Trả lời nhanh
CuO + H2 → Cu + H2O (điều kiện: đun nóng). Hiđro khử đồng(II) oxit màu đen thành kim loại đồng màu đỏ gạch, đồng thời sinh ra hơi nước ngưng tụ thành giọt trên thành ống. Đây là phản ứng oxi hoá – khử, trong đó H2 là chất khử, CuO là chất oxi hoá.
Phương trình hoá học
CuO + H2 → Cu + H2O (t°)
Phương trình đã cân bằng vì mỗi vế có 1 nguyên tử Cu, 1 nguyên tử O và 2 nguyên tử H, nên hệ số các chất đều là 1.
Điều kiện và hiện tượng
- Điều kiện: đun nóng. Ở nhiệt độ thường, CuO không phản ứng với H2.
- Hiện tượng: bột CuO màu đen dần chuyển thành chất rắn màu đỏ gạch (đồng kim loại); xuất hiện những giọt nước nhỏ đọng ở phần miệng ống, nơi nhiệt độ thấp hơn.
- Kết luận: hiđro đã lấy oxi của đồng(II) oxit, tạo thành đồng và nước.
Cách tiến hành thí nghiệm
- Cho một ít bột CuO vào giữa ống thuỷ tinh hơi nghiêng xuống ở đầu thoát khí.
- Cho dòng khí H2 (điều chế từ kẽm và axit clohiđric) chạy qua ống một lúc để đuổi hết không khí.
- Thử độ tinh khiết của H2 thoát ra rồi mới đun nóng phần có CuO bằng đèn cồn.
- Quan sát sự đổi màu, rồi ngừng đun nhưng vẫn để H2 chạy qua cho tới khi ống nguội hẳn.
Bước 4 rất quan trọng: nếu ngừng khí khi đồng còn nóng, đồng sẽ bị oxi trong không khí oxi hoá ngược trở lại thành CuO màu đen.
Bản chất oxi hoá – khử
| Chất | Số oxi hoá | Vai trò |
|---|---|---|
| H2 → H2O | 0 → +1 | Chất khử (bị oxi hoá) |
| CuO → Cu | +2 → 0 | Chất oxi hoá (bị khử) |
Ở chương trình lớp 8, ta nói gọn: H2 chiếm oxi của CuO nên H2 có tính khử. Phản ứng này còn là phản ứng thế, vì đơn chất H2 thế chỗ nguyên tố Cu trong hợp chất CuO.
Lưu ý an toàn
- Hỗn hợp khí H2 với không khí có thể nổ khi gặp lửa, nên phải đuổi hết không khí và thử độ tinh khiết khí trước khi đun.
- Không đứng gần miệng ống khi đang đun, tránh bị hơi nóng bỏng.
- Dùng đèn cồn đúng cách, tắt bằng nắp đậy.
Mở rộng: H2 khử được những oxit nào?
Khí hiđro khử được oxit của các kim loại đứng sau nhôm trong dãy hoạt động hoá học khi đun nóng, ví dụ: CuO, FeO, Fe2O3, PbO, ZnO. Chẳng hạn: Fe2O3 + 3H2 → 2Fe + 3H2O (t°). Ngược lại, H2 không khử được các oxit của kim loại mạnh như Na2O, K2O, CaO, BaO, MgO, Al2O3.
Ứng dụng của phản ứng
Tính chất khử của hiđro được dùng để điều chế một số kim loại từ oxit của chúng, đặc biệt khi cần kim loại có độ tinh khiết cao, như đồng, sắt, vonfram trong công nghiệp và phòng thí nghiệm. Đây cũng là phản ứng cơ bản để học sinh hiểu khái niệm “sự khử” và “sự oxi hoá” xảy ra đồng thời trong một phản ứng.
Lỗi sai thường gặp
- Viết sản phẩm là Cu(OH)2 hoặc CuH2: sai, sản phẩm là Cu và H2O.
- Quên điều kiện t°.
- Nhầm màu: CuO màu đen, Cu màu đỏ gạch (không phải màu xanh, vì xanh là màu của dung dịch muối đồng).
Bài tập vận dụng
- Khử hoàn toàn 8 g CuO bằng H2. Tính khối lượng Cu và thể tích H2 (đktc) cần dùng. Lời giải: n(CuO) = 8 / 80 = 0,1 mol. Theo phương trình, n(Cu) = n(H2) = 0,1 mol. m(Cu) = 0,1 × 64 = 6,4 g; V(H2) = 0,1 × 22,4 = 2,24 lít.
- Dẫn H2 qua 16 g CuO nung nóng, sau phản ứng thu được 1,8 g nước. Tính hiệu suất. Lời giải: n(CuO) = 0,2 mol; n(H2O) = 1,8 / 18 = 0,1 mol. Hiệu suất = 0,1 / 0,2 × 100% = 50%.
- Sau khi khử một lượng CuO, khối lượng chất rắn giảm 1,6 g. Tính khối lượng CuO đã phản ứng. Lời giải: Khối lượng giảm chính là khối lượng oxi mất đi: n(O) = 1,6 / 16 = 0,1 mol, tức n(CuO) = 0,1 mol, m = 8 g.
Câu hỏi thường gặp
CuO + H2 ra gì?
Ra đồng và nước: CuO + H2 → Cu + H2O, điều kiện đun nóng.
Hiện tượng của phản ứng CuO tác dụng với H2?
Chất rắn màu đen CuO chuyển dần sang màu đỏ gạch của kim loại đồng; có giọt nước đọng ở thành ống.
Trong phản ứng CuO + H2, chất nào là chất khử?
H2 là chất khử vì lấy oxi của CuO (số oxi hoá tăng từ 0 lên +1); CuO là chất oxi hoá.
Vì sao phải thử độ tinh khiết của H2 trước khi đun?
Vì hỗn hợp H2 với không khí có thể nổ khi gặp lửa. Phải đuổi hết không khí trong ống rồi mới đun nóng.