Trả lời nhanh
Phương trình đã cân bằng: Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2↑. Canxi là kim loại kiềm thổ hoạt động mạnh nên phản ứng với nước ngay ở nhiệt độ thường. Canxi tan dần, sủi bọt khí không màu (H2), dung dịch vẩn đục vì Ca(OH)2 ít tan, phản ứng toả nhiệt.
Phương trình phản ứng Ca tác dụng với H2O
Đề bài hay cho dạng chưa cân bằng “Ca + H2O → Ca(OH)2 + H2“. Khi cân bằng, ta được:
Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2↑
- Điều kiện: nhiệt độ thường, không cần xúc tác.
- Chất tham gia: canxi (chất rắn màu trắng bạc), nước.
- Sản phẩm: canxi hiđroxit (vôi tôi) và khí hiđro.
- Loại phản ứng: phản ứng thế, đồng thời là phản ứng oxi hoá – khử.
Cách cân bằng bằng phương pháp thăng bằng electron
- Xác định số oxi hoá: Ca0 → Ca+2; H+1 (trong H2O) → H20.
- Viết quá trình: Ca0 → Ca2+ + 2e (quá trình oxi hoá); 2H+1 + 2e → H20 (quá trình khử).
- Số electron cho bằng số electron nhận (đều là 2) nên hệ số của Ca và H2 đều là 1.
- Kiểm tra số nguyên tử: vế phải có 2 nhóm OH trong Ca(OH)2 và 2 H trong H2 → tổng 4 H, 2 O. Vế trái cần 2H2O (4 H, 2 O). Vậy hệ số của H2O là 2.
Mẹo nhớ: kim loại hoá trị II + 2 phân tử nước → hiđroxit + H2. Mỗi nguyên tử Ca nhường 2e, mỗi phân tử H2 nhận 2e, nên tỉ lệ Ca : H2 luôn là 1 : 1.
Hiện tượng khi cho canxi vào nước
- Mẩu canxi chìm xuống đáy cốc rồi tan dần.
- Có bọt khí không màu thoát ra quanh mẩu kim loại (khí H2).
- Cốc nóng lên vì phản ứng toả nhiệt.
- Dung dịch trở nên đục, màu trắng sữa do Ca(OH)2 ít tan nên một phần tạo thành huyền phù.
- Dung dịch thu được làm quỳ tím hoá xanh, phenolphtalein hoá hồng vì có tính bazơ.
Lưu ý: Ca phản ứng với nước êm hơn Na, K. Phản ứng không bùng cháy dữ dội, nhưng vẫn nên dùng lượng nhỏ khi làm thí nghiệm vì khí H2 dễ cháy nổ.
Vì sao Ca phản ứng được với nước ở nhiệt độ thường?
Ca thuộc nhóm IIA, có 2 electron lớp ngoài cùng, độ âm điện nhỏ nên dễ nhường electron. Thế điện cực chuẩn của Ca rất âm, vì vậy Ca khử được H+ của nước thành H2. Đây là nhóm kim loại cùng với kim loại kiềm tác dụng được với nước ở điều kiện thường.
| Kim loại | Tác dụng với nước |
|---|---|
| Na, K, Ba, Ca | Có phản ứng ở nhiệt độ thường, tạo bazơ và H2 |
| Mg | Rất chậm ở nhiệt độ thường, phản ứng rõ hơn khi đun nóng |
| Be | Không phản ứng với nước ở bất kì nhiệt độ nào |
| Cu, Ag | Không phản ứng |
Lỗi sai thường gặp
- Quên hệ số 2 của H2O: viết “Ca + H2O → Ca(OH)2 + H2” là chưa cân bằng (vế phải có 2 O… thực tế mất cân bằng cả H và O).
- Viết sản phẩm là CaO: CaO không thu được khi Ca gặp nước; CaO là sản phẩm của Ca với O2, hoặc nung CaCO3.
- Ghi kết tủa: Ca(OH)2 ít tan, nhưng thường viết ở dạng dung dịch (nước vôi trong) hoặc nói là vẩn đục, không ghi là kết tủa trong phương trình trừ khi đề yêu cầu.
- Quên dấu ↑ cho khí H2 khi viết phương trình đầy đủ.
Ứng dụng và phản ứng liên quan
- Phản ứng này chứng minh tính khử mạnh của canxi, thường dùng để so sánh với Mg, Be trong nhóm IIA.
- Dung dịch Ca(OH)2 tạo ra dùng nhận biết CO2: Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3↓ + H2O (nước vôi trong vẩn đục).
- Phản ứng tương tự với kim loại kiềm: 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2↑.
- Phản ứng của oxit: CaO + H2O → Ca(OH)2 (vôi sống tôi vôi, toả nhiều nhiệt, không sinh khí).
Bài tập vận dụng có đáp án
Bài 1. Cho 2,0 gam Ca vào lượng nước dư. Tính thể tích khí H2 (đktc) và khối lượng Ca(OH)2 tạo thành.
Giải: nCa = 2,0 : 40 = 0,05 mol. Theo phương trình, nH2 = nCa(OH)2 = 0,05 mol. VH2 = 0,05 × 22,4 = 1,12 lít. mCa(OH)2 = 0,05 × 74 = 3,7 gam.
Bài 2. Cần bao nhiêu gam Ca tác dụng với nước để thu được 3,36 lít H2 (đktc)?
Giải: nH2 = 3,36 : 22,4 = 0,15 mol → nCa = 0,15 mol → mCa = 0,15 × 40 = 6 gam.
Bài 3 (trắc nghiệm). Kim loại nào sau đây tác dụng với nước ở nhiệt độ thường: Cu, Fe, Ca, Mg?
Đáp án: Ca. Cu và Fe không phản ứng với nước ở nhiệt độ thường, Mg chỉ phản ứng đáng kể khi đun nóng.
Bài 4. Nêu một cách nhận biết khí thoát ra và dung dịch thu được khi cho Ca vào nước.
Gợi ý: khí H2 đưa que đóm đang cháy lại gần miệng ống nghiệm thì cháy với tiếng nổ nhỏ; dung dịch làm quỳ tím chuyển xanh.
Câu hỏi thường gặp
Ca + H2O ra gì?
Ca tác dụng với nước tạo canxi hiđroxit Ca(OH)2 và khí hiđro H2. Phương trình: Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2↑.
Phản ứng Ca với H2O có cần đun nóng không?
Không. Canxi phản ứng với nước ngay ở nhiệt độ thường và phản ứng toả nhiệt.
Vì sao dung dịch thu được bị đục?
Vì Ca(OH)2 ít tan trong nước. Phần chưa tan tạo huyền phù màu trắng, làm dung dịch vẩn đục.
Ca + H2O là phản ứng thế hay phản ứng oxi hoá khử?
Cả hai. Ca thế H trong nước nên là phản ứng thế; Ca nhường 2e (bị oxi hoá), H+ nhận electron thành H2 (bị khử) nên là phản ứng oxi hoá – khử.