Điều chế khí Hidro trong PTN và công nghiệp- Phản ứng thế là gì?

Như chúng ta đã biết, những ứng dụng của hidro là không thể bàn cãi. Nhưng khí hidro không có sẵn cho chúng ta sử dụng vào đời sống và sản xuất. Vậy, trong phòng thí nghiệm và trong công nghiệp, khí hidro được điều chế như thế nào? Phản ứng điều chế khí hidro thuộc loại phản ứng gì? Chúng ta sẽ cùng tìm hiểu những vấn đề này trong bài viết sau đây các bạn nhé!

Điều chế khí Hidro

Phương pháp điều chế khí hidro trong phòng thí nghiệm và trong công nghiệp như thế nào? Chúng ta cùng tìm hiểu ngay sau đây nhé!

1. Điều chế khí hidro trong phòng thí nghiệm

– Trong phòng thí nghiệm, người ta điều chế khí hidro bằng cách cho axit (HCl, H2SO4 loãng,…) tác dụng với kim loại (Zn, Fe, Al,…).

phuong-phap-dieu-che-khi-hidro-trong-phong-thi-nghiem

Một số ứng điều chế khí H2 trong phòng thí nghiệm:

Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2

Fe + 2HCl → FeCl2 + H2

2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2

Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2

2. Điều chế khí hidro trong công nghiệp

Trong công nghiệp, những phương pháp điều chế khí hidro là:

  • Điện phân nước
  • Dùng than khử oxi của H2O trong lò khí than
  • Điều chế từ khí tự nhiên, khí dầu mỏ
phuong-phap-dieu-che-khi-hidro-trong-phong-cong-nghiep
Điều chế khí hidro từ điện phân nước

3. Phản ứng thế là gì?

  • Định nghĩa: Phản ứng thế là phản ứng hóa học giữa đơn chất và hợp chất, trong đó nguyên tử của đơn chất thay thế nguyên tử của một nguyên tố khác trong hợp chất.
  • Ví dụ:

Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2 ↑

Fe + 2HCl → FeCl2 + H2 ↑

BÀI TẬP ÁP DỤNG

Câu 1. Những PTHH nào dùng để điều chế khí hidro trong PTN?

a) Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2

b) 2H2O (điện phân) → 2H2 + O2

c) 2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2

Trả lời:

  • PTHH dùng để điều chế khí H2 trong PTN là (a) và (c)
  • PTHH dùng để điều chế khí H2 trong công nghiệp là: (b)

Câu 2. Lập PTHH của các sơ đồ phản ứng sau và cho biết chúng thuộc loại PƯHH nào?

a) Mg + O2 —> MgO

b) KMnO4 —> K2MnO4 + MnO2 + O2

c) Fe + CuCl2 —> FeCl2 + Cu

Trả lời:

a) 2Mg + O2 → 2MgO ⇒ Phản ứng hóa hợp, phản ứng oxi hóa khử.

b) 2KMnO4 → K2MnO4 + MnO2 + O2 ⇒ Phản ứng phân hủy.

c) Fe + CuCl2 → FeCl2 + Cu ⇒ Phản ứng thế.

Câu 3. Khi thu khí O2 vào ống nghiệm bằng cách đẩy không khí, phải để ống nghiệm như thế nào? Đối với khí hidro có làm thế được không? Tại sao?

Trả lời:

Để thu khí O2 vào ống nghiệm bằng cách đẩy không khí, người ta thường để ống nghiệm đứng vì khí O2 nặng hơn không khí. Với khí H2, người ta thu nó bằng cách để úp ống nghiệm để đẩy không khí vì khí H2 nhẹ hơn không khí.

Câu 4. Trong PTN có các kim loại Zn, Fe, dd axit HCl và dung dịch axit H2SO4 loãng:

a) Viết các PTHH có thể điều chế H2.

b) Phải dùng bao nhiêu gam Zn, Fe để điều chế được 2,24 lít khí H2 (đktc).

Trả lời:

a) Các PTHH có thể điều chế H2:

Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2   (1)

Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2   (2)

Fe + 2HCl → FeCl2 + H2   (3)

Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2   (4)

b) Theo đề bài, ta có:

– Số mol khí H2 là:

nH2 = V/22,4 = 2,24/22,4 = 0,1 (mol)

– Theo các PTHH, ta thấy: nH2 = nZn = nFe = 0,1 (mol)

  • Số gam Zn cần dùng ở thí nghiệm (1) và (2) là:

mZn =0,1 x 65 = 6,5 (gam)

  • Số gam Fe cần dùng ở thí nghiệm (3) và (4) là:

mFe =0,1 x 56 = 5,6 (gam)

Câu 5. Cho 22,4 gam Fe tác dụng với dd loãng có chứa 24,5 gam axit sunfuric H2SO4.

a) Chất nào còn dư sau phản ứng và dư bao nhiêu gam?

b) Tính thể tích khí H2 thu được (đktc).

Trả lời:

a) Ta có PTHH của phản ứng:

Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2

– Số mol Fe và H2SO4 là:

nFe = 22,4/56 = 0,4 (mol)

nH2SO4 = 24,5/98 = 0,25 (mol)

– Theo phương trình hóa học:

• Cứ 1 mol H2SO4 tham gia phản ứng với 1 mol Fe

• Vậy 0,25 mol H2SO4 tham gia phản ứng với 0,25 mol Fe

⇒ nFe (dư) = 0,4 – 0,25 = 0,15 (mol)

⇒ mFe (dư) =0,15 x 56 = 8,4 (gam)

b) Theo PTHH, ta có:

nH2 = nH2SO4 = 0,25 (mol)

Thể tích khí H2 thu được (đktc) là:

VH2 = nH2 x 22,4 = 0,25 x 22,4 = 5,6 (lít)

Lời kết

Vậy là chúng ta vừa tìm hiểu xong cách điều chế khí hidro trong phòng thí nghiệm và trong công nghiệp. Bên cạnh đó là khái niệm về phản ứng thế. Chúc các bạn luôn học tốt và đam mê hóa học nhé!

SHARE

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here