Tính Chất Hóa Học Của Hidro Là Gì? Cách điều Chế Hidro - GiaiNgo

Hidro là một nguyên tố khá phổ biến trong tự nhiên nói chung cũng như trong hóa học nói riêng. Vậy tính chất hóa học của hidro là gì? Ứng dụng của hidro và cách điều chế hidro như thế nào? Tất cả những vấn đề liên quan đến nguyên tố này sẽ được GiaiNgo giải đáp ngay sau đây!

1. Hidro là gì?
2. Tính chất hóa học của hidro
   1. Tác dụng với kim loại
   2. Tác dụng với phi kim
   3. Tác dụng với oxit kim loại
   4. Tác dụng với oxi
3. Tính chất vật lý của hidro
4. Cách điều chế hidro như thế nào?
5. Ứng dụng của hidro hiện nay
6. Bài tập về tính chất hoá học của hidro
   1. Bài tập 1
   2. Bài tập 2
   3. Bài tập 3
   4. Bài tập 4
   5. Bài tập 5
   6. Bài tập 6
   7. Bài tập 7

Hidro là gì?

Trước khi đến với tính chất hóa học của hidro, chúng ta hãy tìm hiểu xem hidro là gì?

Hidro là một nguyên tố hóa học trong hệ thống tuần hoàn các nguyên tố với nguyên tử số bằng 1, nguyên tử khối bằng 1 đvC và được kí hiệu là H. Hidro là nguyên tố nhẹ nhất và tồn tại ở thể khí, với trọng lượng nguyên tử 1,00794 đvC.

Hidro là nguyên tố phổ biến nhất trong vũ trụ, tạo nên khoảng 75% tổng khối lượng vũ trụ và tới trên 90% tổng số nguyên tử. Hidro tồn tại chủ yếu dưới dạng hidro nguyên tử trong các tầng cao của khí quyển Trái Đất.

Với vỏ nguyên tử chỉ có một electron, nguyên tử hidro là nguyên tử đơn giản nhất được biết đến. Ở điều kiện thường, các nguyên tử hidro kết hợp với nhau tạo thành những phân tử gồm hai nguyên tử H2.

Bài viết liên quan:

• Tính chất hóa học của nước? Vai trò của nước trong đời sống
• Tính chất hóa học của axit? 5 ứng dụng axit phổ biến nhất
• Tính chất hóa học của oxit? Khái quát về 4 loại oxit đặc trưng

Tính chất hóa học của hidro

Tính chất hóa học của hidro: Hidro là phi kim, có hóa trị I và có thể phản ứng với hầu hết các nguyên tố hóa học khác nhau. Hidro bị kim loại (Fe, Ni, Pt, Pd) hấp thụ hóa học. Hidro là chất khử mạnh ở nhiệt độ cao.

Tác dụng với kim loại

Hidro tác dụng được với nhiều kim loại mạnh tạo thành hợp chất hidrua:

H2 + 2Na → 2NaH (natri hidrua).

Tác dụng với phi kim

Hidro tác dụng được với nhiều phi kim:

H2 + Cl2 → 2HCl

2H2 + O2 → 2H2O

3H2 + N2 → 2NH3

Tác dụng với oxit kim loại

Hidro khử được nhiều oxit kim loại ở nhiệt độ cao:

FeO + H2 → Fe + H2O

CuO + H2 → Cu + H2O

Tác dụng với oxi

Hidro tác dụng với oxi ở nhiệt độ cao. Hỗn hợp khí oxi và khí hidro là một hỗn hợp nổ. Theo chứng minh, hỗn hợp này sẽ gây nổ lớn nhất nếu trộn nhau ở tỉ lệ là 2:1.

2H2 + O2 → 2H2O

Tính chất vật lý của hidro

Tính chất vật lý của hidro:

Hidro là một chất khí không màu, không mùi, không vị. Hidro chính là chất khí nhẹ nhất trong không khí và rất ít tan trong nước. Một lít nước (ở điều kiện 15°C) có thể hòa tan được 20ml khí hidro. Tuy nhiên, hidro lại tan nhiều trong dung môi hữu cơ.

Tỉ khối của hidro đối với không khí là: dH2/kk = 2/29. Điều này có nghĩa là hidro nhẹ hơn không khí 14,5 lần.

Ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn, hidro là một khí lưỡng nguyên tử có công thức phân tử H2, khó hóa lỏng, dễ bắt cháy, có nhiệt độ sôi 20,27K (- 252,87°C) và nhiệt độ nóng chảy 14,02K (- 259,14°C).

Cách điều chế hidro như thế nào?

Chúng ta có thể điều chế hidro bằng nhiều cách khác nhau: hơi nước qua than (cacbon) nóng đỏ, phân hủy bằng nhiệt, điện phân nước hay khử từ axit loãng với một kim loại,…

• Ở trong phòng thí nghiệm, hidro được điều chế bằng phản ứng của axit với kim loại: Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
• Điện phân dung dịch có màng ngăn: 2NaCl + 2H2O → 2NaOH + H2 + Cl2
• Điện phân nước: 2H2O → 2H2 + O2
• Thu được thông qua phản ứng nước – khí từ cacbon monoxide: CO + H2O → CO2 + H2

Việc sản xuất thương mại hidro thông thường là từ khí tự nhiên được xử lý bằng hơi nước nóng. Ở nhiệt độ cao (từ 700 – 1100°C), hơi nước tác dụng với metan để sinh ra carbon monoxide và hidro: CH4 + H2O → CO + 3H2

Ứng dụng của hidro hiện nay

Một số ứng dụng phổ biến nhờ tính chất hóa học của hidro hiện nay là:

• Dùng làm nhiên liệu cho động cơ tên lửa, làm nhiên liệu động cơ thay thế cho xăng, dầu.
• Dùng làm đèn xì – oxi để hàn cắt kim loại (do tính chất hóa học của hidro phản ứng với oxi tỏa nhiệt lớn).
• Là nguồn nguyên liệu để sản xuất amoniac NH3, axit clohidric HCl cũng như nhiều hợp chất hữu cơ khác.
• Điều chế kim loại nhờ tính chất hóa học của hidro có khả năng khử hợp chất oxit.
• Hidro là khí nhẹ nhất, do đó nó thường dùng để vận hành khinh khí cầu, sản xuất bóng bay,…

Bài tập về tính chất hoá học của hidro

Bài tập 1

Điền từ thích hợp vào chỗ trống trong các câu sau đây. Cho các từ, cụm từ sau: tính oxi hóa; tính khử; chiếm oxi; nhường oxi; nhẹ nhất

“Trong các chất khí, hidro là khí… Khí hidro có… Trong phản ứng hóa học giữa H2 và CuO, H2 có… vì… của chất khác; CuO có… vì… cho chất khác.”

Trả lời:

nhẹ nhất – tính khử – tính khử – chiếm oxi – tính oxi hóa – nhường oxi

Bài tập 2

Trong các chất sau đây, chất nào dùng để điều chế khí hidro?

A. H2O; HCl ; H2SO4

B. HNO3; H3PO4; NaHCO3

C. CaCO3; Ca(HCO3)2; KClO3

D. NH4Cl; KMnO4; KNO3

Trả lời:

Đáp án là A.

• Điện phân H2O thu được H2.
• HCl, H2SO4 tác dụng với kim loại đứng trước H trong dãy hoạt động hóa học để thu được khí H2 nguyên chất.

Bài tập 3

Viết phương trình hóa học của phản ứng hidro khử các oxit:

a) Sắt (III) oxit

b) Thủy ngân (II) oxit

c) Chì (II) oxit

Trả lời:

a) 3H2 + Fe2O3 → 2Fe + 3H2O

b) H2 + HgO → Hg + H2O

c) H2 + PbO → Pb + H2O

Bài tập 4

Người ta điều chế được 24 gam  đồng bằng cách dùng hiđro để khử đồng (II) oxit.

a) Khối lượng đồng (II) oxit bị khử là:

A. 15 gam                   B. 30 gam                       C. 45 gam                        D. 60 gam

b) Thể tích hiđro (đktc) đã dùng là:

A. 8,4 lít                  B. 12,6 lít                    C. 4,2 lít                      D. 6,4 lít

Trả lời:

Phương trình hóa học: H2 + CuO → H2O + Cu

Ta có: nCu = 24/64 = 0.375 mol; nCuO =  nH2 = 0.375 mol

a) mCuO = 0.375 × 80 = 30 (g).

Vậy chọn đáp án B.

b) VH2 = 0.375 × 22.4 = 8.4 (lít).

Vậy chọn đáp án A.

Bài tập 5

Trong vỏ Trái Đất, hidro 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:

Ta có: 1 nguyên tử H có khối lượng là 1 (đvC); 1 nguyên tử Si có khối lượng là 28 (đvC).

Gọi khối lượng của vỏ Trái Đất là X.

Khối lượng Si là: 0.26X → Số nguyên tử H là: 0.26X/28 = 0.0093X…

Khối lượng H là: 0.01X → Số nguyên tử Si là: 0.01X/1 = 0.01X…

Vậy hidro có nhiều nguyên tử hơn silic mặc dù nó có khối lượng nhỏ hơn rất nhiều.

Bài tập 6

Khử 48 g đồng (II) oxit CuO bằng khí H2. Hãy:

a) Tính số gam kim loại Cu thu được.

b) Tính thể tích khí H2 cần dùng (ở đktc).

Trả lời:

Ta có: PTHH của phản ứng khử CuO bằng H2: H2 + CuO → Cu + H2O

Số mol CuO là: nCuO = mCuO/MCuO = 48 / 80 = 0,6 (mol)

Theo phương trình hóa học:

• Khử 1 mol CuO cần dùng 1 mol H2 và phản ứng tạo ra 1 mol Cu.
• Vậy khử 0,6 mol CuO cần dùng 0,6 mol H2 và phản ứng tạo ra 0,6 mol Cu.

a) Khối lượng kim loại đồng Cu thu được là:

mCu = nCu x MCu = 0,6 x 64 = 38,4 (g)

Vậy khối lượng kim loại Cu thu được là 38,4 gam.

b) Thể tích khí H2 (đktc) cần dùng là:

VH2 = nH2 x 22,4 = 0,6 x 22,4 = 13,44 (lít)

Vậy thể tích khí H2 (đktc) cần dùng là 13,44 lít.

Bài tập 7

Tính số gam H2O thu được khi cho 8,4 lít khí H2 tác dụng với 2,8 lít khí O2. Các thể tích đo ở đktc.

Trả lời:

Ta có PTHH của phản ứng: 2H2 + O2 → 2H2O

Số mol của H2 và O2 tham gia phản ứng:

nH2 = VH2/22,4 = 8,4 / 22,4 = 0,375 (mol)

nO2 = VO2/22,4 = 2,8 / 22,4 = 0,125 (mol)

Theo phương trình hóa học:

• Cứ 1 mol O2 sẽ tham gia phản ứng với 2 mol H2.

• Vậy 0,125 mol O2 sẽ tham gia phản ứng với 0,25 mol H2.

⇒ H2 dư (0,375 – 0,25 = 0,125 mol) trong phản ứng với oxi.

Ta có: nH2O = 2nO2 = 0,25 mol

⇒ mH2O = nH2O x MH2O = 0,25 x 18 = 4,5 (g)

Vậy số gam H2O thu được là 4,5 gam.

Qua bài viết trên, chúng ta đã biết được tính chất hóa học của hidro, tính chất vật lí cũng như cách điều chế hidro và ứng dụng của chất khí này. Hi vọng bài viết của GiaiNgo đã cũng cấp thêm cho bạn những kiến thức hóa học thú vị và hữu ích nhé!