Phản ứng điều Chế Cac2 (canxi cacbua) từ CaO (vôi sống) và C (than cốc) là một phản ứng quan trọng trong công nghiệp hóa chất. Bài viết này sẽ cung cấp thông tin chi tiết về phương trình phản ứng, điều kiện thực hiện, ứng dụng của CaC2 và các kiến thức liên quan.
Phương Trình Phản Ứng Điều Chế CaC2
Phương trình hóa học của phản ứng điều chế CaC2 như sau:
3C + CaO → CaC2 + CO↑
Đây là một phản ứng oxi hóa khử, trong đó cacbon vừa đóng vai trò là chất khử, vừa là chất oxi hóa.
Cách Lập Phương Trình Bằng Phương Pháp Thăng Bằng Electron
Để hiểu rõ hơn về quá trình phản ứng, chúng ta có thể phân tích bằng phương pháp thăng bằng electron:
Bước 1: Xác định số oxi hóa của các nguyên tố
3C0 + Ca+2O-2 → Ca+2C2-1 + C+2O-2
Bước 2: Viết quá trình oxi hóa và khử
- Quá trình oxi hóa: C0 → C+2 + 2e
- Quá trình khử: C0 + 1e → C-1
Bước 3: Cân bằng electron
1 x (C0 → C+2 + 2e)
2 x (C0 + 1e → C-1)
Bước 4: Hoàn thành phương trình
3C + CaO → CaC2 + CO↑
Điều Kiện Thực Hiện Phản Ứng
Phản ứng điều chế CaC2 cần được thực hiện ở nhiệt độ rất cao, khoảng 2000°C, trong lò điện. Nhiệt độ cao này cung cấp đủ năng lượng để phá vỡ các liên kết hóa học và tạo thành sản phẩm mới.
Hiện Tượng Phản Ứng
Khi CaO phản ứng với C ở nhiệt độ cao, ta thu được CaC2 (chất rắn) và khí CO (carbon monoxide) thoát ra.
Kiến Thức Mở Rộng Về CaO (Vôi Sống)
CaO, hay còn gọi là vôi sống, là một oxit bazơ quan trọng với nhiều ứng dụng.
Tính Chất Hóa Học Của CaO
-
Tác dụng với nước:
CaO (r) + H2O (l) → Ca(OH)2 (r)
Phản ứng này tỏa nhiệt mạnh và được gọi là quá trình tôi vôi. Sản phẩm Ca(OH)2 là vôi tôi, ít tan trong nước và tạo thành dung dịch bazơ (nước vôi trong).
-
Tác dụng với axit:
CaO + 2HCl → CaCl2 + H2O
Phản ứng này cũng tỏa nhiệt và tạo thành muối canxi clorua.
-
Tác dụng với oxit axit:
CaO (r) + CO2 (k) → CaCO3 (r)
CaO hấp thụ CO2 từ không khí, tạo thành canxi cacbonat. Đây là lý do tại sao CaO cần được bảo quản cẩn thận để tránh giảm chất lượng.
Ứng Dụng Của CaO
- Luyện kim: CaO được sử dụng trong công nghiệp luyện kim để loại bỏ tạp chất.
- Công nghiệp hóa chất: Là nguyên liệu quan trọng trong nhiều quá trình sản xuất hóa chất.
- Nông nghiệp: CaO được dùng để khử chua đất trồng.
- Xử lý nước thải: Sử dụng để xử lý nước thải công nghiệp.
- Khử trùng: Có khả năng sát trùng, diệt nấm và khử độc môi trường.
- Chất hút ẩm: Do có tính hút ẩm mạnh, CaO được dùng để làm khô nhiều chất.
Sản Xuất CaO Trong Công Nghiệp
Nguyên liệu chính để sản xuất CaO là đá vôi (CaCO3). Quá trình nung đá vôi diễn ra như sau:
-
Đốt nhiên liệu (than, củi, dầu, khí đốt) để tạo nhiệt:
C (r) + O2 (k) → CO2 (k)
-
Phân hủy đá vôi ở nhiệt độ cao (trên 900°C):
CaCO3 (r) → CaO (r) + CO2 (k)
Kiến Thức Mở Rộng Về CO (Carbon Monoxide)
CO là một khí độc, không màu, không mùi, và rất nguy hiểm.
Tính Chất Của CO
- Tính khử mạnh: CO có khả năng khử nhiều oxit kim loại thành kim loại tự do ở nhiệt độ cao.
- Độc tính: CO kết hợp với hemoglobin trong máu, ngăn chặn quá trình vận chuyển oxy, gây ngộ độc.
- Oxit trung tính: CO không tác dụng với nước, axit hoặc bazơ ở điều kiện thường.
Ứng Dụng Của CO
- Nhiên liệu: CO được sử dụng làm nhiên liệu khí.
- Luyện kim: Được sử dụng để khử oxit kim loại.
Điều Chế CO
-
Trong phòng thí nghiệm: Đun nóng axit formic (HCOOH) với H2SO4 đặc:
HCOOH → CO + H2O
-
Trong công nghiệp:
-
Cho hơi nước đi qua than nung đỏ:
C + H2O → CO + H2 (khí than ướt)
-
Thổi không khí qua than nung đỏ:
C + O2 → CO2
CO2 + C → 2CO (khí lò gas)
-
Bài Tập Vận Dụng Về Điều Chế CaC2 và Các Chất Liên Quan
Câu 1: Quá trình tác dụng giữa cacbon và canxi oxit tạo thành canxi cacbua còn được gọi là quá trình sản xuất:
A. Axetylen
B. Canxi xianamit
C. Thép
D. Đất đèn
Đáp án D
Câu 2: Trong phòng thí nghiệm, chất nào được dùng làm chất hút ẩm?
A. MgO
B. CuO
C. CaO
D. ZnO
Đáp án C
Câu 3: Khí nào sinh ra khi đun nấu bằng than tổ ong, gây ngộ độc hô hấp?
A. N2
B. CO2
C. CO
D. H2
Đáp án C
Câu 4: CaO dùng để khử chua đất trồng là ứng dụng của tính chất nào?
A. Tác dụng với oxit axit
B. Tác dụng với oxit bazơ
C. Tác dụng với axit
D. Tác dụng với bazơ
Đáp án C
Câu 5: Hỗn hợp Ca và CaC2 tác dụng với nước dư thu được khí gì?
A. H2
B. H2 và CH2
C. C2H2 và H2
D. H2 và CH4
Đáp án C
Câu 6: Cacbon thể hiện tính oxi hóa trong phản ứng nào?
A. 2C + O2 → 2CO
B. C + O2 → CO2
C. 3C + CaO → CaC2 + CO
D. C + 2H2 → CH4
Đáp án D
Câu 7: CaO là oxit gì?
A. Oxit bazơ
B. Oxit axit
C. Oxit trung tính
D. Oxit lưỡng tính
Đáp án A
Câu 8: Để thu được 5,6 tấn vôi sống (CaO) với hiệu suất 95%, cần dùng bao nhiêu CaCO3?
A. 9,5 tấn
B. 10,5 tấn
C. 10 tấn
D. 9,0 tấn
Đáp án B
Câu 9: Khí X thoát ra khi đốt than, gây ngộ độc hô hấp. Khí X là:
A. CO2
B. SO2
C. CO
D. Cl2
Đáp án C
Câu 10: Phản ứng nào thể hiện tính oxi hóa của cacbon?
A. C + O2 → CO2
B. C + 2CuO → 2Cu + CO2
C. 3C + 4Al → Al4C3
D. C + H2O → CO + H2
Đáp án C
Hy vọng bài viết này cung cấp đầy đủ thông tin và kiến thức hữu ích về điều chế CaC2, tính chất và ứng dụng của CaO và CO, cũng như các bài tập liên quan.
