Cu H2SO4 đặc nóng: phương trình, cân bằng, hiện tượng

Trả lời nhanh

Copper (đồng) phản ứng với sulfuric acid đặc, nóng theo phương trình: Cu + 2H₂SO₄ (đặc) →^t° CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O. Điều kiện: H₂SO₄ đặc và đun nóng. Hiện tượng: đồng tan dần, có khí không màu, mùi hắc (SO₂) thoát ra, dung dịch tạo thành có màu xanh lam của muối copper(II) sulfate.

Phương trình phản ứng Cu + H₂SO₄ đặc

Cu + 2H₂SO₄ (đặc) →^t° CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O

Chất tham gia: copper (Cu), sulfuric acid đặc (H₂SO₄).
Sản phẩm: copper(II) sulfate (CuSO₄), sulfur dioxide (SO₂, tên cũ: khí sunfurơ), nước.
Tỉ lệ mol: Cu : H₂SO₄ : CuSO₄ : SO₂ : H₂O = 1 : 2 : 1 : 1 : 2.

Điều kiện phản ứng

Sulfuric acid phải là acid đặc. Với H₂SO₄ loãng, Cu không phản ứng vì Cu đứng sau hydrogen trong dãy hoạt động hoá học, không đẩy được H⁺ thành H₂.
Cần đun nóng để phản ứng xảy ra rõ rệt.

Hiện tượng quan sát được

Mảnh (hoặc dây) đồng màu đỏ tan dần.
Có khí không màu, mùi hắc, gây ho thoát ra – đó là SO₂.
Dung dịch tạo thành có màu xanh lam đặc trưng của ion Cu²⁺ (thấy rõ khi pha loãng hỗn hợp sau phản ứng vào nước).

Muốn chứng minh khí thoát ra là SO₂, có thể dẫn khí qua dung dịch nước bromine màu vàng nâu: dung dịch bị mất màu theo phản ứng SO₂ + Br₂ + 2H₂O → H₂SO₄ + 2HBr.

Cân bằng phương trình bằng phương pháp thăng bằng electron

Đây là phản ứng oxi hoá – khử. Em xác định số oxi hoá thay đổi:

Cu: từ 0 lên +2 → Cu là chất khử.
S trong H₂SO₄: từ +6 xuống +4 (trong SO₂) → H₂SO₄ là chất oxi hoá.

Quá trình	Biểu diễn	Hệ số
Quá trình oxi hoá	Cu⁰ → Cu⁺² + 2e	× 1
Quá trình khử	S⁺⁶ + 2e → S⁺⁴	× 1

Vậy 1 Cu cần 1 S⁺⁶ bị khử thành SO₂. Ngoài ra cần thêm 1 phân tử H₂SO₄ làm môi trường để tạo muối CuSO₄. Tổng cộng cần 2 H₂SO₄; cân bằng H và O được 2H₂O.

Mẹo kiểm tra nhanh: số mol H₂SO₄ phản ứng = 2 × số mol SO₂. Công thức này đúng với mọi kim loại tác dụng với H₂SO₄ đặc tạo sản phẩm khử SO₂.

Vì sao H₂SO₄ đặc hoà tan được đồng?

Trong H₂SO₄ loãng, tính acid thể hiện qua ion H⁺. H⁺ chỉ oxi hoá được kim loại đứng trước hydrogen, nên Cu không tan.

Trong H₂SO₄ đặc, nguyên tử S ở mức oxi hoá cao nhất +6 thể hiện tính oxi hoá mạnh. S⁺⁶ có thể nhận electron của cả những kim loại kém hoạt động như Cu, Ag. Vì thế sản phẩm khử không phải H₂ mà là SO₂.

Điểm khác biệt quan trọng cần nhớ:

Tiêu chí	H₂SO₄ loãng	H₂SO₄ đặc, nóng
Tác nhân oxi hoá	H⁺	S⁺⁶
Phản ứng với Cu	Không phản ứng	Có, tạo CuSO₄, SO₂, H₂O
Sản phẩm khí với kim loại	H₂	Thường là SO₂

Mở rộng: kim loại khác tác dụng với H₂SO₄ đặc, nóng

Phản ứng của đồng là “mẫu” để em viết các phương trình tương tự. Quy tắc chung: kim loại lên số oxi hoá cao (nếu có nhiều hoá trị), sản phẩm gồm muối sulfate, sản phẩm khử của S⁺⁶ và nước.

Silver: 2Ag + 2H₂SO₄ (đặc) →^t° Ag₂SO₄ + SO₂↑ + 2H₂O.
Iron: 2Fe + 6H₂SO₄ (đặc) →^t° Fe₂(SO₄)₃ + 3SO₂↑ + 6H₂O (Fe lên +3, không phải +2).

Với kim loại hoạt động mạnh hơn, S⁺⁶ có thể bị khử sâu hơn thành S hoặc H₂S tuỳ điều kiện. Riêng với đồng, sản phẩm khử em cần ghi nhớ trong chương trình phổ thông là SO₂.

Lỗi sai thường gặp

Viết sản phẩm là H₂: sai, kim loại tác dụng với H₂SO₄ đặc không giải phóng H₂.
Cân bằng thiếu H₂SO₄: nhiều em chỉ viết hệ số 1 vì quên phần acid làm môi trường tạo muối.
Cho rằng Cu tan trong H₂SO₄ loãng: sai. Chỉ khi có thêm chất oxi hoá (ví dụ sục khí O₂ và đun nóng) thì đồng mới tan trong acid loãng, đó là phản ứng khác.
Nhầm với hiện tượng thụ động: Al, Fe, Cr bị thụ động trong H₂SO₄ đặc, nguội; Cu không thuộc nhóm này nhưng vẫn cần đun nóng để phản ứng xảy ra.

An toàn khi làm thí nghiệm

H₂SO₄ đặc gây bỏng nặng, còn SO₂ là khí độc, gây kích ứng đường hô hấp. Thí nghiệm chỉ thực hiện dưới sự hướng dẫn của giáo viên, dùng lượng hoá chất nhỏ, trong tủ hút hoặc nơi thoáng khí. Nên đặt bông tẩm dung dịch kiềm (như NaOH) ở miệng ống nghiệm để hấp thụ SO₂: SO₂ + 2NaOH → Na₂SO₃ + H₂O.

Bài tập vận dụng có lời giải

Bài 1. Cho 6,4 gam Cu tác dụng hết với H₂SO₄ đặc, nóng (dư). Tính thể tích khí SO₂ thu được ở điều kiện chuẩn (25 °C, 1 bar).

Lời giải: n_Cu = 6,4 : 64 = 0,1 mol. Theo phương trình, n_SO₂ = n_Cu = 0,1 mol. V_SO₂ = 0,1 × 24,79 = 2,479 lít.

Bài 2. Tính khối lượng H₂SO₄ đã phản ứng ở bài 1.

Lời giải: n_H₂SO₄ = 2 × n_Cu = 0,2 mol → m = 0,2 × 98 = 19,6 gam.

Bài 3. Có hai ống nghiệm chứa mảnh đồng. Ống (1) thêm H₂SO₄ loãng, ống (2) thêm H₂SO₄ đặc rồi đun nóng nhẹ. Nêu hiện tượng.

Lời giải: Ống (1) không có hiện tượng gì vì Cu không phản ứng với acid loãng. Ống (2) đồng tan dần, có khí mùi hắc thoát ra, dung dịch có màu xanh lam.

Câu hỏi thường gặp

Cu có tác dụng với H2SO4 loãng không?

Không. Cu đứng sau hydrogen trong dãy hoạt động hoá học nên không khử được ion H+ của acid loãng.

Cu tác dụng với H2SO4 đặc nóng tạo ra khí gì?

Tạo khí sulfur dioxide SO2, không màu, mùi hắc, độc.

Trong phản ứng Cu với H2SO4 đặc, chất nào là chất oxi hoá?

H2SO4 đặc là chất oxi hoá (S từ +6 xuống +4), Cu là chất khử (từ 0 lên +2).

Vì sao phải dùng 2 phân tử H2SO4 cho 1 nguyên tử Cu?

Một phân tử H2SO4 đóng vai trò chất oxi hoá bị khử thành SO2, phân tử còn lại làm môi trường cung cấp gốc sulfate để tạo muối CuSO4.