Thông tin tài liệu
Khóa học LTĐH KIT-1: Mơn Hóa học (Thầy Vũ Khắc Ngọc) chất Lý thuyết tập cacbon hợp LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP VỀ CACBON VÀ HỢP CHẤT (TÀI LIỆU BÀI GIẢNG) (Tài liệu dùng chung cho giảng số 11, 12 13 thuộc chuyên đề này) Giáo viên: VŨ KHẮC NGỌC Đây tài liệu tóm lược kiến thức kèm với giảng “Lý thuyết tập cacbon hợp chất” thuộc Khóa học LTĐH KIT-1: Mơn Hóa học (Thầy Vũ Khắc Ngọc) website Hocmai.vn Để nắm vững kiến thức phần “Lý thuyết tập cacbon hợp chất”, Bạn cần kết hợp xem tài liệu với giảng I KHÁI QUÁT VỀ CÁC NGUYÊN TỐ NHÓM IVA Giới thiệu nguyên tố nhóm IVA Cacbon Silic Số hiệu nguyên tử 14 Nguyên tử khối 12,01 28,09 2 Cấu hình electron lớp ngồi 2s 2p 3s23p2 Bán kính ngun tử (nm) 0,077 0,117 Độ âm điện 2,55 1,90 Năng lượng ion hoá thứ (kJ/mol) 1086 786 Đặc điểm a Cấu hình electron nguyên tử - Lớp electron ngồi ngun tử (ns2 np2) có electron : Gecmani 32 72,64 4s24p2 0,122 2,01 762 Thiếc 50 118,69 5s25p2 0,140 1,96 709 Chì 82 207,20 6s26p2 0,146 2,33 716 ns2 np2 - Ở trạng thái bản, nguyên tử nguyên tố nhóm cacbon có hai electron độc thân, hợp chất chúng tạo thành hai liên kết cộng hố trị - Khi kích thích, electron cặp electron phân lớp ns chuyển sang obitan p trống phân lớp np ns2 np3 ns1 np3 Do đó, nguyên tử nguyên tố nhóm cacbon có electron độc thân hợp chất chúng tạo thành liên kết cộng hoá trị - Trong hợp chất nguyên tố có số oxi hố +4, +2, -4 tuỳ thuộc vào độ âm điện nguyên tố liên kết với chúng b Sự biến thiên tính chất - Từ cacbon đến chì nên tính phi kim giảm dần, tính kim loại tăng dần độ âm điện tăng dần bán kính nguyên tử tăng dần - Các hợp chất + Hợp chất với hiđro: có dạng AH4 CH4 ; SiH4 Độ bền nhiệt hiđrua giảm nhanh từ CH4 đến PbH4 + Các oxit cao nhất: có dạng AO2 CO2 SiO2 oxit axit oxit GeO2, PbO2, SnO2 hợp chất lưỡng tính + Các hiđroxit: H2CO3 (axit yếu), H2SiO3 (axit yếu), Ge(OH)2, Sn(OH)2 Pb(OH)2 chúng hợp chất lưỡng tính + Sự biến thiên hợp chất từ cacbon đến chì tính axit giảm dần, tính bazơ tăng dần II CACBON VÀ HỢP CHẤT CỦA CACBON A CACBON Các dạng thù hình - Tính chất vật lí a Kim cương Hocmai.vn - Ngơi trường chung học trị Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | - Khóa học LTĐH KIT-1: Mơn Hóa học (Thầy Vũ Khắc Ngọc) chất Lý thuyết tập cacbon hợp - Là chất tinh thể không màu, suốt, khơng dẫn điện, dẫn nhiệt kém, có khối lượng riêng 3,51 g/cm - Tinh thể kim cương thuộc loại tinh thể nguyên tử điển hình, nên kim cương chất cứng tất chất b Than chì - Là tinh thể màu xám đen, có ánh kim, dẫn điện tốt kim loại - Tinh thể than chì có cấu trúc lớp Các lớp liên kết với lực Van-đe-van yếu, nên lớp dễ tách khỏi Khi vạch than chì giấy, để lại vạch đen gồm nhiều lớp tinh thể than chì c.Fuleren Gồm phân tử C60, C70, … có cấu trúc hình cầu rỗng phát năm 1985 d Cacbon vơ định hình - Than điều chế nhân tạo than cốc, than gỗ, than xương, than muội gọi chung cacbon vô định hình - Than gỗ, than xương có cấu tạo xốp, nên chúng có khả hấp phụ mạnh chất khí chất tan dung dịch Tính chất hố học Trong ba dạng thù hình kể cacbon, cacbon vơ định hình hoạt động mặt hoá học Tuy nhiên, nhiệt độ thường cacbon trơ, cịn đun nóng phản ứng với nhiều chất Trong phản ứng cacbon thể tính khử tính oxi hố Tuy nhiên, tính khử tính chất chủ yếu cacbon a Tính khử - Tác dụng với phi kim (trừ halogen), điển hình tác dụng với oxi: đốt cacbon khơng khí, phản ứng tỏa nhiều nhiệt: +4 t0 C + O CO2 Ở nhiệt độ cao, cacbon lại khử CO2 theo phản ứng: +4 +2 t C + CO 2CO Do sản phẩm đốt cacbon khơng khí, ngồi khí CO2 cịn có khí CO - Tác dụng với hợp chất: nhiệt độ cao, cacbon khử oxit kim loại sau Al, nhiều chất oxi hóa khác HNO3, KClO3, H2SO4 đặc, … Fe2O3 2 3C 2Fe 3CO 2 C 4HNO (đặc) CO b Tớnh oxi hoỏ - Tác dụng với hiđro phản ứng với 2 4NO 2H O 4 C 2H 2 CH4 - Tác dụng với kim loại Thí dụ : o 4 4Al + 3C Al4 C3 Nhôm cacbua Ứng dụng - Kim cương sử dụng làm đồ trang sức Trong kĩ thuật, kim cương dùng để chế tạo mũi khoan, dao cắt thuỷ tinh bột mài - Than chì dùng làm điện cực; làm nồi, chén để nấu chảy hợp kim chịu nhiệt; chế tạo chất bơi trơn; làm bút chì đen - Than cốc dùng làm chất khử luyện kim để luyện kim loại từ quặng - Than gỗ dùng để chế thuốc nổ đen, thuốc pháo, chất hấp phụ Loại than gỗ có khả hấp phụ mạnh gọi than hoạt tính Than hoạt tính dùng nhiều mặt nạ phịng độc, cơng nghiệp hoá chất y học - Than muội dùng làm chất độn lưu hoá cao su, để sản xuất mực in, xi đánh giầy, CO + Cl2 xt 1050 C Hocmai.vn - Ngôi trường chung học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | - Khóa học LTĐH KIT-1: Mơn Hóa học (Thầy Vũ Khắc Ngọc) chất Lý thuyết tập cacbon hợp Trạng thái tự nhiên Điều chế a Trạng thái tự nhiên - Trong tự nhiên kim cương than chì cacbon tự gần tinh khiết - Ngoài ra, cacbon cịn có khống vật canxit (đá vơi, đá phấn, đá hoa, chúng chứa CaCO3), magiezit (MgCO3), đolomit (CaCO3 MgCO3), thành phần loại than mỏ (than antraxit, than mỡ, than nâu, than bùn, , chúng khác tuổi địa chất hàm lượng cacbon) - Dầu mỏ, khí đốt thiên nhiên hỗn hợp chất khác chứa cacbon, chủ yếu hiđrocacbon Các thể thực vật động vật chứa nhiều chất, chủ yếu cacbon tạo thành b Điều chế + Kim cương nhân tạo: nung than chì 3000 C áp suất 70 - 100 nghìn atmotphe thời gian dài + Than chì nhân tạo: nung than cốc 2500 - 3000 C lị điện, khơng có khơng khí + Than cốc: nung than mỡ 1000 - 1250 C lị điện, khơng có khơng khí + Than gỗ: đốt cháy gỗ điều kiện thiếu khơng khí to 2H Than muội: nhiệt phân metan có chất xúc tác : CH4 C Than mỏ khai thác trực tiếp từ vỉa than nằm độ sâu khác mặt đất B CÁC HỢP CHẤT CỦA CACBON Cacbon monooxit: CO a Công thức phân tử - Công thức cấu tạo - Cơng thức phân tử: CO (cacbon có số oxi hóa +2) - Công thức cấu tạo: C O b Tính chất vật lí - Là chất khí khơng màu, khơng mùi, nhẹ khơng khi, tan nước Hoá lỏng -191,50C, hoá rắn - 205,20C - Rất bền với nhiệt - Rất độc c Tính chất hố học Trong phân tử CO có liên kết ba giống N nên CO hoạt động điều kiện thường, trở nên hoạt động đun nóng - Theo phản ứng trao đổi: CO oxit khơng tạo muối (khơng thể tính chất hoá học) - Theo phản ứng oxi hoá khử: CO chất khử mạnh: Tác dụng với chất oxi hố Thí dụ: + Tác dụng với O2: CO cháy khơng khí tạo thành CO 2, cho lửa màu lam nhạt tỏa nhiều nhiệt Vì vậy, CO dùng làm nhiên liệu khí 2CO (k) + O2 (k) 2CO2 (k) + Tác dụng với Cl2: Khi có than hoạt tính làm xúc tác, COkết hợp với Clo theo phản ứng: COCl2 ( photgen) + Tác dụng với oxit kim loại sau nhôm + + CO + CuO to d Điều chế Cu + CO2 - Trong công nghiệp + Cách 1: Cho nước qua than nóng đỏ: C + H2O 0 CO + H2 Hỗn hợp khí tạo thành khí than ướt chứa 44% CO, 45% H2, 5% H2O, 6% N2 + Cách 2: Thổi không khí qua than nung đỏ lị ga C + O2 CO2 CO2 + C 2CO Hỗn hợp khí thu khí lị ga (khí than khơ) chứa trung bình 25% CO, 70% N 2, 4% CO2, 1% khí khác Khí than ướt, khí lị gas dùng làm nhiên liệu khí - Trong phịng thí nghiệm: Cho H2SO4 đặc vào axit fomic đun núng: H ( đặc ) CO2 + H2O Hocmai.vn - Ngôi trường chung học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | - Khóa học LTĐH KIT-1: Mơn Hóa học (Thầy Vũ Khắc Ngọc) Lý thuyết tập cacbon hợp chất SO HCOOH CO + H2O Cacbon đioxit a Công thức phân tử - Công thức cấu tạo - Công thức phân tử: CO2 - Công thức cấu tạo: O = C = O Các liên kết C - O phân tử CO2 liên kết cộng hóa trị có cực có cấu tạo thẳng nên CO phân tử khơng có cực b Tính chất vật lí - CO2 chất khí khơng màu, nặng gấp 1,5 lần khơng khí, tan khơng nhiều nước : điều kiện thường lít nước hồ tan lít khí CO2 - Ở nhiệt độ thường nén áp suất 60 atm, khí CO hố lỏng Khi làm lạnh đột ngột 760C, khí CO2 hố thành khối rắn, trắng, gọi "nước đá khô" Nước đá khơ khơng nóng chảy mà thăng hoa, nên dùng để tạo môi trường lạnh khô, tiện lợi cho việc bảo quản thực phẩm c Tính chất hố học - Theo phản ứng trao đổi: Mang tính chất oxit axit: Tác dụng với oxit bazơ bazơ tan nước thành dung dịch axit cacbonic Thí dụ: CO H2 - Theo phản ứng oxi hố khử: có tính oxi hố yếu Ví dụ: to CO2 + C 2CO Khí CO2 khơng cháy khơng trì cháy nhiều chất nên người ta dùng để dập tắt đám cháy Tuy nhiên, kim loại có tính khử mạnh, thí dụ Mg, Al cháy khí CO2: +4 +2 CO + 2Mg 2MgO + C Do đó, khơng dùng CO2 để dập tắt đám cháy Mg , Al *Đặc biệt: Tác dụng với NH3 tạo thành ure to ) CO + H O CO2 + 2NH3 (NH2 2 d Điều chế - Trong phịng thí nghiệm, khí CO2 điều chế cách cho dung dịch axit clohiđric tác dụng với đá vôi: CaCO3 + 2HCl CaCl2 + CO2 + H2O - Trong cơng nghiệp, khí CO2 sản xuất cách đốt cháy hoàn toàn than dầu mỏ, khí thiên nhiên oxi hay khơng khí Khí CO2 sản phẩm phụ q trình nung vôi, lên men rượu từ glucozơ Axit cacbonic H2CO3 Axit cacbonic axit yếu bền, tồn dung dịch loãng, dễ bị phân huỷ thành CO H2O Trong dung dịch, axit cacbonic phân li theo nấc với số phân li axit 250C sau: + -7 H2CO3 HCO + H K = 4,5.10 - 2- HCO CO + H+ K = 4,8.10-11 3 Axit cacbonic tạo hai muối: muối cacbonat chứa ion - 2- CO , ví dụ Na2CO3, CaCO3, (NH4)2CO3, … muối hiđrocacbonat chứa ion HCO , ví dụ NaHCO3, Ca(HCO3)2, NH4HCO3, … Muối cacbonat a Tính chất vật lý - Đều chất rắn - Tính tan: Các muối cacbonat trung hoà kim loại kiềm (trừ Li2CO3), amoni, muối hiđro cacbonat (trừ NaHCO3 tan) tan - Các muối cacbonat trung hoà kim loại khác khơng tan tan nước Hocmai.vn - Ngôi trường chung học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | - Khóa học LTĐH KIT-1: Mơn Hóa học (Thầy Vũ Khắc Ngọc) b Tính chất hố học Với dung dịch muối: Mang đủ tính chất muối tan - Tác dụng với dung dịch axit: giải phóng khí CO2 Thí dụ: NaHCO3 + HCl NaCl + CO2 + H2O Lý thuyết tập cacbon hợp chất - HCO + H+ CO2 + H2O Na2CO3 + 2HCl 2NaCl + CO2 + H2O 2- CO + 2H+ CO2 + H2O - Tác dụng với dung dịch kiềm: muối hiđrocacbonat dễ tác dụng với dung dịch kiềm Thí dụ: NaHCO3 + NaOH Na2CO3 + H2O - HCO + OH- CO + H2O - Phản ứng nhiệt phân muối dạng khan + Các muối cacbonat trung hoà tan (của kim loại kiềm) bền với nhiệt, không bị phân huỷ + Các muối cacbonat kim loại khác, muối hiđrocacbonat, bị phân huỷ Đặc biệt muối HCO- dễ bị nhiệt phân tích đun nóng dung dịch Thí dụ: MgCO3 2NaHCO3 to MgO + CO2 t o Na2CO3 + CO2 + H2O to Ca(HCO3)2 CaCO3 + CO2 + H2O c Ứng dụng số muối cacbonat - Canxi cacbonat (CaCO3) tinh khiết chất bột nhẹ, màu trắng, dùng làm chất độn cao su số ngành cơng nghiệp - Natri cacbonat khan (Na2CO3, cịn gọi sođa khan) chất bột màu trắng, tan nhiều nước Khi kết tinh từ dung dịch tách dạng tinh thể Na 2CO3.10H2O Sođa dùng công nghiệp thuỷ tinh, đồ gốm, bột giặt, - Natri hiđrocacbonat (NaHCO3) chất tinh thể màu trắng, tan nước, dùng cơng nghiệp thực phẩm Trong y học, natri hiđrocacbonat dùng làm thuốc để chữa bệnh đau dày (thuốc muối nabica) Giáo viên: Vũ Khắc Ngọc Nguồn: Hocmai.vn - Ngôi trường chung học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 Hocmai.vn - Trang | - ... H2CO3 HCO + H K = 4,5 .10 - 2- HCO CO + H+ K = 4,8 .10 -11 3 Axit cacbonic tạo hai muối: muối cacbonat chứa ion - 2- CO , ví dụ Na2CO3, CaCO3, (NH4)2CO3, … muối hiđrocacbonat chứa ion HCO , ví... trường chung học trị Việt Tổng đài tư vấn: 19 00 58-58 -12 - Trang | - Khóa học LTĐH KIT- 1: Mơn Hóa học (Thầy Vũ Khắc Ngọc) Lý thuyết tập cacbon hợp chất SO HCOOH CO + H2O Cacbon đioxit a Công... mực in, xi đánh giầy, CO + Cl2 xt 10 50 C Hocmai.vn - Ngôi trường chung học trò Việt Tổng đài tư vấn: 19 00 58-58 -12 - Trang | - Khóa học LTĐH KIT- 1: Mơn Hóa học (Thầy Vũ Khắc Ngọc) chất
Ngày đăng: 21/01/2022, 19:21
Xem thêm:
