Chuyên đề phản ứng khử c , CO , h2 ,

Chuyên đề : Phản ứng khử của C , CO, H2
A)

Phản ứng khử oxit :

I) Phản ứng khử hoàn toàn : H = 100%
1)Dãy hoạt động hóa học kim loại :

Li K Na Ca Ba Mg Al Mn Zn Cr Fe Ni Sn Pb H Cu Hg Ag Pt
+ Các chất khử C , CO , H2 chỉ khử được các oxit kim loại từ Zn trở về sau ( ZnO ,
FeO , Fe2O3 , PbO , CuO , ….)
+ Các oxit kim loại kiềm , kim loại hoạt động trung bình như : Li2O , Na2O ,
MgO , Al2O3 thì chất khử C , CO , H2 không phản ứng
+ Điều kiện xảy ra phản ứng :
a)

Xảy ra ở nhiệt độ cao hoặc rất cao.
Lượng chất để khử oxit phải vừa đủ hoặc dư.
Phản ứng khử của oxit kim loại có một hóa trị :

+ Phản ứng tổng quát : oxit có dạng MO ( M có hóa trị II )
MO + C  M + CO2 ( CO )
MO + CO  M + CO2
MO + H2  M + H2O
+ Ví dụ : CuO + C  Cu + CO2
PbO + CO  Pb + CO2
ZnO + H2  Zn + H2O
b)

Phản ứng khử của oxit kim loại nhiều hóa trị :

+ Phản ứng tổng quát : oxit có dạng MxOy :
2MxOy + yC  2xM + yCO2 ( CO )
MxOy + yCO  xM + yCO2


MxOy + H2  xM + H2O
+ Với oxit kim loại có nhiều hóa trị như : Fe , Cr , … thì phản ứng khử C , CO ,
H2 khử oxit kim loại có số oxi hóa cao về số oxi hóa thấp hơn.
+ Ví dụ : Phản ứng khử oxit sắt , khử số oxi hóa sắt từ cao xuống thấp : +3 
+8/3 +2  0

Fe2O3 + CO  2Fe3O4 + CO2
Fe3O4 + CO  3FeO + CO2
FeO

+ CO  Fe + CO2

+ Quá trình nhường nhận e của phản ứng oxi hóa khử :
Fe2O3 + CO  Fe3O4 + CO2
+ Nhận e : 3Fe+3 + e  3Fe+8/3
+ Nhường e : C+2  C+4 + 2e
Fe3O4 + CO  FeO + CO2
+ Nhận e : 3Fe+8/3 + 2e  3Fe+2
+ Nhường e : C+2  C+4 + 2e
FeO

+ CO  Fe + CO2

+ Nhận e : Fe+2 + 2e  Fe(0)
+ Nhường e : C+2  C+4 + 2e

3) Một số phản ứng đặc biệt sử dụng giải bài tập :
+ Bản chất phản ứng khử oxit là trao đổi nguyên tử oxi [ O ] trong phân tử oxit
sang phân tử chất khử nên bản chất phản ứng khử được biểu diễn theo các
phản ứng như sau :


+ Chất khử là C :

C

+

O2- 

CO

Hoặc : C

+

2O2- 

CO2

( 1)
(2)

+ Chất khử là : CO

CO

+

O2- 

CO2

(3)

O2- 

H 2O

(4)

+ Chất khử là : H2

H2

+

+ Nhìn vào các phản ứng trên ta nhận thấy :
(1)

=> nC = nO2- = nCO

(2)=> nC = nCO2= nO2-/2
(3)=> nCO = nO2- = nCO2
(4)=> nH2 = nO2- = nH2O

+ Các nguyên tố C , H ,O trong phân ứng luôn được bảo toàn :
(1)=> nC = nCO
=> nO2- = nCO
(2)=> nC = nCO2
=> nO2- = 2nCO2
(3)=> nCO = nCO2
=> nCO + nO2- = 2nCO2
(4)=> nH2 = nH2O
=> nO2- = nH2O
+ Bảo toàn khối lượng :


m Oxit

+ m Chất khử ( C , CO , H2 ) = m Kim loại

+

m Khí

+ Bảo toàn điện tích :
m Oxit =

m(+)

+

m(-) = m Kim loại

+

mO 2-

II) Phản ứng khử không hoàn toàn : ( H < 100% )
+ Điều kiện phản ứng :
-

-

Xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn ( nung nóng không hoàn toàn , nhiệt độ
không đủ phản ứng hết ).
Thời gian chưa đủ để phản ứng hoàn toàn ( nung một thời gian ).
Nung trong điều kiện thiếu chất khử.

+ Phản ứng khử oxit hoặc hỗn hợp oxit có dạng : MxOy
MxOy + C 

M , MxOy , MO , …. + CO ( CO2 )

MxOy + CO  M , MxOy , MO , … + CO2
MxOy

+ H2 

M , MxOy , MO , … + H2O

+ Để giải quyết dạng bài tập này ta cần sử dụng phương pháp biện luận để giải
quyết và các định luật bảo toàn như : bào toàn khối lượng , bảo toàn điện tích ,
bảo toàn e , bảo toàn nguyên tố , …vì khi phản ứng sẽ tạo nhiều sản phẩm ,
không thể dùng phương trình hóa học để giải.

III) Một vài ví dụ minh họa :
1)

Khử hoàn toàn 54,3(g) hỗn hợp A gồm CuO , PbO trong bình kín chứa khí
17,92(l) khí CO ở (đktc) thì thu được hỗn hợp B và hỗn hợp khí C . Dẫn C
qua bình chứa dung dịch Ca(OH)2 thì thấy xuất hiện 50(g) kết tủa . Tính
khối lượng chất rắn B.
Giải :

Cách 1 : Ta có : nCO = 0,8 mol
nCaCO = 0,5 mol
Ca(OH)2 + CO2  CaCO3 + H2O


0,5 mol  0,5 mol
+ Vì : nCO > nCO2 Nên : Khí CO dùng dư sau phản ứng.
+ Gọi x,y lần lượt là số mol của CuO và PbO trong hỗn hợp A


80x + 223y = 54,3 (1)

CuO + CO  Cu + CO2
x mol  x mol 
PbO

+ CO  Pb + CO2

Y mol  y mol 


x mol

y mol

x + y = 0,5

(2)

+ Giải hệ (1) , (2) :




x = 0,4
y = 0,1
m Kim loại ( B ) = mCu + mPb = 0.4.64 + 0.1.207 = 46.3(g)

Cách 2 : Ta có : nCO = 0,8 mol
NCaCO3 = 0,5 mol


+ Bảo toàn nguyên tố ( C ) :
nCO2 = nCaCO3 = 0,5 mol

+ Vì : nCO > nCO2 Nên : Khí CO dùng dư sau phản ứng.
+ Phương trình tổng quát :
CO + O2-  CO2
0,5mol  0,5 mol
+ Bảo toàn điện tích :




m Oxit ( A ) = m Kim loại ( B ) + m O2m Kim loại ( B ) = 54,3 – 0,5.16 = 46,3 (g)


Cách 3 : Ta có : nCO = 0,8 mol
nCaCO3 = 0,5 mol
+ Bảo toàn nguyên tố ( C ) :


nCO2 = nCaCO3= 0,5 mol

+ Vì : nCO > nCO2 Nên : Khí CO dùng dư sau phản ứng.
+ Bảo toàn khối lượng :
m Oxit ( A ) + m CO = m Kim loại ( B ) + m CO2
m Kim loại ( B ) = 54,3 + 0.5.28 – 0,5.44 = 46,3 (g)



2)





Dẫn 13,44(l) hỗn hợp luồng khí X vừa đủ gồm CO , H 2 đo ở (đktc ) qua
bình chứa hỗn hợp Y đun nóng gồm ZnO và Fe2O3. Đến khi phản ứng xảy
ra hoàn toàn thì thu được 30,7(g) hỗn hợp rắn và hỗn hợp khí và hơi Z.
Tính khối lượng Y.

Giải :
Cách 1 : + Ta có : n X = 0,6 mol
+ Gọi : x,y lần lượt là số mol của ZnO và Fe2O3 trong hỗn hợp Y.
+ Bảo toàn nguyên tố Zn ,Fe :
nZnO = nZn = x mol
nFe = 2nFe2O3 = 2y mol
65x + 56.2y = 30,7 (1)
+ Phương trình tổng quát :
CO + O2-  CO2
H2 + O2-  H2O

+ Nhận thấy : nCO + nH2 = nO2

n X = nO2- = 0,6 mol

+ Bảo toàn nguyên tố ( O ) :



nO2- = nZnO + nFe2O3
x + 3y = 0,6 (2)

+ Giải hệ (1) , (2) :


x = 0,3




y = 0,1
m Y = 0,3.81 + 0.1.160 = 40,3(g)

+ Cách 2 : + Ta có : n X = 0,6 mol
+ Phương trình tổng quát :
CO + O2-  CO2
+ O2- 

H2

H 2O

+ Nhận thấy : nCO + nH2 = nO2

n X = nO2- = 0,6 mol

+ Bảo toàn điện tích :


3)



mY = m(+) + m(-) = mZ + mO2- = 30,7 + 0,6.16 = 40,3 (g)

Trộn 0,9 (g) C với 71,7(g) hỗn hợp X gồm Al2O3 , MgO , Fe3O4 trong bình
kín. Nung nóng bình sau một thời gian phản ứng thu được hỗn hợp rắn Y
gồm Al2O3 , MgO , Fe , FeO , Fe3O4 và hỗn hợp khí Z có tỉ khối so với H2 là
50/3. Hòa tan hỗn hợp Y cần vừa đủ 1,4(l)ml dung dịch HCl 2M thì thu
được dung dịch T . Cô cạn T được m(g) muối khan .Tính m ?

Giải :
+ Ta có : nC = 0,1 mol
+ Nung một thời gian thu được rắn Y ( không chứa C ) + 2,8 mol HCl ( vừa
đủ)  dd T chứa m (g) muối.
Chất khử C đã phản ứng hết tạo khí Z gồm CO và CO2 ( Mz = 100/3 )
+ Áp dụng sơ đồ chéo :
CO : 28

32/3

2

16/3

1

100/3


CO2 : 44
n CO = 2n CO2 = 2x mol

+ Bảo toàn nguyên tố (C) :




n CO + n CO2 = n C
3x = 0,075
x = 0,025

+ Phương trinh tổng quát :
C + O2-  CO
0,05 mol  0,05 mol
C + 2O2-  CO2
0,05 mol  0,025 mol
2H+ + O2-  H2O
2,8 mol  1,4 mol


n O2- (X) = 1,4 + 0,1 = 1.5 mol

+ Bào toàn điện tích :


m Muối ( T ) = m(+) + m(-)

+ Mà : m(+) = m X – m O2- (X)


4)






m Muối ( T ) = m X – m O2- + mCl- = 71,7 – 1,5.16 + 2,8.35,5 =147,1 (g)

Dẫn luồng khí CO qua 32 (g) một oxit sắt trong bình kín thì thu đươc hỗn
hơp X gồm Fe , FeO ,Fe3O4 , Fe2O3 và thấy khối lượng chất rắn giảm 4(g).
Hòa tan X trong dung dịch chứa 550ml HNO3 2M thu được dung dịch Y
và thấy thoát ra 2,24(l) khí NO ( sản phẩm khử duy nhất ). Xác định công
thức phân tử oxit sắt .
Giải :
+ Ta có : nH+ =1,1 mol
nNO = 0,1 mol
+ m chất rắn giảm = mO2- (pư ) = 0,25 mol
+ Gọi công thức phân tử oxit sắt là : FexOy
+ TH1 : Dung dịch Y chứa các ion Fe3+ , H+ , NO3+ Coi oxit sắt gồm Fe : x mol và O2- : y mol
56x + 16y = 32 (1)
+ nO2- (X) = y – 0,25 ( mol )
+ Bảo toàn e :
3nFe = 2nO2- + 3nNO
3x - 2y = 0,8 (2)


+ Giải hệ (1) ,(2) :


x = 0,48
y = 0,32

+ Xét tỉ lệ nFe/n O2- = 0,48/0,32 = 3/2 ( Loại )
+ TH2 : Dung dịch Y chứa các ion Fe2+ , NO3+ Sử dụng bán phản ứng :



n H+ = 4n NO + 2n O2n O2- = (1.1 – 0,1.4)/2 = 0,35 mol

+ nFe ( oxit ) = 32 – 16(0.35+0.25) = 22,4 (g)


nFe = 0,4 mol

+ Bảo toàn e ion :


2nFe2+ = 2n O2- + 3n NO

+ Mà : 2nFe2+ = 0,8 mol
2n O2- + 3n NO = 0,6.2 + 0,1.3 = 1,5 mol
+ Vì : ne nhường < ne nhận ( 0,8 < 1,5 ) ( Loại )
+ TH3 : Dung dịch Y chứa các ion Fe3+ : x mol , Fe2+ : y mol , NO3+ nH+ = 4n NO + 2n O2

n O2- = (1.1 – 0,1.4)/2 = 0,35 mol

+ nFe ( oxit ) = 32 – 16(0.35+0.25) = 22,4 (g)


nFe = 0,4 mol

+ Bảo toàn e ion :


3nFe3+ + 2nFe2+ = 2n O2- + 3n NO



3x + 2y =

1 (1)

+ Bảo toàn nguyên tố ( Fe ) :






nFe3+ + nFe2+ = nFe ( oxit )
x + y = 0,4 (2)
+ Giải hệ (1) , (2) :
x = 0,2
y = 0,2

+ Xét tỉ lệ nFe/n O2- = 0,4/0,6 = 2/3
+ Vậy : Công thức phân tử oxit sắt là : Fe2O3

B)

Phản ứng khử C với axit HNO3 , H2SO4 , O2 , H2O :

+Chỉ phản ứng với axit đặc nóng , axit loãng , đặc nguội hầu như không
phản ứng.
+ Phản ứng với O2 , H2O , ở dạng khí và hơi.

I) Phản ứng với axit Nitric :
+ Phương trình hóa học :

C + 4HNO3  CO2

+ 4NO2

+ 2H2O

+ Quá trinh nhường nhận e :
+ Nhường e :
C(0)  C+4

+

4e

+ Nhận e :
N+5 + e  N+4

II) Phản ứng với axit sunfuric :
+ Phương trình hóa học :
C +

2H2SO4  CO2

+ 2SO2

+ Quá trinh nhường nhận e :
+ Nhường e :
C(0)  C+4

+

4e

+ 2H2O


+ Nhận e :
S+6 + 2e  S+4

III ) Phản ứng với khí oxi :
+ Đốt cháy Cacbon trong oxi dư thì phản ứng xảy ra hoàn toàn , sản phẩm
khử là khí CO2 .
+ Phương trình hóa học :
C

+

O2

-->

CO2

+ Nhường e :
C(0) -->

C+4 +

4e

+ Nhận e :
2O2

+

2O2-

4e -->

+ Nếu lượng cacbon dùng dư thì C khử khí CO2 thành khí CO.
C

+

O2

-->

CO2

C

+

CO2

-->

2CO

+ Nhường e :
C(0) -->

C+2 +

2e

+ Nhận e :
2O2

+

4e -->

2O2-

+ Nếu đốt cháy với lượng thiếu oxi thì phàn ứng xảy ra tạo nhiều sản phẩm
gồm khí CO và CO2
C

+

1/2O2 -->

CO

C

+

O2

CO2

-->

IV) Phản ứng với hơi nước :


+ Dẫn hơi nước qua C đun nóng đỏ thu được hỗn hợp khí than ướt gồm
CO , CO2 và H2 .
+ Phương trình hóa học :
C

+

H 2O

--> CO

C

+

2H2O

--> CO2

+ H2 .
+ 2H2 .

+ Nhường e :
C(0)

-->

C+2

+

2e

C(0)

-->

C+4

+

4e

+ Nhận e :
2H+

+

2e -->

2H2 (0)

V) Một số bài tập minh họa :
1) Hòa

tan một 2,4(g) bột C trong 100 ml dung dịch HNO 3 4M đun nóng thì
thu được V(l) khí X đo ở 2atm , 300 C . Tính giá trị V .
Giải :

+ Ta có : nC = 0,2 mol
nHNO3 = 0,4 mol
C + 4HNO3  CO2

+ 4NO2

+ 2H2O ( 1 )

0,24 mol 0,4 mol
+ Nhận thấy : 0,24/1 > 0,4/4 => Lượng C dùng dư , tính toán dựa vào HNO 3
(1) =>

nCO2 = 0,1 mol

nNO2 = 0,4 mol
=> V = nRT/P = 0,5.0,082.(273 + 30)/2 =6,2115(l)


2) Hòa

tan m(g) hỗn hợp A gồm C , S trong dung dịch V ml H2SO4 20M đun
nóng thì thu được 15,68(l) hỗn hợp khí X đo ở đktc có tỉ khối so với He là

107/7. Tính giá trị m và V.
Giải :

+ Gọi a,b lần lượt là số mol của CO2 và SO2 trong hỗn hợp X ta có hệ phương
trình sau :
44a

+

a

+

64b =
b

=> a

=

0,1

b

=

0,6

0,7.2.107/7

=

0.7

+ Hỗn hợp A gồm C , S + dung dịch H2SO4  Khí X chứa CO2 và SO2 + H2O
+ Bảo toàn e :
+ Nhường e :
C

C+4

-->

+

4e

0,1 mol <-- 0,1 mol --> 0,4 mol
S

S+4

-->

c mol

-->

+

4e

c mol --> 4c mol

+ Nhận e :
S+6

+

2e

-->

1,2 mol <-=> 0,4 + 4c
=>

c

=

=

S+4
0,6 mol

1,2

0,2

+ m = mC + mS = 0,1.12 + 0,2.32 = 7,6 (g)

+ Bảo toàn nguyên tố ( S ) :


=> nH2SO4 = nSO2 = 0,6 mol
=>

V = 0,6/20 = 0,03 (l) = 3(ml)

“ Với dạng bài tập trên ta không thể dùng phương trình hóa học giải được , ta
nên sử dụng các định luật bảo toàn để giải “
3) Dẫn

hơi nước qua 4,8 (g) nóng đỏ thu được hỗn hợp khí và hơi X . Dẫn
hỗn hợp X qua 26,4(g) hỗn hơp Y gồm C và CuO sau một thời gian thì thu
được hỗn hợp chất rắn A , thấy thoát ra 11,2 (l) khí A có tỉ khối so với so
với He là 9,4 . Hòa tan A trong dung dịch HNO3 đặc nóng ( dư ) thì thu
được 20,16 (l) khí hỗn hợp Z có tỉ khối so với He là 103/9 . Tính giá trị V
và hiệu xuất phản ứng khử CuO . Biết thể tích các khí đo ở ( đktc ).
Giải :

+ Sơ đồ hóa bài toán :
+ Cho 0,4 mol C + H2O --> Khí và hơi X gồm CO , CO2 , H2O
+ Dẫn X + m(g) C , CuO --> Rắn A gồm Cu , CuO , C + 0,5 mol khí A gồm CO
và CO2 ( H < 100% )
+ Rắn Y + HNO3 đặc nóng ( dư ) --> 0,9 mol khí Z gồm NO2 và CO2 + H2 O
+ Gọi a , b lần lượt là số mol của NO2 và CO2 trong hỗn hỗn hơp Z ta có hệ
phương trình sau :
a + b

=

0,9

46a + 44b = 0,9.4.103/9
=> a = 0,1
b = 0,8
+ Áp dụng sơ đồ chéo :
CO : 28

6,4

2

9,6

3

37,6
CO2 : 44


=> 2c + 3c = 0,5
=> c =

0,1 ( Với là tỉ lệ mol các khí trong hỗn hợp )

=> nC ( A ) = nCO + nCO2 = 0,5 mol
+ Nhìn vào sơ đồ ta thấy , nguyên tố C trước sau phản ứng như nhau không
thay đổi hàm lượng.
+ Bảo toàn nguyên tố ( C ) :

=>nC ( ban đầu ) = nC ( X ) = 0,4 mol
+ Mà : nC ( X ) + nC ( Y ) = nC ( A ) + nC ( Z )
=> nC ( Y ) = 0,5 + 0,1 - 0,4 = 0,2 mol
=> nCuO ( Y ) = ( 26,4 - 0,2.12 )/80 = 0,3 mol
+ Tính hiệu xuất phản ứng khử CuO :
+ Bảo toàn nguyên tố ( C ) :
=> nC ( A ) = nCO2 (Z) = 0,1 mol
+ Bảo toàn e ( Phản ứng hòa tan Y )
+ Nhường e :
C --> C+4

+

4e

0,1 mol -->

0,4 mol

Cu --> Cu+2 +

2e

x mol

-->

2x mol

+ Nhận e :

N+5 +

e -->

N+4


0,8 mol <-- 0,8 mol
=>0,4 + 2x =

0,8

=> x = 0,2
+ H% = { nCuO(pư) / nCuO( ban đầu ) }. 100% = (0,2/ 0,3 ).100% = 66,7%

….………………………………………………Hết.………………………………………………………..
Tài liệu này được viết bởi : G.s : Nguyễn Hoàng Phong
Ngày thành lập : 27/10/2017
Kí tên : Phong