Thế nào là phản ứng thế?

Định nghĩa “Phản ứng thế là gì?”

Sách giáo khoa Hóa học 8, bài 33 đã định nghĩa rất rõ khái niệm phản ứng thế là gì. Theo đó: “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 phản ứng thế:

Zn + 2HCL → ZnCl2 + H2

Đơn chất kẽm - Zn. (Ảnh: Wikipedia.org)

Trong phản ứng trên ta có đơn chất kẽm (Zn) phản ứng với hợp chất chất (axit HCL). Sau phản ứng, nguyên tử của đơn chất là Zn đã thay thế hidro trong hợp chất.

Phân loại phản ứng thế và ví dụ minh họa

Nói đến phản ứng thế, ta nhắc đến phản ứng thế trong hóa học hữu cơ và phản ứng thế trong hóa học vô cơ.

Phản ứng thế trong hóa học vô cơ

Phản ứng thế trong hóa học vô cơ luôn có sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tố. Bản chất của phản ứng thế là một phản ứng hóa học, trong đó một nguyên tố có hoạt động hóa học mạnh hơn sẽ thay thế cho các nguyên tố có hoạt động hóa học yếu hơn trong các hợp chất của nguyên tố này, với điều kiện cụ thể về nhiệt độ và áp suất.

Phương trình phản ứng minh họa: A + BX -> AX + B

Phân loại phản ứng thế.

Phản ứng thế trong hóa học hữu cơ

Phản ứng thế trong các hợp chất hữu cơ được chia thành 3 loại chính, đó là:

• Phản ứng thế ái lực điện tử.

• Phản ứng thế ái lực hạt nhân.

• Phản ứng thế gốc.

Đây là dạng phản ứng thường gặp ở các hydrocacbon no, ký hiệu là S. Đây là dạng phản ứng dây chuyền và muốn khơi mào phản ứng, chúng ta cần phải chiếu sáng hoặc cho thêm các chất dễ phân hủy thành gốc tự do hoạt động vào.

Điều chế hidro phản ứng thế

Trong phòng thí nghiệm và trong công nghiệp, nhiều khi người ta cần dùng khí hidro. Vậy điều chế hidro phản ứng thế như thế nào?

Điều chế hidro trong phòng thí nghiệm

“Trong phòng thí nghiệm, khí hidro được điều chế bằng cách cho axit (HCl hoặc H2SO4 loãng) tác dụng với kim loại kẽm (hoặc sắt hay nhôm)”. (Sách giáo khoa Hóa học 8, NXB Giáo dục Việt Nam).

Axit HCl. (Ảnh: Sưu tầm Internet)

Cụ thể quá trình điều chế như sau:

• Cho một mảnh kẽm hoặc 2, 3 hạt kẽm (Zn) vào ống nghiệm.

• Rót 2 - 3 ml dung dịch axit clohidric (HCl) vào ống nghiệm đó.

• Tiến hành đậy ống nghiệm lại bằng một nút cao su có ống dẫn khí xuyên qua. Sau khi khử độ tinh khiết, khẳng định dòng khí hidro không có lẫn khí oxi. Lúc này, chúng ta đưa que đom đóm còn tàn đỏ vào đầu ống dẫn khí và thấy que đóm cháy.

Nhỏ tiếp một giọt dung dịch trong ống nghiệm lên mặt kính đồng hồ và đem cô cạn quan sát hiện tượng ta thấy:

• Xuất hiện các bọt khí trên bề mặt mảnh kẽm rồi thoát ra khỏi chất lỏng sau đó mảnh kẽm tan dần.

• Que đóm đóm còn tàn đỏ được đưa vào đầu ống dẫn khí, khí thoát ra không làm cho than hồng bùng cháy nữa.

• Đưa que đóm đang cháy vào đầu ống dẫn khí, khí thoát ra sẽ cháy được trong không khí với ngọn lửa màu xanh nhạt, đó chính là khí hidro.

• Tiến hành cô cạn một giọt dung dịch, ta sẽ thu được một chất rắn màu trắng đó là kẽm clorua (ZnCl2).

Ta có phương trình hóa học điều chế Hidro trong phòng thí nghiệm như sau:

Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2

Lưu ý: Có thể thay thế HCl bằng H2SO4 loãng; Zn bằng Fe hoặc Al.

Trường hợp muốn điều chế hidro trong phòng thí nghiệm với một lượng lớn hơn, ta tiến hành các bước như sau:

• Đổ dung dịch axit HCl loãng vào phễu.

• Mở khóa cho dung dịch axit từ phễu chảy xuống lọ và tác dụng với kẽm.

• Thu khí hiđro vào ống nghiệm bằng cách: Hiđro đẩy nước ra khỏi ống nghiệm hoặc hiđro đẩy không khí ra khỏi ống nghiệm.

Điều chế hidro trong công nghiệp

Trong công nghiệp, người ta điều chế khí hidro (H2) bằng 3 cách:

• Điện phân nước.

• Dùng than khử oxi của nước (H2O) trong lò khí than.

• Điều chế H2 từ khí tự nhiên, khí dầu mỏ.

Bài tập thực hành bài học về phản ứng thế

Những bài tập xoay quanh phản ứng thế dưới đây được Monkey tổng hợp từ sách giáo khoa Hóa học 8 và gợi ý đáp án để các bạn học sinh dễ dàng ôn tập.

Bài 1 (Bài tập 1, Sách giáo khoa Hóa học 8, trang 117)

Những phản ứng hóa học nào dưới đây có thể được dùng để điều chế hidro trong phòng thí nghiệm?

Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2.

2H2O → 2H2 + O2.

2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2.

Gợi ý đáp án:

Dựa vào nội dung bài học về điều chế hidro phản ứng thế ở trên ta có thể nhận thấy dễ dàng thí nghiệm số 1 và số 3 được dùng để điều chế hidro trong phòng thí nghiệm. Ở đây, hiđro được điều chế từ Zn hoặc Al tác dụng HCl hoặc H2SO4 loãng.

Bài số 2 (Bài tập 4 trang 117 SGK Hóa 8)

Trong phòng thí nghiệm hóa học có các kim loại kẽm và sắt, dung dịch HCl và axit H2SO4.

1/ Viết các phương trình hóa học có thể điều chế hiđro;

2/ Phải dùng bao nhiêu gam kẽm, bao nhiêu gam sắt để điều chế được 2.24 lít khí hiđro (đktc)?

Gợi ý đáp án:

1/ Viết phương trình hóa học có thể điều chế hidro:

Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2.

Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2.

Fe + H2SO4 → FeSO4+ H2.

Fe + 2HCl → FeCl2 + H2.

2/ Tính khối lượng gam Zn, Fe

Ta có: nH2 = 2.24/22.4 = 0.1 mol

Khối lượng Fe cần dùng (mFe) = 56.0,1 = 5,6g.

Khối lượng Zn cần dùng (mZn) = 65.0,1 = 6,5g.