Hoá học 11 Bài 15: Cacbon

- Vị trí: Ô thứ 6, nhóm IVA, chu kì 2

- Cấu hình e: 1s² 2s² 2p²→ Có 4 e lớp ngoài cùng, tạo 4 liên kết cộng hoá trị

- Các số oxi hoá: -4, 0, +2 và +4

- Kim cương:

+ Cấu trúc: Tứ diện đều

+ Tính chất vật lý: Trong suốt, không màu, không dẫn điện, dẫn nhiệt kém

+ Ứng dụng: Đồ trang sức, mũi khoan, dao cắt thuỷ tinh...

- Than chì:

+ Cấu trúc: Cấu trúc lớp. Các lớp liên kết yếu với nhau

+ Tính chất vật lý: màu xám đen, dẫn điện tốt, mềm, các lớp dễ tách nhau

+ Ứng dụng: Làm điên cực, làm nồi nấu chảy các hợp kim chịu nhiệt, chế tạo chất bôi trơn, làm bút chì đen

- Cacbon vô định hình:

+ Cấu trúc: Xốp

+ Tính chất vật lý: Khả năng hấp phụ mạnh

+ Ứng dụng: Than cốc dùng làm chất khử trong luyện kim; than hoạt tính dùng trong mặt nạ phòng độc; Than muội dùng làm chất độn cao su, sản xuất  mực in, xi đánh giày...

Cacbon vừa thể hiện tính khử vừa thể hiện tính oxi hoá

a. Tính khử

Tác dụng với oxi

Cacbon cháy trong không khí, toả nhiều nhiệt

C + O₂ → CO₂

Tác dụng với hợp chất

Ở nhiệt độ cao, cacbon khử được nhiều oxit, nhiều chất oxi hoá khác nhau

C + CO₂ → 2CO

C + 4HNO₃ (đặc) → CO₂ + 4NO₂ + 2H₂O

3C + 2KClO₃ → 2KCl + 3CO₂

C + ZnO → Zn + CO

C + CuO → Cu + CO

Video 1: Cacbon khử Đồng (II) oxit tạo thành CO₂ , khí CO₂ làm đục nước vôi trong

b. Tính oxi hoá

Ở nhiệt độ cao

Tác dụng với hiđro

C + H₂ → CH₄

Tác dụng với kim loại

4Al + 3C → Al₄C₃  (Nhôm cacbua)

Ca + 2C → CaC₂ (Canxi cacbua)

Bài toán khử oxit kim loại bằng C và CO

Phương pháp giải

M₂O_n + nCO ^tº→ 2M + nCO₂↑

- Sử dụng định luật bảo toàn nguyên tố C để giải toán kết hợp với định luật bảo toàn khối lượng.

m_{oxit KL} + m_CO = m_KL + m_CO2

→ n_O(Oxit) = n_CO = n_CO2 và m_oxitKL = m_KL + m_O

Chú ý: Đốt cháy Cacbon bởi oxi: Có 2 trường hợp

+ Nếu thừa oxi: C + O₂ → Hỗn hợp khí sau phản ứng gồm CO₂ và O₂ (dư).

+ Nếu thiếu oxi: C + O₂ → Hỗn hợp khí sau phản ứng gồm CO₂ và CO dư.

Bài 1: Khử 16g hỗn hợp các oxit kim loại: FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄, CuO, PbO bằng khí CO ở nhiệt độ cao, khối lượng chất rắn thu được là 11,2 g. Tính thể tích khi CO đã tham gia phản ứng (đktc)

Hướng dẫn giải

Áp dụng ĐLBT khối lượng

n_CO2 = n_CO = x mol

m_oxit + m_CO = m_CR + m_CO2

16 + 28x = 11,2 + 44x ⇒ x=0,3

⇒ V_CO = 6,72 lit

Bài 2: Dẫn một luồng khí CO dư qua ống sứ đựng Fe₃O₄ và CuO nung nóng đến khi phản ứng hoàn toàn thu được 2,32 gam hỗn hợp kim loại. Khí thoát ra khỏi bình được dẫn qua dung dịch nước vôi trong dư thu được 5 gam kết tủa. Tính tổng khối lượng 2 oxit trong hỗn hợp đầu.

Hướng dẫn giải

Phương trình phản ứng:

4CO + Fe₃O₄ → 4CO₂↑ + 3Fe

CO + CuO → CO₂↑ + Cu

CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + H₂O

n_CO2 = n_CaCO3 = 5/100 = 0,05 mol

Áp dụng định luật bảo toàn nguên tố C ta có: n_CO = n_CO2 = 0,05 mol

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có: m_{oxit kl} + m_CO = m_kl + m_CO2

⇒ m_{oxit kl} = 2,32 + 0,05.44 – 0,05,28 = 3,12 gam

Câu 1: Đốt cháy hết m gam than (C) trong V lít oxi thu được 2,24 lít hỗn hợp X gồm 2 khí. Tỉ khối của X so với oxi bằng 1,25. Các thể tích đo được (đktc). Giá trị của m là?

Câu 2: Cho m gam than (C) tác dụng với dung dịch HNO₃ đặc nóng dư thu được 11,2 lít hỗn hợp X gồm 2 khí (đktc) (NO₂ là sản phẩm khử duy nhất). Giá trị của m là?

Câu 3: Cho các chất: O₂ (1), CO₂ (2), H₂ (3), Fe₂O₃ (4), SiO₂ (5), HCl (6), CaO (7), H₂SO₄ đặc (8), HNO₃ (9), H₂O (10), KMnO₄ (11). Cacbon phản ứng trực tiếp được với bao nhiêu chất?

Câu 4: Cho cacbon (C) lần lượt tác dụng với Al, H₂O, CuO, HNO_3 đặc, KClO₃, CO₂, H₂SO₄ đặc ở điều kiện thích hợp. Số phản ứng mà trong đó C đóng vai trò là chất khử?

Câu 1: Vật liệu dưới đây được dùng để chế tạo ruột bút chì?

A. Chì.

B. Than đá.

C. Than chì.

D. Than vô định hình.

Câu 2: Câu nào sau đây đúng? Trong các phản ứng hóa học

A. cacbon chỉ thể hiện tính khử.

B. cacbon chỉ thể hiện tính oxi hóa.

C. cacbon không thể hiện tính khử hay tính oxi hóa.

D. cacbon thể hiện cả tính oxi hóa và tính khử

Câu 3: Kim cương được sử dụng làm mũi khoan, dao cắt thủy tinh và bột mài vì kim cương là chất có độ cứng rất lớn. Tính chất trên một phần là do tinh thể kim cương thuộc loại tinh thể

A. nguyên tử điển hình.

B. kim loại điển hình.

C. ion điển hình.

D. phân tử điển hình.

Câu 4: Tủ lạnh dùng lâu ngày thường có mùi hôi. Để khử mùi người ta thường cho vào tủ lạnh một mẩu than gỗ. Than gỗ lại có khả năng khử mùi hôi là vì

A. than gỗ có tính khử mạnh.

B. than gỗ xúc tác cho quá trình chuyển hóa các chất khí có mùi hôi thành chất không mùi.

C. than gỗ có khả năng phản ứng với các khí có mùi tạo thành chất không mùi.

D. than gỗ có khả năng hấp phụ các khí có mùi hôi.

Câu 5: Tính khử của cacbon thể hiện trong phản ứng nào sau đây?

A. 2C + Ca → CaC₂.

B. C + 2H₂ → CH₄.

C. C + CO₂ → 2CO.

D. 3C + 4Al → Al₄C₃.

Sau bài học cần nắm:

• Vị trí của cacbon trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học, cấu hình electron nguyên tử.
• Các dạng thù hình của cacbon, tính chất vật lí (cấu trúc tinh thể, độ cứng, độ dẫn điện), ứng dụng.