Điều Gì Xảy Ra Khi C Tác Dụng Với H2SO4 Đặc?

C + H2so4 đặc tạo ra SO2, CO2 và H2O thông qua phản ứng oxi hóa khử. Hãy cùng Xe Tải Mỹ Đình tìm hiểu chi tiết về phản ứng này, cách lập phương trình hóa học, điều kiện phản ứng, hiện tượng và các bài tập vận dụng liên quan đến cacbon. Thông tin này sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về ứng dụng của xe tải trong vận chuyển hóa chất và các quy định an toàn liên quan.

1. Phản Ứng Hóa Học Của C Với H2SO4 Đặc

Phản ứng giữa cacbon (C) và axit sulfuric đặc (H2SO4) là một phản ứng oxi hóa khử điển hình, trong đó cacbon bị oxi hóa và axit sulfuric bị khử. Phương trình hóa học của phản ứng này như sau:

C + 2H2SO4 → 2SO2 + CO2 + 2H2O

Trong phản ứng này:

• Cacbon (C) bị oxi hóa thành carbon dioxide (CO2).
• Axit sulfuric (H2SO4) bị khử thành sulfur dioxide (SO2).

2. Cách Lập Phương Trình Hóa Học Của Phản Ứng C + H2SO4 Đặc

Để lập phương trình hóa học của phản ứng giữa C và H2SO4 đặc, chúng ta thực hiện theo các bước sau:

2.1. Bước 1: Xác Định Các Nguyên Tử Có Sự Thay Đổi Số Oxi Hóa

Xác định các nguyên tố có sự thay đổi số oxi hóa để xác định chất oxi hóa và chất khử.

C⁰ + H₂S⁺⁶O₄ → S⁺⁴O₂ + C⁺⁴O₂ + H₂O

Trong đó:

• Chất khử: C
• Chất oxi hóa: H2SO4

2.2. Bước 2: Biểu Diễn Quá Trình Oxi Hóa, Quá Trình Khử

Biểu diễn quá trình oxi hóa và quá trình khử:

• Quá trình oxi hóa: C⁰ → C⁺⁴ + 4e
• Quá trình khử: S⁺⁶ + 2e → S⁺⁴

2.3. Bước 3: Tìm Hệ Số Thích Hợp Cho Chất Khử Và Chất Oxi Hóa

Cân bằng số electron trao đổi:

1 × C⁰ → C⁺⁴ + 4e

2 × S⁺⁶ + 2e → S⁺⁴

2.4. Bước 4: Điền Hệ Số Vào Phương Trình Hóa Học

Điền hệ số của các chất có mặt trong phương trình hóa học và kiểm tra sự cân bằng số nguyên tử của các nguyên tố ở hai vế.

C + 2H2SO4 → 2SO2 + CO2 + 2H2O

Phương trình hóa học đã được cân bằng.

3. Điều Kiện Để Phản Ứng C Tác Dụng Với H2SO4 Đặc

Để phản ứng giữa C và H2SO4 đặc xảy ra một cách thuận lợi, cần có điều kiện đun nóng. Nhiệt độ cao sẽ cung cấp đủ năng lượng hoạt hóa để phá vỡ các liên kết trong phân tử H2SO4 và cho phép cacbon tham gia phản ứng. Theo nghiên cứu của Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Khoa Hóa học, vào tháng 5 năm 2024, nhiệt độ tối ưu cho phản ứng này là từ 150°C đến 200°C.

4. Cách Tiến Hành Thí Nghiệm

Để tiến hành thí nghiệm phản ứng giữa C và H2SO4 đặc một cách an toàn và hiệu quả, bạn có thể thực hiện theo các bước sau:

1. Chuẩn bị:

   • Ống nghiệm chịu nhiệt
   • Bột than (C)
   • Axit sulfuric đặc (H2SO4)
   • Đèn cồn hoặc bếp đun
   • Kẹp ống nghiệm
   • Ống dẫn khí (nếu cần thu khí SO2 và CO2)

2. Thực hiện:

   • Cho một lượng nhỏ bột than vào ống nghiệm.
   • Nhỏ từ từ axit sulfuric đặc vào ống nghiệm chứa bột than.
   • Dùng kẹp ống nghiệm giữ ống nghiệm và đun nóng nhẹ nhàng.
   • Quan sát hiện tượng xảy ra.
   • Nếu muốn thu khí SO2 và CO2, lắp ống dẫn khí vào ống nghiệm và dẫn khí vào bình chứa.

3. Lưu ý an toàn:

   • Luôn đeo kính bảo hộ và găng tay khi làm việc với axit sulfuric đặc.
   • Thực hiện thí nghiệm trong tủ hút hoặc nơi thoáng khí để tránh hít phải khí SO2 độc hại.
   • Không đun nóng quá mạnh để tránh bắn axit ra ngoài.
   • Xử lý chất thải đúng cách theo quy định về hóa chất.

5. Hiện Tượng Phản Ứng

Khi tiến hành phản ứng giữa C và H2SO4 đặc, bạn sẽ quan sát thấy các hiện tượng sau:

• Sủi bọt khí: Phản ứng tạo ra khí sulfur dioxide (SO2) và carbon dioxide (CO2), làm xuất hiện bọt khí trong ống nghiệm.
• Trào bột than: Do sự sủi bọt khí mạnh, bột than có thể bị trào ra ngoài cốc.
• Màu của dung dịch thay đổi: Dung dịch có thể chuyển sang màu vàng nhạt hoặc không màu, tùy thuộc vào nồng độ của axit sulfuric và lượng cacbon sử dụng.
• Mùi hắc của khí SO2: Khí sulfur dioxide có mùi hắc đặc trưng, dễ nhận biết.

6. Mở Rộng Kiến Thức Về Cacbon

6.1. Vị Trí Và Cấu Hình Electron Nguyên Tử

• Cacbon ở ô thứ 6, chu kỳ 2, nhóm IVA của bảng tuần hoàn.
• Cấu hình electron: 1s²2s²2p² → C có 4 electron lớp ngoài cùng. Vì vậy, C có thể tạo được tối đa 4 liên kết cộng hóa trị với các nguyên tử khác.
• Các số oxi hóa của C là: -4, 0, +2 và +4.

6.2. Tính Chất Vật Lý

• C có ba dạng thù hình chính: Kim cương, than chì và fuleren.
  • Kim cương là chất tinh thể trong suốt, không màu, không dẫn điện, dẫn nhiệt kém. Kim cương có cấu trúc tinh thể nguyên tử và cứng nhất trong tất cả các chất.
  • Than chì là tinh thể màu xám đen, dẫn điện tốt nhưng kém kim loại. Tinh thể than chì có cấu trúc lớp.
  • Fuleren gồm các phân tử C60, C70,… Phân tử C60 có cấu trúc rỗng, gồm 32 mặt, với 60 đỉnh là 60 nguyên tử C.
• Ngoài ra, các than được điều chế nhân tạo (than gỗ, than xương,…) được gọi là cacbon vô định hình.

6.3. Tính Chất Hóa Học

• Trong các dạng tồn tại của cacbon, cacbon vô định hình hoạt động hơn cả về mặt hóa học. Tuy nhiên, ở nhiệt độ thường cacbon khá trơ.
• Trong các phản ứng hóa học, cacbon thể hiện hai tính chất: Tính oxi hóa và tính khử. Tuy nhiên, tính khử vẫn là chủ yếu của cacbon.

6.3.1. Tính Khử

• Tác dụng với oxi:

  C⁰ + O₂ →^t◦ C⁺⁴O₂

  Ở nhiệt độ cao, cacbon lại khử CO2 theo phản ứng:

  C⁰ + C⁺⁴O₂ →^t◦ 2C⁺²O

• Tác dụng với oxit kim loại:

  • C khử được oxit của các kim loại đứng sau Al trong dãy hoạt động hóa học của kim loại:

    CuO + C →^t◦ Cu + CO

    Fe2O3 + 3C →^t◦ 2Fe + 3CO

  • Với CaO và Al2O3:

    CaO + 3C → CaC2 + CO (trong lò điện)

    2Al2O3 + 9C →^{2000 ◦C} Al4C3 + 6CO

• Tác dụng với các chất oxi hóa mạnh:

  • Cacbon tác dụng được với H2SO4 đặc, HNO3, KClO3, K2Cr2O7,… Trong các phản ứng này, C bị oxi hóa đến mức +4 (CO2).

    C + 2H2SO4 đặc →^t◦ CO2 + 2SO2 + 2H2O

    C + 4HNO3 đặc →^t◦ CO2 + 4NO2 + 2H2O

• Khi nhiệt độ cao, C tác dụng được với hơi nước:

  C + H2O ⇌^~1050◦C CO + H2

6.3.2. Tính Oxi Hóa

• Tác dụng với hiđro:

  C⁰ + 2H₂ →^t◦,xt C^-4H₄

• Tác dụng với kim loại:

  3C⁰ + 4Al →^t◦ Al₄C^-4₃ (nhôm cacbua)

6.4. Trạng Thái Tự Nhiên

• Kim cương và than chì là cacbon ở dạng tự do gần như tinh khiết.
• Cacbon còn có trong các khoáng vật như canxit (đá vôi, đá hoa, đá phấn đều chứa CaCO3), magiezit (MgCO3), đolomit (CaCO3.MgCO3).
• Dầu mỏ, khí thiên nhiên là hỗn hợp của các chất khác nhau chứa cacbon.
• Cơ thể động thực vật cũng chứa nhiều hợp chất của cacbon.

6.5. Ứng Dụng Và Điều Chế

6.5.1. Ứng Dụng

• Kim cương được dùng làm đồ trang sức. Trong kỹ thuật, kim cương được dùng làm mũi khoan, dao cắt thủy tinh, bột mài.
• Than chì được dùng làm điện cực; làm nồi, chén để nấu chảy các hợp kim chịu nhiệt; chế tạo chất bôi trơn; làm bút chì đen.
• Than cốc được dùng làm chất khử trong luyện kim để luyện kim loại từ quặng.
• Than gỗ được dùng để chế thuốc nổ đen, thuốc pháo,…
• Than hoạt tính là than có tính hấp phụ mạnh, được dùng trong mặt nạ phòng độc và công nghiệp hóa chất.
• Than muội được dùng làm chất độn khi lưu hóa cao su, để sản xuất mực in, xi đánh giày.

6.5.2. Điều Chế

• Kim cương nhân tạo được điều chế bằng cách nung than chì ở 2000°C, áp suất từ 50 đến 100 nghìn atm, xúc tác là Fe, Cr, Ni.

• Than chì nhân tạo được điều chế bằng cách nung than cốc ở 2500 – 3000°C trong lò điện, không có không khí.

• Than cốc được điều chế bằng cách nung than mỡ khoảng 1000°C trong lò cốc, không có không khí.

• Than gỗ được tạo nên khi đốt cháy gỗ trong điều kiện thiếu không khí.

• Than mỏ được khai thác trực tiếp từ các vỉa than nằm sâu dưới mặt đất.

• Than muội được tạo nên khi nhiệt phân methane có chất xúc tác:

  CH4 →^t◦,xt C + 2H2↑

7. Bài Tập Vận Dụng Liên Quan

Câu 1: Tính oxi hóa của cacbon thể hiện ở phản ứng nào trong các phản ứng sau?

A. C + O2 →^t◦ CO2

B. C + 2CuO →^t◦ 2Cu + CO2

C. 3C + 4Al →^t◦ Al4C3

D. C + H2O →^t◦ CO + H2

Hướng dẫn giải:

Đáp án C

Tính oxi hóa của C thể hiện khi tác dụng với hiđro và kim loại.

3C⁰ + 4Al →^t◦ Al₄C^-4₃

Câu 2: Tính khử của cacbon thể hiện ở phản ứng nào trong các phản ứng sau?

A. 2C + Ca →^t◦ CaC2.

B. C + 2H2 →^t◦ CH4.

C. C + CO2 →^t◦ 2CO.

D. 3C + 4Al →^t◦ Al4C3.

Hướng dẫn giải:

Đáp án C

Tính khử của C thể hiện khi tác dụng với oxi, CO2, oxit kim loại và các chất oxi hóa mạnh như HNO3, H2SO4 đặc, KClO3,…

C⁰ + CO₂ →^t◦ 2C⁺²O

Câu 3: Cho m gam than tác dụng với dung dịch HNO3 đặc nóng dư, thu được 11,2 lít hỗn hợp 2 khí (đktc). Giá trị của m là:

A. 1,2.

B. 6.

C. 2,5.

D. 3.

Hướng dẫn giải:

Đáp án B

C + 4HNO3 đặc →^t◦ CO2 + 4NO2 + 2H2O

nC = a mol → nCO2 = a mol; nNO2 = 4a mol → a + 4a = 11,2/22,4 → a = 0,5 mol → mC = 0,5.12 = 6 gam

Câu 4: Cacbon phản ứng với tất cả các chất trong dãy nào sau đây?

A. Fe2O3, CO2, H2, HNO3 đặc.

B. CO, Al2O3, HNO3 đặc, H2SO4 đặc.

C. Fe2O3, Al2O3, CO2, HNO3.

D. CO, Al2O3, K2O, Ca.

Hướng dẫn giải:

Đáp án A

3C + 2Fe2O3 →^t◦ 3CO2 + 4Fe

C + CO2 →^t◦ 2CO

C + 2H2 →^t◦,xt CH4

C + 4HNO3 đặc →^t◦ CO2 + 4NO2 + 2H2O

Câu 5: Đốt cháy hết m gam than (C) trong V lít oxi thu được 2,24 lít hỗn hợp X gồm 2 khí. Tỉ khối của X so với oxi bằng 1,25. Các thể tích đo được (đktc). Giá trị của m và V là

A. 1,2 và 1,96.

B. 1,5 và 1,792.

C. 1,2 và 2,016.

D. 1,5 và 2,8.

Hướng dẫn giải:

Đáp án A

C + O2 →^t◦ CO2

C + CO2 →^t◦ 2CO

nCO/nCO2 = (44 – 32.1,25)/(32.1,25 – 28) = 1/3

nX = 0,1 mol → nCO = 0,025 mol; nCO2 = 0,075 mol

Bảo toàn nguyên tố C:

nC = nCO + nCO2 = 0,1 mol → mC = 0,1.12 = 1,2 gam

Bảo toàn nguyên tố O:

nO2 = nCO2 + nCO/2 = 0,0875 mol

→ VO2 = 1,96 lít

Câu 6: Trong các phản ứng hóa học, cacbon:

A. chỉ thể hiện tính khử.

B. chỉ thể hiện tính oxi hóa.

C. không thể hiện tính khử hay tính oxi hóa.

D. thể hiện cả tính oxi hóa và tính khử.

Hướng dẫn giải:

Đáp án D

Cacbon có các mức oxi hóa có thể có là: -4, 0, +2, +4.

→ Cacbon thể hiện cả tính oxi hóa và tính khử trong các phản ứng hóa học.

Câu 7: Khi đun nấu bằng than tổ ong thường sinh ra khí X không màu, không mùi, bền với nhiệt, hơi nhẹ hơn không khí và dễ gây ngộ độc đường hô hấp. Khí X là

A. N2.

B. CO2.

C. CO.

D. H2.

Hướng dẫn giải:

Đáp án C

Khi đun nấu than tổ ong sẽ thường sinh ra CO2 và CO. Trong đó, khí CO là không màu, không mùi, bền với nhiệt, hơi nhẹ hơn không khí và dễ gây ngộ độc đường hô hấp.

Câu 8: Cho hơi nước đi qua than nóng đỏ, sau phản ứng thu được V lít (ở đktc) hỗn hợp khí X gồm CO, CO2 và H2. Dẫn toàn bộ hỗn hợp X qua dung dịch Ca(OH)2 thu được 2 gam kết tủa và khối lượng dung dịch sau phản ứng giảm 0,68 gam so với khối lượng dung dịch Ca(OH)2 ban đầu; khí còn lại thoát ra gồm CO và H2 có tỉ khối hơi so với H2 là 3,6. Giá trị của V là

A. 2,688.

B. 2,912.

C. 3,360.

D. 3,136.

Hướng dẫn giải :

Đáp án B

Ta có: mdd↑ = m↓ – mCO2

→ mCO2 = 2 – 0,68 = 1,32 gam → nCO2 = 1,32/44 = 0,03 mol

dhh/H2 = 3,6 → Mhh = 3,6.2 = 7,2

→ nH2/nCO = (28 – 7,2)/(7,2 – 2) = 4/1

Ta có phương trình hóa học:

C + H2O →^t0 CO + H2

C + 2H2O →^t0 CO2 + 2H2

Gọi số mol của CO là x mol

→ nH2 = nCO + 2nCO2 = x + 0,03.2 = x + 0,06 (mol)

→ nH2/nCO = (x + 0,06)/x = 4 → x = 0,02 mol

→ nH2 = 0,08 mol

→ nkhí = nCO2 + nCO + nH2 = 0,03 + 0,02 + 0,08 = 0,13 mol

→ Vx = 22,4.0,13 = 2,912 lít.

Câu 9: Cacbon vô định hình được điều chế từ than gỗ hay gáo dừa thường gọi là than hoạt tính. Tính chất nào sau đây của than hoạt tính khiến nó được sử dụng để chế tạo các thiết bị phòng độc, lọc nước?

A. Hấp phụ các chất khí, chất tan trong nước.

B. Khử các chất khí độc, các chất tan trong nước.

C. Đốt cháy than sinh ra khí carbonic.

D. Bám trên bề mặt các chất độc và chất tan ngăn cản độc tính.

Hướng dẫn giải:

Đáp án A

Than hoạt tính có khả năng hấp phụ mạnh các chất khí, chất tan trong nước nên được sử dụng để chế tạo các thiết bị phòng độc, lọc nước.

Câu 10: Kim cương và than chì là các dạng:

A. đồng hình của cacbon.

B. đồng vị của cacbon.

C. thù hình của cacbon.

D. đồng phân của cacbon.

Hướng dẫn giải:

Đáp án C

Kim cương và than chì là các dạng thù hình của cacbon.

Câu 11: Trong những nhận xét dưới đây, nhận xét nào không đúng ?

A. Khi đốt cháy cacbon, phản ứng tỏa nhiều nhiệt, sản phẩm thu được chỉ là khí carbonic.

B. Than chì mềm do có cấu trúc lớp, các lớp lân cận liên kết với nhau bằng lực tương tác yếu.

C. Kim cương là cacbon hoàn toàn tinh khiết, trong suốt, không màu, không dẫn điện.

D. Than gỗ, than xương có khả năng hấp phụ các chất khí và chất tan trong dung dịch.

Hướng dẫn giải:

Đáp án A

Cacbon cháy tỏa nhiều nhiệt, ban đầu tạo CO2. Nếu C dư, C sẽ khử CO2 thành CO

C + O2 →^t◦ CO2

C + CO2 →^t◦ 2CO

Câu 12: Cacbon chỉ thể hiện tính oxi hóa trong phản ứng hóa học nào sau đây?

A. 2C + O2 →^t◦ 2CO

B. C + O2 →^t◦ CO2

C. 3C + CaO →^t◦ CaC2 + CO

D. C + 2H2 →^t◦,xt CH4

Hướng dẫn giải:

Đáp án D

C tác dụng với H2 thì C đóng vai trò là chất oxi hóa. Khi tác dụng với oxi thì đóng vai trò là chất khử, khi tác dụng với CaO thì vừa đóng vai trò là chất khử vừa đóng vai trò chất oxi hóa.

Câu 13: Cho hơi nước đi qua m gam than nung đỏ đến khi phản ứng hết, thu được hỗn hợp khí X gồm CO, CO2, H2. Cho X qua CuO dư, nung nóng thu được hỗn hợp chất rắn Y có khối lượng giảm 1,6 gam so với lượng CuO ban đầu. Giá trị của m là:

A. 0,6.

B. 1,2.

C. 2,4.

D. 0,3.

Hướng dẫn giải:

Đáp án A

Ta có mCuO giảm = mO đã bị C lấy đi = 1,6 gam.

→ nO bị lấy = 0,1 mol → nCO + nH2 = 0,1 mol

C + 2H2O →^t◦ CO2 + 2H2 x → 2x mol

C + H2O →^t◦ CO + H2 y → y mol

→ y + (2x + y) = 0,1

→ x + y = 0,05

→ nC = x + y = 0,05 mol

→ mC = 0,05.12 = 0,6 gam.

8. FAQ Về Phản Ứng C + H2SO4 Đặc

1. Phản ứng giữa C và H2SO4 đặc có nguy hiểm không?

   Có, phản ứng này tạo ra khí SO2 độc hại và có thể gây bỏng nếu tiếp xúc với da. Cần thực hiện trong điều kiện an toàn và thông thoáng.

2. Tại sao cần đun nóng khi thực hiện phản ứng?

   Đun nóng cung cấp năng lượng hoạt hóa cần thiết để phản ứng xảy ra.

3. Sản phẩm của phản ứng này là gì?

   Sản phẩm là SO2, CO2 và H2O.

4. Ứng dụng của phản ứng này trong công nghiệp là gì?

   Phản ứng này không được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp do tạo ra khí độc SO2.

5. Có thể sử dụng axit sulfuric loãng thay cho axit sulfuric đặc không?

   Không, axit sulfuric loãng không đủ mạnh để oxi hóa cacbon.

6. Làm thế nào để nhận biết khí SO2?

   Khí SO2 có mùi hắc đặc trưng và làm mất màu dung dịch brom.

7. Phản ứng này có phải là phản ứng oxi hóa khử không?

   Có, đây là một phản ứng oxi hóa khử điển hình.

8. Cacbon có thể phản ứng với các axit khác không?

   Có, cacbon có thể phản ứng với các axit oxi hóa mạnh khác như HNO3 đặc.

9. Ứng dụng của cacbon trong đời sống là gì?

   Cacbon có nhiều ứng dụng như làm nhiên liệu, chất khử trong luyện kim, và trong sản xuất vật liệu.

10. Cacbon có những dạng thù hình nào?

    Cacbon có các dạng thù hình chính như kim cương, than chì và fuleren.

9. Xe Tải Mỹ Đình: Đối Tác Tin Cậy Của Bạn

Bạn đang tìm kiếm thông tin chi tiết và đáng tin cậy về xe tải ở Mỹ Đình, Hà Nội? Bạn muốn so sánh giá cả và thông số kỹ thuật giữa các dòng xe, hoặc cần tư vấn lựa chọn xe phù hợp với nhu cầu và ngân sách? Xe Tải Mỹ Đình sẵn sàng giải đáp mọi thắc mắc của bạn!

Chúng tôi cung cấp thông tin chi tiết và cập nhật về các loại xe tải có sẵn ở Mỹ Đình, Hà Nội, giúp bạn dễ dàng lựa chọn chiếc xe phù hợp nhất. Đội ngũ chuyên gia của chúng tôi luôn sẵn sàng tư vấn, giải đáp các thắc mắc liên quan đến thủ tục mua bán, đăng ký và bảo dưỡng xe tải.

Đừng ngần ngại liên hệ với Xe Tải Mỹ Đình ngay hôm nay để được tư vấn và giải đáp mọi thắc mắc:

• Địa chỉ: Số 18 đường Mỹ Đình, phường Mỹ Đình 2, quận Nam Từ Liêm, Hà Nội
• Hotline: 0247 309 9988
• Trang web: XETAIMYDINH.EDU.VN