Tính chất hoá học của Cacbon (C), Cacbon oxit (CO) – hoá lớp 9

Các bạn đã được học rất nhiều nguyên tố và nhiều hợp chất khác nhau trong các bài trước đây của chúng tôi. Hôm nay, thptxuyenmoc.edu.vn sẽ tiếp tục giúp thiệu đến một nguyên tố đó là cacbon và cacbon oxit. Cùng tìm hiểu qua bài viết dưới đây nhé!

I. Khái quát về cacbon

Cacbon (bắt nguồn từ từ tiếng Pháp ), là nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn có ký hiệu là C và số nguyên tử bằng 6, nguyên tử khối bằng 12. Là một nguyên tố phi kim có hóa trị 4 phổ biến, cacbon có nhiều dạng thù hình khác nhau, phổ biến nhất là 4 dạng thù hình gồm cacbon vô định hình, graphit, kim cương và Q-carbon

Cacbon (C) được ứng dụng làm than chì làm điện cực, chất bôi trơn, ruột bút chì. Kim cương được dùng làm đồ trang sức, mũi khoan, dao cắt kính. Than hoạt tính được dùng làm mặt nạ phòng độc, làm chất khử màu, khử mùi. Than đá, than gỗ, được dùng làm nhiên liệu, làm chất khử để điều chế một số kim loại.

Như vậy Cacbon có rất nhiều ứng dụng, trong bài viết này chúng ta cùng tìm hiểu Cacbon có các tính chất vật lý và hoá học gì các bạn nhé.

Tính chất vật lí

Nguyên tố cacbon có một số dạng thù hình là kim cương, than chì, fuleren, …
Cấu trúc của tinh thể kim cương (a), tinh thể than chì (b) và fuleren (c) như hình sau:

II. Những điều thú vị về cacbon

Để hiểu về cacbon chúng ta nên tìm hiểu xem cacbon có điều gì đặc biệt trước khi đi đến tính chất vật lý và hóa học của nó. Một trong những nguyên tố quan trọng nhất của mọi sinh vật.

1. Cacbon là cơ sở cho hóa học hữu cơ, cacbon tồn tại trong tất cả các sinh vật sống.

2. Cacbon là một kim loại phi kim có thể liên kết với chính nó và nhiều nguyên tố hóa học khác, tạo thành gần 10 triệu hợp chất.

3. Cacbon nguyên tố có thể là một trong những chất cứng nhất (kim cương) hoặc một trong những chất mềm nhất (graphite).

4. Cacbon được tạo ra trong các ngôi sao, mặc dù nó không được sản xuất trong vụ nổ lớn Big Bang.
5. Các hợp chất cacbon có các ứng dụng vô hạn. Trong dạng nguyên tố của nó, kim cương là một loại đá quý và còn được sử dụng để khoan hay cắt; graphite được sử dụng trong bút chì, ngoài ra nó còn được sử dụng như chất bôi trơn để bảo vệ các bề mặt chống gỉ sét và than củi được sử dụng để loại bỏ các chất độc và mùi hôi.

6. Carbon có điểm chảy/thăng hoa cao nhất của các nguyên tố. Điểm nóng chảy của kim cương là ~ 35500C, còn điểm thăng hoa của cacbon là ~ 38000C.

7. Cacbon tinh khiết tồn tại tự do trong tự nhiên và đã được biết đến từ thời tiền sử.

8. Nguồn gốc của tên “cacbon” xuất phát từ tiếng la tinh “carbo”.

9. Cacbon tinh khiết được coi là không độc hại, mặc dù hít phải các hạt mịn, như bồ hóng có thể làm hỏng mô phổi.

10. Cacbon là thành phần dồi dào thứ tư trong vũ trụ sau hyđrô, heli, và oxi tính theo khối lượng.

III. Tính chất hoá học của Cacbon (C)

Cacbon vô định hình hoạt động hơn cả về mặt hóa học. Ở nhiệt độ thường cacbon khá trơ, khi đun nóng nó phản ứng được với nhiều chất.

Trong các phản ứng oxi hóa – khử, đơn chất cacbon có thể tăng hoặc giảm số oxi hóa, nên nó thể hiện tính khử hoặc tính oxi hóa. Tuy nhiên, tính khử vẫn là tính chất chủ yếu của cacbon.

1. Tính khử

a. Tác dụng với oxi

Cacbon cháy được trong không khí, phản ứng tỏa nhiều nhiệt, tạo ra CO2 và một ít khí CO:

C0 + O2 −→to C+4O2

C+4O2+C0−→to 2C+2O

b. Tác dụng với hợp chất

Ở nhiệt độ cao, cacbon có thể khử được nhiều oxit, phản ứng với nhiều chất oxi hóa khác như HNO3, H2SO4 đặc, KClO3,…

Thí dụ: C0 + 4HNO3 (đặc) −→toC+4O2 + 4NO2 + 2H2O

2. Tính oxi hóa

a. Tác dụng với hiđro

Ở nhiệt độ cao và có chất xúc tác, C tác dụng với khí H2 tạo thành khí CH4:

C0 + 2H2 −→−−to,xtC−4H4

b. Tác dụng với kim loại

Ở nhiệt độ cao, C tác dụng được với một số kim loại tạo thành cacbua kim loại.

Thí dụ: 4Al+3C0 −→toAl4C3−4

nhôm cacbua

IV. Ứng dụng của cacbon

Kim cương được dùng làm đồ trang sức, chế tạo mũi khoan, dao cắt thủy tinh, làm bột mài.

Than chì được dùng làm điện cực, làm nồi để nấu chảy các hợp kim chịu nhiệt, chế tạo chất bôi 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 tạo thuốc nổ đen, thuốc pháo, …

Than hoạt tính có khả năng hấp phụ mạnh được dùng trong mặt nạ phòng độc và trong công nghiệp hóa chất.

Than muội được dùng làm chất độn cao su, để sản xuất mực in, xi đánh giầy, …

V. Tính chất hoá học của Cacbon oxit (CO)

1. Tính chất vật lí của Cacbon oxit (CO)

CO là chất khí không màu, không mùi, ít tan trong nước, hơi nhẹ hơn không khí (dCO/kk = 28/29), rất độc.

2. Tính chất hóa học của Cacbon oxit (CO)

a) CO là oxit trung tính

– Ở điều kiện thường CO không phản ứng với nước, axit, bazơ.

b) CO là chất khử

– Ở nhiệt độ cao, CO khử được nhiều oxit kim loại

CO + CuO → CO2 + Cu

2CO + Fe3O4 → 3Fe + 2CO2

2CO + O2 → 2CO2

3. Ứng dụng

Khí CO có nhiều ứng dụng trong công nghiệp, CO được dùng làm nhiên liệu, chất khử, … Ngoài ra, CO còn được dùng làm nguyên liệu trong công nghiệp hóa học.

VI. Tính chất hoá học của Cacbon đioxit (CO2)

1. Cấu tạo phân tử và công thức cấu tạo

– Công thức phân tử: CO2

– Công thức cấu tạo: O=C=O.

Cấu tạo phân tử CO2

2. Tính chất vật lí

– Là khí không màu, vị hơi chua. Tan ít trong nước. CO2 khi bị làm lạnh đột ngột là thành phần chính của nước đá khô. Nước đá khô không nóng chảy mà thăng hoa nên được dùng để làm môi trường lạnh và khô, rất tiện lợi để bảo quản thực phẩm.

3. Tính chất hóa học

a. CO2 là oxit axit

– CO2 tan trong nước tạo thành axit cacbonic (là một điaxit rất yếu) CO2 + H2O ↔ H2CO3

– CO2 tác dụng với oxit bazơ → muối.

CaO + CO2 → CaCO3 (t0)

– CO2 tác dụng với dung dịch bazơ → muối + H2O

Ví dụ 1:

NaOH + CO2 → NaHCO3

2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O

Ví dụ 2:

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O

CaCO3 + H2O + CO2 → Ca(HCO3)2

* Lưu ý: Tùy theo tỉ lệ phản ứng có thể tạo thành các muối khác nhau:

Gọi nOH-/ n CO2 = T thì

+ T < hoặc = 1 → muối HCO3-
+ T > hoặc = 2 → CO32-

+ 1 < T <2 → 2 muối: HCO3- và CO32-

b. CO2 bền, ở nhiệt độ cao thể hiện tính oxi hóa khi tác dụng với các chất khử mạnh

CO2 + 2Mg → 2MgO + C

CO2 + C → 2CO

* Lưu ý: Được dùng để giải thích CO2 không dùng để dập tắt các đám cháy kim loại.

4. Điều chế

– Quá trình hô hấp của người và động vật:

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O

– Quá trình lên men bia rượu:

C6H12O6 → 2CO2 + 2C2H5OH

– Quá trình đốt cháy nhiên liệu:

CxHy + (x + y/4)O2 → xCO2 + y/2H2O

– Trong công nghiệp:

C + O2 → CO2 (đốt cháy hoàn toàn than cốc trong không khí)

CaCO3 → CaO + CO2 (10000C)

– Trong phòng thí nghiệm:

CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O

5. Ứng dụng

– Băng khô CO2 được sử dụng trong làm lạnh thực phẩm, làm sạch bề mặt thay cho cát, gây mưa nhân tạo.

– Khí CO2 được sử dụng nhiều trong ngành sản xuất nước giải khát có ga và bia rượu.

– Trong công nghệ hàn CO2 được sử dụng làm khí bảo vệ trong một số phương pháp hàn.

– CO2 được dùng để sản xuất ure

CO2 + 2NH3 → H2O + (NH2)2CO (1800C; 200at)

* Lưu ý: Khí CO2 không độc, không gây cháy nổ, tuy nhiên khi nồng độ quá cao sẽ gây nguy hại đến sức khỏe con người vì nó nặng hơn không khí nên có thể tích tụ tại các nơi kín khí như ở các giếng khô, hang động,…

6. Nhận biết

Tạo kết tủa trắng với dung dịch nước vôi trong dư.

CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O

VII. Bài tập về cacbon, cacbon oxit và cacbon đioxit

Bài 2 trang 84 sgk hoá 9: Viết phương trình hóa học của cacbon với các oxit sau:

a) CuO.   b) PbO.   c) CO2.   d) FeO.

Lời giải: Trong các phản ứng dưới đây cacbon là chất khử.

a) 2CuO + C  2Cu + CO2

b) 2PbO + C  2Pb + CO2

c) CO2 + C  2CO

d) 2FeO + C  2Fe + CO2

* Ứng dụng của cacbon:

+ Tùy thuộc vào tính chất mỗi dạng thù hình, người ta sử dụng cacbon trong đời sống, sản xuất, kĩ thuật.

– Ví dụ: Than chì được dùng làm điện cực, chất bôi trơn, ruột bút chì. Kim cương dùng làm đồ trang sức, mũi khoan, sao cắt hình.

– Than đá, than gỗ được dùng làm nhiên liệu trong công nghiệp, chất khử để điều chế một số kim loại kém hoạt động.

Bài 2 trang 87 sgk hoá 9: Hãy viết phương trình hóa học của CO2 với dung dịch NaOH, dung dịch Ca(OH)2 trong trường hợp

a) Tỉ lệ số mol n : n = 1 : 1

b) Tỉ lệ số mol n : n = 2 : 1

Lời giải: Phương trình hóa học của CO2 với:

a) Dung dịch NaOH theo tỉ lệ nCO2 : nNaOH = 1 : 1

CO2 + NaOH → NaHCO3

b) Dung dịch Ca(OH)2 theo tỉ lệ nCO2 : nCa(OH)2 = 2 : 1.

2CO2 + Ca(OH)2 → Ca(HCO3)2↓

Bài 5 trang 87 sgk hoá 9: Hãy xác định thành phần phần trăm về thể tích của mỗi khí trong hỗn hợp CO và CO2, biết các số liệu thực nghiệm sau:

– Dẫn 16 lít hỗn hợp CO và CO2 qua nước vôi trong dư thu được khí A.

– Để đốt cháy A cần 2 lít khí oxi. Các thể tích khí đo được ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất.

Lời giải:

– Dẫn hỗn hợp khí CO và CO2 qua nước vôi trong dư, khí CO2 bị hấp thụ hoàn toàn, khí A thu được là khí CO. Trong cùng điều kiện về nhiệt độ, áp suất thì tỉ lệ thể tích cũng bằng tỉ lệ về số mol.

– Phương trình phản ứng đốt cháy khí A bằng 2 lít khí oxi:

2CO + O2 → 2CO2.

– Từ PTPƯ trên ta nhận thấy: nCO = 2.nO2

⇒ VCO = 2.VO2 = 2.2 = 4 lít. (tỉ lệ mol cũng chính là tỉ lệ thể tích)

⇒ VCO2 = 16 – 4 = 12 lít.

⇒ % VCO2 = (12/16).100% = 75 %;

⇒  %VCO = 100% – 75% = 25%.

Hy vọng với phần hệ thống lại kiến thức về tính chất hoá học của Cacbon (C), Cacbon oxit CO và Cacbon đioxit CO2 ở trên sẽ giúp ích cho các bạn. Cảm ơn vì đã theo dõi bài viết của chúng tôi!