Bảng kim loại tác dụng với acid
Kim loại tác dụng với acid là một dạng phản ứng quan trọng trong hoá học phổ thông. Với acid loãng như HCl và H2SO4 loãng, nhiều kim loại đứng trước Hidro trong dãy hoạt động hoá học phản ứng tạo muối và khí H2. Đây là cơ sở để giải bài tập điều chế khí Hidro, tính theo phương trình, nhận biết kim loại và so sánh mức độ hoạt động hoá học.
Ví dụ:
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2↑
Bài này liên quan trực tiếp đến bảng dãy hoạt động hoá học của kim loại, bảng nhận biết kim loại, bảng phản ứng tạo khí, acid, muối, phản ứng thế. Khi cần tra nguyên tử khối kim loại để tính toán, hãy dùng bảng tuần hoàn hóa học.
Quy tắc kim loại tác dụng với acid loãng
Với HCl loãng và H2SO4 loãng, quy tắc thường dùng là:
Kim loại đứng trước H trong dãy hoạt động hoá học thường tác dụng với acid loãng tạo muối và khí H2.
Dạng tổng quát:
Kim loại + acid loãng → muối + H2↑
| Vị trí kim loại | Với HCl loãng/H2SO4 loãng | Ví dụ |
|---|---|---|
| Đứng trước H | Thường phản ứng, giải phóng H2 | Mg, Al, Zn, Fe |
| Đứng sau H | Không phản ứng theo kiểu tạo H2 | Cu, Ag, Au |
Lưu ý quan trọng: quy tắc này áp dụng cho acid không có tính oxi hoá mạnh trong điều kiện thông thường. HNO3 và H2SO4 đặc nóng có tính oxi hoá mạnh, nên phản ứng với kim loại thường không tạo H2.
Bảng kim loại tác dụng với HCl loãng
| Kim loại | Có phản ứng với HCl loãng? | Phương trình | Hiện tượng |
|---|---|---|---|
| Mg | Có | Mg + 2HCl → MgCl2 + H2↑ | Sủi khí nhanh |
| Al | Có, nếu phá lớp oxide bảo vệ | 2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2↑ | Sủi khí, kim loại tan dần |
| Zn | Có | Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2↑ | Sủi khí rõ, thường dùng điều chế H2 |
| Fe | Có | Fe + 2HCl → FeCl2 + H2↑ | Sủi khí, tạo muối sắt(II) |
| Pb | Phản ứng hạn chế trong một số điều kiện | Pb + 2HCl → PbCl2 + H2↑ | PbCl2 ít tan có thể cản trở phản ứng |
| Cu | Không | Không phản ứng với HCl loãng | Không sủi khí H2 |
| Ag | Không | Không phản ứng với HCl loãng | Không có hiện tượng rõ |
Bảng kim loại tác dụng với H2SO4 loãng
| Kim loại | Phương trình với H2SO4 loãng | Sản phẩm muối | Hiện tượng |
|---|---|---|---|
| Mg | Mg + H2SO4 → MgSO4 + H2↑ | Magie sulfate | Sủi khí |
| Zn | Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2↑ | Kẽm sulfate | Sủi khí rõ |
| Fe | Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2↑ | Sắt(II) sulfate | Sủi khí, dung dịch có thể xanh lục nhạt |
| Al | 2Al + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2↑ | Nhôm sulfate | Sủi khí nếu phản ứng xảy ra |
| Cu | Không phản ứng với H2SO4 loãng | Không tạo muối theo kiểu này | Không có H2 |
Vì sao có khí H2 thoát ra?
Trong phản ứng kim loại với acid loãng, kim loại nhường electron, còn ion H+ nhận electron tạo H2. Đây là phản ứng oxi hoá khử.
Ví dụ với Zn:
Zn → Zn2+ + 2e
2H+ + 2e → H2
Phương trình ion rút gọn:
Zn + 2H+ → Zn2+ + H2↑
Vì vậy, tốc độ phản ứng phụ thuộc vào bản chất kim loại, nồng độ acid, diện tích bề mặt kim loại, nhiệt độ và lớp màng oxide trên bề mặt.
Acid HNO3 và H2SO4 đặc nóng có gì đặc biệt?
HNO3 và H2SO4 đặc nóng là acid có tính oxi hoá mạnh. Khi phản ứng với kim loại, chúng thường không tạo khí H2 mà tạo các sản phẩm khử như NO, NO2, SO2 tuỳ điều kiện.
Ví dụ:
Cu + 4HNO3 đặc → Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O
Cu + 2H2SO4 đặc nóng → CuSO4 + SO2↑ + 2H2O
Đây là điểm học sinh rất hay nhầm: Cu không phản ứng với HCl loãng để tạo H2, nhưng có thể phản ứng với HNO3 hoặc H2SO4 đặc nóng do tính oxi hoá của acid.
Ứng dụng bài kim loại tác dụng với acid trong tính toán
Dạng bài thường gặp là tính thể tích H2, khối lượng kim loại, khối lượng muối hoặc xác định kim loại.
Ví dụ: Cho 6,5 gam Zn tác dụng hết với HCl loãng. Tính thể tích H2 ở đktc.
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
nZn = 6,5 / 65 = 0,1 mol
Theo phương trình: nH2 = nZn = 0,1 mol
VH2 = 0,1 × 22,4 = 2,24 L
Bài tập ví dụ
Bài 1
Kim loại Mg có phản ứng với HCl loãng không? Viết phương trình.
Lời giải: Có, Mg đứng trước H.
Mg + 2HCl → MgCl2 + H2↑
Bài 2
Vì sao Cu không tạo H2 khi cho vào HCl loãng?
Lời giải: Vì Cu đứng sau H trong dãy hoạt động hoá học nên không đẩy được H khỏi HCl loãng.
Bài 3
Cho Fe tác dụng với HCl loãng, muối tạo thành là FeCl2 hay FeCl3?
Lời giải: Thường tạo FeCl2 trong phản ứng với HCl loãng:
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2↑
Bài 4
Cho 0,2 mol Mg tác dụng hết với HCl. Tính số mol H2.
Lời giải: Theo phương trình Mg + 2HCl → MgCl2 + H2, tỉ lệ Mg:H2 = 1:1, nên nH2 = 0,2 mol.
Những lỗi thường gặp
Lỗi đầu tiên là cho mọi kim loại phản ứng với acid đều tạo H2. Thực tế chỉ kim loại đứng trước H mới thường phản ứng với HCl loãng hoặc H2SO4 loãng theo kiểu này.
Lỗi thứ hai là quên acid oxi hoá mạnh. HNO3 và H2SO4 đặc nóng thường không tạo H2.
Lỗi thứ ba là viết sai hoá trị muối. Fe với HCl loãng thường tạo FeCl2, không phải FeCl3.
Lỗi thứ tư là không cân bằng phương trình trước khi tính mol khí H2.
Kết luận
Kim loại đứng trước H trong dãy hoạt động hoá học thường tác dụng với HCl loãng và H2SO4 loãng tạo muối và khí H2. Các kim loại như Mg, Al, Zn, Fe phản ứng rõ; Cu, Ag, Au không tạo H2 với acid loãng thông thường. Cần đặc biệt phân biệt acid loãng không oxi hoá với HNO3 và H2SO4 đặc nóng.
Tài liệu tham khảo
- Royal Society of Chemistry – Reactions of metals with acids: https://edu.rsc.org/
- Chemistry LibreTexts – Metals and Acids: https://chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Chemistry
- IUPAC Gold Book – Oxidation: https://goldbook.iupac.org/terms/view/O04362
- IUPAC Gold Book – Acid: https://goldbook.iupac.org/terms/view/A00071
