Cu + O2 → CuO: Phương trình, điều kiện, hiện tượng

Trả lời nhanh

Phương trình đúng là 2Cu + O₂ → 2CuO (điều kiện: nhiệt độ). Đồng là kim loại màu đỏ, khi nung nóng trong không khí hoặc oxi, bề mặt chuyển dần sang màu đen của đồng(II) oxit. Đây là phản ứng hoá hợp và đồng thời là phản ứng oxi hoá – khử, trong đó Cu bị oxi hoá lên mức +2.

Phương trình phản ứng Cu + O₂

2Cu + O₂ → 2CuO (t°, khoảng 200 – 400°C)

Chất tham gia: đồng (Cu, rắn, màu đỏ) và khí oxi (O₂).
Sản phẩm: đồng(II) oxit CuO, chất rắn màu đen.
Điều kiện: đun nóng. Ở nhiệt độ thường, Cu chỉ bị xỉn rất chậm nên ta không thấy phản ứng xảy ra rõ rệt.

Hiện tượng nhận biết

Đốt nóng sợi dây đồng hoặc lá đồng trên ngọn lửa đèn cồn, ta thấy màu đỏ ánh kim của đồng mất dần và phủ một lớp chất rắn màu đen. Lớp đen đó chính là CuO. Nếu để nguội và cạo lớp đen, phía dưới vẫn còn đồng đỏ chưa bị oxi hoá.

Cách cân bằng phương trình

Viết sơ đồ: Cu + O₂ → CuO.
Vế trái O₂ có 2 nguyên tử O, vế phải CuO chỉ có 1 O. Đặt hệ số 2 trước CuO: Cu + O₂ → 2CuO.
Bây giờ vế phải có 2 Cu, đặt hệ số 2 trước Cu: 2Cu + O₂ → 2CuO.
Kiểm tra: mỗi vế có 2 Cu và 2 O. Cân bằng xong.

Mẹo: với phản ứng của O₂, hãy làm chẵn số nguyên tử O trước, sau đó mới chỉnh kim loại.

Bản chất oxi hoá – khử

Quá trình	Biểu diễn	Vai trò
Oxi hoá	Cu⁰ → Cu⁺² + 2e	Cu là chất khử
Khử	O₂ + 4e → 2O⁻²	O₂ là chất oxi hoá

Cứ 2 nguyên tử Cu nhường tổng cộng 4 electron thì 1 phân tử O₂ nhận đủ 4 electron. Vì vậy tỉ lệ Cu : O₂ = 2 : 1.

Ở nhiệt độ rất cao thì sao?

Nếu nung ở nhiệt độ khoảng trên 1000°C, CuO không bền và có thể bị phân huỷ thành đồng(I) oxit Cu₂O màu đỏ gạch: 4CuO → 2Cu₂O + O₂. Tuy nhiên, trong chương trình phổ thông, khi đề cho “nung Cu trong không khí” thì mặc định sản phẩm là CuO.

Ứng dụng và phản ứng liên quan

Tách oxi khỏi hỗn hợp khí: dẫn hỗn hợp khí qua ống đựng bột đồng nung nóng, oxi bị giữ lại dưới dạng CuO.
Khử CuO lấy lại đồng: CuO + H₂ → Cu + H₂O (t°). Hiện tượng: chất rắn đen chuyển thành đỏ và có hơi nước đọng ở thành ống.
Hoà tan CuO bằng axit: CuO + H₂SO₄ → CuSO₄ + H₂O. Dung dịch có màu xanh lam.

Ví dụ tính toán

Nung hoàn toàn 6,4 g Cu trong oxi dư. Tính thể tích O₂ (đktc) phản ứng và khối lượng CuO thu được.

n_Cu = 6,4 : 64 = 0,1 mol.
Theo phương trình: n_O₂ = 0,1 : 2 = 0,05 mol → V = 0,05 × 22,4 = 1,12 lít.
n_CuO = n_Cu = 0,1 mol → m = 0,1 × 80 = 8 g.
Kiểm tra bằng định luật bảo toàn khối lượng: 6,4 + 0,05 × 32 = 8 g. Khớp.

Lỗi sai thường gặp

Viết sản phẩm là Cu₂O hoặc CuO₂. Đồng trong phản ứng này có hoá trị II nên oxit là CuO.
Quên hệ số nên viết Cu + O₂ → CuO (chưa cân bằng).
Quên ghi điều kiện t°.
Nhầm khối lượng mol: Cu = 64, CuO = 80, O₂ = 32.

Bài luyện tập

Bài 1. Nung 12,8 g Cu trong không khí dư. Tính khối lượng CuO tạo thành.

Bài 2. Nung 3,2 g Cu với 0,02 mol O₂ trong bình kín. Sau phản ứng chất rắn có những chất nào, khối lượng bao nhiêu?

Bài 3. Nung 6,4 g Cu trong không khí, thu được 7,2 g chất rắn (phản ứng không hoàn toàn). Tính khối lượng CuO trong chất rắn.

Đáp án

Bài 1: n_Cu = 0,2 mol → n_CuO = 0,2 mol → m = 16 g.
Bài 2: n_Cu = 0,05 mol. 0,02 mol O₂ chỉ phản ứng hết với 0,04 mol Cu nên Cu dư 0,01 mol (0,64 g). CuO tạo ra 0,04 mol (3,2 g). Chất rắn gồm 3,2 g CuO và 0,64 g Cu, tổng 3,84 g (bằng 3,2 + 0,64 g O₂).
Bài 3: khối lượng O₂ đã phản ứng = 7,2 − 6,4 = 0,8 g, tức 0,025 mol. Suy ra n_CuO = 0,05 mol → 4 g (Cu dư 3,2 g).

Câu hỏi thường gặp

Cu + O2 có xảy ra ở nhiệt độ thường không?

Ở nhiệt độ thường đồng chỉ bị oxi hoá rất chậm trên bề mặt nên không thấy hiện tượng rõ. Muốn tạo CuO màu đen nhanh, cần đun nóng.

Phản ứng Cu + O2 thuộc loại phản ứng gì?

Đây là phản ứng hoá hợp (hai chất tạo thành một chất) và cũng là phản ứng oxi hoá – khử vì số oxi hoá của Cu tăng từ 0 lên +2, của O giảm từ 0 xuống −2.

Làm thế nào để chuyển CuO màu đen trở lại đồng?

Cho CuO tác dụng với chất khử như H2 hoặc CO khi đun nóng: CuO + H2 → Cu + H2O. Chất rắn đen chuyển sang màu đỏ.

Vì sao hệ số của Cu và CuO đều là 2?

Phân tử O2 có 2 nguyên tử O nên cần 2 phân tử CuO để chứa đủ 2 O, từ đó cần 2 nguyên tử Cu ở vế trái.