Tinh thể kim cương thuộc loại nguyên tử điển hình, trong đó mỗi nguyên tử cacbon tạo 4 liên kết cộng hóa trị bền với bốn nguyên tử cacbon lân cận nằm trên các đỉnh của hình tứ d[r]
(1)BÀI GIẢNG CACBON
Biên tập : Phạm Duy Việt A - LÝ THUYẾT
I – TÍNH CHẤT VẬT LÝ
- Cacbon tạo thành số dạng thù hình , khác tính chất vật lý - Cacbon hoạt động hóa học nhiệt độ cao , C vơ định hình hoạt động 1 Kim cương
- Kim cương chất tinh thể không màu, suốt, khơng dẫn điện, dẫn nhiệt kém, có khối lượng riêng Tinh thể kim cương thuộc loại nguyên tử điển hình, ngun tử cacbon tạo liên kết cộng hóa trị bền với bốn nguyên tử cacbon lân cận nằm đỉnh hình tứ diện Mỗi nguyên tử cacbon đỉnh lại liên kết với nguyên tử cacbon khác Độ dài liên kết 0,154nm Do cấu trúc nên kim cương chất cứng tất chất
2 Than chì
-Than chì tinh thể màu xám đen, có ánh kim, dẫn điện tốt kim loại Tinh thể than chì có cấu trúc lớp
(2)3.Fuleren
- Fuleren gồm phân tử C60; C70 Phân tử C60 có cấu trúc hình rỗng gồm 32 mặt với 60 đỉnh
là 60 nguyên tử cacbon Fuleren phát năm 1985 4 Cacbon vơ định hình
- Than điều chế nhân tạo than cốc, than gỗ, than xương, than muội, gọi chung cacbon vơ định hình Than gỗ, than xương có cấu tạo xốp nên chúng có khả hấp thụ mạnh chất khí chất tan dung dịch
II TÍNH CHẤT HỐ HỌC
- Trong dạng tồn cacbon, cacbon vơ định hình hoạt động mặt hóa học Tuy nhiên, nhiệt độ thường cacbon trơ, cịn đun nóng phản ứng với nhiều chất
-Trongcác hợp chất cacbon với nguyên tố có độ âm điện lớn (O,Cl,F,S ), nguyên tố cacbon có số oxi hóa +2 +4 Cịn trường hợp cacbon với nguyên tố có độ âm điện nhỏ ( hiđro, kim loại), nguyên tố cacbon có số oxi hóa âm Do đó, phản ứng cacbon thể tính khử tính oxi hóa Tuy nhiên, tính khử tính chất chủ yếu cacbon
1 Tính khử cacbon
a Tác dụng với oxi
Khi đốt cacbon khơng khí, phản ứng tỏa nhiều nhiệt:
0
2
C O C O
Ở nhiệt độ cao, cacbon lại khử theo phản ứng:
0
2
C C O C O
Do sản phẩm đốt cacbon khơng khí, ngồi khí CO2 cịn có khí Cacbon khơng tác dụng trực tiếp với clo, brom iot
b Tác dụng với hợp chất
(3)
0 4
3 (đ c) 2
t ă
C H N O C O N O H O
Fe2O3 + 3C
→ 2Fe +3CO CO2 + C → 2CO
SiO2 + 2C → Si + 2CO
2 Tính oxi hóa cacbon
a Tác dụng với hiđro
Cacbon phản ứng với hiđro nhiệt độ cao có chất xúc tác, tạo thành khí metan: C H2 t0,xtCH4
b Tác dụng với kim loại
Ở nhiệt độ cao, cacbon phản ứng với số kim loại tạo thành cacbua kim loại: 4Al 3C t0 Al C4 3
III ỨNG DỤNG
-Kim cương dùng làm đồ trang sức, đựơc dùng để chế tạo mũi khoan, dao cắt thủy tinh bột mài
-Than chì dùng làm điện cực, làm nồi, chén để chảy hợp kim chịu nhiệt, chế tạo chất bôi 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, thuốc pháo, chất hấp thụ Loại than có khả hấp thụ mạnh gọi than hoạt tính Than dùng nhiều mặt nạ phịng độc, cơng nghiệp hóa chất y học
-Than muội dùng làm chất độn lưu hóa cao su, để sản xuất mực in, xi đánh giầy
IV ĐIỀU CHẾ VÀ TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN
1.Trạng thái tự nhiên
-Trong tự nhiên, kim cương than chì cacbon tự gần tinh khiết Ngồi ra, cacbon cịn có khống vật canxit (đá vôi, đá phấn, đá hoa, chúng chứa CaCO3),
magiezit MgCO3, đolomit CaCO3.MgCO3 thành phần kim 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 Cơ thể thực vật động vật chứa nhiều hợp chất cacbon
(4)-Nước ta có mỏ than antraxit lớn Quảng Ninh, số mỏ than nhỏ Thanh Hóa, Nghệ An, Quảng Nam
2 Điều chế
- Kim cương nhân tạo điều chế từ than chì, cách nung than chì 20000C, áp suất 50-100 nghìn atmotphe với chất xúc tác sắt, crom, hay niken
- Than chì nhân tạo điều chế cách nung than cốcở 2500-30000C lị điện, khơng có khơng khí
- Than cốc điều chế cách nung than mỡ khoảng 10000C lị cốc khơng có khơng khí
- Than gỗ tạo nên đốt cháy gỗ điều kiện thiếu khơng khí - Than muội tạo nên nhiệt phân metan có xúc tác:
CH4 t0,xt C 2H2
-Than mỏ khai thác trực tiếp từ vỉa than nằm độ sâu khác mặt đất
B- TỔNG HỢP BÀI TẬP
I. BÀI TẬP
Câu 1. Câu câu sau:
A.Kim cương cacbon hoàn toàn tinh khiết, suốt, khơng màu, dẫn điện
B.Than chì mềm có cấu trúc lớp, lớp lân cận liên kết với lực tương tác yếu C.Than gỗ, than xương có khả hấp thụ chất khí
D.Trong hợp chất cacbon, nguyên tố cacbon có số oxi hóa -4 +4
Câu 2. Để xác định hàm lượng % cacbon mẫu gang trắng, người ta đốt gang oxi dư Sau xác định hàm lượng khí 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 g khối lượng kết tủa thu g hàm lượng % cacbon mẫu gang là:
A 2 B 3,2 C 2,4 D 2,8 Câu 3. Cacbon phản ứng với tất chất dãy sau ?
A Na2O, NaOH, HCl B Al,HNO3 đặc, KClO3
C Ba(OH)2,Na2CO3,CaCO3 D NH4Cl, KOH, AgNO3
Câu 4. Kim cương than chì tạo nên từ nguyên tố cacbon kim cương cứng, than chì lại mềm Đó :
A Liên kết kim cương liên kết cộng hoá trị B Trong than chì cịn có electron linh động
C Kim cưng có cấu tạo tinh thể nguyên tử với nguyên tử C có trạng thái lai hố sp3 nút mạng, cịn than chì có cấu trúc lớp
D Cả A B
Câu 5. Kim cương than chì hai dạng thù hình cacbon vì: A Đều có cấu tạo mạng tinh thể nguyên tử
(5)B Đều ngun tử cacbon tạo nên C Có tính chất vật lý tương tự D Cả A B
Câu 6. Tủ lạnh dùng lâu có mùi hơi, cho vào tủ lạnh cục than hoa để khử mùi Đó vì:
A Than hoa hấp phụ mùi hôi
B Than hoa tác dụng với mùi hôi để biến thành chất khác C Than hoa sinh chất hấp phụ mùi hôi
D Than hoa tạo mùi khác để át mùi hôi
Câu 7. Cặp chất sau tác dụng với tạo sản phẩm chất khí? A C CuO B CO2 NaOH C CO Fe2O3 D C HNO3 đặc
Câu 9: Cho bột dư than vào hỗn hợp oxit Fe2O3 CuO đun nóng để phản ứng xảy hoàn
toàn thu gam hỗn hợp kim loại 2,24 lít khí CO2 (đktc) Khối lượng hỗn hợp
oxit ban đầu là:
A 5g B 5,1g C 5,2 g D 5,3g
Câu 10,11. Nung 4g hỗn hợp X gồm CuO FeO với cacbon dư điều kiện khơng có khơng khí phản ứng xảy hồn tồn thu 1,12 lít (đktc) hỗn hợp Y gồm CO CO2
và chất rắn Z Dẫn khí Y qua bình đựng nước vơi dư thu 0,5 g kết tủa 10)Khối lượng Z(g) là:
A 3,12 B 3,21
C D 3,6
11)Khối lượng CuO FeO :
A 0,4g 3,6g B 3,6g 0,4g C 0,8g 3,2g D 1,2g 2,8g
Câu 12. Nung 3,2g hỗn hợp gồm CuO Fe2O3 với Cacbon điều kiện khơng có khơng
khí, phản ứng xảy hồn tồn thu hỗn hợp gồm CO CO2 có tỉ khối so với hiđro
19,33 Thành phần theo khối lượng CuO Fe2O3 hỗn hợp đầu :
A 50% 50% B 66,66% 33,34% C 40% 60% D 65% 35%
Câu 13,14,15,16. Nung m(g) hỗn hợp X gồm CuO, Fe2O3, MO với cacbon điều
kiện khơng có khơng khí thu 5,6 lít (đktc) hỗn hợp khí Y gồm CO, CO2 18,56g chất
rắn Z gồm kim loại Biết hỗn hợp khí Y có tỉ khối so với hiđro 18,8 hỗn hợp X có nCuO : n Fe2O3 : nMO = : :
13)Thành phần hỗn hợp Y : A 0,125 mol CO 0,125 mol CO2
B 0,2 mol CO 0,05 mol CO2
(6)D 0,15 mol CO 0,1 mol CO2
14)m có giá trị :
A 20,96g B 22,5g
C 24,96g D 27,3g
15)Công thức oxit MO :
A CuO B ZnO
C FeO D MgO
16)Khối lượng gam oxit ( CuO, Fe2O3, MO) X :
A 3,552; 14,208; 7,1928 B 3,552; 14,20; 7,3 C 3,22; 14,2; 7,2 D 3,5; 14,2; 7,3
Câu 17 Để đề phòng nhiễm độc CO người ta sử dụng mặt nạ với chất hấp thụ sau đây? A CuO MnO2 B CuO MgO C CuO Fe2O3 D Than hoạt tính
Câu 18. Để sản xuất thép tư gang người ta loại bỏ bớt C nhờ pư: Fe2O3 + C → Fe + CO Muốn tạo bớt 180 Kg cacbon cần kg Fe2O3
A 500 kg B 600 kg
C 800 kg D 1000 kg
Câu 19 Cacbon phản ứng với nhóm chất sau đây: A Fe2O3, Ca, CO2, H2, HNO3 đ, H2SO4đ
B CO, Al2O3, K2O, Ca, CaO, HNO3đ, H2SO4đ
C Fe2O3, Al2O3, CO2, HNO3đ, H2SO4đ
D CO, Al2O3, K2O, Ca, CaO, HNO3đ, H2SO4đ, H2O
Câu 20 Cho 32g oxit sắt tác dụng hồn tồn với khí cacbon oxit thu 22,4 g chất rắn Công thức oxit sắt là:
A FeO B Fe2O3
C Fe3O4 D Không xác định
Câu 21 Nung mẫu thép nặng 10g oxi dư thu 0,1568 lít CO2 (đktc) Hàm
lượng cacbon mẫu thép :
A 0,84% B 3,08%
C 5% D 7%
Câu 22 Kim cương than chì dạng thù hình nguyên tố cacbon lại có nhiều tính chất khác độ cứng, khả dẫn điện, chúng có tính chất khác
(7)D kim cương cứng cịn than chì mềm
II. HƯỚNG DẪN GIẢI
Câu 9: Cho bột dư than vào hỗn hợp oxit Fe2O3 CuO đun nóng để phản ứng xảy hồn
tồn thu gam hỗn hợp kim loại 2,24 lít khí CO2(đktc) Khối lượng hỗn hợp
oxit ban đầu là:
A 5g B 5,1g C 5,2 g D 5,3g Hướng dẫn: Đáp án C
Số mol C phản ứng = số mol khí = 0.1 (mol) ==> khối lượng C = 0.1 x 12 = 1.2 (g)
=> Áp dụng định luật bảo tồn khối lượng,ta có:
Khồi lượng C + khối lượng oxit = khối lượng kim loại + khối lượng khí => khối lượng oxit = ( khối lượng kim loại +khối lượng khí) – khối lượng C => khối lượng oxit = 5.2 gam
Câu 18. Để sản xuất thép tư gang người ta loại bỏ bớt C nhờ pư:
Fe2O3 + 3C → 2Fe + 3CO Muốn tạo bớt 180 Kg cacbon cần Kg Fe2O3
A 500 kg B 600 kg
C.800 kg D 1000 kg
Hướng dẫn: Đáp án C Fe2O3 + 3C → 2Fe + 3CO
160 36 x - 180
180.160
800 36
x
Câu 19 Cacbon phản ứng với nhóm chất sau đây: B Fe2O3, Ca, CO2, H2, HNO3 đ, H2SO4đ
B CO, Al2O3, K2O, Ca, CaO, HNO3đ, H2SO4đ
C Fe2O3, Al2O3, CO2, HNO3đ, H2SO4đ
D CO, Al2O3, K2O, Ca, CaO, HNO3đ, H2SO4đ, H2O
Hướng dẫn: Cacbon phản ứng với chất đáp án A Fe2O3 + 3C
0 t
→ 2Fe + 3CO 2C + Ca t0 CaC2; C + CO2
0 t
2CO
C + 2H2 0, t xt
CH4; C + 4HNO3đ → CO2 + 4NO2 + 2H2O
(8)Ở đáp án B , Cacbon không phản ứng với K2O Al2O3
Ở đáp án C , Cacbon không phản ứng với Al2O3
Ở đáp án D , Cacbon không phản ứng với K2O
Chọn đáp án A
Câu 20 Cho 32g oxit sắt tác dụng hồn tồn với khí cacbon oxit thu 22,4 g chất rắn Cơng thức oxit sắt là:
A FeO B Fe2O3 C. Fe3O4 D Không xác định
Hướng dẫn
nFe = 0,4 mol FexOy + y CO → xFe + y CO2
(56x+16y)g x mol 3,2g 0,4 mol Ta có : 0,4(56x+16y) = 32x →
3
x
y CTPT Fe2O3
Câu 21 Nung mẫu thép nặng 10g oxi dư thu 0,1568 lít CO2 (đktc) Hàm
lượng cacbon mẫu thép :
A 0,84% B 3,08%
C 5% D 7%
Hướng dẫn:
2
0,1568 0,007.12
0,007 % 100 0,84%
22, 10
C CO C
n n mol m
Phương án lựa chọn A
Câu 22 Kim cương than chì dạng thù hình nguyên tố cacbon lại có nhiều tính chất khác độ cứng, khả dẫn điện, chúng có tính chất khác
A chúng có thành phần nguyên tố cấu tạo khác B kim cương kim loại cịn than chì phi kim C.chúng có kiến trúc cấu tạo khác
D kim cương cứng cịn than chì mềm Hướng dẫn:
(9)diện Mỗi nguyên tử cacbon đỉnh lại liên kết với nguyên tử cacbon khác Độ dài liên kết C-C 0,154nm Do cấu trúc nên kim cương chất cứng tất chất
*Tinh thể than chì có cấu trúc lớp.Trong lớp, nguyên tử cacbon liên kết theo kiểu cộng hóa trị với nguyên tử cacbon lân cận nằm đỉnh tam giác Độ dài liên kết C-C 0,142nm Khoảng cách hai nguyên tử cacbon thuộc hai lớp lân cận 0,34nm Các lớp liên kết với lực tương tác yếu, nên lớp dễ tách khỏi
Với kiến thức ta khẳng định Kim cương than chì chúng có tính chất khác chúng có kiến trúc cấu tạo khác
Kim cương nguyên tử nguyên tử cacbon liên kết cộng hóa trị -Than chì kim loại cộng hóa trị Fuleren than cốc, than gỗ, than xương, than muội,. à cacbon vô định hình c hợp chất cacbon nguyên tố độ âm điện số oxi hóa tính khử à tính oxi hóa Tính khử cacbon brom iot chất oxi hóa Tính oxi hóa cacbon chất xúc tác, metan: cacbua kim loại: sức, thủy tinh các hợp kim bút chì chất khử à than hoạt tính canxit magiez than mỏ raxit, than bùn Dầu mỏ, hiđrocacbon à sắt, niken. ể sản xuất thép gang thép oxi