Trong quá trình này, magiê đóng vai trò như chất khử bởi vì nó mất electron để tạo thành ion magiê dương (Mg2+). Đồng thời, axit clohiđric đóng vai trò như chất oxi hóa vì nó nhận electron từ magiê để tạo thành khí hidro (H2) và ion clo âm (Cl-). Phản ứng giữa magiê và axit clohiđric là một ví dụ điển hình của phản ứng oxi-hoá khử, mời bạn đọc tham khảo chi tiết dưới đây.
Mục lục bài viết
1. Phản ứng: Mg + HCl → MgCl2 + H2:
Mg + 2HCl → MgCl2 + H2↑
Phản ứng giữa magiê (Mg) và axit hydrocloric (HCl) là một trong những phản ứng hóa học cơ bản và phổ biến. Trong điều kiện nhiệt độ phòng, phản ứng này diễn ra mạnh mẽ và tạo ra nhiều hiện tượng hóa học. Magiê (Mg) là một kim loại có khả năng khử mạnh mẽ trong khi axit hydrocloric (HCl) là một axit mạnh. Khi hai chất này tiếp xúc với nhau, magiê sẽ reagieren với axit hydrocloric để tạo ra muối magiê clorua (MgCl2) và khí hidro (H2). Trong quá trình phản ứng, magiê chuyển giao hai electron cho hai phân tử axit hydrocloric tạo thành ion magiê dương và ion clo âm. Các ion này kết hợp với nhau để tạo thành muối magiê clorua. Đồng thời, hai phân tử axit hydrocloric bị khử, tạo ra khí hidro và ion clo. Hiện tượng chính trong phản ứng này là sự thoát khí hidro. Khí hidro sẽ sinh ra dưới dạng bong bóng và nổi lên từ dung dịch, tạo ra một cảm giác như có sự “bùng nổ” trong dung dịch. Tổng kết lại, phản ứng giữa magiê và axit hydrocloric ở nhiệt độ phòng là một ví dụ điển hình của phản ứng oxi-hoá khử tạo ra muối và khí hidro. Hiện tượng chính là sự thoát khí hidro tạo ra những bong bóng trong dung dịch, chính trong phản ứng giữa Mg và HCl ở nhiệt độ thường là sinh ra khí hidro.
2. Bản chất của chất tham gia phản ứng:
Bản chất của Mg
Magiê (Mg) là một nguyên tố hóa học có số nguyên tử là 12 và ký hiệu là Mg. Nó thuộc nhóm 2 (còn được gọi là nhóm kiềm thổ) và chu kỳ 3 của bảng tuần hoàn. Magiê là một kim loại kiềm thổ nhẹ, có màu trắng bạc và có tính khử mạnh. Điều này có nghĩa là magiê dễ dàng nhường electron để tạo thành ion dương Mg2+ trong các phản ứng hóa học. Ion Mg2+ này có điện tích dương kép và có khả năng tương tác với các ion âm như ion clo (Cl-) trong axit clohiđric (HCl) để tạo thành muối magiê, ví dụ như clorua magiê (MgCl2). Phản ứng giữa magiê và axit tạo ra khí hiđro (H2) vì magiê có khả năng khử hidro từ axit. Ví dụ, khi magiê tương tác với axit sunfuric (H2SO4), phản ứng sẽ tạo ra khí hiđro và muối sunfat magiê (MgSO4). Magiê cũng có khả năng tương tác với các axit khác như axit nitric (HNO3), axit clohiđric (HCl) và axit axetic (CH3COOH). Trong các phản ứng này, magiê nhường electron để tạo thành ion magiê dương (Mg2+), trong khi các axit tạo thành ion âm tương ứng. Các ion magiê và ion âm của axit sau đó kết hợp với nhau để tạo thành muối magiê. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng magiê không phản ứng với tất cả các axit. Ví dụ, magiê không phản ứng với axit sunfuric loãng (H2SO4) hoặc axit nitric loãng (HNO3) do một lớp bảo vệ oxit magiê (MgO) bề mặt được tạo ra, ngăn chặn phản ứng tiếp tục. Tuy nhiên, nếu axit mạnh hoặc axit đậm đặc, như axit sunfuric đậm đặc (H2SO4) hoặc axit nitric đậm đặc (HNO3), được sử dụng, thì magiê vẫn có thể phản ứng. Tóm lại, magiê là một chất khử mạnh và có khả năng tương tác với các axit để tạo thành muối magiê.
Bản chất của HCl
Axit clohidric (HCl) là một axit mạnh, được tạo thành từ hidro (H) và clo (Cl). Khi axit clohidric tương tác với các kim loại đứng trước hidro trong dãy hoạt động hóa học (ngoại trừ các kim loại bền như chì), nó tạo ra muối và khí hidro.
Trong quá trình này, axit clohidric tạo ra ion hidro (H+) và ion clo (Cl-). Các kim loại đứng trước hidro trong dãy hoạt động hóa học có tính khử mạnh hơn hidro, do đó chúng có khả năng nhường electron cho hidro trong axit. Quá trình này dẫn đến sự hình thành ion kim loại dương và khí hidro.
Ví dụ, khi axit clohidric tác dụng với kẽm (Zn), phản ứng sẽ tạo ra muối clorua kẽm (ZnCl2) và khí hidro (H2).
Tương tự, axit clohidric cũng có thể tác dụng với các kim loại khác như sắt (Fe), nhôm (Al), lithium (Li), natri (Na), kali (K), và nhiều kim loại khác để tạo ra muối tương ứng và khí hidro.
Tuy nhiên, cần lưu ý rằng không phải tất cả các kim loại trong dãy hoạt động hóa học đều phản ứng với axit clohidric. Kẽm, sắt, nhôm và các kim loại khác đứng trước hidro trong dãy hoạt động hóa học có tính khử mạnh hơn hidro do đó chúng có khả năng tương tác với axit clohidric. Tuy nhiên, các kim loại như đồng (Cu), bạc (Ag) và vàng (Au) không phản ứng với axit clohidric.
Tóm lại, axit clohidric tương tác với các kim loại đứng trước hidro trong dãy hoạt động hóa học để tạo ra muối và khí hidro thông qua quá trình nhường electron từ kim loại cho hidro trong axit.
3. Bài tập vận dụng kèm lời giải chi tiết:
Câu 1: Phản ứng trong đó HCl thể hiện tính khử là
A. HCl + NaOH → NaCl + H2O
B. 2HCl + Mg → MgCl2 + H2
C. MnO2 + 4HCl → MnCl2 + Cl2 + 2H2O
D. CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O\
Lời giải:
Trong các phản ứng đã cho, phản ứng mà HCl thể hiện tính khử là phản ứng C: MnO2 + 4HCl → MnCl2 + Cl2 + 2H2O.
Trong phản ứng này, MnO2 (mangan dioxit) là chất oxi hóa, trong khi HCl là chất khử. HCl tác dụng với MnO2 để khử nó thành MnCl2 (clorua mangan (II)) và Cl2 (khí clo), trong khi cung cấp nước (H2O) trong quá trình này.
Câu 2: Magie tác dụng với axit clohiđric: Mg + 2HCl → MgCl2 + H2↑. Nếu có 12g Mg tham gia phản ứng. Thể tích khí hiđro thu được ở đktc là
A. 22,4 (lít)
B. 11,2 (lít)
C. 22,4 (lít)
D. 11,2 (lít)
Lời giải:
Để tính toán thể tích khí hiđro thu được từ phản ứng giữa 12g Mg và axit clohiđric, ta áp dụng quy tắc tỉ lệ mol và sử dụng thể tích mol của khí hiđro ở điều kiện tiêu chuẩn (ĐKTC).
Bước 1: Tính số mol của Mg
Sử dụng khối lượng mol của Mg (24,31 g/mol):
Số mol Mg = Khối lượng Mg / Khối lượng mol Mg = 12 g / 24,31 g/mol = 0,493 mol
Bước 2: Xác định tỉ lệ phản ứng
Theo phương trình phản ứng: Mg + 2HCl → MgCl2 + H2↑
Ta thấy rằng 1 mol Mg tạo ra 1 mol H2.
Vì vậy, số mol H2 cũng bằng 0,493 mol.
Bước 3: Tính thể tích khí hiđro
Sử dụng thể tích molar của khí hiđro ở ĐKTC (22,4 l/mol), ta có:
Thể tích khí hiđro = Số mol H2 x Thể tích molar = 0,493 mol x 22,4 l/mol = 11,04 lít
Kết quả là 11,04 lít khí hiđro thu được ở ĐKTC từ phản ứng giữa 12g Mg và axit clohiđric. Gần nhất với kết quả là đáp án D: 11,2 lít.
Câu 3: Kim loại tác dụng với dung dịch HCl và tác dụng với khí Cl2 đều thu được cùng một muối là
A. Fe
B. Zn
C. Cu
D. Ag
Lời giải:
Phản ứng với dung dịch HCl:
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
Phản ứng với khí Cl2:
Zn + Cl2 → ZnCl2
Vì vậy, đáp án chính xác là B: Zn.
Câu 4. Phản ứng nào dưới đây không phải là phản ứng thế?
A. CuO + H2 → Cu + H2O
B. Mg + 2HCl → MgCl2 + H2
C. Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O
D. Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu
Lời giải:
Trong các phản ứng được liệt kê, phản ứng không phải là phản ứng thế là phản ứng C: Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O.
Phản ứng C là một phản ứng trung hòa, trong đó canxi hydroxit (Ca(OH)2) tác dụng với khí carbon dioxide (CO2) để tạo ra canxi cacbonat (CaCO3) và nước (H2O).
Vì vậy, đáp án đúng là C.
Câu 5. Dãy gồm các chất đều tác dụng được với dung dịch HCl loãng là
A. KNO3, CaCO3, Fe(OH)3
B. NaHCO3, AgNO3, CuO
C. FeS, BaSO4, KOH
D. AgNO3, (NH4)2CO3, CuS
Lời giải:
Trong dãy các chất được liệt kê, dãy B bao gồm các chất NaHCO3, AgNO3 và CuO, tất cả đều có khả năng tác dụng với dung dịch HCl loãng.
Khi NaHCO3 (natri hidrocacbonat) tương tác với HCl loãng, sẽ tạo ra muối natri (NaCl), nước (H2O) và khí CO2 (cacbon dioxide).
Khi AgNO3 (bạc nitrat) phản ứng với HCl loãng, sẽ tạo ra muối bạc clorua (AgCl), nước (H2O) và khí NO2 (nitro dioxide).
Khi CuO (đồng oxit) tác dụng với HCl loãng, sẽ tạo ra muối đồng clorua (CuCl2) và nước (H2O).
Vì vậy, đáp án đúng là B.
