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 2 trong bảng hệ thống tuần hồn.
• Cấu hình electron ngun tử: ls22s22p2
• Các số oxi hóa của cacbon: -4, 0, +2 và +4 (trong hợp chất vô cơ), tùy thuộc vào độ âm điện của nguyên
tố liên kết với cacbon.
• Sự phổ biến: Cacbon là nguyên tố phổ biến thứ 4 trong vũ trụ về khối lượng sau hydro, heli, và oxy.
Cacbon có rất nhiều trong Mặt Trời, các ngơi sao, sao chổi và bầu khí quyển của phần lớn các hành tinh.
Một số thiên thạch chứa các kim cương vi tinh thể, loại được hình thành khi hệ Mặt Trời vẫn còn là một
đĩa tiền hành tinh. Các kim cương vi tinh thể này có thể đã được tạo ra bằng áp lực rất mạnh và nhiệt độ
cao tại những nơi mà thiên thạch đó va chạm.
Có khoảng 10 triệu hợp chất khác nhau của cacbon mà khoa học đã biết và hàng nghìn trong số đó là tối
quan trọng cho các quá trình của sự sống và cho các phản ứng trên cơ sở hữu cơ rất quan trọng về kinh tế.
Trong tổ hợp với các nguyên tố khác, cacbon được tìm thấy trong bầu khí quyển trái đất và hịa tan trong
mọi thực thể có chứa nước. Với một lượng nhỏ hơn của canxi, magiê và sắt, nó tạo ra thành phần chủ yếu
của một lượng rất lớn đá cacbonat (đá vôi, đolomit, đá cẩm thạch ...). Khi tổ hợp với hidro, cacbon tạo
thành than, dầu mỏ và khí tự nhiên, cịn được gọi là các hidrocacbon.
II. TÍNH CHẤT VẬT LÝ
Cacbon tạo thành một số dạng thù hình khác nhau về tính chất vật lí
- Kim cương là chất tinh thể không màu, trong suốt, không dẫn điện, dẫn nhiệt kém, có khối lượng riêng
là 3,5 g/cm3. Tinh thể kim cương thuộc loại nguyên tử điển hình, trong đó mỗi nguyên tử cacbon tạo 4
liên kết cộng hóa trị bền với bốn nguyên tử cacbon lân cận nằm trên các đỉnh của hình tứ diện đều. Mỗi
nguyên tử cacbon ở đỉnh lại liên kết với 4 nguyên tử cacbon khác. Độ dài của liên kết C.C bằng 0,154nm.
Do cấu trúc này nên kim cương là chất cứng nhất trong tất các chất.
- Than chì là tinh thể màu xám đen, có ánh kim, dẫn điện tốt nhưng kém kim loại. Tinh thể than chì có
cấu trúc lớp. Trong một lớp, mỗi nguyên tử cacbon liên kết theo kiểu cộng hóa trị với 3 nguyên tử cacbon
lân cận nằm ở đỉnh của một tam giác đều. Độ dài của liên kết C.Cbằng 0,142nm. Khoảng cách giữa hai
nguyên tử cacbon thuộc hai lớp lân cận nhau là 0,34nm. Các lớp liên kết với nhau bằng lực tương tác yếu,

nên các lớp dễ tách khỏi nhau. Khi vạch than chì trên giấy, nó để lại vạch đen gồm nhiều lớp tinh thể than
chì.
- Fuleren gồm các phân tử C60, C70. Phân tử C60 có cấu trúc hình rỗng gồm 32 mặt với 60 đỉnh là 60
nguyên tử cacbon. Fuleren được phát hiện năm 1985.
- Than điều chế nhân tạo như than cốc, than gỗ, than xương, than muội,... được gọi chung là cacbon vơ
định hình. Than gỗ, than xương có cấu tạo xốp nên chúng có khả năng hấp thụ mạnh các chất khí và chất
tan trong dung dịch
III. TÍNH CHẤT HÓA HỌC
Trong các dạng tồn tại của cacbon, cacbon vơ định hình hoạt động hơn cả về mặt hóa học. Tuy
nhiên, ở nhiệt độ thường cacbon khá trơ, còn khi đun nóng nó phản ứng được với nhiều chất.
Trong các hợp chất của cacbon với những nguyên tố có độ âm điện lớn hơn (O, Cl, F, S...), nguyên
tố cacbon có số oxi hóa +2 hoặc +4. Cịn trong trường hợp của cacbon với những nguyên tố có độ âm
điện nhỏ hơn (hiđro, kim loại), nguyên tố cacbon có số oxi hóa âm. Do đó, trong các phản ứng cacbon thể
hiện tính khử và tính oxi hóa. Tuy nhiên, tính khử vẫn là tính chất chủ yếu của cacbon.
1. Tính khử của cacbon
a. Tác dụng với oxi
t�
� CO 2
Khi đốt cacbon trong khơng khí, phản ứng tỏa nhiều nhiệt: C  O 2 ��
Trang 1


t�
� 2CO
Ở nhiệt độ cao, cacbon lại khử được CO2, theo phản ứng: C  CO2 ��

Do đó sản phẩm khi đốt cacbon trong khơng khí, ngồi khí CO2 cịn có một ít khí CO.
Cacbon khơng tác dụng trực tiếp với clo, brom và iot.
b. Tác dụng với oxit kim loại
- C khử được oxit của các kim loại đứng sau Al trong dãy hoạt động hóa học của kim loại:

t�
CuO  C ��
� Cu  CO
t�
Fe 2 O3  3C ��
� 2Fe  3CO

- Với CaO và Al2O3:
lodien
CaO  3C ���
� CaC 2  CO
2000�
C
2Al 2 O3  9C ���
� Al 4C3  6CO

c. Tác dụng với các chất oxi hóa mạnh
- Ở nhiệt độ cao, cacbon có thể phản ứng với nhiều chất oxi hóa khác như HNO 3, KC1O3, H2SO4 đặc,...
trong các phản ứng này, C bị oxi hóa đến mức +4 (CO2).
t�
C  2H 2SO 4dac ��
� CO 2  2SO 2  2H 2 O
t�
C  4HNO3 ��
� CO 2  4NO 2  2H 2 O
t�
C  4KNO3 ��
� 2K 2 O  CO 2  4NO2

- Khi nhiệt độ cao, c tác dụng được với hơi nước:

1000�
C
C  H 2O ���
� CO  H 2
t�
C  2H 2 O ��
� CO 2  2H 2

2. Tính oxi hóa của cacbon
a. Tác dụng với hidro
Cacbon phản ứng với hiđro ở nhiệt độ cao có chất xúc tác, tạo thành khí metan:
t�
C  2H 2 ��
� CH 4
b. Tác dụng với kim loại
Ở nhiệt độ cao, cacbon phản ứng với một số kim loại tạo thành cacbua kim loại:
4Al  3C � Al 4 Cl3
IV. ỨNG DỤNG
- Kim cương được dùng làm đồ trang sức, đựơc dùng để chế tạo mũi khoan, dao cắt thủy tinh và bột mài.
- Than chì được dùng làm điện cực, làm nồi, chén để nấu chảy các hợp kim chịu nhiệt, chế tạo chất bơi
trơn, làm bút chì đen.
- Than cốc được dùng làm chất khử trong luyện kim để luyện kim loại từ quặng.
- Than gỗ được dùng để chế thuốc nổ, thuốc pháo, chất hấp thụ. Loại than có khả năng hấp thụ mạnh
được gọi là than hoạt tính. Than này được dùng nhiều trong mặt nạ phịng độc, trong cơng nghiệp hóa
chất và trong y học.
- Than muội được dùng làm chất độn khi lưu hóa cao su, để sản xuất mực in, xi đánh giầy...
V. ĐIỀU CHẾ VÀ TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN
1. Trạng thái tự nhiên
Trong tự nhiên, kim cương và than chì là cacbon tự do gần như tinh khiết. Ngồi ra, cacbon cịn có
trong các khống vật như canxit (đá vơi, đá phấn, đá hoa, chúng đều chứa CaCO 3), magiezit MgCO3,

đolomit (CaCO3.MgCO3) và là thành phần chính của các kim loại than mỏ (than antraxit, than mỡ, than
nâu, than bùn... chúng khác nhau về tuổi địa chất và hàm lượng cacbon). Dầu mỏ, khí đốt thiên nhiên là
hỗn hợp của các chất khác nhau chứa cacbon, chủ yếu là hiđrocacbon. Cơ thể thực vật và động vật chứa
nhiều hợp chất của cacbon.
2. Điều chế
Trang 2


Kim cương nhân tạo được điều chế từ than chì, bằng cách nung than chì ở 2000°C, dưới áp suất
50-100 nghìn atmotphe với chất xúc tác là sắt, crom, hay niken
Than chì nhân tạo được điều chế bằng cách nung than cốc ở 2500 - 3000°C trong lị điện, khơng
có khơng khí.
Than cốc được điều chế bằng cách nung than mỡ khoảng 1000°C trong lị cốc khơng có khơng
khí.
Than gỗ được tạo nên khi đốt cháy gỗ trong điều kiện thiếu khơng khí.
t�
,xt
� C  2H 2
Than muội được tạo nên khi nhiệt phân metan có xúc tác: CH 4 ���
Than mỏ được khai thác trực tiếp từ các vỉa than nằm ở độ sâu khác nhau dưới mặt đất.
B. HỢP CHẤT CỦA CACBON
I. CACBON MONOOXIT – CO
1. Cấu tạo phân tử
Ở trạng thái cơ bản, nguyên tử cacbon và nguyên tử oxi đều có 2 electron độc thân ở phân lớp 2p.
Do đó, giữa chúng có thể tạo thành 2 liên kết cộng hóa trị. Ngồi ra, giữa hai ngun tử cịn hình thành
một liên kết cho - nhận. Trong phân tử CO, cacbon có số oxi hóa là +2.
Cơng thức cấu tạo CO:
2. Tính chất vật lý
Cacbon monooxit là chất khí khơng màu, khơng mùi, khơng vị, hơi nhẹ hơn khơng khí, rất ít tan
trong nước, hóa lỏng ở -191,5°C, hóa rắn ở -205,2°C, rất bền với nhiệt và rất độc.

3. Tính chất hóa học
Trong phân tử cacbon monooxit có liên kết 3 giống nitơ nên tương tự với nitơ, cacbon monooxit
rất kém hoạt động ở nhiệt độ thường và trở nên hoạt động hơn khi đun nóng.
Cacbon monooxit là oxit trung tính: khơng tác dụng với dung dịch bazơ và dung dịch axit ở nhiệt
độ thường.
Cacbon monooxit là chất khử mạnh.
- CO cháy được trong khơng khí tạo thành CO2, cho ngọn lửa màu lam nhạt và tỏa nhiều nhiệt. Vì vậy,
CO được 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 có thể khử nhiều oxit kim loại ở nhiệt độ cao:
t�
CO  CuO ��
� CO 2  Cu
4. Điều chế
a. Trong cơng nghiệp
Khí CO được sản xuất bằng cách cho hơi nước đi qua than nung đỏ:
1050�
C
C  H 2O ���
� CO  H 2
Hỗn hợp khí tạo thành được gọi là khí than ướt, chứa trung bình khoảng gần 44% CO, cịn lại là các khí
khác như CO2, H2, N2,...
- Khí CO cịn được sản xuất trong các lị gas bằng cách thổi khơng khí qua than nung đỏ. Ở phần dưới của
lò, cacbon cháy biến thành cacbonđioxit. Khi đi qua than nung đỏ, C02 bị khử thành CO:
t�
CO 2  C ��
� 2CO

Hỗn hợp khí thu được gọi là khí lị gas (khí than khơ). Khí này chứa khoảng 25% CO, ngồi ra cịn có N ,
CO2 và một lượng nhỏ các khí khác.
Khí than ướt, khí lị gas đều được dùng làm nhiên liệu khí
b. Trong phịng thí nghiệm
Cacbon monooxit được điều chế bằng cách cho H2S04 đặc vào axit fomic HCOOH và đun nóng:
Trang 3


H 2SO 4 dac,t �
HCOOH �����
� CO  H 2O

5. Đặc tính
CO là khí cực kỳ nguy hiểm, do việc hít thở phải một lượng quá lớn CO sẽ dẫn tới thương tổn do
giảm oxy trong máu hay tổn thương hệ thần kinh cũng như có thể gây tử vong. Nồng độ chỉ khoảng 0,1%
CO trong khơng khí cũng có thể là nguy hiểm đến tính mạng.
CO là chất khí khơng màu, khơng mùi và khơng gây kích ứng nên rất nguy hiểm vì người ta
khơng cảm nhận được sự hiện diện của CO trong khơng khí. CO có tính liên kết với hemoglobin (Hb)
trong hồng cầu mạnh gấp 230-270 lẩn so với oxy nên khi được hít vào phổi co sẽ gắn chặt với Hb thành
Hbco do đó máu khơng thể chun chở ơxy đến tế bào. CO cịn gây tổn thương tim do gắn kết với
myoglobin của cơ tim.
Triệu chứng ngộ độc CO thường bắt đầu bằng cảm giác bần thần, nhức đầu, buồn nơn, khó thở rồi
từ từ đi vào hôn mê. Nếu ngộ độc CO xảy ra khi đang ngủ say hoặc uống rượu say thì người bị ngộ độc sẽ
hôn mê từ từ, ngưng thở và tử vong.
Ngộ độc CO có thể xảy ra ở những trường hợp chạy máy nổ phát điện trong nhà kín, sản phụ nằm
lị than trong phịng kín, ngủ trong xe hơi đang nổ máy trong nhà hoặc gara...
II. CACBON DIOXIT – CO2
1. Cấu tạo phân tử
Công thức cấu tạo của CO2: O=C=O
Các liên kết C.O trong phân tử CO 2 là liên kết cộng hóa trị có cực, nhưng do có cấu tạo thẳng nên CO 2 là

phân tử khơng có cực.
2. Tính chất vật lý
CO2 là chất khí khơng màu, nặng gấp 1,5 lẩn khơng khí, tan khơng nhiều trong nước (ở điều kiện
thường, 1 lít nước hịa tan được 1 lít khí CO2)
Ở nhiệt độ thường, khi được nén dưới áp suất 60atm, khí CO2 sẽ hóa lỏng.
Khi lạnh đột ngột ở -76°c, CO 2 sẽ hóa thành khối rắn, trắng gọi là nước đá khô. Nước đá khơ
khơng nóng chảy mà thăng hoa, nên được dùng để tạo môi trường lạnh và khô, rất thuận tiện cho việc bảo
quản thực phẩm.
3. Tính chất hóa học
a. CO2 là oxit axit
• Khi tan trong nước, CO2 tạo thành dung dịch axit cacbonic:
���
CO 2  H 2O ��
�H 2 CO3
• Khí CO2 là oxit axit, tác dụng được với oxit bazo và bazo tạo thành muối cacbonat.
t�
CaO  CO 2 ��
� CaCO3

NaOH  CO 2 � NaHCO3
2NaOH  CO 2 � Na 2CO3  H 2O
Phản ứng của CO2 với dung dịch kiềm tạo thành muối nào tuỳ thuộc vào tỉ lệ số mol của 2 chất
tham gia phản ứng. Bài toán về phản ứng với dung dịch kiềm cũng là dạng bài tập phổ biến nhất đối với
CO2. Khi giải bài toán này, chúng ta thường dựa vào các định luật bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên
tố và bảo tồn điện tích.
b. CO2 bền, ở nhiệt độ cao bị nhiệt phân một phần và tác dụng được với các chất khử mạnh
t�
��
�
2CO 2 ��

�2CO  O 2
t�
CO 2  C ��
� 2CO

Khí CO, khơng cháy và khơng duy trì sự cháy của nhiều chất nên người ta dùng nó để dập tắt các đám
cháy. Tuy nhiên, kim loại có tính khử mạnh, thí dụ Mg, Al... có thể cháy được trong khí CO 2:
t�
CO 2  2Mg ��
� 2MgO  C
Vì vậy người ta khơng dùng co, để dập tắt đám cháy magie hoặc nhôm.
Trang 4


c. CO2 được dùng để sản xuất ure
CO 2  2NH3 � NH 4 OCONH 2 (amoni cacbanat)
180�
C,200atm
NH 4 OCONH 2 �����
� H 2O   NH 2  2 CO

4. Ứng dụng
• CO2 lỏng và rắn là chất làm lạnh quan trọng, đặc biệt là trong công nghiệp thực phẩm, trong đó chúng
tham gia vào q trình lưu trữ và vận chuyển các loại kem và các thực phẩm đơng lạnh.
• CO2 được sử dụng để sản xuất nước giải khát cacbonat hóa và nước soda. Theo truyền thống, q trình
cacbonat hóa trong bia và vang nổ có được do lên men tự nhiên, nhưng một số nhà sản xuất cacbonat hóa
các đồ uống này một cách nhân tạo.
• Bột nở sử dụng trong các loại bánh nướng tạo ra khí cacbonic làm cho khối bột bị phình to ra, do tạo ra
các lỗ xốp chứa bọt khí. Men bánh mì tạo ra khí cacbonic bằng sự lên men trong khối bột, trong khi các
loại bột nở hóa học giải phóng ra khí cacbonic khi bị nung nóng hoặc bị tác dụng với các axít.

• CO2 thơng thường cũng được sử dụng như là khí điều áp rẻ tiền, không cháy. Các áo phao cứu hộ thông
thường chứa các hộp nhỏ chứa CO2 đã nén để nhanh chóng thổi phổng lên. Các ống thép chứa cacbonic
nén cũng được bán để cung cấp khí nén cho súng hơi, bi sơn, bơm lốp xe đạp,... Sự bốc hơi nhanh chóng
của CO2 lỏng được sử dụng để gây nổ trong các mỏ than.
• CO2 dập tắt lửa, và một số bình cứu hỏa, đặc biệt là các loại được thiết kể để dập cháy do điện, có chứa
CO2 lỏng bị nén. CO2 cũng được sử dụng như là mơi trường khí cho cơng nghệ hàn, mặc dù trong hổ
quang thì nó phản ứng với phần lớn các kim loại.
• CO2 lỏng là một dung môi tốt cho nhiều hợp chất hữu cơ, và được dùng để loại bỏ cafêin từ cà phê. Nó
cũng bắt đầu nhận được sự chú ý của cơng nghiệp dược phẩm và một số ngành công nghiệp chế biến hóa
chất khác do nó là chất thay thế ít độc hơn cho các dung môi truyền thống như các clorua hữu cơ.
• Thực vật cần có cacbon điơxít để thực hiện việc quang hợp, và các nhà kính có thể được làm giàu bầu
khí quyển của chúng bằng việc bổ sung CO2 nhằm kích thích sự tăng trưởng của thực vật.
• Trong y học, 5% CO2 được thêm vào ôxy nguyên chất để trợ thở sau khi ngừng thở và để ổn định cân
bằng O2/CO2 trong máu.
5. Điều chế
a. Trong phịng thí nghiệm
Khí CO2 được điểu chế bằng cách cho dung dịch axit clohiđric tác dụng với đá vôi:
CaCO3  2HCl � CaCl2  CO 2  H 2O
b. Trong cơng nghiệp
Khí CO2 được tạo ra trong q trình đốt cháy hoàn toàn than để thu năng lượng, ngoài ra CO 2 cịn được
thu hồi trong q trình chuyển hóa từ khí thiên nhiên, các sản phẩm dầu mỏ... q trình nung vơi, q
trình lên men rượu từ glucozơ.
III. AXIT CACBONIC VÀ MUỐI CACBONAT
Axit cacbonic là axit rất yếu và kém bền, chỉ tồn tại được trong dung dịch loãng, dễ bị phân hủy
thành CO2 và H2O.
Trong dung dịch, axit cacbonic phân li theo 2 nấc với các hằng số phân li axit ở 25°C như sau:


7
���

H 2 CO3 ��
�H  HCO3 ; K1  4,5.10

2
11
���
HCO3 ��
�H  CO3 ; K 2  4,8.10
2
Axit cacbonic tạo ra hai muối: muối cacbonat chứa ion CO3 và muối hiđrocacbonat chứa ion

HCO3
1. Tính chất của muối cacbonat
a. Tính tan

Trang 5


Các muối cacbonat trung hòa của kim loại kiềm (trừ Li 2CO3), amoni và các muối hiđrocacbonat
dễ tan trong nước (trừ NaHCO 3 hơi ít tan). Các muối cacbonat trung hịa của những kim loại khác khơng
tan hoặc ít tan trong nước
b. Sự thủy phân
Muối cacbonat của kim loại kiềm bị thủy phân mạnh tạo môi trường kiềm:
Na 2 CO3 � 2Na   CO 32 


���
CO32  H 2 O ��
�HCO3  OH

 trong một số phản ứng trao đổi Na2CO3 đóng vai trị như 1 bazo:
2AlCl3  3Na 2 CO3  3H 2 O � 2Al  OH  3  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 2  H 2O
HCO3  H  � CO 2  H 2 O
Na 2 CO3  2HCl � 2NaCl  CO 2  H 2O
CO32  2H  � CO 2  H 2 O
d. Tác dụng với dung dịch kiềm
Các muối hiđrocacbonat dễ tác dụng với dung dịch kiềm:
NaHCO3  NaOH � Na 2 CO3  H 2 O
HCO3  OH  � CO32   H 2 O
e. Tác dụng với muối  2 muối mới
Na 2 CO3  CaCl2 � CaCO3  2NaCl
f. Tác dụng với kim loại đứng trước kim loại tạo muối  Muối mới + kim loại mới
Cu  HCO3  2  Mg � Mg  HCO3  2  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 2
Tất cả các muối hiđrocacbonat đều bị nhiệt phân:
t�
2NaHCO3 ��
� Na 2 CO3  CO 2  H 2 O
t�
Ca  HCO3  2 ��
� CaCO3  H 2O  CO 2

2. Ứng dụng
• Canxi cacbonat CaCO3 tinh khiết là chất bột nhẹ, màu trắng, được dùng làm chất độn trong cao su và
một số nghành cơng nghiệp
• Natri cacbonat Na2CO3 khan, còn gọi là soda khan, là chất bột trắng, tan nhiều trong nước. Khi kết tinh
từ dung dịch nó tách ra ở dạng tinh thể Na2CO3.10H2O. Sođa được dùng trong cơng nghiệp thủy tinh, đồ
gốm, bột giặt...
• Natri hiđrocacbonat NaHCO3 là chất tinh thể màu trắng, hơi ít tan trong nước, được dùng trong công
nghiệp thực phẩm. Trong y học, natri hiđrocacbonat được dùng làm thuốc để giảm đau dạ dày do thừa
axit
3. Nhận biết
Cho tác dụng với axit  CO2
CaCO3  2HCl � CaCl2  CO 2  H 2O
Trang 6


SILIC VÀ HỢP CHẤT
A. SILIC – Si
I. VỊ TRÍ VÀ CẤU TẠO
• Vị trí: Silic thuộc nhóm IVA, chu kì 3 trong bảng hệ thống tuần hồn.
Cấu hình electron ngun tử: ls22s22p63s23p2.
• Các số oxi hóa của silic: -4, 0, +2, +4; số oxi hóa +2 ít đặc trưng đối với silic.
• Sự phổ biến: Nó là ngun tố phổ biến sau oxy trong vỏ Trái Đất (25,7 %), cứng, có màu xám sẫm - ánh
xanh kim loại, là á kim có hóa trị +4. Tinh thể silic nguyên chất hiếm tìm thấy trong tự nhiên, thơng
thường nó nằm trong dạng silic dioxit (SiO 2). Các tinh thể silic nguyên chất tìm thấy trong tạp chất của
vàng hay dung nham núi lửa. Silic cịn có trong cơ thể động vật, thực vật với lượng nhỏ và có vai trị đáng
kể trong họat động sống của thế giới hữu sinh.
II. TÍNH CHẤT VẬT LÝ
Silic có các dạng thù hình: Silic tinh thể và silic vơ định hình
Silic tinh thể có cấu trúc giống kim cương, màu xám, có ánh kim, nóng chảy ở 1420°C. Silic tinh thể có
tính bán dẫn, ở nhiệt độ thường độ dẫn điện thấp nhưng khi tăng nhiệt độ thì độ dẫn điện tăng lên.

Silic vơ định hình là chất bột màu trắng.
III. TÍNH CHẤT HĨA HỌC
Silic hoạt động hóa học kém hơn cacbon là nguyên tố tương tự nó về mặt hóa học.
Silic vơ định hình có khả năng phản ứng cao hơn silic tinh thể.
1.Tính khử
• Tác dụng với phi kim: Silic tác dụng với flo ở nhiệt độ thường, cịn khi đun nóng có thể tác dụng với phi
kim khác:
Si  2F2 � SiF4 (Silic tetraflorua)
•

t�
Si  O 2 ��
� SiO 2  Silic dioxit 

• Tác dụng với hợp chất: Silic tác dụng tương đối mạnh với dung dịch kiềm, giải phóng hiđro:
t�
Si  2NaOH  H 2 O ��
� Na 2SiO3  H 2
• Si tác dụng với axit:
4HNO3  18HF  3Si � 3H 2SiF4  4NO  8H 2O
• Trong hồ quang điện, silic tác dụng với H2 tạo thành một hỗn hợp các silan:
Si  H 2 � SiH 4  Si 2 H 6  Si 3H 6  ...
2. Tính oxi hóa
Ở nhiệt độ cao, silic tác dụng với các kim loại như Ca, Mg, Fe,... tạo thành hợp chất silixua kim loại:
t�
Si  2Mg ��
� Mg 2Si(magiesilixua)
IV. ỨNG DỤNG
Silic siêu tinh khiết là chất bán dẫn được dùng trong kỹ thuật vô tuyến và điện tử. Pin mặt trời chế tạo từ
silic có khả năng chuyển năng lượng ánh sáng mặt trời thành điện năng, cung cấp cho các thiết bị trên tàu

vũ trụ.
Trong luyện kim, hợp kim ferosilic được dùng để chế tạo thép chịu nhiệt.
Vật liệu bán dẫn - Silic siêu tinh khiết có thể trộn thêm asen, bo, gali hay phốtpho để làm silic dẫn điện tốt
hơn trong các transistor, pin mặt trời hay các thiết bị bán dẫn khác được sử dụng trong công nghiệp điện
tử và các ứng dụng kỹ thuật cao khác.
• LCD và pin mặt trời - Silic ngậm nước vơ định hình có hứa hẹn trong các ứng dụng như điện tử chẳng
hạn chế tạo màn hình tinh thể lỏng (LCD) với giá thành thấp và màn rộng. Nó cũng được sử dụng để chế
tạo pin mặt trời.
V. ĐIỀU CHẾ
Trang 7


• Trong phịng thí nghiệm, silic được điều chế bằng cách đốt cháy một hỗn hợp gồm bột magie và cát
nghiền mịn:
t�
SiO 2  2Mg ��
�Si  2MgO
• Trong cơng nghiệp, silic được sản xuất bằng cách nung nóng silica siêu sạch trong lò luyện bằng hồ
quang với các điện cực cacbon. Ở nhiệt độ trên 1900 °C, silic lỏng được thu hồi ở đáy lị, sau đó nó được
tháo ra và làm nguội. Silic sản xuất theo công nghệ này gọi là silic loại luyện kim và nó ít nhất đạt 99%
tinh khiết.
t�
SiO 2  2C ��
� Si  2CO
B. HỢP CHẤT CỦA SILIC
I. SILIC DIOXIT
• Tính chất vật lý: Silic đioxit SiO 2 là chất ở dạng tinh thể, nóng chảy ở 1713°C khơng tan trong nước.
Trong tự nhiên, SiO2 tinh thể chủ yếu ở dạng khoáng vật thạch anh. Thạch anh chủ yếu tồn tại ở dạng tinh
thể lớn, khơng màu, trong suốt. Cát là SiO2 có chứa nhiều tạp chất.
• Tính chất hóa học: Silic đioxit là oxit axit, tan chậm trong dung dịch kiềm đặc nóng, tan dễ trong kiềm

nóng chảy hoặc cacbonat kim loại kiềm nóng chảy, tạo thành silicat
t�
SiO 2  2NaOH ��
� Na 2SiO3  H 2O
t�
SiO 2  Na 2CO3 ��
� Na 2SiO3  CO 2

Silic đioxit tan trong axit flohiđric:
SiO 2  4HF � SiF4  2H 2O
Dựa vào phản ứng này người ta dùng dung dịch HF để khắc chữ và hình trên thủy tinh.
• Ứng dụng:
- Xây dựng - Silica là thành phần quan trọng nhất trong gạch vì tính hoạt hóa thấp của nó.
- Thủy tinh - Silica từ cát là thành phần cơ bản của thủy tinh. Thủy tinh có thể sản xuất thành nhiều chủng
loại đồ vật với những thuộc tính lý học khác nhau. Silica được sử dụng như vật liệu cơ bản trong sản xuất
kính cửa sổ, đồ chứa (chai lọ), và sứ cách điện cũng như nhiều đồ vật có ích khác.
II. AXIT SILIXIC
• Axit silixic H2SiO3 là chất ở dạng keo, khơng tan trong nước, khi đun nóng dễ mất nước:
t�
H 2SiO3 ��
� SiO 2  H 2 O
• Khi sấy khô, axit silixic mất một phần nước, tạo thành một vật liệu xốp là silicagen. Sili- cagen đươc
dùng để hút ẩm và hấp thụ nhiều chất.
• Axit silixic là axit rất yếu, yếu hơn cả axit cacbonic nên điều chế bằng cách dùng axit mạnh đẩy ra khỏi
muối hoặc thủy phân một số hợp chất của Si:
Na 2SiO3  CO 2  H 2O � H 2SiO 3  Na 2 CO3
Na 2SiO3  2HCl � 2NaCl  H 2SiO3
SiCl 4  3H 2 O � H 2SiO3  4HCl
• H2SiO3 chỉ tác dụng với dung dịch kiềm mạnh.
H 2SiO3  2NaOH � Na 2SiO3  2H 2O

III. MUỐI SILICAT
Silicat là một hợp chất có anion silic. Đa số chất silicat là oxit, nhưng hexafluorosilicate ([SiF 6]2-) và các
anion khác cũng tồn tại. Chất này tập trung chủ yếu vào anion Si-O. Silicat là thành phẩn chủ yếu của vỏ
Trái Đất, cũng như phần lớn các hành tinh và các Mặt Trăng. Cát, xi măng Port-land, và hàng ngàn
khoáng vật khác đều là silicat.
Các hợp chất silicat bao gồm các anion silicat được cân bằng điện tích bởi nhiều cation khác nhau. Có vơ
số các ion silicat có thể tồn tại và tạo thành hợp chất với nhiều cation khác nhau. Do đó nhóm hợp chất
silicat rất lớn, trong đó kể cả các khoáng vật tự nhiên và nhân tạo.
Trang 8


Khoáng vật silicat là lớp khoáng vật lớn nhất và quan trọng nhất trong các lớp khoáng vật tạo đá, chiếm
khoảng 90% vỏ Trái Đất. Đặc trưng của lớp khoáng vật này là cấu trúc của gốc silicat. Các khoáng vật
silicat đều chứa silic và oxy.
Axit silixic dễ tan trong dung dịch kiềm, tạo thành muối silicat. Chỉ có silicat kim loại kiềm tan được
trong nước. Dung dịch đậm đặc của Na 2Si03 và K2Si03 được gọi là thủy tinh lỏng. Vải hoặc gỗ tẩm thủy
tinh lỏng sẽ khó bị cháy. Thủy tinh lỏng còn được dùng để chế tạo keo dán thủy tinh và sứ.
Ở trong dung dịch, silicat kim loại kiềm bị phân hủy mạnh tạo ra môi trường kiềm:
��
� 2NaOH  H 2SiO3
Na 2SiO3  2H 2 O ��
�
IV. CƠNG NGHIỆP SILICAT
1. Thủy tinh
a. Thành phần hóa học và tính chất của thủy tinh
Thủy tinh thơng thường được dùng làm cửa kính, chai lọ,...là hỗn hợp của natri silicat, canxi silicat và
silic đioxit, có thành phần gần đúng viết dưới dạng các oxit là Na 2O.CaO.6SiO2. Thủy tinh loại này được
sản xuất bằng cách nấu chảy một hỗn hợp gồm cát trắng, đá vôi và sođa ở 1400°C:
t�
6SiO 2  CaCO3  Na 2 CO3 ��

� Na 2CaO.6SiO2  2CO 2
Thủy tinh khơng có cấu trúc tinh thể mà là chất vơ định hình, nên khơng có nhiệt độ nóng chảy xác định.
Khi đun nóng nó mềm dần rồi mới chảy, do đó có thể tạo ra những đồ vật và dụng cụ có hình dạng như ý
muốn.
b. Một số loại thủy tinh
Ngồi loại thủy tinh thơng thường nêu trên cịn có một số loại thủy tinh khác với thành phần hóa học và
cơng dụng khác nhau.
- Khi nấu thủy tinh, nếu thay Na2CO bằng K2CO3 thì được thủy tinh kali có nhiệt độ hóa mềm và nhiệt độ
nóng chảy cao hơn. Thủy tinh kali được dùng làm dụng cụ thí nghiệm, lăng kính, thấu kính...
- Thủy tinh chứa nhiều chì oxit dễ nóng chảy và trong suốt gọi là thủy tinh pha lê.
- Thủy tinh thạch anh được sản xuất bằng cách nấu chảy silic đioxit tinh khiết. Loại thủy tinh này có nhiệt
độ hóa mềm cao, có hệ số nở nhiệt rất nhỏ nên khơng bị nứt khi nóng lạnh đột ngột.
- Khi cho thêm oxit của một số kim loại, thủy tinh sẽ có màu khác nhau, do tạo nên các 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 là một vật liệu cứng và khơng hoạt hóa nên nó là một vật liệu rất có ích. Rất nhiều đồ dùng
trong gia đình làm từ thủy tinh. Cốc, chén, bát, đĩa, chai, lọ v.v có thể được làm từ thủy tinh, cũng như
bóng đèn, gương, ống thu hình của màn hình máy tính và ti vi, cửa sổ.
Trong phịng thí nghiệm để làm các thí nghiệm trong hóa học, sinh học, vật lý và nhiều lĩnh vực khác,
người ta sử dụng bình thót cổ, ống thử, lăng kính và nhiều dụng cụ thiết bị khác được làm từ thủy tinh.
Đối với phần lớn các ứng dụng có yêu cầu cao, thủy tinh thạch anh được sử dụng, mặc dù rất khó làm
việc với nó.
2. Đồ gốm
Đồ gồm là vật liệu được chế tạo chủ yếu từ đất sét và cao lanh. Tùy theo công dụng người ta phân biệt
gốm xây dựng, vật liệu chịu lửa, gốm kĩ thuật, và gốm dân dụng
a. Gạch và ngói
Gạch và ngói thuộc loại gốm xây dựng. Phối liệu để sản xuất chúng gồm đất sét loại thường và một ít cát
được nhào với nước thành khối dẻo, sau đó tạo hình sấy khơ và nung ở 900 – 1000 0C sẽ được gạch và
ngói. Sau khi nung, chúng thường có màu đỏ gây nên bởi sắt oxit ở trong đất sét.
b. Gạch chịu lửa

Gạch chịu lửa thường được dùng để lót lị cao, lị luyện thép, lị thủy tinh...Có 2 loại là: gạch đinat và
gạch samot. Phối liệu để chế tạo gạch đinat gồm 93-96% SiO 2,4-7% CaO và đất sét; nhiệt độ nung
khoảng 1300 - 1400°C. Gạch đinat chịu được nhiệt độ khoảng 1690 - 1720°C.

Trang 9


Phối liệu để chế tạo gạch samot gồm bột samôt chộn với đất sét và nước. Sau khi đóng khn và sấy khô,
vật liệu được nung ở 1300 - 1400°C. Bột samot là đất sét được nung ở nhiệt độ rất cao rồi nghiền nhỏ.
c. Sành, sứ và men
• Đất sét sau khi đun nóng ở nhiệt độ 1200 - 1300°C thì biến thành sành. Sành là vật liệu cứng, gõ kêu, có
màu nâu hoặc xám. Để có độ bóng và lớp bảo vệ không thấm nước, người ta tạo một lớp men mỏng ở mặt
ngồi của đồ sành.
• Sứ là vật liệu cứng, xốp có màu trắng, gõ kêu. Phối liệu để sản xuất sứ gồm cao lanh, fenspat, thạch anh
và một số oxit kim loại. Đồ sứ được nung hai lần, lần đầu ở 1000°C, sau đó tráng men và trang trí rồi
nung lần 2 ở 1400 - 1500°C. Sứ có nhiều loại: sứ dân dụng, sứ kĩ thuật. Sứ kĩ thuật được dùng để chế tạo
các vật liệu cách điện, tụ điện, buzi đánh lửa, các dụng cụ thí nghiệm.
• Men có thành phần chính giống sứ, nhưng dễ nóng chảy hơn. Men được phủ lên bề mặt sản phẩm, sau
đó nung ở nhiệt độ thích hợp biến thành một lớp thủy tinh che kín bề mặt sản phẩm.
3. Xi măng
Xi măng thuộc loại vật liệu dính, được dùng trong xây dựng. Quan trọng và thông dụng nhất là xi măng
Pooclăng. Đó là chất bột min, màu lục xám, thành phần chính gồm canxi silicat và canxi aluminat.
Xi măng Pooclăng được sản xuất bằng cách nghiền nhỏ đá vơi, trộn với đất sét có nhiều SiO 2 và một ít
quặng sắt bằng phương pháp khơ hoặc phương pháp ướt, rồi nung hỗn hợp trong lò quay hoặc lò đứng ở
1400 - 1600°C. Sau khi nung, thu được một hỗn hợp màu xám gọi là clanhke. Để nguội rồi nghiền
clanhke với một số chất phụ gia thành bột mịn, sẽ được xi măng.
CÁC DẠNG BÀI TẬP
A. BÀI TẬP TÍNH TỐN
1. Bài tốn nhiệt phân muối
• Nhiệt phân muối hiđrocacbonat: Tất cả các muối hiđrocacbonat đều kém bền nhiệt và bị phân huỷ khi

đun nóng.
t�
2M  HCO3  n ��
� M 2  CO3  n  nCO 2  nH 2 O
• Nhiệt phân muối cacbonat: Các muối cacbonat không tan (trừ muối amoni) đều bị phân huỷ bởi nhiệt.
t�
M 2  CO3  n ��
� M 2O n  nCO 2
• Trong bài tốn nhiệt phân, cẩn chú ý định luật bảo toàn khối lượng:
mmuối cacbonat đem nung = mchất rắn cịn lại + mkhí bay ra
• Chú ý phản ứng nhiệt phân muối FeCO3 (thường gọi là quặng xiderit).
+ Nếu nhiệt phân trong điểu kiện không có khơng khí:
t�
FeCO3 ��
� FeO  CO 2
+ Nếu nhiệt phân trong điều kiện có khơng khí:
t�
4FeCO3  O 2 ��
� 2Fe 2O3  4CO 2
2. Bài toán tác dụng với axit
• Nếu cho từ từ axit vào muối thì xảy ra theo 2 giai đoạn:
CO32  H  � HCO 3
HCO3  H  � CO 2  H 2 O
• Nếu cho từ từ muối vào dung dịch axit thì xảy ra đồng thời 2 phản ứng với tỉ lệ phản ứng bằng tỉ lệ
lượng muối ban đầu.
CO32  2H  � CO 2  H 2 O
HCO3  H  � CO 2  H 2 O
3. Bài tập về tính khử của CO; C
Lưu ý: CO chỉ khử được các oxit của kim loại đứng sau Al trong dãy hoạt động hóa học.
Trang 10

Phương pháp: Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng
m oxit  m CO  m KL  mCO 2
m O oxit   n CO phan ung  n CO2 

n hon hop oxit  m chat ran sau phan ung
16

Trang 11