Trả lời nhanh
Phương trình: Zn + CuCl2 → ZnCl2 + Cu↓. Phản ứng xảy ra trong dung dịch ở nhiệt độ thường. Kẽm tan dần, màu xanh lam của dung dịch nhạt dần và có kim loại màu đỏ (đồng) bám lên mảnh kẽm. Kẽm hoạt động hóa học mạnh hơn đồng nên đẩy được đồng ra khỏi muối.
Phương trình hóa học Zn + CuCl2
Phương trình phân tử (đã cân bằng, hệ số đều bằng 1):
Zn + CuCl2 → ZnCl2 + Cu↓
Phương trình ion rút gọn, thể hiện đúng bản chất phản ứng:
Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu
Ion Cl– không tham gia vào quá trình cho – nhận electron, nó chỉ “đứng xem” và đổi từ muối đồng sang muối kẽm.
Điều kiện và hiện tượng
- Điều kiện: kẽm tiếp xúc với dung dịch CuCl2, nhiệt độ thường, không cần xúc tác.
- Hiện tượng: mảnh kẽm mòn dần; có lớp kim loại màu đỏ bám bên ngoài; dung dịch xanh lam (do ion Cu2+) nhạt dần, nếu Zn dư đủ thì chuyển thành không màu (ZnCl2 không màu).
Bản chất: phản ứng oxi hóa – khử
| Quá trình | Nửa phản ứng | Vai trò |
|---|---|---|
| Oxi hóa | Zn → Zn2+ + 2e | Zn là chất khử |
| Khử | Cu2+ + 2e → Cu | Cu2+ (trong CuCl2) là chất oxi hóa |
Đây cũng là phản ứng thế: kim loại đơn chất (Zn) thay thế kim loại trong hợp chất (Cu trong CuCl2).
Vì sao Zn đẩy được Cu?
Trong dãy hoạt động hóa học, kim loại đứng trước đẩy được kim loại đứng sau ra khỏi dung dịch muối (trừ các kim loại tan trong nước ở nhiệt độ thường như Na, K, Ca, Ba). Zn đứng trước Cu nên phản ứng xảy ra.
Ở góc độ nâng cao (lớp 12), ta so sánh thế điện cực chuẩn: E°(Zn2+/Zn) = –0,76 V nhỏ hơn E°(Cu2+/Cu) = +0,34 V. Cặp có thế lớn hơn có dạng oxi hóa mạnh hơn (Cu2+) và sẽ oxi hóa dạng khử của cặp thế thấp hơn (Zn). Đây cũng chính là phản ứng xảy ra trong pin Daniell Zn–Cu, suất điện động chuẩn khoảng 1,10 V.
Mẹo nhớ và lỗi sai thường gặp
- Nhớ nhanh: “kim loại mạnh đẩy kim loại yếu”. Đồng không đẩy được kẽm: Cu + ZnCl2 → không xảy ra.
- Quên kí hiệu kết tủa: Cu sinh ra là chất rắn, nên viết Cu↓ (hoặc Cu bám vào kẽm).
- Nhầm với kim loại kiềm: Na cho vào dung dịch CuCl2 không ra Cu, vì Na phản ứng với nước trước tạo NaOH, rồi NaOH tạo kết tủa Cu(OH)2 màu xanh.
- Nhầm màu dung dịch: dung dịch CuCl2 loãng màu xanh lam; ZnCl2 không màu. Màu nhạt đi chứng tỏ Cu2+ đang bị tiêu thụ.
Bài tập vận dụng
Bài 1. Cho 6,5 gam Zn vào dung dịch chứa 0,2 mol CuCl2. Sau phản ứng hoàn toàn, tính khối lượng Cu sinh ra và số mol CuCl2 còn dư.
Giải. n(Zn) = 6,5 : 65 = 0,1 mol. Theo phương trình, Zn và CuCl2 phản ứng tỉ lệ 1 : 1 nên Zn hết, CuCl2 dư. n(Cu) = 0,1 mol → m(Cu) = 0,1 × 64 = 6,4 gam. n(CuCl2) dư = 0,2 – 0,1 = 0,1 mol.
Bài 2. Nhúng một thanh kẽm vào dung dịch CuCl2. Sau một thời gian lấy ra thấy khối lượng thanh giảm 0,2 gam. Tính khối lượng kẽm đã tan và khối lượng đồng bám vào thanh (coi toàn bộ Cu bám vào thanh).
Giải. Mỗi 1 mol Zn tan (65 g) thì có 1 mol Cu bám vào (64 g), khối lượng thanh giảm 65 – 64 = 1 gam. Giảm 0,2 gam ứng với 0,2 mol Zn phản ứng. m(Zn tan) = 0,2 × 65 = 13 gam; m(Cu bám) = 0,2 × 64 = 12,8 gam. Kiểm tra: 13 – 12,8 = 0,2 gam ✓.
Bài 3. Trong các kim loại Mg, Fe, Ag, kim loại nào đẩy được Cu ra khỏi dung dịch CuCl2? Viết phương trình.
Giải. Mg và Fe đứng trước Cu nên đẩy được; Ag đứng sau Cu nên không phản ứng.
Mg + CuCl2 → MgCl2 + Cu
Fe + CuCl2 → FeCl2 + Cu
Ứng dụng
Phản ứng dùng để điều chế đồng bằng phương pháp thủy luyện (dùng kim loại mạnh đẩy đồng khỏi dung dịch muối), để làm sạch ion Cu2+ trong dung dịch muối kẽm khi tinh chế, và để minh họa phản ứng oxi hóa – khử trong thí nghiệm ở trường.
Câu hỏi thường gặp
Zn + CuCl2 có hiện tượng gì?
Kẽm tan dần, có kim loại đỏ là đồng bám lên bề mặt kẽm, dung dịch xanh lam của CuCl2 nhạt dần rồi có thể mất màu khi Cu2+ phản ứng hết.
Zn + CuCl2 thuộc loại phản ứng nào?
Đây là phản ứng thế đồng thời là phản ứng oxi hóa – khử: Zn là chất khử (nhường 2 electron), ion Cu2+ là chất oxi hóa (nhận 2 electron).
Cu có đẩy được Zn ra khỏi dung dịch ZnCl2 không?
Không. Đồng hoạt động hóa học yếu hơn kẽm (đứng sau Zn trong dãy hoạt động) nên không khử được ion Zn2+, phản ứng không xảy ra.
Sau khi nhúng thanh Zn vào dung dịch CuCl2, khối lượng thanh tăng hay giảm?
Giảm, vì mỗi mol Zn tan ra (65 g) chỉ có 1 mol Cu (64 g) bám vào nên khối lượng thanh giảm 1 gam cho mỗi mol Zn phản ứng.