Al + C → Al4C3: Phương trình, điều kiện, bài tập

Trả lời nhanh

Nhôm phản ứng với cacbon ở nhiệt độ rất cao theo phương trình: 4Al + 3C → Al₄C₃ (nhôm cacbua, chất rắn màu vàng nhạt). Trong phản ứng này Al là chất khử (số oxi hoá 0 → +3), còn C là chất oxi hoá (0 → −4). Sản phẩm Al₄C₃ bị nước thuỷ phân tạo Al(OH)₃ và khí CH₄.

Phương trình phản ứng Al + C

4Al + 3C → Al₄C₃ (điều kiện: nhiệt độ cao, thường thực hiện trong lò điện)

Chất phản ứng: nhôm (kim loại màu trắng bạc) và cacbon (than, dạng bột).
Sản phẩm: nhôm cacbua Al₄C₃, chất rắn màu vàng nhạt (khi có lẫn tạp chất có thể ngả sẫm).
Loại phản ứng: phản ứng hoá hợp, đồng thời là phản ứng oxi hoá – khử.

Cân bằng phương trình bằng phương pháp thăng bằng electron

Muốn cân bằng nhanh, ta bắt đầu từ công thức sản phẩm Al₄C₃: có 4 nguyên tử Al và 3 nguyên tử C, vậy hệ số của Al là 4 và của C là 3.

Xác định số oxi hoá: Al⁰ → Al⁺³ (nhường 3e); C⁰ → C⁻⁴ (nhận 4e).
Viết quá trình: 4Al⁰ → 4Al⁺³ + 12e và 3C⁰ + 12e → 3C⁻⁴.
Số electron nhường bằng số electron nhận (cùng 12e), nên hệ số là 4 và 3, không cần nhân thêm.

Mẹo nhớ: trong Al₄C₃, nhôm luôn +3, cacbon là −4 (kiểm tra: 4×3 + 3×(−4) = 0). Nếu nhớ điều này, bạn không phải cân bằng lại mỗi lần.

Điều kiện và cách điều chế Al₄C₃

Ở điều kiện thường, nhôm được phủ màng Al₂O₃ bền nên không phản ứng với cacbon. Phản ứng chỉ xảy ra khi nung ở nhiệt độ rất cao, trong môi trường không có oxi (nếu có oxi, Al và C sẽ cháy tạo Al₂O₃ và CO₂). Vì vậy bài tập thường ghi rõ “nung nóng” hoặc “t°”.

Tính chất của Al₄C₃ – phần hay gặp trong đề

Đề bài ít khi hỏi riêng phản ứng Al + C mà thường nối tiếp sang phản ứng của Al₄C₃:

Với nước: Al₄C₃ + 12H₂O → 4Al(OH)₃↓ + 3CH₄↑ (có kết tủa keo trắng và khí không màu thoát ra).
Với axit mạnh: Al₄C₃ + 12HCl → 4AlCl₃ + 3CH₄↑.

Điểm chung: Al₄C₃ là “cacbua metan”, tức cho khí CH₄. Đừng nhầm với CaC₂ (canxi cacbua) cho khí C₂H₂.

Chất	Tác dụng với nước cho	Khí thu được
Al₄C₃	Al(OH)₃	CH₄
CaC₂	Ca(OH)₂	C₂H₂

Lỗi sai thường gặp

Viết sản phẩm là AlC hoặc Al₃C₄: sai vì hoá trị Al là III, C là IV nên công thức đúng là Al₄C₃.
Quên điều kiện nhiệt độ cao, hoặc cho rằng phản ứng xảy ra ở nhiệt độ thường.
Khi cho Al₄C₃ vào nước, viết nhầm sản phẩm là Al₂O₃ hay khí C₂H₂.
Với axit dư, quên rằng Al(OH)₃ sẽ tan tiếp nên dung dịch cuối là muối nhôm.

Bài tập vận dụng (các số liệu là ví dụ tự đặt)

Bài 1. Nung 5,4 g Al với lượng dư cacbon (phản ứng hoàn toàn). Tính khối lượng Al₄C₃ thu được.

Giải: n_Al = 5,4 : 27 = 0,2 mol. Theo phương trình, n_Al4C3 = 0,2 : 4 = 0,05 mol. M(Al₄C₃) = 4×27 + 3×12 = 144 g/mol, nên m = 0,05 × 144 = 7,2 g.

Bài 2. Cho 14,4 g Al₄C₃ vào nước dư. Tính thể tích CH₄ (đktc) và khối lượng kết tủa.

Giải: n_Al4C3 = 14,4 : 144 = 0,1 mol. Từ phương trình: n_CH4 = 3×0,1 = 0,3 mol, V = 0,3 × 22,4 = 6,72 lít; n_Al(OH)3 = 4×0,1 = 0,4 mol, m = 0,4 × 78 = 31,2 g.

Bài 3. Nung 10,8 g Al với cacbon dư, hiệu suất phản ứng 80%. Tính khối lượng Al₄C₃ thực tế thu được.

Giải: n_Al = 10,8 : 27 = 0,4 mol → lí thuyết tạo 0,1 mol Al₄C₃ = 14,4 g. Thực tế: 14,4 × 80% = 11,52 g.

Câu hỏi thường gặp

Al tác dụng với C tạo ra chất gì?

Tạo nhôm cacbua Al4C3, chất rắn màu vàng nhạt, theo phương trình 4Al + 3C → Al4C3 khi nung ở nhiệt độ rất cao.

Trong phản ứng Al + C, chất nào là chất khử?

Al là chất khử vì số oxi hoá tăng từ 0 lên +3; C là chất oxi hoá vì số oxi hoá giảm từ 0 xuống −4.

Al4C3 tác dụng với nước tạo ra khí gì?

Tạo khí metan CH4 và kết tủa keo trắng Al(OH)3: Al4C3 + 12H2O → 4Al(OH)3 + 3CH4.

Vì sao ở nhiệt độ thường Al không phản ứng với C?

Nhôm có lớp màng oxit Al2O3 mỏng, bền bảo vệ bề mặt, và phản ứng với cacbon cần năng lượng lớn nên chỉ xảy ra ở nhiệt độ rất cao.