Giải bài tập SGK Hóa 11 Nâng cao Bài 20: Cacbon

a) Nêu tác dạng thù hình thường gặp của cacbon. Tại sao kim cương và than chì lại có tính chất vật lí khác nhau.

b) Dựa vào phản ứng hóa học nào để nói rằng kim cương và than chì là hai dạng hình thù của nguyên tố cacbon?

Phương pháp giải

- C có ba dạng thù hình chính: Kim cương, than chì và fuleren.

- Kim cương là chất tinh thể trong suốt, không màu, không dẫn điện, dẫn nhiệt kém. Kim cương có cấu trúc tinh thể nguyên tử và cứng nhất trong tất cả 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.

Hướng dẫn giải

Câu a:

- Trong tự nhiên C tồn tại ở ba dạng hình thù chính: kim cương, than chì, cacbon vô định hình.

- Các dạng hình thu của cacbon rất khó biến đổi lẫn nhau.

Câu b: Dựa vào phản ứng cháy. Kim cương, than chì khi đốt cháy đều tạo thành CO₂

C+O₂ → CO₂

a) Tại sao hầu hết các hợp chất của cacbon lại là hợp chất cộng hóa trị ?

b) Cacbon có tính chất hóa học chủ yếu nào? Lấy các thí dụ minh họa.

Phương pháp giải

- 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.

Hướng dẫn giải:

Câu a: Cacbon là phi kim yếu, khả năng nhường và nhận electron đều yếu. Trong các hợp chất cacbon nhường có khả nặng tạo thành những cặp e chung hình liên kết cộng hóa trị.

Câu b: Tính chất hóa học đặc trưng của cacbon là tính khử và tính oxi hóa.

- Tính khử:

C + O₂ → CO₂ (C^o - 4e → C⁺⁴)

- Tính oxi hóa:

C + 2H₂ → CH₄ ( Co + 4e → C^-4)

Tính oxi hóa của cacbon thể hiện ở phản ứng nào trong các phản ứng sau:

A. C + O₂ → CO₂

B. 3C + 4Al → Al₄C₃

C. C + 2CuO → 2Cu + CO₂

D. C + H₂O → CO + H₂

Phương pháp giải

Tính oxi hóa thể hiện khi cho tác dụng với hidro và kim loại

Hướng dẫn giải

Tính oxi hóa của cacbon thể hiện ở phản ứng:

3C + 4Al → Al₄C₃

→ Chọn B.

Ở 550^oC, hằng số cân bằng K_c của phản ứng sau đây là 0,002:

C(r) + CO₂ (kk) ⇔ 2CO(kk). Người ta cho 0,2 mol C và 1 mol CO₂ vào một bình kín dung tích 22,4 lít không chứa không khí, nâng dần nhiệt độ trong bình đến 550^oC và giữ nhiệt độ đó để cho cân bằng được thiết lập. Tính số mol của mỗi chất ở trạng thái cân bằng.

Phương pháp giải

Viết phương trình phản ứng:

C    +    CO₂   ⇔   2CO

\({K_c} = \frac{{{{[CO]}^2}}}{{[C{O_2}]}} = 0,002\) với \([CO] = \frac{{2x}}{V}\) và \([C{O_2}] = \frac{{1 - x}}{V}\)

\(\begin{array}{l}
 \to {[CO]^2} = {K_C}.[C{O_2}] \to \frac{{4{x^2}}}{{{V^2}}} = {K_C}.\frac{{1 - x}}{V}\\
 \to 4{x^2} = {K_C}.V.(1 - x) \to 4{x^2} = 0,002.22,4.(1 - x)
\end{array}\)

⇒ x = ?

Hướng dẫn giải

                               C    +    CO₂   ⇔   2CO

Trước phản ứng:    0,2          1

Phản ứng:                x            x                2x

Sau phản ứng:      (0,2-x)      (1-x)           2x

Ta có:

\({K_c} = \frac{{{{[CO]}^2}}}{{[C{O_2}]}} = 0,002\) với \([CO] = \frac{{2x}}{V}\) và \([C{O_2}] = \frac{{1 - x}}{V}\)

\(\begin{array}{l}
 \to {[CO]^2} = {K_C}.[C{O_2}] \to \frac{{4{x^2}}}{{{V^2}}} = {K_C}.\frac{{1 - x}}{V}\\
 \to 4{x^2} = {K_C}.V.(1 - x) \to 4{x^2} = 0,002.22,4.(1 - x)
\end{array}\)

Giải phương trình ⇒ x = 0,1

Vậy ở trạng thái cân bằng: nCO = 0,2 mol và nCO₂ = 0,9 mol