Tóm tắt lý thuyết Hóa học 11: Cacbon và hợp chất của cacbon

Chương 3: CACBON - SILIC
Bài 15: CACBON
I. Đặc điểm cấu tạo - vị trí
* Cấu hình e ứng với trạng thái cơ bản:
↑ ↓

↑ ↓ ↑ ↓ ↑

ƒ

* Ở trạng thái kích thích, có 1e ở phân lớp 2s nhảy lên phân lớp 2p tạo thành 4e độc thân
đồng nhất,.
↑ ↓

↑ ↓

↑ ↓ ↑

ƒ chất :
* Số o xh của cacbon trong hợp

↑

Cacbon có số oxihóa - 4 , +2 , + 4
* C ở chu kì 2 nhóm IVA
II. Tính chất vật lí và trạng thái tự nhiên
1.Tính chất vật lí :
* Cacbon có 3 dạng thù hình: kim cương, than chì (graphit) và cacbon vô định hình.
a) Kim cương
+ Kim cương có cấu trúc mạng tinh thể nguyên tử, mỗi nguyên tử C liên kết cộng hoá trị bền
vững với 4 nguyên tử C xung quanh, tạo hình tứ diện đều

+ C ở trạng thái lai hóa sp3 , độ dài liên kết C- C bằng 1,54A0 , góc liên kết 1090 28phút
+ Sự đồng nhất và bền vững của liên kết này khiến kim cương có tính rất cứng, không bay
hơi và trơ với nhiều chất hoá học.
+ Kim cương là tinh thể không màu trong suốt , khúc xạ ánh sáng mạnh nên nhìn long lanh
b) Than chì (graphit)
+ Tinh thể than chì (graphit) có cấu trúc lớp. Trên mỗi lớp, mỗi nguyên tử C liên kết với 3
nguyên tử C khác bằng liên kết cộng hoá trị.
+ C ở trạng thái lai hóa sp2 , độ dài liên kết C- C bằng 1,415 A0 ( Trong một lớp ) , góc liên
kết 1200
+ Liên kết giữa những nguyên tử C trong 1 lớp rất bền vững, liên kết giữa các lớp rất yếu, do
vậy các lớp trong tinh thể có thể trượt lên nhau. Cấu trúc này làm than chì mềm, trơn, dùng
làm bút chì, bôi trơn các ổ bi.
+ Than chì là chất rắn màu xám có ánh kim
c) Cacbon vô định hình ( Fu Le Ren ) ( Bỏ )
+ Cacbon vô định hình (than cốc, than gỗ, bồ hóng,…) gồm những tinh thể rất nhỏ, có cấu
trúc không trật tự.
+ Tính chất của cacbon vô định hình tuỳ thuộc vào nguyên liệu và phương pháp điều chế
chúng.
Than gỗ và than xương có cấu tạo xốp nên chúng có khả năng hấp thụ mạnh các chất khí
và chất tan trong dung dịch.
* Cacbon thiên nhiên là hỗn hợp hai đồng vị bền:
(98,982%) và
(0,108%). NTK =
12,0115
* Các nguyên tử cacbon có thể liên kết với nhau tạo thành mạch cacbon
2. Trạng thái tự nhiên :
+Trong tự nhiên , kim cương ,than chì ,là cacbon tự do tinh khiết
+ Ngoài ra cacbon còn có trong các loại khoáng vật :
- Can xit ( như đá vôi , đá phấn , đá hoa … đều chứa CaCO3 )
- Magiê zit : MgCO3

-

Đô lô mit : CaCO3.MgCO3

III. Tính chất hoá học:

Vừa là chất khử vừa là chất oxi hoá
Độ hoạt động : Cacbon vô định hình > Than chì > Kim cương

1. Tác dụng với đơn chất
a) Tác dụng với kim loại
t C
Al + C →
Al4C3 ( Canxi cacbua )
t C
Ca + C → CaC2 ( Canxi cacbua )
t C
Fe + C →
Fe3C ( Xementit )
* Chú ý : Hợp chất cacbua dễ bị thủy phân trong nước
Al4C3 + 12H2O → 3CH4 ↑ + 4Al(OH)3
CaC2 + 2H2O → C2H2 ↑ + Ca(OH)2
0

0

0

b) Tác dụng với phi kim
500 C,Ni
→ CH4
a) Tác dụng với H2 : C + 2H2 
b) Tác dụng vớiphi kim khác :
t = 350 C
→ CO2
C + O2 
t C
C + S → CS2
* Chú ý : pư giữa C và O2 mà O2 dư thì có thêm pư : C + CO2 → 2CO
0

0

0

2. Tác dụng với hợp chất :
a) Tác dụng với oxit kimloại : Cacbon khử được nhiều oxit kim loại.
t
 Fe 2O3   +   3C 
→ 2Fe + 3CO
t
2 CuO  +   C 
→ 2Cu + CO 2

* Chú ý : C chỉ khử được oxit của kim loại đứng sau nhôm trong dãy hoạt động
b) Tác dụng với oxit phi kim : Cacbon phản ứng với oxit của một số phi kim tạo thành
cacbonoxit có liên kết cộng hoá trị và rất rắn. Ví dụ:
t

t C
 SiO2   +   3C 
→ SiC + 2CO hay SiO2 + 2C →
Si + 2CO
Đốt nóng cacbon trong khí CO2, tạo ra CO
0

t
 CO 2   +   C 
→ 2CO

c) Tác dụng với hơi nước : C + H2O

0

CO + H2

t =1050 C

→

d) Tác dụng với hợp chất khác :
t C
* Cacbon tự oxh – khử :
2Al2O3 + 9C →
Al4C3 + 6CO
t C
CaO + 3C → CaC2 + CO
t C
* Cacbon thể hiện tính khử :

C + 4KNO3 →
2K2O + CO2 + 4NO2
t C
3C + 2KCl →
2KCl + 3CO2
C + 4HNO3 → CO2 + 4NO2 + 2H2O
IV. Điều chế , ứng dụng ( SGK )
0

0

0

0

Bài 16: HỢP CHẤT CỦA CACBON


I. Cacbon mono oxit ( cacbon oxit )
1. Đặc điểm cấu tạo : Trong phân tử CO có 2 liên kết cộng hóa trị và 1 liên kết cho nhận

:C

O:

2. Tính chất vật lí :
* CO là khí không màu, không mùi, khó tan trong nước , rất độc (gây chết người), CO hoá
lỏng
ở -191,5oC và hoá rắn ở - 205oC.
* CO có thể kết hợp với Hemoglo bin trong máu người tạo thành hợp chất bền ( Cacboxi

Hemoglobin) làm cho Hemoglo bin mất khả năng vận chuyển O2 trong cơ thể người và động
vật
3. Tính chất hoá học :

Có tính khử mạnh ở nhiệt độ cao
0

t C
a ) Tác dụng với oxit kim loại : CO + ZnO →
Zn + CO2
t C
3CO + Fe2O3 → 2Fe + 3CO2
Chú ý : CO chỉ khử được oxit của kim loại đứng sau nhôm trong dãy hoạt động
0

b ) Tác dụng với Cl2 ( có chiếu sáng tạo thành hợp chất photgen ) :
as
CO + Cl2 → COCl2
c ) Tác dụng với kiềm ( ở 150- 2000C tạo thành muối fomat ):
t C
CO + NaOH →
HCOONa
t C
CO + KOH → HCOOK
t C
d) Tác dụng với H2O : CO + H2O →
HCOOH
0

0

0

e ) Tác dụng với PdCl2 / H2O : PdCl2 + H2O + CO → Pd ↓ + 2HCl + CO2 ↑
Màu vàng
Chú ý : pư này dùng để nhận biết CO vì có kết tủa màu vàng và có bọt khí
3. Điều chế :
0

a) Trong PTN ( Đun HCOOH với H2SO4 đặc ) HCOOH

t ,H2 SO4 d

→

b) Trong công nghiệp :
+ Cho hơi nước qua than nóng đỏ : C + H2O
* Chú ý : Than ướt gồm : CO , H2 , CO2 và N2

CO + H2

+ Khử CO2 bằng C :

C + CO2

0

t C
→

0

t =1050 C

→

CO + H2O

2CO

II. Cacbon đioxit ( anhiđrit cacbo nic )
1. Đặc điểm cấu tạo :
* Công thức cấu tạo: O = C = O. Phân tử đối xứng, nguyên tử C và hai nguyên tử O nằm
trên một đường thẳng, do đó phân tử không phân cực.
* Cacbon trong CO2 ở trạng thái lai hóa sp
2. Tính chất vật lí :
* CO2 là khí không màu, không mùi, nặng hơn không khí 1,5 lần.


* CO2 ít tan trong nước (ở 20oC, một thể tích nước hoà tan được 0,88 thể tích CO2). Dưới áp
suất thường , ở -78oC, khí CO2 hoá rắn, gọi là nước đá khô.
3. Tính chất hoá học : Là oxit axit và có tính oxihóa yếu
a) Oxit axit :
* Tác dụng với H2O :
CO2 + H2O ‡ˆ ˆˆ ˆ†
ˆˆ H2CO3
* Tác dụng với bazơ hay oxit bazơ :

 CO 2   +   2NaOH 
→ Na 2CO3 + H 2O

 CO 2   +   NaOH 
→ NaHCO3
Chú ý :
+ Tác dụng với NH3 tạo thành ure.
t
 CO 2   +   2NH 3 
→(NH) 2 CO + H 2O

+ Khi gặp bài toán CO2 + dung dịch nhiều bazo thì dùng pt ion rút gọn
b) Tính oxihóa yếu : Tác dụng với các chất khử mạnh
* Oxh các kim loại hoạt động mạnh như Na , Mg ,Al …:
t C
4Al + 3CO2 →
2Al2O3 + 3C
t C
Mg + CO2 →
MgO + C
t C
* Oxh C , H2 ở nhiệt độ cao : CO2 + H2 →
CO + H2O
0

0

0

4. Điều chế :
t
→ CaCl 2 + H 2O + CO 2 ↑
a) Trong PTN :  CaCO3   +   2HCl 

b) Trong công nghiệp :
* Đốt cacbon trong oxi : C + O2 → CO2
t
 CaCO3   
→ CaO + CO 2 ↑
* Nung đá vôi:
III. Axit cacbonic và muối cacbonat
1.Axit cacbonic :
* Công thức cấu tạo :
* Là axit yếu ( chỉ làm quì hơi hồng ) không bền và là a xit 2 lần axit ( đi axit ) nên tạo 2 loại
muối cacbonat ( trung hòa ) và muối hiđro cacbonat ( muối axit )


→ HCO3− + H +  
 H 2CO3   ¬



 HCO3−   +   
→ CO3 2−       + H +  
2. muối cacbonat :
a) Tính tan :
* Muối cacbonat của KLK , amoni và đa số các muối HCO3- dễ tan trong nước
* Muối CO32- của kim loại khác không tan
b) Tínhchất hóa học :


* Tác dụng với axit :

 CO32−   +   H +   

→ HCO3−      
 HCO3−   +   H +   
→ CO 2 + H 2O

Chú ý : Khi cho từ từ a xit vào dung dịch muối cacbonat thì phải viết pư theo thứ tự
VD : HCl + Na2CO3 → NaHCO3 + NaCl
HCl + NaHCO3 → NaCl + CO2 + H2O
* Tác dụng với bazơ :
NaOH + NaHCO3 → Na2CO3 + H2O
2NaOH + 2KHCO3 → Na2CO3 + K2CO3 + 2H2O
Na2CO3 + Ba(OH)2 → BaCO3 + 2NaOH
* Tác dụng với muối :
Na2CO3 + BaCl2 → BaCO3 + 2NaCl
NH4HCO3 + NaCl → NaHCO3 + NH4Cl
( ít tan )
* Bị nhiệt phân :
Muối (HCO3- ) → Muối (CO32- ) + CO2 + H2O
Muối (CO32- ) → Oxit + CO2
t
 MgCO3   
→ CaO + CO 2 ↑
VD:
t
 Ca(HCO3 ) 2 
→ CaCO3 + H 2O + CO 2 ↑

Chú ý :
1. Muối cacbonat của KLK bền với nhiệt
2. Muối cacbonat của KLK tan trong nước cho môi trường bazơ nêncó pư với muối của kim
loại có bazơ không tan :

VD : Na2CO3 + FeCl3 + H2O→ NaCl + Fe(OH)3 ↓+ CO2 ↑
3. Nhận biết gốc CO32+ Cho mẫu thử td với H+ , khí sau pư làm đục nước vôi trong dư
CO32- + 2H+ → CO2 + H2O
CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O
+ Cho mẫu thử td AgNO3 :
CO32- + 2Ag+ → Ag2CO3 ↓ trắng
Ag2CO3 → Ag2O (đen ) + CO2

c) Ứng dụng