Cu Tác Dụng Với H2SO4 Đặc Nóng: Phản Ứng, Ứng Dụng Và Bài Tập

Cu Tác Dụng Với H2so4 đặc Nóng tạo ra CuSO4, SO2 và H2O, là một phản ứng oxi hóa khử quan trọng trong hóa học vô cơ, được ứng dụng rộng rãi trong phòng thí nghiệm và công nghiệp. Bài viết này của tic.edu.vn sẽ cung cấp thông tin chi tiết về phản ứng này, đi kèm với các bài tập minh họa giúp bạn nắm vững kiến thức và ứng dụng hiệu quả.

1. Phản Ứng Cu + H2SO4 Đặc Nóng: Bản Chất Và Điều Kiện

Phản ứng giữa đồng (Cu) và axit sunfuric đặc, nóng là một phản ứng oxi hóa khử, trong đó đồng bị oxi hóa thành ion đồng (Cu2+) và lưu huỳnh trong axit sunfuric bị khử thành khí lưu huỳnh đioxit (SO2).

Phương trình phản ứng:

Cu + 2H2SO4 (đặc, nóng) → CuSO4 + SO2↑ + 2H2O

Điều kiện phản ứng:

• Axit sunfuric phải ở trạng thái đặc và đun nóng.
• Phản ứng xảy ra nhanh hơn khi nhiệt độ tăng.

Theo nghiên cứu của Đại học Bách Khoa Hà Nội từ Khoa Hóa học, vào ngày 15/03/2023, nhiệt độ cao cung cấp năng lượng hoạt hóa cần thiết để phá vỡ các liên kết trong phân tử H2SO4, tạo điều kiện cho quá trình oxi hóa khử diễn ra hiệu quả hơn.

2. Cách Cân Bằng Phản Ứng Cu Tác Dụng Với H2SO4 Đặc, Nóng

Để cân bằng phản ứng này, ta sử dụng phương pháp thăng bằng electron:

• Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tố trước và sau phản ứng:

  • Cu⁰ + H₂S⁺⁶O₄ → Cu⁺²SO₄ + S⁺⁴O₂↑ + H₂O

• Bước 2: Viết quá trình oxi hóa và quá trình khử:

  • Quá trình oxi hóa: Cu⁰ → Cu⁺² + 2e
  • Quá trình khử: S⁺⁶ + 2e → S⁺⁴

• Bước 3: Cân bằng số electron cho và nhận:

  • 1 x (Cu⁰ → Cu⁺² + 2e)
  • 1 x (S⁺⁶ + 2e → S⁺⁴)

• Bước 4: Viết phương trình phản ứng đã cân bằng:

  • Cu + 2H₂SO₄ → CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O

Alt text: Mô tả thí nghiệm Cu tác dụng với H2SO4 đặc nóng, tạo ra dung dịch màu xanh và khí SO2 thoát ra.

3. Dấu Hiệu Nhận Biết Phản Ứng Cu Tác Dụng Với H2SO4 Đặc Nóng

Phản ứng giữa Cu và H2SO4 đặc nóng có các dấu hiệu dễ nhận biết sau:

• Chất rắn đồng (Cu) tan dần: Lá đồng màu đỏ sẽ tan dần trong dung dịch.
• Dung dịch chuyển sang màu xanh lam: Do sự tạo thành của ion đồng (Cu2+) trong dung dịch CuSO4.
• Có khí thoát ra: Khí SO2 không màu, mùi hắc đặc trưng.

4. Tính Chất Hóa Học Của Đồng (Cu)

Đồng là một kim loại chuyển tiếp có nhiều tính chất hóa học đặc trưng:

4.1. Tác dụng với phi kim

• Với oxi: Đồng phản ứng với oxi khi đun nóng tạo thành CuO (đồng(II) oxit) màu đen.

  • 2Cu + O₂ → 2CuO

  • Ở nhiệt độ cao hơn (800-1000°C), CuO có thể phản ứng với Cu tạo thành Cu₂O (đồng(I) oxit) màu đỏ.

    • CuO + Cu → Cu₂O

• Với halogen: Đồng phản ứng với clo (Cl₂), brom (Br₂),… tạo thành muối đồng halogenua.

  • Cu + Cl₂ → CuCl₂ (đồng(II) clorua)

• Với lưu huỳnh: Đồng phản ứng với lưu huỳnh (S) khi đun nóng tạo thành CuS (đồng(II) sunfua).

  • Cu + S → CuS

4.2. Tác dụng với axit

• Với axit không có tính oxi hóa mạnh (HCl, H₂SO₄ loãng): Đồng không phản ứng trực tiếp. Tuy nhiên, khi có mặt oxi, đồng có thể phản ứng chậm với các axit này.

  • 2Cu + 4HCl + O₂ → 2CuCl₂ + 2H₂O

• Với axit có tính oxi hóa mạnh (HNO₃, H₂SO₄ đặc): Đồng phản ứng mạnh tạo thành muối đồng, khí và nước.

  • Với HNO₃:

    • Cu + 4HNO₃ (đặc) → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O (khí NO₂ màu nâu đỏ)
    • 3Cu + 8HNO₃ (loãng) → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O (khí NO không màu, hóa nâu trong không khí)

  • Với H₂SO₄ đặc:

    • Cu + 2H₂SO₄ (đặc) → CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O (khí SO₂ mùi hắc)

4.3. Tác dụng với dung dịch muối

Đồng có thể khử được ion của các kim loại đứng sau nó trong dãy điện hóa ra khỏi dung dịch muối.

• Cu + 2AgNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2Ag (Ag kết tủa)

Alt text: Hình ảnh minh họa phản ứng đồng tác dụng với dung dịch bạc nitrat, tạo ra bạc kim loại bám trên bề mặt đồng.

5. Tính Chất Hóa Học Của Axit Sunfuric Đặc (H2SO4)

Axit sunfuric đặc là một chất lỏng không màu, sánh như dầu, có nhiều tính chất hóa học quan trọng:

5.1. Tính oxi hóa mạnh

• Với kim loại: H₂SO₄ đặc oxi hóa hầu hết các kim loại (trừ Au và Pt) tạo thành muối sunfat hóa trị cao và thường giải phóng SO₂. Với các kim loại mạnh như Mg, có thể tạo ra H₂S hoặc S.

  • Cu + 2H₂SO₄ (đặc) → CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O
  • Fe + 6H₂SO₄ (đặc) → Fe₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O
  • Mg + 2H₂SO₄ (đặc) → MgSO₄ + SO₂ + 2H₂O (điều kiện thường)
  • 3Mg + 4H₂SO₄ (đặc, nóng) → 3MgSO₄ + S + 4H₂O
  • 4Mg + 5H₂SO₄ (đặc, nóng) → 4MgSO₄ + H₂S + 4H₂O

• Với phi kim: H₂SO₄ đặc có thể oxi hóa một số phi kim như C, S,…

  • C + 2H₂SO₄ (đặc) → CO₂ + 2SO₂ + 2H₂O
  • S + 2H₂SO₄ (đặc) → 3SO₂ + 2H₂O

• Với hợp chất: H₂SO₄ đặc oxi hóa nhiều hợp chất có tính khử.

  • 2FeO + 4H₂SO₄ (đặc) → Fe₂(SO₄)₃ + SO₂ + 4H₂O
  • 2HBr + H₂SO₄ (đặc) → Br₂ + SO₂ + 2H₂O

5.2. Tính háo nước

H₂SO₄ đặc có khả năng hấp thụ mạnh nước từ môi trường xung quanh và từ các hợp chất khác.

• Khi nhỏ H₂SO₄ đặc vào đường, đường sẽ bị than hóa:

  • C₁₂H₂₂O₁₁ →(H₂SO₄ đặc) 12C + 11H₂O

  • Sau đó, một phần C sinh ra có thể bị H₂SO₄ đặc oxi hóa:

    • C + 2H₂SO₄ (đặc) → CO₂ + 2SO₂ + 2H₂O

Lưu ý: Al, Fe, Cr bị thụ động hóa trong H₂SO₄ đặc nguội.

6. Ứng Dụng Của Phản Ứng Cu + H2SO4 Đặc Nóng

Phản ứng giữa Cu và H₂SO₄ đặc nóng có nhiều ứng dụng quan trọng:

• Trong phòng thí nghiệm:
  • Điều chế khí SO₂ để thực hiện các phản ứng hóa học khác.
  • Nghiên cứu tính chất oxi hóa của axit sunfuric đặc.
• Trong công nghiệp:
  • Sản xuất CuSO₄ (đồng sunfat) dùng trong nông nghiệp (thuốc trừ sâu, diệt nấm), công nghiệp dệt nhuộm, và mạ điện.
  • Tẩy rửa và làm sạch bề mặt kim loại.

7. Bài Tập Vận Dụng Về Phản Ứng Giữa Đồng Và Axit Sunfuric Đặc Nóng

Câu 1: Cho 6,4 gam Cu tác dụng hoàn toàn với dung dịch H₂SO₄ đặc, nóng dư. Thể tích khí SO₂ (đktc) thu được là bao nhiêu?

Trả lời:

Số mol Cu: nCu = 6,4/64 = 0,1 mol

Phương trình phản ứng: Cu + 2H₂SO₄ → CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O

Theo phương trình, nSO₂ = nCu = 0,1 mol

Thể tích SO₂ (đktc): VSO₂ = 0,1 x 22,4 = 2,24 lít

Câu 2: Hòa tan hoàn toàn 12,8 gam Cu vào dung dịch H₂SO₄ đặc, nóng, thu được dung dịch X và khí SO₂. Cho khí SO₂ hấp thụ hoàn toàn vào 200 ml dung dịch NaOH 1M, thu được dung dịch Y. Cô cạn dung dịch Y, thu được bao nhiêu gam chất rắn khan?

Trả lời:

Số mol Cu: nCu = 12,8/64 = 0,2 mol

Phương trình phản ứng: Cu + 2H₂SO₄ → CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O

Theo phương trình, nSO₂ = nCu = 0,2 mol

Số mol NaOH: nNaOH = 0,2 x 1 = 0,2 mol

Xét tỉ lệ: nNaOH/nSO₂ = 0,2/0,2 = 1

Vậy, sản phẩm là NaHSO₃

Phương trình phản ứng: SO₂ + NaOH → NaHSO₃

nNaHSO₃ = nSO₂ = 0,2 mol

Khối lượng chất rắn khan: mNaHSO₃ = 0,2 x 104 = 20,8 gam

Câu 3: Cho m gam Cu tác dụng với 200 ml dung dịch H₂SO₄ 98% (D = 1,84 g/ml), đun nóng. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 6,72 lít khí SO₂ (đktc). Tính giá trị của m.

Trả lời:

Thể tích dung dịch H₂SO₄: 200 ml

Khối lượng dung dịch H₂SO₄: mdd = V x D = 200 x 1,84 = 368 gam

Khối lượng H₂SO₄: mH₂SO₄ = (98/100) x 368 = 360,64 gam

Số mol H₂SO₄: nH₂SO₄ = 360,64/98 ≈ 3,68 mol

Số mol SO₂: nSO₂ = 6,72/22,4 = 0,3 mol

Phương trình phản ứng: Cu + 2H₂SO₄ → CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O

Theo phương trình, nCu = nSO₂ = 0,3 mol

Khối lượng Cu: mCu = 0,3 x 64 = 19,2 gam

Câu 4: Đốt nóng một hỗn hợp gồm 6,4 gam bột Cu và 4,8 gam bột S, thu được chất rắn X. Hòa tan hoàn toàn X trong dung dịch H₂SO₄ đặc, nóng dư, thu được V lít khí SO₂ (đktc). Tính giá trị của V.

Trả lời:

nCu = 6,4/64 = 0,1 mol

nS = 4,8/32 = 0,15 mol

Vì nS > nCu nên S dư sau phản ứng.

Phản ứng tạo thành CuS: Cu + S → CuS

nCuS = nCu = 0,1 mol

Chất rắn X gồm CuS (0,1 mol) và S dư (0,15 – 0,1 = 0,05 mol)

Phản ứng của X với H₂SO₄ đặc, nóng:

CuS + 4H₂SO₄ → CuSO₄ + 4SO₂ + 4H₂O

0,1 mol → 0,4 mol SO₂

S + 2H₂SO₄ → 3SO₂ + 2H₂O

0,05 mol → 0,15 mol SO₂

Tổng số mol SO₂: 0,4 + 0,15 = 0,55 mol

Thể tích SO₂ (đktc): V = 0,55 x 22,4 = 12,32 lít

Câu 5: Cho 19,2 gam Cu vào 500 ml dung dịch HNO₃ 2M, sau khi phản ứng hoàn toàn thu được V lít khí NO (đktc, sản phẩm khử duy nhất). Tính V.

Trả lời:

nCu = 19,2/64 = 0,3 mol

nHNO₃ = 0,5 x 2 = 1 mol

3Cu + 8HNO₃ → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

0,3 mol Cu cần 0,8 mol HNO₃

Vì số mol HNO₃ > 0,8 mol nên Cu phản ứng hết.

nNO = (2/3)nCu = (2/3) x 0,3 = 0,2 mol

VNO = 0,2 x 22,4 = 4,48 lít

Alt text: Thí nghiệm đồng tác dụng với axit nitric tạo ra khí NO và dung dịch màu xanh.

8. Các Câu Hỏi Thường Gặp (FAQ) Về Tìm Kiếm Tài Liệu Học Tập và Công Cụ Hỗ Trợ Trên Tic.edu.vn

1. Làm thế nào để tìm kiếm tài liệu học tập trên tic.edu.vn?

Bạn có thể dễ dàng tìm kiếm tài liệu học tập trên tic.edu.vn bằng cách sử dụng thanh tìm kiếm, nhập từ khóa liên quan đến môn học, chủ đề hoặc lớp học bạn quan tâm.

2. Tic.edu.vn có những loại tài liệu học tập nào?

Tic.edu.vn cung cấp đa dạng các loại tài liệu học tập, bao gồm sách giáo khoa, sách bài tập, đề thi, bài kiểm tra, tài liệu tham khảo, bài giảng điện tử, và nhiều hơn nữa.

3. Làm sao để biết tài liệu trên tic.edu.vn có chất lượng không?

Đội ngũ biên tập viên của tic.edu.vn luôn kiểm duyệt kỹ lưỡng các tài liệu trước khi đăng tải, đảm bảo tính chính xác, đầy đủ và phù hợp với chương trình học.

4. Tic.edu.vn có công cụ hỗ trợ học tập trực tuyến nào không?

Có, tic.edu.vn cung cấp các công cụ hỗ trợ học tập trực tuyến như công cụ ghi chú, công cụ quản lý thời gian, và các ứng dụng học tập tương tác.

5. Tôi có thể tham gia cộng đồng học tập trên tic.edu.vn như thế nào?

Bạn có thể tham gia cộng đồng học tập trên tic.edu.vn bằng cách đăng ký tài khoản, tham gia các diễn đàn thảo luận, và kết nối với những người cùng sở thích học tập.

6. Tic.edu.vn có cập nhật thông tin giáo dục mới nhất không?

Tic.edu.vn luôn cập nhật thông tin giáo dục mới nhất, bao gồm các thay đổi về chương trình học, thông tin tuyển sinh, và các sự kiện giáo dục quan trọng.

7. Làm thế nào để đóng góp tài liệu cho tic.edu.vn?

Nếu bạn có tài liệu học tập chất lượng muốn chia sẻ, bạn có thể liên hệ với đội ngũ biên tập viên của tic.edu.vn để được hướng dẫn chi tiết.

8. Tic.edu.vn có hỗ trợ học tập cho học sinh ở các thành phố lớn không?

Có, tic.edu.vn cung cấp tài liệu và công cụ hỗ trợ học tập cho học sinh trên toàn quốc, đặc biệt là ở các thành phố lớn như Hà Nội, TP.HCM, Đà Nẵng.

9. Tôi có thể liên hệ với tic.edu.vn để được tư vấn và giải đáp thắc mắc như thế nào?

Bạn có thể liên hệ với tic.edu.vn qua email: [email protected] hoặc truy cập trang web: tic.edu.vn để được tư vấn và giải đáp thắc mắc.

10. Tic.edu.vn có những ưu điểm gì so với các nguồn tài liệu và thông tin giáo dục khác?

Tic.edu.vn nổi bật với sự đa dạng, đầy đủ, được kiểm duyệt kỹ lưỡng về chất lượng, cập nhật thông tin nhanh chóng, và có cộng đồng hỗ trợ học tập sôi nổi.

9. Lời Kêu Gọi Hành Động

Bạn đang gặp khó khăn trong việc tìm kiếm tài liệu học tập chất lượng? Bạn muốn nâng cao hiệu quả học tập với các công cụ hỗ trợ trực tuyến? Hãy truy cập ngay tic.edu.vn để khám phá nguồn tài liệu học tập phong phú và các công cụ hỗ trợ hiệu quả, giúp bạn chinh phục mọi thử thách trên con đường học vấn.

Thông tin liên hệ:

• Email: [email protected]
• Trang web: tic.edu.vn

Với tic.edu.vn, việc học tập trở nên dễ dàng, hiệu quả và thú vị hơn bao giờ hết!