Phản Ứng Giữa Mg và H2SO4 Loãng: Chi Tiết và Bài Tập

Phản ứng giữa magie (Mg) và axit sunfuric loãng (H2SO4 loãng) là một phản ứng hóa học quan trọng và thường gặp trong chương trình hóa học phổ thông. Bài viết này sẽ cung cấp thông tin chi tiết về phản ứng này, bao gồm phương trình hóa học, điều kiện phản ứng, hiện tượng, cơ chế phản ứng, phương trình ion rút gọn, cùng các bài tập vận dụng có lời giải chi tiết.

Phương Trình Phản Ứng Mg + H2SO4 Loãng

Phương trình hóa học của phản ứng giữa magie và axit sunfuric loãng là:

Mg + H2SO4 → MgSO4 + H2

Trong đó:

• Mg là magie (kim loại)
• H2SO4 là axit sunfuric loãng
• MgSO4 là magie sunfat (muối)
• H2 là khí hidro

Điều Kiện Phản Ứng

Phản ứng giữa Mg và H2SO4 loãng xảy ra ở điều kiện thường, không cần đun nóng hay xúc tác.

Cách Tiến Hành Thí Nghiệm

1. Chuẩn bị một ống nghiệm.
2. Cho một lượng nhỏ axit sunfuric loãng vào ống nghiệm.
3. Thả một lá magie hoặc bột magie vào ống nghiệm.

Hiện Tượng Phản Ứng

• Magie tan dần trong dung dịch.
• Có bọt khí không màu thoát ra (khí hidro).
• Dung dịch trở nên trong suốt.

Cơ Chế Phản Ứng (Phương Pháp Thăng Bằng Electron)

Để hiểu rõ hơn về phản ứng, chúng ta có thể phân tích nó theo phương pháp thăng bằng electron:

Bước 1: Xác định số oxi hóa

Mg⁰ + H⁺¹₂SO4 → Mg⁺²SO4 + H⁰₂

Bước 2: Xác định chất oxi hóa và chất khử

• Mg là chất khử (bị oxi hóa)
• H2SO4 là chất oxi hóa (bị khử)

Bước 3: Viết quá trình oxi hóa và quá trình khử

• Quá trình oxi hóa: Mg⁰ → Mg⁺² + 2e
• Quá trình khử: 2H⁺¹ + 2e → H⁰₂

Bước 4: Cân bằng electron

1 x (Mg⁰ → Mg⁺² + 2e)
1 x (2H⁺¹ + 2e → H⁰₂)

Bước 5: Viết phương trình phản ứng hoàn chỉnh

Mg + H2SO4 → MgSO4 + H2

Phương Trình Ion Rút Gọn

Để đơn giản hóa phản ứng, chúng ta có thể viết phương trình ion rút gọn:

Bước 1: Viết phương trình phân tử

Mg + H2SO4 → MgSO4 + H2

Bước 2: Viết phương trình ion đầy đủ

Mg + 2H⁺ + SO4^2- → Mg²⁺ + SO4^2- + H2

Bước 3: Viết phương trình ion rút gọn

Mg + 2H⁺ → Mg²⁺ + H2

Bài Tập Vận Dụng

Câu 1: Cho 4,8 gam Mg tác dụng hoàn toàn với dung dịch H2SO4 loãng dư. Tính thể tích khí H2 thu được ở điều kiện tiêu chuẩn (đktc).

Giải:

Số mol Mg: nMg = 4,8 / 24 = 0,2 mol

Theo phương trình: Mg + H2SO4 → MgSO4 + H2

n(H2) = n(Mg) = 0,2 mol

Thể tích H2 (đktc): V(H2) = 0,2 * 22,4 = 4,48 lít

Câu 2: Hòa tan hoàn toàn 6 gam một kim loại M hóa trị II bằng dung dịch H2SO4 loãng, thu được 2,24 lít khí H2 (đktc). Xác định kim loại M.

Giải:

Số mol H2: n(H2) = 2,24 / 22,4 = 0,1 mol

Phương trình: M + H2SO4 → MSO4 + H2

n(M) = n(H2) = 0,1 mol

Khối lượng mol của M: M(M) = 6 / 0,1 = 60 g/mol

Vậy kim loại M là Magie (Mg).

Câu 3: Cho 10 gam hỗn hợp Mg và Zn tác dụng với dung dịch H2SO4 loãng dư, thu được 5,6 lít khí H2 (đktc). Tính thành phần phần trăm theo khối lượng của mỗi kim loại trong hỗn hợp ban đầu.

Giải:

Gọi x là số mol Mg, y là số mol Zn.

Phương trình:

Mg + H2SO4 → MgSO4 + H2
Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2

Ta có hệ phương trình:

24x + 65y = 10
x + y = 5,6 / 22,4 = 0,25

Giải hệ, ta được: x = 0,15 mol, y = 0,1 mol

%m(Mg) = (0,15 24) / 10 100% = 36%
%m(Zn) = (0,1 65) / 10 100% = 65%

Câu 4: Cho 2,81 gam hỗn hợp gồm 3 oxit Fe2O3, MgO, ZnO tan vừa đủ trong 300ml dung dịch H2SO4 0,1M thì khối lượng muối sunfat khan tạo thành là:

Giải:

n(H2SO4) = 0,3 * 0,1 = 0,03 mol

Oxit + H2SO4 -> Muối sunfat + H2O

n(H2O) = n(H2SO4) = 0,03 mol

m(H2O) = 0,03*18 = 0,54 gam

m(muối) = m(oxit) + m(H2SO4) – m(H2O) = 2,81 + 0,03*98 – 0,54 = 5,21 gam

Câu 5: Hòa tan 3,22 gam hỗn hợp X gồm Fe, Mg và Zn bằng một lượng vừa đủ dung dịch H2SO4 loãng, thu được 1,344 lít khí hiđro ở đktc và dung dịch chứa m gam muối. Giá trị của m là

Giải:

Số mol H2: n(H2) = 1,344 / 22,4 = 0,06 mol

Bảo toàn khối lượng: m(muối) = m(kim loại) + m(SO4^2-)

m(SO4^2-) = n(H2SO4) M(SO4^2-) = 0,06 96 = 5,76 gam

m(muối) = 3,22 + 5,76 = 8,98 gam

Phản ứng giữa Mg và H2SO4 loãng là một ví dụ điển hình cho phản ứng oxi hóa khử và có nhiều ứng dụng trong học tập và thực tiễn. Việc nắm vững kiến thức về phản ứng này giúp học sinh hiểu sâu hơn về các quá trình hóa học cơ bản.