Chương 5. HIĐRO - NƯỚC

§31. TÍNH CHẤT - ỨNG DỤNG CỦA HIĐRO

A. KIẾN THỨC CẦN NHỚ

- Kí hiệu hóa học: H; Công thức hóa học: $H_{2}$.

- Nguyên tử khối: 1; Phân tử khối: 2.

1. Tính chất vật lí

- Là chất khí không màu, không mùi, không vị, tan rất ít trong nước, nhẹ nhất trong các chất khí.

2. Tính chất hóa học

- Tác dụng với oxi: hiđro + oxi → nước

Ví dụ: $H_{2}+O_{2}\overset{t^{0}}{\rightarrow}2H_{2}O$

– Tác dụng với oxit kim loại: hiđro + oxit kim loại → kim loại + nước

Ví dụ: $H_{2}+CuO\overset{t^{0}}{\rightarrow}Cu+H_{2}O$

Kết luận: Khí hiđro có tính khử, nó tác dụng được với oxi và một số oxit kim loại. Các phản ứng này đều tỏa nhiệt.

3. Ứng dụng

- Dùng làm nhiên liệu cho động cơ tên lửa.

- Là nguồn nguyên liệu trong sản xuất amoniac, axit.

- Dùng làm chất khử để điều chế kim loại từ oxit của chúng.

– Dùng để bơm vào khinh khí cầu.

B. BÀI GIẢI CHI TIẾT CÁC CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP

1.Trong vỏ Trái Đất, hiđro chiếm 1% về khối lượng và silic chiếm 26% về khối lượng. Hỏi nguyên tố nào có nhiều nguyên tử hơn trong vỏ Trái Đất.

Trả lời:

Gọi x là khối lượng của vỏ Trái Đất. Ta có:

- Khối lượng hiđro trong vỏ Trái Đất là: $m_{H}$ = $\large \frac{x}{100}$

- Số nguyên tử hiđro trong vỏ Trái Đất là: $N_{H}$ = $\large \frac{x}{100.1}$

- Khối lượng silic trong vỏ Trái Đất là: $m_{Si}$ = $\large \frac{26x}{100}$

- Số nguyên tử silic trong vỏ Trái Đất là: $N_{Si}$ = $\large \frac{26x}{100.28}$

- Từ đó: $\large \frac{N_{H}}{N_{Si}}$ = $\large \frac{x}{100}$.$\large \frac{28.100}{26x}$ = $\large \frac{28}{26}$ = $\large \frac{14}{13}$

Suy ra: $N_{H}$ > $N_{Si}$ , nghĩa là số nguyên tử của hiđro nhiều hơn số nguyên tử của silic.

2. Điều chế hiđro người ta cho ... tác dụng với Fe. Phản ứng này sinh ra khí ..., hiđro cháy cho ..., sinh ra rất nhiều ... Trong trường hợp này chất cháy là ..., chất duy trì sự cháy là ... Viết phương trình phản ứng cháy:

... + ... → ...

Trả lời:

Câu hoàn chỉnh là: Điều chế hiđro người ta cho dung dịch axit HCl tác dụng với Fe. Phản ứng này sinh ra khí hiđro, hiđro cháy cho phân tử nước, sinh ra rất nhiều nhiệt. Trong trường hợp này chất cháy là hiđro, chất duy trì sự cháy là oxi. Viết phương trình phản ứng ứng cháy:

$2H_{2}+O_{2}\rightarrow 2H_{2}O$

3. Có những khí sau: $SO_{2}$, $O_{2}$, $N_{2}$, $CO_{2}$, $CH_{4}$.

a) Những khí trên nặng hay nhẹ hơn khí hiđro bao nhiêu lần?

b) Những khí trên nặng hay nhẹ hơn không khí bao nhiêu lần?

Trả lời:

a) Các khí $SO_{2}$, $O_{2}$, $N_{2}$, $CO_{2}$, $CH_{4}$ đều nặng hơn $H_{2}$ với:

$d_{SO_{2}/H_{2}}$ = $\large \frac{64}{2}$ = 32 ; $d_{O_{2}/H_{2}}$ = $\large \frac{32}{2}$ = 16; $d_{N_{2}/H_{2}}$ = $\large \frac{28}{2}$ = 14

$d_{CO_{2}/H_{2}}$ = $\large \frac{44}{2}$ = 22 ; $d_{CH_{4}/H_{2}}$ = $\large \frac{16}{2}$ = 8

b) - Các khí $SO_{2}$, $O_{2}$, $CO_{2}$ nặng hơn không khí, với:

$d_{SO_{2}/kk}$ = $\large \frac{64}{29}$ = 2,2; $d_{O_{2}/kk}$ = $\large \frac{32}{29}$ = 1,1; $d_{CO_{2}/kk}$ = $\large \frac{44}{29}$ = 1,5

- Các khí $N_{2}$, $CH_{4}$ nhẹ hơn không khí, với:

$d_{N_{2}/kk}$ = $\large \frac{28}{29}$ = 0,96; $d_{CH_{4}/kk}$ = $\large \frac{16}{29}$ = 0,55

4.Có một hỗn hợp gồm 60% $Fe_{2}O_{3}$ và 40% CuO. Người ta dùng $H_{2}$ (dư) để khử 20g hỗn hợp đó.

a) Tính khối lượng Fe và khối lượng Cu thu được sau phản ứng.

b) Tính số mol $H_{2}$ đã tham gia phản ứng.

Trả lời:

a) Khối lượng $Fe_{2}O_{3}$ trong 20g hỗn hợp $Fe_{2}O_{3}$ và CuO là:

$m_{Fe_{2}O_{3}}$ = 20.$\large \frac{60}{100}$ = 12g

- Số mol $Fe_{2}O_{3}$ tương ứng là:

$n_{Fe_{2}O_{3}}$ = $\large \frac{12}{160}$ = 0,075 mol

- Khối lượng CuO trong 20g hỗn hợp $Fe_{2}O_{3}$ và CuO là:

$m_{CuO}$ = $\large \frac{20.40}{100}$ = 8g

– Số mol CuO tương ứng là:

$n_{CuO}$ = $\large \frac{8}{80}$ = 0,1 mol

- Các phương trình phản ứng khử của $H_{2}$:

- Khối lượng sắt thu được là:

$m_{Fe}$ = 0,15.56 = 8,4g

- Khối lượng Cu thu được là: $m_{Cu}$ = 0,1.64 = 6,4g.

b) - Số mol $H_{2}$ đã tham gia phản ứng:

+ Ở phương trình (1) là: $n_{H_{2}}$ = 0,225mol

Ở phương trình (2) là: $n_{H_{2}}$ = 0,1mol.

+ Tổng số mol $H_{2}$ đã dùng là: $n_{H_{2}}$ = 0,225 + 0,1 = 0,325mol.

5. Trong các dịp lễ hội, em thường thấy các trường thả bóng. Những quả bóng đó có thể được bơm bằng những khí gì? Em hãy giải thích vì sao khi bơm các khí đó thì quả bóng bay lên được, còn bơm không khí vào bóng thì bóng không bay được?

Trả lời:

- Trong các dịp lễ hội, người ta thường thả bóng, những quả bóng thường được bơm bằng khí hiđro. Từ tỉ khối của hiđro so với không khí, ta thấy: khí hiđro nhẹ xấp xỉ bằng 1/15 không khí nên bóng bay được.

- Bơm không khí thì không khí cộng với khối lượng quả bóng sẽ nặng hơn không khí bên ngoài nên bóng không bay lên được.

6. Người ta dùng khí hiđro hoặc khí cacbon oxit để khử sắt (III) oxit thành sắt. Để điều chế 35g sắt, thể tích khí hiđro và thể tích khí cacbon oxit lần lượt là (các khí đo ở đktc):

A.42 lít và 21 lít;

B.42 lít và 42 lít;

C.10,5 lít và 21 lít;

D.21 lít và 21 lít.

Trả lời:

Chọn D.

- Số mol sắt là: $n_{Fe}$ = $\large \frac{35}{56}$ = 0,625mol.

- Phương trình phản ứng khử oxit sắt bằng khí hiđro là:

Suy ra: x = $\large \frac{0,625.3}{2}$ = 0,9375mol

- Thể tích hiđro là: $V_{H_{2}}$ = 0,9375.22,4 = 21 lít.

- Phương trình phản ứng khử oxit sắt bằng khí CO là:

Suy ra: y = $\large \frac{0,625.3}{2}$ = 0,9375 mol

- Thể tích khí CO là: $V_{CO}$ = 0,9375.22,4 = 21 lít.

7.Có 4 bình đựng riêng các khí sau: không khí, khí oxi, khí hiđro, khí cacbonic. Bằng cách nào để nhận biết các chất khí trong mỗi lọ. Giải thích và viết phương trình phản ứng (nếu có).

Trả lời:

Để phân biệt các khí: không khí, khí oxi, khí hiđro, khí cacbonic ta có thể tiến hành các thí nghiệm sau:

- Cho các khí trên qua dung dịch nước vôi trong $Ca(OH)_{2}$ dư, khí nào làm đục nước vôi trong là khí $CO_{2}$ do phản ứng:

- Lấy que đóm đầu có than hồng cho vào các loại khí còn lại, khí nào làm bùng cháy que đóm, khí đó là oxi.

- Cho các khí còn lại qua CuO nung nóng, khí nào làm xuất hiện Cu màu đỏ là khí $H_{2}$ do phản ứng:

(hoặc khí nào cháy được trong không khí là khí $H_{2}$)

- Khí còn lại không làm đổi màu CuO là không khí.