Chào các em học sinh yêu quý của cô! Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau chinh phục một dạng bài tập rất thú vị trong chương trình Hóa học lớp 8 mới, đó là bài tập về viết phương trình điều chế. Cô sẽ hướng dẫn các em từng bước một, đảm bảo các em hiểu rõ bản chất và làm bài thật chính xác nhé. Chúng ta bắt đầu nào!

a) Điều chế CuCl2 từ Cu bằng 3 cách

Để điều chế muối đồng(II) clorua (CuCl2) từ kim loại đồng (Cu), chúng ta cần thực hiện các phản ứng hóa học mà trong đó nguyên tử Cu kết hợp với nguyên tử Cl tạo thành phân tử CuCl2.

Cách 1: Phản ứng trực tiếp với phi kim clo

Bước 1: Xác định chất tham gia và sản phẩm.
Chất tham gia là kim loại đồng (Cu) và phi kim clo (Cl2).
Sản phẩm cần thu được là muối đồng(II) clorua (CuCl2).

Bước 2: Viết sơ đồ phản ứng.
Cu + Cl2 → CuCl2

Bước 3: Cân bằng phương trình hóa học.
Quan sát phương trình, số nguyên tử Cu và Cl ở hai vế đã bằng nhau. Do đó, phương trình đã cân bằng.

Phương trình:
Cu + Cl2 → CuCl2

Giải thích: Phản ứng này là phản ứng hóa hợp giữa kim loại và phi kim. Kim loại đồng có khả năng phản ứng trực tiếp với phi kim clo khi đun nóng hoặc có xúc tác thích hợp, tạo thành muối đồng(II) clorua.

Cách 2: Phản ứng với axit clohidric (HCl) có chất oxi hóa

Để kim loại đồng phản ứng với dung dịch axit, ta cần có thêm chất oxi hóa mạnh. Axit clohidric (HCl) chỉ có tính axit, không phản ứng trực tiếp với đồng kim loại đứng sau hiđro trong dãy hoạt động hóa học.

Bước 1: Chọn chất oxi hóa.
Ở đây, cô chọn axit nitric đặc (HNO3) làm chất oxi hóa.
Chất tham gia là kim loại đồng (Cu), axit clohidric (HCl) và axit nitric (HNO3).
Sản phẩm cần thu được là muối đồng(II) clorua (CuCl2), khí nitơ đioxit (NO2) và nước (H2O).

Bước 2: Viết sơ đồ phản ứng.
Cu + HCl + HNO3 → CuCl2 + NO2 + H2O

Bước 3: Cân bằng phương trình hóa học bằng phương pháp thăng bằng electron.
– Xác định sự thay đổi số oxi hóa:
Cu từ 0 lên +2 (trong CuCl2)
N trong HNO3 từ +5 xuống +4 (trong NO2)
H trong HCl từ +1 (trong HCl) không đổi.
O trong HNO3 từ -2 (trong HNO3) không đổi.

– Viết các quá trình oxi hóa và khử:
Quá trình oxi hóa: Cu⁰ → Cu⁺² + 2e
Quá trình khử: N⁺⁵ + 1e → N⁺⁴

– Cân bằng electron: Nhân quá trình oxi hóa với 1 và quá trình khử với 2 để số electron nhường bằng số electron nhận.
Cu⁰ → Cu⁺² + 2e
2(N⁺⁵ + 1e → N⁺⁴) => 2N⁺⁵ + 2e → 2N⁺⁴

– Đặt hệ số vào phương trình:
Hệ số của Cu là 1.
Hệ số của N trong HNO3 (sẽ tạo thành NO2) là 2.
Cu + HCl + 2HNO3 → CuCl2 + 2NO2 + H2O

– Cân bằng các nguyên tố còn lại:
Cân bằng nguyên tử Cl: Ở vế trái, ta có 1 nguyên tử Cl trong CuCl2. Tuy nhiên, ta cần xem xét tổng lượng Cl. Tạm thời, ta chưa đặt hệ số cho HCl.
Cân bằng nguyên tử H: Ở vế phải có 2 nguyên tử H trong H2O. Như vậy, cần có 2 nguyên tử H ở vế trái. Trong 2HNO3 đã có 2H. Vậy, HCl không cần hệ số.
Cu + HCl + 2HNO3 → CuCl2 + 2NO2 + H2O

– Kiểm tra lại:
Vế trái: 1 Cu, 1 Cl, 1 H, 2 N, 6 O.
Vế phải: 1 Cu, 2 Cl, 2 H, 2 N, 2*2 + 1 = 5 O.
=> Phương trình chưa cân bằng.

Cô xin lỗi các em, cách dùng HNO3 với HCl để tạo CuCl2 cần cân bằng cẩn thận hơn. Hãy xem lại nhé:

Bước 3 (Sửa lại): Cân bằng phương trình hóa học bằng phương pháp thăng bằng electron.
– Quá trình oxi hóa: Cu⁰ → Cu⁺² + 2e
– Quá trình khử: N⁺⁵ + 1e → N⁺⁴

– Nhân quá trình oxi hóa với 1, quá trình khử với 2:
Cu⁰ → Cu⁺² + 2e
2N⁺⁵ + 2e → 2N⁺⁴

– Đặt hệ số cho Cu và N trong HNO3 tạo NO2:
1Cu + HCl + 2HNO3 → 1CuCl2 + 2NO2 + H2O

– Cân bằng Cl: Vế phải có 2 Cl trong CuCl2, nên vế trái cần 2 nguyên tử Cl. Ta sẽ thêm hệ số cho HCl. Tuy nhiên, HCl cũng cung cấp H cho phản ứng.

– Cân bằng H: Ở vế trái có H từ HCl và HNO3. Ở vế phải có H trong H2O. Để cân bằng H, ta có thể điều chỉnh hệ số của H2O. Nếu ta có 2 nguyên tử H từ HCl, thì vế phải cần 1 phân tử H2O.
Cu + 2HCl + HNO3 → CuCl2 + NO2 + H2O
(Kiểm tra N: Vế trái có 1 N, vế phải có 1 N. Cân bằng N)

– Kiểm tra lại với phương trình: Cu + 2HCl + HNO3 → CuCl2 + NO2 + H2O
Vế trái: 1 Cu, 2 Cl, 2 H, 1 N, 3 O.
Vế phải: 1 Cu, 2 Cl, 2 H, 1 N, 2 O.
=> Phương trình này chưa đúng.

Cô xin phép sử dụng một cách tiếp cận khác để cân bằng phương trình này, là phản ứng của Cu với hỗn hợp HCl và NaNO3 (chất sinh ra HNO3 trong môi trường axit).

Cách 2 (Sửa lại): Phản ứng với axit clohidric và chất oxi hóa mạnh

Bước 1: Chọn phản ứng.
Đồng không tác dụng trực tiếp với dung dịch HCl. Tuy nhiên, nếu có mặt chất oxi hóa mạnh như axit nitric (HNO3), đồng sẽ tan.
Phản ứng của Cu với dung dịch HNO3 loãng tạo ra Cu(NO3)2, NO và H2O.
Phản ứng của Cu với dung dịch HCl đặc khi có mặt chất oxi hóa như KClO3.

Cô sẽ chọn phản ứng điều chế CuCl2 từ Cu bằng cách cho Cu tác dụng với dung dịch chứa ion Cl- và chất oxi hóa.

Phản ứng 1: Cho Cu tác dụng với dung dịch HCl đặc có mặt chất oxi hóa mạnh (ví dụ: KClO3)

Bước 1: Xác định chất tham gia và sản phẩm.
Chất tham gia: Cu, HCl, KClO3.
Sản phẩm: CuCl2, KCl, H2O.

Bước 2: Viết sơ đồ phản ứng.
Cu + HCl + KClO3 → CuCl2 + KCl + H2O

Bước 3: Cân bằng phương trình hóa học bằng phương pháp thăng bằng electron.
– Số oxi hóa thay đổi:
Cu: 0 → +2
Cl trong KClO3: +5 → -1 (trong KCl)
O trong KClO3: -2 (không đổi)
H trong HCl: +1 (không đổi)
K: +1 (không đổi)

– Quá trình oxi hóa: Cu⁰ → Cu⁺² + 2e
– Quá trình khử: Cl⁺⁵ + 6e → Cl⁻¹

– Cân bằng electron: Nhân quá trình oxi hóa với 3, quá trình khử với 1.
3(Cu⁰ → Cu⁺² + 2e) => 3Cu⁰ → 3Cu⁺² + 6e
Cl⁺⁵ + 6e → Cl⁻¹

– Đặt hệ số cho Cu và Cl trong KClO3:
3Cu + HCl + 1KClO3 → 3CuCl2 + 1KCl + H2O

– Cân bằng Cl:
Vế trái có 1 Cl trong KClO3.
Vế phải có 3*2 = 6 Cl trong CuCl2 và 1 Cl trong KCl, tổng cộng 7 Cl.
=> Cần điều chỉnh hệ số của HCl.

– Cân bằng H:
Vế trái có H trong HCl. Vế phải có H trong H2O.

– Cân bằng O:
Vế trái có 3 O trong KClO3. Vế phải có O trong H2O.

Hãy thử đặt hệ số cho HCl và H2O trước để cân bằng các nguyên tố còn lại:
3Cu + 6HCl + KClO3 → 3CuCl2 + KCl + 3H2O
Kiểm tra:
Vế trái: 3 Cu, 6 Cl, 6 H, 1 K, 1 Cl, 3 O.
Vế phải: 3 Cu, 6 Cl, 1 K, 1 Cl, 6 H, 3 O.
=> Tổng Cl ở vế trái là 6 + 1 = 7. Tổng Cl ở vế phải là 6 + 1 = 7.
=> Phương trình đã cân bằng.

Phương trình:
3Cu + 6HCl + KClO3 → 3CuCl2 + KCl + 3H2O

Giải thích: Trong phản ứng này, KClO3 đóng vai trò là chất oxi hóa, cung cấp nguyên tử clo ở trạng thái oxi hóa cao (+5) để oxi hóa đồng từ 0 lên +2. Axit clohidric (HCl) vừa cung cấp ion Cl- để tạo muối, vừa cung cấp môi trường axit cho phản ứng.

Cách 3: Phản ứng với dung dịch đồng(II) oxit trong axit clohidric

Bước 1: Xác định chất tham gia và sản phẩm.
Chất tham gia là đồng(II) oxit (CuO) và axit clohidric (HCl).
Sản phẩm cần thu được là muối đồng(II) clorua (CuCl2) và nước (H2O).
Để điều chế CuO từ Cu, ta cần cho Cu tác dụng với oxi.

Bước 1a: Điều chế CuO từ Cu.
Đốt nóng Cu trong không khí hoặc cho Cu tác dụng với oxi.
2Cu + O2 → 2CuO

Bước 1b: Cho CuO tác dụng với HCl.
Chất tham gia: CuO, HCl.
Sản phẩm: CuCl2, H2O.

Bước 2: Viết sơ đồ phản ứng.
CuO + HCl → CuCl2 + H2O

Bước 3: Cân bằng phương trình hóa học.
Quan sát phương trình, số nguyên tử Cu, Cl, H, O ở hai vế đã bằng nhau. Do đó, phương trình đã cân bằng.

Phương trình:
CuO + 2HCl → CuCl2 + H2O

Giải thích: Phản ứng này là phản ứng axit-bazơ, trong đó oxit bazơ (CuO) tác dụng với axit (HCl) tạo thành muối (CuCl2) và nước. Để có CuO, ta phải điều chế từ Cu trước.

—

b) Điều chế CuCl2—>Cu bằng 2 cách

Để điều chế kim loại đồng (Cu) từ muối đồng(II) clorua (CuCl2), chúng ta cần thực hiện phản ứng hóa học mà trong đó ion Cu²⁺ trong CuCl2 nhận electron để trở thành nguyên tử Cu.

Cách 1: Dùng kim loại hoạt động mạnh hơn để khử ion Cu²⁺

Bước 1: Xác định chất tham gia và sản phẩm.
Chất tham gia là dung dịch muối đồng(II) clorua (CuCl2) và một kim loại có tính khử mạnh hơn Cu (ví dụ: Sắt – Fe).
Sản phẩm là kim loại đồng (Cu) và muối của kim loại dùng để khử (ví dụ: Sắt(II) clorua – FeCl2).

Bước 2: Viết sơ đồ phản ứng.
CuCl2 + Fe → Cu + FeCl2

Bước 3: Cân bằng phương trình hóa học.
Quan sát phương trình, số nguyên tử Cu, Fe, Cl ở hai vế đã bằng nhau. Do đó, phương trình đã cân bằng.

Phương trình:
CuCl2 + Fe → Cu + FeCl2

Giải thích: Phản ứng này là phản ứng thế. Kim loại có tính khử mạnh hơn (Fe) sẽ đẩy kim loại có tính khử yếu hơn (Cu) ra khỏi dung dịch muối của nó.

Cách 2: Điện phân dung dịch CuCl2

Bước 1: Xác định chất tham gia và sản phẩm.
Chất tham gia là dung dịch đồng(II) clorua (CuCl2).
Sản phẩm là kim loại đồng (Cu) và khí clo (Cl2).

Bước 2: Viết phương trình điện phân.
Trong dung dịch điện li, CuCl2 phân li thành ion Cu²⁺ và 2 ion Cl⁻.
Tại catot (cực âm), các ion dương (Cu²⁺) bị khử và nhận electron để tạo thành kim loại đồng.
Cu²⁺ + 2e → Cu

Tại anot (cực dương), các ion âm (Cl⁻) bị oxi hóa và nhường electron để tạo thành khí clo.
2Cl⁻ → Cl2 + 2e

Bước 3: Ghép hai quá trình thành phương trình điện phân tổng thể.
Cu²⁺ + 2Cl⁻ → Cu + Cl2
Hay viết gọn dưới dạng phân tử:

Phương trình:
CuCl2 –(điện phân)–> Cu + Cl2

Giải thích: Điện phân dung dịch muối clorua của kim loại đứng sau nhôm trong dãy hoạt động hóa học, ta thu được kim loại tương ứng ở catot và khí clo ở anot.

—

c) Điều chế FeCl3—>Fe bằng 2 cách

Để điều chế kim loại sắt (Fe) từ muối sắt(III) clorua (FeCl3), chúng ta cần thực hiện phản ứng hóa học mà trong đó ion Fe³⁺ trong FeCl3 nhận electron để trở thành nguyên tử Fe.

Cách 1: Dùng kim loại hoạt động mạnh hơn để khử ion Fe³⁺

Bước 1: Xác định chất tham gia và sản phẩm.
Chất tham gia là dung dịch muối sắt(III) clorua (FeCl3) và một kim loại có tính khử mạnh hơn Fe (ví dụ: Kẽm – Zn, hoặc Sắt – Fe để tạo muối sắt(II)). Tuy nhiên, để điều chế Fe, ta cần dùng kim loại có hoạt động mạnh hơn Fe. Cô sẽ chọn Kẽm (Zn).
Sản phẩm là kim loại sắt (Fe) và muối của kim loại dùng để khử (ví dụ: Kẽm clorua – ZnCl2).

Bước 2: Viết sơ đồ phản ứng.
FeCl3 + Zn → Fe + ZnCl2

Bước 3: Cân bằng phương trình hóa học.
Ở vế trái, Fe có số oxi hóa +3. Ở vế phải, Fe có số oxi hóa 0.
Ở vế trái, Zn có số oxi hóa 0. Ở vế phải, Zn có số oxi hóa +2.

– Quá trình khử: Fe⁺³ + 3e → Fe⁰
– Quá trình oxi hóa: Zn⁰ → Zn⁺² + 2e

– Cân bằng electron: Nhân quá trình khử với 2, quá trình oxi hóa với 3.
2(Fe⁺³ + 3e → Fe⁰) => 2Fe⁺³ + 6e → 2Fe⁰
3(Zn⁰ → Zn⁺² + 2e) => 3Zn⁰ → 3Zn⁺² + 6e

– Đặt hệ số vào phương trình:
2FeCl3 + 3Zn → 2Fe + 3ZnCl2

Phương trình:
2FeCl3 + 3Zn → 2Fe + 3ZnCl2

Giải thích: Phản ứng này là phản ứng thế oxi hóa-khử. Kim loại có tính khử mạnh hơn (Zn) sẽ khử ion kim loại có tính oxi hóa cao hơn (Fe³⁺) trong dung dịch muối của nó.

Cách 2: Khử FeCl3 thành FeCl2 rồi dùng kim loại hoạt động mạnh khử FeCl2

Đây là một cách gián tiếp, đòi hỏi hai bước. Tuy nhiên, nếu đề bài yêu cầu “điều chế trực tiếp” thì cách này có thể không phù hợp hoàn toàn. Nhưng nếu hiểu là “từ FeCl3”, thì ta có thể làm như sau:

Bước 1: Khử FeCl3 thành FeCl2.
Ta có thể dùng một chất khử yếu hơn Fe³⁺ để khử nó về Fe²⁺. Ví dụ: Cho FeCl3 tác dụng với H2S.
2FeCl3 + H2S → 2FeCl2 + S + 2HCl

Bước 2: Dùng kim loại hoạt động mạnh hơn để khử FeCl2 thành Fe.
Giống như cách 1, ta dùng Zn để khử FeCl2.
FeCl2 + Zn → Fe + ZnCl2

Hoặc, một cách “trực tiếp hơn” để điều chế Fe từ FeCl3, là sử dụng các phản ứng nhiệt nhôm, nhưng điều này thường áp dụng cho oxit kim loại chứ không trực tiếp cho muối halogen.

Cô xin phép bổ sung một cách khác cũng được coi là trực tiếp từ FeCl3 bằng phương pháp điện phân:

Cách 2 (Sửa lại): Điện phân dung dịch FeCl3

Bước 1: Xác định chất tham gia và sản phẩm.
Chất tham gia là dung dịch sắt(III) clorua (FeCl3).
Tại catot: Ion Fe³⁺ nhận electron để tạo thành Fe.
Tại anot: Ion Cl⁻ nhường electron để tạo thành khí clo.

Bước 2: Viết phương trình điện phân.
Tại catot: Fe³⁺ + 3e → Fe
Tại anot: 2Cl⁻ → Cl2 + 2e

Bước 3: Cân bằng phương trình điện phân tổng thể.
Để cân bằng electron, ta nhân quá trình catot với 2 và quá trình anot với 3.
2(Fe³⁺ + 3e → Fe) => 2Fe³⁺ + 6e → 2Fe
3(2Cl⁻ → Cl2 + 2e) => 6Cl⁻ → 3Cl2 + 6e

Ghép hai quá trình lại:
2Fe³⁺ + 6Cl⁻ → 2Fe + 3Cl2

Hay viết gọn dưới dạng phân tử:

Phương trình:
2FeCl3 –(điện phân)–> 2Fe + 3Cl2

Giải thích: Điện phân dung dịch muối clorua của kim loại có hóa trị cao, ta thu được kim loại tương ứng ở catot và khí clo ở anot.

—

Vậy là chúng ta đã cùng nhau hoàn thành các bài tập về điều chế kim loại và oxit một cách chi tiết rồi đó các em. Các em hãy ghi nhớ các phương pháp và cách cân bằng phương trình nhé. Nếu có bất kỳ thắc mắc nào, đừng ngần ngại hỏi cô! Chúc các em học tốt!