Phản ứng giữa natri (Na) và dung dịch đồng sunfat (CuSO4) trong nước là một phản ứng hóa học thú vị và quan trọng trong chương trình hóa học phổ thông. Phản ứng này không chỉ minh họa tính chất hóa học của kim loại kiềm mà còn giúp hiểu rõ hơn về các phản ứng oxi hóa khử. Dưới đây là phân tích chi tiết về phản ứng này, kèm theo các ví dụ minh họa và bài tập vận dụng.
Phương Trình Phản Ứng:
2Na + CuSO4 + 2H2O → Na2SO4 + H2 + Cu(OH)2↓
Trong đó:
- Na: Natri (kim loại kiềm)
- CuSO4: Đồng sunfat (muối)
- H2O: Nước
- Na2SO4: Natri sunfat (muối)
- H2: Khí hidro
- Cu(OH)2: Đồng(II) hidroxit (kết tủa màu xanh)
Điều Kiện và Cách Thực Hiện Phản Ứng:
- Điều kiện: Phản ứng xảy ra ở điều kiện thường, không cần tác động nhiệt hoặc áp suất.
- Cách thực hiện: Thả một mẩu nhỏ natri vào dung dịch đồng sunfat.
Hiện Tượng Nhận Biết:
Phản ứng giữa Na và dung dịch CuSO4 có thể nhận biết qua các dấu hiệu sau:
- Natri tan dần: Kim loại natri sẽ tan dần trong dung dịch.
- Sủi bọt khí: Xuất hiện bọt khí hidro (H2) thoát ra.
- Kết tủa xanh: Tạo thành kết tủa màu xanh lơ của đồng(II) hidroxit [Cu(OH)2].
Giải Thích Chi Tiết Phản Ứng:
Phản ứng giữa natri và dung dịch CuSO4 thực chất là một chuỗi hai phản ứng xảy ra liên tiếp:
-
Phản ứng của Na với H2O: Đầu tiên, natri phản ứng mạnh mẽ với nước, tạo thành natri hidroxit (NaOH) và khí hidro:
2Na + 2H2O → 2NaOH + H2
-
Phản ứng của NaOH với CuSO4: Sau đó, natri hidroxit (NaOH) vừa tạo thành sẽ phản ứng với đồng sunfat (CuSO4) tạo thành đồng(II) hidroxit [Cu(OH)2] kết tủa và natri sunfat (Na2SO4):
2NaOH + CuSO4 → Na2SO4 + Cu(OH)2↓
Lưu ý: Do natri phản ứng mạnh với nước nên nó sẽ ưu tiên phản ứng với nước trước khi phản ứng trực tiếp với muối đồng sunfat.
Ví Dụ Minh Họa và Bài Tập Vận Dụng:
Ví dụ 1: Cho một mẩu nhỏ natri vào ống nghiệm chứa dung dịch đồng sunfat. Mô tả hiện tượng xảy ra và viết phương trình hóa học của các phản ứng.
Giải:
-
Hiện tượng: Natri tan dần, có khí không màu thoát ra và xuất hiện kết tủa màu xanh lơ.
-
Phương trình hóa học:
- 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2
- 2NaOH + CuSO4 → Na2SO4 + Cu(OH)2↓
Ví dụ 2: Cho 1,15 gam natri phản ứng hoàn toàn với 50 ml dung dịch CuSO4 1M. Tính khối lượng kết tủa thu được.
Giải:
-
Tính số mol Na: n(Na) = m/M = 1,15/23 = 0,05 mol
-
Tính số mol CuSO4: n(CuSO4) = V C_M = 0,05 1 = 0,05 mol
-
Xác định chất hết, chất dư: Theo phương trình, 2 mol Na phản ứng với 1 mol CuSO4. Vậy 0,05 mol Na cần 0,025 mol CuSO4. Do đó, CuSO4 dư.
-
Tính số mol Cu(OH)2: Số mol Cu(OH)2 bằng một nửa số mol Na: n[Cu(OH)2] = 0,05/2 = 0,025 mol
-
Tính khối lượng kết tủa: m[Cu(OH)2] = n M = 0,025 98 = 2,45 gam
Vậy khối lượng kết tủa Cu(OH)2 thu được là 2,45 gam.
Bài tập tự luyện:
- Cho 2,3 gam natri tác dụng với 100 ml dung dịch CuSO4 0,5M. Tính thể tích khí hidro thoát ra (đktc) và khối lượng kết tủa tạo thành.
- Nhúng một lá kẽm vào dung dịch CuSO4, sau một thời gian lấy lá kẽm ra thấy khối lượng dung dịch giảm 0,1 gam. Tính khối lượng Cu bám vào lá kẽm.
- Viết phương trình hóa học của các phản ứng xảy ra khi cho natri vào dung dịch FeCl3.
Ứng Dụng và Lưu Ý:
Phản ứng giữa Na và dung dịch CuSO4 thường được sử dụng trong các thí nghiệm hóa học để minh họa tính chất của kim loại kiềm và phản ứng trao đổi ion.
Lưu ý: Natri là một kim loại hoạt động mạnh, khi làm thí nghiệm cần cẩn thận để tránh gây nguy hiểm.
Kết Luận:
Phản ứng giữa natri (Na) và dung dịch đồng sunfat (CuSO4) là một phản ứng hóa học quan trọng và thú vị. Nắm vững kiến thức về phản ứng này giúp học sinh hiểu rõ hơn về tính chất hóa học của kim loại kiềm, phản ứng oxi hóa khử và các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng hóa học. Việc luyện tập các bài tập liên quan sẽ giúp củng cố kiến thức và kỹ năng giải bài tập hóa học.
