần bị khử xuống −1) vừa đóng vai trò chất khử (phần bị oxi hoá lên +1) trong cùng một phản ứng — gọi là phản ứng tự oxi hoá – khử.
Chính NaClO là thành phần quyết định hiệu quả tẩy trắng và khử trùng của nước Javen. Trong dung dịch, NaClO thuỷ phân một phần sinh ra HClO — đúng chất oxi hoá mạnh đã học ở bài 2.2 — có khả năng phá huỷ cấu trúc phân tử của phẩm màu (làm mất màu vải, giấy) và tiêu diệt vi khuẩn, virus bằng cách oxi hoá phá huỷ thành tế bào và các phân tử sinh học của chúng. Nhờ cơ chế đó, nước Javen được dùng phổ biến để tẩy trắng vải sợi, giấy trong công nghiệp, khử trùng nước bể bơi, dụng cụ y tế, bề mặt và vật dụng trong gia đình.
Đây cũng là câu trả lời cho câu hỏi mở đầu. Vì nước Javen có tính base nhẹ (do NaClO thuỷ phân sinh base yếu), khi trộn với một chất tẩy rửa có tính acid (chứa HCl hoặc acid khác), xảy ra phản ứng: NaClO+2HCl→NaCl+Cl2↑+H2O, giải phóng trực tiếp khí Cl₂ — chính chất khí độc đã nhắc tới ở đầu chương này. Trong không gian kín như nhà tắm, nhà vệ sinh, nồng độ Cl₂ có thể tăng nhanh đến mức gây ngộ độc đường hô hấp. Ngoài ra, nước Javen cũng dễ mất dần hiệu lực theo thời gian do NaClO bị phân huỷ chậm dưới tác dụng của ánh sáng, nên cần được bảo quản trong chai kín, để nơi tối mát.
Tên gọi "nước Javen" bắt nguồn từ Javel, một khu vực ở Paris (Pháp) nơi loại dung dịch tẩy trắng này lần đầu được sản xuất công nghiệp từ thế kỉ XVIII. Trên nhãn các chai nước Javen bán ngoài thị trường, nồng độ thường được ghi bằng đơn vị "độ chlorine hoạt tính" (kí hiệu °Cl hoặc thể hiện qua hàm lượng NaClO phần trăm khối lượng) — con số này càng lớn thì khả năng tẩy trắng, khử trùng càng mạnh, đồng thời cũng càng cần pha loãng cẩn thận trước khi dùng để tránh làm hỏng bề mặt hoặc gây kích ứng da.
Cl2+2NaOHloa˜ng, nguộiNaCl+NaClO+H2O.
Cl trong Cl2: số oxi hoá 0. Cl trong NaCl: số oxi hoá −1 (giảm, bị khử). Cl trong NaClO: số oxi hoá +1 (tăng, bị oxi hoá).
nCl2=VmV=24.793.7185=0.15 mol (dùng Vm=24.79 lít/mol ở đkc theo chương trình 2018).
Cl2+2NaOH→NaCl+NaClO+H2O. Theo PT, nNaClO=nCl2=0.15 mol.
mNaClO=n×M=0.15×74.5=11.175≈11.18 gam.
Nếu trộn nước Javen với dung dịch acid, xảy ra phản ứng NaClO+2HCl→NaCl+Cl2↑+H2O, giải phóng khí Cl₂ độc — rất nguy hiểm nếu hít phải trong không gian kín.
Vậy khối lượng NaClO thu được là 11,18 gam; tuyệt đối không trộn nước Javen với chất tẩy rửa có tính acid vì phản ứng sinh ra khí Cl₂ độc. Bài toán này cũng nhắc lại đúng dạng tính toán đã gặp ở chương trước: đổi thể tích khí sang số mol qua Vm, rồi dùng tỉ lệ mol trong PTHH để suy ra chất cần tìm — một kĩ năng lặp lại xuyên suốt cả khoá học.
Nhiều em quên ghi rõ điều kiện "loãng, nguội" khi viết PTHH điều chế nước Javen — đây là điều kiện bắt buộc để phản ứng cho đúng sản phẩm NaClO; thiếu điều kiện này bị coi là trình bày chưa đầy đủ trong bài kiểm tra. Lỗi thứ hai: quên rằng Cl₂ vừa là chất oxi hoá vừa là chất khử trong phản ứng này, chỉ ghi "Cl₂ là chất oxi hoá" mà bỏ sót vai trò chất khử.
So với nước chlorine đơn giản (chỉ Cl₂ hoà tan trong nước, đã học ở bài 2.2), nước Javen bền hơn và tiện sử dụng hơn nhiều: NaClO là muối tan hoàn toàn, không thoát khí Cl₂ có mùi hắc khó chịu trong quá trình bảo quản như nước chlorine, nên phù hợp đóng chai bán rộng rãi cho người tiêu dùng. Nhìn xa hơn một chai nước tẩy trong nhà bếp, bài học này cho thấy một quy trình công nghiệp thực sự — điều chế một hoá chất hữu ích từ chính phản ứng oxi hoá – khử cơ bản đã học — chứ không chỉ là kiến thức lý thuyết tách rời khỏi đời sống.
Nước Javen (NaCl + NaClO) điều chế từ Cl2+2NaOH loãng, nguội — phản ứng tự oxi hoá – khử của Cl₂. NaClO thuỷ phân tạo HClO, chất oxi hoá mạnh chịu trách nhiệm tẩy trắng, khử trùng. Tuyệt đối không trộn với acid vì sinh khí Cl₂ độc. Bài tiếp theo học một hợp chất khác cùng cơ chế nhưng ở dạng rắn, tiện lợi hơn cho quy mô lớn: clorua vôi.