Al + CuSO4 → Al2(SO4)3 + Cu: phương trình, hiện tượng, bài tập
Lớp 9Hóa học

Al + CuSO4 → Al2(SO4)3 + Cu: phương trình, hiện tượng, bài tập

Trả lời nhanh

Nhôm phản ứng với dung dịch đồng(II) sunfat theo phương trình: 2Al + 3CuSO4 → Al2(SO4)3 + 3Cu↓. Đây là phản ứng thế, đồng thời là phản ứng oxi hoá – khử. Nhôm hoạt động hoá học mạnh hơn đồng nên đẩy được đồng ra khỏi muối. Hiện tượng: có chất rắn màu đỏ bám vào nhôm, màu xanh của dung dịch nhạt dần.

Phương trình hoá học Al tác dụng với CuSO4

2Al + 3CuSO4 → Al2(SO4)3 + 3Cu↓

Phương trình ion thu gọn: 2Al + 3Cu2+ → 2Al3+ + 3Cu. Ion SO42− không tham gia phản ứng, chỉ “đứng xem”.

Chất Vai trò Đặc điểm
Al Chất khử Kim loại màu trắng bạc, nhường 3 electron
CuSO4 Chất oxi hoá (do ion Cu2+) Dung dịch màu xanh lam
Al2(SO4)3 Sản phẩm Muối tan, dung dịch không màu
Cu Sản phẩm Kim loại màu đỏ, không tan, bám trên nhôm

Điều kiện và hiện tượng

  • Điều kiện: phản ứng xảy ra ngay ở nhiệt độ thường, trong dung dịch muối CuSO4.
  • Hiện tượng: trên bề mặt thanh nhôm xuất hiện lớp kim loại màu đỏ (đồng); dung dịch xanh lam nhạt dần rồi có thể mất màu nếu CuSO4 hết.

Nếu dùng nhôm lá hoặc dây nhôm còn nguyên lớp oxit Al2O3 bảo vệ, phản ứng lúc đầu có thể diễn ra chậm. Khi lớp oxit bị phá (nhờ đánh sạch bề mặt hoặc có ion Cl− trong dung dịch), phản ứng xảy ra nhanh hơn.

Vì sao Al đẩy được Cu ra khỏi muối?

Theo dãy hoạt động hoá học của kim loại: K, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Pb, (H), Cu, Ag, Au. Nhôm đứng trước đồng nên mạnh hơn đồng. Kim loại mạnh hơn đẩy được kim loại yếu hơn ra khỏi dung dịch muối (với điều kiện kim loại đó không tác dụng với nước ở nhiệt độ thường).

Theo lớp 12, ta giải thích bằng dãy điện hoá: cặp Al3+/Al có tính khử của Al mạnh hơn Cu; ion Cu2+ có tính oxi hoá mạnh hơn Al3+. Chất oxi hoá mạnh gặp chất khử mạnh sẽ tạo ra chất oxi hoá yếu hơn và chất khử yếu hơn.

Cân bằng bằng phương pháp thăng bằng electron

  1. Xác định số oxi hoá thay đổi: Al0 → Al+3 và Cu+2 → Cu0.
  2. Viết quá trình: Al → Al3+ + 3e (nhân 2); Cu2+ + 2e → Cu (nhân 3). Tổng electron nhường = nhận = 6.
  3. Đặt hệ số: 2Al, 3Cu2+ → 2Al3+, 3Cu.
  4. Hoàn thiện với gốc sunfat: 3CuSO4 cho 3 gốc SO4, ghép với 2 Al3+ tạo đúng 1 Al2(SO4)3. Kiểm tra: vế trái 2Al, 3Cu, 3S, 12O; vế phải cũng vậy.

Mẹo nhớ: Al hoá trị III, Cu hoá trị II, bội chung nhỏ nhất là 6, nên 2 nguyên tử Al đổi lấy 3 nguyên tử Cu.

Lưu ý và lỗi sai thường gặp

  • Chiều ngược lại không xảy ra: Cu + Al2(SO4)3 không phản ứng vì Cu yếu hơn Al.
  • Quên hệ số: nhiều bạn viết Al + CuSO4 → AlSO4 + Cu. Muối nhôm phải là Al2(SO4)3 vì Al hoá trị III.
  • Nhầm với phản ứng của Na, K: kim loại kiềm tác dụng với nước trước nên không đẩy được Cu khỏi dung dịch; còn Al thì có thể.
  • Khối lượng thanh kim loại tăng: cứ 2 mol Al (54 g) tan ra thì có 3 mol Cu (192 g) bám vào, khối lượng thanh tăng 138 g.

Bài tập vận dụng

Bài 1

Nhúng thanh nhôm nặng 10,00 g vào dung dịch CuSO4 dư. Sau một thời gian lấy thanh ra, rửa sạch, sấy khô, cân được 11,38 g. Tính khối lượng Cu bám vào thanh (giả sử Cu bám hết vào thanh).

Giải: Cứ 2 mol Al phản ứng, khối lượng thanh tăng 3·64 − 2·27 = 138 g. Khối lượng tăng thực tế: 11,38 − 10,00 = 1,38 g, tương ứng 1,38/138 = 0,01 lần của “2 mol Al”. Vậy nAl phản ứng = 0,02 mol; nCu = 0,03 mol; mCu = 0,03·64 = 1,92 g. (Kiểm tra: 1,92 − 0,02·27 = 1,38 g ✓.)

Bài 2

Cho 2,7 g Al vào 200 mL dung dịch CuSO4 0,25M. Sau khi phản ứng hoàn toàn, tính khối lượng chất rắn thu được.

Giải: nAl = 2,7/27 = 0,1 mol; nCuSO4 = 0,2·0,25 = 0,05 mol. Theo phương trình, 0,05 mol CuSO4 cần 0,05·2/3 ≈ 0,0333 mol Al, nên Al dư. Cu sinh ra: 0,05 mol = 3,2 g. Al dư: 0,1 − 0,0333 = 0,0667 mol = 1,8 g. Chất rắn gồm Cu và Al dư: 3,2 + 1,8 = 5,0 g.

Bài 3

Cho các cặp chất sau, cặp nào có phản ứng: (a) Cu + Al2(SO4)3; (b) Al + CuSO4; (c) Ag + CuSO4?

Đáp án: chỉ có (b) xảy ra, vì Al mạnh hơn Cu; ở (a) và (c) kim loại cho vào yếu hơn kim loại trong muối.

Ứng dụng thực tế

Phản ứng này dùng để minh hoạ tính khử của nhôm trong phòng thí nghiệm, và là ví dụ điển hình của phản ứng đẩy kim loại ở các bài toán “thanh kim loại tăng – giảm khối lượng”. Trong thực tế, nguyên tắc tương tự được dùng để thu hồi đồng từ dung dịch muối bằng kim loại hoạt động hơn.

Câu hỏi thường gặp

Phương trình Al + CuSO4 viết đúng như thế nào?

2Al + 3CuSO4 → Al2(SO4)3 + 3Cu↓. Phản ứng xảy ra ở nhiệt độ thường, trong dung dịch.

Hiện tượng khi cho nhôm vào dung dịch CuSO4 là gì?

Có chất rắn màu đỏ (đồng) bám lên thanh nhôm, dung dịch xanh lam nhạt dần vì Cu2+ bị thay bằng Al3+ không màu.

Vì sao đôi khi nhôm cho vào CuSO4 phản ứng chậm?

Do bề mặt nhôm có lớp oxit Al2O3 mỏng bảo vệ. Khi lớp này bị phá hoặc có ion Cl− thì phản ứng xảy ra nhanh hơn.

Cu có đẩy được Al ra khỏi Al2(SO4)3 không?

Không, vì Cu đứng sau Al trong dãy hoạt động hoá học, tính khử yếu hơn Al.

Bài học liên quan