Bai 9 ly thuyet va bai tap ve cacbon va hop chat v1

Khóa h c LT ả KIT-1: Môn ảóa h c (Th y V Kh c Ng c)

Lý thuy t và bài t p v cacbon và h p ch t

Lụ THUY T VÀ BÀI T P V CACBON VÀ H P CH T
(TÀI LI U BÀI ẢI NẢ)
(Tài ệi u dùng chung cho bài gi ng s 11, 12 và 13 thu c chuyên đ này)
Giáo viên: V KH C NG C
ây là tài li u tóm l c các ki n th c đi kèm v i bài gi ng “Lý thuy t và bài t p v cacbon và h p ch t” thu c
Khóa h c LT H KIT-1: Môn Hóa h c (Th y V Kh c Ng c) t i website Hocmai.vn.
có th n m v ng ki n
th c ph n “Lý thuy t và bài t p v cacbon và h p ch t”, B n c n k t h p xem tài li u cùng v i bài gi ng này.

I. KHÁI QUÁT V CÁC NGUYÊN T NHÓM IVA
1. Gi i thi u các nguyên t nhóm IVA
Cacbon
Silic
S hi u nguyên t
6
14
Nguyên t kh i
12,01
28,09
2
2
C u hình electron l p ngoài cùng
2s 2p
3s23p2
Bán kính nguyên t (nm)
0,077
0,117

âm đi n
2,55
1,90
N ng l ng ion hoá th nh t (kJ/mol)
1086
786
2. c đi m
a. C u hình electron c a nguyên t
- L p electron ngoài cùng c a nguyên t (ns2 np2) có 4 electron :

Gecmani
32
72,64
4s24p2
0,122
2,01
762

Thi c
50
118,69
5s25p2
0,140
1,96
709

Chì
82
207,20
6s26p2

0,146
2,33
716

ns2
np2
- tr ng thái c b n, nguyên t c a các nguyên t nhóm cacbon có hai electron đ c thân, do đó trong các
h p ch t chúng có th t o thành hai liên k t c ng hoá tr .
- Khi đ c kích thích, m t electron trong c p electron c a phân l p ns có th chuy n sang obitan p còn
tr ng c a phân l p np.
ns2
np3
ns1
np3
Do đó, nguyên t c a các nguyên t nhóm cacbon có th có 4 electron đ c thân  trong các h p ch t
chúng có th t o thành 4 liên k t c ng hoá tr .
- Trong các h p ch t các nguyên t có th có các s oxi hoá +4, +2, -4 tu thu c vào đ âm đi n c a
các nguyên t liên k t v i chúng.
b. S bi n thiên tính ch t
- T cacbon đ n chì nên tính phi kim gi m d n, tính kim lo i t ng d n vì đ âm đi n t ng d n và bán kính
nguyên t t ng d n.
- Các h p ch t
+ H p ch t v i hiđro: có d ng AH4 nh CH4 ; SiH4....
b n nhi t c a các hiđrua gi m nhanh t CH4 đ n
PbH4.
+ Các oxit cao nh t: có d ng AO2 nh CO2 và SiO2 là các oxit axit còn các oxit GeO2, PbO2, SnO2 là các
h p ch t l ng tính.
+ Các hiđroxit: H2CO3 (axit y u), H2SiO3 (axit r t y u), Ge(OH)2, Sn(OH)2 và Pb(OH)2 c a chúng là các
h p ch t l ng tính.
+ S bi n thiên c a các h p ch t t cacbon đ n chì là tính axit gi m d n, tính baz t ng d n.

II. CACBON VÀ H P CH T C A CACBON
A. CACBON
1. Các d ng thù hình - Tính ch t v t lí
a. Kim c ng

Hocmai.vn – Ngôi tr

ng chung c a h c trò Vi t

T ng đài t v n: 1900 58-58-12

- Trang | 1 -


Khóa h c LT ả KIT-1: Môn ảóa h c (Th y V Kh c Ng c)

Lý thuy t và bài t p v cacbon và h p ch t

- Là ch t tinh th không màu, trong su t, không d n đi n, d n nhi t kém, có kh i l ng riêng là 3,51
g/cm3.
- Tinh th kim c ng thu c lo i tinh th nguyên t đi n hình, nên kim c ng là ch t c ng nh t trong t t c
các ch t.
b. Than chì
- Là tinh th màu xám đen, có ánh kim, d n đi n t t nh ng kém kim lo i.
- Tinh th than chì có c u trúc l p. Các l p liên k t v i nhau b ng l c Van-đe-van y u, nên các l p d tách
kh i nhau. Khi v ch than chì trên gi y, nó đ l i v ch đen g m nhi u l p tinh th than chì.
c.Fuleren
G m các phân t C 60, C70, … có c u trúc hình c u r ng đ c phát hi n n m 1985.
d. Cacbon vô đ nh hình
- Than đi u ch nhân t o nh than c c, than g , than x ng, than mu i đ c g i chung là cacbon vô

đ nh hình.
- Than g , than x ng có c u t o x p, nên chúng có kh n ng h p ph m nh các ch t khí và ch t tan
trong dung d ch.
2. Tính ch t hoá h c
Trong ba d ng thù hình k trên c a cacbon, cacbon vô đ nh hình ho t đ ng h n c v m t hoá h c. Tuy
nhiên, nhi t đ th ng cacbon khá tr , còn khi đun nóng nó ph n ng đ c v i nhi u ch t.
Trong các ph n ng cacbon th hi n tính kh và tính oxi hoá. Tuy nhiên, tính kh v n là tính ch t ch y u
c a cacbon.
a. Tính kh
- Tác d ng v i các phi kim (tr halogen), đi n hình là tác d ng v i oxi: khi đ t cacbon trong không khí,
ph n ng t a nhi u nhi t:
0

+4

t0

C + O 2  C O 2
nhi t đ cao, cacbon l i kh đ
0

+4

t

c CO2 theo ph n ng:

+2

0

C + C O2  2CO
Do đó s n ph m khi đ t cacbon trong không khí, ngoài khí CO2 còn có m t ít khí CO.
- Tác d ng v i h p ch t: nhi t đ cao, cacbon có th kh đ c oxit kim lo i sau Al,
nhi u ch t oxi hóa khác nh HNO3, KClO3, H2SO4 đ c, …

ph n

ng v i

2

0

Fe2 O3  3 C  2Fe  3CO
2

0

C  4HNO3 (®Æc)  CO 2  4NO 2  2H 2 O
b. Tính oxi hoá
- Tác d ng v i hiđro
4

0

C  2H 2  C H 4
- Tác d ng v i kim lo i
Thí d :
o

4

4Al + 3C  Al 4 C 3
Nhôm cacbua
3. ng d ng
- Kim c ng đ c s d ng làm đ trang s c. Trong k thu t, kim c ng đ c dùng đ ch t o m i khoan,
dao c t thu tinh và b t mài.
- Than chì đ c dùng làm đi n c c; làm n i, chén đ n u ch y các h p kim ch u nhi t; ch t o ch t bôi
tr n; làm bút chì đen.
- Than c c đ c dùng làm ch t kh trong luy n kim đ luy n kim lo i t qu ng.
- Than g đ c dùng đ ch thu c n đen, thu c pháo, ch t h p ph . Lo i than g có kh n ng h p ph
m nh đ c g i là than ho t tính. Than ho t tính đ c dùng nhi u trong m t n phòng đ c, trong công
nghi p hoá ch t và trong y h c.
- Than mu i đ c dùng làm ch t đ n khi l u hoá cao su, đ s n xu t m c in, xi đánh gi y,...
Hocmai.vn – Ngôi tr

ng chung c a h c trò Vi t

T ng đài t v n: 1900 58-58-12

- Trang | 2 -


Khóa h c LT ả KIT-1: Môn ảóa h c (Th y V Kh c Ng c)

Lý thuy t và bài t p v cacbon và h p ch t

4. Tr ng thái t nhiên. i u ch
a. Tr ng thái t nhiên

- Trong t nhiên kim c ng và than chì là cacbon t do g n nh tinh khi t.
- Ngoài ra, cacbon còn có trong các khoáng v t nh canxit (đá vôi, đá ph n, đá hoa, chúng đ u ch a CaCO3),
magiezit (MgCO3), đolomit (CaCO3 . MgCO3), ... và là thành ph n chính c a các lo i than m (than antraxit,
than m , than nâu, than bùn, ..., chúng khác nhau v tu i đ a ch t và hàm l ng cacbon).
- D u m , khí đ t thiên nhiên là h n h p c a các ch t khác nhau ch a cacbon, ch y u là hiđrocacbon. Các
c th th c v t và đ ng v t ch a nhi u ch t, ch y u do cacbon t o thành.
b. i u ch
ng nhân t o: nung than chì 3000 0C d i áp su t 70 - 100 nghìn atmotphe trong th i gian
+ Kim c
dài.
2500 - 30000C trong lò đi n, không có không khí.
+ Than chì nhân t o: nung than c c
1000 - 12500C trong lò đi n, không có không khí.
+ Than c c: nung than m
+ Than g : đ t cháy g trong đi u ki n thi u không khí.
to

Than mu i: nhi t phân metan có ch t xúc tác : CH 4  C  2H 2
c khai thác tr c ti p t các v a than n m đ sâu khác nhau d i m t đ t.
+ Than m đ
B. CÁC H P CH T C A CACBON
1. Cacbon monooxit: CO
a. Công th c phân t - Công th c c u t o
- Công th c phân t : CO (cacbon có s oxi hóa là +2)
- Công th c c u t o: C
O
b. Tính ch t v t lí
- Là ch t khí không màu, không mùi, h i nh h n không khi, ít tan trong n c.
- Hoá l ng -191,50C, hoá r n - 205,20C.
- R t b n v i nhi t .

- R t đ c.
c. Tính ch t hoá h c
Trong phân t CO có liên k t ba gi ng N2 nên CO r t kém ho t đ ng đi u ki n th ng, nó ch tr nên
ho t đ ng h n khi đun nóng.
- Theo ph n ng trao đ i: CO là oxit không t o mu i (không th hi n tính ch t hoá h c).
- Theo ph n ng oxi hoá kh : CO là ch t kh m nh: Tác d ng v i các ch t oxi hoá.
Thí d :
c trong không khí t o thành CO2, cho ng n l a màu lam nh t và t a nhi u
+ Tác d ng v i O2: CO cháy đ
nhi t. Vì v y, CO đ c dùng làm nhiên li u khí.
2CO (k) + O2 (k)  2CO2 (k).
+ Tác d ng v i Cl2: Khi có than ho t tính làm xúc tác, COk t h p v i Clo theo ph n ng:
xt
CO + Cl2 
 COCl2 ( photgen)
+ Tác d ng v i oxit kim lo i sau nhôm
+

to

CO + CuO 
 Cu + CO2.
d. i u ch
- Trong công nghi p
c đi qua than nóng đ :
+ Cách 1: Cho h i n
10500C

 CO + H2.
C + H2O 



H n h p khí t o thành là khí than t ch a 44% CO, 45% H2, 5% H2O, 6% N2.
+ Cách 2: Th i không khí qua than nung đ trong lò ga.
C + O2  CO2.
CO2 + C  2CO.
H n h p khí thu đ c là khí lò ga (khí than khô) ch a trung bình 25% CO, 70% N2, 4% CO2, 1% các khí
khác.
Khí than t, khí lò gas đ u đ c dùng làm nhiên li u khí.
- Trong phòng thí nghi m: Cho H2SO4 đ c vào axit fomic và đun nóng:
Hocmai.vn – Ngôi tr

ng chung c a h c trò Vi t

T ng đài t v n: 1900 58-58-12

- Trang | 3 -


Khóa h c LT ả KIT-1: Môn ảóa h c (Th y V Kh c Ng c)

Lý thuy t và bài t p v cacbon và h p ch t

H2 SO4 (®Æc)
CO + H2O.
HCOOH 
2. Cacbon đioxit
a. Công th c phân t - Công th c c u t o
- Công th c phân t : CO2
- Công th c c u t o: O = C = O

Các liên k t C – O trong phân t CO2 là liên k t c ng hóa tr có c c nh ng do có c u t o th ng nên CO2 là
phân t không có c c.
b. Tính ch t v t lí
- CO2 là ch t khí không màu, n ng g p 1,5 l n không khí, tan không nhi u trong n c : đi u ki n th ng
1 lít n c hoà tan 1 lít khí CO2.
- nhi t đ th ng khi đ c nén d i áp su t 60 atm, khí CO2 s hoá l ng. Khi làm l nh đ t ng t 760C, khí CO2 hoá thành kh i r n, tr ng, g i là "n c đá khô". N c đá khô không nóng ch y mà th ng
hoa, nên đ c dùng đ t o môi tr ng l nh và khô, r t ti n l i cho vi c b o qu n th c ph m.
c. Tính ch t hoá h c
- Theo ph n ng trao đ i:
Mang tính ch t c a oxit axit: Tác d ng v i oxit baz ho c baz và tan trong n c thành dung d ch axit
cacbonic.
Thí d :

 H2CO3
CO2 + H2O 


- Theo ph n ng oxi hoá kh : có tính oxi hoá y u.
Ví d :
to

CO2 + C 
 2CO
Khí CO2 không cháy và không duy trì s cháy c a nhi u ch t nên ng i ta dùng nó đ d p t t các đám
cháy. Tuy nhiên, kim lo i có tính kh m nh, thí d Mg, Al ...có th cháy đ c trong khí CO2:
+4

0

+2

0

CO2 + 2Mg  2MgO + C
Do đó, không dùng CO2 đ d p t t các đám cháy Mg , Al.
* c bi t: Tác d ng v i NH3 t o thành ure
to

CO2 + 2NH3 
 (NH2)2CO + H2O
d. i u ch
- Trong phòng thí nghi m, khí CO2 đ c đi u ch b ng cách cho dung d ch axit clohiđric tác d ng v i đá
vôi:
CaCO3 + 2HCl  CaCl2 + CO2 + H2O
- Trong công nghi p, khí CO2 đ c s n xu t b ng cách đ t cháy hoàn toàn than ho c d u m , khí thiên
nhiên trong oxi hay không khí. Khí CO2 c ng là s n ph m ph c a quá trình nung vôi, lên men r u t
glucoz .
3. Axit cacbonic H2CO3
Axit cacbonic là axit r t y u và kém b n, ch t n t i trong dung d ch loãng, d b phân hu thành CO 2 và
H2O.
Trong dung d ch, axit cacbonic phân li theo 2 n c v i các h ng s phân li axit 250C nh sau:
HCO-3 + H+ K = 4,5.10-7
H2CO3 ฀
HCO-3 ฀

CO32- + H+ K = 4,8.10-11

Axit cacbonic t o ra hai mu i: mu i cacbonat ch a ion CO32- , ví d Na2CO3, CaCO3, (NH4)2CO3, … và
mu i hiđrocacbonat ch a ion HCO-3 , ví d NaHCO3, Ca(HCO3)2, NH4HCO3, …
4. Mu i cacbonat

a. Tính ch t v t lý
- u là ch t r n.
- Tính tan: Các mu i cacbonat trung hoà c a kim lo i ki m (tr Li2CO3), amoni, các mu i hiđro cacbonat
(tr NaHCO3 h i ít tan) đ u tan.
- Các mu i cacbonat trung hoà c a các kim lo i khác không tan ho c ít tan trong n c.
Hocmai.vn – Ngôi tr

ng chung c a h c trò Vi t

T ng đài t v n: 1900 58-58-12

- Trang | 4 -


Khóa h c LT ả KIT-1: Môn ảóa h c (Th y V Kh c Ng c)

Lý thuy t và bài t p v cacbon và h p ch t

b. Tính ch t hoá h c
V i các dung d ch mu i: Mang đ các tính ch t c a mu i tan.
- Tác d ng v i dung d ch axit: gi i phóng khí CO2
Thí d :
 NaCl + CO2 + H2O
NaHCO3 + HCl 
+
 CO2 + H2O
HCO3 + H 
 2NaCl + CO2 + H2O
Na2CO3 + 2HCl 
 CO2 + H2O

CO32- + 2H+ 
- Tác d ng v i dung d ch ki m: các mu i hiđrocacbonat d tác d ng v i dung d ch ki m.
Thí d :
 Na2CO3 + H2O
NaHCO3 + NaOH 
 CO32  + H2O
HCO3 + OH 
- Ph n ng nhi t phân c a các mu i d ng khan
+ Các mu i cacbonat trung hoà tan (c a kim lo i ki m) b n v i nhi t, không b phân hu .
+ Các mu i cacbonat c a kim lo i khác, mu i hiđrocacbonat, đ u b phân hu .
c bi t mu i HCO-3 r t d b nhi t phân tích ngay khi ch đun nóng dung d ch
Thí d :
to

MgCO3 
 MgO + CO2
to

2NaHCO3 
 Na2CO3 + CO2 + H2O
to

Ca(HCO3)2 
 CaCO3 + CO2 + H2O
c. ng d ng c a m t s mu i cacbonat
- Canxi cacbonat (CaCO3) tinh khi t là ch t b t nh , màu tr ng, đ c dùng làm ch t đ n trong cao su và
m t s ngành công nghi p.
- Natri cacbonat khan (Na2CO3, còn g i là sođa khan) là ch t b t màu tr ng, tan nhi u trong n c. Khi k t tinh
t dung d ch nó tách ra d ng tinh th Na2CO3.10H2O. Sođa đ c dùng trong công nghi p thu tinh, đ g m,
b t gi t,...

- Natri hiđrocacbonat (NaHCO3) là ch t tinh th màu tr ng, h i ít tan trong n c, đ c dùng trong công
nghi p th c ph m. Trong y h c, natri hiđrocacbonat đ c dùng làm thu c đ ch a b nh đau d dày (thu c
mu i nabica).

Giáo viên: V Kh c Ng c
Ngu n:

Hocmai.vn – Ngôi tr

ng chung c a h c trò Vi t

T ng đài t v n: 1900 58-58-12

Hocmai.vn

- Trang | 5 -