Cu + H2SO4 đặc là một phản ứng quan trọng trong hóa học, đặc biệt được quan tâm bởi học sinh, sinh viên và những người làm trong lĩnh vực liên quan. Bài viết này của tic.edu.vn sẽ cung cấp thông tin chi tiết về phản ứng này, từ phương trình, điều kiện, tính chất đến các bài tập vận dụng, giúp bạn nắm vững kiến thức và ứng dụng hiệu quả. Khám phá ngay các tài liệu và công cụ hỗ trợ học tập hiệu quả trên tic.edu.vn để nâng cao kiến thức của bạn về axit sunfuric và phản ứng oxy hóa khử!
Contents
- 1. Phương Trình Phản Ứng Cu + H2SO4 Đặc Nóng
- 2. Điều Kiện Để Phản Ứng Cu Tác Dụng Với Dung Dịch H2SO4 Đặc, Nóng Diễn Ra
- 3. Cách Cân Bằng Phản Ứng Cu Tác Dụng Với Dung Dịch H2SO4 Đặc, Nóng
- 4. Hiện Tượng Quan Sát Được Khi Cho Cu Tác Dụng Với H2SO4 Đặc, Nóng
- 5. Tính Chất Hóa Học Của Đồng (Cu)
- 5.1. Tác Dụng Với Phi Kim
- 5.2. Tác Dụng Với Axit
- 5.3. Tác Dụng Với Dung Dịch Muối
- 6. Tính Chất Hóa Học Của Axit Sunfuric Đặc (H2SO4)
- 6.1. Tính Oxi Hóa Mạnh
- 6.2. Tính Háo Nước
- 7. Ứng Dụng Của Phản Ứng Cu + H2SO4 Đặc
- 8. Bài Tập Vận Dụng Về Phản Ứng Giữa Cu Và H2SO4 Đặc
- 9. Ý Định Tìm Kiếm Của Người Dùng
- 10. FAQ – Các Câu Hỏi Thường Gặp
1. Phương Trình Phản Ứng Cu + H2SO4 Đặc Nóng
Phương trình hóa học của phản ứng giữa đồng (Cu) và axit sunfuric (H2SO4) đặc, nóng, tạo ra đồng(II) sunfat (CuSO4), khí sulfur dioxide (SO2) và nước (H2O) như sau:
Cu + 2H2SO4 (đặc, nóng) → CuSO4 + SO2↑ + 2H2O
2. Điều Kiện Để Phản Ứng Cu Tác Dụng Với Dung Dịch H2SO4 Đặc, Nóng Diễn Ra
Phản ứng Cu + H2SO4 đặc diễn ra ngay ở điều kiện thường, tuy nhiên, nhiệt độ cao sẽ làm tăng tốc độ phản ứng. Để phản ứng xảy ra hiệu quả nhất, cần có những điều kiện sau:
- Axit sunfuric (H2SO4) phải đặc: Axit sunfuric loãng không phản ứng với đồng (Cu).
- Nhiệt độ: Đun nóng hỗn hợp phản ứng. Nhiệt độ cao cung cấp năng lượng hoạt hóa, giúp phản ứng xảy ra nhanh hơn.
3. Cách Cân Bằng Phản Ứng Cu Tác Dụng Với Dung Dịch H2SO4 Đặc, Nóng
Để cân bằng phản ứng này, ta sử dụng phương pháp thăng bằng electron như sau:
-
Xác định số oxi hóa của các nguyên tố trước và sau phản ứng:
- Cu: 0 → +2
- S: +6 → +4
-
Viết quá trình oxi hóa và khử:
- Quá trình oxi hóa: Cu0 → Cu+2 + 2e
- Quá trình khử: S+6 + 2e → S+4
-
Cân bằng số electron cho và nhận:
- 1 x (Cu0 → Cu+2 + 2e)
- 1 x (S+6 + 2e → S+4)
-
Viết phương trình ion thu gọn và phương trình phân tử:
- Phương trình ion thu gọn: Cu + 2H2SO4 → Cu2+ + SO2 + 2H2O
- Phương trình phân tử: Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2H2O
4. Hiện Tượng Quan Sát Được Khi Cho Cu Tác Dụng Với H2SO4 Đặc, Nóng
Khi cho Cu vào dung dịch H2SO4 đặc, nóng, ta sẽ quan sát được các hiện tượng sau:
- Lá đồng màu đỏ (Cu) tan dần trong dung dịch.
- Dung dịch chuyển sang màu xanh lam đặc trưng của ion Cu2+.
- Có khí không màu, mùi hắc (SO2) thoát ra.
5. Tính Chất Hóa Học Của Đồng (Cu)
Đồng là kim loại chuyển tiếp có nhiều tính chất hóa học quan trọng:
5.1. Tác Dụng Với Phi Kim
-
Với Oxi:
Ở nhiệt độ cao, đồng phản ứng với oxi tạo thành CuO (đồng(II) oxit). Lớp CuO này bảo vệ đồng khỏi bị oxi hóa tiếp tục.
2Cu + O2 → 2CuO
Khi đun nóng mạnh hơn (800-1000°C), CuO có thể phản ứng với Cu tạo thành Cu2O (đồng(I) oxit) màu đỏ.
CuO + Cu → Cu2O -
Với Clo, Brom, Lưu Huỳnh:
Đồng phản ứng với clo, brom, lưu huỳnh tạo thành các muối hoặc sulfide.
Cu + Cl2 → CuCl2 (đồng(II) clorua)
5.2. Tác Dụng Với Axit
-
Với HCl và H2SO4 loãng:
Đồng không phản ứng trực tiếp với HCl và H2SO4 loãng trong điều kiện không có oxi.
Tuy nhiên, khi có mặt oxi, đồng có thể phản ứng chậm với HCl.
2Cu + 4HCl + O2 → 2CuCl2 + 2H2O -
Với HNO3 và H2SO4 đặc:
Đồng phản ứng mạnh với HNO3 và H2SO4 đặc.
Cu + 2H2SO4 (đặc) → CuSO4 + SO2 + 2H2O
Cu + 4HNO3 (đặc) → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
3Cu + 8HNO3 (loãng) → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
5.3. Tác Dụng Với Dung Dịch Muối
Đồng có thể khử ion của các kim loại đứng sau nó trong dãy điện hóa. Ví dụ, đồng khử ion bạc (Ag+) trong dung dịch AgNO3.
Cu + 2AgNO3 → Cu(NO3)2 + 2Ag
6. Tính Chất Hóa Học Của Axit Sunfuric Đặc (H2SO4)
Axit sunfuric đặc là một chất oxi hóa mạnh và có nhiều tính chất đặc biệt:
6.1. Tính Oxi Hóa Mạnh
-
Tác dụng với kim loại:
H2SO4 đặc, nóng có thể oxi hóa hầu hết các kim loại (trừ Au và Pt) tạo thành muối hóa trị cao và thường giải phóng khí SO2. Nếu kim loại có tính khử mạnh (ví dụ: Mg), sản phẩm khử có thể là H2S hoặc S.
2Fe + 6H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2H2O
Al, Fe, Cr bị thụ động hóa trong H2SO4 đặc, nguội. -
Tác dụng với phi kim:
H2SO4 đặc, nóng có thể oxi hóa một số phi kim như C và S.
C + 2H2SO4 → CO2 + 2SO2 + 2H2O
S + 2H2SO4 → 3SO2 + 2H2O -
Tác dụng với hợp chất có tính khử:
H2SO4 đặc, nóng có thể oxi hóa các hợp chất có tính khử như FeO và KBr.
2FeO + 4H2SO4 → Fe2(SO4)3 + SO2 + 4H2O
2KBr + 2H2SO4 → Br2 + SO2 + 2H2O + K2SO4
6.2. Tính Háo Nước
H2SO4 đặc có khả năng hấp thụ mạnh nước từ các chất khác, kể cả các hợp chất hữu cơ. Khi cho H2SO4 đặc vào đường, đường sẽ bị than hóa.
C12H22O11 → 12C + 11H2O
Sau đó, một phần cacbon (C) sinh ra có thể bị H2SO4 đặc oxi hóa:
C + 2H2SO4 → CO2 + 2SO2 + 2H2O
7. Ứng Dụng Của Phản Ứng Cu + H2SO4 Đặc
Phản ứng giữa Cu và H2SO4 đặc có nhiều ứng dụng quan trọng trong công nghiệp và phòng thí nghiệm:
- Điều chế CuSO4: CuSO4 là một hợp chất quan trọng, được sử dụng trong nông nghiệp (làm thuốc trừ sâu), công nghiệp (trong mạ điện, sản xuất thuốc nhuộm), và y học (làm chất khử trùng).
- Sản xuất SO2: SO2 được sử dụng để sản xuất axit sunfuric, chất tẩy trắng, và chất bảo quản thực phẩm.
- Tẩy rửa kim loại: H2SO4 đặc được sử dụng để loại bỏ oxit và các tạp chất trên bề mặt kim loại.
8. Bài Tập Vận Dụng Về Phản Ứng Giữa Cu Và H2SO4 Đặc
Để củng cố kiến thức, chúng ta sẽ cùng giải một số bài tập liên quan đến phản ứng giữa Cu và H2SO4 đặc.
Câu 1. Cho 6,4 gam Cu tác dụng hoàn toàn với dung dịch H2SO4 đặc, nóng, dư. Tính thể tích khí SO2 (đktc) thu được.
Giải:
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. Sau khi phản ứng kết thúc, thu được dung dịch X và V lít khí SO2 (đktc). Hấp thụ hết khí SO2 vào 200 ml dung dịch NaOH 1M, thu được dung dịch Y. Xác định thành phần các chất tan trong dung dịch Y.
Giải:
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: T = nNaOH / nSO2 = 0,2 / 0,2 = 1
Vậy sản phẩm là NaHSO3 (natri hidrosunfit).
Câu 3. Cho m gam Cu tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc, nóng, thu được 6,72 lít khí SO2 (đktc). Tính giá trị của m.
Giải:
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. Cho 19,2 gam Cu tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc, nóng, dư. Khí SO2 sinh ra được hấp thụ hoàn toàn vào 500 ml dung dịch NaOH 1M. Tính khối lượng muối tạo thành.
Giải:
Số mol Cu: nCu = 19,2 / 64 = 0,3 mol
Phương trình phản ứng: Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2H2O
Theo phương trình, nSO2 = nCu = 0,3 mol
Số mol NaOH: nNaOH = 0,5 x 1 = 0,5 mol
Xét tỉ lệ: T = nNaOH / nSO2 = 0,5 / 0,3 = 1,67
Vì 1 < T < 2, sản phẩm gồm Na2SO3 và NaHSO3.
Gọi x là số mol Na2SO3 và y là số mol NaHSO3.
Ta có hệ phương trình:
x + y = 0,3 (theo số mol SO2)
2x + y = 0,5 (theo số mol NaOH)
Giải hệ phương trình, ta được: x = 0,2 mol và y = 0,1 mol
Khối lượng Na2SO3: mNa2SO3 = 0,2 x 126 = 25,2 gam
Khối lượng NaHSO3: mNaHSO3 = 0,1 x 104 = 10,4 gam
Tổng khối lượng muối: m = 25,2 + 10,4 = 35,6 gam
Câu 5. Đun nóng m gam Cu với H2SO4 đặc, dư, thu được 4,48 lít khí SO2 (đktc). Giá trị của m là bao nhiêu?
Giải:
Số mol SO2: nSO2 = 4,48 / 22,4 = 0,2 mol
Phương trình phản ứng: Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2H2O
Theo phương trình, nCu = nSO2 = 0,2 mol
Khối lượng Cu: mCu = 0,2 x 64 = 12,8 gam
Câu 6. Cho 3,2 gam Cu tác dụng với 20 ml dung dịch H2SO4 98% (d = 1,84 g/ml), đun nóng. Tính nồng độ mol của muối trong dung dịch sau phản ứng (giả sử thể tích dung dịch không thay đổi).
Giải:
Số mol Cu: nCu = 3,2 / 64 = 0,05 mol
Khối lượng H2SO4: mH2SO4 = 20 x 1,84 x 98% = 36,064 gam
Số mol H2SO4: nH2SO4 = 36,064 / 98 = 0,368 mol
Phương trình phản ứng: Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2H2O
Theo phương trình, nCuSO4 = nCu = 0,05 mol
Nồng độ mol của CuSO4: CM(CuSO4) = 0,05 / 0,02 = 2,5 M
Câu 7. Cho 6,4 gam Cu vào 200 ml dung dịch H2SO4 đặc, đun nóng. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được dung dịch A và khí B. Hấp thụ hoàn toàn khí B vào 100 ml dung dịch NaOH 1M. Tính khối lượng muối tạo thành trong dung dịch.
Giải:
Số mol Cu: nCu = 6,4 / 64 = 0,1 mol
Số mol NaOH: nNaOH = 0,1 x 1 = 0,1 mol
Phương trình phản ứng: Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2H2O
Theo phương trình, nSO2 = nCu = 0,1 mol
Xét tỉ lệ: T = nNaOH / nSO2 = 0,1 / 0,1 = 1
Vậy sản phẩm là NaHSO3 (natri hidrosunfit).
Khối lượng NaHSO3: mNaHSO3 = 0,1 x 104 = 10,4 gam
Câu 8. Cho 12,8 gam Cu vào 500 ml dung dịch H2SO4 đặc, nóng. Sau khi phản ứng kết thúc, thu được dung dịch A và khí B. Cho khí B hấp thụ hoàn toàn vào 200 ml dung dịch KOH 1M. Tính khối lượng muối tạo thành trong dung dịch.
Giải:
Số mol Cu: nCu = 12,8 / 64 = 0,2 mol
Số mol KOH: nKOH = 0,2 x 1 = 0,2 mol
Phương trình phản ứng: Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2H2O
Theo phương trình, nSO2 = nCu = 0,2 mol
Xét tỉ lệ: T = nKOH / nSO2 = 0,2 / 0,2 = 1
Vậy sản phẩm là KHSO3 (kali hidrosunfit).
Khối lượng KHSO3: mKHSO3 = 0,2 x 120 = 24 gam
Câu 9. Cho m gam Cu tác dụng với 100 ml dung dịch H2SO4 đặc, nóng 98% (d = 1,84 g/ml). Sau khi phản ứng kết thúc thu được 4,48 lít khí SO2 (đktc). Tính m.
Giải:
Số mol SO2: nSO2 = 4,48 / 22,4 = 0,2 mol
Số mol H2SO4: nH2SO4 = (100 x 1,84 x 98%) / 98 = 1,84 mol
Phương trình phản ứng: Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2H2O
Theo phương trình, nCu = nSO2 = 0,2 mol
Khối lượng Cu: mCu = 0,2 x 64 = 12,8 gam
Câu 10. Hấp thụ hoàn toàn 6,72 lít khí SO2 (đktc) vào 200 ml dung dịch NaOH 2M. Tính khối lượng muối thu được sau phản ứng.
Giải:
Số mol SO2: nSO2 = 6,72 / 22,4 = 0,3 mol
Số mol NaOH: nNaOH = 0,2 x 2 = 0,4 mol
Xét tỉ lệ: T = nNaOH / nSO2 = 0,4 / 0,3 = 1,33
Vì 1 < T < 2, sản phẩm gồm Na2SO3 và NaHSO3.
Gọi x là số mol Na2SO3 và y là số mol NaHSO3.
Ta có hệ phương trình:
x + y = 0,3 (theo số mol SO2)
2x + y = 0,4 (theo số mol NaOH)
Giải hệ phương trình, ta được: x = 0,1 mol và y = 0,2 mol
Khối lượng Na2SO3: mNa2SO3 = 0,1 x 126 = 12,6 gam
Khối lượng NaHSO3: mNaHSO3 = 0,2 x 104 = 20,8 gam
Tổng khối lượng muối: m = 12,6 + 20,8 = 33,4 gam
9. Ý Định Tìm Kiếm Của Người Dùng
- Phương trình phản ứng Cu + H2SO4 đặc: Tìm hiểu phương trình hóa học chính xác của phản ứng và các sản phẩm tạo thành.
- Điều kiện phản ứng Cu + H2SO4 đặc: Xác định các yếu tố cần thiết để phản ứng xảy ra, như nhiệt độ và nồng độ axit.
- Hiện tượng phản ứng Cu + H2SO4 đặc: Nhận biết các dấu hiệu trực quan khi phản ứng xảy ra, như sự thay đổi màu sắc và sự xuất hiện của khí.
- Ứng dụng của phản ứng Cu + H2SO4 đặc: Tìm hiểu các ứng dụng thực tế của phản ứng trong công nghiệp và phòng thí nghiệm.
- Bài tập về phản ứng Cu + H2SO4 đặc: Luyện tập giải các bài tập để nắm vững kiến thức và kỹ năng liên quan đến phản ứng.
10. FAQ – Các Câu Hỏi Thường Gặp
1. Tại sao H2SO4 loãng không phản ứng với Cu?
H2SO4 loãng không có tính oxi hóa mạnh như H2SO4 đặc, do đó không đủ khả năng oxi hóa Cu thành Cu2+.
2. Khí SO2 sinh ra từ phản ứng có độc không?
Có, SO2 là một khí độc, gây kích ứng đường hô hấp và có thể gây ra các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng.
3. Làm thế nào để nhận biết khí SO2?
Khí SO2 có mùi hắc đặc trưng và có thể làm mất màu dung dịch thuốc tím (KMnO4).
4. Phản ứng Cu + H2SO4 đặc có phải là phản ứng oxi hóa khử không?
Có, đây là phản ứng oxi hóa khử, trong đó Cu bị oxi hóa và S trong H2SO4 bị khử.
5. Sản phẩm CuSO4 có ứng dụng gì?
CuSO4 được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp (làm thuốc trừ sâu), công nghiệp (trong mạ điện, sản xuất thuốc nhuộm), và y học (làm chất khử trùng).
6. Tại sao Al và Fe bị thụ động hóa trong H2SO4 đặc, nguội?
Al và Fe tạo thành một lớp oxit bảo vệ trên bề mặt khi tiếp xúc với H2SO4 đặc, nguội, ngăn chặn phản ứng tiếp tục xảy ra.
7. Làm thế nào để cân bằng phản ứng oxi hóa khử?
Sử dụng phương pháp thăng bằng electron hoặc phương pháp ion-electron để cân bằng phản ứng oxi hóa khử.
8. Tính chất đặc trưng của kim loại là gì?
Tính chất đặc trưng của kim loại là tính khử, khả năng nhường electron.
9. Tại sao cần đun nóng khi thực hiện phản ứng Cu + H2SO4 đặc?
Đun nóng cung cấp năng lượng hoạt hóa, giúp phản ứng xảy ra nhanh hơn và hiệu quả hơn.
10. Làm thế nào để bảo vệ môi trường khi thực hiện phản ứng Cu + H2SO4 đặc?
Thu gom và xử lý khí SO2 để tránh gây ô nhiễm môi trường.
Bạn đang gặp khó khăn trong việc tìm kiếm tài liệu học tập chất lượng, mất thời gian tổng hợp thông tin, và mong muốn có các công cụ hỗ trợ học tập hiệu quả? Đừng lo lắng! tic.edu.vn cung cấp nguồn tài liệu học tập đa dạng, đầy đủ và được kiểm duyệt, cập nhật thông tin giáo dục mới nhất, cùng các công cụ hỗ trợ học tập trực tuyến hiệu quả. Tham gia cộng đồng học tập sôi nổi trên tic.edu.vn để trao đổi kiến thức, kinh nghiệm và phát triển kỹ năng của bạn ngay hôm nay! Liên hệ với chúng tôi qua email [email protected] hoặc truy cập website tic.edu.vn để biết thêm chi tiết.
