Lớp 11Hóa học

Al + H2SO4 đặc nóng → Al2(SO4)3 + SO2 + H2O: cân bằng, hiện tượng

Trả lời nhanh

Phương trình: 2Al + 6H2SO4 (đặc, nóng) → Al2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O. Điều kiện: dung dịch H2SO4 đặc và đun nóng (nhôm bị thụ động, không phản ứng với H2SO4 đặc nguội). Hiện tượng: nhôm tan dần, có khí không màu, mùi hắc (SO2) thoát ra. Tổng hệ số cân bằng của phương trình là 18.

Phương trình phản ứng Al + H2SO4 đặc nóng

2Al + 6H2SO4 (đặc) →t° Al2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O

Chất Tên gọi Vai trò
Al Aluminium (nhôm) Chất khử
H2SO4 đặc Sulfuric acid đặc Chất oxi hoá, đồng thời là môi trường
Al2(SO4)3 Aluminium sulfate (nhôm sunfat) Muối tạo thành
SO2 Sulfur dioxide (lưu huỳnh đioxit) Sản phẩm khử

Cân bằng phương trình bằng phương pháp thăng bằng electron

  1. Xác định số oxi hoá thay đổi: Al từ 0 lên +3; S từ +6 (trong H2SO4) xuống +4 (trong SO2).
  2. Viết quá trình: Al0 → Al+3 + 3e; S+6 + 2e → S+4.
  3. Tìm hệ số: BCNN của 3 và 2 là 6, nên nhân quá trình oxi hoá với 2 và quá trình khử với 3: 2Al nhường 6e, 3S+6 nhận 6e.
  4. Đặt hệ số và cân bằng phần còn lại: 2Al → 1 Al2(SO4)3; 3SO2. Số S ở vế phải: 3 (trong muối) + 3 (trong SO2) = 6, nên cần 6H2SO4. Số H: 12 → 6H2O. Kiểm tra O: vế trái 24, vế phải 12 + 6 + 6 = 24 ✔.

Mẹo nhớ: trong phản ứng kim loại với H2SO4 đặc tạo SO2, số mol H2SO4 phản ứng luôn bằng 2 lần số mol SO2 (một nửa làm môi trường tạo muối, một nửa bị khử). Ở đây 6 = 2 × 3 ✔.

Điều kiện phản ứng và vì sao cần đun nóng?

  • H2SO4 phải đặc và nóng. Ở nhiệt độ thường, axit đặc tạo trên bề mặt nhôm một lớp màng oxide bền, ngăn axit tiếp xúc với kim loại: hiện tượng thụ động hoá. Vì thế nhôm (cùng sắt, chromium) không tác dụng với H2SO4 đặc nguội và HNO3 đặc nguội.
  • Ứng dụng của tính chất này: người ta có thể dùng bình bằng nhôm hoặc thép để chuyên chở H2SO4 đặc nguội.
  • Với H2SO4 loãng, nhôm phản ứng giải phóng khí hydrogen: 2Al + 3H2SO4 (loãng) → Al2(SO4)3 + 3H2↑. Khi đó S giữ nguyên số oxi hoá +6, chỉ ion H+ đóng vai trò chất oxi hoá.

Hiện tượng phản ứng

Cho mảnh nhôm vào ống nghiệm chứa H2SO4 đặc rồi đun nóng nhẹ: mảnh nhôm tan dần, có bọt khí không màu, mùi hắc, gây ho thoát ra. Đó là khí SO2. Có thể nhận biết SO2 bằng giấy tẩm dung dịch thuốc tím (KMnO4) loãng: màu tím nhạt dần rồi mất màu.

Lưu ý an toàn: H2SO4 đặc gây bỏng rất nặng, SO2 là khí độc. Thí nghiệm chỉ thực hiện trong phòng thí nghiệm, có tủ hút, kính bảo hộ, găng tay và dưới sự hướng dẫn của giáo viên.

Sản phẩm khử khác của H2SO4 đặc

Nhôm là kim loại có tính khử mạnh, nên tuỳ nồng độ axit và nhiệt độ, S+6 có thể bị khử sâu hơn xuống S0 hoặc S−2:

Sản phẩm khử Phương trình Dấu hiệu
SO2 (S+4) 2Al + 6H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O Khí mùi hắc
S (S0) 2Al + 4H2SO4 → Al2(SO4)3 + S + 4H2O Kết tủa màu vàng
H2S (S−2) 8Al + 15H2SO4 → 4Al2(SO4)3 + 3H2S + 12H2O Khí mùi trứng thối

Trong bài tập, nếu đề không nói gì thêm, em mặc định sản phẩm khử là SO2.

So sánh với các phản ứng tương tự

Nhiều kim loại khác cũng phản ứng với H2SO4 đặc nóng theo cùng một kiểu, chỉ khác hoá trị của kim loại trong muối. Em có thể đối chiếu: Fe + H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> đặc nóng (sắt lên hoá trị III), Cu + H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> đặc nóng (đồng, kim loại đứng sau hydrogen vẫn phản ứng được). Phi kim như lưu huỳnh cũng bị H2SO4 đặc oxi hoá, xem S + H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> đặc.

Bài tập vận dụng có lời giải

Bài 1. Hoà tan hoàn toàn 5,4 gam Al trong dung dịch H2SO4 đặc, nóng, dư, thu được V lít khí SO2 (sản phẩm khử duy nhất, ở điều kiện chuẩn). Tính V và khối lượng muối.

Lời giải: nAl = 5,4 : 27 = 0,2 mol. Theo phương trình, nSO2 = 3/2 × 0,2 = 0,3 mol. Ở điều kiện chuẩn (25 °C, 1 bar), thể tích mol khí là 24,79 L/mol: V = 0,3 × 24,79 = 7,437 L. (Nếu đề dùng đktc cũ 0 °C, 1 atm thì V = 0,3 × 22,4 = 6,72 L.) nmuối = 0,1 mol → m = 0,1 × 342 = 34,2 gam.

Bài 2. Cho 11,8 gam hỗn hợp Al và Cu tác dụng hết với H2SO4 đặc, nóng, dư, thu được 0,4 mol SO2 (sản phẩm khử duy nhất). Tính phần trăm khối lượng Al.

Lời giải: Gọi x, y là số mol Al, Cu. Ta có 27x + 64y = 11,8. Bảo toàn electron: 3x + 2y = 2 × 0,4 = 0,8. Giải hệ được x = 0,2; y = 0,1. %mAl = 5,4 : 11,8 × 100% ≈ 45,76%.

Bài 3. Vì sao có thể đựng H2SO4 đặc nguội trong thùng nhôm nhưng không đựng được H2SO4 loãng?

Lời giải: Nhôm bị thụ động trong H2SO4 đặc nguội nên không bị ăn mòn; còn H2SO4 loãng phản ứng với nhôm giải phóng H2, làm thủng thùng.

Lỗi sai thường gặp

  • Viết sản phẩm là H2 như với axit loãng. Với H2SO4 đặc, sản phẩm khử là hợp chất của lưu huỳnh.
  • Quên điều kiện “nóng” và cho rằng Al phản ứng với H2SO4 đặc nguội.
  • Viết muối là AlSO4: sai hoá trị. Nhôm có hoá trị III nên công thức đúng là Al2(SO4)3.
  • Cân bằng thiếu: chỉ đặt 3H2SO4 cho 3SO2 mà quên phần H2SO4 tạo muối.

Câu hỏi thường gặp

Al có tác dụng với H2SO4 đặc nguội không?

Không. Nhôm bị thụ động hoá trong H2SO4 đặc nguội (và HNO3 đặc nguội) do lớp màng oxide bền trên bề mặt, nên không xảy ra phản ứng.

Tổng hệ số cân bằng của phản ứng Al + H2SO4 đặc nóng là bao nhiêu?

Phương trình 2Al + 6H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O có tổng hệ số 2 + 6 + 1 + 3 + 6 = 18.

Al tác dụng với H2SO4 loãng tạo ra gì?

Tạo muối Al2(SO4)3 và khí hydrogen: 2Al + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2.

Trong phản ứng Al với H2SO4 đặc nóng, H2SO4 đóng vai trò gì?

H2SO4 vừa là chất oxi hoá (phần bị khử thành SO2) vừa là môi trường (phần tạo muối sulfate).

Bài học liên quan