Al4C3 + HCl → AlCl3 + CH4

1. Phương trình phản ứng của Al4C3 với HCl:

Al4C3 + 12HCl 4AlCl3 + 3CH4

Phản ứng giữa Al4C3 và HCl là phản ứng hóa học trong đó nhôm cacbua (Al4C3) phản ứng với axit clohydric (HCl) tạo ra nhôm clorua (AlCl3) và khí metan (CH4).

Al4C3 + HCl → AlCl3 + CH4 là phản ứng hóa học xảy ra khi nhôm cacbua tác dụng với axit clohiđric. Sản phẩm của phản ứng này là nhôm clorua và khí metan. Phản ứng này là một ví dụ về phản ứng chuyển vị kép, trong đó các cation và anion của chất phản ứng trao đổi vị trí để tạo thành các hợp chất mới. Phản ứng có thể được cân bằng bằng cách viết các hệ số 1, 12, 4 và 3 trước các công thức tương ứng. Phản ứng cũng tỏa nhiệt, có nghĩa là nó tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh.

Phản ứng này xảy ra khi nhôm cacbua và axit clohydric tiếp xúc. Nhôm cacbua là hợp chất của nhôm và cacbon có nhiệt độ nóng chảy cao và được sử dụng trong vật liệu mài mòn và vật liệu chịu lửa. Axit clohidric là một axit mạnh, có thể hòa tan nhiều kim loại và muối. Khi phản ứng, chúng tạo thành nhôm clorua và khí metan. Nhôm clorua là muối hòa tan trong nước và có thể được sử dụng làm chất xúc tác hoặc chất keo tụ. Mêtan là một loại khí dễ cháy có thể được sử dụng làm nhiên liệu hoặc khí nhà kính.

2. Phân tích phương trình phản ứng Al4C3 với HCl:

2.1. Điều kiện để phản ứng xảy ra:

Phản ứng giữa Al4C3 và HCl là phản ứng hóa học xảy ra khi trộn hai chất phản ứng với nhau trong dung dịch nước. Phản ứng này thuộc loại phản ứng thế, trong đó nguyên tử của chất này thay thế nguyên tử của chất khác.

Để phản ứng này xảy ra, một số điều kiện phải được đáp ứng:

Nhiệt độ: Phản ứng này xảy ra ở nhiệt độ phòng hoặc cao hơn. Nếu nhiệt độ quá thấp thì phản ứng không xảy ra hoặc xảy ra rất chậm.

Lượng chất: Phản ứng này xảy ra khi có đủ số lượng của cả hai chất phản ứng. Nếu thiếu một trong hai chất thì phản ứng xảy ra không hoàn toàn và sinh ra sản phẩm khác.

– Độ tinh khiết: Phản ứng này xảy ra tốt nhất khi cả hai chất phản ứng đều tinh khiết. Nếu có tạp chất khác phản ứng sẽ bị giảm hiệu suất hoặc gây phản ứng phụ.

– pH: Phản ứng này xảy ra khi dung dịch HCl có pH thấp, tức là axit mạnh. Nếu dung dịch HCl có pH cao, tức là có tính axit yếu hoặc trung tính thì phản ứng không xảy ra hoặc xảy ra rất yếu.

2.2. Nhận biết Hiện tượng xảy ra Al4C3 + HCl → AlCl3 + CH4:

Hiện tượng nhận biết xảy ra khi xảy ra phản ứng này là:

– Từ dung dịch có khí mùi khai (khí metan) thoát ra.

– Dung dịch có màu xanh thẫm (do có ion Al3+) và có tính axit (do có ion H+).

Có sự toả nhiệt làm dung dịch nóng lên.

– Có sự thay đổi khối lượng của các chất phản ứng và sản phẩm, do chuyển từ thể rắn sang thể khí.

2.3. Cách thực hiện phản ứng Al4C3 + HCl → AlCl3 + CH4:

Để thực hiện phản ứng này một cách an toàn, chúng ta cần làm theo các bước sau:

– Pha dung dịch HCl loãng có nồng độ khoảng 1 M vào bình tam giác.

– Chuẩn bị một miếng nhôm cacbua khô và nghiền thành bột.

– Cho bột nhôm cacbua vào dung dịch HCl trong bình cầu và khuấy đều.

– Quan sát hiện tượng phản ứng: nhôm cacbua tan dần trong dung dịch, có khí metan thoát ra. Có thể thu khí mêtan bằng cách đặt một ống nghiệm chứa đầy nước lên trên miệng bình và đẩy nước ra ngoài.

Để kiểm tra khí metan, bạn có thể đốt cháy một phần khí trong ống nghiệm. Khí mê-tan sẽ cháy với ngọn lửa xanh và tỏa nhiều nhiệt.

Phản ứng này có thể được giải thích như sau:

– Nhôm cacbua bị phân hủy thành nhôm oxit và khí cacbon khi nung nóng. Al4C3 → 4Al2O3 + 3C

Khí cacbon phản ứng với axit clohiđric tạo thành khí metan và ion clo. C + 2HCl → CH4 + 2Cl-

Nhôm oxit tác dụng với axit clohiđric tạo thành nhôm clorua và nước. Al2O3 + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2O

– Tóm lại ta được phương trình tổng quát của phản ứng: Al4C3 + 12HCl → 4AlCl3 + 3CH4

2.4. Cách cân bằng phương trình Al4C3 + HCl → AlCl3 + CH4 đơn giản:

Để cân bằng phương trình Al4C3 + HCl → AlCl3 + CH4 ta có thể dùng phương pháp đơn giản sau:

– Bước 1: Viết phương trình bất cân bằng: Al4C3 + HCl → AlCl3 + CH4

– Bước 2: Đếm số nguyên tử của mỗi nguyên tố ở hai vế trái phải của phương trình:

– Vế trái: Al = 4, C = 3, H = 1, Cl = 1

– Vế phải: Al = 1, C = 1, H = 4, Cl = 3

– Bước 3: Chọn một nguyên tố có số nguyên tử khác nhau ở bên trái và bên phải để cân bằng. Ta có thể chọn Al hoặc C. Giả sử ta chọn Al, ta nhân AlCl3 bên phải hệ số 4 để được số nguyên tử Al ở vế trái và vế phải bằng nhau: Al4C3 + HCl → 4AlCl3 + CH4

– Bước 4: Kiểm tra số hiệu nguyên tử của các nguyên tố còn lại sau khi cân bằng Al:

– Vế trái: C = 3, H = 1, Cl = 1

– Vế phải: C = 1, H = 4, Cl = 12

– Bước 5: Tiếp tục cân bằng các yếu tố còn lại theo cách tương tự. Ta có thể chọn C hoặc H hoặc Cl. Giả sử chọn C, ta nhân 3 với CH4 bên phải để được số nguyên tử C ở vế trái và vế phải bằng nhau: Al4C3 + HCl → 4AlCl3 + 3CH4

– Bước 6: Kiểm tra số hiệu nguyên tử của các nguyên tố còn lại sau khi cân bằng C:

– Vế trái: H = 1, Cl = 1

– Vế phải: H = 12, Cl = 12

– Bước 7: Cuối cùng cân bằng lượng H bằng cách nhân HCl trái với hệ số 12 để được số nguyên tử H ở vế trái và vế phải bằng nhau: Al4C3 + 12HCl → 4AlCl3 + 3CH4

– Bước 8: Kiểm tra các yếu tố đã cân đối hay chưa. Nếu cân bằng, ta được phương trình cân bằng đầy đủ.

Vậy phương trình cân bằng là: Al4C3 + 12HCl → 4AlCl3 + 3CH4

2.5. Ứng dụng của phản ứng Al4C3 + HCl → AlCl3 + CH4:

Phản ứng Al4C3 + HCl → AlCl3 + CH4 là phản ứng hóa học giữa nhôm cacbua và axit clohydric, thu được nhôm clorua và metan. Phản ứng này có một số ứng dụng công nghiệp và nghiên cứu, chẳng hạn như:

Sản xuất khí mê-tan: Khí mê-tan là nguồn nhiên liệu quan trọng, có thể được sử dụng để chạy động cơ đốt trong, phát điện hoặc làm nguyên liệu cho các quá trình hóa học khác. Phản ứng Al4C3 + HCl có thể được sử dụng để sản xuất khí mê-tan từ nhôm cacbua, một chất rắn có thể được lưu trữ và vận chuyển dễ dàng hơn khí mê-tan.

– Tạo chất đẩy tên lửa: Nhôm clorua và metan là hai chất có nhiệt độ sôi thấp, có thể chuyển thành hơi khi đun nóng. Khi hai loại khí này phun ra khỏi đầu tên lửa sẽ tạo ra lực đẩy lớn, giúp tên lửa bay lên không trung. Phản ứng Al4C3 + HCl có thể được sử dụng để tạo ra hai loại khí này trong buồng đốt của tên lửa.

– Nghiên cứu cấu tạo và tính chất của nhôm cacbua: Nhôm cacbua là hợp chất gồm nhôm và cacbon, có công thức hóa học Al4C3. Nó có một số tính chất đặc biệt, chẳng hạn như khả năng phát huỳnh quang khi bị kích thích bởi ánh sáng hoặc điện. Phản ứng Al4C3 + HCl có thể được sử dụng để phân tích cấu trúc và tính chất của nhôm cacbua bằng cách quan sát các sản phẩm phản ứng và đo các thông số như nhiệt độ, áp suất, mật độ và nồng độ.

3. Bài tập và lời giải:

Câu 1: Để chứng minh sản phẩm của phản ứng cháy giữa metan và oxi có tạo ra khí cacbonic hay không, người ta cho vào ống nghiệm chất nào sau đây?

A. H2O

B. Ca(OH)2 . giải pháp

C. NaOH . giải pháp

D. Viên Thuốc Tím

Đáp án: B. Dung dịch Ca(OH)2.

Câu 2: Để có thể thu được khí CH4 trong phòng thí nghiệm, người ta dùng cách nào sau đây?

A. Đẩy khí (bình trên)

B. Chống axit

C. Đẩy nước (úp ngược bình)

D. Đế đẩy

Đáp án: C. đẩy nước (úp)

Câu 3: Khi cho nhôm cacbua (Al4C3) phản ứng với Hcl thu được sản phẩm gồm

A. C2H6 và AlCl3

B. CH4 và AlCl3

C. C2H4 và AlCl3

D. C3H8 và AlCl3

Đáp án: B. CH4 và AlCl3

Câu 4: Đốt cháy hết 2,24 lít khí metan trong không khí thu được V lít khí Co2. Giá trị của VŨ

A. 2,24 lít

B. 4,48 lít

C. 3,36 lít

D. 6,72 lít

Đáp số: A. 2,24 lít

Câu 5: Phát biểu nào sau đây không đúng?

A. Metan là chất khí không màu, không mùi, tan trong nước.

B. Metan có phản ứng thế với clo.

C. Trong phân tử metan có 4 liên kết đơn.

D. Metan cháy trong oxi và toả nhiều nhiệt.

Trả lời: A. Metan là chất khí không màu, không mùi, tan tốt trong nước.

Câu 6: Phát biểu nào sau đây không đúng?

A. Metan là chất khí nhẹ hơn không khí.

B. Metan là nguồn cung cấp hiđro cho công nghiệp phân bón hóa học.

C. Metan là chất khí cháy trong không khí, tỏa nhiều nhiệt.

D. Metan là khí nhẹ hơn hiđro

Đáp án: D. Metan là khí nhẹ hơn khí hiđro.