Bài 33: Điều chế Hiđro - Phản ứng thế

Hidro có ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, làm nguyên liệu, nhiên liệu cho nhiều quá trình sản xuất và hoạt động quan trọng. Vậy trong công nghiệp hay trong phòng thí nghiệm, khi cần điều chế hidro, người ta điều chế như thế nào? Phản ứng điều chế hidro trong phòng thí nghiệm thuộc loại phản ứng nào?

I. ĐIỀU CHẾ KHÍ HIĐRO 

1. Trong phòng thí nghiệm 

Thí nghiệm: Cho một mảnh kẽm vào ống nghiệm rồi thêm 2-3ml dung dịch axit clohidric HCl vào đó. Quan sát hiện tượng.

Hiện tượng: 

Các bọt khí xuất hiện trên bề mặt mảnh kẽm rồi bay lên, mảnh kẽm tan dần.

Thu lấy khí thoát vào ống nghiệm rồi đưa vào ngọn lửa đèn cồn thấy có tiếng nổ nhỏ.

Để nhận biết khí hidro, ta đốt khí thu được, hidro cháy với ngọn lửa màu xanh nhạt.

Phương trình hóa học:         Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑

Có thể thay Zn bằng Fe hoặc Al,  dung dịch axit HCl bằng dung dịch H₂SO₄ loãng.

Để điều chế một lượng hidro lớn hơn ta tiến hành thí nghiệm với cách lắp ráp dụng cụ như hình 1.

Hình 1: Sơ đồ thí nghiệm thu khí hidro bằng phương pháp đẩy nước (a) và đẩy không khí (b)    

Đổ dung dịch axit clohidric loãng vào phễu. Mở khóa cho axit chảy từ từ xuống lọ và phản ứng với kẽm.

2. Trong công nghiệp

• Từ trước năm 1940 hầu hết sản lượng hidro trên thế giới được sản xuất từ than hoặc than cốc,người ta cho hơi nước qua than nung đỏ ở 1000^oC. Tuy nhiên, đến năm 1970 người ta không còn sử dụng phương pháp này để điều chế hidro mà thay vào đó một lượng lớn khí hidro được tạo ra từ khí thiên nhiên, khí dầu mỏ hay từ quá trình điện phân nước.

• Hiện nay trong công nghiệp người ta điều chế khí hidro bằng cách điện phân nước.
• Điên phân nước là quá trình tách nước thành các khí cơ bản của nguyên tố tạo lên nó là H₂ bằng dòng điện. 

             2H₂O   2H₂ + O₂

Nước bị điện phân ở cả hai điện cực, khí hidro được sinh ra ở cực âm. Ta thấy, lượng nước ở cực âm bị điện phân thành hidro nhiều gấp đôi so với lượng nước bị điện phân ở cực dương, chứng tỏ khí thể tích khí hidro thu được nhiều gấp hai lần khí oxi đúng theo tỉ lệ phương trình điện phân.

II. PHẢN ỨNG THẾ

Xét hai phản ứng:

Zn  +   2HCl  →  ZnCl₂   +   H₂↑

Fe  +   H₂SO₄  → FeSO₄   +   H₂↑

• Trong hai phản ứng trên ta thấy: Sau phản ứng Zn và Fe đã thế chỗ vị trí của H trong phân tử axit HCl và H₂SO₄ để tạo thành các muối tương ứng, H bị kim loại thế chỗ tách ra khỏi phân tử axit tạo thành khí H₂.
• Hai phản ứng trên được gọi là phản ứng thế.

Vậy 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: 

2Al   +   3CuSO₄  →  Al₂(SO₄)₃   +   3Cu

III. TỔNG KẾT

1. Trong phòng thí nghiệm, khí hidro được điều chế bằng cách cho axit (HCl hoặc H₂SO₄ loãng) tác dụng với kim loại kẽm (hoặc sắt, nhôm).

2. Thu khí H₂ vào ống nghiệm bằng cách đẩy nước hoặc đẩy không khí. Nhận biết khí H₂ bằng que đóm đang cháy.

3. 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.

Trong quá trình học tập, nếu có bất kỳ thắc mắc nào, các em hãy để lại câu hỏi ở mục hỏi đáp để cùng thảo luận và trả lời nhé. Chúc các em học tốt!