1. Điều chế hidro
a. Trong phòng thí nghiệm
- Trong phòng thí nghiệm, khí hiđro được điều chế bằng cách cho axit [HCl hoặc H2SO4 loãng] tác dụng với kim loại kẽm [hoặc sắt, nhôm,…]
- Nguyên liệu:
+ Kim loại: Zn, Fe, Al,…
+ Dung dịch axit: HCl loãng, H2SO4 loãng.
PTHH: Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
b. Trong công nghiệp
* Phương pháp điện phân nước.
2H2O $\xrightarrow{điện\,phân}$ 2H2↑ + O2↑
* Dùng than khử oxi của H2O ở nhiệt độ cao: C + H2O $\xrightarrow{{{t}^{o}}}$ CO + H2
* Điều chế từ khí tự nhiên, khí mỏ dầu.
2. Phản ứng thế
- Phản ứng thế là phản ứng hóa học của đơn chất và hợp chất trong đó nguyên tử của đơn chất thay thế nguyên tử của một nguyên tố khác trong hợp chất
Ví dụ: PTHH: Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
[đơn chất] [hợp chất] [hợp chất] [đơn chất]
Nhận xét: Nguyên tử Zn đã thay thế nguyên tử H trong hợp chất HCl.
Sơ đồ tư duy: Điều chế khí hiđro - phản ứng thế
Hidro có ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, làm nguyên liệu, nhiên liệu cho nhiều quá trình sản xuất và hoạt động quan trọng. Vậy trong công nghiệp hay trong phòng thí nghiệm, khi cần điều chế hidro, người ta điều chế như thế nào? Phản ứng điều chế hidro trong phòng thí nghiệm thuộc loại phản ứng nào?
I. ĐIỀU CHẾ KHÍ HIĐRO
1. Trong phòng thí nghiệm
Thí nghiệm: Cho một mảnh kẽm vào ống nghiệm rồi thêm 2-3ml dung dịch axit clohidric HCl vào đó. Quan sát hiện tượng.
Hiện tượng:
Các bọt khí xuất hiện trên bề mặt mảnh kẽm rồi bay lên, mảnh kẽm tan dần.
Thu lấy khí thoát vào ống nghiệm rồi đưa vào ngọn lửa đèn cồn thấy có tiếng nổ nhỏ.
Để nhận biết khí hidro, ta đốt khí thu được, hidro cháy với ngọn lửa màu xanh nhạt.
Phương trình hóa học: Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2↑
Có thể thay Zn bằng Fe hoặc Al, dung dịch axit HCl bằng dung dịch H2SO4 loãng.
Để điều chế một lượng hidro lớn hơn ta tiến hành thí nghiệm với cách lắp ráp dụng cụ như hình 1.
Hình 1: Sơ đồ thí nghiệm thu khí hidro bằng phương pháp đẩy nước [a] và đẩy không khí [b]
Đổ dung dịch axit clohidric loãng vào phễu. Mở khóa cho axit chảy từ từ xuống lọ và phản ứng với kẽm.
@91701@@91705@
- Từ trước năm 1940 hầu hết sản lượng hidro trên thế giới được sản xuất từ than hoặc than cốc,người ta cho hơi nước qua than nung đỏ ở 1000oC. Tuy nhiên, đến năm 1970 người ta không còn sử dụng phương pháp này để điều chế hidro mà thay vào đó một lượng lớn khí hidro được tạo ra từ khí thiên nhiên, khí dầu mỏ hay từ quá trình điện phân nước.
- Hiện nay trong công nghiệp người ta điều chế khí hidro bằng cách điện phân nước.
- Điên phân nước là quá trình tách nước thành các khí cơ bản của nguyên tố tạo lên nó là H2 bằng dòng điện.
2H2O
Nước bị điện phân ở cả hai điện cực, khí hidro được sinh ra ở cực âm. Ta thấy, lượng nước ở cực âm bị điện phân thành hidro nhiều gấp đôi so với lượng nước bị điện phân ở cực dương, chứng tỏ khí thể tích khí hidro thu được nhiều gấp hai lần khí oxi đúng theo tỉ lệ phương trình điện phân.
II. PHẢN ỨNG THẾ
Xét hai phản ứng:
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2↑
Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2↑
- Trong hai phản ứng trên ta thấy: Sau phản ứng Zn và Fe đã thế chỗ vị trí của H trong phân tử axit HCl và H2SO4 để tạo thành các muối tương ứng, H bị kim loại thế chỗ tách ra khỏi phân tử axit tạo thành khí H2.
- Hai phản ứng trên được gọi là phản ứng thế.
Vậy 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 một nguyên tố khác trong hợp chất.
Ví dụ:
2Al + 3CuSO4 → Al2[SO4]3 + 3Cu
@91740@
1. Trong phòng thí nghiệm, khí hidro được điều chế bằng cách cho axit [HCl hoặc H2SO4 loãng] tác dụng với kim loại kẽm [hoặc sắt, nhôm].
2. Thu khí H2 vào ống nghiệm bằng cách đẩy nước hoặc đẩy không khí. Nhận biết khí H2 bằng que đóm đang cháy.
3. 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 một nguyên tố khác trong hợp chất.
Trong quá trình học tập, nếu có bất kỳ thắc mắc nào, các em hãy để lại câu hỏi ở mục hỏi đáp để cùng thảo luận và trả lời nhé. Chúc các em học tốt!
Trang chủ » Hóa Học lớp 8 »
Như chúng ta đã biết, những ứng dụng của hidro là không thể bàn cãi. Nhưng khí hidro không có sẵn cho chúng ta sử dụng vào đời sống và sản xuất. Vậy, trong phòng thí nghiệm và trong công nghiệp, khí hidro được điều chế như thế nào? Phản ứng điều chế khí hidro thuộc loại phản ứng gì? Chúng ta sẽ cùng tìm hiểu những vấn đề này trong bài viết sau đây các bạn nhé!
Điều chế khí Hidro trong PTN và công nghiệp
Phương pháp điều chế khí hidro trong phòng thí nghiệm và trong công nghiệp như thế nào? Chúng ta cùng tìm hiểu ngay sau đây nhé!
1. Điều chế khí hidro trong phòng thí nghiệm
– Trong phòng thí nghiệm, người ta điều chế khí hidro bằng cách cho axit [HCl, H2SO4 loãng,…] tác dụng với kim loại [Zn, Fe, Al,…].
phuong-phap-dieu-che-khi-hidro-trong-phong-thi-nghiem
Một số ứng điều chế khí H2 trong phòng thí nghiệm:
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2
Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2
2. Điều chế khí hidro trong công nghiệp
Trong công nghiệp, những phương pháp điều chế khí hidro là:
- Điện phân nước
- Dùng than khử oxi của H2O trong lò khí than
- Điều chế từ khí tự nhiên, khí dầu mỏ
Điều chế khí hidro từ điện phân nước
phuong-phap-dieu-che-khi-hidro-trong-phong-cong-nghiep
3. Phản ứng thế là gì?
Định nghĩa: 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 một nguyên tố khác trong hợp chất.
Ví dụ:
Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2 ↑
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2 ↑
Bài tập về điều chế khí Hiđro và phản ứng thế
Câu 1. Những PTHH nào dùng để điều chế khí hidro trong PTN?
a] Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2
b] 2H2O[điện phân]→ 2H2 + O2
c] 2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2
Trả lời:
- PTHH dùng để điều chế khí H2 trong PTN là [a] và [c]
- PTHH dùng để điều chế khí H2 trong công nghiệp là: [b]
Câu 2. Lập PTHH của các sơ đồ phản ứng sau và cho biết chúng thuộc loại PƯHH nào?
a] Mg + O2 —> MgO
b] KMnO4 —> K2MnO4 + MnO2 + O2
c] Fe + CuCl2 —> FeCl2 + Cu
Trả lời:
a] 2Mg + O2 → 2MgO ⇒ Phản ứng hóa hợp, phản ứng oxi hóa khử.
b] 2KMnO4 → K2MnO4 + MnO2 + O2⇒ Phản ứng phân hủy.
c] Fe + CuCl2 → FeCl2 + Cu ⇒ Phản ứng thế.
Câu 3. Khi thu khí O2 vào ống nghiệm bằng cách đẩy không khí, phải để ống nghiệm như thế nào? Đối với khí hidro có làm thế được không? Tại sao?
Trả lời:
Để thu khí O2 vào ống nghiệm bằng cách đẩy không khí, người ta thường để ống nghiệm đứng vì khí O2 nặng hơn không khí. Với khí H2, người ta thu nó bằng cách để úp ống nghiệm để đẩy không khí vì khí H2 nhẹ hơn không khí.
Câu 4. Trong PTN có các kim loại Zn, Fe, dd axit HCl và dung dịch axit H2SO4 loãng:
a] Viết các PTHH có thể điều chế H2.
b] Phải dùng bao nhiêu gam Zn, Fe để điều chế được 2,24 lít khí H2 [đktc].
Trả lời:
a] Các PTHH có thể điều chế H2:
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2 [1]
Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2 [2]
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2 [3]
Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2 [4]
b] Theo đề bài, ta có:
– Số mol khí H2 là:
nH2 = V/22,4 = 2,24/22,4 = 0,1 [mol]
– Theo các PTHH, ta thấy: nH2 = nZn = nFe = 0,1 [mol]
- Số gam Zn cần dùng ở thí nghiệm [1] và [2] là:
mZn =0,1 x 65 = 6,5 [gam]
- Số gam Fe cần dùng ở thí nghiệm [3] và [4] là:
mFe =0,1 x 56 = 5,6 [gam]
Câu 5. Cho 22,4 gam Fe tác dụng với dd loãng có chứa 24,5 gam axit sunfuric H2SO4.
a] Chất nào còn dư sau phản ứng và dư bao nhiêu gam?
b] Tính thể tích khí H2 thu được [đktc].
Trả lời:
a] Ta có PTHH của phản ứng:
Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2
– Số mol Fe và H2SO4 là:
nFe = 22,4/56 = 0,4 [mol]
nH2SO4 = 24,5/98 = 0,25 [mol]
– Theo phương trình hóa học:
- Cứ 1 mol H2SO4tham gia phản ứng với 1 mol Fe
- Vậy 0,25 mol H2SO4tham gia phản ứng với 0,25 mol Fe
⇒ nFe [dư] = 0,4 – 0,25 = 0,15 [mol]
⇒ mFe [dư] =0,15 x 56 = 8,4 [gam]
b] Theo PTHH, ta có:
nH2 = nH2SO4 = 0,25 [mol]
Thể tích khí H2 thu được [đktc] là:
VH2 = nH2 x 22,4 = 0,25 x 22,4 = 5,6 [lít]
Lời kết
Vậy là chúng ta vừa tìm hiểu xong cách điều chế khí hidro trong phòng thí nghiệm và trong công nghiệp. Bên cạnh đó là khái niệm về phản ứng thế. Chúc các bạn luôn học tốt và đam mê hóa học nhé!