A. CACBON
1. Cỏc dạng thự hỡnh - Tớnh chất vật lớ
a. Kim cương
Lí THUYẾT VÀ BÀI TẬP VỀ CACBON VÀ HỢP CHẤT
(TÀI LIỆU BÀI GIẢNG)
(Tài liệu dựng chung cho bài giảng số 11, 12 và 13 thuộc chuyờn đề này)
Giỏo viờn: VŨ KHẮC NGỌC
Đõy là tài liệu túm lược cỏc kiến thức đi kốm với bài giảng “Lý thuyết và bài tập về cacbon và hợp chất” thuộc Khúa học LTĐH KIT-1: Mụn Húa học (Thầy Vũ Khắc Ngọc) tại website Hocmai.vn. Để cú thể nắm vững kiến thức phần “Lý thuyết và bài tập về cacbon và hợp chất”, Bạn cần kết hợp xem tài liệu cựng với bài giảng này.
Hocmai.vn– Ngụi trường chung của học trũ Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 2 - - Là chất tinh thể khụng màu, trong suốt, khụng dẫn điện, dẫn nhiệt kộm, cú khối lượng riờng là 3,51 g/cm3.
- Tinh thể kim cương thuộc loại tinh thể nguyờn tử điển hỡnh, nờn kim cương là chất cứng nhất trong tất cả cỏc chất.
b. Than chỡ
- Là tinh thể màu xỏm đen, cú ỏnh kim, dẫn điện tốt nhưng kộm kim loại.
- Tinh thể than chỡ cú cấu trỳc lớp. Cỏc lớp liờn kết với nhau bằng lực Van-đe-van yếu, nờn cỏc lớp dễ tỏch khỏi nhau. Khi vạch than chỡ trờn giấy, nú để lại vạch đen gồm nhiều lớp tinh thể than chỡ.
c.Fuleren
Gồm cỏc phõn tử C60, C70, … cú cấu trỳc hỡnh cầu rỗng được phỏt hiện năm 1985.
d. Cacbon vụ định hỡnh
- Than điều chế nhõn tạo như than cốc, than gỗ, than xương, than muội được gọi chung là cacbon vụ định hỡnh.
- Than gỗ, than xương cú cấu tạo xốp, nờn chỳng cú khả năng hấp phụ mạnh cỏc chất khớ và chất tan trong dung dịch.
2. Tớnh chất hoỏ học
Trong ba dạng thự hỡnh kể trờn của cacbon, cacbon vụ định hỡnh hoạt động hơn cả về mặt hoỏ học. Tuy nhiờn, ở nhiệt độ thường cacbon khỏ trơ, cũn khi đun núng nú phản ứng được với nhiều chất.
Trong cỏc phản ứng cacbon thể hiện tớnh khử và tớnh oxi hoỏ. Tuy nhiờn, tớnh khử vẫn là tớnh chất chủ yếu của cacbon.
a. Tớnh khử
- Tỏc dụng với cỏc phi kim (trừ halogen), điển hỡnh là tỏc dụng với oxi: khi đốt cacbon trong khụng khớ, phản ứng tỏa nhiều nhiệt:
0
0 +4
t
2 2
C + O C O
Ở nhiệt độ cao, cacbon lại khử được CO2 theo phản ứng:
0
0 +4 +2 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
t 2
C + C O 2CO
Do đú sản phẩm khi đốt cacbon trong khụng khớ, ngoài khớ CO2 cũn cú một ớt khớ CO.
- Tỏc dụng với hợp chất: ở nhiệt độ cao, cacbon cú thể khử được oxit kim loại sau Al, phản ứng với nhiều chất oxi húa khỏc như HNO3, KClO3, H2SO4 đặc, …
0 2 2 3 Fe O 3 C 2Fe 3CO 0 2 3 2 2 2 C 4HNO (đặc) CO 4NO 2H O b. Tớnh oxi hoỏ - Tỏc dụng với hiđro 0 4 2 4 C 2H C H
- Tỏc dụng với kim loại Thớ dụ : 4Al + o 3C Al C4 43 Nhụm cacbua 3. Ứng dụng
- Kim cương được sử dụng làm đồ trang sức. Trong kĩ thuật, kim cương được dựng để chế tạo mũi khoan, dao cắt thuỷ tinh và bột mài.
- Than chỡ được dựng làm điện cực; làm nồi, chộn để nấu chảy cỏc hợp kim chịu nhiệt; chế tạo chất bụi trơn; làm bỳt chỡ đen.
- Than cốc được dựng làm chất khử trong luyện kim để luyện kim loại từ quặng.
- Than gỗ được dựng để chế thuốc nổ đen, thuốc phỏo, chất hấp phụ. Loại than gỗ cú khả năng hấp phụ mạnh được gọi là than hoạt tớnh. Than hoạt tớnh được dựng nhiều trong mặt nạ phũng độc, trong cụng nghiệp hoỏ chất và trong y học.
Hocmai.vn– Ngụi trường chung của học trũ Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 3 -
4. Trạng thỏi tự nhiờn. Điều chế
a. Trạng thỏi tự nhiờn
- Trong tự nhiờn kim cương và than chỡ là cacbon tự do gần như tinh khiết.
- Ngoài ra, cacbon cũn cú trong cỏc khoỏng vật như canxit (đỏ vụi, đỏ phấn, đỏ hoa, chỳng đều chứa CaCO3),
magiezit (MgCO3), đolomit (CaCO3 . MgCO3), ... và là thành phần chớnh của cỏc loại than mỏ (than antraxit, than mỡ, than nõu, than bựn, ..., chỳng khỏc nhau về tuổi địa chất và hàm lượng cacbon).
- Dầu mỏ, khớ đốt thiờn nhiờn là hỗn hợp của cỏc chất khỏc nhau chứa cacbon, chủ yếu là hiđrocacbon. Cỏc cơ thể thực vật và động vật chứa nhiều chất, chủ yếu do cacbon tạo thành.
b. Điều chế
+ Kim cương nhõn tạo: nung than chỡ ở 30000C dưới ỏp suất 70 - 100 nghỡn atmotphe trong thời gian dài.
+ Than chỡ nhõn tạo: nung than cốc ở 2500 - 30000C trong lũ điện, khụng cú khụng khớ.
+ Than cốc: nung than mỡ ở 1000 - 12500C trong lũ điện, khụng cú khụng khớ.
+ Than gỗ: đốt chỏy gỗ trong điều kiện thiếu khụng khớ.
+ Than muội: nhiệt phõn metan cú chất xỳc tỏc : CH4 to C2H2
+ Than mỏ được khai thỏc trực tiếp từ cỏc vỉa than nằm ở độ sõu khỏc nhau dưới mặt đất.
B. CÁC HỢP CHẤT CỦA CACBON 1. Cacbon monooxit: CO 1. Cacbon monooxit: CO
a. Cụng thức phõn tử - Cụng thức cấu tạo
- Cụng thức phõn tử: CO (cacbon cú số oxi húa là +2) - Cụng thức cấu tạo: C O
b. Tớnh chất vật lớ
- Là chất khớ khụng màu, khụng mựi, hơi nhẹ hơn khụng khi, ớt tan trong nước. - Hoỏ lỏng -191,50C, hoỏ rắn ở - 205,20
C. - Rất bền với nhiệt . (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Rất độc.
c. Tớnh chất hoỏ học
Trong phõn tử CO cú liờn kết ba giống N2 nờn CO rất kộm hoạt động ở điều kiện thường, nú chỉ trở nờn hoạt động hơn khi đun núng.
- Theo phản ứng trao đổi: CO là oxit khụng tạo muối (khụng thể hiện tớnh chất hoỏ học). - Theo phản ứng oxi hoỏ khử: CO là chất khử mạnh: Tỏc dụng với cỏc chất oxi hoỏ. Thớ dụ:
+ Tỏc dụng với O2: CO chỏy được trong khụng khớ tạo thành CO2, cho ngọn lửa màu lam nhạt và tỏa nhiều nhiệt. Vỡ vậy, CO được dựng làm nhiờn liệu khớ.
2CO (k) + O2 (k) 2CO2 (k).
+ Tỏc dụng với Cl2: Khi cú than hoạt tớnh làm xỳc tỏc, COkết hợp với Clo theo phản ứng: CO + Cl2 xt COCl2 ( photgen)
+ Tỏc dụng với oxit kim loại sau nhụm CO + CuO o t Cu + CO2. d. Điều chế - Trong cụng nghiệp
+ Cỏch 1: Cho hơi nước đi qua than núng đỏ: C + H2O
0
1050 C
CO + H2.
Hỗn hợp khớ tạo thành là khớ than ướt chứa 44% CO, 45% H2, 5% H2O, 6% N2.
+ Cỏch 2: Thổi khụng khớ qua than nung đỏ trong lũ ga. C + O2 CO2.
CO2 + C 2CO.
Hỗn hợp khớ thu được là khớ lũ ga (khớ than khụ) chứa trung bỡnh 25% CO, 70% N2, 4% CO2, 1% cỏc khớ khỏc.
Khớ than ướt, khớ lũ gasđều được dựng làm nhiờn liệu khớ.
Hocmai.vn– Ngụi trường chung của học trũ Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 4 - HCOOH H SO (đặc)2 4 CO + H2O. 2. Cacbon đioxit a. Cụng thức phõn tử - Cụng thức cấu tạo - Cụng thức phõn tử: CO2 - Cụng thức cấu tạo: O = C = O
Cỏc liờn kết C – O trong phõn tử CO2 là liờn kết cộng húa trị cú cực nhưng do cú cấu tạo thẳng nờn CO2 là phõn tử khụng cú cực.
b. Tớnh chất vật lớ
- CO2 là chất khớ khụng màu, nặng gấp 1,5 lần khụng khớ, tan khụng nhiều trong nước : ở điều kiện thường 1 lớt nước hoà tan 1 lớt khớ CO2.
- Ở nhiệt độ thường khi được nộn dưới ỏp suất 60 atm, khớ CO2 sẽ hoỏ lỏng. Khi làm lạnh đột ngột ở - 760C, khớ CO2 hoỏ thành khối rắn, trắng, gọi là "nước đỏ khụ". Nước đỏ khụ khụng núng chảy mà thăng hoa, nờn được dựng để tạo mụi trường lạnh và khụ, rất tiện lợi cho việc bảo quản thực phẩm.
c. Tớnh chất hoỏ học
- Theo phản ứng trao đổi:
Mang tớnh chất của oxit axit: Tỏc dụng với oxit bazơ hoặc bazơ và tan trong nước thành dung dịch axit cacbonic.
Thớ dụ:
CO2 + H2O H2CO3
- Theo phản ứng oxi hoỏ khử: cú tớnh oxi hoỏ yếu. Vớ dụ:
CO2 + C o
t (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2CO
Khớ CO2 khụng chỏy và khụng duy trỡ sự chỏy của nhiều chất nờn người ta dựng nú để dập tắt cỏc đỏm chỏy. Tuy nhiờn, kim loại cú tớnh khử mạnh, thớ dụ Mg, Al ...cú thể chỏy được trong khớ CO2:
+4 0 +2 0
2
CO + 2Mg 2MgO + C
Do đú, khụng dựng CO2 để dập tắt cỏc đỏm chỏy Mg , Al. *Đặc biệt: Tỏc dụng với NH3 tạo thành ure
CO2 + 2NH3 o
t
(NH2)2CO + H2O
d. Điều chế
- Trong phũng thớ nghiệm, khớ CO2 được điều chế bằng cỏch cho dung dịch axit clohiđric tỏc dụng với đỏ vụi:
CaCO3 + 2HCl CaCl2 + CO2 + H2O
- Trong cụng nghiệp, khớ CO2 được sản xuất bằng cỏch đốt chỏy hoàn toàn than hoặc dầu mỏ, khớ thiờn nhiờn trong oxi hay khụng khớ. Khớ CO2 cũng là sản phẩm phụ của quỏ trỡnh nung vụi, lờn men rượu từ glucozơ.
3. Axit cacbonic H2CO3
Axit cacbonic là axit rất yếu và kộm bền, chỉ tồn tại trong dung dịch loóng, dễ bị phõn huỷ thành CO2 và H2O.
Trong dung dịch, axit cacbonic phõn li theo 2 nấc với cỏc hằng số phõn li axit ở 250C như sau: H2CO3 - 3 HCO + H+ K = 4,5.10-7 - 3 HCO CO2-3 + H+ K = 4,8.10-11
Axit cacbonic tạo ra hai muối: muối cacbonat chứa ion CO2-3 , vớ dụ Na2CO3, CaCO3, (NH4)2CO3, … và muối hiđrocacbonat chứa ion -
3
HCO , vớ dụ NaHCO3, Ca(HCO3)2, NH4HCO3, …
4. Muối cacbonat
a. Tớnh chất vật lý
- Đều là chất rắn.
- Tớnh tan: Cỏc muối cacbonat trung hoà của kim loại kiềm (trừ Li2CO3), amoni, cỏc muối hiđro cacbonat (trừ NaHCO3 hơi ớt tan) đều tan.
Hocmai.vn– Ngụi trường chung của học trũ Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 5 -
b. Tớnh chất hoỏ học
Với cỏc dung dịch muối: Mang đủ cỏc tớnh chất của muối tan. - Tỏc dụng với dung dịch axit: giải phúng khớ CO2
Thớ dụ: NaHCO3 + HCl NaCl + CO2 + H2O - 3 HCO + H+ CO2 + H2O Na2CO3 + 2HCl 2NaCl + CO2 + H2O 2- 3 CO + 2H+ CO2 + H2O
- Tỏc dụng với dung dịch kiềm: cỏc muối hiđrocacbonat dễ tỏc dụng với dung dịch kiềm. Thớ dụ: NaHCO3 + NaOH Na2CO3 + H2O - 3 HCO + OH- 2 3 CO + H2O
- Phản ứng nhiệt phõn của cỏc muối ở dạng khan
+ Cỏc muối cacbonat trung hoà tan (của kim loại kiềm) bền với nhiệt, khụng bị phõn huỷ. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Cỏc muối cacbonat của kim loại khỏc, muối hiđrocacbonat, đều bị phõn huỷ. Đặc biệt muối -
3
HCO rất dễ bị nhiệt phõn tớch ngay khi chỉ đun núng dung dịch Thớ dụ: MgCO3 o t MgO + CO2 2NaHCO3 o t Na2CO3 + CO2 + H2O Ca(HCO3)2 o t CaCO3 + CO2 + H2O
c. Ứng dụng của một số muối cacbonat
- Canxi cacbonat (CaCO3) tinh khiết là chất bột nhẹ, màu trắng, được dựng làm chất độn trong cao su và một số ngành cụng nghiệp.
- Natri cacbonat khan (Na2CO3, cũn gọi là sođa khan) là chất bột màu trắng, tan nhiều trong nước. Khi kết tinh từ dung dịch nú tỏch ra ở dạng tinh thể Na2CO3.10H2O. Sođa được dựng trong cụng nghiệp thuỷ tinh, đồ gốm, bột giặt,...
- Natri hiđrocacbonat (NaHCO3) là chất tinh thể màu trắng, hơi ớt tan trong nước, được dựng trong cụng nghiệp thực phẩm. Trong y học, natri hiđrocacbonat được dựng làm thuốc để chữa bệnh đau dạ dày (thuốc muối nabica).
Giỏo viờn: Vũ Khắc Ngọc Nguồn: Hocmai.vn
Hocmai.vn– Ngụi trường chung của học trũ Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 1 -
Dạng 1: Lý thuyết chung về nhúm Cacbon – Silic
Cõu 1: Trong nhúm IVA đi từ cacbon đến chỡ thỡ
A. khả năng nhận electron để đạt cấu hỡnh khớ hiếm tăng dần. B. khả năng nhận electron để đạt cấu hỡnh khớ hiếm giảm dần. B. khả năng nhận electron để đạt cấu hỡnh khớ hiếm giảm dần. C. tớnh phi kim tăng dần, tớnh kim loại giảm dần.