Điều kiện xảy ra phản ứng hóa học là gì? Có những cách nào để nhận biết phản ứng hóa học xảy ra? Xin mời bạn đọc theo dõi bài viết dưới đây để biết xem trường hợp nào thì xảy ra phản ứng hóa học.
Mục lục bài viết
1. Trường hợp nào dưới đây có phản ứng?
Câu hỏi 1: Trường hợp nào dưới đây có phản ứng:
A. H2SO4 đặc + Na2CO3
B. H2SO4 đặc, nguội + Al
C. H2SO4 loãng + S
D. H2SO4 loãng + Cu
Đáp án: A. H2SO4 đặc + Na2CO3
Giải thích:
Trường hợp H2SO4 đặc + Na2CO3 là trường hợp có phản ứng vì khi cho axit sunfuric (H2SO4) phản ứng với carbonat natri (Na2CO3) để tạo ra muối natri sunfat (Na2SO4), khí carbon dioxide (CO2) và nước (H2O). Phản ứng này không có tính chất oxi hóa – khử, mà chỉ là một phản ứng trung hòa giữa một axit mạnh và một tác nhân trung hòa. Phản ứng này diễn ra một cách nhanh chóng và mạnh mẽ, tạo ra khí CO2 bay lên và làm sủi bọt dung dịch.
Phương trình phản ứng có thể viết như sau:
H2SO4 + Na2CO3 -> Na2SO4 + H2O + CO2
Trong đó, khí CO2 thoát ra làm sủi bọt dung dịch. Các trường hợp còn lại không có phản ứng vì:
– Khi cho Al tác dụng với H2SO4 đặc, nguội, phản ứng không xảy ra. Đây là do Al là một kim loại thụ động, có khả năng tạo ra một lớp oxit bảo vệ trên bề mặt khi tiếp xúc với H2SO4 đặc, nguội. Lớp oxit này ngăn cản sự tiếp xúc giữa Al và H2SO4, do đó không có phản ứng oxi-hoá khử nào diễn ra.
– H2SO4 loãng là một axit yếu, chỉ phân li thành H+ và HSO4- trong dung dịch. S là một nguyên tố phi kim có độ âm điện cao hơn H, nên không thể nhận được electron từ H+ để tạo ra hidro sunfua (H2S). Do đó, H2SO4 loãng không tác dụng được với S trong điều kiện thường.
– H2SO4 loãng không tác dụng được với Cu do Cu là kim loại kiềm thổ có độ hoạt động thấp hơn H. Cu không tác dụng với H2SO4 loãng vì Cu không đủ mạnh để tạo thành muối với axit sunfuric loãng. Do đó, không có phản ứng xảy ra giữa Cu và H2SO4 loãng. Tuy nhiên, Cu có thể tác dụng với H2SO4 đặc nguội hoặc đặc nóng để tạo thành muối đồng (II) sunfat (CuSO4), khí lưu huỳnh dioxide (SO2) và nước (H2O). Đây là một phản ứng oxi-hoá khử, trong đó Cu bị oxi hóa từ trạng thái 0 thành trạng thái +2, và H2SO4 bị khử thành SO2. Phương trình hóa học của phản ứng này là:
Cu + H2SO4 đặc -> CuSO4 + SO2 + H2O
Câu hỏi 2: Trường hợp nào dưới đây có phản ứng:
A. H2SO4 đặc + Ag
B. H2SO4 đặc nguội + Al
C. H2SO4 loãng + C
D. H2SO4 loãng + Cu
Đáp án: A. H2SO4 đặc + Ag
Giải thích:
Để trả lời câu hỏi này, ta cần hiểu về tính chất của axit sunfuric (H2SO4) và các kim loại. Axit sunfuric là một axit mạnh, có thể phản ứng với nhiều kim loại để tạo ra muối sunfat và khí hydro. Tuy nhiên, tốc độ phản ứng và sản phẩm phụ phụ thuộc vào nồng độ và nhiệt độ của axit sunfuric, cũng như tính chất của kim loại.
Trong trường hợp A, H2SO4 đặc phản ứng với Ag (bạc) để tạo ra Ag2SO4 (sunfat bạc) và SO2 (lưu huỳnh dioxit). Phản ứng này xảy ra nhanh chóng và sinh ra nhiệt. Đây là một phản ứng oxi hóa khử, trong đó Ag bị oxi hóa từ số oxi hóa 0 lên +1, còn SO4 bị khử từ số oxi hóa -2 xuống -1.
Trong trường hợp B, H2SO4 đặc nguội không phản ứng với Al (nhôm) do có một lớp Al2O3 (oxit nhôm) bao phủ bề mặt kim loại, ngăn cản sự tiếp xúc giữa axit và kim loại. Phản ứng này chỉ xảy ra khi nung nóng hoặc thêm một chất xúc tác như CuSO4 (sunfat đồng).
Trong trường hợp C, H2SO4 loãng không phản ứng với C (than chì) do C là một phi kim, không có khả năng cho điện tử để tạo ra ion. Phản ứng này chỉ xảy ra khi có một chất oxi hóa mạnh như KMnO4 (kali pemanganat) hoặc K2Cr2O7 (kali dicromat).
Trong trường hợp D, H2SO4 loãng không phản ứng với Cu (đồng) do Cu là một kim loại kiềm thổ, có số oxi hóa thấp nhất là +1. Phản ứng này chỉ xảy ra khi H2SO4 đặc và nóng, trong đó Cu bị oxi hóa lên +2, còn SO4 bị khử thành SO2.
Vậy, đáp án đúng là A. H2SO4 đặc + Ag.
Câu hỏi 3: Trường hợp nào dưới đây thu được kết tủa sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn?
A. AlCl3 (dư) + 3NaOH -> Al(OH)3 + 3NaCl.
B. 4NaOH (dư) + AlCl3 -> NaAlO2 + 3NaCl + 2H2O
C. 2CO2 (dư) + Ca(OH)2 -> Ca(HCO3)2
D. CaCO3 + 2HCl-> CaCl2 + H2O + CO2
Đáp án: A. AlCl3 (dư) + 3NaOH -> Al(OH)3 + 3NaCl.
Giải thích:
– Phản ứng giữa AlCl3 (dư) và 3NaOH là một phản ứng trao đổi ion, trong đó ion Al3+ của muối AlCl3 sẽ kết hợp với ion OH- của kiềm NaOH để tạo thành kết tủa Al(OH)3 màu trắng. Ion Na+ của NaOH sẽ kết hợp với ion Cl- của AlCl3 để tạo thành muối tan NaCl. Do đó, phương trình phản ứng hoàn chỉnh có thể viết là:
AlCl3 (dư) + 3NaOH -> Al(OH)3 + 3NaCl
Để kiểm tra xem có thu được kết tủa sau khi phản ứng xảy ra không, ta có thể dùng bảng tính tan của các chất trong nước. Theo bảng tính tan, ta thấy rằng Al(OH)3 là một chất ít tan trong nước, có tích số tan Ksp = 1.9 x 10^-33. Điều này có nghĩa là khi nồng độ của ion Al3+ và OH- trong dung dịch vượt quá giới hạn nhất định, chúng sẽ kết hợp lại thành Al(OH)3 và lắng xuống dưới dạng kết tủa. Trong khi đó, NaCl là một chất tan hoàn toàn trong nước, có tích số tan Ksp = rất lớn. Điều này có nghĩa là ion Na+ và Cl- sẽ tồn tại dưới dạng dung dịch và không tạo thành kết tủa.
Vậy ta có thể kết luận rằng, sau khi phản ứng xảy ra, ta sẽ thu được kết tủa Al(OH)3 màu trắng và dung dịch NaCl trong suốt.
– Phương trình phản ứng B cho thấy sự tạo thành của muối natri aluminat (NaAlO2) và muối natri clorua (NaCl) khi cho dung dịch AlCl3 tác dụng với dung dịch NaOH dư. Do NaAlO2 là một muối kiềm, nên nó sẽ tan hoàn toàn trong dung dịch nước. Do đó, không có kết tủa nào được tạo ra trong quá trình phản ứng này. Tuy nhiên, nếu cho thêm một chất axit vào dung dịch sau phản ứng, như HCl hay H2SO4, thì sẽ có kết tủa trắng của Al(OH)3 xuất hiện do sự thuỷ phân của NaAlO2 theo phương trình:
NaAlO2 + H2O + 2HCl -> Al(OH)3 + 2NaCl
Vậy, để có kết tủa sau khi phản ứng xảy ra, ta cần thêm một bước là cho dung dịch axit vào dung dịch sau phản ứng.
– Phương trình hóa học C cho biết phản ứng trung hòa giữa axit cacbonic (CO2) dư và bazo canxi hiđroxit (Ca(OH)2) tạo ra muối canxi bicacbonat (Ca(HCO3)2). Theo quy tắc, khi một muối tan ít trong nước được tạo ra từ phản ứng trung hòa, sẽ có kết tủa xuất hiện. Tuy nhiên, trong trường hợp này, canxi bicacbonat là một muối tan nhiều trong nước, vì vậy không có kết tủa nào được tạo ra. Thay vào đó, dung dịch sẽ có màu trong suốt và không đổi pH. Để kiểm tra điều này, ta có thể dùng giấy quỳ để xác định độ axit hoặc bazo của dung dịch. Nếu dung dịch là trung tính, giấy quỳ sẽ không đổi màu.
– Phương trình hóa học CaCO3 + 2HCl-> CaCl2 + H2O + CO2 cho biết sự phản ứng giữa canxi cacbonat và axit clohidric. Khi phản ứng xảy ra, canxi cacbonat bị phân hủy thành canxi clorua, nước và khí cacbonic. Khí cacbonic thoát ra dưới dạng bọt khí, làm cho dung dịch sủi bọt. Canxi clorua là một muối tan trong nước, nên không tạo kết tủa trong dung dịch. Do đó, câu trả lời là không có kết tủa sau khi phản ứng xảy ra.
2. Các điều kiện để xảy ra phản ứng hóa học:
Phản ứng hóa học là quá trình biến đổi các chất tham gia thành các chất sản phẩm khác nhau. Để xảy ra phản ứng hóa học, các điều kiện sau cần được đáp ứng:
– Các chất tham gia phải tiếp xúc với nhau, tức là phải có sự va chạm giữa các phân tử, ion hay nguyên tử của chúng. Ví dụ, khi đốt than trong không khí, các phân tử than (C) phải va chạm với các phân tử oxy (O2) để tạo ra khí carbon dioxide (CO2).
– Năng lượng va chạm phải đủ lớn để vượt qua năng lượng kích hoạt, tức là năng lượng tối thiểu cần thiết để khởi động phản ứng. Ví dụ, khi đốt sắt trong không khí, nhiệt độ phải cao hơn 800°C để bắt đầu quá trình oxi hóa sắt thành sắt oxit (Fe2O3).
– Hướng va chạm phải thích hợp để tạo ra sự sắp xếp mới của các nguyên tử hay ion trong các chất sản phẩm. Ví dụ, khi cho dung dịch axit clohidric (HCl) tác dụng với dung dịch natri hidroxit (NaOH), các ion H+ và OH- phải va chạm theo hướng sao cho tạo thành nước (H2O) và muối natri clorua (NaCl).
– Các chất phản ứng phải tiếp xúc với nhau. Bề mặt tiếp xúc càng lớn thì phản ứng xảy ra càng dễ dàng. Ví dụ, đường cát tan nhanh hơn đường phèn trong nước vì có diện tích tiếp xúc lớn hơn .
– Có sự cung cấp năng lượng ban đầu như nhiệt độ, áp suất, ánh sáng, năng lượng điện… Ví dụ, đun nóng đường đến một nhiệt độ nhất định, đường sẽ biến đổi thành than và hơi nước.
– Có sự có mặt của chất xúc tác. Chất xúc tác là chất giúp tăng tốc độ phản ứng mà không bị tiêu hao trong quá trình phản ứng. Ví dụ, men giúp cho quá trình lên men giấm từ rượu etylic xảy ra nhanh hơn.
Các điều kiện này có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố bên ngoài, như nhiệt độ, áp suất, dung môi, xúc tác, ánh sáng hay điện trường. Các yếu tố này có thể làm tăng hoặc giảm tốc độ phản ứng, tức là số lượng chất tham gia biến đổi thành chất sản phẩm trong một đơn vị thời gian.
3. Các dấu hiệu nhận biết phản ứng hóa học:
Các dấu hiệu nhận biết phản ứng hóa học là những thay đổi về màu sắc, trạng thái, mùi, nhiệt độ, ánh sáng hoặc khí của các chất trong quá trình phản ứng. Các dấu hiệu này cho thấy có sự tạo thành các chất mới có tính chất khác với các chất ban đầu. Để nhận biết các chất mới này, ta cần dựa vào các thông số và mô hình hóa học khác như công thức, phương trình, cấu tạo phân tử, cấu trúc electron hay phổ hấp thụ.
Ví dụ: Khi cho dung dịch axit clohidric vào dung dịch natri cacbonat, ta quan sát thấy có bọt khí thoát ra và dung dịch trong suốt. Đây là một dấu hiệu cho thấy có phản ứng hóa học xảy ra. Phương trình phản ứng là:
2HCl + Na2CO3 -> 2NaCl + H2O + CO2
Trong đó, HCl là axit clohidric, Na2CO3 là natri cacbonat, NaCl là natri clorua (chất tan), H2O là nước và CO2 là khí cacbon dioxit (chất bay hơi).