Khi cho hỗn hợp kim loại Zn và Cu tác dụng với dung dịch HCl dư, chỉ có Zn phản ứng, còn Cu không phản ứng. Điều này là do tính chất hóa học khác nhau của hai kim loại này đối với axit HCl. Bài viết này sẽ đi sâu vào cơ chế phản ứng, cách giải bài tập liên quan và các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng.
Cơ chế phản ứng của Zn và HCl
Kẽm (Zn) là một kim loại hoạt động hóa học mạnh hơn hydro (H) trong dãy hoạt động hóa học của kim loại. Do đó, Zn có khả năng phản ứng với axit HCl để giải phóng khí hydro (H₂) và tạo thành muối kẽm clorua (ZnCl₂). Phương trình phản ứng như sau:
Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑
Ảnh minh họa phản ứng giữa kẽm và axit clohidric, giải phóng bọt khí hidro. Phản ứng này thể hiện tính chất hóa học của kẽm.
Vì sao Cu không phản ứng với HCl?
Đồng (Cu) là kim loại đứng sau hydro trong dãy hoạt động hóa học. Điều này có nghĩa là Cu không đủ khả năng khử ion H⁺ từ axit HCl thành khí H₂. Do đó, Cu không phản ứng với dung dịch HCl loãng.
Bài tập ví dụ và cách giải chi tiết
Đề bài: Cho m gam hỗn hợp kim loại Zn, Cu vào dung dịch HCl (dư). Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 4,48 lít H₂ (đktc) và 2,0 gam kim loại không tan. Tính giá trị của m.
Phân tích bài toán:
- Kim loại không tan sau phản ứng là Cu.
- Thể tích khí H₂ thu được là do phản ứng của Zn với HCl.
Giải:
-
Tính số mol H₂:
n(H₂) = V(H₂) / 22.4 = 4.48 / 22.4 = 0.2 mol
-
Viết phương trình phản ứng:
Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑
-
Tính số mol Zn:
Theo phương trình phản ứng, n(Zn) = n(H₂) = 0.2 mol
-
Tính khối lượng Zn:
m(Zn) = n(Zn) M(Zn) = 0.2 65 = 13 gam
-
Tính giá trị m:
m = m(Zn) + m(Cu) = 13 + 2 = 15 gam
Vậy giá trị của m là 15 gam.
Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng của Zn với HCl
- Nồng độ HCl: Nồng độ HCl càng cao, phản ứng xảy ra càng nhanh.
- Nhiệt độ: Nhiệt độ tăng làm tăng tốc độ phản ứng.
- Kích thước hạt Zn: Kẽm ở dạng bột mịn sẽ phản ứng nhanh hơn so với kẽm ở dạng khối.
- Chất xúc tác: Một số chất có thể làm tăng tốc độ phản ứng, tuy nhiên trong phản ứng này thường không cần chất xúc tác.
Ứng dụng của phản ứng Zn với HCl
Phản ứng giữa Zn và HCl được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm:
- Điều chế khí hydro: Trong phòng thí nghiệm, phản ứng này thường được sử dụng để điều chế một lượng nhỏ khí hydro.
- Sản xuất muối kẽm clorua: ZnCl₂ là một hợp chất quan trọng được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.
Hình ảnh bình thuỷ tinh đựng dung dịch, mô tả thí nghiệm điều chế khí hidro bằng cách cho kẽm tác dụng với axit clohidric.
Kết luận
Phản ứng giữa Zn và HCl là một phản ứng hóa học quan trọng với nhiều ứng dụng thực tế. Việc hiểu rõ cơ chế phản ứng, các yếu tố ảnh hưởng và cách giải bài tập liên quan sẽ giúp học sinh nắm vững kiến thức hóa học và áp dụng vào giải quyết các vấn đề thực tiễn.