Bài 15. Cacbon

Phi kim này còn có thuộc tính hóa học đáng chú ý là có khả năng tự liên kết với nó và liên kết với một loạt các nguyên tố khác, tạo ra gần 10 triệu hợp chất đã biết... Việc sử dụng kinh

CHƯƠNG III: NHÓM CACBON

Trả lời câu hỏi:

1 Nêu vị trí của nhóm cacbon trong bảng tuần hoàn? Trong nhóm cacbon có những nguyên

1 Nhóm cacbon (còn được gọi là nhóm nguyên tố 14) là nhóm

IVA.

Bao gồm các nguyên tố: phi kim cacbon (C); á kim Silic (Si) và

gecmani (Ge); kim loại thiếc (Sn), chì (Pb) và flerovi (Fl).

I GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ CACBON:

Cacbon là nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn có ký hiệu là

C và số nguyên tử bằng 6 Là một nguyên tố phi kim có hóa trị

IV phổ biến

Trong tự nhiên, kim cương và than chì là cacbon tự do gần như tinh khiết Ngoài ra cacbon còn có trong một số khoáng vật, nổi tiếng nhất là canxit (đá vôi, đá phấn, đá hoa đều chứa

CaCO3), magiezit (MgCO3), đolomit (CaCO3.MgCO3), Và là thành phần chính của các loại than mỏ, dầu mỏ, khí tự nhiên.Cacbon tồn tại trong mọi sự sống hữu cơ và nó là nền tảng của hóa hữu cơ Phi kim này còn có thuộc tính hóa học đáng chú ý

là có khả năng tự liên kết với nó và liên kết với một loạt các nguyên tố khác, tạo ra gần 10 triệu hợp chất đã biết

TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN: khoáng vật

TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN: tế bào

II VỊ TRÍ VÀ CẤU HÌNH ELECTRON NGUYÊN TỬ

• Cấu hình electron nguyên tử: 1s2 2s2 2p2

 C ở ô thứ 6, nhóm IVA, chu kì 2 của bảng tuần hoàn

• Do lớp ngoài cùng có 4 electron, nên trong các hợp chất, C có thể tạo được tối đa 4 liên kết cộng hóa trị với các nguyên tử khác

• Các số oxi hóa của C là -4, 0, +2 và +4

III TÍNH CHẤT VẬT LÍ

Cacbon có nhiều dạng thù hình khác nhau, phổ biến nhất

là 3 dạng thù hình gồm kim cương graphit (than chì)

và Fullerene

• Mỗi nguyên tử C nằm ở đỉnh lại liên kết với bốn nguyên tử C khác

 Kim cương rất cứng, là chất cứng nhất trong tất cả các chất

Cấu trúc tinh thể kim cương

III TÍNH CHẤT VẬT LÍ

2 Graphit (Than chì):

• Than chì là chất tinh thể màu xám đen Tinh thể than chì có cấu trúc lớp.

• Trong một lớp, mỗi nguyên tử C liên kết cộng hóa trị với ba nguyên tử C lân cận nằm ở đỉnh của một tam giác đều.

• Các lớp lân cận liên kết với nhau bằng tương tác yếu, nên các lớp dễ tách khỏi nhau.

 Than chì mềm, khi vạch trên giấy, nó để lại vạch đen gồm nhiều lớp tinh thể.

Cấu trúc tinh thể than chì

III TÍNH CHẤT VẬT LÍ

3 Fuleren:

• Fuleren gồm các phân tử C60, C70… Phân tử C60 có cấu trúc hình cầu rỗng, gồm 32 mặt, với 60 đỉnh là 60 nguyên tử.

• Các loại than điều chế nhân tạo như than gỗ, than xương,

gỗ, than xương có cấu tạo xốp, nên chúng có khả năng hấp phụ mạnh các chất khí và chất tan trong dung dịch.

Cấu trúc phân tử fuleren C 60

Trong phản ứng oxi hóa khử Đơn chất cacbon có thể

* tăng số oxi hóa: C 0 C +2 , C +4

=> Cacbon thể hiện tính khử

* giảm số oxi hóa: C 0 C -4

=> Cacbon thể hiện tính oxi hóa

( Tính chất chủ yếu )

Số oxi hóa tăng

Số oxi hóa

giảm

Dựa vào số oxi hoá bạn hãy nêu tính chất hoá học của cacbon?

IV TÍNH CHẤT HÓA HỌC

2 Tính oxi hóa:

b) Tác dụng với kim loại:

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

cacbua kim loại

3C + 4Al Al4C3

(Nhôm Cacbua)

to

V ỨNG DỤNG

- Cacbon là các thành phần thiết yếu cho mọi sự sống đã biết, và không có nó thì sự sống mà chúng ta đã biết không thể tồn tại Việc sử dụng kinh tế chủ yếu của cacbon là trong dạng các

hiđrôcacbon, chủ yếu là các nhiên liệu hóa thạch như than, khí mêtan và dầu mỏ (xăng dầu) Dầu mỏ được sử dụng trong công nghiệp hóa dầu để sản xuất ra các sản phẩm như xăng và dầu hỏa, thông qua các quy trình chưng cất trong lọc dầu Dầu mỏ cũng là nguồn nguyên liệu cho nhiều chất hữu cơ tổng hợp khác, rất nhiều trong số chúng gọi chung là các chất dẻo (plastic)

- Đồng vị Cacbon-14 được phát hiện vào ngày 27 tháng 2 năm

1940 và được sử dụng trong định tuổi bằng đồng vị phóng xạ (kỹ thuật xác định tuổi của vật liệu)

- Một số các thiết bị phát hiện sử dụng một lượng nhỏ đồng vị

phóng xạ của cacbon làm nguồn bức xạ

- Graphit kết hợp với đất sét để tạo ra 'chì' sử dụng trong các loại bút chì

- Kim cương được sử dụng vào mục đích trang sức hay trong các mũi khoan và các ứng dụng khác đòi hỏi độ cứng cao của nó

- Cacbon được thêm vào quặng sắt để sản xuất gang và thép

- Cacbon dưới dạng than chì được sử dụng như là các thanh điều tiết nơtron trong các lò phản ứng hạt nhân

- Graphit cacbon trong dạng bột, bánh được sử dụng như là than

để đun nấu, bột màu trong mỹ thuật và các sử dụng khác

- Than hoạt tính được sử dụng trong y tế trong dạng bột hay viên thuốc để hấp thụ các chất độc từ hệ thống tiêu hóa hay trong các thiết bị thở

- Các thuộc tính hóa học và cấu trúc của các fulleren, trong dạng các cacbon ống nano, có ứng dụng đầy hứa hẹn trong các lĩnh

vực mới phát sinh của công nghệ nano

V ỨNG DỤNG

• 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 : loại than có khả năng hấp phụ mạnh, được dùng trong mặt nạ phòng độc và công nghiệp hóa chất.

• Than muội được dùng làm chất độn cao su, để sản xuất

mực in, xi đánh giầy,…

V ỨNG DỤNG

Một số ứng dụng của than chì

Điện cực

Bút chì đen

BÚT CHÌ

PIN MỰC IN

XI ĐÁNH GIÀY

DAO CẮT THỦY TINH ĐỒ TRANG SỨC

MŨI KHOAN KIM CƯƠNG BỘT MÀI

Sau đó cho hỗn hợp vào một dung dịch axit (không có tính ôxi hóa mạnh) như HCl,

H2SO4 loãng để hòa tan Al2O3 hoặc MgO, còn lại cacbon không tan, ta lọc cacbon ra khỏi dung dịch

Ngoài ra có thể điều chế cacbon theo các phương trình sau nhưng hiệu suất không cao

do khí hiđro rất dễ bay lên:

CO + H2 ↔ C + H2O (Nhiệt độ khoảng 1050 o C)

CO + 3H2 → CH4↑ + H2O (Chất xúc tác: Niken, 250 o C)

CO2 + 4H2 → CH4↑ + 2H2O (Xúc tác, nhiệt độ cao, áp suất cao)

CH4 → C + 2H2↑ (Nhiệt độ trên 1000 o C)

VI ĐIỀU CHẾ

2 Điều chế các dạng thù hình của cacbon:

• Kim cương nhân tạo được điều chế từ than chì, bằng cách nung

than chì ở khoảng 2000C, dưới áp suất 50 đến 100 nghìn atmotphe với chất xúc tác là Fe, Cr hay Ni

• Than chì nhân tạo được điều chế bằng cách nung than cốc ở 2500 – 3000C trong lò điện, không có mặt không khí

• Than cốc được điều chế bằng cách nug than mỡ khoảng 1000C

trong lò cốc, không có không khí

• Than mỏ được khai thác trực tiếp từ các vỉa than nằm ở các độ sâu khác nhau dưới mặt đất

• Than gỗ được tạo nên khi đốt gỗ trong điều kiện thiếu không khí

• Than muội được tạo nên khi nhiệt phân metan có chất xúc tác

CH4 xt, to C + 2H2

VII BÀI TẬP

Câu 1: Khử hoàn toàn hỗn hợp 24g oxit Fe2O3 và CuO

tỉ lệ mol 1:1 cần 8,96 lít khí CO (đktc) Phần trăm khối lượng 2 oxit CuO và Fe2O3 trong hỗn hợp ban đầu là:

A.33,33% và 66,67%

B.66,67% và 33,33%

C.40,33% và 59,67%

D.59,67% và 40,33%

Câu 2: Cho khí CO khử hoàn toàn hỗn hợp gồm FeO,

Fe2O3 và Fe3O4 thấy có 4,48 lít khí CO2 bay ra Thể tích CO (đkc) đã tham gia phản ứng là:

Câu 3: Cacbon phản ứng được với tất cả các chất ở dãy nào sau đây:

A.Fe2O3, Ca, CO2, H2, HNO3 đặc, H2SO4 đặc

B.Al2O3 , CaO, CO2, H2, HNO3 đặc, H2SO4 đặc

C.MgO, CO2, Ca, HNO3, H2SO4 đặc

D.H2O, CuO, H2, HNO3 đặc, HCl đặc

Câu 4: Cho khí CO khử hoàn toàn hỗn hợp gồm Fe2O3 và

CO2 tạo ra từ Fe2O3 và CuO có tỉ lệ là 3:2 thì % khối

lượng của Fe2O3 và CuO trong hỗn hợp là:

A.60% và 40% B 50% và 50%

C 40% và 60% D 30% và 70%

VII BÀI TẬP

VII BÀI TẬP

Câu 5: Từ một tấn than chứa 92% cacbon có thể thu được

1460 m3 khí CO (đktc) theo sơ đồ phản ứng:

C + O2 to CO2