Tóm tắt lý thuyết về Cacbon và phương pháp giải toán cacbon và hợp chất

CHUYÊN ĐỀ 3. CACBON - SILIC
A. PHẦN LÝ THUYẾT
I. CACBON
1. Vị trí - Cấu hình electron nguyên tử
a. Vị trí
- Cacbon ở ô thứ 6, chu kỳ 2, nhóm IVA của bảng tuần hoàn
b. Cấu hình electron nguyên tử
1s22s22p2. C có 4 electron lớp ngoài cùng
- Các số oxi hóa của C là: -4, 0, +2, +4
2. Tính chất vật lý
- C có ba dạng thù hình chính: Kim cương, than chì và fuleren
3. Tính chất hóa học
- Trong các dạng tồn tại của C, C vô định hình hoạt động hơn cả về mặt hóa học.
- Trong các phản ứng hóa học C thể hiện hai tính chất: Tính oxi hóa và tính khử. Tuy nhiên
tính khử vẫn là chủ yếu của C.
a. Tính khử
* Tác dụng với oxi
0

+4

0

t
C + O2 
→ C O2 . Ở nhiệt độ cao C lại khử CO2 theo phản ứng
0

+4

+2

0

t
C + C O 2 
→ 2C O

* Tác dụng với hợp chất
0

+4

0

t
C +4HNO3 
→ C O2 + 4NO2 +2H2O

b. Tính oxi hóa
* Tác dụng với hidro
0

-4

0

t , xt
C+2H2 
→ C H4

* Tác dụng với kim loại
0

-4

0

t
3C+ 4Al 
→ Al4 C3 (nhôm cacbua)

II. CACBON MONOXIT
1. Tính chất hóa học
- Tính chất hóa học đặc trưng của CO là tính khử
+2

+4

0

t
2C O + O 2 
→ 2 C O2
+2

0

+4

t

3C O + Fe2O3 
→ 3C O 2 + 2Fe

2. Điều chế
a. Trong phòng thí nghiệm
H2SO4 (®Æ
c), t0
HCOOH

→

CO

+

H2O

b. Trong công nghiệp: Khí CO được điều chế theo hai phương pháp
* Khí than ướt
0

+

H2O

1050 C

→
¬


* Khí lò gas
C
+

O2

t

→

C

0

CO
CO2

+

H2


CO2 +

0

C

t


→

2CO

III. CACBON ĐIOXIT
1. Tính chất
a. Tính chất vật lý
- Là chất khí không màu, nặng gấp 1,5 lần không khí.
- CO2 (rắn) là một khối màu trắng, gọi là “nước đá khô”. Nước đá khô không nóng chãy mà
thăng hoa, được dùng tạo môi trường lạnh không có hơi ẩm.
b. Tính chất hóa học
- Khí CO2 không cháy, không duy trì sự cháy của nhiều chất.
- CO2 là oxit axit, khi tan trong nước cho axit cacbonic

→ H2CO3 (dd)
CO2 (k) + H2O (l)
¬


- Tác dụng với dung dịch kiềm
CO2 + NaOH
→
NaHCO3
CO2 + 2NaOH
→
Na2CO3
+
H2O
Tùy vào tỉ lệ phản ứng mà có thể cho ra các sản phẩm muối khác nhau.

2. Điều chế
a. Trong phòng thí nghiệm
CaCO3
+
2HCl
→ CaCl2
+
CO2↑
+
H2O
b. Trong công nghiệp
- Khí CO2 được thu hồi từ quá trình đốt cháy hoàn toàn than.
IV. AXIT CACBONIC - MUỐI CACBONAT
1. Axit cacbonic
- Là axit kém bền, chỉ tồn tại trong dung dịch loãng, dễ bị phân hủy thành CO2 và H2O.
- Là axit hai nấc, trong dung dịch phân li hai nấc.

→ H+ +HCO3H2CO3 ¬



→ H+ +CO32HCO-3 ¬


2. Muối cacbonat
- Muối cacbonat của các kim loại kiềm, amoni và đa số muối hiđrocacbonat đều tan. Muối
cacbonat của kim loại khác thì không tan.
- Tác dụng với dd axit
NaHCO3 + HCl
→

NaCl + CO2↑ + H2O
+
HCO3
+
H
→
CO2↑ + H2O
Na2CO3
CO32-

+

2HCl

+

+

- Tác dụng với dd kiềm
NaHCO3 +
HCO-3
+
- Phản ứng nhiệt phân
MgCO3(r)
2NaHCO3(r)
V. SILIC
1. Tính chất vật lý

2H

→

2NaCl

+ CO2↑

→

CO2↑

+

NaOH

→

OH -

→
MgO(r)

0

Na2CO3(r)

t

→

H2O

H2O

Na2CO3
+
H2O
2CO3
+
H2O

0

t

→

+

+

CO2(k)
+

CO2(k)

+

H2O(k)

- Silic có hai dạng thù hình: silic tinh thể và silic vô định hình.
2. Tính chất hóa học
- Silic có các số oxi hóa: -4, 0, +2 và +4 (số oxi hóa +2 ít đặc trưng hơn).
- Trong các phản ứng hóa học, silic vừa thể hiện tính oxi hóa vừa thể hiện tính khử.
a. Tính khử
0

+4

Si+2F2 
→ Si F4
0

+4

0

t
Si+ O 2 
→ Si O 2
0

+4

Si+ 2NaOH + H 2O 
→ Na 2 Si O3 + 2H 2 ↑
b. Tính oxi hóa
0

-4

0

t
2Mg + Si 
→ Mg 2 Si

3. Điều chế
- Khử SiO2 ở nhiệt độ cao
t0
SiO2 + 2Mg
Si + MgO

→
VI. HỢP CHẤT CỦA SILIC
1. Silic đioxit
- SiO2 là chất ở dạng tinh thể.
- Tan chậm trong dung dịch kiềm đặc nóng, tan dể trong kiềm nóng chãy.
t0
SiO2
+
2NaOH

→ Na2SiO3 + H2O
- Tan được trong axit HF
SiO2
+
4HF
→
SiF4 + 2H2O

- Dựa vào tính chất này, người ta dùng dung dịch HF để khắc chử lên thủy tinh.
2. Axit silixic
- H2SiO3 là chất ở dạng keo, không tan trong nước. Khi mất một phần nước tạo thành vật liệu
xốp là silicagen. Dùng để hút hơi ẩm trong các thùng đựng hàng hóa.
- Axit silixic là axit yếu, yếu hơn cả axit cacbinic nên bị axit này đẩy ra khỏi dung dịch muối.
Na2SiO3 + CO2 + H2O → Na2CO3 + H2SiO3↓
3. Muối silicat
- Dung dịch đậm đặc của Na2SiO3 và K2SiO3 được gọi là thủy tinh lỏng.
- Vải tẩm thủy tinh lỏng sẻ khó cháy, ngoài ra thủy tinh lỏng còn được dùng để chế tạo keo
dán thủy tinh và sứ.

CÁC BÀI TẬP THEO CHỦ ĐỀ
Dạng : Dạng bài tập CO2 tác dụng với dung dịch kiềm
Các PTHH của các phản ứng xãy ra
CO2 +
NaOH
→
NaHCO3
CO2 +
2NaOH
→
Na2CO3
+
H2O
nOH−
Đặt T =
:
Nếu T ≤ 1
→ tạo muối duy nhất NaHCO3
nCO2

Nếu
Nếu

1T≥2

→ tạo hỗn hợp hai muối NaHCO3 và Na2CO3
→ tạo muối duy nhất Na2CO3


Một số lưu ý khi giải bài tập này:
- Xác định sản phẩm nào được tạo thành bằng các tính giá trị T.
- Nếu tạo thành hỗn hợp hai muối thường ta giải bằng cách lập hệ PT.
1) Tính lượng kết tủa xuất hiện khi hấp thụ hết một
lượng CO2 vào dung dòch Ca(OH)2 hoặc Ba(OH)2
Công thức: n↓ = nOH − nCO
−

2

2) Tính lượng kết tủa xuất hiện khi hấp thụ hết một
lượng CO2 vào dung dòch chứa hỗn hợp gồm NaOH và
Ca(OH)2 hoặc Ba(OH)2
Công thức: Tính nCO = nOH − nCO rồi so sánh với nCa hoặc nBa để
xem chất nào phản ứng hết.
2−
3

−

2

2+

2+

3) Tính thể tích CO2 cần hấp thụ hết vào một dung dòch

Ca(OH)2 hoặc Ba(OH)2 để thu được một lượng kết tủa theo
yêu cầu
Dạng này phải có hai kết quả.
 nCO = n↓

Công thức: 

2

 nCO2 = nOH− − n↓

Dạng : Khí CO khử oxit kim loại

Cơng thức : Oxit kim loai A + CO

kim loại A + CO2

- CO chỉ khử oxit kim loại sau Al

nCO = n CO2 = n(oxi trong oxit)
BÀI TOÁN VỀ CO2 – HP CHẤT
I- Công thức giải nhanh bài tập :

1- Tính lượng kết tủa xuất hiện khi hấp thụ hết lượng CO 2 vào
dung dòch Ca(OH)2 hoặc Ba(OH)2
Cơ sở lí thuyết : OH- + CO2 → HCO −3 và OH- + HCO −3 → H2O + CO 23−
Ta có n ↓ = n CO 23− Nên n CO 23− = n OH − – n CO 2

Công

thức : n↓ = n OH − – n CO 2
Ví dụ 1: Hấp thụ hết 7,84 lít CO2 (đktc) vào 300ml dung dòch Ba(OH)21M.
Khối lượng kết tủa thu được là :


A. 68,95g

B. 45,56g

C. 49,25g*

D. 54,8g

n CO 2 = 0,35 và n Ba (OH )2 = 0,3 → n OH − = 0,6 → n↓ = 0,6 – 0,35 = 0,25 → m↓ =
197.0,25 = 49,25g
Lưu ý: Ở đây n↓ = 0, 25mol < nCO2 = 0,35mol , nên kết tủa trên phù hợp. Ta
cần phải kiểm tra lại vì nếu Ba(OH) 2 dùng dư thì khi đó n↓ = nCO2 mà
không phụ thuộc vào nOH − . Tóm lại, khi sử dụng công thức trên, cần
nhớ điều kiện ràng buộc giữa n↓ và nCO2 là n↓ ≤ nCO2 .
2- Tính lượng kết tủa xuất hiện khi hấp thụ hết một lượng CO 2
vào dung dòch chứa hỗn hợp gồm NaOH và Ca(OH) 2 hoặc

Ba(OH)2 Thì α =

nOH−
nCO2

Tùy theo giá trò α để lập công thức

Nếu α ≥ 2 → n CO 2 = nCO32 − sau đó so sánh với nM2 + để xác
đònh n↓
Công thức: Nếu 1 < α < 2 Tính nCO32− = nOH − − nCO2
rồi so sánh với nCa2+ hoặc nBa 2+ để xem chất nào phản
ứng hết.
Ví dụ 2: Hấp thụ hết 6,72 lít CO 2 (đkc) vào 300ml dung dòch hỗn hợp
gồm NaOH 0,1M và Ba(OH)2 0,6M. Khối lượng kết tủa thu được là:
A. 41,10g

B. 17,73g*

C. 27,40g

D. 49,25g

n CO 2 = 0,3 và n Ba (OH )2 = 0,18 và nNaOH = 0,03 → n OH − = 0,39 → n CO 23− = 0,39 –
0,3 = 0,09
Mà nBa 2+ = 0,18mol nên n↓ = 0,09mol. Vậy m↓ = 0,09.197 = 17,73gam.
Lưu ý: Tương tự như công thức ở trên, trong trøng hợp này cũng có
điều kiện ràng buộc giữa nCO32− và nCO2 là nCO32− ≤ nCO2 .
3- Tính thể tích CO2 cần hấp thụ hết vào một dung dòch Ca(OH) 2
hoặc Ba(OH)2 để thu được một lượng kết tủa theo yêu cầu
Cơ sở lí thuyết : Xuất hiện 2 trường hợp : Dư dung dòch kiềm thì
n CO 2 = n↓ và trường hợp dư CO2 thì tạo kết tủa sau đó kết tủa

tan một phần nên luôn có 2 đáp án
Dạng này có hai kết quả: n CO 2 = n↓ Hoặc n CO 2 = n OH − – n↓