Giải bài 2 trang 119 SGK Hoá 10 Chân trời sáng tạo: Điều chế Hydrogen Halide bằng phương pháp Sunfat

Bài 2 trang 119 Hóa 10 (Chân trời Sáng tạo):

Trong phòng thí nghiệm, một khí hydrogen halide (HX) được điều chế theo phản ứng sau:

NaX_(khan) + H₂SO_4(đặc) $\xrightarrow[]{t^0}$ HX↑ + NaHSO₄ (hoặc Na₂SO₄)

a) Cho biết HX là chất nào trong các chất sau: HCl, HBr, HI. Giải thích.

b) Có thể dụng dung dịch NaX và H₂SO₄ loãng để điều chế HX theo phản ứng trên được không. Giải thích

Phân tích lý thuyết

Phương pháp được mô tả ở trên gọi là phương pháp sunfat. Nguyên tắc của phương pháp này dựa trên việc dùng một acid khó bay hơi ($H_2SO_4$ đặc) để đẩy một acid dễ bay hơi ($HX$) ra khỏi muối khan. Tuy nhiên, phương pháp này chỉ thành công khi $HX$ tạo ra không phản ứng ngược lại với $H_2SO_4$ đặc.

Giải bài 2 trang 119 Hóa 10 (Chân trời Sáng tạo):

a) HX là chất nào? Giải thích.

Trong ba chất $HCl, HBr, HI$, khí $HX$ chính là $HCl$.

Giải thích:

• Với $HCl$: Ion $Cl^-$ có tính khử rất yếu, không khử được $H_2SO_4$ đặc. Do đó, chỉ xảy ra phản ứng trao đổi để giải phóng khí $HCl$:

  $$NaCl \text{(khan)} + H_2SO_4 \text{(đặc)} \xrightarrow{< 250^\circ C} NaHSO_4 + HCl \uparrow$$

• Với $HBr$: Ion $Br^-$ có tính khử mạnh hơn $Cl^-$, nó sẽ khử $H_2SO_4$ đặc thành $SO_2$ và bị oxi hóa thành $Br_2$ (màu nâu đỏ). Vì vậy không thu được $HBr$ tinh khiết.

  $$2NaBr + 2H_2SO_4 \text{(đặc)} \rightarrow Na_2SO_4 + Br_2 + SO_2 \uparrow + 2H_2O$$

• Với $HI$: Ion $I^-$ có tính khử rất mạnh, nó khử $H_2SO_4$ đặc xuống tận $H_2S, S$ hoặc $SO_2$ tùy điều kiện và bị oxi hóa thành $I_2$ (màu tím đen).

  $$8NaI + 5H_2SO_4 \text{(đặc)} \rightarrow 4Na_2SO_4 + 4I_2 + H_2S \uparrow + 4H_2O$$

b) Có thể dùng dung dịch NaX và H2SO4 loãng không?

Trả lời: Không thể dùng dung dịch $NaX$ và $H_2SO_4$ loãng để điều chế khí $HX$.

Giải thích:

• Để khí $HX$ thoát ra khỏi dung dịch, nồng độ của nó phải vượt mức bão hòa. Khi dùng dung dịch loãng, khí $HX$ (vốn rất tan trong nước) sẽ tan ngay vào nước tạo thành dung dịch acid, không bay hơi lên để thu khí được.

• Ngoài ra, $H_2SO_4$ đặc có tính háo nước mạnh, giúp hút nước và đẩy khí $HX$ ra ngoài hiệu quả hơn.

Tổng kết kiến thức cần nhớ

• Phương pháp sunfat: Chỉ dùng để điều chế $HF$ và $HCl$.

• Tính khử của các ion halide: Tăng dần theo thứ tự $Cl^- < Br^- < I^-$. Do tính khử mạnh của $Br^-$ và $I^-$, ta phải điều chế $HBr$ và $HI$ bằng phương pháp thủy phân phosphorus halide ($PBr_3, PI_3$).

Những lỗi học sinh hay mắc phải

1. Nhầm lẫn tính chất: Cho rằng cả $HBr$ và $HI$ cũng điều chế được bằng cách này. Hãy nhớ $H_2SO_4$ đặc vừa là acid vừa là chất oxi hóa mạnh.

2. Quên điều kiện "khan" và "đặc": Nếu thiếu hai điều kiện này, khí $HCl$ sẽ tan vào nước và phản ứng không đạt mục đích điều chế khí.

3. Cân bằng phương trình oxi hóa - khử: Các phương trình của $Br^-$ và $I^-$ với $H_2SO_4$ đặc khá phức tạp, cần chú ý số electron trao đổi để cân bằng đúng.