C + HNO3 → CO2 + NO2 + H2O

Phản ứng C + HNO₃ tạo ra CO₂ và NO₂ thuộc loại phản ứng trao đổi đã được cân bằng chính xác và chi tiết nhất. Bên cạnh đó là một số bài tập có liên quan về C có lời giải, mời các bạn đón xem:

C + 4HNO₃ → CO₂ + 4NO₂ + 2H₂O

1. Phương trình hóa học của phản ứng C tác dụng với HNO₃

C + 4HNO_{3 đặc} $\stackrel{t^o}{\to }$ CO₂ + 4NO₂ + 2H₂O

2. Lập phương trình hóa học của phản ứng theo phương pháp thăng bằng electron

Bước 1: Xác định các nguyên tử có sự thay đổi số oxi hóa, từ đó xác định chất oxi hóa – khử:

$\stackrel{0}{C}+H\stackrel{+5}{N}{O}_3\to \stackrel{+4}{C}{O}_2+\stackrel{+4}{N}{O}_2+H_{2}O$

Chất khử: C; chất oxi hóa: HNO₃.

Bước 2: Biểu diễn quá trình oxi hóa, quá trình khử

- Quá trình oxi hóa: $\stackrel{0}{C}\to \stackrel{+4}{C}+4e$

- Quá trình khử: $\stackrel{+5}{N}+1e\to \stackrel{+4}{N}$

Bước 3: Tìm hệ số thích hợp cho chất khử và chất oxi hóa

$\begin{array}{c}1\times \\ 4\times \end{array}\left(\begin{array}{c}\stackrel{0}{C}\to \stackrel{+4}{C}+4e\\ \stackrel{+5}{N}+1e\to \stackrel{+4}{N}\end{array}\right)$

Bước 4: 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 + 4HNO₃ → CO₂ + 4NO₂ + 2H₂O

3. Điều kiện để C tác dụng với HNO₃

- HNO₃ đặc, đun nóng.

4. Cách tiến hành thí nghiệm

- Cho bột than vào ống nghiệm chứa HNO₃, đun nóng.

5. Hiện tượng phản ứng

- Chất rắn màu đen (C) tan dần và xuất hiện khí nâu đỏ nitơ đioxit (NO₂) làm sủi bọt khí.

6. Mở rộng kiến thức về carbon (C)

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 e: 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.

*Tính khử

a) Tác dụng với oxi

$\stackrel{0}{C}+O_2\stackrel{t^o}{\to }\stackrel{+4}{C}{O}_2$

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

$\stackrel{0}{C}+\stackrel{+4}{C}{O}_2\stackrel{t^o}{\to }2\stackrel{+2}{C}O$

b) 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 $\stackrel{t^o}{\to }$ Cu + CO

Fe₂O₃ + 3C $\stackrel{t^o}{\to }$ 2Fe + 3CO

- Với CaO và Al₂O₃:

CaO + 3C → CaC₂ + CO (trong lò điện)

2Al₂O₃ + 9C $\stackrel{2000ºC}{\to }$ Al₄C₃ + 6CO

c) 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 $\stackrel{t^o}{\to }$ CO₂ + 2SO₂ + 2H₂O

C + 4HNO₃ đặc $\stackrel{t^o}{\to }$ CO₂ + 4NO₂ + 2H₂O

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

C + H₂O $\stackrel{~1050C_o}{\rightleftarrows }$CO + H₂

* Tính oxi hóa

a) Tác dụng với hiđro

$\stackrel{0}{C}+2H_2\stackrel{t^o,xt}{\to }\stackrel{-4}{C}{H}_4$

b) Tác dụng với kim loại

$3\stackrel{0}{C}+4Al\stackrel{t^o}{\to }{\stackrel{}{Al}}_4{\stackrel{-4}{C}}_3$ (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

a. Ứng dụng

- Kim cương được dùng làm đồ trang sức. Trong kĩ thuật, kim cương được dùng làm mũi khoan, dao cắt thuỷ 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 hoá cao su, để sản xuất mực in, xi đánh giày.

b. Điều chế

- Kim cương nhân tạo được điều chế bằng cách nung than chì ở 2000^oC, 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^oC trong lò điện, không có không khí.

- Than cốc được điều chế bằng cách nung than mỡ khoảng 1000^oC 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 metan có chất xúc tác:

CH₄ $\stackrel{t^o,xt}{\to }$ C + 2H₂↑

7. Bài tập vận dụng liên quan

Câu 1: 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 2: 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 cacbonic.

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 $\stackrel{t^o}{\to }$CO₂

C + CO₂ $\stackrel{t^o}{\to }$2CO

Câu 3: Cacbon chỉ thể hiện tính oxi hóa trong phản ứng hóa học nào sau đây?

A. 2C + O₂ $\stackrel{t^o}{\to }$2CO

B. C + O₂ $\stackrel{t^o}{\to }$CO₂

C. 3C + CaO $\stackrel{t^o}{\to }$CaC₂ + CO

D. C + 2H₂ $\stackrel{t^o,xt}{\to }$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 4: Tính oxi hóa của cacbon thể hiện ở phản ứng nào trong các phản ứng sau?

A. C + O_{2 $\stackrel{t^o}{\to }$} CO₂

B. C + 2CuO $\stackrel{t^o}{\to }$ 2Cu + CO₂

C. 3C + 4Al $\stackrel{t^o}{\to }$ Al₄C₃

D. C + H₂O $\stackrel{t^o}{\to }$ CO + H₂

Hướng dẫn giải:

Đáp án C

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

$3\stackrel{0}{C}+4Al\stackrel{t^o}{\to }A{l}_4{\stackrel{-4}{C}}_3$

Câu 5: Tính khử của cacbon thể hiện ở phản ứng nào trong các phản ứng sau?

A. 2C + Ca $\stackrel{t^o}{\to }$ CaC₂.

B. C + 2H_{2 $\stackrel{t^o}{\to }$} CH₄.

C. C + CO_{2$\stackrel{t^o}{\to }$} 2CO.

D. 3C + 4Al $\stackrel{t^o}{\to }$ 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,…

$\stackrel{0}{C}+C{O}_2\stackrel{t^o}{\to }2\stackrel{+2}{C}O$

Câu 6: 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 + 4HNO_{3 đặc} $\stackrel{t^o}{\to }$ CO₂ + 4NO₂ + 2H₂O

$\begin{array}{c}{n}_C=amol\to n_{C{O}_2}=amol;n_{N{O}_2}=4amol\\ \to a+4a=\frac{\mathrm{11,2}}{\mathrm{22,4}}\\ \to a=\mathrm{0,5}mol\\ \to m_C=\mathrm{0,5.12}=6gam\end{array}$

Câu 7: 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 $\stackrel{t^o}{\to }$ 3CO₂ + 4Fe

C + CO_{2$\stackrel{t^o}{\to }$}2CO

C + 2H₂ <![if !vml]><![endif]>CH₄

C + 4HNO_{3 đặc $\stackrel{t^o}{\to }$} CO₂ + 4NO₂ + 2H₂O

Câu 8: 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 9: 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 10: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 cacbonic.

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 11: 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 $\stackrel{t^o}{\to }$CO₂

C + CO_{2 $\stackrel{t^o}{\to }$}2CO

$\frac{n_{CO}}{n_{C{O}_2}}=\frac{44-\mathrm{32.1,25}}{\mathrm{32.1,25}-28}=\frac{1}{3}$

$n_X=\mathrm{0,1}mol\to n_{CO}=\mathrm{0,025}mol;n_{C{O}_2}=\mathrm{0,075}mol$

Bảo toàn nguyên tố C:

$\begin{array}{c}{n}_C=n_{CO}+n_{C{O}_2}=\mathrm{0,1}mol\\ \to m_C=\mathrm{0,1.12}=\mathrm{1,2}gam\end{array}$

Bảo toàn nguyên tố O:

$n_{O_2}=\frac{n_{CO}}{2}+n_{C{O}_2}=\mathrm{0,0875}mol$

$\to V_{O_2}=\mathrm{1,96}$lít

Câu 12: 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: $m_{dd\downarrow }=m_{\downarrow }-m_{C{O}_2}$

$\begin{array}{c}\to m_{C{O}_2}=2-\mathrm{0,68}=\mathrm{1,32}gam\\ \to n_{C{O}_2}=\frac{\mathrm{1,32}}{44}=\mathrm{0,03}mol\end{array}$

$d_{hh{/}_{H_2}}=\mathrm{3,6}\to M_{hh}=\mathrm{3,6.2}=\mathrm{7,2}$

$\to \frac{n_{H_2}}{n_{CO}}=\frac{28-\mathrm{7,2}}{\mathrm{7,2}-2}=\frac{4}{1}$

Ta có phương trình hóa học:

C + H₂O $\underset{t^0}{\overset{}{\to }}$ CO + H₂

C + 2H₂O $\underset{t^0}{\overset{}{\to }}$ CO₂ + 2H₂

Gọi số mol của CO là x mol

$\to n_{H_2}=n_{CO}+2n_{C{O}_2}=x+\mathrm{0,03.2}=x+\mathrm{0,06}\left(mol\right)$

→$\frac{n_{H_2}}{n_{CO}}=\frac{x+\mathrm{0,06}}{x}=4\to x=\mathrm{0,02}\text{mol}$

$\to n_{H_2}=\mathrm{0,08}mol$

→ n_khí = $n_{C{O}_2}+n_{CO}+n_{H_2}=\mathrm{0,03}+\mathrm{0,02}+\mathrm{0,08}=\mathrm{0,13}mol$

$\to V_x=\mathrm{22,4.0,13}=\mathrm{2,912}$lít.

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 m_{CuO giảm} = m_{O đã bị C lấy đi} = 1,6 gam.

→ n_{O bị lấy} = 0,1 mol → $n_{CO}+n_{H_2}=\mathrm{0,1}mol$

$\begin{array}{c}C+2H_{2}O\stackrel{t^o}{\to }C{O}_2+2H_2\\ x\leftarrow 2xmol\end{array}$

$\begin{array}{c}C+H_{2}O\stackrel{t^o}{\to }CO+H_2\\ y\to ymol\end{array}$

→ y + (2x + y) = 0,1

→ x + y = 0,05

→ n_C = x + y = 0,05mol

→ m_C = 0,05.12 = 0,6 gam.

Xem thêm các phương trình hóa học hay khác:

• CO₂ + 2KOH → K₂CO₃ + H₂O
• CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + H₂O
• CO₂ + Ba(OH)₂ → BaCO₃↓ + H₂O
• C + 2H₂SO_{4 đặc} → 2SO₂↑ + CO₂↑ + 2H₂O
• C + CO₂ $\stackrel{{\mathrm{t}}^{\mathrm{o}}}{\to }$ 2CO
• 2CO + O₂ $\stackrel{{\mathrm{t}}^{\mathrm{o}}}{\to }$ 2CO₂
• CO₂ + H₂O ⇄ H₂CO₃
• CO₂ + 2NaOH → Na₂CO₃ + H₂O
• CO₂  + NaOH → NaHCO₃