Zn + H2SO4 đặc nóng là một trong những phản ứng hóa học quan trọng và phổ biến trong hóa học. Khi kẽm (Zn) tác dụng với axit sulfuric đặc nóng (H2SO4), phản ứng giải phóng khí hydrogen (H2) và tạo ra muối kẽm sulfate. Đây là một phản ứng đặc biệt được sử dụng trong nhiều ứng dụng, từ giáo dục đến công nghiệp. Cùng Toppy tìm hiểu chi tiết dưới đây nhé.
Lý thuyết về Zn + H2SO4 đặc nóng
Phương trình phản ứng Zn tác dụng H2SO4 đặc
Zn + 2H2SO4 → ZnSO4 + SO2 + 2H2O
Điều kiện phản ứng Zn và dung dịch H2SO4 đặc
Nhiệt độ thường
Cách tiến hành phản ứng Zn và dung dịch H2SO4 đặc
Bỏ mẩu kẽm vào ống nghiệm, sau đó nhỏ vài giọt dung dịch H2SO4 đặc vào trong ống nghiệm đựng sẵn mẩu kẽm.
Hiện tượng sau phản ứng
Mẩu kẽm tan dần, xuất hiện khí không màu, có mùi hắc chính là lưu huỳnh đioxit (SO2)
Tính chất của học của Kẽm (Zn)
Kẽm là kim loại hoạt động có tính khử mạnh Zn → Zn2+ + 2e
- Tác dụng với phi kim
Zn tác dụng trực tiếp với nhiều phi kim (nhiệt độ)
2Zn + O2 → 2ZnO
Zn + Cl2 → ZnCl2
- Tác dụng với axit
- Với các dung dịch axit HCl, H2SO4 loãng:
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
- Với dung dịch HNO3, H2SO4 đặc:
Zn + 4HNO3 đặc → Zn(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
Zn + 2H2SO4 đặc → ZnSO4 + SO2 + 2H2O
- Tác dụng với H2O
Phản ứng này hầu như không xảy ra vì trên bề mặt của kẽm có màng oxit bảo vệ.
- Tác dụng với bazơ
Kẽm tác dụng với dung dịch bazơ mạnh: NaOH, KOH, Ca(OH)2….
Zn + 2KOH + 2H2O → K2[Zn(OH)4] + H2
Nội dung mở rộng về zn
Lịch sử về nguyên tố Zn
- Các mẫu vật riêng biệt sử dụng kẽm không nguyên chất trong thời kỳ cổ đại đã được phát hiện.
- Các loại quặng kẽm đã được sử dụng để làm hợp kim đồng-kẽm là đồng thau vài thế kỷ trước khi phát hiện ra kẽm ở dạng nguyên tố riêng biệt. Đồng thau Palestine có từ thế kỷ 14 TCN đến thế kỷ 10 TCN chứa 23% kẽm.
Tính chất vật lí
Kẽm là kim loại có màu lam nhạt, giòn ở nhiệt độ phòng, dẻo ở nhiệt độ 100 – 1500C, giòn trở lại ở nhiệt độ trên 2000C. Kẽm có khối lượng riêng bằng 7,13 g/cm3, nóng chảy ở 419,50C và sôi ở 9060C.
Tính chất hóa học
– Kẽm là kim loại hoạt động có tính khử mạnh, thế điện cực của kẽm E0zn2+/zn = – 0,76V.
Tác dụng với phi kim
– Zn tác dụng trực tiếp với nhiều phi kim.
Ví dụ: 2Zn + O2 → 2ZnO
Zn + Cl2 → ZnCl2
– Ở điều kiện thường, Zn bị oxi hóa trong không khí hình thành lớp oxit bền bảo vệ ngăn không cho phản ứng tiếp tục xảy ra.
Tác dụng với axit
– Với các dung dịch axit HCl, H2SO4 loãng:
Ví dụ: Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
Pt ion: Zn + 2H+ → Zn2+ + H2
(Zn khử ion H+ trong dung dịch axit thành hydro tự do).
– Với dung dịch HNO3, H2SO4 đặc:
Với các axit HNO3 đặc nóng, HNO3 loãng, H2SO4 đặc: Zn khử được N+5 và S+6 xuống những mức oxi hóa thấp hơn.
Zn + 4HNO3 đ → Zn(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
Tác dụng với H2O
– Do EoZn2+/Zn < Eo H2O/H2 (Zn khử được nước).
– Phản ứng này hầu như không xảy ra vì trên bề mặt của kẽm có màng oxit bảo vệ.
Tác dụng với bazơ
– Kẽm tác dụng với dung dịch bazơ mạnh: NaOH, KOH, Ca(OH)2….
Ví dụ: Cho Zn vào dung dịch NaOH
Zn + 2NaOH + 2H2O → Na2[Zn(OH)4] + H2
Trạng thái tự nhiên
- Nguyên tố này thường tồn tại ở dạng hợp chất đi cùng với các nguyên tố kim loại thông thường khác như đồng và chì trong quặng. Sphalerit là một dạng kẽm sunfua, và là loại quặng chứa nhiều kẽm nhất với hàm lượng kẽm lên đến 60–62%.
- Các loại khác khác có thể thu hồi được kẽm như smithsonit (kẽm cacbonat), hemimorphite (kẽm silicat), wurtzite (loại kẽm sunfua khác), và đôi khi là hydrozincite (kẽm cacbonat).
Điều chế
– Kẽm kim loại được sản xuất bằng luyện kim khai khoáng. Sau khi nghiền quặng, phương pháp tuyển nổi bọt được sử dụng để tách các khoáng dựa vào tính dính ướt khác nhau của chúng. Ở bước cuối cùng này thì kẽm chiếm 50%, phần còn lại là lưu huỳnh (32%), sắt (13%), và SiO2 (5%).
– Công đoạn thiêu kết sẽ chuyển kẽm sunfua thành kẽm oxit
2 ZnS + 3 O2 → 2 ZnO + 2 SO2
– Sau đó, người ta có thể dùng 2 phương pháp cơ bản trong luyện kim là nhiệt luyện (pyrometallurgy) hoặc điện phân (electrowinning). Quá trình nhiệt luyện khử kẽm ôxít với cacbon hoặc cacbon monoxit ở 950 °C (1.740 °F) thành kim loại kẽm ở dạng hơi. Hơi kẽm được thu hồi trong bình ngưng. Quá trình được biểu diễn theo các phương trình dưới đây:
2 ZnO + C → 2 Zn + CO2
2 ZnO + 2 CO → 2 Zn + 2 CO2
– Quá trình điện phân, tách kẽm từ quặng tinh bằng axit sunfuric.
ZnO + H2SO4 → ZnSO4 + H2O
Sau đó, người ta dùng phương pháp điện phân để sản xuất kẽm kim loại
2 ZnSO4 + 2 H2O → 2 Zn + 2 H2SO4 + O2
Ứng dụng
Kẽm là kim loại được sử dụng phổ biến hàng thứ tư sau sắt, nhôm, đồng tính theo lượng sản xuất hàng năm:
- Kẽm được sử dụng để mạ kim loại, chẳng hạn như thép để chống ăn rỉ.
- Kẽm được sử dụng trong các hợp kim như đồng thau, niken trắng, các loại que hàn, bạc Đức v.v. Đồng thau có ứng dụng rộng rãi nhờ độ cứng và sức kháng rỉ cao.
- Kẽm được sử dụng trong đúc khuôn, đặc biệt là trong công nghiệp ô tô.
- Kẽm dạng cuộn được sử dụng để làm vỏ pin.
Bài tập vận dụng liên quan Zn + H2SO4 đặc nóng
Câu 1. Dãy nào sau đây sắp xếp các kim loại đúng theo thứ tự tính khử tăng dần?
- Pb, Ni, Sn, Zn
- Pb, Sn, Ni, Zn
- Ni, Sn, Zn, Pb
- Ni, Zn, Pb, Sn
Đáp án B
Câu 2. Sắt tây là sắt được phủ lên bề mặt bởi kim loại nào sau đây?
- Zn
- Ni
- Sn
- C
Đáp án C
Câu 3. Cho dung dịch chứa FeCl2 và ZnCl2 tác dụng với dung dịch NaOH dư.
Sau đó lấy kết tủa nung trong không khí đến khối lượng không đổi thu được chất rắn gồm:
- Fe2O3
- FeO
- FeO, ZnO
- Fe2O3, ZnO
Đáp án A
FeCl2 + 2NaOH → Fe(OH)2 + 2NaCl
ZnCl2 + 4NaOH dư → Na2ZnO2 + 2NaCl + 2H2O
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3
Fe(OH)3 → Fe2O3 + H2O
Vậy chất rắn là Fe2O3
Câu 4. Để khử hoàn toàn hỗn hợp FeO và ZnO thành kim loại cần 2,24 lít H2 (đktc).
Nếu đem hỗn hợp kim loại thu được hòa tan hoàn toàn bằng dung dịch HCl thì thể tích H2 (đktc) thu được là:
- 4,48 lít
- 2,24 lít
- 3,36 lít
- 1,12 lít
Đáp án B
nhh oxit = nH2 = nhh kim loại = 0,1 mol
Khi hoà tan hỗn hợp kim loại cùng hóa trị II vào axit thì: nH2 = nhh kim loại = 0,1 mol
VH2 = 22,4.0,1 = 2,24 lít
Câu 5. Phản ứng của kim loại Zn với dung dịch H2SO4 loãng có phương trình ion thu gọn là
- Zn + 2H+ → H2 + Zn2+
- Zn + 2H+ + SO42- → H2 + ZnSO4
- Zn + 4H+ + SO42- → 2H2O + Zn2+ + SO2
- Zn + SO42- → ZnSO4
Đáp án A
Câu 6: Kim loại nào sau đây không tác dụng với dung dịch H2SO4 loãng dư?
- Al
- Mg
- Na
- Cu
Đáp án D
2Al + 3H2SO4 loãng → Al2(SO4)3 + 3H2
2Al + 3Na2SO4→ Al2(SO4)3 + 6Na
2Al + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2
Mg + H2SO4 loãng → MgSO4 + H2
Câu 7: Dãy kim loại nào trong các dãy sau đây gồm các kim loại đều không tác dụng với dung dịch H2SO4 loãng?
- Al, Mg, Cu
- Fe, Mg, Ag
- Al, Fe, Mg
- Al, Fe, Cu
Đáp án C
2Al + 3H2SO4 loãng → Al2(SO4)3 + 3H2
Fe + H2SO4 loãng → FeSO4 + H2
Mg + H2SO4 loãng → MgSO4 + H2
Câu 8: Dãy kim loại nào trong các dãy sau đây gồm các kim loại đều không tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc, nguội?
- Al, Fe, Au, Mg
- Zn, Pt, Au, Mg
- Al, Fe, Zn, Mg
- Al, Fe, Au, Pt
Đáp án D
Câu 9. Phương trình hóa học nào sau đây không đúng?
- Cu + 2H2SO4 (đặc) → CuSO4 + SO2 + 2H2O
- Fe + S FeS
- 2Ag + O3 → Ag2O + O2
- 2Fe + 3H2SO4 (loãng) → Fe2(SO4)3 + 3H2
Đáp án D
Câu 10: Trong điều kiện thích hợp, có thể xảy ra các phản ứng sau:
H2SO4 + C → 2SO2 + CO2 + 2H2O
H2SO4 + Fe(OH)2 → FeSO4 + 2H2O
4H2SO4 + 2FeO → Fe2(SO4)3 + SO2 + 4H2O
6H2SO4 + 2Fe → Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
Trong các phản ứng trên, khi dung dịch H2SO4 là dung dịch loãng thì phản ứng nào có thể xảy ra?
- (a)
- (c)
- (b)
- (d)
Đáp án B
Phản ứng xảy ra với dung dịch H2SO4 loãng là phản ứng thể hiện tính axit (tác dụng với kim loại, bazơ, oxit bazơ, muối), kim loại không thể từ số oxi hóa thấp lên số oxi hóa cao nhất.
H2SO4 loãng không tác dụng với phi kim => Loại A
Ở đáp án C, D ta thấy Fe từ số oxi hóa 0 và +2 lên số oxi hóa +3 => Không thể là H2SO4 loãng
=> Phương trình hóa học trong đó H2SO4 loãng là: H2SO4 + Fe(OH)2 → FeSO4 + 2H2O.
Câu 11. Cho hỗn hợp A gồm Fe(NO3)2 và ZnO vào dung dịch H2SO4 loãng (dư) thu được dung dịch B.
Cho dung dịch KOH loãng (dư) vào B thu được kết tủa là
- Fe(OH)3 và Zn(OH)2.
- Fe(OH)3.
- Fe(OH)2 và Zn(OH)2.
- Fe(OH)2.
Đáp án B
3Fe2+ + 4H+ + NO3– → 3Fe3+ + NO + 2H2O
ZnO + 2H+ → Zn2+ + H2O
Fe3+ + 3OH– → Fe(OH)3 ↓
Zn2+ + 2OH– → Zn(OH)2 ↓
Zn(OH)2 ↓ + 2OH– → ZnO22- + 2H2O
Sau phản ứng chỉ thu được kết tủa là Fe(OH)3
Câu 12. Cho dung dịch chứa FeCl2 và ZnCl2 tác dụng với dung dịch KOH dư.
Sau đó lấy kết tủa nung trong không khí đến khối lượng không đổi thu được chất rắn gồm
- Fe2O3
B .FeO
- FeO, ZnO
- Fe2O3, ZnO
Đáp án B
FeCl2 + 2NaOH → Fe(OH)2 + 2NaCl
ZnCl2 + 4NaOH dư → Na2ZnO2 + 2NaCl + 2H2O
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3
Fe(OH)3 → Fe2O3 + H2O
Vậy chất rắn là Fe2O3
Câu 13. Cho một lượng hỗn hợp bột Zn vào dung dịch X gồm FeCl2 và CuCl2.
Khối lượng chất rắn sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn nhỏ hơn khối lượng bột Zn ban đầu là 1 gam. Cô cạn phần dung dịch sau phản ứng thu được 27,2 gam
- 13,1g
- 17,0g
- 19,5g
- 26,2g
Đáp án D
Theo bảo toàn khối lượng: mZn + Mx = m c.rắn + m dd sau (1)
Mà m c.rắn = mZn – 1 (2)
=> mdd sau – 1 = m X (thế 2 vào 1)
Từ đó , m X = 27,2 – 1 = 26,2 g
Câu 14. Cho V lít dung dịch NaOH 0,1M vào cốc chứa 200ml dung dịch ZnCl2 thu được 1,485g kết tủa. Tìm V
- 0,3 lít
- 0,15 lít
- 0,25 lít
- 1 lít
Đáp án A
nZnCl2 = V.CM = 0,2.0,1 = 0,02 mol => nZn2+ = 0,02 mol
nZn(OH)2 = 1,485/99 = 0,015 mol
Ta thấy nZn(OH)2 < nZn2+ => có thể xảy ra hai trường hợp
Trường hợp 1: chỉ tạo kết tủa
Trường hợp 2: Tạo kết tủa cực đại sau đó kết tủa bị hòa tan 1 phần
Đề yêu cầu tìm giá trị nhỏ nhất của V => tương ứng với trường hợp 1, khi đó OH- phản ứng hết, Zn2+ dư
Phương trình ion: Zn2+ + 2OH– → Zn(OH)2
(mol) 0,03 ←0,015
Theo phương trình hóa học: nOH– = 2nZn(OH)2 = 2.0,015 = 0,03 mol => nNaOH = nOH– = 0,03 mol
=> VNaOH = nNaOH/CM = 0,03/0,1 = 0,3 lit
……………………….
Tổng kết, phản ứng hóa học giữa Zn + H2SO4 đặc nóng là một trong những phản ứng quan trọng và hấp dẫn trong lĩnh vực hóa học. Phản ứng này đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng công nghiệp và thí nghiệm. Phản ứng Zn + H2SO4 đặc nóng đóng góp không nhỏ vào sự tiến bộ của khoa học và công nghệ, đồng thời mở ra tiềm năng cho những ứng dụng mới trong tương lai.
Xem thêm:
