5.4. Điều chế H2, phản ứng thế và cách giải bài tập

 A. Lý thuyết và phương pháp giải

1. Điều chế khí hiđro

    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↑

    - Thu khí hiđro bằng cách đẩy nước hay đẩy không khí

    b) Trong công nghiệp

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

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

        - Dùng than khử oxi của H2O ở nhiệt độ cao: $C+H_{2}O\stackrel{t^o}{\to }CO+H_2$

2. Phản ứng thế

    - Phản ứng thế là phản ứng hóa học giữa đơn chất và hợp chất, trong đó nguyên tử của đơn chất thay thế nguyên tử của môt nguyên tố khác trong hợp chất.

    - VD: $Zn+2HCl\to ZnC{l}_2+H_2$

    Nguyên tử Zn đã thay thế nguyên tử H trong hợp chất HCl.

3. Phương pháp giải một số bài toán

    - Bước 1: Tính số mol các chất đã cho.

    - Bước 2: Viết phương trình hóa học.

    - Bước 3: Xác định chất dư, chất hết.

    - Bước 4: Tính toán theo yêu cầu đề bài.

    - Ngoài ra có thể áp dụng định luật bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố.

B. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Phản ứng nào dưới đây có thể tạo được khí hiđro?

    A. Cu + HCl

    B. CaO + H2O

    C. Na + H2O

    D. CuO + HCl

Hướng dẫn giải:

Phản ứng tạo được khí hiđro là: $Na+H_{2}O\to NaOH+\frac{1}{2}{H}_2$

Đáp án C

Ví dụ 2: Hiện tượng khi cho viên kẽm (Zn) vào dung dịch axit clohiđric (HCl) là

    A. Có khí màu nâu đỏ thoát ra.

    B. dung dịch có màu xanh lam.

    C. có kết tủa trắng.

    D. viên kẽm tan ra, có khí không màu thoát ra.

Hướng dẫn giải:

Khi cho viên kẽm vào dung dịch axit clohiđric (HCl) ta sẽ thấy hiện tương viên kẽm tan ra, có khí không màu thoát ra.

Phương trình phản ứng: Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2↑

Đáp án D

Ví dụ 3: Cho một thanh sắt nặng 5,6 gam vào bình đựng dung dịch axit clohiđric loãng, dư thu được dung dịch A và khí bay lên. Cô cạn dung dịch A thu được m gam muối. Giá trị của m là

    A. 12,7 gam.

    B. 17,2 gam.

    C. 55,3 gam

    D. 63,5 gam.

Hướng dẫn giải:

nFe = 5,6 : 56 = 0,1 mol

Phương trình phản ứng:

$\begin{array}{c}Fe+2HCl\to FeC{l}_2+H_2\\ 0,1\to 0,1mol\end{array}$

Cô cạn dung dịch thu được muối FeCl2.

Khối lượng của FeCl2 thu được là: 0,1. 127 = 12,7 gam

Đáp án A

C. Tự luyện

Câu 1: Phản ứng nào dưới đây là phản ứng thế?

    A. $N{a}_{2}O+H_{2}O\to 2NaOH$

    B. $2Al+3H_{2}S{O}_4\to A{l}_2{\left(S{O}_4\right)}_3+3H_2$

    C. $CaO+C{O}_2\to CaC{O}_3$

    D. $HCl+NaOH\to NaCl+H_{2}O$

Hướng dẫn giải:

    Phản ứng thế là: $2Al+3H_{2}S{O}_4\to A{l}_2{\left(S{O}_4\right)}_3+3H_2$

    Vì trong phản ứng trên Al thế chỗ cho nguyên tử H trong hợp chất.

Đáp án B

Câu 2: Phát biểu nào sau đây là đúng nhất?

    A. Phản ứng thế là phản ứng hóa học trong đó nguyên tử của đơn chất thế chỗ nguyên tử của nguyên tố khác trong hợp chất.

    B. Phản ứng thế là phản ứng hóa học giữa đơn chất và hợp chất, trong đó có sự tham gia của hợp chất và các chất.

    C. Phản ứng thế là phản ứng hóa học trong đó có sự tham gia của hợp chất và đơn chất tạo thành chất mới.

    D. Phản ứng thế là quá trình tạo thành nhiều chất mới từ 2 hay nhiều chất ban đầu.

Đáp án A

Câu 3: Trong công nghiệp, người ta sản xuất hiđro bằng cách nào sau đây?

    A. điện phân nước.

    B. từ nước và than.

    C. từ thiên nhiên và dầu mỏ.

    D. cả 3 đáp án trên

Hướng dẫn giải:

Trong công nghiệp, người ta sản xuất hiđro bằng cách:

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

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

    - Dùng than khử oxi của H2O ở nhiệt độ cao: $C+H_{2}O\stackrel{t^o}{\to }CO+H_2$

Đáp án D

Câu 4: Dung dịch axit được dùng để điều chế hiđro trong phòng thí nghiệm là

    A. HNO3.

    B. HCl.

    C. H2S.

    D. H2SO4đặc.

Hướng dẫn giải:

Trong phòng thí nghiệm, khí hiđro được điều chế bằng cách cho axit (HCl hoặc H2SO4 loãng ) tác dụng với kim loại.

Đáp án B

Câu 5: Cho 9,75 gam kẽm phản ứng với lượng dư axit clohiđric (HCl) thấy có khí bay lên. Tính thể tích khí ở đktc?

    A. 0,224 lít.

    B. 0,448 lít.

    C. 1,68 lít.

    D. 3,36 lít.

Hướng dẫn giải:

nZn = 9,75 : 65 = 0,15 mol

Phương trình hóa học:

$\begin{array}{c}Zn+2HCl\to ZnC{l}_2+H_2\\ 0,15\to 0,15mol\end{array}$

Vậy thể tích hiđro thu được là 0,15. 22,4 = 3,36 lít.

Đáp án D

Câu 6: Phản ứng nào dưới đây không phải phản ứng thế?

    A. $Cu+2AgN{O}_3\to Cu{\left(N{O}_3\right)}_2+2Ag$

    B. $Zn+2HCl\to ZnC{l}_2+H_2$

    C. $CuO+2HCl\to CuC{l}_2+H_{2}O$

    D. $Fe+2HCl\to FeC{l}_2+H_2$

Hướng dẫn giải:

Phản ứng $CuO+2HCl\to CuC{l}_2+H_{2}O$ không phải phản ứng thế.

Đáp án C

Câu 7: Cho kim loại Mg tác dụng với dung dịch axit HCl thu được muối MgCl2 và 6,72 lít khí H2 (đktc). Tính khối lượng axit clohiđric cần dùng cho phản ứng:

    A. 14,6 gam.

    B. 21,9 gam.

    C. 29,2 gam.

    D. 43,8 gam.

Hướng dẫn giải:

$n_{H_2}=\frac{6,72}{22,4}=0,3mol$

Phương trình hóa học:

$\begin{array}{c}Mg+2HCl\to MgC{l}_2+H_2\\ 0,6\leftarrow 0,3mol\end{array}$

Khối lượng của axit clohiđric cần dùng là: 0,6. 36,5 = 21,9 gam.

Đáp án B

Câu 8: Chọn đáp án đúng?

    A. Phản ứng giữa FeO và HCl là phản ứng oxi hóa – khử.

    B. Phản ứng giữa Fe và HCl là phản ứng thế.

    C. CaCO3 $\stackrel{t^o}{\to }$CaO + CO2 là phản ứng oxi hóa khử.

    D. Khí H2 nặng hơn không khí.

Hướng dẫn giải:

    A sai vì không xảy ra sự oxi hóa và sự khử.

    B đúng vì Fe thế chỗ của nguyên tử H trong phân tử HCl.

    C sai vì đây không phải phản ứng oxi hóa khử.

    D sai vì khí H2 nhẹ hơn không khí

Đáp án B

Câu 9: Tính khối lượng của Al đã phản ứng với axit sunfuric (H2SO4), biết sau phản ứng thu được 1,68 lít khí (đktc)?

    A. 2,025 gam

    B. 5,240 gam

    C. 6,075 gam

    D. 1,350 gam

Hướng dẫn giải:

$n_{H_2}=0,075mol$

Phương trình phản ứng:

$2Al+3H_{2}S{O}_4\to A{l}_2{\left(S{O}_4\right)}_3+3H_2$

0,05 ← 0,075 (mol)

Khối lượng Al đã phản ứng là: mAl = nAl.MAl = 0,05.27 = 1,35 gam.

Đáp án D

Câu 10: Cho các phản ứng hóa học sau:

    (1) $Cu+2AgN{O}_3\to Cu{\left(N{O}_3\right)}_2+2Ag$

    (2) $CaO+C{O}_2\to CaC{O}_3$

    (3) $Mg+CuC{l}_2\to MgC{l}_2+Cu$

    (4) $HCl+NaOH\to NaCl+H_{2}O$

    (5) $Fe+2HCl\to FeC{l}_2+H_2$

Số phản ứng thuộc loại phản ứng thế là

    A. 2.

    B. 3.

    C. 4.

    D. 5.

Hướng dẫn giải:

Phản ứng thế là phản ứng hóa học giữa đơn chất và hợp chất, trong đó nguyên tử của đơn chất thay thế nguyên tử của môt nguyên tố khác trong hợp chất.

Phản ứng (1), (3), (5) là các phản ứng thế.