Cu + H2SO4 đặc nóng → CuSO4 + SO2 + H2O: cân bằng, hiện tượng, bài tập
Lớp 10Hóa học

Cu + H2SO4 đặc nóng → CuSO4 + SO2 + H2O: cân bằng, hiện tượng, bài tập

Trả lời nhanh

Phương trình: Cu + 2H2SO4(đặc) → CuSO4 + SO2↑ + 2H2O (đun nóng). Đồng bị oxi hoá từ 0 lên +2, còn S trong H2SO4 bị khử từ +6 xuống +4 thành SO2. Trong 2 mol H2SO4 phản ứng, chỉ 1 mol làm chất oxi hoá, 1 mol làm môi trường tạo muối.

Phương trình phản ứng

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

Đồng là kim loại đứng sau hiđro trong dãy hoạt động hoá học nên không đẩy được H2 khỏi axit. Tuy vậy, H2SO4 đặc nóng có tính oxi hoá mạnh nhờ nguyên tử S+6, nên vẫn oxi hoá được Cu và sản phẩm khử là SO2, không phải H2.

Cân bằng bằng phương pháp thăng bằng electron

  1. Xác định số oxi hoá thay đổi: Cu0 → Cu+2; S+6 → S+4.
  2. Viết quá trình:
    • Chất khử: Cu0 → Cu+2 + 2e
    • Chất oxi hoá: S+6 + 2e → S+4
  3. Số electron cho bằng số electron nhận (đều là 2), nên hệ số của Cu và SO2 đều là 1.
  4. Cu + H2SO4 → CuSO4 + SO2 + H2O. Đếm nguyên tử S: vế phải có 2 (một trong CuSO4, một trong SO2), nên đặt 2 trước H2SO4.
  5. Cân bằng H và O: 4 H ở vế trái nên có 2H2O. Kiểm tra O: vế trái 8, vế phải 4 + 2 + 2 = 8. Đã cân bằng.

Vai trò của H2SO4 và Cu

Chất Vai trò Giải thích
Cu Chất khử Số oxi hoá tăng từ 0 lên +2
H2SO4 (1 mol) Chất oxi hoá S+6 giảm xuống S+4 trong SO2
H2SO4 (1 mol) Môi trường (axit) Giữ nguyên gốc SO42− trong muối CuSO4

Mẹo nhớ: với kim loại phản ứng với H2SO4 đặc nóng, số mol axit phản ứng = 2 × số mol SO2 (khi chỉ tạo SO2 và muối hoá trị bất kì thì nH₂SO₄ = 2nSO₂). Ở đây 2 × 1 = 2 mol, khớp với hệ số.

Hiện tượng nhận biết

  • Mảnh đồng đỏ tan dần khi đun nóng.
  • Có khí không màu, mùi hắc (SO2) thoát ra, gây ho, cay mũi.
  • Dung dịch dần chuyển sang màu xanh lam do ion Cu2+ hiđrat hoá (thấy rõ khi pha loãng bớt với nước).

An toàn: SO2 độc, nên làm thí nghiệm trong tủ hút hoặc dùng bông tẩm dung dịch NaOH/nước vôi trong đậy miệng ống nghiệm để hấp thụ khí: SO2 + 2NaOH → Na2SO3 + H2O. Khi pha loãng axit, luôn rót từ từ axit vào nước, không làm ngược lại.

Vì sao phải là axit đặc, nóng?

  • H2SO4 loãng: không phản ứng với Cu vì tính oxi hoá chỉ do H+, mà H+ không oxi hoá được Cu. Nếu có thêm oxi không khí và đun nhẹ thì Cu bị oxi hoá chậm: 2Cu + O2 + 2H2SO4 → 2CuSO4 + 2H2O.
  • H2SO4 đặc nguội: phản ứng với Cu rất chậm, muốn xảy ra nhanh cần đun nóng.
  • Fe, Al, Cr: bị thụ động hoá trong H2SO4 đặc nguội, nhưng khi đun nóng vẫn phản ứng, ví dụ 2Fe + 6H2SO4(đặc) → Fe2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O.

Ví dụ giải bài tập

Ví dụ: Cho 6,4 g Cu tác dụng hết với H2SO4 đặc nóng dư. Tính thể tích SO2 (đktc), khối lượng CuSO4 và số mol H2SO4 đã phản ứng. (Cu = 64, CuSO4 = 160)

  1. nCu = 6,4 : 64 = 0,1 mol.
  2. Theo phương trình: nSO₂ = nCuSO₄ = nCu = 0,1 mol; nH₂SO₄ = 2 × 0,1 = 0,2 mol.
  3. VSO₂ = 0,1 × 22,4 = 2,24 lít; mCuSO₄ = 0,1 × 160 = 16 g.

Kiểm tra bằng bảo toàn electron: 2nCu = 2nSO₂ → 0,2 = 0,2. Đúng.

Lỗi sai thường gặp

  • Viết sản phẩm là H2 hoặc CuSO4 + H2. Sai, vì đây là axit có tính oxi hoá do gốc SO42−.
  • Quên hệ số 2 của H2SO4, nên không cân bằng được số S và O.
  • Cho rằng toàn bộ H2SO4 bị khử. Thực tế chỉ một nửa số mol axit bị khử.
  • Quên điều kiện đun nóng và đặc.

Bài luyện tập

  1. Hoà tan hoàn toàn 3,2 g Cu bằng H2SO4 đặc nóng dư. Tính thể tích SO2 (đktc).
    Đáp án: nCu = 0,05 mol → nSO₂ = 0,05 mol → V = 1,12 lít.
  2. Cho 19,2 g Cu phản ứng hết với H2SO4 đặc nóng. Tính khối lượng H2SO4 đã phản ứng. (H2SO4 = 98)
    Đáp án: nCu = 0,3 mol → nH₂SO₄ = 0,6 mol → m = 58,8 g.
  3. Dẫn toàn bộ SO2 sinh ra ở câu 1 vào dung dịch NaOH dư. Viết phương trình và tính số mol muối tạo thành.
    Đáp án: SO2 + 2NaOH → Na2SO3 + H2O; nNa₂SO₃ = 0,05 mol.

Câu hỏi thường gặp

Cu có tác dụng với H2SO4 loãng không?

Không. Đồng đứng sau hiđro trong dãy hoạt động hoá học, H+ trong axit loãng không oxi hoá được Cu. Chỉ khi có thêm chất oxi hoá như O2 thì Cu mới bị hoà tan chậm.

Sản phẩm khử của H2SO4 đặc nóng khi tác dụng với Cu là gì?

Là khí SO2. Lưu huỳnh trong H2SO4 giảm số oxi hoá từ +6 xuống +4. Các kim loại hoạt động mạnh hơn như Mg, Zn có thể tạo thêm S hoặc H2S.

Vì sao trong 2 mol H2SO4 chỉ có 1 mol là chất oxi hoá?

Một mol H2SO4 bị khử thành SO2, còn một mol giữ nguyên gốc sunfat để tạo muối CuSO4 nên đóng vai trò môi trường axit.

Tại sao nên dùng bông tẩm kiềm khi làm thí nghiệm Cu với H2SO4 đặc?

Vì SO2 là khí độc, mùi hắc. Bông tẩm dung dịch NaOH hoặc nước vôi trong hấp thụ SO2, tránh gây ô nhiễm và hại đường hô hấp.

Bài học liên quan