CHƯƠNG 3: CACBON – SILIC BÀI 11: CACBON Mục tiêu Kiến thức + Trình bày vị trí cacbon bảng tuần hồn ngun tố hóa học, cấu hình electron nguyên tử, dạng thù hình cacbon, tính chất vật lí (cấu trúc hình thể, độ cứng, độ dẫn điện) ứng dụng cacbon + Trình bày cacbon có tính phi kim yếu (oxi hóa hiđro kim loại canxi), tính khử (khử oxi, oxit kim loại) Trong hợp chất, cacbon thường có số oxi hóa +2 +4 Kĩ + Viết phương trình hóa học minh họa tính chất hóa học C giải tập có liên quan Trang I LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM Vị trí cấu hình electron ngun tử Vị trí: Ơ thứ 6, nhóm IVA, chu kì Cấu hình electron: 1s2 2s2 p2 Có electron lớp ngồi cùng, tạo liên kết cộng hóa trị Các số oxi hóa: 4,0, 2 Chú ý: Cách xác định vị trí cấu hình electron nguyên tử C tương tự nitơ Tính chất vật lí ứng dụng Ứng dụng Dạng thù hình Cấu trúc Tính chất vật lí Kim cương Tứ diện Trong suốt, Đồ trang sức, mũi khoan, không màu, dao cắt thủy tinh,… không dẫn điện, dẫn nhiệt Than chì Cấu trúc Màu xám đen, Làm điện cực, làm nồi nấu lớp Các dẫn điện tốt, chảy hợp kim chịu lớp liên mềm, lớp dễ nhiệt, chế tạo chất bột chì, kết yếu tách làm bút chì đen với Cacbon vơ Xốp định hình Khả hấp Than cốc dùng làm chất phụ mạnh khử luyện kim; Than hoạt tính dùng mặt nạ phòng độc; Than muội dùng làm chất độn cao su, sản xuất mực in, xi đánh giày,… Tính chất hóa học Cacbon vừa thể tính khử, vừa thể tính oxi hóa a Tính khử 0 4 2 t Tác dụng với oxi: Cacbon cháy khơng khí, tỏa nhiều nhiệt: C O2 C O2 Chú ý: Trong điều kiện thiếu oxi, cacbon khử CO2 thành cacbon monooxit (CO), chứng tỏ tác dụng với hợp chất Đốt than phải để nơi thống khí để khỏi sinh khí độc CO Trang Tác dụng với hợp chất: Ở nhiệt độ cao, cacbon khử nhiều oxi, nhiều chất oxi hóa khác 4 2 t nhau: C C O2 2C O 4 4 4 t C H N O3đỈc C O2 N O2 2H 2O 5 1 4 t 3C 2K Cl O3 2K Cl 3C O 2 2 2 2 t C Zn O Zn C O t C Cu O Cu C O b Tính oxi hóa: Cacbon thể tính oxi hóa nhiệt độ cao 4 xt,t Tác dụng với hiđro: C 2H2 C H4 t Tác dụng với kim loại: Al 3C Al C 3 4 Nh«m cacbua 0 2 1 t Ca C Ca C Canxi cacbua HỆ THỐNG HĨA KIẾN THỨC CACBON Vị trí – cấu hình electron ngun tử Ơ số 6, chu kì 2, nhóm VIA 1s2 2s2 2p2 Dạng thù hình: kim cương, than chì, cacbon vơ định hình Tính chất hóa học Các trạng thái oxi hóa: 4,0, 2 Tính oxi hóa: t + Tác dụng với kim loại: Ví dụ: 4Al 3C Al 4C t CH + Tác dụng với hiđro: C 2H2 Tình khử: t CO2 + Tác dụng với oxi: C O2 t 2CO + Tác dụng với hợp chất: Ví dụ: C CO t 3C 2KClO3 2KCl 3CO Trạng thái tự nhiên + Kim cương, than chì tinh khiết + Khoáng vật: canxit, magiezit, đolomit,… + Than mỏ, dầu mỏ, khí thiên nhiên + Hợp chất hữu cơ: tế bào, glucozơ,… Trang II CÁC DẠNG BÀI TẬP Dạng 1: Bài tập lí thuyết tính chất vật lí, hóa học cacbon Ví dụ mẫu Ví dụ Trong phản ứng hóa học, cacbon A thể tính khử B vừa thể tính khử vừa thể tính oxi hóa C thể tính oxi hóa D khơng thể tính khử tính oxi hóa Hướng dẫn giải Trong phản ứng hóa học, cacbon vừa thể tính khử (tác dụng với oxi, hợp chất), vừa thể tính oxi hóa (tác dụng với, kim loại) Chọn B Ví dụ Cacbon gồm dạng hình thù nào? A Kim cương, than chì, than gỗ B Kim cương, than gỗ, than cốc C Kim cương, than chì, cacbon vơ định hình D Kim cương, than xương, than cốc Hướng dẫn giải Cacbon có dạng thù hình: kim cương, than chì cacbon vơ định hình Chọn C Bài tập tự luyện dạng Câu 1: Cho chất: O2 1 ,CO ,H 3 ,Fe 2O3 ,SiO ,HCl 6 ,CaO ,H 2SO đỈc 8 ,HNO ,H O 10 ,KMnO 11 Số chất mà cacbon phản ứng trực tiếp là: A 12 B C 11 D 10 Câu 2: Trong phản ứng sau, phản ứng mà cacbon thể tính khử là: t CaC A 2C Ca t CH B C 2H2 t Al 4C C 3C 4Al t CO2 D C O2 Câu 3: Than dùng làm chất độn cao su, sản xuất mực in, xi đánh giầy là: A than chì B than muội C than gỗ D than cốc Câu 4: Cacbon thể tính oxi hóa phản ứng: t CH A C 2H2 t CO2 4NO2 2H2O B C 4HNO3 t 3Fe 4CO2 C 4C Fe3O4 t 2CO D C CO2 Câu 5: Phản ứng cacbon đóng vai trị vừa chất khử vừa chất oxi hóa là: A C HNO3 đặc nóng B C H2SO4 đặc nóng C CaO C (trong lò điện) D C O2 Trang Bài tập nâng cao Câu 6: Cho cacbon (C) tác dụng với Al,H2O,CuO,HNO3 đỈc ,KClO3 ,CO2 ,H 2SO4 đỈc , điều kiện thích hợp Số phản ứng mà C đóng vai trị làm chất khử là: A B C D Câu 7: Viết phương trình hóa học hồn thành dãy chuyển hóa sau: C CO2 CO CO2 NaHCO3 Na2CO3 Dạng 2: Bài tập tính thành phần phần trăm khối lượng cacbon Phương pháp giải Ví dụ: Đốt mẫu than đá (chứa tạp chất khơng cháy) có khối lượng 0,600 kg oxi dư, thu 1,06 m3 (đktc) khí cacbonic Tính thành phần phần trăm khối lượng cacbon mẫu than đá Hướng dẫn giải Bước 1: Tính số mol chất mà đề cho Bước 2: Viết phương trình hóa học n CO2 1,06.1000 47,32 mol 22,4 Phương trình hóa học: t C O2 CO2 47,32 47,32 mol Bước 3: Tính tốn theo phương trình hóa học Theo phương trình: xác định thành phần phần trăm khối lượng cacbon mẫu theo công thức: %mC mC 100% m hh nC 47,32 mol mC 47,32.12 567,84 gam Phần trăm khối lượng C mẫu than đá bằng: 567,84 100% 94,64% 0,6.1000 Ví dụ mẫu Ví dụ 1: Trong tự nhiên, người ta lấy 500 canxi cacbonat tồn dạng đá vôi để làm vật liệu xây dựng Thành phần phần trăm khối lượng cacbon mẫu đá vôi là: A 12% B 50% C 75% D 48% Hướng dẫn giải M CaCO3 40 12 16.3 100 m C đá vôi %m C đá vôi 500.12 60 100 60.100% 12% 500 Chọn A Bài tập tự luyện dạng Trang Câu 1: Để xác định hàm lượng phần trăm cacbon mẫu gang trắng, người ta đốt mẫu gang oxi dư Sau đó, xác định lượng CO2 tạo thành cách dẫn khí qua nước vơi dư; lọc lấy kết tủa, rửa sạch, sấy khô đem cân Với mẫu gang khối lượng 5,00 gam khối lượng kết tủa thu 1,00 gam hàm lượng phần trăm cacbon mẫu gang bao nhiêu? Câu 2: Đốt mẫu than chì chứa tạp chất lưu huỳnh oxi Cho hỗn hợp khí tác dụng với lượng dư dung dịch brom, thấy có 0,32 gam brom phản ứng Cho khí khỏi dung dịch brom tác dụng với lượng dư nước vôi trong, thu 10,00 gam kết tủa a) Viết phương trình hóa học phản ứng xảy b) Xác định phần trăm khối lượng cacbon mẫu than chì ĐÁP ÁN Dạng 1: Bài tập lí thuyết tính chất vật lí, hóa học cacbon Câu 1: Chọn B Có chất mà cacbon phản ứng trực tiếp là: O2 1 ,CO ,H 3 ,Fe 2O3 ,SiO ,CaO ,H 2SO đỈc 8 ,HNO ,H 2O 10 ,KMnO4 11 Bạn đọc tự viết phương trình Câu 2: Chọn D Câu 3: Chọn B Câu 4: Chọn A Câu 5: Chọn C Câu 6: Chọn A Khi phản ứng với H2O,CuO,HNO3 đỈc ,KClO3 ,CO2 ,H2SO4 đỈc , C đóng vai trị chất khử Câu 7: Ta có dãy chuyển hóa: C CO2 CO CO2 NaHCO3 Na 2CO3 t Phương trình hóa học: 1 C O2 CO2 t 2CO CO2 C t 2CO 3 2CO O2 t NaHCO3 CO2 NaOH t Na 2CO3 CO H 2O 5 2NaHCO3 Dạng 2: Bài tập tính thành phần phần trăm khối lượng cacbon Câu 1: Khi đốt mẫu gang oxi, cacbon cháy tạo thành CO2 Dẫn CO2 qua nước vôi dư thu kết tủa CaCO3 t C O2 CO2 CO2 Ca OH 2 CaCO3 H 2O Ta có: n C n CO2 n CaCO3 0,01 mol m C 0,01.12 0,12 gam 100 Trang Hàm lượng cacbon mẫu gang: 0,12 100% 2,4% Câu 2: t CO2 a) Phương trình hóa học: 1 C O2 t SO2 S O2 3 SO2 Br2 H 2O H 2SO 2HBr CO2 Ca OH 2 CaCO3 H 2O b) Theo (2) (3): n S n SO2 n Br2 0,32 0,002 mol m S 0,002.32 0,064 gam 160 Theo (1) (4): n C n CO2 n CaCO3 10 0,1 mol m C 0,1.12 1,2 gam 100 Phần trăm khối lượng cacbon mẫu than chì: 1,2 100% 94,94% 1,2 0,064 Trang ... hữu cơ: tế bào, glucozơ,… Trang II CÁC DẠNG BÀI TẬP Dạng 1: Bài tập lí thuyết tính chất vật lí, hóa học cacbon Ví dụ mẫu Ví dụ Trong phản ứng hóa học, cacbon A thể tính khử B vừa thể tính khử vừa... cốc C Kim cương, than chì, cacbon vơ định hình D Kim cương, than xương, than cốc Hướng dẫn giải Cacbon có dạng thù hình: kim cương, than chì cacbon vơ định hình Chọn C Bài tập tự luyện dạng Câu... ứng xảy b) Xác định phần trăm khối lượng cacbon mẫu than chì ĐÁP ÁN Dạng 1: Bài tập lí thuyết tính chất vật lí, hóa học cacbon Câu 1: Chọn B Có chất mà cacbon phản ứng trực tiếp là: O2 1 ,CO