Cân bằng phương trình C + H2SO4 đặc → SO2 + CO2 + H2O

Cân bằng phương trình C + H2SO4 đặc → SO2 + CO2 + H2O
1. Cân bằng phương trình hóa học là gì
Phương trình hóa học là một phương trình gồm có hai vế nối với nhau bởi dấu mũi tên
từ trái sang phải, vế trái biểu diễn các chất tham gia phản ứng, vế phải biểu diễn các chất thu
được sau phản ứng, tất cả các chất đều được viết bằng công thức hóa học của chúng và có
những hệ số phù hợp đặt trước công thức hóa học đó để đảm bảo đúng định luật bảo toàn khối lượng.
Định luật bảo toàn khối lượng cho biết số lượng của mỗi nguyên tố không thay đổi
trong một phản ứng hóa học. Do đó, mỗi vế của phương trình hóa học phải đại diện cho cùng
một lượng của bất kỳ nguyên tố cụ thể nào. Tương tự như vậy, điện tích được bảo toàn trong
một phản ứng hoá học. Do đó, điện tích giống nhau phải có ở cả hai vế của phương trình cân bằng.
Người ta cân bằng một phương trình hóa học bằng cách thay đổi số cho mỗi công thức
hóa học. Các phương trình hóa học đơn giản có thể được cân bằng bằng cách kiểm tra, nghĩa
là bằng cách thử và sai. Cũng có một cách khác liên quan đến việc giải hệ phương trình tính.
Phương pháp kiểm tra có thể được phác thảo như đặt hệ số 1 trước công thức hóa học
phức tạp nhất và đặt các hệ số khác trước mọi công thức khác sao cho cả hai bên của mũi tên
đều có cùng số nguyên tử. Nếu tồn tại bất kỳ hệ số phân số nào, ta nhân mọi hệ số với số nhỏ
nhất cần thiết, thường là mẫu số của hệ số phân số đối với phản ứng có hệ số phân số duy nhất.
2. Cân bằng phương trình C + H2SO4 đặc → SO2 + CO2 + H2O
Điều kiện phản ứng hóa học: NHiệt độ phải đủ cao đến mức axit H2SO4 đặc bốc hơi
và không làm ngưng tụ sản phẩm. Phản ứng hóa học C + H2SO4 đặc tạo ra sản phẩm là CO2
và SO2 thuộc loại phản ứng oxi hóa khử, trong đó: C là chất khử, H2SO4 là chất oxi hóa. Với
điều kiện ở môi trường có nhiệt độ bình thường thì phản ứng không xảy ra quá mạnh mẽ và
phản ứng này sẽ thuận lợi hơn khi có sự gia tăng nhiệt độ bằng cách đun nóng hỗn hợp trong
suốt quá trình diễn ra. Các bước cân bằng phương trình như sau:
Bước 1: Biểu diễn quá trình oxi hóa khử:
Quá trình oxi hóa: C0 → C+4 +4e
Quá trình khử: S+6 + 2e → S+4
Bước 2: Tìm hệ số thích hợp cho chất khử và chất oxi hóa: Tổng e chất khử bằng tổng e chất oxi hóa.
Theo đó, e chất khử là 4e và số e chất oxi hóa là 2e, hai hệ số này có bội chung là 4e.
Vậy, quá trình khử cần 2S+6 để có thể bằng với quá trình oxi hóa C. Sau h
Quá trình khử: 2S+6 + 2x2e → 2S+4
Bước 3: Điền hệ số của các chất có mặt trong phương trình hóa học. Kiểm tra sự cân
bằng số nguyên tử của các nguyên tố ở hai vế.
C + 2H2SO4 → 2SO2 + CO2 + 2H2O
3. Tại sao phản ứng giữa C và H2SO4 đặc, nóng tạo ra khí?
Phản ứng giữa C và H2SO4 đặc, nóng tạo ra khí do sự oxi hóa của axit sunfuric đối với
cacbon. Trong phản ứng này, axit sunfuric cung cấp oxi cho cacbon, tạo ra các sản phẩm khí như SO2 và CO2.
Axit sunfuric có tính oxi hóa mạnh, khi tác dụng với cacbon, nó nhận các electron từ
cacbon và chuyển đổi thành các ion sunfat, trong khi cacbon được oxi hóa thành cacbon đioxit.
Trong quá trình này, cũng có sự giảm electron và sự thủy phân của axit sunfuric, dẫn đến việc
tạo ra các phân tử nước và khí đioxit lưu huỳnh.
4. Có thể thay thế H2SO4 đặc bằng chất khác trong phản ứng với C không?
Có thể thay thế H2SO4 đặc bằng chất khác trong phản ứng với C nhưng sẽ có những
sự khác biệt về điều kiện phản ứng và sản phẩm tạo thành.
Lý do chính để thay thế H2SO4 đặc là vì H2SO4 đặc có tính oxi hóa mạnh, có thể tác
động mạnh đến các chất hữu cơ. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, chúng ta có thể thay thế
H2SO4 đặc bằng các chất khác như: HNO3; HClO4; KMnO4; HCl; ... Tuy nhiên, điều kiện và
sản phẩm sẽ khác nhau theo chất khác được sử dụng.
Việc thay thế H2SO4 đặc bằng chất khác có thể làm thay đổi tốc độ phản ứng và cả sản
phẩm tạo thành. Chất khác được sử dụng có thể không tác động mạnh đến các chất hữu cơ như
H2SO4, do đó tốc độ phản ứng có thể chậm hơn và sản phẩm tạo thành có thể khác.
Điều này cũng phụ thuộc vào mục đích của phản ứng và điều kiện cụ thể. Do đó, việc
thay thế H2SO4 đặc bằng chất khác cần được xác định kỹ lưỡng để đảm bảo kết quả phản ứng như mong muốn.
5. Ứng dụng của phản ứng C với H2SO4 đặc trong thực tế
Phản ứng giữa C và H2SO4 có nhiều ứng dụng trong thực tế như:
- Sản xuất ethanol: Phản ứng giữa C và H2SO4 đặc được sử dụng trong quá trình sản
xuất ethanol từ axit axetic. Cụ thể, axit axetic sẽ cho tác dụng với C và H2SO4 đặc để tạo ra
một chất trung gian được gọi là axit axetic, sau đó đưa qua quá trình biến đổi khác để tạo ra
ethanol. Phản ứng này là quan trọng trong công nghiệp rượu và hóa chất.
- Tạo đốm: H2SO4 đặc có khả năng tạo đốm trên vải, giúp tạo ra các họa tiết đa dạng
và thẩm mỹ trên vải. Quá trình này thường được sử dụng trong ngành công nghiệp may mặc
để tạo ra các sản phẩm vải có họa tiết nổi bật và độc đáo.
- Tạo hợp chất hữu cơ: Phản ứng C và H2SO4 đặc cũng được sử dụng trong tổng hợp
một số hợp chất hữu cơ quan trọng. Ví dụ, phản ứng này có thể tạo ra anilin từ benzen, tạo ra
cacbonat etil từ ethanol, hoặc tạo ra ete từ cồn.
- Tinh chế dầu mỏ: H2SO4 đặc cũng được sử dụng trong quá trình tinh chế dầu mỏ. Cụ
thể, axit sunfuric này có khả năng tách các chất cặn và tạp chất trong dầu mỏ, giúp làm sạch và
tăng cường chất lượng dầu.
6. Bài tập vận dụng phương trình C + H2SO4 đặc → SO2 + CO2 + H2O
Bài 1: Cho m gam cacbon tác dụng hết với dung dịch H2SO4 đặc, nóng thu được V lít
ở điều kiện tiêu chuẩn hỗn hợp khí X gồm CO2 và SO2. Hấp thụ hết X bằng dung dịch NaOH
vừa đủ thu được dung dịch Y chỉ chứa hai muối trung hòa. Cô cạn dung dịch Y ta thu được
35,8 gam muối khan. Giá trị của m và V lần lượt là: A. 2,4 gam và 6,72 lít B. 2,4 gam và 4,48 lít C. 1,2 gam và 22,4 lít D. 1,2 gam và 6,72 lít
Bài 2: Cho m gam C và S vào dung dịch H2SO4 đặc, nóng dư thu được hỗn hợp khí X
gồm CO2 và SO2 có tỷ lệ khối hơi so với H2 bằng 29,436. Dẫn toàn bộ X vào trong dung dịch
chứa 0,08 mol Na2CO3 và 0,54 mol NaOH thì thu được 50,43 gam muối. Giá trị của m gần nhất là: A. 1,92 gam B. 3,2 gam C. 2,15 gam D. 4,48 gam
7. Đáp án bài tập vận dụng phương trình C + H2SO4 đặc → SO2 + CO2 + H2O
Bài 1: Hướng dẫn cách giải:
Phương trình hóa học bao gồm:
C + 2H2SO4 → CO2 + 2H2O + 2SO2 (Gọi a là số mol của C trước phản ứng thì sau
quá trình phản ứng nCO2 là a mol, nSO2 là 2a mol)
Hấp thụ dung dịch X gồm CO2 và SO2 bằng dung dịch NaOH thu hai muối trung hoà
nên có phương trình phản ứng sau:
CO2 + 2NaOH → Na2CO3 + H2O ( nNa2CO3 = nCO2 = a)
SO2 + 2NaOH → Na2SO3 + H2O ( nNaSO3 = nSO2 = 2a)
Theo đề bài, cuối phản ứng ta thu được 35,8 gam muối khan ở đây là Na2CO3 và Na2SO3:
mNa2CO3 + mNa2SO3 =35,8 gam ⇔ 106a + 126x2a = 35,8 gam ⇒ a= 0,1 mol
Vậy khối lượng m của cacbon: m = 0,1 x 12 = 1,2 gam
Thể tích V của hỗn hợp khí CO2 và SO2 là: V = (nCO2 + nSO2) x 22,4 = (0,1 + 0,1x2) x 22,4 = 6,72 L Đáp án câu hỏi là D Bài 2: Lời giải:
Đặt nH2CO3 = nCO2 = a mol; nSO2= nH2SO3 = b mol
Ta có: mX = 44a + 64b = 29,436 x 2(a +b)
Mặt khác, sản phẩm chỉ có muối nên NaOH phản ứng hết ⇒ nH2O = nOH- = 0,54 mol
Theo quy luật bảo toàn khối lượng:
mH2CO3 + mH2SO3 + mNa2CO3 + mNaOH = m muối + mH2O
⇔ 62a + 82b + 0,08x106 + 0,54x40 = 50,34 + 0,54x18
⇒ a = 0,1 mol; b = 0,29 mol ⇒ nC =0,1 mol
Theo định luật bảo toàn electron: 4nC + 6nS = 2nSO2 ⇒ nS = 0,03 mol
Vậy khối lượng của hỗn hợp C và S là: m = 0,1x12 + 0,03x32 = 2,16 gam