[CHUẨN NHẤT] Điều chế H2 trong công nghiệp | Myphamthucuc.vn

Câu hỏi: Điều chế hiđro trong công nghiệp

Lời giải:

–  Trong công nghiệp người ta điều chế hiđro bằng cách điện phân nước hoặc dùng than khử oxi của nước trong lò khí than hoặc điều chế H₂ từ khí thiên nhiên, khí dầu mỏ.

2H₂O -điện phân→ 2H₂ + O₂

Cùng Top lời giải đi tìm hiểu về Hidro và phản ứng thế nhé.

I. HIDRO

     – Khí Hidro là chất khí nhẹ có tên tiếng anh là hydrogen và tên tiếng latinh của nó là hydrogenium. Hidro là một nguyên tố hóa học ở trong hệ thống tuần hoàn các nguyên tố và có nguyên tử khối bằng 1 (1đvC).

1.Hydrogen là gì?

     – Hydrogen là một nguyên tố hóa học chứa 1 proton và 1 nơtron. Khí hidro được coi là một nguyên tố phổ biến tạo nên 75% khối lượng của vũ trụ.

     – Trên trái đất, khí Hydrogen thường tồn tại ở dạng khí và hay được gọi là khinh khí vì nhẹ nhất, hóa trị 1 và phản ứng với hầu hết những nguyên tố hóa học khác. Một trong những sự kết hợp phổ biến của hydro là với nguyên tố Oxygen để tạo ra phân tử nước.

     – Khí Hydrogen là loại khí không màu, không có mùi, không vị và không hóa chất. Giống như những chất thông thường thì khí Hydro hay Khí hydrogen tồn tại dưới các dạng lỏng, rắn và khí.

Kí hiệu khí hidro 

     – Ở điều kiện nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn thì khí hydro là một khí lưỡng nguyên tử, công thức phân tử hay khí hidro kí hiệu là H₂.

     – Khí dễ bắt cháy, có nhiệt độ sôi là 20,27 K (-252,87 °C) và mức nhiệt độ nóng chảy là 14,02 K (-259,14 °C). Tinh thể hydro là dạng cấu trúc lục phương.

2. Tính chất vật lí

     – Ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn hydro là một khí lưỡng nguyên tử có công thức phân tử H₂, không màu, không mùi, khó hóa lỏng, dễ bắt cháy, có nhiệt độ sôi 20,27 K (-252,87 °C) và nhiệt độ nóng chảy 14,02 K (-259,14 °C). Tan rất ít trong nước, tan nhiều trong dung môi hữu cơ.

3. Tính chất hóa học

     – Hidro là phi kim, Hydro có hóa trị 1 và có thể phản ứng với hầu hết các nguyên tố hóa học khác.

     – Bị kim loại (Fe, Ni, Pt, Pd) hấp thụ hóa học. Chất khử mạnh ở nhiệt độ cao. Hiđro nguyên tử Ho có khả năng khử đặc biệt cao, được tạo nên khi nhiệt phân hiđro phân tử H₂ hay do phản ứng trực tiếp trong vùng tiến hành quá trình khử.

a. Tác dụng với kim loại

     – Hidro tác dụng được với nhiều kim loại mạnh tạo hợp chất hidrua.

Ví dụ: 

H₂ + 2Na → 2NaH (natri hidrua)

b. Tác dụng với phi kim: Hidro tác dụng được với nhiều phi kim

H₂ + Cl₂ → 2HCl

2H₂ + O₂ → 2H₂O

3H₂ + N₂ → 2NH₃.

c. Tác dụng với oxit kim loại

     – Hidro khử được nhiều oxit kim loại ở nhiệt độ cao.

Ví dụ:

FeO + H₂ → Fe + H₂O

CuO + H₂ → Cu + H₂O

4. Trạng thái tự nhiên

     – Hiđro thiên nhiên chứa đồng vị  1H(proti) với tạp chất là đồng vị bền 2H (đơteri D, nhiều) và đồng vị phóng xạ 3H (triti T, vết).

     – Hiđrô là nguyên tố phổ biến nhất trong vũ trụ. Nguồn chủ yếu của nó là nước, bao gồm hai phần hiđrô và một phần ôxy (H₂O). Các nguồn khác bao gồm phần lớn các chất hữu cơ (hiện tại là mọi dạng của cơ thể sống), than, nhiên liệu hóa thạch và khí tự nhiên. Mêtan (CH₄) là một nguồn quan trọng của hiđrô.

5. Điều chế.

a. Điều chế khí hiđro trong phòng thí nghiệm

     – Trong phòng thí nghiệm để điều chế H₂ thường sử dụng axit HCl (hoặc H₂SO₄ loãng) và kim loại Zn (hoặc Fe, hoặc Al).

Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑

     – Khí H₂ ít tan trong nước và nhẹ hơn không khí nên ta có thể thu H₂ theo 2 cách: Đẩy nước và đẩy không khí.

hình a) thu khí hidro bằng cách đẩy nước;

hình b) thu khí hidro bằng cách đẩy không khí

b. Điều chế hiđro trong công nghiệp

     – Trong công nghiệp người ta điều chế hiđro bằng cách điện phân nước hoặc dùng than khử oxi của nước trong lò khí than hoặc điều chế H₂ từ khí thiên nhiên, khí dầu mỏ.

2H₂O -điện phân→ 2H₂ + O₂

6. Ứng dụng 

     – Hiện nay ứng dụng khí hydrogen hay khí hidro được sử dụng nhiều trong các ngành nghề và lĩnh vực khác nhau như:

     – Ngành hàng không vũ trụ: dùng khí H₂ như một nguồn năng lượng đóng vai trò quan trọng giảm phát thải không mong muốn, làm nhiên liệu cho tên lửa. Dùng H₂ hỗ trợ cho các hệ thống máy tính ở môi trường không gian.

     – Xử lý nhiệt khí lò hiệu quả. Khí H₂ tạo ra khí hóa lỏng công nghiệp vì tính chất truyền nhiệt cao.

     – Hàn cắt plasma và chế tạo ra kim loại, nó thường được trộn với khí argon để hàn thép không gỉ.

     – Khí H₂ được dùng trong các ngành công nghiệp như lọc hóa dầu, sản xuất ra chất Methanol, dầu ăn hay margarine.

     – Sử dụng khí hydrogen phổ biến trong phòng thí nghiệm làm nhiệm vụ chất xúc tác hay chất điều chế,…

II. PHẢN ỨNG THẾ

Xét hai phản ứng:

Zn  +   2HCl  →  ZnCl₂   +   H₂↑

Fe  +   H₂SO₄  → FeSO₄   +   H₂↑

     – Trong hai phản ứng trên ta thấy: Sau phản ứng Zn và Fe đã thế chỗ vị trí của H trong phân tử axit HCl và H₂SO₄ để tạo thành các muối tương ứng, H bị kim loại thế chỗ tách ra khỏi phân tử axit tạo thành khí H₂.

     – Hai phản ứng trên được gọi là phản ứng thế.

     – Vậy phản ứng thế là phản ứng hóa học giữa đơn chất và hợp chất, trong đó nguyên tử của đơn chất thay thế nguyên tử của một nguyên tố khác trong hợp chất.

Ví dụ: 

2Al   +   3CuSO₄  →  Al₂(SO₄)₃   +   3Cu