Điều chế hidro - phản ứng thế

ĐIỀU CHẾ KHÍ HIĐRÔ - PHẢN ỨNG THẾ

I. Điều chế khí hiđro:

1. Trong PTN :

- Nguyên liệu:

+ Kim loại: Zn, Fe, Al, Pb..

+ Ddịch axit: HCl loãng, H₂SO₄ loãng.

PTHH:    Zn + HCl  ZnCl₂ + H₂

-  Điều chế và thu khí hiđro:

    Có 2 cách thu:

- Bằng cách đẩy nước.

- Bằng cách đẩy không khí.

2. Trong CN :

* Phương pháp điện phân nước.

      2H₂O 2H₂+ O₂

* Dùng than khử hơi nước.

* Điều chế từ khí tự nhiên, khí mỏ dầu.

 II. Phản ứng thế là gì?

1. Trả lời câu hỏi:

PTHH:

         Fe + H₂SO₄  FeSO₄ + H₂

       2Al + 6HCl   2AlCl₃ + 3H₂

2. Nhận xét:

* Phản ứng thế là PƯHH giữa đơn chất và hợp chất, trong đó nguyên tử của đơn chất thay thế nguyên tử của một nguyên tố trong hợp chất.

BÀI TẬP ÁP DỤNG

Bài 1. Những phản ứng hóa học nào dưới đây có thể dùng để điều chế hiđro trong phòng thí nghiệm?

a. Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂

b. 2H₂O   2H₂ + O₂

c. 2Al + 6HCl  → 2AlCl₃ + 3H₂

Hướng dẫn giải

Những phản ứng hóa học dưới đây có thể được dùng để điều chế hiđro trong phòng thí nghiệm:

a. Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂

c. 2Al + 6HCl  → 2AlCl₃ + 3H₂

Bài 2. Khi thu khí oxi vào ống nghiệm bằng cách đẩy không khí, phải để vị trí ống nghiệm như thế nào? Vì sao? Đối với khí hiđro, có làm như thế được không? Vì sao?

Hướng dẫn giải

Khi thu khí oxi vào ống nghiệm bằng cách đẩy không khí, phảo để vị trí ống nghiệm nằm thẳng đứng, miệng ống nghiệm hướng lên trên vì trọng lượng khí oxi (32g) lớn hơn trọng lượng không khí (29g). Đối với khí hiđro thì không thể được vì trọng lượng khí hiđro rất nhẹ (2g) so với không khí (29g). Đối với khí H₂ thì phải đặt ống nghiệm thẳng đứng và miệng ống nghiệm hướng xuống dưới.

Bài 3. Lập phương trình hóa học của phản ứng sau đây và cho biết chúng thuộc loại phản ứng hóa học nào?

a. Mg + O₂ → MgO

b. KMnO₄  → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂

c. Fe + CuCl₂ → FeCl₂ + Cu

Hướng dẫn giải

a. 2Mg + O₂ → 2MgO

Phản ứng hóa hợp

b. 2KMnO₄  → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂

Phản ứng phân hủy.

c. Fe + CuCl₂ → FeCl₂ + Cu

Bài 4. Trong phòng thí nghiệm có các kim loại kẽm và sắt, dung dịch axit clohiđric HCl và axit sunfuric H₂SO₄ loãng:

a. Viết phương trình hóa học có thể điều chế hi đro;

b. Phải dùng bao nhiêu gam kẽm, bao nhiêu gam sắt để diều chế được 2,24 lít khí hiđro (ở đktc)?

Hướng dẫn giải

a. Phương trình hóa học có thể điều chế hiđro.

Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂ ↑

Fe + H₂SO₄ (loãng) → FeSO₄ + H₂ ↑

Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂ ↑

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂ ↑

b. Số mol khí hiđro là: n =  = 0,1 (mol)

Khối lượng kẽm cần dùng là: m = 0,1x65 = 6,5 (g)

Khối lượng sắt cần dùng là: m = 0,1x56 = 5,6 (g).

Bài 5. Cho 22,4 g sắt tác dụng với dung dịch loãng có chứa 24,5 g axit sunfuric.

a. Chất nào còn dư sau phản ứng và dư bao nhiêu gam?

b. Tính thể tích khí hiđro thu được ở đktc.

Hướng dẫn giải

a. Số mol sắt là: n =  = 0,4 (mol)

Số mol axit sunfuric là: n =  = 0,25 (mol)

Phương trình phản ứng:

Fe   +   H₂SO₄   →  FeSO₄ + H₂ ↑

1mol      1mol                   1mol  

0,25mol   0,25mol              0,25mol               

Theo phương trình phản ứng hóa học, cứ 1 mol sắt tác dựng thì cần 1mol H₂SO₄. Do đó, 0,25 mol sắt tác dụng thì cần 0,25 mol H₂SO₄.

Vậy, số mol sắt dư là: n _dư = 0,4 – 0,25 = 0,15 (mol)

Khối lượng sắt dư là: m _dư = 0,15x56 = 8,4 (g)

b. Theo phương trình phản ứng hóa học, ta có: n_H2 = n_Fe = 0,25 mol

thể tích khí hiđro thu được ở đktc là: V_H2 = 0,25x22,4 = 5,6 (lít).