Al + H2SO4 → Al2(SO4)3 + SO2 + H2O (Al ra Al2(SO4)3)

1. Phương trình phản ứng Al + H2SO4 → Al2(SO4)3 + SO2 + H2O:

Phương trình phản ứng Al + H2SO4 → Al2(SO4)3 + SO2 + H2O cho biết khi cho kim loại nhôm tác dụng với axit sunfuric loãng, sẽ thu được muối nhôm sunfat, khí sunfua và nước. Để giải thích cơ chế của phản ứng này, ta cần xét đến tính chất của các chất tham gia và sản phẩm. Nhôm là kim loại có tính khử mạnh, có thể phản ứng với các axit loãng để tạo ra muối và khí hiđro. Tuy nhiên, trong trường hợp này, nhôm còn phản ứng với khí hiđro sunfua (H2S) do sự phân ly của axit sunfuric trong dung dịch, để tạo ra khí sunfua (SO2) và nước. Do đó, phương trình phản ứng có thể viết lại thành hai bước như sau:

Al + H2SO4 → Al2(SO4)3 + H2S + H2O

Al + H2S → Al2(SO4)3 + SO2 + H2O

Tổng hợp lại ta được phương trình hoàn chỉnh:

Al + H2SO4 → Al2(SO4)3 + SO2 + H2O

Đây là một phương trình phản ứng oxi hóa khử, trong đó nhôm bị oxi hóa từ số oxi hóa 0 lên số oxi hóa +3, còn sunfur bị khử từ số oxi hóa +6 xuống số oxi hóa +4. Phương trình ion electron tương ứng là:

Al → Al3+ + 3e-

H2SO4 + 6e- → SO2 + 4H+

Cộng hai phương trình lại ta được:

Al + H2SO4 → Al3+ + SO2 + 4H+

Cuối cùng, ta cần cân bằng số mol của các chất tham gia và sản phẩm để xác định hệ số của phương trình. Ta có thể dùng phương pháp đại số hoặc phương pháp ion electron để giải quyết bài toán này. Kết quả cuối cùng là:

2Al + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3SO2 + 3H2O

2. Cách cân bằng phản ứng oxi hoá khử:

Cân bằng phản ứng oxi hoá khử là một kỹ năng quan trọng trong hóa học. Có nhiều phương pháp để cân bằng phản ứng oxi hoá khử, nhưng một trong những phương pháp phổ biến nhất là phương pháp thăng bằng electron. Phương pháp này gồm các bước sau:

– Bước 1: Xác định số oxi hoá của các nguyên tố trong các chất tham gia và sản phẩm, để tìm ra chất oxi hoá và chất khử. Chất oxi hoá là chất có số oxi hoá giảm, chất khử là chất có số oxi hoá tăng.

– Bước 2: Viết quá trình oxi hoá và quá trình khử, cân bằng mỗi quá trình về số nguyên tử và số electron cho và nhận. Số electron cho và nhận được gọi là số electron chuyển.

– Bước 3: Tìm hệ số thích hợp cho chất oxi hoá và chất khử sao cho tổng số electron cho bằng tổng số electron nhận. Để làm được điều này, ta có thể nhân các quá trình oxi hoá và khử với các ước số chung nhỏ nhất của số electron chuyển.

– Bước 4: Cộng hai quá trình oxi hoá và khử đã cân bằng về electron để được phản ứng oxi hoá khử. Sau đó, cân bằng các nguyên tố không thay đổi số oxi hoá và cân bằng điện tích hai vế nếu cần.

Ví dụ: Cân bằng phản ứng sau theo phương pháp thăng bằng electron:

Fe + HNO3 -> Fe(NO3)3 + NO + H2O

– Bước 1: Xác định số oxi hoá của các nguyên tố

Fe: 0

H: +1

N: +5

O: -2

Ta thấy Fe có số OXH tăng từ 0 lên +3, nên Fe là chất khử. N có số OXH giảm từ +5 xuống +2, nên N là chất oxi hoá.

– Bước 2: Viết quá trình oxi hoá và quá trình khử, cân bằng mỗi quá trình về số nguyên tử và số electron cho và nhận.

Quá trình khử: N(+5) -> N(+2) + 3e

Quá trình oxi hoá: Fe(0) -> Fe(+3) + 3e

– Bước 3: Tìm hệ số thích hợp cho chất oxi hoá và chất khử sao cho tổng số electron cho bằng tổng số electron nhận.

Trong trường hợp này, ta thấy số electron cho và nhận đã bằng nhau, nên không cần tìm hệ số.

– Bước 4: Cộng hai quá trình oxi hoá và khử đã cân bằng về electron để được phản ứng oxi hoá khử. Sau đó, cân bằng các nguyên tố không thay đổi số oxi hoá và cân bằng điện tích hai vế nếu cần.

N(+5) + Fe(0) -> N(+2) + Fe(+3)

Ta thấy có 4 nguyên tử O ở vế trái và chỉ có 3 nguyên tử O ở vế phải, nên cần thêm H2O vào vế phải để cân bằng O. Ta cũng thấy có 4 nguyên tử H ở vế trái và không có H ở vế phải, nên cần thêm H+ vào vế phải để cân bằng H. Cuối cùng, cân bằng điện tích hai vế bằng cách thêm e vào vế có điện tích dương hơn.

N(+5) + Fe(0) -> N(+2) + Fe(+3) + H2O + 4H+ + 4e

Ta được phản ứng oxi hoá khử đã cân bằng:

N(+5) + Fe(0) + 4H+ -> N(+2) + Fe(+3) + 2H2O

3. Bài tập liên quan Al và H2SO4 và lời giải chi tiết:

– Bài 1: Cho 2,7 gam Al vào dung dịch H2SO4 loãng, thu được 0,896 lít khí (đktc) và dung dịch X. Tính nồng độ mol của H2SO4 trong dung dịch X.

Lời giải:

Phương trình phản ứng là: 2Al + 3H2SO4 -> Al2(SO4)3 + 3H2

Theo định luật bảo toàn khối lượng, ta có: nAl = nAl2(SO4)3 = 0,1 mol

Theo định luật bảo toàn nguyên tố, ta có: nH2 = 0,04 mol

Theo phương trình phản ứng, ta có: nH2SO4 = nAl + nH2 = 0,14 mol

Nồng độ mol của H2SO4 trong dung dịch X là: C = n/V = 0,14/0,1 = 1,4 M

– Bài 2: Cho m gam Al vào dung dịch H2SO4 đặc nóng, thu được khí A và dung dịch B. Cho dung dịch B tác dụng với dung dịch Ba(OH)2 dư, thu được kết tủa C và dung dịch D. Biết rằng khối lượng kết tủa C gấp 3 lần khối lượng Al đã phản ứng. Tính m.

Lời giải:

Phương trình phản ứng là:

Al + H2SO4 -> Al2(SO4)3 + H2 (A)

Al2(SO4)3 + 3Ba(OH)2 -> Ba3(SO4)2 (C) + 6H2O

Theo đề bài, ta có: mC = 3m

Theo định luật bảo toàn khối lượng, ta có: mAl2(SO4)3 = mC + mH2O = mC + 6nH2O

Theo định luật bảo toàn nguyên tố, ta có: nAl = nAl2(SO4)3 = m/27

Theo phương trình phản ứng, ta có: nBa3(SO4)2 = nAl/2

Suy ra: mC = mBa3(SO4)2 = nBa3(SO4)2 * MM(Ba3(SO4)2) = m/54 * 412

Thay vào biểu thức mC = 3m, ta được: m/54 * 412 = 3m

Giải phương trình, ta được: m = 6,48 gam

– Bài 3: Cho hỗn hợp gồm Al và Fe vào dung dịch H2SO4 loãng. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được khí H2 và dung dịch chứa muối sunfat của hai kim loại. Đốt cháy hoàn toàn khí H2 thu được trong không khí, thu được V lít hơi nước (ở đktc). Biết rằng V bằng tổng số mol của Al và Fe trong hỗn hợp ban đầu. Tính thành phần % theo khối lượng của từng kim loại trong hỗn hợp.

Lời giải:

Phương trình phản ứng là:

Al + H2SO4 -> Al2(SO4)3 + H2

Fe + H2SO4 -> FeSO4 + H2

H2 + O2 -> H2O

Theo đề bài, ta có: V = nH2O = nH2 * 22,4 (l/mol)

Theo định luật bảo toàn nguyên tố, ta có: nH2 = nAl + nFe

Suy ra: V/22,4 = nAl + nFe

Gọi x là khối lượng Al và y là khối lượng Fe trong hỗn hợp, ta có: nAl = x/27 và nFe = y/56

Thay vào biểu thức V/22,4 = nAl + nFe, ta được: V/22,4 = x/27 + y/56

Giải hệ phương trình, ta được: x = 27V/78,4 và y = 56V/78,4

Thành phần % theo khối lượng của Al là: x/(x+y) * 100% = 27V/(27V+56V) * 100% = 32,53%

Thành phần % theo khối lượng của Fe là: y/(x+y) * 100% = 56V/(27V+56V) * 100% = 67,47%

– Bài 5: Cho dung dịch H2SO4 loãng vào bình chứa Al và Fe. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được khí H2 và dung dịch chứa muối sunfat của hai kim loại. Lọc dung dịch qua giấy lọc, thu được dung dịch E và chất rắn F. Nung nóng F trong không khí đến khối lượng không đổi, thu được chất rắn G. Hòa tan G trong dung dịch HCl dư, thu được khí K và dung dịch L. Viết các phương trình phản ứng xảy ra và tính thể tích khí K (ở đktc) biết rằng khối lượng F là 11,2 gam.

Lời giải:

Phương trình phản ứng là:

Al + H2SO4 -> Al2(SO4)3 + H2

Fe + H2SO4 -> FeSO4 + H2

FeSO4 -> FeO + SO3

FeO + O2 -> Fe2O3

Fe2O3 + 6HCl -> 2FeCl3 + 3H2O

SO3 + H2O -> H2SO4

H2SO4 + 2HCl -> SO2 (K) + 2H2O + Cl2

Theo đề bài, ta có: mF = mFeSO4 = 11,2 gam

Theo định luật bảo toàn nguyên tố, ta có: nFeSO4 = nFeO = nFe2O3 = mF/MM(FeSO4) = 0,08 mol

Theo phương trình phản ứng, ta có: nSO3 = nFeSO4 = 0,08 mol

nH2SO4 = nSO3 = 0,08 mol

nSO2 = nH2SO4/2 = 0,04 mol

Thể tích khí K là: V = nSO2 * 22,4 (l/mol) = 0,896 lít

– Bài 5: Cho hỗn hợp gồm Al và Cu vào dung dịch H2SO4 đặc nóng. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được khí A và dung dịch B. Cho dung dịch B tác dụng với dung dịch NaOH dư, thu được kết tủa C và dung dịch D. Nung nóng C trong không khí đến khối lượng không đổi, thu được chất rắn E. Cho E tác dụng với dung dịch HNO3 loãng, thu được khí F và dung dịch G. Viết các phương trình phản ứng xảy ra và tính thể tích khí F (ở đktc) biết rằng khối lượng hỗn hợp ban đầu là 8 gam.

Lời giải:

Phương trình phản ứng là:

Al + H2SO4 -> Al2(SO4)3 + H2 (A)

Cu + H2SO4 -> CuSO4 + SO2 (A) + H2O

Al2(SO4)3 + 6NaOH -> 2Al(OH)3 (C) + 3Na2SO4

CuSO4 + 2NaOH -> Cu(OH)2 (C) + Na2SO4

Al(OH)3 -> Al2O3 (E) + H2O

Cu(OH)2 -> Cu