Việc cân bằng phương trình Cu + H2SO4 → CuSO4 + SO2 + H2O rất đơn giản và dễ hiểu.

1. Phương trình hóa học là gì?

Phương trình hóa học là công thức biểu diễn các phản ứng hóa học, bao gồm các chất tham gia và các sản phẩm được hình thành sau phản ứng.

Từ phương trình hóa học, ta có thể xác định tỷ lệ số nguyên tử và phân tử của các chất trong phản ứng hóa học.

Để xây dựng một phương trình hoá học, bạn cần thực hiện theo các bước sau đây:

Bước 1: Vẽ sơ đồ phản ứng: bắt đầu bằng cách liệt kê các chất tham gia, chất xúc tác (nếu có), và điều kiện phản ứng như nhiệt độ hoặc các điều kiện tiêu chuẩn. Cuối cùng, ghi các sản phẩm tạo thành với công thức hoá học chính xác.

Bước 2: Cân bằng phương trình hoá học: điều chỉnh tỷ lệ số nguyên tử hoặc phân tử của các chất tham gia và sản phẩm để đảm bảo phương trình hoá học được cân bằng hoàn chỉnh và tuân thủ nguyên tắc bảo toàn khối lượng và nguyên tử.

Bước 3: Hoàn thiện phương trình hoá học: sau khi đã cân bằng các hệ số cho các chất tham gia và sản phẩm, kiểm tra lại để đảm bảo tính chính xác và cân bằng của các hệ số được gán.

2. Khái niệm cân bằng phương trình hoá học là gì?

Cân bằng phương trình hoá học là quá trình điều chỉnh số lượng các chất tham gia và sản phẩm sao cho tổng số nguyên tử của mỗi nguyên tố bên chất tham gia bằng tổng số nguyên tử của nguyên tố đó bên sản phẩm.

Phương pháp cân bằng electron là một kỹ thuật phổ biến trong việc cân bằng phương trình hoá học, đặc biệt là cho các phản ứng oxi hoá - khử. Phương pháp này dựa trên nguyên tắc rằng tổng số electron mà chất khử mất đi phải bằng tổng số electron mà chất oxi hoá nhận được.

Các bước để cân bằng phương trình hoá học bằng phương pháp cân bằng electron bao gồm:

Bước 1: Xác định số oxi hoá của các nguyên tố và tìm nguyên tố có số oxi hoá thay đổi.

Bước 2: Ghi lại các quá trình làm thay đổi số oxi hoá.

Chất có số oxi hoá tăng lên: chất khử -ne → số oxi hoá tăng

Chất có số oxi hoá giảm xuống: chất oxi hoá + me → số oxi hoá giảm

Bước 3: Xác định các hệ số cân bằng sao cho số electron cho và nhận được phải bằng nhau.

Bước 4: Áp dụng các hệ số cân bằng vào phương trình, ưu tiên thêm hệ số vào bên phải của phương trình trước, sau đó kiểm tra theo thứ tự: kim loại - phi kim - hidro - oxi.

Ví dụ: cân bằng phương trình hoá học bằng phương pháp cân bằng electron: Fe₂O₃ + CO → Fe + CO₂

Bước 1: Xác định số oxi hoá của các nguyên tố có sự thay đổi số oxi hoá. Áp dụng các quy tắc để xác định số oxi hoá.

Fe⁺³ + 2O₃ + C + 2O → Fe₀ + C_⁺⁴O₂

Bước 2: Ghi rõ quá trình oxi hoá và khử, sau đó cân bằng từng quá trình.

Trước khi cân bằng từng quá trình, để thuận tiện, nên cân bằng số nguyên tử ở hai vế của phương trình, rồi nhân số lượng nguyên tử với số electron được nhường hoặc nhận.

2 Fe^₊₃ + 2 x 3e → 2 Fe₀

_C + 2 _{→ C} + 4 _{+ 2e}

Bước 3: Xác định các hệ số sao cho tổng số electron mà chất khử nhường ra bằng tổng số electron mà chất oxi hoá nhận được.

1 2 Fe⁺³ + 2 x 3e → 2 Fe₀

_{3 C⁺² → C⁺⁴ + 2e}

_{Bước 4: Thêm các hệ số cho các chất oxi hoá và khử vào sơ đồ phản ứng. Hoàn thiện phương trình hoá học.}

_{Fe2O3 + 3 CO → 2 Fe + 3 CO2}

3. Cân bằng phương trình CU + H2SO4 → CUSO4 + SO2 + H2O là như thế nào?

Bước 1: Xác định số oxi hoá của các nguyên tố thay đổi và áp dụng các quy tắc để xác định số oxi hoá.

Bước 2: Ghi lại quá trình oxi hoá và quá trình khử, cân bằng từng quá trình. Để đơn giản hóa, nên cân bằng số nguyên tử ở hai vế phương trình trước, sau đó nhân số nguyên tử với số electron nhường hoặc nhận.

Bước 3: Xác định hệ số phù hợp để số electron mà chất khử nhường ra bằng số electron mà chất oxi hoá nhận.

Bước 4: Xác định hệ số cho các chất oxy hóa và khử trong sơ đồ phản ứng, và hoàn tất phương trình hóa học.

Dựa trên hướng dẫn cân bằng mà chúng tôi đã cung cấp, kết quả cân bằng phương trình Cu + H2SO4 → CuSO4 + SO2 + H2O là:

Cu + 2H2SO4 đặc, nóng → CuSO4 + SO2 + 2H2O

Trong phản ứng này, một phân tử đồng (Cu) phản ứng với hai phân tử axit sulfuric (H2SO4) để tạo ra một phân tử đồng sunfat (CuSO4), một phân tử lưu huỳnh đioxit (SO2) và hai phân tử nước (H2O).

Phản ứng giữa đồng và dung dịch H2SO4 có thể xảy ra ở nhiệt độ phòng nhưng sẽ diễn ra mạnh mẽ hơn khi đun nóng. Lá đồng màu đỏ sẽ tan dần trong dung dịch axit sulfuric đặc, làm dung dịch chuyển sang màu xanh và tạo ra bọt khí đen do lưu huỳnh đioxit giải phóng.

4. Kim loại đồng (Cu) có phản ứng với axit sulfuric (H2SO4) loãng không?

Kim loại đồng thuộc nhóm B trong bảng tuần hoàn và đứng sau hydro trong dãy điện hóa của kim loại, nên ở điều kiện bình thường, Cu không phản ứng với axit sulfuric loãng.

Tuy nhiên, đồng phản ứng với axit sulfuric khi dung dịch axit đặc hoặc nóng, tạo ra muối đồng(II) sulfate, giải phóng khí sulfur dioxide và nước. Phản ứng này, gọi là phản ứng oxy hóa khử, vì đồng và lưu huỳnh đều thay đổi số oxy hóa.

Quá trình thay đổi số oxy hóa của các nguyên tố:

Cu + 2e → Cu^2+

S + 6 → S^4+ + 2e

Phản ứng này được thực hiện với dung dịch axit đặc ở nhiệt độ phòng hoặc dung dịch axit được đun nóng để tăng cường tốc độ và cường độ của phản ứng.

5. Các bước thực hiện thí nghiệm

- Dụng cụ và hóa chất cần chuẩn bị:

+ Kim loại đồng (Cu) có thể sử dụng dưới dạng mảnh nhỏ, lá, hoặc sợi

+ Sử dụng dung dịch axit sunfuric H2SO4 dưới dạng đậm đặc

+ Chọn ống nghiệm chịu axit với độ dày đủ để ngăn ngừa cháy nổ

+ Đậy kín bình chứa axit bằng nắp ống nghiệm khi có phản ứng xảy ra

+ Sử dụng kính chắn để bảo vệ bình chứa axit và giảm tác động của khí độc

+ Cung cấp bình nước để rửa tay và làm mát khi cần thiết

+ Đeo găng tay, kính bảo hộ và khẩu trang để bảo vệ cơ thể khỏi axit và khí độc

- Quy trình thực hiện:

+ Nhỏ từ từ vài giọt H2SO4 đặc vào ống nghiệm, chú ý đeo kính bảo hộ và khẩu trang, tránh tiếp xúc trực tiếp với axit

+ Thả một mảnh nhỏ đồng (Cu) vào ống nghiệm và đun nóng trên ngọn lửa đèn cồn

+ Quan sát các hiện tượng xảy ra

- Hiện tượng quan sát được:

+ Dung dịch từ trạng thái không màu dần chuyển sang màu xanh, mảnh đồng tan ra và có bọt khí xuất hiện

Cu + 2H2SO4 đặc nóng → CuSO4 + SO2 + 2H2O

H2SO4 đặc nóng đóng vai trò là chất oxi hóa, còn Cu là chất khử.

Trong quá trình thực hiện thí nghiệm, cần chú ý làm cẩn thận và dưới sự giám sát của chuyên gia hoặc người có kinh nghiệm.