Giải bài tập SGK Hóa 9 Bài 4: Một số axit quan trọng

Có những chất: CuO, BaCl₂, Zn, ZnO. Chất nào nói trên tác dụng với dung dịch HCl và dung dịch H₂SO₄ loãng, sinh ra:

a) Chất khí cháy được trong không khí?

b) Dung dịch có màu xanh lam?

c) Chất kết tủa màu trắng không tan trong nước và axit?

d) Dung dịch không màu và nước?

Viết tất cả các phương trình phản ứng.

Phương pháp giải

a) Chất khí cháy được trong không khí → sinh ra khí H₂

b) Dung dịch có màu xanh lam là dung dịch muối đồng (II)

c) Chất kết tủa trắng không tan trong nước và axit là BaSO₄

d) Dung dịch không màu là muối kẽm

Hướng dẫn giải

Câu a: Khí cháy được trong không khí là hiđro

Zn + 2HCl  → ZnCl₂ + H₂

Zn + H₂SO₄  → ZnSO₄ + H₂

Câu b: Dung dịch có màu xanh lam là dung dịch muối đồng (II)

CuO  + 2HCl → CuCl₂ + H₂O

CuO + H₂SO₄ → CuSO₄ + H₂O

Câu c: Chất kết tủa trắng không tan trong nước và axit là BaSO₄

BaCl₂ + H₂SO₄ → 2HCl + BaSO₄

Câu d: Dung dịch không màu là muối kẽm

ZnO + 2HCl → ZnCl₂ + H₂O

ZnO + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂O

Sản xuất axit sunfuric trong công nghiệp cần phải có những nguyên liệu chủ yếu nào? Hãy cho biết mục đích của mỗi công đoạn sản xuất axit sunfuric và dẫn ra những phản ứng hóa học.

Phương pháp giải

Để xác định mục đích các công đoạn sản xuất axit sunfuric cần nắm được lý thuyết về sản xuất axit sunfuric.

Hướng dẫn giải

- Sản xuất axit sunfuric trong công nghiệp cần phải có nguyên liệu là lưu huỳnh (hoặc quặng pirit), không khí và nước.

- Mục đích của mỗi công đoạn sản xuất axit sunfuric:

• Đốt lưu huỳnh trong không khí để sản xuất lưu huỳnh đioxit:

S + O₂ → SO₂

• Oxi hóa SO₂ (V₂O₅) để sản xuất SO₃:

2SO₂ + O₂   2SO₃

• Cho SO₃ tác dụng với H₂O để sản xuất H₂SO₄:

SO₃ + H₂O → H₂SO₄

Bằng cách nào có thể nhận biết từng chất trong mỗi cặp chất sau theo phương pháp hóa học:

a) Dung dịch HCl và dung dịch H₂SO₄.

b) Dung dịch NaCl và dung dịch Na₂SO₄.

c) Dung dịch Na₂SO₄ và dung dịch H₂SO₄.

Viết các phương trình phản ứng.

Phương pháp giải

Phương pháp hóa học nhận biết trong mỗi trường hợp như sau:

a) Dùng muối Ba²⁺ như BaCl₂; Ba(NO₃)₂ hoặc Ba(OH)₂

b) Tương tự ý a

c) Dùng quỳ tím hoặc dùng kim loại như Mg, Al, Zn, Fe...

Hướng dẫn giải

Câu a: Nhận biết dung dịch HCl và dung dịch H₂SO₄

Lấy mỗi dung dịch một ít làm mẫu thử

Cho dung dịch BaCl₂ vào hai ống nghiệm có chứa dung dịch HCl và dung dịch H₂SO₄:

• Chất trong ống nghiệm nào cho kết tủa màu trắng, suy ra chất ban đầu là H₂SO₄.

BaCl₂ + H₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2HCl

• Chất trong ống nghiệm không có hiện tượng gì xảy ra là HCl.

Câu b: Nhận biết dung dịch NaCl và dung dịch Na₂SO₄

Lấy mỗi dung dịch một ít làm mẫu thử

Dùng một trong những thuốc thử sau: BaCl₂, Ba(NO₃)₂, dung dịch Ba(OH)₂

• Chất nào cho kết tủa màu trắng, suy ra chất ban đầu là Na₂SO₄.

BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2NaCl

• Chất không có hiện tượng gì xảy ra là NaCl.

Câu c: Nhận biết dung dịch Na₂SO₄ và dung dịch H₂SO₄

Cho giấy quỳ tím vào hai ống nghiệm chứa Na₂SO₄ và H₂SO₄:

• Chất nào làm quỳ tím đổi màu thành đỏ là dung dịch H₂SO₄.
• Còn chất không làm quỳ tím đổi màu là Na₂SO₄.

Bảng dưới đây cho biết kết quả của 6 thí nghiệm xảy ra giữa Fe và dung dịch H₂SO₄ loãng. Trong mỗi thí nghiệm người ta dùng 0,2 gam Fe tác dụng với thể tích bằng nhau của axit, nhưng có nồng độ khác nhau.

Những thí nghiệm nào chứng tỏ rằng:

a) Phản ứng xảy ra nhanh hơn khi tăng nhiệt độ?

b) Phản ứng xảy ra nhanh hơn khi tăng diện tích tiếp xúc?

c) Phản ứng xảy ra nhanh hơn khi tăng nồng độ axit?

Phương pháp giải

Để xác định thí nghiệm nào xảy ra nhanh hơn ở mỗi trường hợp ta cần giữ nguyên các điều kiện còn lại và chỉ có sự thay đổi điều kiện đó.

Hướng dẫn giải

So sánh các điều kiện: nồng độ axit, nhiệt độ của dung dịch H₂SO₄ loãng và trạng thái của sắt với thời gian phản ứng để rút ra:

a) Thí nghiệm 2, thí nghiệm 4 và thí nghiệm 5 chứng tỏ phản ứng xảy ra nhanh hơn khi tăng nhiệt độ của dung dịch H₂SO₄ .

b) Thí nghiệm 3 và thí nghiệm 5 chứng tỏ phản ứng xảy ra nhanh hơn khi tăng diện tích tiếp xúc.

c) Thí nghiệm 4 và thí nghiệm 6 chứng tỏ phản ứng xảy ra nhanh hơn khi tăng nồng độ của dung dịch H₂SO₄.

Hãy sử dụng những chất có sẵn: Cu, Fe, CuO, KOH, C₆H₁₂O₆ (glucozơ), dung dịch H₂SO₄ loãng, H₂SO₄ đặc và những dụng cụ thí nghiệm cần thiết để làm những thí nghiệm chứng minh rằng:

a) Dung dịch H₂SO₄ loãng có những tính chất chung của axit.

b) H₂SO₄ đặc có những tính chất hóa học riêng.

Viết phương trình hóa học cho mỗi thí nghiệm.

Phương pháp giải

Để chứng minh tính chất của H₂SO₄ loãng và H₂SO₄ đặc cần nắm tính chất hóa học đặc trưng:

a) Chứng minh tính chất của H₂SO₄ loãng:

- Tác dụng với oxit bazơ.

- Tác dụng với bazơ.

- Tác dụng với kim loại đứng trước H trong dãy điện hóa.

b) H₂SO₄ đặc có những tính chất hóa học riêng: tính oxi hóa mạnh; tính háo nước.

Hướng dẫn giải

Câu a: Để chứng minh dung dịch H₂SO₄ loãng có những tính chất hóa học của axit, ta thực hiện các thí nghiệm:
Cho axit H₂SO₄ loãng lần lượt phản ứng với Fe, CuO, KOH:

• H₂SO₄ + Fe → FeSO₄ + H₂↑ (có khí thoát ra)
• H₂SO₄ + CuO → CuSO₄ + H₂O (dung dịch có màu xanh lam)
• H₂SO₄ + 2KOH → K₂SO₄ + 2H₂O (Cho quỳ tím vào dung dịch KOH, dung dịch có màu xanh. Rót từ từ dung dịch H₂SO₄ thấy màu xanh dần biến mất đến khi dung dịch không màu)

Câu b: Để chứng minh dung dịch H₂SO₄ đặc có những tính chất hóa học riêng ta thực hiện các thí nghiệm:

Cho axit H₂SO₄ đặc tác dụng với Cu đun nóng và với glucozơ:

• 2H₂SO_{4(đặc, nóng)} + Cu → CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O

(Đồng bị hòa tan dần, dung dịch chuyển sang màu xanh và có khí mùi hắc thoát ra)

• C₆H₁₂O₆ → 6H₂O + 6C (xt: H₂SO₄ đặc)

(Đường bị hóa thành than và đẩy lên khỏi cốc)

Cho một khối lượng mạt sắt dư vào 50ml dung dịch HCl. Phản ứng xong thu được 3,36 lít khí (đktc).

a) Viết phương trình hóa học.

b) Tính khối lượng mạt sắt đã tham gia phản ứng.

c) Tính nồng độ mol của dung dịch HCl đã dùng.

Phương pháp giải

a) Phương trình hóa học: Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂

b) Dựa vào phương trình, tính được mol Fe phản ứng theo số mol của H₂

Đổi số mol H₂: n_H2 = 3,36/22,4 = ? (mol)

n_Fe = n_H2  → Khối lượng sắt

c) Công thức tính nồng độ mol C_M = n : V

Hướng dẫn giải

Câu a: Phương trình hóa học

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂ ↑

Câu b: Số mol khí H₂ = 3,36:22,4 = 0,15 mol

Phương trình hóa học:

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂ ↑

0,15   0,3     0,15 ← 0,15 (mol)

Khối lượng sắt đã phản ứng: 

m_Fe = 0,15.56 = 8,4 (g).

Câu c: Số mol HCl phản ứng 

n_HCl = 0,3 mol; 50 ml = 0,05 lít

Nồng độ mol của dung dịch HCl: C_M,HCl = 0,3 / 0,05 = 6M.

Hòa tan hoàn toàn 12,1g hỗn hợp bột CuO và ZnO cần 100ml dung dịch HCl 3M.

a) Viết các phương trình hóa học.

b) Tính phần trăm theo khối lượng của mỗi oxit trong hỗn hợp ban đầu.

c) Hãy tính khối lượng dung dịch H₂SO₄ có nồng độ 20 % để hòa tan hoàn toàn hỗn hợp các oxit trên.

Phương pháp giải

Để giải quyết các dữ kiện của đề bài, ta thực hiện các bước sau:

• Bước 1: Gọi x, y là số mol của CuO và ZnO, viết phương trình hóa học:

CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O     

ZnO + 2HCl → ZnCl₂ + H₂O 

y    → 2y          y           (mol)

• Bước 3: Giải hệ 2 ẩn 2 phương trình theo khối lượng hỗn hợp và số mol HCl.
• Bước 4: Vì CuO và ZnO phản ứng với H₂SO₄ theo cùng tỉ lệ mol, nên có thể coi hai oxit như một oxit có công thức chung là MO với số mol = x + y = 0,15 mol

MO + H₂SO₄ → MSO₄ + H₂O

Dựa vào phương trình, tính được số mol H₂SO₄ → khối lượng dung dịch H₂SO_4.

Hướng dẫn giải

Câu a: Phương trình hóa học xảy ra

CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O (1)

ZnO + 2HCl → ZnCl₂ + H₂O (2)

Câu b: Phần trăm theo khối lượng của mỗi oxit trong hỗn hợp ban đầu

n_HCl = 0,3 mol

Đặt x và y lần lượt là số mol CuO và ZnO trong hỗn hợp

Dựa vào phương trình trên ta có:

n_HCl = 2n_CuO = 2x; n_HCl = 2n_ZnO = 2y 

→ 2x + 2y = 0,3

Kết hợp dữ kiện đề bài cho ta có hệ phương trình:

\(\left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}
{2x + 2y = 0,3}\\
{80x + 81y = 12,1}
\end{array}} \right. \Rightarrow \left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}
{x = 0,05}\\
{y = 0,1}
\end{array}} \right.\)

Phần trăm theo khối lượng của mỗi oxit trong hỗn hợp ban đầu là:

\(\\ \%m_{CuO }= \frac{0,05 . 80 . 100\%}{ 12,1 }= 33 \ \% \\ và \\ \%m_{ZnO} = 100 \% - 33 \% = 67 \ \%\)

Câu c: Khối lượng dung dịch H₂SO₄ có nồng độ 20 % để hòa tan hoàn toàn hỗn hợp các oxit trên

Khối lượng H₂SO₄ cần dùng:

m_H2SO4 = 98.(x + y) = 98.(0,05 + 0,1) = 14,7 (g).

Khối lượng dung dịch H₂SO₄ 20% cần dùng:

\(m_{H_{2}SO_{4}} = \frac{14,7 .100 }{20} = 73,5 \ g\)