Đang tải... (xem toàn văn)
Lý thuyết và bài tập về cacbon và hợp chất (TÀI LIỆU BÀI GIẢNG) (Tài liệu dùng chung cho bài giảng số 11, 12 và 13 thuộc chuyên đề này) giáo viên: vũ khắc ngọc Đây là tài liệu tóm lược các kiến thức đi kèm với bài giảng,
Khóa h c LT ả KIT-1: Môn ảóa h c (Th y V Kh c Ng c) Lý thuy t t p v cacbon h p ch t Lụ THUY T VÀ BÀI T P V CACBON VÀ H P CH T (TÀI LI U BÀI ẢI NẢ) (Tài ệi u dùng chung cho gi ng s 11, 12 13 thu c chuyên đ này) Giáo viên: V KH C NG C ây tài li u tóm l c ki n th c kèm v i gi ng “Lý thuy t t p v cacbon h p ch t” thu c Khóa h c LT H KIT-1: Môn Hóa h c (Th y V Kh c Ng c) t i website Hocmai.vn có th n m v ng ki n th c ph n “Lý thuy t t p v cacbon h p ch t”, B n c n k t h p xem tài li u v i gi ng I KHÁI QUÁT V CÁC NGUYÊN T NHÓM IVA Gi i thi u nguyên t nhóm IVA Cacbon Silic S hi u nguyên t 14 Nguyên t kh i 12,01 28,09 2 C u hình electron l p 2s 2p 3s23p2 Bán kính nguyên t (nm) 0,077 0,117 âm n 2,55 1,90 N ng l ng ion hoá th nh t (kJ/mol) 1086 786 c m a C u hình electron c a nguyên t - L p electron c a nguyên t (ns2 np2) có electron : Gecmani 32 72,64 4s24p2 0,122 2,01 762 Thi c 50 118,69 5s25p2 0,140 1,96 709 Chì 82 207,20 6s26p2 0,146 2,33 716 ns2 np2 - tr ng thái c b n, nguyên t c a nguyên t nhóm cacbon có hai electron đ c thân, h p ch t chúng có th t o thành hai liên k t c ng hoá tr - Khi đ c kích thích, m t electron c p electron c a phân l p ns có th chuy n sang obitan p tr ng c a phân l p np ns2 np3 ns1 np3 Do đó, nguyên t c a nguyên t nhóm cacbon có th có electron đ c thân h p ch t chúng có th t o thành liên k t c ng hoá tr - Trong h p ch t nguyên t có th có s oxi hoá +4, +2, -4 tu thu c vào đ âm n c a nguyên t liên k t v i chúng b S bi n thiên tính ch t - T cacbon đ n chì nên tính phi kim gi m d n, tính kim lo i t ng d n đ âm n t ng d n bán kính nguyên t t ng d n - Các h p ch t + H p ch t v i hiđro: có d ng AH4 nh CH4 ; SiH4 b n nhi t c a hiđrua gi m nhanh t CH4 đ n PbH4 + Các oxit cao nh t: có d ng AO2 nh CO2 SiO2 oxit axit oxit GeO2, PbO2, SnO2 h p ch t l ng tính + Các hiđroxit: H2CO3 (axit y u), H2SiO3 (axit r t y u), Ge(OH)2, Sn(OH)2 Pb(OH)2 c a chúng h p ch t l ng tính + S bi n thiên c a h p ch t t cacbon đ n chì tính axit gi m d n, tính baz t ng d n II CACBON VÀ H P CH T C A CACBON A CACBON Các d ng thù hình - Tính ch t v t lí a Kim c ng Hocmai.vn – Ngôi tr ng chung c a h c trò Vi t T ng đài t v n: 1900 58-58-12 - Trang | - Khóa h c LT ả KIT-1: Môn ảóa h c (Th y V Kh c Ng c) Lý thuy t t p v cacbon h p ch t - Là ch t tinh th không màu, su t, không d n n, d n nhi t kém, có kh i l ng riêng 3,51 g/cm3 - Tinh th kim c ng thu c lo i tinh th nguyên t n hình, nên kim c ng ch t c ng nh t t t c ch t b Than chì - Là tinh th màu xám đen, có ánh kim, d n n t t nh ng kim lo i - Tinh th than chì có c u trúc l p Các l p liên k t v i b ng l c Van-đe-van y u, nên l p d tách kh i Khi v ch than chì gi y, đ l i v ch đen g m nhi u l p tinh th than chì c.Fuleren G m phân t C 60, C70, … có c u trúc hình c u r ng đ c phát hi n n m 1985 d Cacbon vô đ nh hình - Than u ch nhân t o nh than c c, than g , than x ng, than mu i đ c g i chung cacbon vô đ nh hình - Than g , than x ng có c u t o x p, nên chúng có kh n ng h p ph m nh ch t khí ch t tan dung d ch Tính ch t hoá h c Trong ba d ng thù hình k c a cacbon, cacbon vô đ nh hình ho t đ ng h n c v m t hoá h c Tuy nhiên, nhi t đ th ng cacbon tr , đun nóng ph n ng đ c v i nhi u ch t Trong ph n ng cacbon th hi n tính kh tính oxi hoá Tuy nhiên, tính kh v n tính ch t ch y u c a cacbon a Tính kh - Tác d ng v i phi kim (tr halogen), n hình tác d ng v i oxi: đ t cacbon không khí, ph n ng t a nhi u nhi t: +4 t0 C + O C O nhi t đ cao, cacbon l i kh đ +4 t c CO2 theo ph n ng: +2 C + C O2 2CO Do s n ph m đ t cacbon không khí, khí CO2 có m t khí CO - Tác d ng v i h p ch t: nhi t đ cao, cacbon có th kh đ c oxit kim lo i sau Al, nhi u ch t oxi hóa khác nh HNO3, KClO3, H2SO4 đ c, … ph n ng v i 2 Fe2 O3 C 2Fe 3CO 2 C 4HNO3 (®Æc) CO 4NO 2H O b Tính oxi hoá - Tác d ng v i hiđro 4 C 2H C H - Tác d ng v i kim lo i Thí d : o 4 4Al + 3C Al C Nhôm cacbua ng d ng - Kim c ng đ c s d ng làm đ trang s c Trong k thu t, kim c ng đ c dùng đ ch t o m i khoan, dao c t thu tinh b t mài - Than chì đ c dùng làm n c c; làm n i, chén đ n u ch y h p kim ch u nhi t; ch t o ch t bôi tr n; làm bút chì đen - Than c c đ c dùng làm ch t kh luy n kim đ luy n kim lo i t qu ng - Than g đ c dùng đ ch thu c n đen, thu c pháo, ch t h p ph Lo i than g có kh n ng h p ph m nh đ c g i than ho t tính Than ho t tính đ c dùng nhi u m t n phòng đ c, công nghi p hoá ch t y h c - Than mu i đ c dùng làm ch t đ n l u hoá cao su, đ s n xu t m c in, xi đánh gi y, Hocmai.vn – Ngôi tr ng chung c a h c trò Vi t T ng đài t v n: 1900 58-58-12 - Trang | - Khóa h c LT ả KIT-1: Môn ảóa h c (Th y V Kh c Ng c) Lý thuy t t p v cacbon h p ch t Tr ng thái t nhiên i u ch a Tr ng thái t nhiên - Trong t nhiên kim c ng than chì cacbon t g n nh tinh t - Ngoài ra, cacbon có khoáng v t nh canxit (đá vôi, đá ph n, đá hoa, chúng đ u ch a CaCO3), magiezit (MgCO3), đolomit (CaCO3 MgCO3), thành ph n c a lo i than m (than antraxit, than m , than nâu, than bùn, , chúng khác v tu i đ a ch t hàm l ng cacbon) - D u m , khí đ t thiên nhiên h n h p c a ch t khác ch a cacbon, ch y u hiđrocacbon Các c th th c v t đ ng v t ch a nhi u ch t, ch y u cacbon t o thành b i u ch ng nhân t o: nung than chì 3000 0C d i áp su t 70 - 100 nghìn atmotphe th i gian + Kim c dài 2500 - 30000C lò n, không khí + Than chì nhân t o: nung than c c 1000 - 12500C lò n, không khí + Than c c: nung than m + Than g : đ t cháy g u ki n thi u không khí to Than mu i: nhi t phân metan có ch t xúc tác : CH C 2H c khai thác tr c ti p t v a than n m đ sâu khác d i m t đ t + Than m đ B CÁC H P CH T C A CACBON Cacbon monooxit: CO a Công th c phân t - Công th c c u t o - Công th c phân t : CO (cacbon có s oxi hóa +2) - Công th c c u t o: C O b Tính ch t v t lí - Là ch t khí không màu, không mùi, h i nh h n không khi, tan n c - Hoá l ng -191,50C, hoá r n - 205,20C - R t b n v i nhi t - R t đ c c Tính ch t hoá h c Trong phân t CO có liên k t ba gi ng N2 nên CO r t ho t đ ng u ki n th ng, ch tr nên ho t đ ng h n đun nóng - Theo ph n ng trao đ i: CO oxit không t o mu i (không th hi n tính ch t hoá h c) - Theo ph n ng oxi hoá kh : CO ch t kh m nh: Tác d ng v i ch t oxi hoá Thí d : c không khí t o thành CO2, cho ng n l a màu lam nh t t a nhi u + Tác d ng v i O2: CO cháy đ nhi t Vì v y, CO đ c dùng làm nhiên li u khí 2CO (k) + O2 (k) 2CO2 (k) + Tác d ng v i Cl2: Khi có than ho t tính làm xúc tác, COk t h p v i Clo theo ph n ng: xt CO + Cl2 COCl2 ( photgen) + Tác d ng v i oxit kim lo i sau nhôm + to CO + CuO Cu + CO2 d i u ch - Trong công nghi p c qua than nóng đ : + Cách 1: Cho h i n 10500C CO + H2 C + H2O H n h p khí t o thành khí than t ch a 44% CO, 45% H2, 5% H2O, 6% N2 + Cách 2: Th i không khí qua than nung đ lò ga C + O2 CO2 CO2 + C 2CO H n h p khí thu đ c khí lò ga (khí than khô) ch a trung bình 25% CO, 70% N2, 4% CO2, 1% khí khác Khí than t, khí lò gas đ u đ c dùng làm nhiên li u khí - Trong phòng thí nghi m: Cho H2SO4 đ c vào axit fomic đun nóng: Hocmai.vn – Ngôi tr ng chung c a h c trò Vi t T ng đài t v n: 1900 58-58-12 - Trang | - Khóa h c LT ả KIT-1: Môn ảóa h c (Th y V Kh c Ng c) Lý thuy t t p v cacbon h p ch t H2 SO4 (®Æc) CO + H2O HCOOH Cacbon đioxit a Công th c phân t - Công th c c u t o - Công th c phân t : CO2 - Công th c c u t o: O = C = O Các liên k t C – O phân t CO2 liên k t c ng hóa tr có c c nh ng có c u t o th ng nên CO2 phân t c c b Tính ch t v t lí - CO2 ch t khí không màu, n ng g p 1,5 l n không khí, tan không nhi u n c : u ki n th ng lít n c hoà tan lít khí CO2 - nhi t đ th ng đ c nén d i áp su t 60 atm, khí CO2 s hoá l ng Khi làm l nh đ t ng t 760C, khí CO2 hoá thành kh i r n, tr ng, g i "n c đá khô" N c đá khô không nóng ch y mà th ng hoa, nên đ c dùng đ t o môi tr ng l nh khô, r t ti n l i cho vi c b o qu n th c ph m c Tính ch t hoá h c - Theo ph n ng trao đ i: Mang tính ch t c a oxit axit: Tác d ng v i oxit baz ho c baz tan n c thành dung d ch axit cacbonic Thí d : H2CO3 CO2 + H2O - Theo ph n ng oxi hoá kh : có tính oxi hoá y u Ví d : to CO2 + C 2CO Khí CO2 không cháy không trì s cháy c a nhi u ch t nên ng i ta dùng đ d p t t đám cháy Tuy nhiên, kim lo i có tính kh m nh, thí d Mg, Al có th cháy đ c khí CO2: +4 +2 CO2 + 2Mg 2MgO + C Do đó, không dùng CO2 đ d p t t đám cháy Mg , Al * c bi t: Tác d ng v i NH3 t o thành ure to CO2 + 2NH3 (NH2)2CO + H2O d i u ch - Trong phòng thí nghi m, khí CO2 đ c u ch b ng cách cho dung d ch axit clohiđric tác d ng v i đá vôi: CaCO3 + 2HCl CaCl2 + CO2 + H2O - Trong công nghi p, khí CO2 đ c s n xu t b ng cách đ t cháy hoàn toàn than ho c d u m , khí thiên nhiên oxi hay không khí Khí CO2 c ng s n ph m ph c a trình nung vôi, lên men r u t glucoz Axit cacbonic H2CO3 Axit cacbonic axit r t y u b n, ch t n t i dung d ch loãng, d b phân hu thành CO H2O Trong dung d ch, axit cacbonic phân li theo n c v i h ng s phân li axit 250C nh sau: HCO-3 + H+ K = 4,5.10-7 H2CO3 HCO-3 CO32- + H+ K = 4,8.10-11 Axit cacbonic t o hai mu i: mu i cacbonat ch a ion CO32- , ví d Na2CO3, CaCO3, (NH4)2CO3, … mu i hiđrocacbonat ch a ion HCO-3 , ví d NaHCO3, Ca(HCO3)2, NH4HCO3, … Mu i cacbonat a Tính ch t v t lý - u ch t r n - Tính tan: Các mu i cacbonat trung hoà c a kim lo i ki m (tr Li2CO3), amoni, mu i hiđro cacbonat (tr NaHCO3 h i tan) đ u tan - Các mu i cacbonat trung hoà c a kim lo i khác không tan ho c tan n c Hocmai.vn – Ngôi tr ng chung c a h c trò Vi t T ng đài t v n: 1900 58-58-12 - Trang | - Khóa h c LT ả KIT-1: Môn ảóa h c (Th y V Kh c Ng c) Lý thuy t t p v cacbon h p ch t b Tính ch t hoá h c V i dung d ch mu i: Mang đ tính ch t c a mu i tan - Tác d ng v i dung d ch axit: gi i phóng khí CO2 Thí d : NaCl + CO2 + H2O NaHCO3 + HCl + CO2 + H2O HCO3 + H 2NaCl + CO2 + H2O Na2CO3 + 2HCl CO2 + H2O CO32- + 2H+ - Tác d ng v i dung d ch ki m: mu i hiđrocacbonat d tác d ng v i dung d ch ki m Thí d : Na2CO3 + H2O NaHCO3 + NaOH CO32 + H2O HCO3 + OH - Ph n ng nhi t phân c a mu i d ng khan + Các mu i cacbonat trung hoà tan (c a kim lo i ki m) b n v i nhi t, không b phân hu + Các mu i cacbonat c a kim lo i khác, mu i hiđrocacbonat, đ u b phân hu c bi t mu i HCO-3 r t d b nhi t phân tích ch đun nóng dung d ch Thí d : to MgCO3 MgO + CO2 to 2NaHCO3 Na2CO3 + CO2 + H2O to Ca(HCO3)2 CaCO3 + CO2 + H2O c ng d ng c a m t s mu i cacbonat - Canxi cacbonat (CaCO3) tinh t ch t b t nh , màu tr ng, đ c dùng làm ch t đ n cao su m t s ngành công nghi p - Natri cacbonat khan (Na2CO3, g i sođa khan) ch t b t màu tr ng, tan nhi u n c Khi k t tinh t dung d ch tách d ng tinh th Na2CO3.10H2O Sođa đ c dùng công nghi p thu tinh, đ g m, b t gi t, - Natri hiđrocacbonat (NaHCO3) ch t tinh th màu tr ng, h i tan n c, đ c dùng công nghi p th c ph m Trong y h c, natri hiđrocacbonat đ c dùng làm thu c đ ch a b nh đau d dày (thu c mu i nabica) Giáo viên: V Kh c Ng c Ngu n: Hocmai.vn – Ngôi tr ng chung c a h c trò Vi t T ng đài t v n: 1900 58-58-12 Hocmai.vn - Trang | -