Phản ứng giữa đồng (Cu) và axit sunfuric đặc nguội (H2SO4) là một chủ đề quan trọng trong hóa học, đặc biệt là trong lĩnh vực oxi hóa khử. Mặc dù đồng không phản ứng với axit sunfuric loãng, nhưng nó phản ứng với axit sunfuric đặc, đặc biệt khi đun nóng. Tuy nhiên, điều gì xảy ra khi axit sunfuric đặc nguội được sử dụng?
Phản Ứng Cu + H2SO4 Đặc Nguội: Điều Gì Xảy Ra?
Trong điều kiện thường, đồng (Cu) không phản ứng với axit sunfuric đặc nguội (H2SO4). Lý do chính là do sự hình thành của một lớp màng oxit đồng (CuO) trên bề mặt kim loại đồng. Lớp màng này có vai trò bảo vệ, ngăn cản sự tiếp xúc trực tiếp giữa đồng và axit sunfuric, do đó ức chế phản ứng.
Tuy nhiên, khi đun nóng, phản ứng sẽ xảy ra theo phương trình sau:
Cu + 2H2SO4 (đặc, nóng) → CuSO4 + SO2↑ + 2H2O
1. Phương trình phản ứng
Phương trình phản ứng hóa học khi đun nóng hỗn hợp Cu và H2SO4 đặc:
Cu + 2H2SO4 (đặc, nóng) → CuSO4 + SO2↑ + 2H2O
2. Điều kiện phản ứng
Phản ứng cần được đun nóng để xảy ra. Ở nhiệt độ thường hoặc nguội, phản ứng diễn ra rất chậm hoặc không đáng kể.
3. Cách cân bằng phản ứng
Phản ứng này là một phản ứng oxi hóa khử, trong đó đồng (Cu) bị oxi hóa và lưu huỳnh trong axit sunfuric (H2SO4) bị khử.
- Cu0 → Cu+2 + 2e (Đồng nhường 2 electron)
- S+6 + 2e → S+4 (Lưu huỳnh nhận 2 electron)
4. Hiện tượng quan sát
alt: Phản ứng giữa Cu và H2SO4 đặc nóng, dung dịch chuyển xanh, sinh ra khí SO2 không màu, mùi hắc.
- Lá đồng (Cu) tan dần trong dung dịch.
- Dung dịch chuyển sang màu xanh lam do sự tạo thành của muối đồng sunfat (CuSO4).
- Có khí sulfur dioxide (SO2) không màu, mùi hắc thoát ra.
5. Tính chất hóa học của đồng (Cu)
-
Tác dụng với phi kim:
- Với Oxi: 2Cu + O2 → 2CuO (Đồng(II) oxit)
- Với Clo: Cu + Cl2 → CuCl2 (Đồng(II) clorua)
-
Tác dụng với axit:
- Không tác dụng với HCl, H2SO4 loãng (trong điều kiện không có oxi).
- Tác dụng với HNO3, H2SO4 đặc:
- Cu + 2H2SO4 (đặc) → CuSO4 + SO2 + 2H2O
- Cu + 4HNO3 (đặc) → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
- 3Cu + 8HNO3 (loãng) → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
-
Tác dụng với dung dịch muối:
- Cu + 2AgNO3 → Cu(NO3)2 + 2Ag
6. Tính chất hóa học của H2SO4 đặc
alt: Thí nghiệm H2SO4 đặc hút nước từ đường, tạo thành than.
- Tính oxi hóa mạnh: Oxi hóa hầu hết kim loại (trừ Au, Pt), nhiều phi kim và hợp chất. Sản phẩm thường là SO2, đôi khi là S hoặc H2S nếu kim loại có tính khử mạnh.
- Ví dụ:
- 2Fe + 6H2SO4 (đặc, nóng) → Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
- C + 2H2SO4 (đặc, nóng) → CO2 + 2SO2 + 2H2O
- Ví dụ:
- Tính háo nước: H2SO4 đặc có khả năng hấp thụ mạnh hơi ẩm và nước, làm khô khí và than hóa các hợp chất hữu cơ.
- Ví dụ: C12H22O11 (đường) → 12C + 11H2O (xúc tác H2SO4 đặc)
7. Bài tập vận dụng
Câu 1: Cho lá đồng vào dung dịch H2SO4 đặc nguội. Hiện tượng gì xảy ra?
A. Đồng tan dần, có khí không màu thoát ra.
B. Đồng tan dần, có khí màu nâu đỏ thoát ra.
C. Không có hiện tượng gì.
D. Đồng tan dần, dung dịch chuyển sang màu xanh.
Đáp án: C. Không có hiện tượng gì.
Câu 2: Để phân biệt dung dịch H2SO4 loãng và H2SO4 đặc nguội, có thể dùng kim loại nào?
A. Ag
B. Cu
C. Fe
D. Al
Đáp án: B. Cu (Đồng không phản ứng với H2SO4 loãng hoặc đặc nguội, nhưng phản ứng với H2SO4 đặc nóng).
Câu 3: Cho 6.4 gam Cu tác dụng với H2SO4 đặc nóng dư. Thể tích khí SO2 (đktc) thu được là bao nhiêu?
Giải:
nCu = 6.4 / 64 = 0.1 mol
Cu + 2H2SO4 (đ) → CuSO4 + SO2 + 2H2O
- 1 mol 0.1 mol
VSO2 = 0.1 * 22.4 = 2.24 lít
8. Ứng dụng thực tế
Phản ứng giữa Cu và H2SO4 đặc nóng có một số ứng dụng trong công nghiệp và phòng thí nghiệm:
- Sản xuất CuSO4: Muối đồng sunfat được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp (thuốc trừ sâu), công nghiệp (mạ điện, sản xuất thuốc nhuộm), và y học (thuốc sát trùng).
- Điều chế SO2: Khí SO2 được dùng để sản xuất axit sulfuric, chất tẩy trắng, và chất bảo quản thực phẩm.
- Khắc kim loại: Trong một số quy trình khắc kim loại, phản ứng này được sử dụng để loại bỏ lớp đồng trên bề mặt vật liệu.
Kết luận
Phản ứng giữa Cu+h2so4 đặc Nguội không xảy ra ở điều kiện thường do lớp oxit bảo vệ. Tuy nhiên, khi đun nóng, phản ứng diễn ra tạo ra CuSO4, SO2 và H2O. Hiểu rõ các điều kiện và tính chất của phản ứng này rất quan trọng trong việc ứng dụng nó vào thực tế và giải thích các hiện tượng hóa học liên quan.
Bài viết này đã cung cấp một cái nhìn tổng quan và chi tiết về phản ứng giữa Cu và H2SO4, bao gồm các điều kiện phản ứng, hiện tượng, cơ chế, và ứng dụng thực tế. Hy vọng nó sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về chủ đề này.
