C + HNO3 Đặc: Phương Trình, Điều Kiện Phản Ứng và Bài Tập Vận Dụng

Bạn đang tìm kiếm thông tin chi tiết về phản ứng giữa cacbon (C) và axit nitric đặc (HNO3)? Bài viết này của CAUHOI2025.EDU.VN sẽ cung cấp đầy đủ thông tin về phương trình hóa học, điều kiện phản ứng, cách tiến hành thí nghiệm, hiện tượng và các bài tập vận dụng liên quan đến “C + Hno3 đặc”, giúp bạn nắm vững kiến thức và tự tin giải quyết các bài tập hóa học.

Giới Thiệu

Phản ứng giữa cacbon và axit nitric đặc là một phản ứng oxi hóa khử quan trọng trong hóa học vô cơ. Nó không chỉ được sử dụng trong các thí nghiệm mà còn có ứng dụng trong một số ngành công nghiệp. Hãy cùng CAUHOI2025.EDU.VN tìm hiểu chi tiết về phản ứng này.

1. Phương Trình Hóa Học Của Phản Ứng C + HNO3 Đặc

Phương trình hóa học tổng quát của phản ứng giữa cacbon và axit nitric đặc là:

C + 4HNO3 (đặc) → CO2 + 4NO2 + 2H2O

Trong đó:

• C là cacbon (than, kim cương,…)
• HNO3 là axit nitric đặc
• CO2 là khí cacbon đioxit
• NO2 là khí nitơ đioxit (màu nâu đỏ)
• H2O là nước

2. Lập Phương Trình Hóa Học Theo Phương Pháp Thăng Bằng Electron

Để hiểu rõ hơn về quá trình oxi hóa khử, chúng ta sẽ lập phương trình hóa học bằng 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:

C⁰ + H⁺⁵NO₃ → C⁺⁴O₂ + N⁺⁴O₂ + H₂O

Chất khử: C; chất oxi hóa: HNO₃.

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

• Quá trình oxi hóa: C⁰ → C⁺⁴ + 4e
• Quá trình khử: N⁺⁵ + 1e → N⁺⁴

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

1 x C⁰ → C⁺⁴ + 4e

4 x N⁺⁵ + 1e → N⁺⁴

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 Phản Ứng C + HNO3 Diễn Ra

Để phản ứng giữa cacbon và axit nitric đặc diễn ra, cần có các điều kiện sau:

• Axit nitric phải đặc: Axit nitric loãng không đủ khả năng oxi hóa cacbon.
• Đun nóng: Cung cấp năng lượng để phá vỡ các liên kết trong cacbon và HNO3.
• Nồng độ HNO3: Nồng độ HNO3 càng cao, phản ứng xảy ra càng mạnh mẽ.

4. Cách Tiến Hành Thí Nghiệm C + HNO3

Để thực hiện thí nghiệm này một cách an toàn và hiệu quả, bạn có thể tham khảo các bước sau:

1. Chuẩn bị:
   • Bột than hoặc mẫu cacbon nhỏ
   • Axit nitric đặc
   • Ống nghiệm
   • Đèn cồn hoặc bếp đun
   • Kẹp ống nghiệm
   • Găng tay và kính bảo hộ (bắt buộc)
2. Thực hiện:
   • Cho một lượng nhỏ bột than vào ống nghiệm.
   • Thêm từ từ axit nitric đặc vào ống nghiệm (chú ý: thao tác cẩn thận trong tủ hút).
   • Dùng kẹp ống nghiệm, hơ nóng đều ống nghiệm trên đèn cồn hoặc bếp đun.
   • Quan sát hiện tượng xảy ra.
3. Xử lý sau thí nghiệm:
   • Để nguội ống nghiệm trước khi xử lý.
   • Pha loãng dung dịch trong ống nghiệm bằng nước, sau đó trung hòa bằng dung dịch kiềm.
   • Đổ bỏ dung dịch đã trung hòa theo quy định về xử lý chất thải hóa học.

Lưu ý an toàn:

• Axit nitric đặc là một chất ăn mòn mạnh, có thể gây bỏng nặng. Cần đeo găng tay và kính bảo hộ khi làm thí nghiệm.
• Thí nghiệm nên được thực hiện trong tủ hút để tránh hít phải khí NO2 độc hại.
• Không đun nóng ống nghiệm quá nhanh để tránh bắn hóa chất.

5. Hiện Tượng Phản Ứng C + HNO3

Khi phản ứng xảy ra, bạn sẽ quan sát thấy các hiện tượng sau:

• Chất rắn màu đen (C) tan dần: Cacbon bị oxi hóa và chuyển thành khí CO2.
• Xuất hiện khí màu nâu đỏ (NO2): Khí nitơ đioxit được tạo thành do axit nitric bị khử.
• Sủi bọt khí: Khí CO2 và NO2 thoát ra khỏi dung dịch.
• Dung dịch có thể chuyển màu vàng nhạt: Do sự hình thành của các sản phẩm phụ.

6. Mở Rộng Kiến Thức Về Cacbon (C)

Để hiểu sâu hơn về phản ứng “c + hno3 đặc”, chúng ta cần nắm vững 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.

*Tính khử

• a) Tác dụng với oxi:

  C⁰ + O₂ →^to C⁺⁴O₂

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

  C⁰ + C⁺⁴O₂ →^to 2C⁺²O

• 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 →^to Cu + CO

    Fe₂O₃ + 3C →^to 2Fe + 3CO

  • Với CaO và Al₂O₃:

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

    2Al₂O₃ + 9C →^{2000 ºC} 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 →^to CO₂ + 2SO₂ + 2H₂O

    C + 4HNO₃ đặc →^to CO₂ + 4NO₂ + 2H₂O

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

  C + H₂O ⇄^{~1050 ºC} CO + H₂

* Tính oxi hóa

• a) Tác dụng với hiđro

  C⁰ + 2H₂ →^{to, xt} C^-4H₄

• b) Tác dụng với kim loại

  3C⁰ + 4Al →^to 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

a. 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.

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 methane có chất xúc tác:

  CH₄ →^{to, xt} C + 2H₂↑

7. Bài Tập Vận Dụng Liên Quan Đến “C + HNO3 Đặc”

Để củng cố kiến thức về phản ứng giữa cacbon và axit nitric đặc, CAUHOI2025.EDU.VN xin giới thiệu một số bài tập vận dụng:

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 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 →^to CO₂

C + CO₂ →^to 2CO

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

A. 2C + O₂ →^to 2CO

B. C + O₂ →^to CO₂

C. 3C + CaO →^to CaC₂ + CO

D. C + 2H₂ →^{to, 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 4: Tính oxi hóa của cacbon thể hiện ở phản ứng nào trong các phản ứng sau?

A. C + O₂ →^to CO₂

B. C + 2CuO →^to 2Cu + CO₂

C. 3C + 4Al →^to Al₄C₃

D. C + H₂O →^to 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 →^to Al₄C^-4₃

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

A. 2C + Ca →^to CaC₂.

B. C + 2H₂ →^to CH₄.

C. C + CO₂→^to 2CO.

D. 3C + 4Al →^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,…

C⁰ + CO₂ →^to 2C⁺²O

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 + 4HNO₃ đặc →^to 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 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 →^to 3CO₂ + 4Fe

C + CO₂ →^to 2CO

C + 2H₂ → CH₄

C + 4HNO₃ đặc →^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 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 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 →^to CO₂

C + CO₂ →^to 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 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: mdd giảm = m kết tủa – 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 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 →^to CO₂ + 2H₂ (x → 2x mol)

C + H₂O →^to 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.

FAQ Về Phản Ứng C + HNO3 Đặc

1. Phản ứng giữa C và HNO3 đặc có phải là phản ứng oxi hóa khử không?

   Có, đây là một phản ứng oxi hóa khử, trong đó C bị oxi hóa và HNO3 bị khử.

2. Tại sao cần sử dụng HNO3 đặc trong phản ứng này?

   HNO3 đặc có tính oxi hóa mạnh hơn HNO3 loãng, đủ khả năng oxi hóa C thành CO2.

3. Khí NO2 sinh ra trong phản ứng có độc không?

   Có, NO2 là một khí độc, có thể gây kích ứng đường hô hấp và tổn thương phổi.

4. Có thể thay thế HNO3 bằng chất oxi hóa khác được không?

   Có thể, nhưng hiệu quả có thể khác nhau. Ví dụ, có thể sử dụng KClO3 hoặc H2SO4 đặc, nóng.

5. Phản ứng này có ứng dụng trong thực tế không?

   Phản ứng này ít được sử dụng trực tiếp trong công nghiệp, nhưng kiến thức về nó giúp hiểu rõ hơn về tính chất của C và HNO3.

6. Làm thế nào để nhận biết khí NO2 sinh ra trong phản ứng?

   Khí NO2 có màu nâu đỏ đặc trưng và mùi hắc khó chịu.

7. Điều gì xảy ra nếu sử dụng quá nhiều HNO3 so với C?

   Lượng HNO3 dư sẽ không ảnh hưởng đến sản phẩm chính, nhưng có thể làm tăng lượng khí NO2 sinh ra.

8. Có cần thiết phải đun nóng để phản ứng xảy ra không?

   Có, đun nóng cung cấp năng lượng cần thiết để phá vỡ liên kết và khởi động phản ứng.

9. Sản phẩm CO2 sinh ra có gây ô nhiễm môi trường không?

   Có, CO2 là một khí gây hiệu ứng nhà kính, góp phần vào biến đổi khí hậu.

10. Làm thế nào để xử lý an toàn các chất thải sau phản ứng?

    Cần pha loãng dung dịch, trung hòa bằng kiềm, và đổ bỏ theo quy định về xử lý chất thải hóa học.

Kết Luận

Hy vọng bài viết này của CAUHOI2025.EDU.VN đã cung cấp cho bạn đầy đủ thông tin về phản ứng giữa cacbon và axit nitric đặc, bao gồm phương trình hóa học, điều kiện phản ứng, cách tiến hành thí nghiệm và các bài tập vận dụng.

Nếu bạn có bất kỳ thắc mắc nào khác, đừng ngần ngại truy cập CAUHOI2025.EDU.VN để tìm kiếm câu trả lời hoặc liên hệ trực tiếp với chúng tôi để được tư vấn. CAUHOI2025.EDU.VN luôn sẵn sàng hỗ trợ bạn trên con đường chinh phục kiến thức hóa học!

Thông tin liên hệ:

Địa chỉ: 30 P. Khâm Thiên, Thổ Quan, Đống Đa, Hà Nội, Việt Nam
Số điện thoại: +84 2435162967.
Trang web: CAUHOI2025.EDU.VN

CauHoi2025.EDU.VN – Nơi giải đáp mọi thắc mắc của bạn!