Phản ứng KMNO4 ra Cl2 là một quá trình hóa học quan trọng và đa dạng ứng dụng. Phản ứng này được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, từ tẩy trắng, khử trùng, đến xử lý nước và sản xuất hóa chất. Cùng tìm hiểu phản ứng này sẽ đảm bảo an toàn, hiệu suất trong các quy trình công nghiệp và môi trường.
Lý thuyết về KMNO4 ra CL2
Phương trình phản ứng KMnO4 tác dụng HCl đặc
| 2KMnO4 | + 16HCl | → | 2KCl | + 2MnCl2 | + 5Cl2 | + 8H2O |
| (rắn, màu đen) | (lỏng, không màu) | (rắn, trắng) | (rắn) | (khí) | (lỏng, không màu) | |
| 158 | 36,5 | 74,5 | 126 | 71 | 18 |
Điều kiện phản ứng giữa KMnO4 và dung dịch HCl đậm đặc
Không có
Cách thực hiện phản ứng KMnO4 và HCl đậm đặc
Cho vào ống nghiệm khô một vài tinh thể KMnO4, nhỏ tiếp vào ống vài giọt dung dịch HCl đậm đặc. Đậy kín ống nghiệm bằng nút cao su.
Hiện tượng quan sát được
Có khí màu vàng lục thoát ra trong ống nghiệm, chính là Cl2. Vì khí Cl2 thoát ra gây độc chính vì vậy khi làm xong thí nghiệm cần thêm lượng dư dung dịch kiềm để trung hòa lượng HCl dư và tác dụng hết với Cl2 trong bình trước khi đổ ra môi trường.
Tính chất hóa học của kali pemanganat (KMnO4)
Vì là chất oxi hóa mạnh nên KMnO4 có thể phản ứng với kim loại hoạt động mạnh, axit hay các hợp chất hữu cơ dễ dàng.
- Phản ứng phân hủy bởi nhiệt độ cao
2KMnO4 K2MnO4 + MnO2 + O2
Khi pha loãng tinh thể pemanganat dưới ánh sáng mặt trời trực tiếp, oxi được giải phóng
4KMnO4 + 2H2O → 4KOH + 4MnO2 + 3O2
Phản ứng với axit
KMnO4 có thể phản ứng với nhiều axit mạnh như H2SO4, HCl hay HNO3, các phương trình phản ứng minh họa gồm:
2KMnO4 + 16HCl → 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O
3K2MnO4 + 4HNO3 → 2KMnO4 + MnO2 + 4KNO3 + 2H2O
3K2MnO4 + 2H2SO4 → 2KMnO4 + MnO2 + 2K2SO4 + 2H2O
Phản ứng với bazơ
Thuốc tím có thể tác dụng với nhiều dung dịch kiềm hoạt động mạnh như KOH, NaOH, phương trình phản ứng minh họa:
4NaOH + 4KMnO4 → 2H2O + O2 + 2K2MnO4 + 2Na2MnO4
Tính chất oxy hóa của KMnO4
Vì thuốc tím là chất oxy hóa mạnh nên có thể phản ứng với nhiều loại dung dịch và cho ra nhiều sản phẩm khác nhau.
- Trong môi trường axit, mangan bị khử thành Mn2+
2KMnO4 + 5Na2SO3 + 3H2SO4 → 2MnSO4 + 5Na2SO4 + K2SO4 + 3H2O
- Trong môi trường trung tính, tạo thành MnO2 có cặn màu nâu.
2KMnO4 + 3K2SO3 + H2O → 3K2SO4 + 2MnO2 + 2KOH
- Trong môi trường kiềm, bị khử thành MnO42-
2KMnO4 + Na2SO3 + 2KOH → 2K2MnO4 + Na2SO4 + H2O
Nội dung mở rộng về KMNO4 ra CL2
Khái quát chung về đặc điểm của thuốc tím (KMnO4)
Thuốc tím hay còn gọi là kali pemanganat, có công thức hóa học là KMnO4.
Thuốc tím có một số đặc tính nổi bật như sau:
- Là chất rắn, không mùi, tồn tại dưới dạng tinh thể tím đậm. Tuy nhiên, nếu bạn không cất giữ cẩn thận, nó sẽ chuyển sang màu tím hơi nâu giống đồng.
- Tan vô hạn trong nước tạo thành dung dịch có màu tím đậm. Nếu dung dịch loãng thì sẽ là màu tím đỏ.
Thuốc tím tan vô hạn trong nước
- Là chất oxy hóa mạnh (tức là có khả năng nhận điện tử từ những chất khác), có thể oxy hóa cả vật chất vô cơ cũng như hữu cơ.
- Bốc cháy hoặc phát nổ nếu kết hợp với chất hữu cơ khác.
- Bị phân hủy nhiệt độ trên 200oC và 100g nước hòa tan được 6.4g KMnO4.
Hiện nay thuốc tím được sản xuất và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của đời sống và lưu hành trên thị trường dưới hình thức là dạng bột hoặc tinh thể.
Ứng dụng của thuốc tím KMnO4 trong thực tế
Loại bỏ một số hợp chất vô cơ trong nước
Bạn đã từng gặp phải một loại nước có mùi hôi thối hoặc khi nếm có vị lạ?Nguyên nhân chính là do nguồn nước đó đã bị nhiễm sắt (khiến nước có mùi tanh) và mangan. Kali Pemanganat được sử dụng trong xử lý nước oxy hóa sắt và mangan, nhằm loại bỏ các hợp chất gây mùi.
Khi có sự xuất hiện của oxy, sắt và mangan trong nước sẽ bị oxy hóa khiến nước chuyển sang màu cam nâu (sắt oxit) hoặc đen (mangan oxit).
Để oxy hóa 1mg Fe và 1mg Mn cần một lượng thuốc tím tương ứng lần lượt 0.94mg và 1.92mg trong khoảng thời gian từ 5 – 10 phút.
3Fe2+ + KMnO4 + 7H2O ⇒ 3Fe(OH)3 + MnO2 + K++ 5H+
3Mn2+ + 2KMnO4 + 2H2O ⇒ 5MnO2 + 2K+ + 4H+
Sát trùng, diệt khuẩn
Thuốc tím có khả năng diệt khuẩn với nồng độ khá thấp, tuy nhiên, yêu cầu nguồn nước phải chứa ít chất hữu cơ. Chỉ 2 mg/l Kali pemanganat, 99% vi khuẩn gram âm và dương đã có thể bị tiêu diệt. Tác dụng này có được là do ion permanganate MnO4– oxy hóa tế bào của vi khuẩn.
Tiêu diệt nấm, tảo nhờ vào việc oxy hóa trực tiếp màng tế bào, phá hủy các enzyme đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất của tế bào.
Thuốc tím được dùng để diệt tảo trong ao cá
Loại bỏ bụi gây ra trong các thiết bị và đường ống nước. Khả năng mắc bệnh tả và các bệnh liên quan đến nước khác cũng có thể được giảm thiểu bằng cách rửa trái cây, rau và dụng cụ nấu ăn bằng dung dịch kali permanganat pha loãng.
Lưu ý: Tỷ lệ không nên quá 0.5 mg/l nước. Nếu pha thuốc tím quá đậm đặc, rau sẽ dễ giập nát. Sau khi ngâm xong, cần dùng nước sạch để rửa lại nhằm loại bỏ lượng dư của thuốc tím còn đọng trên rau.
Sử dụng nước sạch rửa lại sau khi dùng dung dịch thuốc tím pha loãng
Giải độc cho nước
- Thuốc tím Kali pemanganat có phản ứng với nhiều chất độc hữu cơ. Sau khi bị oxy hóa, chất độc sẽ không còn gây nguy hiểm nữa.
- Đối với thuốc diệt cá rotenone C23H22O6, 2 mg/l Kali pemanganat có khả năng loại bỏ được 0.05 mg/l rotenone. Tuy nhiên, thực tế thì các ao, hồ, nguồn nước tự nhiên cần liều lượng lớn hơn, khoảng 2- 2.5 mg cho 0.05 mg rotenone.
Dùng trong y tế
- Dùng làm thuốc khử trùng và thuốc diệt nấm.
- Điều trị các bệnh nhiễm trùng da khác nhau như eczema, viêm da, mụn trứng cá và nhiễm nấm khác gây ra ở bàn tay và chân.
Kali pemanganat được dùng để điều trị nhiều bệnh về da
- Những người bị các vết thương có mủ, rỉ nước và phồng rộp cũng có thể được điều trị bằng kali permanganat (đã pha loãng).
- Giải pháp cấp tính để điều trị nhiễm nấm như chân của vận động viên, nơi bàn chân bị ảnh hưởng được ngâm trong dung dịch kali permanganat trong nước khoảng 15 phút.
- Dung dịch Kali pemanganat loãng được dùng để sát khuẩn, tẩy uế, rửa các vết thương, tẩy rửa sống….
Điều trị bệnh cho cá
Rất nhiều bệnh của cá cảnh bắt nguồn do bị nhiễm trùng bên ngoài bởi các loài ký sinh, vi trùng và nấm. Nếu không chữa trị kịp thời, bệnh sẽ lây lan, phát triển khiến cá chết hàng loạt.
Cá bị bệnh nấm mang
- Thuốc tím được dùng để chữa trị nhiễm trùng mang vi khuẩn và viêm loét da. Bên cạnh đó, nó cũng tăng cường chất lượng nước bằng cách giảm thiểu nhu cầu oxy hóa sinh học và nó cũng phản ứng với các chất hữu cơ như vi khuẩn, tảo và các hạt.
- Các nhà sinh học khuyến cáo nên sử dụng thuốc tím với liều dùng từ 4- 8 mg/l cho các ao nuôi, với bể nhốt thì có thể cao hơn nhưng thời gian tiếp xúc phải thấp hơn.
Các ứng dụng khác của thuốc tím
- Là chất hấp thụ khí gas, chống nhiễm trùng trong nước.
- Dùng làm chất oxy hóa của đường saccharin, vitamin C.
- Chất làm bay màu của tinh bột, vải dệt,…
- Ngoài ra cũng được ứng dụng trong nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản, ngành cơ khí luyện kim và môi trường.
Hỗn hợp tẩy trắng sợi vải từ chanh và thuốc tím
Cách sử dụng thuốc tím đối với nguồn nước để đảm bảo an toàn, hiệu quả
Trong nuôi trồng thủy sản
- Thuốc tím thương mại thường tồn tại ở dạng tinh thể hoặc bột, do đó, người dùng cần phải hoà tan hoàn toàn vào nước trước khi trải khắp mặt ao. Sau khi nước ao chứa thuốc tím, hàm lượng PO3 trong nước sẽ hạ xuống, do đó cần bón phân (Lưu ý không được sử dụng đồng thời với thuốc diệt cá).
- Tùy vào lượng hợp chất hữu cơ có trong nước mà người dùng cân đối liều lượng thuốc tím sao cho phù hợp. Nếu không lượng thuốc sẽ phản ứng với chất hữu cơ, trở nên trung tính và không đủ độc lực tiêu diệt mầm bệnh.
- Khi bắt đầu nên sử dụng 2mg/l, nước sẽ chuyển từ màu tím sang hồng trong khoảng 8 -12 giờ, nghĩa là lượng thuốc tím sử dụng đã đủ không cần tăng thêm.
- Nếu trong 12 giờ sau khi xử lý màu nước chuyển sang màu nâu, tức là chưa đủ liều, do đó cần thêm 1 – 2mg/l thuốc tím nữa.
- Nên sử dụng thuốc tím vào sáng sớm để có thể quan sát sự chuyển màu của dễ dàng từ 8 – 12 giờ.
- Có thể sử dụng thuốc tím để tắm cho cá trong 30 phút với nồng độ 10 mg/l. Khi sử dụng cách này, cần đặc biệt chú ý đến những thay đổi của cá để kịp thời xử lý những dấu hiệu bất thường, ngăn chặn những hậu quả đáng tiếc có thể xảy ra. Đây là biện pháp được dùng nhiều với các ao nuôi đất.
- Sau khi tắm với thuốc tím xong, cá cần được ngâm trong dung dịch nước muối nồng độ 0.02-1% vài ngày hoặc 1 tuần, tùy từng loại cá. Phương pháp này rất hiệu quả trong việc điều trị các bệnh do Columnaris gây ra.
Trong đời sống sinh hoạt hàng ngày
- Thuốc tím được dùng để khử mùi và tạo vị nước: liều lượng tối đa 20mg/l
- Ở liều lượng 2-4 mg/l, thuốc tím có khả năng diệt khuẩn.
- Từ 50 mg/l, nó có khả năng diệt virus.
Những lưu ý khi sử dụng thuốc tím
- Cần tính toán chính xác lượng nước trong ao để tránh lãng phí trong khi vẫn đủ độc lực để tiêu diệt mầm bệnh.
- Bảo quản thuốc tím ở nơi kín đáo, thoáng mát, không có ánh nắng mặt trời trực tiếp chiếu vào vì thuốc tím là chất oxy hóa mạnh.
- Có thể diệt tảo trong ao bằng cách ngăn cản quá trình quang hóa. Tuy nhiên, xác tảo chết lại gây ra hiện tượng thiếu oxy. Do đó, khi sử dụng thuốc tím, bạn cần tăng cường bật quạt nước liên tục để ổn định nồng độ oxy trong nước, tránh việc thiếu không khí làm tôm, cá,… bị ngạt và tử vong.
- Dùng thuốc tím chung với một số loại thuốc sát trùng khác như formaline, oxy già…
- Quá trình xử lý có thể ảnh hưởng đến thủy sản, vì vậy khoảng cách giữa 2 lần sử dụng thuốc tím nên cách nhau ít nhất là 4 ngày, lưu ý thường xuyên theo dõi sức khỏe của tôm, cá,….
Tăng cường bật quạt nước khi sử dụng thuốc tím trong ao nuôi
Tính chất hóa học của kali pemanganat (KMnO4)
Vì là chất oxi hóa mạnh nên KMnO4 có thể phản ứng với kim loại hoạt động mạnh, axit hay các hợp chất hữu cơ dễ dàng.
- Phản ứng phân hủy bởi nhiệt độ cao
2KMnO4 K2MnO4 + MnO2 + O2
Khi pha loãng tinh thể pemanganat dưới ánh sáng mặt trời trực tiếp, oxi được giải phóng
4KMnO4 + 2H2O → 4KOH + 4MnO2 + 3O2
Phản ứng với axit
KMnO4 có thể phản ứng với nhiều axit mạnh như H2SO4, HCl hay HNO3, các phương trình phản ứng minh họa gồm:
2KMnO4 + 16HCl → 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O
3K2MnO4 + 4HNO3 → 2KMnO4 + MnO2 + 4KNO3 + 2H2O
3K2MnO4 + 2H2SO4 → 2KMnO4 + MnO2 + 2K2SO4 + 2H2O
Phản ứng với bazơ
Thuốc tím có thể tác dụng với nhiều dung dịch kiềm hoạt động mạnh như KOH, NaOH, phương trình phản ứng minh họa:
4NaOH + 4KMnO4 → 2H2O + O2 + 2K2MnO4 + 2Na2MnO4
Tính chất oxy hóa của KMnO4
Vì thuốc tím là chất oxy hóa mạnh nên có thể phản ứng với nhiều loại dung dịch và cho ra nhiều sản phẩm khác nhau.
- Trong môi trường axit, mangan bị khử thành Mn2+
2KMnO4 + 5Na2SO3 + 3H2SO4 → 2MnSO4 + 5Na2SO4 + K2SO4 + 3H2O
- Trong môi trường trung tính, tạo thành MnO2 có cặn màu nâu.
2KMnO4 + 3K2SO3 + H2O → 3K2SO4 + 2MnO2 + 2KOH
- Trong môi trường kiềm, bị khử thành MnO42-
2KMnO4 + Na2SO3 + 2KOH → 2K2MnO4 + Na2SO4 + H2O
Bài tập vận dụng liên quan
Câu 1. Trong phòng thí nghiệm người ta điều chế oxi bằng cách nhiệt phân KClO3 hat KMnO4 hoặc KNO3. Vì lí do nào sau đây?
- Dễ kiếm, rẻ tiền
- Giàu oxi và dễ phân hủy ra oxi
- Phù hợp với thiết bị hiện đại
- Không độc hại
Đáp án B
Câu 2. Trong phòng thí nghiệm cần điều chế 4,48 lít O2 (Đktc). Dùng chất nào sau đây có khối lượng nhỏ nhất.
- KMnO4
- KClO3
- KNO3
- Không khí
Đáp án B
Câu 3. Cho 14,6 gam HCl tác dụng hết với KMnO4, thu được V lít khí Cl2 (đktc). Giá trị của V là
- 8,96
- 2,8
- 5,60
- 11,20
Đáp án B
Phương trình phản ứng hóa học
2KMnO4 + 16HCl → 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O
⇒ nHCl = 14,6/36,5 = 0,4 (mol)
⇒ nCl2 = 0,4.5/16 = 0,125 mol
V = 0,125 . 22,4 = 2,8 (l)
Câu 4. Trong phòng thí nghiệm, người ta thường điều chế clo bằng cách
- điện phân nóng chảy NaCl.
- cho dung dịch HCl đặc tác dụng với MnO2, đun nóng.
- điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn.
- cho F2 đẩy Cl2 ra khỏi dung dịch NaCl.
Đáp án B
Câu 5. Chất dùng để làm khô khí Cl2 ẩm là
- dung dịch H2SO4 đậm đặc.
- Na2SO3 khan.
- CaO.
- dung dịch NaOH đặc.
Đáp án A
Câu 6. Đặc điểm chung của các đơn chất halogen (F2, Cl2, Br2, I2):
- ở điều kiện thường đều là chất khí
- tác dụng mãnh liệt với nước.
- vừa có tính oxi hóa, vừa có tính khử.
- tính chất hóa học cơ bản là tính oxi hóa.
Đáp án D
Các đơn chất halogen có tính chất hóa học cơ bản là tính oxi hóa.
Câu 7. Cho clo vào nước, thu được nước clo Nước clo là hỗn hợp gồm các chất:
- HCl, HClO
- HClO, Cl2, H2O
- H2O, HCl, HClO
- H2O, HCl, HClO, Cl2
Đáp án D
Cl2 có phản ứng thuận nghịch với nước:
H2O + Cl2 → HCl + HClO (axit clohiđric và axit hipoclorơ)
Ngoài ra clo tan trong nước theo kiểu vật lí
=> trong nước clo có chứa Cl2, HCl, HClO, H2O.
Câu 8. Dãy gồm các chất đều tác dụng được với dung dịch HCl loãng là
- NaNO3, CaCO3, Fe(OH)3
- KHCO3, AgNO3, CuO
- FeS, BaSO4, NaOH
- AgNO3, (NH4)2CO3, CuS
Đáp án B
Phương trình phản ứng
HCl + KHCO3 → H2O + CO2 + KCl
AgNO3 + HCl → AgCl↓ + HNO3
CuO + 2HCl → CuCl2 + H2O
Câu 9. Nhiệt phân cùng một lượng số mol mỗi chất sau: KMnO4; KClO3; KNO3; H2O2. Chất nào thu được lượng khí oxi lớn nhất?
- KMnO4
- KClO3
- KNO3
- H2O2
Đáp án B
Giả sử lấy 1 mol mỗi chất
Phương trình hóa học nhiệt phân:
2KMnO4 K2MnO4 + MnO2 + O2
2 mol 1 mol
1 mol → 0,5 mol
2KClO3 2KCl + 3O2
2 mol 3 mol
1 mol → 1,5 mol
2KNO3 2KNO2 + O2
2 mol 1 mol
1 mol → 0,5 mol
2H2O2 2H2O + O2
2 mol 1 mol
1 mol → 0,5 mol
=> chất thu được lượng khí oxi lớn nhất là KClO3
Câu 10. Cho KMnO4 tác dụng với HCl đặc thu được khí A. Dẫn khí thu được vào dung dịch KOH ở nhiệt độ thường và đun nóng. Cho biết hiện tượng xảy ra
- Mất màu dung dịch thuốc tím, có khí vàng lục thoát ra, sau đó dung dịch không màu
- Mất màu dung dịch thuốc tím, sau đó dung dịch không màu
- Mất màu dung dịch thuốc tím, có khí không màu thoát ra, sau đó dung dịch không màu
- Mất màu dung dịch thuốc tím, có khí vàng lục thoát ra.
Đáp án A
KMnO4 tan trong HCl làm mất màu dung dịch thuốc tím đồng thời có khí màu vàng lục thoát ra, tiếp tục sục khí Clo vào KOH ta được dung dịch ko màu.
Phương trình hóa học
2KMnO4 + 16HCl→ 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O
Cl2 + 2KOH → KCl + KClO + H2O
Kết luận của phản ứng KMNO4 ra Cl2 là một quá trình hóa học đáng chú ý và quan trọng trong ngành hóa học, công nghiệp. Phản ứng này được sử dụng trong nhiều ứng dụng, như là một chất tẩy trắng, khử trùng và xử lý nước. Đồng thời, quá trình KMNO4 ra Cl2 cũng đòi hỏi sự quản lý cẩn thận, vì khí clo có thể gây hại và có tác động tiêu cực đến môi trường, sức khỏe con người.
Xem thêm:
