C + H2SO4 đặc nóng: phương trình, cân bằng, hiện tượng

Trả lời nhanh

Khi đun nóng, carbon (than) phản ứng với dung dịch H₂SO₄ đặc theo phương trình: C + 2H₂SO₄(đặc) → CO₂↑ + 2SO₂↑ + 2H₂O. Trong phản ứng này C là chất khử (số oxi hoá tăng từ 0 lên +4), H₂SO₄ đặc là chất oxi hoá (S từ +6 xuống +4). Hiện tượng là chất rắn màu đen tan dần và có khí thoát ra, trong đó SO₂ mùi hắc, gây ho.

Phương trình hoá học đầy đủ

C + 2H₂SO₄(đặc) —t°→ CO₂↑ + 2SO₂↑ + 2H₂O

Điều kiện: đun nóng. Ở nhiệt độ thường carbon gần như không phản ứng với axit sulfuric đặc.

Cân bằng bằng phương pháp thăng bằng electron

Xác định số oxi hoá thay đổi: C⁰ → C⁺⁴, S⁺⁶ → S⁺⁴.
Viết quá trình oxi hoá, khử: C⁰ → C⁺⁴ + 4e; S⁺⁶ + 2e → S⁺⁴.
Cân bằng số electron: nhân quá trình khử với 2, được 1 C nhường 4e và 2 S nhận 4e.
Đặt hệ số: 1 C tạo 1 CO₂, 2 S⁺⁶ bị khử nên cần 2 H₂SO₄ và tạo 2 SO₂. Vì carbon không tạo muối sulfate nên toàn bộ 2 phân tử axit đều đóng vai trò chất oxi hoá.
Cân bằng H và O: 4 H ở vế trái tạo 2H₂O, số O hai vế đều bằng 8.

Sơ đồ thăng bằng electron của phản ứng C tác dụng với H2SO4 đặc — Hình 1. Thăng bằng electron: C nhường 4e, hai nguyên tử S nhận tổng cộng 4e.

Hiện tượng nhận biết

Chất rắn màu đen (than) tan dần khi đun nóng.
Có khí không màu thoát ra, trong đó có khí mùi hắc (SO₂).
Dung dịch axit đặc bị hao dần và nhiệt độ cần duy trì để phản ứng tiếp diễn.

Nhận biết hỗn hợp khí CO₂ và SO₂

Cả hai khí đều làm đục nước vôi trong, nên không thể nhận biết CO₂ khi còn SO₂. Cách làm đúng gồm hai bước:

Dẫn hỗn hợp khí qua dung dịch brom (hoặc thuốc tím) dư. SO₂ bị giữ lại vì làm mất màu dung dịch: SO₂ + Br₂ + 2H₂O → H₂SO₄ + 2HBr.
Khí đi ra khỏi bình brom còn CO₂, dẫn tiếp vào nước vôi trong thấy nước vôi vẩn đục: CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + H₂O.

Vì sao H₂SO₄ đặc oxi hoá được carbon?

Trong H₂SO₄, lưu huỳnh ở mức oxi hoá cao nhất là +6 nên có khả năng nhận electron. Khi đặc và nóng, axit này là chất oxi hoá mạnh, oxi hoá được cả phi kim như C, S và nhiều kim loại. Axit loãng không làm được điều đó vì chỉ có ion H⁺ thể hiện tính oxi hoá.

Liên hệ thí nghiệm “than hoá đường”

H₂SO₄ đặc có tính háo nước, lấy nước ra khỏi đường: C₁₂H₂₂O₁₁ → 12C + 11H₂O. Phần carbon màu đen sinh ra tiếp tục bị axit đặc nóng oxi hoá theo phản ứng ở trên, tạo khí CO₂ và SO₂. Chính các khí này làm khối than phồng lên thành cột xốp và có mùi hắc. Em lưu ý hai tính chất khác nhau của cùng một axit: tính háo nước (làm than hoá) và tính oxi hoá mạnh (oxi hoá carbon).

Phản ứng tương tự cần nhớ

S + 2H₂SO₄(đặc) → 3SO₂↑ + 2H₂O
Cu + 2H₂SO₄(đặc) → CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O
2P + 5H₂SO₄(đặc) → 2H₃PO₄ + 5SO₂↑ + 2H₂O

Lỗi sai thường gặp

Quên điều kiện đun nóng hoặc ghi H₂SO₄ loãng.
Viết sản phẩm là CO hoặc H₂S. Với axit đặc, nóng, carbon bị oxi hoá hoàn toàn lên CO₂ và sản phẩm khử của axit là SO₂.
Cân bằng thiếu hệ số 2 trước SO₂ nên lệch số oxi.

Bài tập vận dụng

Bài 1. Đốt nóng 1,2 gam carbon với lượng dư H₂SO₄ đặc. Tính thể tích hỗn hợp khí thu được ở điều kiện chuẩn (24,79 L/mol).

Giải: n(C) = 1,2 : 12 = 0,1 mol. Theo phương trình, 0,1 mol C tạo ra 0,1 mol CO₂ và 0,2 mol SO₂, tổng 0,3 mol khí. V = 0,3 × 24,79 ≈ 7,44 L.

Bài 2. Khối lượng H₂SO₄ đã phản ứng ở Bài 1 là bao nhiêu?

Giải: n(H₂SO₄) = 2 × 0,1 = 0,2 mol, khối lượng là 0,2 × 98 = 19,6 gam.

Bài 3. Trong phản ứng giữa C và H₂SO₄ đặc, nếu có 0,3 mol electron được trao đổi thì có bao nhiêu mol C tham gia?

Giải: mỗi mol C nhường 4 mol electron, nên n(C) = 0,3 : 4 = 0,075 mol.

Câu hỏi thường gặp

C tác dụng với H2SO4 đặc tạo ra sản phẩm gì?

Tạo CO2, SO2 và H2O theo phương trình C + 2H2SO4 (đặc) → CO2 + 2SO2 + 2H2O, điều kiện đun nóng.

Trong phản ứng C + H2SO4 đặc, chất nào là chất oxi hoá?

H2SO4 đặc là chất oxi hoá vì số oxi hoá của S giảm từ +6 xuống +4.

Làm sao nhận biết CO2 khi có lẫn SO2?

Dẫn hỗn hợp qua dung dịch brom hoặc thuốc tím dư để giữ SO2, sau đó dẫn khí còn lại vào nước vôi trong, nếu đục là có CO2.