5.1. Bài tập lý thuyết về hiđro, nước và cách giải

 A. Lý thuyết và phương pháp giải

I. Hiđro

1. Tính chất vật lí

Khí hiđro là chất khí không màu, không mùi, không vị, nhẹ nhất trong các khí, tan rất ít trong nước.

2. Tính chất hóa học

Khí hiđro có tính khử, ở nhiệt độ thích hợp, hiđro không những kết hợp được với đơn chất oxi mà còn có thể kết hợp với nguyên tố oxi trong một số oxit kim loại. Các phản ứng này đều tỏa nhiều nhiệt.

a) Tác dụng với oxi tạo thành nước (phản ứng cháy với ngọn lửa màu xanh)

    Phương trình: 2H2 + O2 $\stackrel{t^0}{\to }$ 2H2O

b) Tác dụng với một số oxit kim loại tạo thành kim loại và nước

    VD: H2 + CuO $\stackrel{t^0}{\to }$ Cu + H2O

3. Ứng dụng

    - Làm nguyên liệu cho động cơ tên lửa, nhiên liệu cho động cơ ô tô thay cho xăng, dùng trong đèn xì oxi - hiđro để hàn cắt kim loại.

    - Làm nguyên liệu trong sản xuất amoniac, axit và nhiều hợp chất hữu cơ

    - Dùng để điều chế kim loại từ oxit của chúng

    - Bơm vào khinh khí cầu, bóng thám không vì là khí nhẹ nhất.

4. Điều chế

    a) Trong phòng thí nghiệm

    Nguyên tắc: cho axit (HCl hoặc H2SO4 loãng) tác dụng với kim loại kẽm (hoặc sắt, nhôm).

    VD:  H2SO4 + Zn → ZnSO4 + H2↑

    b) Trong công nghiệp

    - Điện phân nước: 2H2O $\stackrel{\mathrm{dp}}{\to }$ 2H2↑ + O2

    - Được điều chế từ khí thiên nhiên, khí dầu mỏ.

II. Nước

1. Thành phần hóa học của nước

    a) Sự phân hủy nước: Khi có dòng điện một chiều đi qua nước, trên bề mặt 2 điện cực sẽ sinh ra khí hiđro và khí oxi.

        Phương trình hóa học: 2H2O $\stackrel{\mathrm{dp}}{\to }$2H2↑ + O2↑

    Thể tích khí hiđro bằng 2 lần thể tích khí oxi.

    b) Sự tổng hợp nước

        Phương trình hóa học: 2H2 + O2 $\stackrel{t^0}{\to }$ 2H2O

    c) Kết luận

    Nước là hợp chất tạo bởi 2 nguyên tố là hiđro và oxi.

        - Tỉ lệ thể tích: 2 phần khí khí H2 và 1 phần khí O2.

        - Tỉ lệ khối lượng: 1 phần hiđro và 8 phần oxi.

        - Công thức hóa học là H2O

2. Tính chất vật lý

    - Nước là chất lỏng, không màu, không mùi, không vị, sôi ở 100ºC (dưới áp suất khí quyển là 760mmHg), hóa rắn ở 0ºC.

   - Hoà tan nhiều chất: rắn (như muối ăn, đường…), lỏng (như cồn, axit …), khí (như amoniac, hiđro clorua…).

3. Tính chất hóa học

a) Tác dụng với kim loại

Nước có thể tác dụng với một số kim loại như K, Na, Ca, Ba… ở nhiệt độ thường tạo ra bazơ tương ứng và khí hiđro.

VD: 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2↑

b) Tác dụng với oxit bazơ

Nước có thể tác dụng với một số oxit bazơ như K2O, Na2O, CaO, … tạo ra bazơ.

    VD: CaO + H2O → Ca(OH)2

Dung dịch bazơ làm đổi màu quỳ tím thành xanh.

c) Tác dụng với oxit axit

Nước tác dụng với oxit axit tạo ra axit.

    VD: P2O5 + 3H2O → 2H3PO4

Dung dịch axit làm quỳ tím thành đỏ.

4. Vai trò của nước và cách chống ô nhiễm nguồn nước:

a) Vai trò của nước

    + Hòa tan chất dinh dưỡng cần thiết cho cơ thể sống

    + Tham gia vào nhiều quá trình hóa học quan trọng trong cơ thể người và động vật

    + Có vai trò rất quan trọng trong đời sống hàng ngày, sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vân tải,…

b) Cách chống ô nhiễm nguồn nước

    + Không vứt rác thải xuống nguồn nước.

    + Xử lý nước thải trước khi cho nước thải chảy vào sông, hồ, biển.

    + Tuyên truyền nâng cao ý thức bảo vệ nguồn nước…

B. Ví dụ minh họa.

Ví dụ 1: Ở điều kiện thường, hiđro là chất ở trạng thái nào?

    A. Rắn.

    B. Lỏng.

    C. Khí.

    D. Hợp chất rắn.

Hướng dẫn giải:

Ở điều kiện thường, hiđro là chất khí.

Đáp án C

Ví dụ 2: Khi thu khí oxi vào ống nghiệm bằng cách đẩy không khí, phải để vị trí ống nghiệm như thế nào? Giải thích? Đối với khí hiđro, có thể làm như thế được không? Vì sao?

 Hướng dẫn giải:

    - Khi thu khí oxi vào ống nghiệm bằng cách đẩy không khí, phải để ống nghiệm nằm thẳng đứng, miệng ống nghiệm hướng lên trên vì oxi nặng hơn không khí.

    - Đối với khí hiđro thì không thể áp dụng cách trên vì khí hiđro rất nhẹ so với không khí nên phải đặt ống nghiệm thẳng đứng và miệng ống hướng xuống dưới.

Ví dụ 3: Khí nào nhẹ nhất trong các khí sau?

    A. N2.

    B. O2.

    C. H2.

    D. CO2.

Hướng dẫn giải:

Khí hiđro là khí nhẹ nhất trong các chất khí.

Mặt khác ta có thể so sánh khối lượng mol phân tử của các khí

$M_{N_2}=14.2=28(g/mol)$

$M_{O_2}=16.2=32$ (g/mol)

$M_{H_2}=1.2=2(g/\mathrm{mol})$

$M_{{\mathrm{CO}}_2}=12+16.2=44(g/\mathrm{mol})$

Đáp án C

C. Tự luyện.

Câu 1: Phát biểu nào sau đây đúng?

    A. Hỗn hợp hiđro và oxi theo tỉ lệ 1 thể tích khí hiđro và 2 thể tích khí oxi là hỗn hợp nổ mạnh nhất.

    B. Hỗn hợp hiđro và oxi theo tỉ lệ thể tích bằng nhau là hỗn hợp nổ mạnh nhất.

    C. Hỗn hợp hiđro và oxi theo tỉ lệ 2 thể tích khí hiđro và 1 thể tích khí oxi là hỗn hợp nổ mạnh nhất.

    D. Hiđro cháy mãnh liệt trong oxi nên gây tiếng nổ mạnh.

Hướng dẫn giải:

Hỗn hợp hiđro và oxi theo tỉ lệ 1 thể tích khí hiđro và 2 thể tích khí oxi là hỗn hợp nổ mạnh nhất.

Phương trình: 2H2 + O2 $\stackrel{t^0}{\to }$ 2H2O

Đáp án C

Câu 2: Hỗn hợp khí H2 và khí O2 khi cháy lại gây tiếng nổ vì

    A. hiđro cháy mãnh liệt trong oxi.

    B. phản ứng này tỏa nhiều nhiệt.

    C. thể tích nước mới tạo thành bị dãn nở đột ngột, gây ra sự chấn động không khí, đó là tiếng nổ mà ta nghe được.

    D. hiđro và oxi là hai chất khí, nên khi cháy gây tiếng nổ.

Hướng dẫn giải:

Hỗn hợp khí H2 và khí O2 khi cháy lại gây tiếng nổ vì thể tích nước mới tạo thành bị dãn nở đột ngột, gây ra sự chấn động không khí.

Đáp án C

Câu 3: Dãy gồm các kim loại tác dụng với nước ở nhiệt độ thường là

    A. Fe, Mg, Al.

    B. Na, K, Ca.

    C. Cu, K, Zn.

    D. K, Si, Ag.

Hướng dẫn giải:

Các kim loại như Na, K, Ca,… tác dụng với nước ở nhiệt độ thường.

Đáp án B

Câu 4: Tính chất vật lí nào dưới đây không phải của hiđro?

    A. là chất khí không màu, không mùi, không vị.

    B. tan ít trong nước.

    C. tan nhiều trong nước.

    D. nhẹ hơn không khí.

Hướng dẫn giải:

Tính chất vật lí của hiđro là: chất khí không màu, không mùi, không vị, tan ít trong nước và nhẹ hơn không khí.

Đáp án C

Câu 5: Chất rắn Cu tạo thành từ phản ứng của CuO và H2 có màu gì?

    A. Màu đen.

    B. Màu nâu.

    C. Màu xanh.

    D. Màu đỏ.

Hướng dẫn giải:

H2 tác dụng với CuO ở nhiệt độ cao sinh ra Cu. Kim loại Cu có màu đỏ.

Đáp án D

Câu 6: Vì sao bóng được bơm khí hiđro có thể bay lên cao được?

    A. Vì hiđro là chất khí ở nhiệt độ thường.

    B. Vì hiđro là chất khí nhẹ nhất, nhẹ hơn rất nhiều so với không khí.

    C. Vì khí hiđro không tác dụng với các chất khí có trong không khí.

    b. Vì khí hiđro có khối lượng nhỏ.

Hướng dẫn giải:

Khi bơm khí hiđro vào bóng, bóng có thể bay được lên cao là do hiđro là chất khí nhẹ nhất, nhẹ hơn rất nhiều so với không khí.

Đáp án B

Câu 7: Ứng dụng của hiđro là

    A. oxi hóa kim loại.

    B. Làm nguyên liệu sản xuất NH3, HCl, chất hữu cơ.

    C. Tạo hiệu ứng nhà kính.

    b. Tạo mưa axit.

Hướng dẫn giải:

Hiđro được dùng làm nguyên liệu trong sản xuất amoniac, axit và nhiều hợp chất hữu cơ.

Đáp án B

Câu 8: Cho các oxit: CO2, SO2, N2O5, Na2O, BaO, CaO, P2O5, NO. Số oxit tác dụng với nước tạo ra axit tương ứng là

    A. 3.

    B. 4.

    C. 5.

    D. 6.

Hướng dẫn giải:

Các oxit: CO2, SO2, N2O5, P2O5, NO khi tác dụng với nước tạo ra axit tương ứng.

Đáp án C

Câu 9: Có ba chất gồm MgO, P2O5 và K2O đựng riêng biệt trong ba lọ bị mất nhãn. Để nhận biết các chất trên, ta dùng thuốc thử là

    A. nước.

    B. quỳ tím.

    C. dung dịch HCl.

    D. nước và quỳ tím.

Hướng dẫn giải:

Hòa tan 3 chất vào trong nước, ta thấy MgO không tan trong nước; P2O5 tan trong nước tạo thành axit H3PO4 làm quỳ tím chuyển đỏ và K2O tan trong nước tạo thành dung dịch bazơ KOH làm quỷ tỉm chuyển xanh.

Đáp án D

Câu 10: Cho các oxit sau: CaO, Al2O3, N2O5, CuO, Na2O, BaO, MgO, P2O5, Fe3O4. Số oxit tác dụng với nước ở điều kiện thường tạo ra bazơ tương ứng là

    A. 3.

    B. 4.

    C. 5.

    D. 6.

Hướng dẫn giải:

Các oxit: CaO, Na2O, BaO khi tác dụng với nước cho ra bazơ tương ứng.

Đáp án A