Ứng dụng, điều chế và tính chất hóa học của hidro

Hidro là một chất khí phổ biến trong chương trình Hóa cấp 2 và cấp 3. Vậy các em đã nắm vững tính chất vật lý và tính chất hóa học của Hidro chưa? Công thức hóa học của Hidro là gì? Hidro có tầm quan trọng như thế nào trong sản xuất cũng như đối với đời sống con người? Trong bài viết này, Marathon Education sẽ cung cấp cho các em những kiến thức cơ bản về Hidro và tính chất hóa học đặc trưng của Hidro.

>>> Xem thêm:

• Axit Là Gì? Lý Thuyết Về Tính Chất Hóa Học Của Axit
• Bazơ Là Gì? Lý Thuyết Về Tính Chất Hóa Học Của Bazơ
• Muối Là Gì? Lý Thuyết Về Tính Chất Hóa Học Của Muối

Giới thiệu về Hidro và công thức hóa học của Hidro

Trước khi tìm hiểu về tính chất hóa học của Hidro các em cần biết một số kiến thức căn bản về Hidro. Hidro là nguyên tố phi kim, có ký hiệu hóa học là H, số hiệu nguyên tử là 1. Đây là nguyên tố nhẹ nhất, tồn tại ở thể khí với nguyên tử khối bằng 1.

Trong vũ trụ, Hidro là nguyên tố phổ biến. Nguyên tử này góp phần tạo nên 75% tổng khối lượng vũ trụ và trên 90% tổng số nguyên tử. Hidro thường tồn tại ở dạng nguyên tử, trong tầng cao của khí quyển Trái Đất. Với lớp vỏ chỉ có 1 electron nên Hidro được biết đến là nguyên tử đơn giản nhất.

Công thức hóa học của Hidro là H₂.

Tính chất vật lý của Hidro

Trong điều kiện thường, Hidro tồn tại ở dạng phân tử H₂, bao gồm 2 nguyên tử Hidro. Hidro dù là chất khí nhưng vẫn nhẹ hơn không khí 14,5 lần, đây là lý do vì sao Hidro chỉ tồn tại ở các tầng cao của khí quyển Trái Đất. Ngoài ra, Hidro sẽ tồn tại ở dạng hợp chất.

Tính chất vật lý của Hidro là không màu, không mùi, ít tan trong nước nhưng tan nhiều trong dung môi hữu cơ. Hidro dễ cháy tạo thành hơi nước. Nhiệt độ sôi của Hidro là -252,87 độ C, nhiệt độ nóng chảy là -259,14 độ C.

Tính chất hóa học của Hidro

Phản ứng với kim loại

Tính chất hóa học của Hidro là có khả năng phản ứng với kim loại tạo thành muối Hidrua.

Trong điều kiện nhiệt độ:

M + H_2  \xrightarrow{t^\circ} MH_x

Trong đó M là kim loại, ví dụ:

Mg + H_2 \xrightarrow{t^\circ} MgH_2\\
2Na + H_2 \xrightarrow{t^\circ} 2NaH

>>> Xem thêm: Khái Quát Về Kim Loại Và Tính Chất Hóa Học Của Kim Loại

Phản ứng với phi kim

Tính chất hóa học đặc trưng của Hidro tiếp theo mà các em cần nhớ chính là Hidro có thể phản ứng với phi kim ở nhiệt độ cao.

Ví dụ:

H_2 + Cl_2  \xrightarrow{t^\circ} 2HCl\\
H_2+ N_2  \xrightarrow{t^\circ} 2NH_3

Phản ứng với oxit kim loại

Ở nhiệt độ cao, Hidro khử được nhiều oxit kim loại tạo thành kim loại và hơi nước.

Ví dụ:

H_2 + CuO \xrightarrow{400^\circ} Cu + H_2O\\
H_2 + FeO  \xrightarrow{t^\circ} Fe + H_2O

Phản ứng với oxi

Tính chất hóa học của Hidro nổi bật nhất chính là tác dụng được với Oxi ở nhiệt độ cao. Đặc biệt, hỗn hợp khí Oxi và khí Hidro sẽ gây nổ và nổ mạnh nhất nếu trộn theo tỷ lệ 2:1 về thể tích.

2H_2 + O_2 \xrightarrow{t^\circ} 2H_2O

>>> Xem thêm: Lý Thuyết Về Tính Chất Hóa Học Của Oxi

Ứng dụng của Hidro trong đời sống

Từ những tính chất hóa học của Hidro đã nêu trên, chất khí này được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất và đời sống. Cụ thể như sau:

Hidro là nhiên liệu cho động cơ tên lửa, tàu vũ trụ, bơm khinh khí cầu, bơm bóng bay,… Hidro cũng có thể dùng để làm nhiên liệu cho các phương tiện giao thông, thay thế xăng dầu.

Trong ngành luyện kim, Hidro được dùng làm chất khử để điều chế kim loại từ oxit kim loại. Ngoài ra, Hidro còn có thể dùng để làm đèn xì oxi-hidro để cắt kim loại.

Với ngành công nghiệp sản xuất hóa chất, Hidro được biết đến là nguyên liệu để sản xuất NH₃ (Amoniac), HCl (Axit Clohidric), Methanol và nhiều hợp chất hữu cơ khác.

Phương pháp điều chế Hidro

Khí Hidro có thể điều chế bằng nhiều cách khác nhau như sau:

• Cho hơi nước qua than cacbon nóng đỏ:

H_2O + C \xrightarrow{t^\circ} CO + H_2

• Trong phòng thí nghiệm, Hidro được điều chế bằng phản ứng của dung dịch axit với kim loại:

 Zn + 2HCl → ZnCl_2 + H_2

• Trong công nghiệp, Hidro được điều chế bằng cách điện phân nước:

2H_2O \xrightarrow{điện \ phân} 2H_2 + O_2

Hoặc điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn:

2NaCl + 2H_2O \xrightarrow{điện \ phân, \ có \ màng \ ngăn} 2NaOH + H_2 + Cl_2

Hidro còn được sản xuất bằng cách cho khí Metan chạy qua hơi nước ở nhiệt độ khoảng từ 700 đến 1100 độ C:

CH_4 + H_2O \xrightarrow{700-1100^\circ}  CO + 3H_2

Bài tập về tính chất hóa học của Hidro

Để nắm vững những tính chất hóa học đặc trưng của Hidro, Marathon Education chia sẻ đến các em một số bài tập liên quan với lời giải chi tiết và dễ hiểu.

Bài tập 1: Chất nào có thể dùng để điều chế Hidro trong các chất dưới đây?

a. H₂O; HCl ; H₂SO₄

b. HNO₃; H₃PO₄; NaHCO₃

c. CaCO₃; Ca(HCO₃)₂; KClO₃

d. NH₄Cl; KMnO₄; KNO₃

Lời giải: a là đáp án đúng.

• Ta có thể thu được H₂ bằng cách điện phân H₂O.
• Ta có thể thu được H₂ nguyên chất bằng cách tiến hành cho các kim loại đứng trước Hidro trong dãy hoạt động hóa học tác dụng với HCl, H₂SO₄.

Bài tập 2: Dẫn 7,84 lít khí H₂ (đktc) đi qua oxit nung nóng thu được 22,4 gam kim loại A (phản ứng hoàn toàn). Tìm kim loại A.

Lời giải:

Gọi công thức oxit của kim loại A là A_xO_y.

Ta có PTHH: yH₂ + A_xO_y → xM + yH₂O (điều kiện nhiệt độ)

Từ PTHH ⟹ n_A = n_H2.(x/y) = 0,35x/y (mol)

⟹ M_A = m/n = 22,4/(0,35x/y) = 64y/x

⟹ x = 1 và y = 1 ⟹ M_A = 64 (Cu).

Vậy kim loại A là đồng.

Bài tập 3: Dẫn 6,72 lít H₂ (đktc) qua 96 gam Fe₂O₃ nung nóng thu được m gam chất rắn. Tìm giá trị m.

Lời giải:

Ta có n_H2 = 0,3 mol và n_Fe2O3 = 0,6 mol

PTHH: 3H₂ + Fe₂O₃ → 2Fe + 3H₂O

Theo tỷ lệ về số mol của H₂ + Fe₂O₃ trong PTHH, chỉ có 0.1 mol Fe₂O₃ tham gia hết trong phản ứng.

Chất rắn sau phản ứng gồm Fe 0,2 mol và Fe₂O₃ dư 0,5 mol.

Vậy m = 0,2.56 + 0,5.160 = 91,2 gam.

Giải bài tập SGK Hóa 8

 Bài 1 trang 109 SGK hoá 8: Viết phương trình hóa học của phản ứng hiđro khử các oxit sau:

a) Sắt (III) oxit.

b) Thủy ngân(II) oxit.

c) Chì(II) oxit.

\begin{aligned}
&a) Fe_2O_3+3H_3\rightarrow 2Fe+3H_2O\\
&b)HgO+H_2\rightarrow Hg+H_2O\\
&c)PbO+H_2\rightarrow Pb+H_2O
\end{aligned}

Bài 4 trang 109 SGK hóa 8: Khử 48g đồng(III) oxit bằng khí hidro. Hãy:

a) Tính số gam đồng kim loại thu được

b) Tính thể tích khí hiđro (đktc) cần dùng

\begin{aligned}
&\text{Theo đề bài, ta có}: n_{CuO}=\frac{48}{80}=0,6mol\\
&\text{Phương trình hóa học phản ứng khử CuO}\\
&CuO+H_2\rightarrow Cu+H_2O\\
&Theo\space PTPƯ: n_{Cu} =n_{CuO}=0,6mol\\
&\Rightarrow m_{Cu}=0,6.64=38,4g\\
&\text{Theo phương trình phản ứng trên}\\
&n_{H_2}=n_{CuO}=0,6(mol)\\
&\Rightarrow V_{H_2}=0,6.22,4=13,44(lit)
\end{aligned}

Tham khảo ngay các khoá học online của Marathon Education

Qua bài viết này, các anh chị Team Marathon Education đã chia sẻ đến các em kiến thức tổng quát về tính chất hóa học của Hidro cũng như tính chất vật lý, cách điều chế và ứng dụng của Hidro. Hy vọng những kiến thức hữu ích này sẽ giúp các em khi làm bài tập liên quan đến Hidro. 

Hãy liên hệ ngay với Marathon để được tư vấn nếu các em có nhu cầu học online nâng cao kiến thức nhé! Marathon Education chúc các em được điểm cao trong các bài kiểm tra và kỳ thi sắp tới!