Khi sấy khô, axit silixic mất 1 phần nước tạo Silicagen - Muối silicat của kim loại kiềm tan trong nước và bị thủy phân mạnh tạo môi trường kiềm : Na2SiO3 + 2H2O 2NaOH + H2SiO3 - Du
Trang 1CHUYÊN ĐỀ 3 : NHÓM CACBON
A LÝ THUYẾT
I KHÁI QUÁT VỀ NHÓM CACBON (NHÓM IVA)
- Gồm : Cacbon (C), silic (Si), gemani (Ge), thiếc (Sn), chì (Pb)
- Cấu hình electron lớp ngoài cùng: ns2np2
- Số oxi hoá có thể có trong chất vô cơ : -4, 0, +2, +4
- Hợp chất với hiđro: RH4 ; hợp chất với oxi : RO và RO2
(Chú ý : CO2, SO2 là oxit axit ; GeO2, SnO2, PbO2 và hiđroxit tương ứng là hợp chất lưỡng tính)
II CACBON:
1.Tính chất vật lý
Cacbon ở thể rắn, không tan trong nước, có 4 dạng thù hình : Kim cương (cứng, tinh thể trong suốt); than chì (xám, mềm, dẫn điện); Fuleren (phân tử C60, C70) ; than vô định hình (có tính hấp phụ)
2CO (cháy không hoàn toàn)
Ở nhiệt độ cao, cacbon lại khử được CO2 thành CO
Trang 23 Điều chế
a Kim cương nhân tạo
Điều chế từ than chì ở 2000oC, áp suất từ 50 đến 100.000 atmotphe, xúc tác sắt, crom hay niken
b Than chì nhân tạo
Nung than cốc ở 2500 – 3000oC trong lò điện không có không có không khí
Nhiệt phân metan : CH4 t , xto C + 2H2
III HỢP CHẤT CỦA CACBON
1 Cacbon monooxit
- CTPT : CO (M = 28) ; CTCT: C O
- Khí không màu, không mùi, nhẹ hơn không khí, ít tan trong nước, rất độc
- CO kém hoạt động ở nhiệt độ thường, hoạt động hơn khi đun nóng
- CO là oxit trung tính (oxit không tạo muối )
a Tính chất hóa học
Hoá tính quan trọng là tính khử ở nhiệt độ cao
● Với oxi : CO cháy trong oxi với ngọn lửa lam nhạt :
● Với oxit kim loại : chỉ với kim loại trung bình và yếu :
Fe2O3 + 3CO to 2Fe + 3CO2
CuO + CO to Cu + CO2
Trang 3● Lưu ý : CO chỉ khử được oxit của các kim loại từ kẽm trở về cuối dãy hoạt động hóa học của các
kim loại
b Điều chế:
● Trong phòng thí nghiệm :
HCOOH H SO , t 2 4 o CO + H2O
● Trong công nghiệp :
+ Đốt không hoàn toàn than đá trong không khí khô :
2C + O2 to 2CO
C + O2 to CO2
CO2 + C to 2CO)
Hỗn hợp khí thu được gọi là khí than khô (khí lò ga): 25% CO, còn lại là CO2, N2
+ Cho hơi nước qua than nóng đỏ ở 1000oC :
Trang 4- Muối axit đa số dễ tan (trừ NaHCO3 hơi ít tan)
- Muối trung hoà không tan trong nước (trừ cacbonat của kim loại kiềm và amoni)
● Thủy phân trong nước tạo môi trường kiềm :
- Đối với muối cacbonat
Na2CO3 2Na+ + CO32-
CO32- + H2O HCO3- + OH-
Trang 5- Silic ở thể rắn, có 2 dạng thù hình : Si vô định hình (bột màu nâu) ; Si tinh thể (cấu trúc tương
tự kim cương, độ cứng = 7/10 kim cương, màu xám, giòn, d = 2,4, có vẻ sáng kim loại, dẫn nhiệt)
- Si là phi kim yếu, tương đối trơ
Trang 6a Trong phòng thí nghiệm
2Mg + SiO2 to 2MgO + Si (900oC)
b Trong công nghiệp
SiO2 + 2C to 2CO + Si (1800oC)
II HỢP CHẤT CỦA SILIC
1 Silic đioxit ( SiO 2 )
- Dạng tinh thể, không tan trong nước, nhiệt độ nóng chảy là 1713oC, tồn tại trong tự nhiên ở dạng cát và thạch anh
- Là oxit axit :
a Tan chậm trong kiềm hoặc cacbonat kim loại kiềm nóng chảy:
SiO2 + 2NaOH to Na2SiO3 + H2O
2 Axit silixic ( H 2 SiO 3 )
- Là chất keo, không tan trong nước Khi sấy khô, axit silixic mất 1 phần nước tạo Silicagen
- Muối silicat của kim loại kiềm tan trong nước và bị thủy phân mạnh tạo môi trường kiềm :
Na2SiO3 + 2H2O 2NaOH + H2SiO3
- Dung dịch đậm đặc của Na2SiO3 và K2SiO3 được gọi là thủy tinh lỏng dùng để chế keo dán thủy tinh và sứ, vải hoặc gỗ tẩm thủy tinh lỏng sẽ khó bị cháy
VI CÔNG NGHIỆP SILICAT
1 Thủy tinh : Là hỗn hợp của muối natri silicat, canxi silicat và silic đioxit Công thức gần đúng
của thủy tinh : Na2O.CaO.6SiO2
Phương trình sản xuất :
Trang 76SiO2 + CaCO3 + Na2CO3 1400 C Na2O.CaO.6SiO2 + 2CO2
Các loại thủy tinh : Thủy tinh thông thường ; thủy tinh Kali ; thủy tinh thạch anh ; thủy tinh phalê
2 Đồ gốm : Được điều chế chủ yếu từ đất sét và cao lanh :
Có các loại : Gốm xây dựng (gạch, ngói), gốm kỹ thuật (sứ kỹ thuật), gốm dân dụng (sứ dân dụng, sành )
3 Xi măng: Là chất bột mịn, màu lục xám, thành phần chính gồm các canxi silicat : 3CaO.SiO2, 2CaO.SiO2 và canxi aluminat: 3CaO.Al2O3, dễ kết dính nên được dùng trong xây dựng
B PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VỀ NHÓM CACBON
I Phản ứng của CO2, SO2 với dung dịch kiềm
1 Sục CO 2 (hoặc SO 2 ) vào dung dịch NaOH hoặc KOH
Bản chất phản ứng : Ban đầu tạo ra muối trung hòa, sau đó nếu CO2 dư thì muối trung hòa chuyển dần thành muối axit
n n , ứng với các giá trị của T ta thu được các chất khác nhau :
Giá trị của T Chất thu được sau phản ứng
Trang 8Bản chất phản ứng : Ban đầu tạo ra muối trung hòa kết tủa, sau đó nếu CO2 dư thì muối trung hòa chuyển dần thành muối axit tan
2nn
n n , ứng với các giá trị của T ta thu được các chất khác nhau :
Giá trị của T Chất thu được sau phản ứng
n n
kết tủa nhỏ hơn thì sẽ có hai khả năng xảy ra : Hoặc bazơ dư hoặc bazơ hết Trường hợp bazơ hết thì phản ứng phải tạo ra cả muối axit
►Các ví dụ minh họa ◄
Trang 9Ví dụ 1: Nung 13,4 gam hỗn hợp 2 muối cacbonat của 2 kim loại hóa trị II, sau khi phản ứng xảy ra
hoàn toàn thu được 6,8 gam chất rắn và khí X Lượng khí X sinh ra cho hấp thụ vào 75 ml dung dịch NaOH 1M Khối lượng muối khan thu được sau phản ứng là :
A 4,2 gam B 6,5 gam C 6,3 gam D 5,8 gam
Đáp án C
dịch Ca(OH)2 7,4% thấy tách ra m gam kết tủa Giá trị của m là :
A 10 gam B 8 gam C 6 gam D 12 gam
kết tủa Giá trị của V là :
A 2,24 B 2,24 hoặc 6,72 C 4,48 D 2,24 hoặc 4,48
trong khoảng nào khi CO2 biến thiên trong khoảng từ 0,005 mol đến 0,024 mol ?
A 0 gam đến 3,94 gam B 0 gam đến 0,985 gam
C 0,985 gam đến 3,94 gam D 0,985 gam đến 3,152 gam
thu được 15,76 gam kết tủa Giá trị của a là :
A 0,048 B 0,032 C 0,04 D 0,06
mol/lít, sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được dung dịch Y Cho toàn bộ Y tác dụng với dung dịch BaCl2 (dư), thu được 11,82 gam kết tủa Giá trị của x là :
Trang 10- Nếu dung dịch kiềm có Ba(OH) 2 hoặc Ca(OH) 2 thì còn có thể có phản ứng tạo kết tủa nếu
và Ba(OH)2 0,12M, thu được m gam kết tủa Giá trị của m là :
7,84 lít khí CO2 (đktc) vào 1 lít dung dịch X thì lượng kết tủa thu được là :
A 19,7 gam B 9,85 gam C 29,55 gam D 10 gam
Ca(OH)2 0,0125M, thu được x gam kết tủa Giá trị của x là :
vào 1 lít dung dịch Y chứa Ba(OH)2 0,15M và KOH 0,1M, thu được dung dịch Z và 21,7 gam kết tủa Cho dung dịch NaOH vào Z thấy xuất hiện thêm kết tủa Giá trị của m là :
hấp thụ hoàn toàn thấy tạo 23,64 gam kết tủa Thể tích khí CO2 đã dùng (đktc) là :
A 8,512 lít B 2,688 lít C 2,24 lít D Cả A và B đúng
định giá trị của V là để thu được lượng kết tủa lớn nhất ?
Trang 11● Lưu ý : Trong dạng bài tập này thì lượng H + mà đề bài cho thường không đủ để chuyển hết
Dạng 1: Cho từ từ dung dịch chứa ion H+ (HCl, H2SO4, HNO3) vào dung dịch chứa các ion CO3 2- và HCO3 -
Phương pháp giải
2
(1)(2)
đến hết 200 ml dung dịch HCl 1M vào 100 ml dung dịch X, sinh ra V lít khí (đktc) Cho dư dung dịch Ba(OH)2 vào dung dịch X, thu được m gam kết tủa Giá trị của m và V là :
A 19,7 và 4,48 B 39,4 và 1,12 C 19,7 và 2,24 D 39,4 và 3,36
NaHCO3 1M và Na2CO3 1M thu được dung dịch C Nhỏ từ từ 100 ml dung dịch D gồm H2SO4 1M
và HCl 1M vào dung dịch C thu được V lít CO2 (đktc) và dung dịch E Cho dung dịch Ba(OH)2 tới
dư vào dung dịch E thì thu được m gam kết tủa Giá trị của m và V lần lượt là :
A 82,4 gam và 2,24 lít B 4,3 gam và 1,12 lít
C 43 gam và 2,24 lít D 3,4 gam và 5,6 lít
dịch X Cho từ từ 200 ml dung dịch HCl 1M vào X có 1,12 lít khí (đktc) thoát ra Giá trị của a là :
A 1,5M B 1,2M C 2,0M D 1,0M
Dạng 2 : Cho từ từ dung dịch chứa các ion CO3 2- và HCO3 - vào dung dịch chứa ion
H+ (HCl, H2SO4, HNO3)
Phương pháp giải
Trang 12Khi cho từ từ dung dịch chứa các ion CO 3 2- và HCO 3 - vào dung dịch chứa ion H + (HCl, H 2 SO 4 ,
0,3 mol HCl Thể tích khí CO2 (đktc) thu được là :
A 4,48 lít B 5,04 lít C 3,36 lít D 6,72 lít
được 1,12 lít CO2 (đktc) Nếu làm ngược lại thu được 2,24 lít CO2 (đktc) Giá trị x, y lần lượt là :
A 1,5M và 2M B 1M và 2M C 2M và 1,5M D 1,5M và 1,5M
và HCO3 - hoặc làm ngược lại
Phương pháp giải
NaHCO3 1M Đến phản ứng hoàn toàn thu được V lít khí (đktc) Giá trị của V là :
A V = 33,6 B 22,4 ≤ V ≤ 33,6 C V = 22,4 D Kết quả khác
Hướng dẫn giải
Theo giả thiết ta có :
Trang 13III Phản ứng của muối cacbonat, hiđrocacbonat với dung dịch axit dư
Đối với dạng bài tập này ta thường sử dụng các phương pháp như bảo toàn khối lượng hoặc tăng giảm khối lượng Nếu đề bài cho hỗn hợp muối cacbonat và hiđrocacbonat trong đó có những muối có khối lượng phân tử bằng nhau thì ta sử dụng phương pháp quy đổi
Ví dụ 1: Hoà tan hoàn toàn 23,8 gam hỗn hợp một muối cacbonat của các kim loại hoá trị (I) và
muối cacbonat của kim loại hoá trị (II) trong dung dịch HCl Sau phản ứng thu được 4,48 lít khí (đktc) Đem cô cạn dung dịch thu được bao nhiêu gam muối khan ?
khí (đktc) Dung dịch thu được đem cô cạn thu được 5,1 gam muối khan Giá trị của V là :
A 1,12 lít B 1,68 lít C 2,24 lít D 3,36 lít
thu được 3,36 lít khí CO2 (đktc) Khối lượng KCl tạo thành trong dung dịch sau phản ứng là :
A 8,94 B 16,17 C 7,92 D 11,79
IV Phản ứng nhiệt phân muối cacbonat
Đối với dạng bài tập này ta thường sử dụng phương pháp tăng giảm khối lượng
đổi được 69 gam chất rắn Phần trăm khối lượng của mỗi chất tương ứng trong hỗn hợp ban đầu là :
A 15,4% và 84,6% B 22,4% và 77,6%
Đáp án C
gian, thu được 39 gam chất rắn % CaCO3 đã bị phân huỷ là :
A 50,5% B 60% C 62,5% D 65%
V Khử oxit kim loại bằng khí CO, H2
Với dạng bài tập này ta thường sử dụng bản chất phản ứng khử oxit kim loại bằng CO, H2 là:
CO + O (trong oxit kim loại) t o
Trang 14● Lưu ý : CO, H 2 chỉ khử được các oxit của kim loại đứng sau nhôm trong dãy điện hóa
0,3 lít dung dịch H2SO4 1M cho ra 4,48 lít khí H2 (đktc) Giá trị của m là :
A 23,2 gam B 46,4 gam C 11,2 gam D 16,04 gam
ứng hoàn toàn, thu được 8,3 gam chất rắn Khối lượng CuO có trong hỗn hợp ban đầu là :
A 0,8 gam B 8,3 gam C 2,0 gam D 4,0 gam
khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 2,32 gam hỗn hợp kim loại Khí thoát ra được đưa vào bình đựng dung dịch Ca(OH)2 dư thấy có 5 gam kết tủa trắng Khối lượng hỗn hợp 2 oxit kim loại ban đầu là :
A 3,12 gam B 3,21 gam C 4 gam D 4,2 gam
nung nóng thu được 2,5 gam chất rắn Toàn bộ khí thoát ra sục vào nước vôi trong dư thấy có 15 gam kết tủa trắng Khối lượng của hỗn hợp oxit kim loại ban đầu là :
3 oxit : CuO, Fe3O4, Al2O3 nung nóng, phản ứng hoàn toàn Sau phản ứng thu được m gam chất rắn
và một hỗn hợp khí và hơi nặng hơn khối lượng của hỗn hợp V là 0,32 gam Tính V và m
A 0,224 lít và 14,48 gam B 0,448 lít và 18,46 gam
C 0,112 lít và 12,28 gam D 0,448 lít và 16,48 gam
Hướng dẫn giải
Bản chất phản ứng khử các oxit trên là :
X nung nóng Sau khi kết thúc thí nghiệm thu được 64 gam chất rắn A trong ống sứ và 11,2 lít khí
B (đktc) có tỉ khối so với H2 là 20,4 Giá trị của m là :
A 105,6 gam B 35,2 gam C 70,4 gam D 140,8 gam
Sau khi kết thúc thí nghiệm thu được B gồm 4 chất nặng 4,784 gam Khí đi ra khỏi ống sứ cho hấp thụ vào dung dịch Ba(OH)2 dư thì thu được 9,062 gam kết tủa Phần trăm khối lượng Fe2O3 trong hỗn hợp A là :
Trang 15A 86,96% B 16,04% C 13,04% D 6,01%
Ví dụ 8: Cho 4,48 lít CO (đktc) từ từ đi qua ống sứ nung nóng đựng 8 gam một oxit sắt đến khi
phản ứng xảy ra hoàn toàn Khí thu được sau phản ứng có tỉ khối so với hiđro bằng 20 Công thức của oxit sắt và phần trăm thể tích của khí CO2 trong hỗn hợp khí sau phản ứng là :
A FeO; 75% B Fe2O3; 75% C Fe2O3; 65% D Fe3O4; 65%
13,92 gam chất rắn X gồm Fe, Fe3O4, FeO và Fe2O3 Hoà tan hết X bằng HNO3 đặc nóng thu được 5,824 lít NO2 (đktc) Giá trị của m là :
A 16 gam B 8 gam C 12 gam D 20 gam
C BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM
Câu 1: Các nguyên tử thuộc nhóm IVA có cấu hình electron lớp ngoài cùng là :
A ns2np2 B ns2 np3 C ns2np4 D ns2np5
Câu 2: Trong nhóm IVA, theo chiều tăng của điện tích hạt nhân Z, nhận định nào sau đây sai ?
A Độ âm điện giảm dần
B Tính phi kim giảm dần, tính kim loại tăng dần
C Bán kính nguyên tử giảm dần
D Số oxi hoá cao nhất là +4
Câu 3: Trong nhóm IVA, những nguyên tố nào chỉ thể hiện tính khử ở trạng thái đơn chất ?
Câu 4: Kim cương, fuleren, than chì và than vô định hình là các dạng :
A đồng hình của cacbon B đồng vị của cacbon
C thù hình của cacbon D đồng phân của cacbon
Câu 5: Chọn câu trả lời đúng : Trong phản ứng hoá học, cacbon
A chỉ thể hiện tính khử
B vừa thể hiện tính khử vừa thể hiện tính oxi hóa
C chỉ thể hiện tính oxi hoá
D không thể hiện tính khử và tính oxi hoá
Câu 6: Tính oxi hóa của cacbon thể hiện ở phản ứng :
Trang 16Câu 7: Tính khử của cacbon thể hiện ở phản ứng :
A CO và NO B CO2 và NO2 C CO2 và NO D CO và NO2
Câu 9: Cacbon phản ứng với tất cả các chất trong dãy nào sau đây ?
A Na2O, NaOH, HCl C Ba(OH)2, Na2CO3, CaCO3
B Al, HNO3 đặc, KClO3 D NH4Cl, KOH, AgNO3
Câu 10: Cacbon phản ứng được với nhóm chất nào dưới đây ?
A Fe2O3, CaO, CO2, HNO3 đặc, H2SO4 đặc
B CO2, Al2O3, Ca, CaO, HNO3 đặc, H2SO4 đặc
C Fe2O3, MgO, CO, HNO3, H2SO4 đặc
D CO2, H2O lạnh, HNO3 đặc, H2SO4 đặc, CaO
Câu 11: Cho các chất : (1) O2 ;(2) CO2 ; (3) H2 ; (4) Fe2O3 ; (5) SiO2 ; (6) HCl ; (7) CaO ; (8)
H2SO4 đặc ; (9) HNO3 ; (10) H2O ; (11) KMnO4 Cacbon có thể phản ứng trực tiếp được với bao nhiêu chất ?
A 12 B 9 C 11 D 10
Câu 12: Cho các chất : (1) O2 ;(2) Cl2 ; (3) Al2O3 ; (4) Fe2O3 ; (5) HNO3 ; (6) HCl ; (7) CaO ; (8)
H2SO4 đặc ; (9) ZnO ; (10) PdCl2 Cacbon monooxit có thể phản ứng trực tiếp được với bao nhiêu chất ?
A 5 B 6 C 7 D 8
Câu 13: Cho các chất: (1) O2 ;(2) dd NaOH ; (3) Mg ; (4) dd Na2CO3 ; (5) SiO2 ; (6) HCl ; (7) CaO
; (8) Al ; (9) ZnO ; (10) H2O ; (11) NaHCO3 ; (12) KMnO4 ; (13) HNO3 ; (14) Na2O Cacbon đioxit
có thể phản ứng trực tiếp được với bao nhiêu chất ?
Trang 17C đồng (II) oxit và than hoạt tính D than hoạt tính
Câu 15: Điều nào sau đây không đúng cho phản ứng của CO với O2 :
A Phản ứng thu nhiệt C Phản ứng kèm theo sự giảm thể tích
B Phản ứng tỏa nhiệt D Phản ứng không xảy ra ở đk thường
Câu 16: Dẫn luồng khí CO dư đi qua hỗn hợp Al2O3, CuO, MgO, Fe2O3, ZnO nung nóng Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, chất rắn thu được là :
A Al2O3, Cu, MgO, Fe, Zn B Al, Fe, Cu, Mg, Zn
C Al2O3, Cu, Fe, Mg, Zn D Al2O3, Fe2O3, CuO, MgO, Zn
Câu 17: Trong các phản ứng hoá học sau, phản ứng nào sai ?
A 3CO + Fe2O3 to 3CO2 + 2Fe B CO + Cl2 COCl2
Câu 18: Hiệu ứng nhà kính là hiện tượng Trái đất đang ấm dần lên, do các bức xạ có bước sóng dài
trong vùng hồng ngoại bị giữ lại, mà không bức xạ ra ngoài vũ trụ Chất khí nào sau đây là nguyên nhân gây ra hiệu ứng nhà kính ?
A H2 B N2 C CO2 D O2
Câu 19: Nhóm những chất khí (hoặc hơi) nào dưới đây đều gây hiệu ứng nhà kính khi nồng độ của
chúng trong khí quyền vượt quá tiêu chuẩn cho phép ?
A N2 và CO B CO2 và O2 C CH4 và H2O D CO2 và CH4
Câu 20: “Nước đá khô” không nóng chảy mà thăng hoa nên được dùng để tạo môi trường lạnh và
khô rất tiện cho việc bảo quản thực phẩm Nước đá khô là :
A CO rắn B SO2 rắn C H2O rắn D CO2 rắn
Câu 21: Khi nói về CO2, khẳng định nào sau đây không đúng ?
A Chất khí không màu, không mùi, nặng hơn không khí
B Chất chủ yếu gây hiệu ứng nhà kính
C Chất không độc nhưng không duy trì sự sống
D Chất khí dùng để chữa cháy, nhất là các đám cháy kim loại
Câu 22: CO2 không cháy và không duy trì sự cháy nhiều chất nên được dùng để dập tắt các đám cháy Tuy nhiên, CO2 không dùng để dập tắt đám cháy nào dưới đây ?
A đám cháy do xăng, dầu B đám cháy nhà cửa, quần áo
C đám cháy do magie hoặc nhôm D đám cháy do khí gas