Từ H2SO4 loãng, H2SO4 đặc, không khí, Cu. Viết các phương trình phản ứng điều ch…

Chào các em học sinh yêu quý! Hôm nay, thầy trò chúng ta sẽ cùng nhau “giải mã” một bài tập khá thú vị về việc điều chế đồng(II) sunfat ($\mathrm{CuS}{O}_4$) từ những nguyên liệu sẵn có nhé. Đây là một bài tập rất hay để chúng ta ôn lại các tính chất hóa học của kim loại đồng và axit sunfuric.

Các nguyên liệu chúng ta có là: $H_{2}S{O}_4$ loãng, $H_{2}S{O}_4$ đặc, không khí (tức là có $O_2$), và kim loại đồng ($\mathrm{Cu}$). Chúng ta cần điều chế $\mathrm{CuS}{O}_4$ bằng 2 cách khác nhau.

Chúng ta hãy cùng phân tích và tìm ra 2 cách nhé!

CÁCH 1: Dùng axit sunfuric đặc, nóng để oxi hóa kim loại đồng.

Bước 1: Nung đồng kim loại với axit sunfuric đặc.

Kim loại đồng là một kim loại kém hoạt động, không thể tác dụng với axit loãng như $\mathrm{HCl}$ hay $H_{2}S{O}_4$ loãng. Tuy nhiên, đồng có thể tác dụng với axit sunfuric đặc khi đun nóng, do axit sunfuric đặc có tính oxi hóa mạnh.

Phương trình phản ứng:
$$\mathrm{Cu}+2H_{}{S}_4\text{(đặc)}\stackrel{t^{\circ }}{⟶}\mathrm{CuS}{O}_4+{\mathrm{SO}}_2\uparrow +2H_{2}O$$

Trong phản ứng này, đồng ($\mathrm{Cu}$) bị oxi hóa lên đồng(II) (${\mathrm{Cu}}^{2+}$), còn lưu huỳnh trong $H_{2}S{O}_4$ từ số oxi hóa $+6$ bị khử xuống $+4$ trong ${\mathrm{SO}}_2$.

Lý do áp dụng phương pháp này:

Chúng ta sử dụng axit sunfuric đặc vì nó có tính oxi hóa mạnh, có khả năng tác dụng với cả những kim loại yếu (đứng sau hiđro trong dãy hoạt động hóa học) như đồng để tạo thành muối sunfat. Đây là một phản ứng đặc trưng của $H_{2}S{O}_4$ đặc mà các em đã được học trong chương trình Hóa học lớp 9.

CÁCH 2: Oxi hóa đồng bằng không khí rồi cho sản phẩm tác dụng với axit sunfuric loãng.

Bước 1: Nung đồng kim loại trong không khí.

Khi nung nóng kim loại đồng trong không khí, đồng sẽ tác dụng với oxi ($O_2$) có trong không khí để tạo thành đồng(II) oxit ($\mathrm{CuO}$) màu đen.

Phương trình phản ứng:
$$2\mathrm{Cu}+O_2\text{(không khí)}\stackrel{t^{\circ }}{⟶}2\mathrm{CuO}$$

Bước 2: Cho đồng(II) oxit tác dụng với axit sunfuric loãng.

Đồng(II) oxit ($\mathrm{CuO}$) là một oxit bazơ. Oxit bazơ sẽ tác dụng với axit để tạo thành muối và nước. Do đó, $\mathrm{CuO}$ sẽ tác dụng dễ dàng với $H_{2}S{O}_4$ loãng để tạo thành $\mathrm{CuS}{O}_4$ và nước.

Phương trình phản ứng:
$$\mathrm{CuO}+H_{2}S{O}_4\text{(loãng)}⟶\mathrm{CuS}{O}_4+H_{2}O$$

Lý do áp dụng phương pháp này:

Phương pháp này tận dụng tính chất của đồng là có thể phản ứng với oxi khi nung nóng để tạo ra oxit bazơ. Sau đó, oxit bazơ này lại dễ dàng tác dụng với axit sunfuric loãng để tạo muối và nước. Ưu điểm của cách này so với Cách 1 là không sinh ra khí ${\mathrm{SO}}_2$ độc hại, thân thiện hơn với môi trường và an toàn hơn khi thực hiện. Đây là các phản ứng cơ bản về tính chất hóa học của kim loại, oxit bazơ và axit mà các em đã được học kỹ.

Vậy là chúng ta đã tìm ra 2 cách khác nhau để điều chế $\mathrm{CuS}{O}_4$ từ các nguyên liệu đã cho rồi! Thầy hy vọng các em đã hiểu rõ các bước và nguyên tắc của từng phương pháp nhé!