Trả lời nhanh
Khi cho MnO2 vào dung dịch H2O2, xảy ra phản ứng: 2H2O2 → 2H2O + O2↑ (xúc tác MnO2). MnO2 chỉ làm phản ứng nhanh hơn, không bị tiêu hao và không biến thành MnO. Hiện tượng: sủi bọt khí mạnh, khí thoát ra làm que đóm còn tàn đỏ bùng cháy.
Phương trình hoá học H2O2 + MnO2
Phương trình đúng, đã cân bằng:
2H2O2 —(MnO2)→ 2H2O + O2↑
Chú ý: MnO2 được viết trên mũi tên chứ không viết ở vế trái hay vế phải. Đây là phản ứng phân huỷ, đồng thời là phản ứng oxi hoá – khử tự oxi hoá – tự khử của H2O2.
Hiện tượng nhận biết
- Bột MnO2 màu đen nâu nằm trong dung dịch H2O2 không màu; bọt khí xuất hiện ngay và sủi mạnh.
- Ống nghiệm hơi ấm lên vì phản ứng toả nhiệt.
- Đưa que đóm còn tàn đỏ vào miệng ống: que đóm bùng cháy, chứng tỏ khí thoát ra là O2.
- Kết thúc phản ứng, MnO2 vẫn còn nguyên khối lượng. Lọc, rửa, sấy khô có thể dùng lại.
Vì sao MnO2 là chất xúc tác?
Tự H2O2 cũng phân huỷ chậm ở nhiệt độ thường (nên phải đựng trong lọ tối màu). MnO2 làm giảm năng lượng hoạt hoá nên tốc độ tăng lên rất nhiều. Sau phản ứng, lượng và bản chất MnO2 không đổi.
Số oxi hoá của oxi trong H2O2 là −1, đứng giữa −2 (trong H2O) và 0 (trong O2). Vì vậy một nửa nguyên tử O bị khử xuống −2, nửa còn lại bị oxi hoá lên 0:
- O−1 + 1e → O−2 (bị khử)
- 2O−1 − 2e → O20 (bị oxi hoá)
Ý “MnO2 ra MnO” có đúng không?
Không đúng trong thí nghiệm thông thường. Ở môi trường trung tính, MnO2 không đổi, nên không tạo ra MnO. Nhiều bạn nhầm vì thấy MnO2 “tham gia” phản ứng, trong khi nó chỉ là xúc tác.
Có một trường hợp MnO2 thật sự bị H2O2 khử, đó là khi có axit. Lúc này H2O2 đóng vai trò chất khử:
MnO2 + H2O2 + H2SO4 → MnSO4 + O2↑ + 2H2O
Hiện tượng: chất rắn đen nâu tan dần, dung dịch gần như không màu (muối Mn2+ loãng có màu hồng rất nhạt), có khí thoát ra. Sản phẩm là muối Mn(II), không phải oxit MnO. Kiểm tra cân bằng: Mn: 1 – 1; S: 1 – 1; H: 4 – 4; O: 8 – 8.
| Điều kiện | Vai trò MnO2 | Vai trò H2O2 | Sản phẩm |
|---|---|---|---|
| Môi trường trung tính | Chất xúc tác | Vừa oxi hoá, vừa khử | H2O, O2 |
| Có H2SO4 | Chất oxi hoá (Mn+4 → Mn+2) | Chất khử (O−1 → O0) | MnSO4, O2, H2O |
Với bài tập phổ thông, đề cho “H2O2 + MnO2” mà không nhắc axit thì hiểu là phản ứng xúc tác.
Ứng dụng: điều chế oxi trong phòng thí nghiệm
Cách này tiện vì không cần đun nóng. Cho một ít bột MnO2 vào bình, nhỏ dung dịch H2O2 qua phễu, thu khí O2 bằng cách đẩy nước hoặc đẩy không khí (O2 nặng hơn không khí nên úp ngược bình thu cũng được là sai, phải để bình đứng, miệng hướng lên).
Cách khác để thu O2 là nhiệt phân KMnO4 hoặc KClO3 (xúc tác MnO2), nhưng cần đun nóng.
Lỗi sai thường gặp
- Viết MnO2 thành chất tham gia và cân bằng thành H2O2 + MnO2 → H2O + O2 + MnO. Cách viết này sai bản chất.
- Quên hệ số 2 trước H2O2 và H2O (viết H2O2 → H2O + O2 là chưa cân bằng: vế trái 2 O, vế phải 3 O).
- Tính khối lượng dung dịch sau phản ứng mà quên trừ khối lượng O2 bay ra.
- Cho rằng MnO2 giảm khối lượng sau phản ứng.
Mẹo nhớ: “Hai nước oxy già, một oxi bay đi; xúc tác ghi trên mũi tên”.
Bài tập vận dụng
Bài 1. Phân huỷ hoàn toàn 6,8 g H2O2 (xúc tác MnO2). Tính thể tích O2 ở đktc.
Giải: n(H2O2) = 6,8 : 34 = 0,2 mol. Theo phương trình, n(O2) = 0,2 : 2 = 0,1 mol. V = 0,1 × 22,4 = 2,24 lít.
Bài 2. Cần phân huỷ bao nhiêu gam H2O2 để thu được 5,6 lít O2 (đktc)?
Giải: n(O2) = 5,6 : 22,4 = 0,25 mol. n(H2O2) = 0,25 × 2 = 0,5 mol. m = 0,5 × 34 = 17 g.
Bài 3. Cho 0,5 g MnO2 vào 100 g dung dịch H2O2 3,4%. Sau phản ứng hoàn toàn, tính khối lượng dung dịch (không tính MnO2 còn lại) và khối lượng MnO2 thu hồi.
Giải: m(H2O2) = 3,4 g, tức 0,1 mol, tạo 0,05 mol O2 = 1,6 g. Khối lượng dung dịch còn lại = 100 − 1,6 = 98,4 g. MnO2 là xúc tác nên thu lại đủ 0,5 g.
Tóm tắt cần nhớ
- H2O2 + MnO2 (trung tính): 2H2O2 → 2H2O + O2, MnO2 là xúc tác.
- Không tạo MnO; có axit thì MnO2 bị khử thành muối Mn2+.
- Nhận biết O2 bằng que đóm còn tàn đỏ.
- Tỉ lệ: 2 mol H2O2 cho 1 mol O2.
Cùng chuyên đề: Bài nằm trong mục lục Các phương trình hóa học thường gặp: tổng hợp hơn 300 phản ứng có cân bằng. Bài trước: NaHSO4 + HCl: có phản ứng không? Phương trình NaCl, H2SO4, NaHSO4. Bài sau: Phương trình H2 + Cl2 → 2HCl: điều kiện, hiện tượng, bài tập.
Câu hỏi thường gặp
MnO2 trong phản ứng với H2O2 có vai trò gì?
Trong môi trường trung tính, MnO2 là chất xúc tác: làm H2O2 phân huỷ nhanh thành H2O và O2 mà bản thân không bị tiêu hao, khối lượng và bản chất không đổi sau phản ứng.
H2O2 + MnO2 có tạo ra MnO không?
Không. Phản ứng xúc tác chỉ tạo H2O và O2. Khi có axit H2SO4, MnO2 bị H2O2 khử thành muối MnSO4 chứ không phải oxit MnO.
Làm sao nhận biết khí sinh ra khi cho MnO2 vào H2O2?
Đưa que đóm còn tàn đỏ vào miệng ống nghiệm. Que đóm bùng cháy chứng tỏ khí thoát ra là oxi.
Phân huỷ 1 mol H2O2 thu được bao nhiêu lít O2 ở đktc?
Theo phương trình 2H2O2 → 2H2O + O2, 1 mol H2O2 cho 0,5 mol O2, tức 0,5 × 22,4 = 11,2 lít O2 ở đktc.