c3h5(oh)3 + cuo -> ????

Chào các em học sinh thân mến! Hôm nay chúng ta sẽ cùng giải quyết một bài tập phản ứng hóa học thú vị giữa một hợp chất hữu cơ và một oxit kim loại.

Phân tích đề bài:

Chúng ta có phản ứng giữa C₃H₅(OH)₃ (glixerol) và CuO (đồng(II) oxit).

Phương pháp áp dụng:

Dựa trên kiến thức Hóa học lớp 10, chúng ta biết rằng:

1. Glixerol (C₃H₅(OH)₃) là một hợp chất hữu cơ, cụ thể là một loại ancol đa chức (poliol). Các hợp chất hữu cơ có khả năng bị oxi hóa.
2. Đồng(II) oxit (CuO) là một oxit bazơ, nhưng đặc biệt, nó là một chất oxi hóa mạnh khi nung nóng. CuO có khả năng nhường oxi cho các chất khác, trong khi bản thân nó bị khử thành kim loại đồng (Cu).
3. Khi nung nóng một hợp chất hữu cơ với chất oxi hóa mạnh như CuO, đặc biệt trong trường hợp không có đủ oxi tự do, phản ứng thường dẫn đến sự oxi hóa hoàn toàn hợp chất hữu cơ thành các sản phẩm đơn giản và bền nhất là cacbon đioxit (CO₂) và nước (H₂O). Đây là nguyên tắc cơ bản được áp dụng trong phân tích định lượng các nguyên tố C và H trong hợp chất hữu cơ.

Vì vậy, chúng ta sẽ xem xét đây là phản ứng oxi hóa hoàn toàn glixerol bởi CuO ở nhiệt độ cao.

Lời giải chi tiết từng bước:

Bước 1: Xác định các chất phản ứng và sản phẩm dự kiến.

Chất phản ứng:

• Glixerol: C₃H₅(OH)₃. Để thuận tiện cho việc cân bằng, chúng ta có thể viết công thức phân tử là C₃H₈O₃.
• Đồng(II) oxit: CuO.

Sản phẩm dự kiến (khi oxi hóa hoàn toàn bởi CuO ở nhiệt độ cao):

• Cacbon trong glixerol sẽ bị oxi hóa thành cacbon đioxit (CO₂).
• Hidro trong glixerol sẽ bị oxi hóa thành nước (H₂O).
• Đồng(II) oxit (CuO) sẽ bị khử thành đồng kim loại (Cu).

Bước 2: Viết sơ đồ phản ứng.

$${\text{C}}_3{\text{H}}_8{\text{O}}_3+\text{CuO}\stackrel{t^{\circ }}{\to }{\text{CO}}_2+{\text{H}}_2\text{O}+\text{Cu}$$

Bước 3: Cân bằng phương trình phản ứng.

Chúng ta sẽ cân bằng lần lượt các nguyên tố theo thứ tự kim loại, phi kim (trừ O, H), sau đó đến H và cuối cùng là O.

3.1. Cân bằng nguyên tố Cacbon (C):

Trong C₃H₈O₃ có 3 nguyên tử C. Trong CO₂ có 1 nguyên tử C.

Để cân bằng, ta đặt hệ số 3 trước CO₂:

$${\text{C}}_3{\text{H}}_8{\text{O}}_3+\text{CuO}\stackrel{t^{\circ }}{\to }3{\text{CO}}_2+{\text{H}}_2$$

3.2. Cân bằng nguyên tố Hidro (H):

Trong C₃H₈O₃ có 8 nguyên tử H. Trong H₂O có 2 nguyên tử H.

Để có 8 nguyên tử H ở vế phải, ta cần 4 phân tử H₂O (8 nguyên tử H / 2 nguyên tử H mỗi H₂O = 4).

Đặt hệ số 4 trước H₂O:

$${\text{C}}_3{\text{H}}_8{\text{O}}_3+\text{CuO}\stackrel{t^{\circ }}{\to }3{\text{CO}}_2+4{\text{H}}_2\text{O}+\text{Cu}$$

3.3. Cân bằng nguyên tố Oxi (O):

Đếm tổng số nguyên tử Oxi ở vế phải:

• Trong 3 CO₂ có 3 × 2 = 6 nguyên tử O.
• Trong 4 H₂O có 4 × 1 = 4 nguyên tử O.
• Tổng số Oxi vế phải = 6 + 4 = 10 nguyên tử O.

Đếm số nguyên tử Oxi ở vế trái:

• Trong C₃H₈O₃ có 3 nguyên tử O.
• Trong CuO có 1 nguyên tử O.

Gọi x là hệ số của CuO.

Tổng số Oxi vế trái = 3 (từ C₃H₈O₃) + x (từ CuO).

Để cân bằng Oxi: $3+x=10$ $\to$ $x=7$.

Đặt hệ số 7 trước CuO:

$${\text{C}}_3{\text{H}}_8{\text{O}}_3+7\text{CuO}\stackrel{t^{\circ }}{\to }3{\text{CO}}_2+4{\text{H}}_2\text{O}+\text{Cu}$$

3.4. Cân bằng nguyên tố Đồng (Cu):

Ở vế trái có 7 nguyên tử Cu (trong 7 CuO). Để cân bằng, ta đặt hệ số 7 trước Cu ở vế phải.

Bước 4: Viết phương trình phản ứng hoàn chỉnh đã cân bằng.

Thay C₃H₈O₃ bằng công thức ban đầu C₃H₅(OH)₃:

$${\text{C}}_3{\text{H}}_5{(\text{OH})}_3+7\text{CuO}\stackrel{t^{\circ }}{\to }3{\text{CO}}_2\uparrow +4{\text{H}}_2\text{O}+7\text{Cu}$$

Kết luận:

Phương trình phản ứng đã cân bằng là:

$${\text{C}}_3{\text{H}}_5{(\text{OH})}_3+7\text{CuO}\stackrel{t^{\circ }}{\to }3{\text{CO}}_2\uparrow +4{\text{H}}_2\text{O}+7\text{Cu}$$