Giải bài tập SBT Hóa 8 Bài 33: Điều chế hidro- Phản ứng thế

1. Giải bài 33.1 trang 46 SBT Hóa học 8

Đó là các phản ứng (1), (3), (5), (6)

⇒ Chọn B.

Một học sinh làm thí nghiệm như sau:

(1). Cho dung dịch axit HCl tác dụng với đinh Fe sạch

(2). Đun sôi nước

(3). Đốt một mẫu cacbon

Hỏi:

a) Trong những thí nghiệm nào có sản phẩm mới xuất hiện, chất đó là chất gì?

b) Trong thí nghiệm nào có sự biểu hiện của thay đổi trạng thái?

c) Trong thí nghiệm nào có sự tiêu oxi?

Phương pháp giải

Viết phương trình hóa học xảy ra, từ đó trả lời các câu hỏi.

Hướng dẫn giải

a) Những thí nghiệm có sản phẩm mới xuất hiện là :

Fe + HCl → FeCl₂ + H₂

         Sắt (II) clorua   Khí hiđro

C + O₂ → CO₂

             Khí cacbonic

Sản phẩm mới: Ở thí nghiệm (1) là FeCl₂ và H₂ ; ở thí nghiệm (3) là khí CO₂

b) Trong thí nghiệm (2), nước có sự thay đổi trạng thái. .

c) Thí nghiệm (3) có sự tiêu hao oxi, do sự cháy.

a) Viết phương trình phản ứng điều chế hidro trong phòng thí nghiệm.

b) Nguyên liệu nào được dùng để điều chế H₂ trong phòng thí nghiệm, trong công nghiệp.

Phương pháp giải

Cần nắm rõ lý thuyết về điều chế hidro trong phòng thí nghiệm và trong công nghiệp để trả lời câu hỏi trên.

Hướng dẫn giải

a) Điều chế hidro trong phòng thí nghiệm:

Kim loại + axit → muối + H₂

VD: Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂

2Al + 3H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3H₂

b) Nguyên liệu để điều chế H₂ trong phòng thí nghiệm:

- Kim loại: Fe, Zn, Al, Mg.

- Axit: HCl, H₂SO₄ loãng.

Nguyên liệu dể điều chế H₂ trong công nghiệp:

- Chủ yếu là khí thiên nhiên, chủ yếu là CH₄ (metan) có lẫn O₂ và hơi nước:

2CH₄ + O₂ + 2H₂O \(\xrightarrow{{800 - {{900}^o}C}}\) 2CO₂ + 6H₂  

- Tách hidro tử khí than hoặc từ chế biến dầu mỏ, được thực hiện bằng cách làm lạnh, ở đó tất cả các khí, trừ hidro, đều bị hóa lỏng.

Một em học sinh tự làm thí nghiệm ở nhà, cho đinh sắt sạch vào giấm ăn (dung dịch axit axetic CH₃COOH).

Thí nghiệm trên và thí nghiệm điều chế hidro trong sách giáo khoa (Bài 33) có những hiện tượng gì khác nhau, em hãy so sánh. Cho biết khí thoát ra là khí gì? Cách nhận biết.

Phương pháp giải

So với thí nghiệm SGK thì nghiệm này có tốc độ phản ứng chậm hơn.

Hướng dẫn giải

- So với thí nghiệm trong sách giáo khoa, thí nghiệm này có ít bọt khí xuất hiện trên bề mặt mảnh sắt, khí thoát ra khỏi dung dịch giấm ăn chậm, mảnh sắt tan dần chậm hơn mảnh Zn.

- Khí thoát ra là khí hiđro.

- Nhận biết:           

+ Đưa que đóm còn tàn đỏ vào đầu ống dẫn khí, khí thoát ra không làm cho than hồng bùng cháy.

+ Đưa que đóm đang cháy vào đầu ống dẫn khí, khí thoát ra sẽ cháy được trong không khí với ngọn lửa màu xanh nhạt, đó là khí hiđro.

Trong phòng thí nghiệm có các kim loại kẽm và magie, các dung dịch axit sunfuric loãng H₂SO₄ và axit clohidric HCl.

a) Hãy viết các phương trình phản ứng để điều chế khí H₂.

b) Muốn điều chế được 1,12 lit khí hidro (đktc) phải dùng kim loại nào, axit nào chỉ cần một khối lượng nhỏ nhất?

Phương pháp giải

a) Xem lại lí thuyết điều chế hiđro

b)

• Bước 1: Tính số mol hiđro
• Bước 2: Tính theo PTHH tính số mol kim loại với mỗi phương trình
• Bước 3: Tính khối lượng từng kim loại, so sánh => Kết luận.

Hướng dẫn giải

a) Phương trình hoá học của phản ứng điều chế H₂:

Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂   (1)

Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂  (2)

Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂   (3)

Mg + H₂SO₄ → MgSO₄ + H₂  (4)

b) n_H2 = 1.12 : 22.4 = 0,05(mol)

Để điều chế 0,05 mol H₂ thì:

n_Zn = n_Mg = 0,05 mol mà M_Mg < M_Zn

⇒ Dùng Mg sẽ cần khối lượng nhỏ hơn

n_HCl = 2.n_H2 = 0,05 . 2 = 0,1 mol ⇒ m_HCl = 0,1 . 36,5 = 3,65 g

n_H2SO4 = n_H2 = 0,05 mol ⇒ m_H2SO4 = 0,05 .98 = 4,9g

⇒ Dùng axit HCl sẽ cần khối lượng nhỏ hơn

Nên với những chất đã cho muốn dùng với khối lượng nhỏ nhất để điều chế H₂ ta dùng Mg và axit HCl.

Trong giờ thực hành hóa học, học sinh A cho 32,5g kẽm vào dung dịch H₂SO₄ loãng, học sinh B cho 32,5g sắt cũng là dung dịch H₂SO₄ loãng ở trên. Hãy cho biết học sinh nào thu được khí hidro nhiều hơn? (đo ở cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất).

Phương pháp giải

• Bước 1: Tính số mol mỗi kim loaị.
• Bước 2: Viết PTHH:

Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂↑  (1)$$

Fe + H₂SO₄  →  FeSO₄  +  H₂↑  (2)$$

• Bước 3: Tính theo phương trình => số mol hiđro.
• Bước 4: So sánh số mol hiđro ở (1) và (2) => Kết luận.

Hướng dẫn giải

n_Zn = 32,5 : 65 = 0,5 (mol); n_Fe = 32,5 : 56 = 0,58 (mol)

Phương trình hóa học :

Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂↑  (1)

0,5 mol                      0,5 mol

Fe + H₂SO₄  →  FeSO₄  +  H₂↑  (2)

0,58 mol                    0,58 mol

Học sinh B thu được số mol H₂ nhiều hơn.

Trong giờ thực hành hóa học, một học sinh nhúng một đinh sắt vào dung dịch muối đồng sunfat CuSO₄. Sau một thời gian, lấy đinh sắt ra khỏi dung dịch muối. Thanh sắt bị phủ một lớp màu đỏ gạch và dung dịch có muối sắt (II) sunfat FeSO₄.

a) Hãy viết phương trình phản ứng.

b) Hãy cho biết phản ứng trên thuộc loại phản ứng nào?

Phương pháp giải

a) Fe + CuSO₄ → Cu + FeSO₄$$

b) Xem lại lí thuyết phản ứng thế.

Hướng dẫn giải

a) Fe + CuSO₄ → Cu + FeSO₄

b) Phản ứng trên là phản ứng thế.

Cho 6,5g kẽm vào bình dung dịch chứa 0,25mol axit clohidric.

a) Tính thể tích khí hidro thu được ở đktc.

b) Sau phản ứng còn dư chất nào? Khối lượng là bao nhiêu gam?

Phương pháp giải

• Bước 1: Tính số mol Zn và HCl.
• Bước 2: PTHH: Zn     +   2HCl → ZnCl₂ + H₂↑$$
• Bước 3: So sánh số mol chất tham gia phản ứng để biết sau phản ứng chất nào dư. Sản phẩm được tính theo chất phản ứng hết.

Hướng dẫn giải

a) n_Zn = 6,5 : 65 = 0,1 (mol); n_HCl = 0,25 (mol)

Phương trình hóa học:

Zn     +   2HCl → ZnCl₂ + H₂↑

1 mol      2 mol               1 mol

0,1 mol   0,2 mol            0,1 mol

V_H2 thu được: 0,1.22,4 = 2,24(lít)

b) Chất dư là HCl:

Theo phương trình hóa học trên, số mol và khối lượng HCl dư là:

 n_HCl = 0,25 − 0,2 = 0,05 (mol)

m_HCl = 0,05.36,5 = 1,825(g)

Cho mạt sắt vào một dung dịch chứa 0,2 mol H₂SO₄ loãng. Sau một thời gian, bột sắt tan hoàn toàn và người ta thu được 1,68 lit khí hidro (đktc).

a) Viết phương trình phản ứng.

b) Tính khối lượng mạt sắt đã phản ứng.

c) Để có lượng sắt tham gia phản ứng trên, người ta phải dùng bao nhiêu gam sắt (III) oxit tác dụng với khí hidro.

Phương pháp giải

a) Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂↑$$

b)

• Bước 1: Tính số mol hiđro
• Bước 2: Tính theo PTHH => số mol Fe => khối lượng Fe đã phản ứng.

c) 

Bước 1: PTHH:   Fe₂O₃  +  3H₂  \(\xrightarrow{{{t^o}}}\) 2Fe +  3H₂O$$

Bước 2: Tính theo PTHH => số mol sắt(III) oxit => khối lượng sắt(III) oxit cần dùng.

Hướng dẫn giải

a) Phương trình hóa học:

Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂↑

b) Khối lượng mạt sắt đã phản ứng:

Fe       +     H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂↑

1 mol           1 mol                1mol 

0,075 mol     0,075 mol         0,075 mol  

(n_H2 = 1,68 : 22,4 = 0,075)

Theo phương trình hóa học trên ta nhận thấy số mol axit cho dư (0,2 mol), nên tính khối lượng mặt sắt theo số mol hidro:

m_Fe = 0,075.56 = 4,2 (g)

c) Phương trình hóa học:

Fe₂O₃  +  3H₂   \(\xrightarrow{{{t^o}}}\) 2Fe +  3H₂O

1 mol     3 mol     2 mol 

x mol                 0,075 mol

x = 0,075 : 2 = 0,0375 (mol)

Khối lượng Fe₂O₃ cần dùng để điều chế lượng sắt trên là:

m_Fe2O3 = 0,0375.160 = 6(g)

Người ta cho kẽm hoặc sắt tác dụng với dung dịch axit clohidric HCl để điều chế khí hidro. Nếu muốn điều chế 2,24l khí hidro (đktc) thì phải dùng số gam kẽm hoặc sắt lần lượt là:

A. 6,5g và 5,6g   

B. 16g và 8g

C. 13g và 11,2g   

D. 9,75g và 8,4g

Phương pháp giải

• Bước 1: Tính số mol hiđro
• Bước 2: PTHH: Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂

              Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂

• Bước 3: Tính theo PTHH => khối lượng kim loại cần dùng.

Hướng dẫn giải

n_H2 = 2,24 : 22,4 = 0,1 (mol)

Phương trình hóa học:

Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂

1 mol                     1 mol

0,1 mol                 0,1 mol

mZn = 0,1.65 = 6,5 (g)

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂

1 mol                     1 mol 

0,1 mol                   0,1 mol

m_Fe = 0,1.56 = 5,6 (g)

Đáp án cần chọn là A.

Điện phân hoàn toàn 2 lit nước ở trạng thái lỏng (biết khối lượng riêng của nước là 1 kg/l), thể tích khí hidro và thể tích khí oxi thu được (ở đktc) lần lượt là:

A. 1244,4 lít và 622,2 lít

B. 3733,2 lít và 1866,6 lít

C. 4977,6 lít và 2488,8 lít

D. 2488,8 lít và 1244,4 lít

Phương pháp giải

• Bước 1: PTHH: 2H₂O \(\xrightarrow{{dien\,phan}}\) 2H₂  +  O₂${\mathrm{}}_{}$
• Bước 2: Tính số mol nước dựa vào công thức: D=m/V và n= m/M
• Bước 3: Tính theo PTHH => số mol H₂ và O₂
• Bước 4: Tính thể tích từng khí.

Hướng dẫn giải

Phương trình hóa học của phản ứng điện phân nước:

2H₂O \(\xrightarrow{{dien\,phan}}\) 2H₂  +  O₂

2 mol              2 mol      1 mol

x = \(\frac{{2.2.1000}}{18.2}\) = 111,11 mol

y =  \(\frac{{2.1000}}{18.2}\) = 55,555 mol

V_H2 sinh ra là: 111,11.22,4 = 2488,8( lít)

V_O2 sinh ra là: 55,555.22,4 = 1244,4 (lít).

So sánh thể tích khí hidro (đktc) thu được trong mỗi trường hợp sau:

a) 0,1 mol Zn tác dụng với dung dịch H₂SO₄ loãng, dư.

0,1 mol Al tác dụng với dung dịch H₂SO₄ loãng, dư

b) 0,2 mol Zn tác dụng với dung dịch HCl dư

0,2 Al tác dụng với dung dịch HCl dư.

Phương pháp giải

• Bước 1: Viết PTHH của phản ứng.
• Bước 2: Dựa theo phương trình, tính số mol H₂ thu được.
• Bước 3: So sánh thể tích khí hiđro thu được trong mỗi trường hợp => Kết luận.

Hướng dẫn giải

a) Phương trình hóa học:

Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂

1 mol                         1 mol

0,1 mol                      0,1 mol   

2Al + 3H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3H₂

2 mol                                 3 mol 

0,1 mol                              x mol

x = 0,1.32 = 0,15 (mol)

Thể tích khí hidro do 0,1 mol nhôm sinh ra nhiều hơn 0,1 mol kẽm sinh ra.

b) Phương trình hóa học:

 Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂

1 mol                       1 mol 

0,2 mol                    0,2 mol

2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂

2 mol                        3 mol 

0,2 mol                      y mol

y = 0,2.32 = 0,3 (mol)

Thể tích khí hidro do 0,2 mol nhôm sinh ra nhiều hơn do 0,2 mol kẽm sinh ra.