Cu + H2SO4 Đặc Nóng: Phản Ứng, Điều Kiện và Ứng Dụng Chi Tiết Nhất

Bạn đang tìm hiểu về phản ứng giữa đồng (Cu) và axit sunfuric đặc, nóng (H2SO4)? Bài viết này của CAUHOI2025.EDU.VN sẽ cung cấp thông tin chi tiết nhất về phản ứng này, bao gồm phương trình, điều kiện, hiện tượng, cơ chế và các bài tập vận dụng, giúp bạn nắm vững kiến thức và tự tin giải quyết mọi bài tập liên quan. Khám phá ngay để hiểu rõ hơn về phản ứng hóa học thú vị này!

1. Phản Ứng Cu + H2SO4 Đặc Nóng: Tổng Quan Chi Tiết

Phản ứng giữa đồng (Cu) và axit sunfuric đặc, nóng (H2SO4) là một phản ứng oxi hóa khử quan trọng trong hóa học. Phản ứng này tạo ra đồng(II) sunfat (CuSO4), khí sulfur dioxide (SO2) và nước (H2O). Dưới đây là thông tin chi tiết:

1.1. Phương Trình Phản Ứng

Phương trình hóa học đầy đủ và cân bằng của phản ứng là:

Cu + 2H2SO4 (đặc, nóng) → CuSO4 + SO2↑ + 2H2O

1.2. Điều Kiện Phản Ứng

• Nhiệt độ: Phản ứng chỉ xảy ra khi đun nóng dung dịch H2SO4 đặc.
• Nồng độ: Axit sunfuric phải ở trạng thái đặc.

1.3. Cách Cân Bằng Phản Ứng

Để cân bằng phản ứng này, ta sử dụng phương pháp thăng bằng electron:

• Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tố

  Cu⁰ + H₂S⁺⁶O₄ → Cu⁺²SO₄ + S⁺⁴O₂ + H₂O

• Bước 2: Viết quá trình oxi hóa và quá trình khử

  • Quá trình oxi hóa: Cu⁰ → Cu⁺² + 2e
  • Quá trình khử: S⁺⁶ + 2e → S⁺⁴

• Bước 3: Cân bằng số electron trao đổi

  1 × (Cu⁰ → Cu⁺² + 2e)
  1 × (S⁺⁶ + 2e → S⁺⁴)

• Bước 4: Viết phương trình hóa học hoàn chỉnh

  Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2H2O

1.4. Hiện Tượng Phản Ứng

Khi cho Cu tác dụng với H2SO4 đặc, nóng, ta quan sát thấy các hiện tượng sau:

• Lá đồng (Cu) màu đỏ tan dần trong dung dịch.
• Dung dịch chuyển sang màu xanh lam đặc trưng của ion Cu²⁺.
• Có khí không màu, mùi hắc (SO2) thoát ra. Theo Sách giáo khoa Hóa học lớp 10, SO2 là một chất khí độc hại, có thể gây ảnh hưởng đến sức khỏe nếu hít phải.

2. Cơ Chế Phản Ứng Cu + H2SO4 Đặc Nóng

Để hiểu rõ hơn về phản ứng, ta cùng xem xét cơ chế chi tiết của nó:

2.1. Giai Đoạn 1: Tạo Thành Ion Cu2+

Đồng (Cu) bị oxi hóa bởi axit sunfuric (H2SO4) để tạo thành ion đồng(II) (Cu2+):

Cu → Cu²⁺ + 2e^–

2.2. Giai Đoạn 2: Khử H2SO4 Thành SO2

Axit sunfuric (H2SO4) bị khử thành khí sulfur dioxide (SO2):

H2SO4 + 2e^– → SO2 + 2H2O

2.3. Giai Đoạn 3: Hình Thành Đồng(II) Sunfat

Ion đồng(II) (Cu²⁺) kết hợp với ion sunfat (SO₄^2-) từ axit sunfuric để tạo thành đồng(II) sunfat (CuSO4):

Cu²⁺ + SO₄^2- → CuSO4

3. Tính Chất Hóa Học Của Đồng (Cu)

Đồng (Cu) là một kim loại chuyển tiếp có nhiều tính chất hóa học quan trọng:

3.1. Tác Dụng Với Phi Kim

• Oxi: Đồng phản ứng với oxi khi đun nóng tạo thành CuO, lớp oxit này bảo vệ Cu khỏi bị oxi hóa tiếp.
  2Cu + O2 → 2CuO
• Clo, Brom, Lưu huỳnh: Đồng tác dụng với các phi kim như clo, brom, lưu huỳnh khi đun nóng.
  Cu + Cl2 → CuCl2

3.2. Tác Dụng Với Axit

• HCl, H2SO4 loãng: Đồng không tác dụng với HCl và H2SO4 loãng trong điều kiện thường. Tuy nhiên, khi có mặt oxi, phản ứng có thể xảy ra:
  2Cu + 4HCl + O2 → 2CuCl2 + 2H2O
• HNO3, H2SO4 đặc: Đồng tác dụng mạnh với HNO3 và H2SO4 đặc.
  • Cu + 2H2SO4 (đặc) → CuSO4 + SO2 + 2H2O
  • Cu + 4HNO3 (đặc) → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
  • 3Cu + 8HNO3 (loãng) → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

3.3. Tác Dụng Với Dung Dịch Muối

Đồng có thể khử ion của các kim loại đứng sau nó trong dãy điện hóa:

Cu + 2AgNO3 → Cu(NO3)2 + 2Ag

4. Ứng Dụng Quan Trọng Của Phản Ứng Cu + H2SO4 Đặc Nóng

Phản ứng giữa Cu và H2SO4 đặc nóng có nhiều ứng dụng quan trọng trong cả công nghiệp và phòng thí nghiệm:

4.1. Trong Công Nghiệp

• Sản xuất CuSO4: Đồng(II) sunfat được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp (chất diệt nấm), công nghiệp (mạ điện), và y học (chất khử trùng).
• Điều chế SO2: Khí sulfur dioxide được sử dụng trong sản xuất axit sunfuric và các hợp chất hóa học khác.

4.2. Trong Phòng Thí Nghiệm

• Điều chế SO2: Phản ứng này là một phương pháp thuận tiện để điều chế khí SO2 trong phòng thí nghiệm.
• Nghiên cứu và giảng dạy: Phản ứng được sử dụng để minh họa các khái niệm về phản ứng oxi hóa khử và tính chất của kim loại và axit.

5. Tính Chất Hóa Học Của Axit Sunfuric Đặc (H2SO4)

Axit sunfuric đặc (H2SO4) là một chất lỏng không màu, sánh như dầu, có nhiều tính chất hóa học đặc biệt:

5.1. Tính Oxi Hóa Mạnh

• Với kim loại: H2SO4 đặc oxi hóa hầu hết các kim loại (trừ Au và Pt) tạo thành muối hóa trị cao và thường giải phóng SO2.
  Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2H2O
• Với phi kim: H2SO4 đặc tác dụng với nhiều phi kim như C, S.
  C + 2H2SO4 → CO2 + 2SO2 + 2H2O
• Với hợp chất: H2SO4 đặc tác dụng với nhiều hợp chất có tính khử.
  2FeO + 4H2SO4 → Fe2(SO4)3 + SO2 + 4H2O

5.2. Tính Háo Nước

H2SO4 đặc có khả năng hấp thụ nước mạnh, làm khô nhiều chất và gây ra hiện tượng than hóa đối với các hợp chất hữu cơ.

C12H22O11 (đường) → 12C + 11H2O
C + 2H2SO4 (đặc) → CO2 + 2SO2 + 2H2O

6. Bài Tập Vận Dụng Về Phản Ứng Cu + H2SO4 Đặc Nóng

Để củng cố kiến thức, hãy cùng làm một số bài tập vận dụng sau:

Câu 1: Cho 6,4 gam đồng tác dụng hoàn toàn với dung dịch H2SO4 đặc, nóng dư. Thể tích khí SO2 (đktc) thu được là bao nhiêu?

• A. 2,24 lít
• B. 4,48 lít
• C. 3,36 lít
• D. 1,12 lít

Hướng dẫn giải:

Số mol Cu = 6,4/64 = 0,1 mol
Phương trình phản ứng: Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2H2O
Theo phương trình, số mol SO2 = số mol Cu = 0,1 mol
Thể tích SO2 (đktc) = 0,1 × 22,4 = 2,24 lít
Đáp án: A

Câu 2: Hòa tan hoàn toàn m gam Cu vào dung dịch H2SO4 đặc, nóng, thu được 6,72 lít khí SO2 (đktc). Giá trị của m là bao nhiêu?

• A. 9,6 gam
• B. 19,2 gam
• C. 12,8 gam
• D. 6,4 gam

Hướng dẫn giải:

Số mol SO2 = 6,72/22,4 = 0,3 mol
Phương trình phản ứng: Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2H2O
Theo phương trình, số mol Cu = số mol SO2 = 0,3 mol
Khối lượng Cu = 0,3 × 64 = 19,2 gam
Đáp án: B

Câu 3: Cho 19,2 gam Cu tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc, nóng. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được V lít khí SO2 (đktc) và dung dịch X. Cô cạn dung dịch X thu được bao nhiêu gam muối khan?

• A. 48 gam
• B. 60 gam
• C. 32 gam
• D. 96 gam

Hướng dẫn giải:

Số mol Cu = 19,2/64 = 0,3 mol
Phương trình phản ứng: Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2H2O
Theo phương trình, số mol CuSO4 = số mol Cu = 0,3 mol
Khối lượng CuSO4 = 0,3 × 160 = 48 gam
Đáp án: A

Câu 4: Cho hỗn hợp gồm Cu và Fe tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc, nóng dư thu được khí SO2. Biết số mol Cu bằng số mol Fe và bằng 0,1 mol. Thể tích khí SO2 thu được ở đktc là:

• A. 2,24 lít
• B. 3,36 lít
• C. 4,48 lít
• D. 6,72 lít

Hướng dẫn giải:

Số mol Cu = số mol Fe = 0,1 mol
Phương trình phản ứng:
Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2H2O
Fe + 6H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
Theo phương trình, số mol SO2 từ Cu = 0,1 mol
Số mol SO2 từ Fe = 0,1 x 3 = 0,3 mol
Tổng số mol SO2 = 0,1 + 0,3 = 0,4 mol
Thể tích SO2 (đktc) = 0,4 × 22,4 = 8,96 lít
Đáp án: D

7. Câu Hỏi Thường Gặp (FAQ) Về Phản Ứng Cu + H2SO4 Đặc Nóng

1. Tại sao phản ứng Cu + H2SO4 loãng không xảy ra?
Đồng (Cu) là kim loại đứng sau hydro trong dãy điện hóa, do đó không phản ứng với các axit loãng như HCl và H2SO4 loãng.

2. Khí SO2 sinh ra từ phản ứng có độc không?
Có, SO2 là khí độc, gây kích ứng đường hô hấp và có thể gây nguy hiểm cho sức khỏe.

3. Có thể dùng kim loại khác thay thế Cu trong phản ứng này không?
Các kim loại khác như Ag, Hg cũng có thể phản ứng với H2SO4 đặc, nóng, tạo ra SO2.

4. Làm thế nào để nhận biết khí SO2 sinh ra từ phản ứng?
Khí SO2 có mùi hắc đặc trưng và làm mất màu dung dịch brom.

5. Phản ứng Cu + H2SO4 đặc, nguội có xảy ra không?
Không, phản ứng chỉ xảy ra khi đun nóng.

6. Sản phẩm CuSO4 có ứng dụng gì trong thực tế?
CuSO4 được dùng làm chất diệt nấm trong nông nghiệp, trong công nghiệp mạ điện và trong y học làm chất khử trùng.

7. Tại sao H2SO4 đặc có tính háo nước?
Do H2SO4 có khả năng hút ẩm mạnh từ môi trường và các hợp chất khác.

8. Điều gì xảy ra khi cho H2SO4 đặc vào đường?
Đường bị than hóa, tạo thành than và nước.

9. Làm thế nào để cân bằng phản ứng oxi hóa khử?
Sử dụng phương pháp thăng bằng electron hoặc phương pháp ion-electron.

10. Phản ứng Cu + H2SO4 đặc nóng có phải là phản ứng oxi hóa khử không?
Có, đây là phản ứng oxi hóa khử, trong đó Cu bị oxi hóa và H2SO4 bị khử.

8. Tìm Hiểu Thêm Tại CAUHOI2025.EDU.VN

Hy vọng bài viết này đã cung cấp cho bạn đầy đủ thông tin về phản ứng Cu + H2SO4 đặc nóng. Để khám phá thêm nhiều kiến thức hóa học thú vị và bổ ích khác, hãy truy cập CAUHOI2025.EDU.VN ngay hôm nay! Tại đây, bạn sẽ tìm thấy:

• Các bài viết chi tiết và dễ hiểu: Giải thích cặn kẽ các hiện tượng, quy luật hóa học.
• Bài tập trắc nghiệm và tự luận: Luyện tập và củng cố kiến thức hiệu quả.
• Tư vấn trực tuyến từ chuyên gia: Giải đáp mọi thắc mắc của bạn một cách nhanh chóng và chính xác.

CAUHOI2025.EDU.VN tự hào là người bạn đồng hành tin cậy trên con đường chinh phục tri thức của bạn!

Hãy truy cập trang web của chúng tôi tại CauHoi2025.EDU.VN ngay hôm nay để khám phá thêm nhiều điều thú vị và bổ ích! Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào, đừng ngần ngại liên hệ với chúng tôi qua trang Liên Hệ để được hỗ trợ tận tình.
Địa chỉ: 30 P. Khâm Thiên, Thổ Quan, Đống Đa, Hà Nội, Việt Nam
Số điện thoại: +84 2435162967