KIẾN THỨC LÝ THUYẾT CACBON VÀ HỢP CHẤT

CHUYÊN ĐỀ 6: CACBON - SILIC A KIẾN THỨC LÝ THUYẾT CACBON VÀ HỢP CHẤT A CACBON - C I VỊ TRÍ VÀ CẤU TẠO • Vị trí: Cacbon thuộc nhóm IVA, chu kì bảng hệ thống tuần hồn • Cấu hình electron ngun tử: ls22s22p2 • Các số oxi hóa cacbon: -4, 0, +2 +4 (trong hợp chất vô cơ), tùy thuộc vào độ âm điện nguyên tố liên kết với cacbon • Sự phổ biến: Cacbon nguyên tố phổ biến thứ vũ trụ khối lượng sau hydro, heli, oxy Cacbon có nhiều Mặt Trời, ngơi sao, chổi bầu khí phần lớn hành tinh Một số thiên thạch chứa kim cương vi tinh thể, loại hình thành hệ Mặt Trời đĩa tiền hành tinh Các kim cương vi tinh thể tạo áp lực mạnh nhiệt độ cao nơi mà thiên thạch va chạm Có khoảng 10 triệu hợp chất khác cacbon mà khoa học biết hàng nghìn số tối quan trọng cho q trình sống cho phản ứng sở hữu quan trọng kinh tế Trong tổ hợp với nguyên tố khác, cacbon tìm thấy bầu khí trái đất hịa tan thực thể có chứa nước Với lượng nhỏ canxi, magiê sắt, tạo thành phần chủ yếu lượng lớn đá cacbonat (đá vôi, đolomit, đá cẩm thạch ) Khi tổ hợp với hidro, cacbon tạo thành than, dầu mỏ khí tự nhiên, cịn gọi hidrocacbon II TÍNH CHẤT VẬT LÝ Cacbon tạo thành số dạng thù hình khác tính chất vật lí - Kim cương chất tinh thể không màu, suốt, khơng dẫn điện, dẫn nhiệt kém, có khối lượng riêng 3,5 g/cm3 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 C.C 0,154nm Do cấu trúc nên kim cương chất cứng tất chất - Than chì tinh thể màu xám đen, có ánh kim, dẫn điện tốt kim loại 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.Cbằng 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 Khi vạch than chì giấy, để lại vạch đen gồm nhiều lớp tinh thể than chì - Fuleren gồm phân tử C60, C70 Phân tử C60 có cấu trúc hình rỗng gồm 32 mặt với 60 đỉnh 60 nguyên tử cacbon Fuleren phát năm 1985 - 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 thụ mạnh chất khí chất tan dung dịch III TÍNH CHẤT HÓA 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 Trong hợp chất cacbon với nguyên tố có độ âm điện lớn (O, Cl, F, S ), nguyên tố cacbon có số oxi hóa +2 +4 Còn 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 Tính khử cacbon a Tác dụng với oxi t� � CO Khi đốt cacbon khơng khí, phản ứng tỏa nhiều nhiệt: C  O �� Trang t� � 2CO Ở nhiệt độ cao, cacbon lại khử CO2, theo phản ứng: C  CO2 �� Do sản phẩm đốt cacbon khơng khí, ngồi khí CO2 cịn có khí CO Cacbon khơng tác dụng trực tiếp với clo, brom iot b Tác dụng với oxit kim loại - C khử oxit kim loại đứng sau Al dãy hoạt động hóa học kim loại: t� CuO  C �� � Cu  CO t� Fe O3  3C �� � 2Fe  3CO - Với CaO Al2O3: lodien CaO  3C ��� � CaC  CO 2000� C 2Al O3  9C ��� � Al 4C3  6CO c Tác dụng với chất oxi hóa mạnh - Ở nhiệt độ cao, cacbon phản ứng với nhiều chất oxi hóa khác HNO 3, KC1O3, H2SO4 đặc, phản ứng này, C bị oxi hóa đến mức +4 (CO2) t� C  2H 2SO 4dac �� � CO  2SO  2H O t� C  4HNO3 �� � CO  4NO  2H O t� C  4KNO3 �� � 2K O  CO  4NO2 - Khi nhiệt độ cao, c tác dụng với nước: 1000� C C  H 2O ��� � CO  H t� C  2H O �� � CO  2H 2 Tính oxi hóa cacbon a Tác dụng với hidro Cacbon phản ứng với hiđro nhiệt độ cao có chất xúc tác, tạo thành khí metan: t� C  2H �� � CH b Tác dụng với kim loại Ở nhiệt độ cao, cacbon phản ứng với số kim loại tạo thành cacbua kim loại: 4Al  3C � Al Cl3 IV 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 nấu 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 V ĐIỀU CHẾ VÀ TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN 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 CaCO 3), 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 Điều chế Trang Kim cương nhân tạo điều chế từ than chì, cách nung than chì 2000°C, áp suất 50-100 nghìn atmotphe với chất xúc tác sắt, crom, hay niken Than chì nhân tạo điều chế cách nung than cốc 2500 - 3000°C lị điện, khơng có khơng khí Than cốc điều chế cách nung than mỡ khoảng 1000°C lị cốc khơng có khơng khí Than gỗ tạo nên đốt cháy gỗ điều kiện thiếu không khí t� ,xt � C  2H Than muội tạo nên nhiệt phân metan có xúc tác: CH ��� Than mỏ khai thác trực tiếp từ vỉa than nằm độ sâu khác mặt đất B HỢP CHẤT CỦA CACBON I CACBON MONOOXIT – CO Cấu tạo phân tử Ở trạng thái bản, nguyên tử cacbon nguyên tử oxi có electron độc thân phân lớp 2p Do đó, chúng tạo thành liên kết cộng hóa trị Ngồi ra, hai ngun tử cịn hình thành liên kết cho - nhận Trong phân tử CO, cacbon có số oxi hóa +2 Cơng thức cấu tạo CO: Tính chất vật lý Cacbon monooxit chất khí khơng màu, khơng mùi, khơng vị, nhẹ khơng khí, tan nước, hóa lỏng -191,5°C, hóa rắn -205,2°C, bền với nhiệt độc Tính chất hóa học Trong phân tử cacbon monooxit có liên kết giống nitơ nên tương tự với nitơ, cacbon monooxit hoạt động nhiệt độ thường trở nên hoạt động đun nóng Cacbon monooxit oxit trung tính: khơng tác dụng với dung dịch bazơ dung dịch axit nhiệt độ thường Cacbon monooxit chất khử mạnh - CO cháy khơng khí tạo thành CO2, cho lửa màu lam nhạt tỏa nhiều nhiệt Vì vậy, CO dùng làm nhiên liệu khí - Khi có than hoạt tính làm xúc tác, CO kết hợp với Clo theo phản ứng: xt CO  Cl2 �� � COCl2 (photgen) - Khí CO khử nhiều oxit kim loại nhiệt độ cao: t� CO  CuO �� � CO  Cu Điều chế a Trong cơng nghiệp Khí CO sản xuất cách cho nước qua than nung đỏ: 1050� C C  H 2O ��� � CO  H Hỗn hợp khí tạo thành gọi khí than ướt, chứa trung bình khoảng gần 44% CO, cịn lại khí khác CO2, H2, N2, - Khí CO cịn sản xuất lị gas cách thổi khơng khí qua than nung đỏ Ở phần lò, cacbon cháy biến thành cacbonđioxit Khi qua than nung đỏ, C02 bị khử thành CO: t� CO  C �� � 2CO Hỗn hợp khí thu gọi khí lị gas (khí than khơ) Khí chứa khoảng 25% CO, ngồi cịn có N , CO2 lượng nhỏ khí khác Khí than ướt, khí lị gas dùng làm nhiên liệu khí b Trong phịng thí nghiệm Cacbon monooxit điều chế cách cho H2S04 đặc vào axit fomic HCOOH đun nóng: Trang H 2SO dac,t � HCOOH ����� � CO  H 2O Đặc tính CO khí nguy hiểm, việc hít thở phải lượng lớn CO dẫn tới thương tổn giảm oxy máu hay tổn thương hệ thần kinh gây tử vong Nồng độ khoảng 0,1% CO khơng khí nguy hiểm đến tính mạng CO chất khí khơng màu, khơng mùi khơng gây kích ứng nên nguy hiểm người ta khơng cảm nhận diện CO khơng khí CO có tính liên kết với hemoglobin (Hb) hồng cầu mạnh gấp 230-270 lẩn so với oxy nên hít vào phổi co gắn chặt với Hb thành Hbco máu khơng thể chun chở ơxy đến tế bào CO gây tổn thương tim gắn kết với myoglobin tim Triệu chứng ngộ độc CO thường bắt đầu cảm giác bần thần, nhức đầu, buồn nơn, khó thở từ từ vào mê Nếu ngộ độc CO xảy ngủ say uống rượu say người bị ngộ độc hôn mê từ từ, ngưng thở tử vong Ngộ độc CO xảy trường hợp chạy máy nổ phát điện nhà kín, sản phụ nằm lị than phịng kín, ngủ xe nổ máy nhà gara II CACBON DIOXIT – CO2 Cấu tạo phân tử Công thức cấu tạo CO2: O=C=O Các liên kết C.O phân tử CO liên kết cộng hóa trị có cực, có cấu tạo thẳng nên CO phân tử khơng có cực Tính chất vật lý CO2 chất khí khơng màu, nặng gấp 1,5 lẩn khơng khí, tan khơng nhiều nước (ở điều kiện thường, lít nước hịa tan lít khí CO2) Ở nhiệt độ thường, nén áp suất 60atm, khí CO2 hóa lỏng Khi lạnh đột ngột -76°c, CO hóa 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, thuận tiện cho việc bảo quản thực phẩm Tính chất hóa học a CO2 oxit axit • Khi tan nước, CO2 tạo thành dung dịch axit cacbonic: ��� CO  H 2O �� �H CO3 • Khí CO2 oxit axit, tác dụng với oxit bazo bazo tạo thành muối cacbonat t� CaO  CO �� � CaCO3 NaOH  CO � NaHCO3 2NaOH  CO � Na 2CO3  H 2O Phản ứng CO2 với dung dịch kiềm tạo thành muối tuỳ thuộc vào tỉ lệ số mol chất tham gia phản ứng Bài toán phản ứng với dung dịch kiềm dạng tập phổ biến CO2 Khi giải toán này, thường dựa vào định luật bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố bảo tồn điện tích b CO2 bền, nhiệt độ cao bị nhiệt phân phần tác dụng với chất khử mạnh t� �� � 2CO �� �2CO  O t� CO  C �� � 2CO Khí CO, 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 CO 2: t� CO  2Mg �� � 2MgO  C Vì người ta không dùng co, để dập tắt đám cháy magie nhôm Trang c CO2 dùng để sản xuất ure CO  2NH3 � NH OCONH (amoni cacbanat) 180� C,200atm NH OCONH ����� � H 2O   NH  CO Ứng dụng • CO2 lỏng rắn chất làm lạnh quan trọng, đặc biệt công nghiệp thực phẩm, chúng tham gia vào q trình lưu trữ vận chuyển loại kem thực phẩm đơng lạnh • CO2 sử dụng để sản xuất nước giải khát cacbonat hóa nước soda Theo truyền thống, q trình cacbonat hóa bia vang nổ có lên men tự nhiên, số nhà sản xuất cacbonat hóa đồ uống cách nhân tạo • Bột nở sử dụng loại bánh nướng tạo khí cacbonic làm cho khối bột bị phình to ra, tạo lỗ xốp chứa bọt khí Men bánh mì tạo khí cacbonic lên men khối bột, loại bột nở hóa học giải phóng khí cacbonic bị nung nóng bị tác dụng với axít • CO2 thơng thường sử dụng khí điều áp rẻ tiền, khơng cháy Các áo phao cứu hộ thông thường chứa hộp nhỏ chứa CO2 nén để nhanh chóng thổi phổng lên Các ống thép chứa cacbonic nén bán để cung cấp khí nén cho súng hơi, bi sơn, bơm lốp xe đạp, Sự bốc nhanh chóng CO2 lỏng sử dụng để gây nổ mỏ than • CO2 dập tắt lửa, số bình cứu hỏa, đặc biệt loại thiết kể để dập cháy điện, có chứa CO2 lỏng bị nén CO2 sử dụng mơi trường khí cho cơng nghệ hàn, hổ quang phản ứng với phần lớn kim loại • CO2 lỏng dung mơi tốt cho nhiều hợp chất hữu cơ, dùng để loại bỏ cafêin từ cà phê Nó bắt đầu nhận ý công nghiệp dược phẩm số ngành cơng nghiệp chế biến hóa chất khác chất thay độc cho dung môi truyền thống clorua hữu • Thực vật cần có cacbon điơxít để thực việc quang hợp, nhà kính làm giàu bầu khí chúng việc bổ sung CO2 nhằm kích thích tăng trưởng thực vật • Trong y học, 5% CO2 thêm vào ôxy nguyên chất để trợ thở sau ngừng thở để ổn định cân O2/CO2 máu Điều chế a Trong phịng thí nghiệm Khí CO2 điểu chế cách cho dung dịch axit clohiđric tác dụng với đá vôi: CaCO3  2HCl � CaCl2  CO  H 2O b Trong công nghiệp Khí CO2 tạo q trình đốt cháy hoàn toàn than để thu lượng, CO cịn thu hồi q trình chuyển hóa từ khí thiên nhiên, sản phẩm dầu mỏ q trình nung vơi, q trình lên men rượu từ glucozơ III AXIT CACBONIC VÀ MUỐI CACBONAT Axit cacbonic axit yếu bền, tồn dung dịch loãng, dễ bị phân hủy thành CO2 H2O Trong dung dịch, axit cacbonic phân li theo nấc với số phân li axit 25°C sau:   7 ��� H CO3 �� �H  HCO3 ; K1  4,5.10  2 11 ��� HCO3 �� �H  CO3 ; K  4,8.10 2 Axit cacbonic tạo hai muối: muối cacbonat chứa ion CO3 muối hiđrocacbonat chứa ion HCO3 Tính chất muối cacbonat a Tính tan Trang Các muối cacbonat trung hòa kim loại kiềm (trừ Li 2CO3), amoni muối hiđrocacbonat dễ tan nước (trừ NaHCO tan) Các muối cacbonat trung hịa kim loại khác khơng tan tan nước b Sự thủy phân Muối cacbonat kim loại kiềm bị thủy phân mạnh tạo môi trường kiềm: Na CO3 � 2Na   CO 32    ��� CO32  H O �� �HCO3  OH  số phản ứng trao đổi Na2CO3 đóng vai trị bazo: 2AlCl3  3Na CO3  3H O � 2Al  OH   6NaCl  3CO2 Chú ý: Muối (NH4)2CO3 có mơi trường trung tính c Tác dụng với axit Các muối cacbonat tác dụng với dung dịch axit, giải phóng khí CO2: NaHCO3  HCl � NaCl  CO  H 2O HCO3  H  � CO  H O Na CO3  2HCl � 2NaCl  CO  H 2O CO32  2H  � CO  H O d Tác dụng với dung dịch kiềm Các muối hiđrocacbonat dễ tác dụng với dung dịch kiềm: NaHCO3  NaOH � Na CO3  H O HCO3  OH  � CO32   H O e Tác dụng với muối  muối Na CO3  CaCl2 � CaCO3  2NaCl f Tác dụng với kim loại đứng trước kim loại tạo muối  Muối + kim loại Cu  HCO3   Mg � Mg  HCO3   Cu g Phản ứng nhiệt phân Muối cacbonat tan không bị nhiệt phân (trừ muối amoni), muối cacbonat không tan bị nhiệt phân: t� MgCO3 �� � MgO  CO Tất muối hiđrocacbonat bị nhiệt phân: t� 2NaHCO3 �� � Na CO3  CO  H O t� Ca  HCO3  �� � CaCO3  H 2O  CO 2 Ứng dụng • Canxi cacbonat CaCO3 tinh khiết chất bột nhẹ, màu trắng, dùng làm chất độn cao su số nghành công nghiệp • Natri cacbonat Na2CO3 khan, cịn gọi soda khan, chất bột trắng, tan nhiều nước Khi kết tinh từ dung dịch tách dạng tinh thể Na2CO3.10H2O Sođa dùng công nghiệp thủy tinh, đồ gốm, bột giặt • Natri hiđrocacbonat NaHCO3 chất tinh thể màu trắng, tan nước, dùng công nghiệp thực phẩm Trong y học, natri hiđrocacbonat dùng làm thuốc để giảm đau dày thừa axit Nhận biết Cho tác dụng với axit  CO2 CaCO3  2HCl � CaCl2  CO  H 2O Trang SILIC VÀ HỢP CHẤT A SILIC – Si I VỊ TRÍ VÀ CẤU TẠO • Vị trí: Silic thuộc nhóm IVA, chu kì bảng hệ thống tuần hồn Cấu hình electron ngun tử: ls22s22p63s23p2 • Các số oxi hóa silic: -4, 0, +2, +4; số oxi hóa +2 đặc trưng silic • Sự phổ biến: Nó nguyên tố phổ biến sau oxy vỏ Trái Đất (25,7 %), cứng, có màu xám sẫm - ánh xanh kim loại, kim có hóa trị +4 Tinh thể silic nguyên chất tìm thấy tự nhiên, thơng thường nằm dạng silic dioxit (SiO 2) Các tinh thể silic nguyên chất tìm thấy tạp chất vàng hay dung nham núi lửa Silic cịn có thể động vật, thực vật với lượng nhỏ có vai trị đáng kể họat động sống giới hữu sinh II TÍNH CHẤT VẬT LÝ Silic có dạng thù hình: Silic tinh thể silic vơ định hình Silic tinh thể có cấu trúc giống kim cương, màu xám, có ánh kim, nóng chảy 1420°C Silic tinh thể có tính bán dẫn, nhiệt độ thường độ dẫn điện thấp tăng nhiệt độ độ dẫn điện tăng lên Silic vơ định hình chất bột màu trắng III TÍNH CHẤT HĨA HỌC Silic hoạt động hóa học cacbon nguyên tố tương tự mặt hóa học Silic vơ định hình có khả phản ứng cao silic tinh thể 1.Tính khử • Tác dụng với phi kim: Silic tác dụng với flo nhiệt độ thường, cịn đun nóng tác dụng với phi kim khác: Si  2F2 � SiF4 (Silic tetraflorua) • t� Si  O �� � SiO  Silic dioxit  • Tác dụng với hợp chất: Silic tác dụng tương đối mạnh với dung dịch kiềm, giải phóng hiđro: t� Si  2NaOH  H O �� � Na 2SiO3  H • Si tác dụng với axit: 4HNO3  18HF  3Si � 3H 2SiF4  4NO  8H 2O • Trong hồ quang điện, silic tác dụng với H2 tạo thành hỗn hợp silan: Si  H � SiH  Si H  Si 3H  Tính oxi hóa Ở nhiệt độ cao, silic tác dụng với kim loại Ca, Mg, Fe, tạo thành hợp chất silixua kim loại: t� Si  2Mg �� � Mg 2Si(magiesilixua) IV ỨNG DỤNG Silic siêu tinh khiết chất bán dẫn dùng kỹ thuật vô tuyến điện tử Pin mặt trời chế tạo từ silic có khả chuyển lượng ánh sáng mặt trời thành điện năng, cung cấp cho thiết bị tàu vũ trụ Trong luyện kim, hợp kim ferosilic dùng để chế tạo thép chịu nhiệt Vật liệu bán dẫn - Silic siêu tinh khiết trộn thêm asen, bo, gali hay phốtpho để làm silic dẫn điện tốt transistor, pin mặt trời hay thiết bị bán dẫn khác sử dụng công nghiệp điện tử ứng dụng kỹ thuật cao khác • LCD pin mặt trời - Silic ngậm nước vô định hình có hứa hẹn ứng dụng điện tử chẳng hạn chế tạo hình tinh thể lỏng (LCD) với giá thành thấp rộng Nó sử dụng để chế tạo pin mặt trời V ĐIỀU CHẾ Trang • Trong phịng thí nghiệm, silic điều chế cách đốt cháy hỗn hợp gồm bột magie cát nghiền mịn: t� SiO  2Mg �� �Si  2MgO • Trong cơng nghiệp, silic sản xuất cách nung nóng silica siêu lò luyện hồ quang với điện cực cacbon Ở nhiệt độ 1900 °C, silic lỏng thu hồi đáy lị, sau tháo làm nguội Silic sản xuất theo công nghệ gọi silic loại luyện kim đạt 99% tinh khiết t� SiO  2C �� � Si  2CO B HỢP CHẤT CỦA SILIC I SILIC DIOXIT • Tính chất vật lý: Silic đioxit SiO chất dạng tinh thể, nóng chảy 1713°C không tan nước Trong tự nhiên, SiO2 tinh thể chủ yếu dạng khoáng vật thạch anh Thạch anh chủ yếu tồn dạng tinh thể lớn, khơng màu, suốt Cát SiO2 có chứa nhiều tạp chất • Tính chất hóa học: Silic đioxit oxit axit, tan chậm dung dịch kiềm đặc nóng, tan dễ kiềm nóng chảy cacbonat kim loại kiềm nóng chảy, tạo thành silicat t� SiO  2NaOH �� � Na 2SiO3  H 2O t� SiO  Na 2CO3 �� � Na 2SiO3  CO Silic đioxit tan axit flohiđric: SiO  4HF � SiF4  2H 2O Dựa vào phản ứng người ta dùng dung dịch HF để khắc chữ hình thủy tinh • Ứng dụng: - Xây dựng - Silica thành phần quan trọng gạch tính hoạt hóa thấp - Thủy tinh - Silica từ cát thành phần thủy tinh Thủy tinh sản xuất thành nhiều chủng loại đồ vật với thuộc tính lý học khác Silica sử dụng vật liệu sản xuất kính cửa sổ, đồ chứa (chai lọ), sứ cách điện nhiều đồ vật có ích khác II AXIT SILIXIC • Axit silixic H2SiO3 chất dạng keo, không tan nước, đun nóng dễ nước: t� H 2SiO3 �� � SiO  H O • Khi sấy khô, axit silixic phần nước, tạo thành vật liệu xốp silicagen Sili- cagen đươc dùng để hút ẩm hấp thụ nhiều chất • Axit silixic axit yếu, yếu axit cacbonic nên điều chế cách dùng axit mạnh đẩy khỏi muối thủy phân số hợp chất Si: Na 2SiO3  CO  H 2O � H 2SiO  Na CO3 Na 2SiO3  2HCl � 2NaCl  H 2SiO3 SiCl  3H O � H 2SiO3  4HCl • H2SiO3 tác dụng với dung dịch kiềm mạnh H 2SiO3  2NaOH � Na 2SiO3  2H 2O III MUỐI SILICAT Silicat hợp chất có anion silic Đa số chất silicat oxit, hexafluorosilicate ([SiF 6]2-) anion khác tồn Chất tập trung chủ yếu vào anion Si-O Silicat thành phẩn chủ yếu vỏ Trái Đất, phần lớn hành tinh Mặt Trăng Cát, xi măng Port-land, hàng ngàn khoáng vật khác silicat Các hợp chất silicat bao gồm anion silicat cân điện tích nhiều cation khác Có vơ số ion silicat tồn tạo thành hợp chất với nhiều cation khác Do nhóm hợp chất silicat lớn, kể khoáng vật tự nhiên nhân tạo Trang Khoáng vật silicat lớp khoáng vật lớn quan trọng lớp khoáng vật tạo đá, chiếm khoảng 90% vỏ Trái Đất Đặc trưng lớp khoáng vật cấu trúc gốc silicat Các khoáng vật silicat chứa silic oxy Axit silixic dễ tan dung dịch kiềm, tạo thành muối silicat Chỉ có silicat kim loại kiềm tan nước Dung dịch đậm đặc Na 2Si03 K2Si03 gọi thủy tinh lỏng Vải gỗ tẩm thủy tinh lỏng khó bị cháy Thủy tinh lỏng cịn dùng để chế tạo keo dán thủy tinh sứ Ở dung dịch, silicat kim loại kiềm bị phân hủy mạnh tạo môi trường kiềm: �� � 2NaOH  H 2SiO3 Na 2SiO3  2H O �� � IV CÔNG NGHIỆP SILICAT Thủy tinh a Thành phần hóa học tính chất thủy tinh Thủy tinh thơng thường dùng làm cửa kính, chai lọ, hỗn hợp natri silicat, canxi silicat silic đioxit, có thành phần gần viết dạng oxit Na 2O.CaO.6SiO2 Thủy tinh loại sản xuất cách nấu chảy hỗn hợp gồm cát trắng, đá vôi sođa 1400°C: t� 6SiO  CaCO3  Na CO3 �� � Na 2CaO.6SiO2  2CO Thủy tinh khơng có cấu trúc tinh thể mà chất vơ định hình, nên khơng có nhiệt độ nóng chảy xác định Khi đun nóng mềm dần chảy, tạo đồ vật dụng cụ có hình dạng ý muốn b Một số loại thủy tinh Ngồi loại thủy tinh thơng thường nêu cịn có số loại thủy tinh khác với thành phần hóa học công dụng khác - Khi nấu thủy tinh, thay Na2CO K2CO3 thủy tinh kali có nhiệt độ hóa mềm nhiệt độ nóng chảy cao Thủy tinh kali dùng làm dụng cụ thí nghiệm, lăng kính, thấu kính - Thủy tinh chứa nhiều chì oxit dễ nóng chảy suốt gọi thủy tinh pha lê - Thủy tinh thạch anh sản xuất cách nấu chảy silic đioxit tinh khiết Loại thủy tinh có nhiệt độ hóa mềm cao, có hệ số nở nhiệt nhỏ nên khơng bị nứt nóng lạnh đột ngột - Khi cho thêm oxit số kim loại, thủy tinh có màu khác nhau, tạo nên silicat có màu Thí dụ: crom III oxit Cr2O3 cho thủy tinh màu lục, coban oxit CoO cho thủy tinh màu xanh nước biển c Ứng dụng Vì thủy tinh vật liệu cứng khơng hoạt hóa nên vật liệu có ích Rất nhiều đồ dùng gia đình làm từ thủy tinh Cốc, chén, bát, đĩa, chai, lọ v.v làm từ thủy tinh, bóng đèn, gương, ống thu hình hình máy tính ti vi, cửa sổ Trong phịng thí nghiệm để làm thí nghiệm hóa học, sinh học, vật lý nhiều lĩnh vực khác, người ta sử dụng bình thót cổ, ống thử, lăng kính nhiều dụng cụ thiết bị khác làm từ thủy tinh Đối với phần lớn ứng dụng có yêu cầu cao, thủy tinh thạch anh sử dụng, khó làm việc với Đồ gốm Đồ gồm vật liệu chế tạo chủ yếu từ đất sét cao lanh Tùy theo công dụng người ta phân biệt gốm xây dựng, vật liệu chịu lửa, gốm kĩ thuật, gốm dân dụng a Gạch ngói Gạch ngói thuộc loại gốm xây dựng Phối liệu để sản xuất chúng gồm đất sét loại thường cát nhào với nước thành khối dẻo, sau tạo hình sấy khô nung 900 – 1000 0C gạch ngói Sau nung, chúng thường có màu đỏ gây nên sắt oxit đất sét b Gạch chịu lửa Gạch chịu lửa thường dùng để lót lị cao, lị luyện thép, lị thủy tinh Có loại là: gạch đinat gạch samot Phối liệu để chế tạo gạch đinat gồm 93-96% SiO 2,4-7% CaO đất sét; nhiệt độ nung khoảng 1300 - 1400°C Gạch đinat chịu nhiệt độ khoảng 1690 - 1720°C Trang Phối liệu để chế tạo gạch samot gồm bột samôt chộn với đất sét nước Sau đóng khn sấy khơ, vật liệu nung 1300 - 1400°C Bột samot đất sét nung nhiệt độ cao nghiền nhỏ c Sành, sứ men • Đất sét sau đun nóng nhiệt độ 1200 - 1300°C biến thành sành Sành vật liệu cứng, gõ kêu, có màu nâu xám Để có độ bóng lớp bảo vệ không thấm nước, người ta tạo lớp men mỏng mặt ngồi đồ sành • Sứ vật liệu cứng, xốp có màu trắng, gõ kêu Phối liệu để sản xuất sứ gồm cao lanh, fenspat, thạch anh số oxit kim loại Đồ sứ nung hai lần, lần đầu 1000°C, sau tráng men trang trí nung lần 1400 - 1500°C Sứ có nhiều loại: sứ dân dụng, sứ kĩ thuật Sứ kĩ thuật dùng để chế tạo vật liệu cách điện, tụ điện, buzi đánh lửa, dụng cụ thí nghiệm • Men có thành phần giống sứ, dễ nóng chảy Men phủ lên bề mặt sản phẩm, sau nung nhiệt độ thích hợp biến thành lớp thủy tinh che kín bề mặt sản phẩm Xi măng Xi măng thuộc loại vật liệu dính, dùng xây dựng Quan trọng thông dụng xi măng Pooclăng Đó chất bột min, màu lục xám, thành phần gồm canxi silicat canxi aluminat Xi măng Pooclăng sản xuất cách nghiền nhỏ đá vơi, trộn với đất sét có nhiều SiO quặng sắt phương pháp khơ phương pháp ướt, nung hỗn hợp lò quay lò đứng 1400 - 1600°C Sau nung, thu hỗn hợp màu xám gọi clanhke Để nguội nghiền clanhke với số chất phụ gia thành bột mịn, xi măng CÁC DẠNG BÀI TẬP A BÀI TẬP TÍNH TỐN Bài tốn nhiệt phân muối • Nhiệt phân muối hiđrocacbonat: Tất muối hiđrocacbonat bền nhiệt bị phân huỷ đun nóng t� 2M  HCO3  n �� � M  CO3  n  nCO  nH O • Nhiệt phân muối cacbonat: Các muối cacbonat không tan (trừ muối amoni) bị phân huỷ nhiệt t� M  CO3  n �� � M 2O n  nCO • Trong toán nhiệt phân, cẩn ý định luật bảo toàn khối lượng: mmuối cacbonat đem nung = mchất rắn cịn lại + mkhí bay • Chú ý phản ứng nhiệt phân muối FeCO3 (thường gọi quặng xiderit) + Nếu nhiệt phân điểu kiện khơng có khơng khí: t� FeCO3 �� � FeO  CO + Nếu nhiệt phân điều kiện có khơng khí: t� 4FeCO3  O �� � 2Fe 2O3  4CO 2 Bài tốn tác dụng với axit • Nếu cho từ từ axit vào muối xảy theo giai đoạn: CO32  H  � HCO 3 HCO3  H  � CO  H O • Nếu cho từ từ muối vào dung dịch axit xảy đồng thời phản ứng với tỉ lệ phản ứng tỉ lệ lượng muối ban đầu CO32  2H  � CO  H O HCO3  H  � CO  H O Bài tập tính khử CO; C Lưu ý: CO khử oxit kim loại đứng sau Al dãy hoạt động hóa học Trang 10 Phương pháp: Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng m oxit  m CO  m KL  mCO m O oxit   n CO phan ung  n CO2  n hon hop oxit  m chat ran sau phan ung 16 Trang 11 ... 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 Điều chế Trang... tử cịn hình thành liên kết cho - nhận Trong phân tử CO, cacbon có số oxi hóa +2 Cơng thức cấu tạo CO: Tính chất vật lý Cacbon monooxit chất khí khơng màu, khơng mùi, khơng vị, nhẹ khơng khí,... �H  CO3 ; K  4,8.10 2 Axit cacbonic tạo hai muối: muối cacbonat chứa ion CO3 muối hiđrocacbonat chứa ion HCO3 Tính chất muối cacbonat a Tính tan Trang Các muối cacbonat trung hịa kim loại kiềm