Hóa học 11 Bài 15: Cacbon
A. Lý thuyết Cacbon
I. Vị trí cấu tạo và tính chất vật lý
1. Vị trí – Cấu hình electron nguyên tử
– Cacbon ở ô thứ 6, chu kỳ 2, nhóm IVA của bảng tuần hoàn.
– Cấu hình e: 1s22s22p2. C có 4 electron lớp ngoài cùng.
– Các số oxi hóa của C là: -4, 0, +2, +4.
2. Tính chất vật lý
– 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.
II. Tính chất hóa học
– 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.
a. Tính khử
– Tác dụng với oxi
Ở nhiệt độ cao C lại khử CO2 theo phản ứng:
– Tác dụng với oxit kim loại:
+ C khử được oxit của các kim loại đứng sau Al trong dãy hoạt động hóa học của kim loại:
CuO + C → Cu + CO (tº)
Fe2O3 + 3C → 2Fe + 3CO (tº)
+ Với CaO và Al2O3:
CaO + 3C → CaC2 + CO (trong lò điện)
2Al2O3 + 9C → Al4C3 + 6CO (2000ºC)
– Tác dụng với các chất oxi hóa mạnh thường gặp H2SO4 đặc, HNO3, KNO3, KClO3, K2Cr2O7, … trong các phản ứng này, C bị oxi hóa đến mức +4 (CO2).
C + 2H2SO4 đặc → CO2 + 2SO2 + 2H2O (tº)
C + 4HNO3 đặc → CO2 + 4NO2 + 2H2O (tº)
C + 4KNO3 → 2K2O + CO2 + 4NO2 (tº)
– Khi nhiệt độ cao, C tác dụng được với hơi nước:
C + H2O → CO + H2 (1000ºC)
C + 2H2O → CO2 + 2H2
b. Tính oxi hóa
– Tác dụng với hidro
– Tác dụng với kim loại
III. Trạng thái tự nhiên
– Kim cương và than chì là cacbon ở dạng tự do gần như tinh khiết.
– Cacbon còn có trong các khoáng vật như canxit (đá vôi, đá hoa, đá phấn đều chứa CaCO3), magiezit (MgCO3), đolomit (CaCO3.MgCO3). Dầu mỏ, khí thiên nhiên là hỗn hợp của các chất khác nhau chứa cacbon. Cơ thể động thực vật cũng chứa nhiều hợp chất của cacbon.
IV. Ứng dụng và điều chế
1. Ứng dụng
– Kim cương được dùng làm đồ trang sức. Trong kĩ thuật, kim cương được dùng làm mũi khoan, dao cắt thuỷ tinh, bột mài.
– Than chì được dùng làm điện cực; làm nồi, chén 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 thuốc nổ đen, thuốc pháo, chất hấp phụ.
– Than muội được dùng làm chất độn khi lưu hoá cao su, để sản xuất mực in, xi đánh giày.
2. Điều chế
– Kim cương nhân tạo được điều chế bằng cách nung than chì ở 2000oC, p từ 50 – 100 nghìn atm, xúc tác là Fe, Cr, Ni.
– Than chì nhân tạo được điều chế bằng cách nung than cốc ở 2500 – 3000oC trong lò điện, không có không khí.
– Than cốc được điều chế bằng cách nung than mỡ khoảng 1000oC trong lò cốc, không có không khí.
– Than gỗ được tạo nên khi đốt cháy gỗ trong điều kiện thiếu không khí.
– Than muội được tạo nên khi nhiệt phân metan ở điều kiện nhiệt độ và xúc tác thích hợp.
– Than mỏ được khai thác trực tiếp từ các vỉa than nằm sâu dưới mặt đất.
B. Trắc nghiệm Cacbon
Bài 1: 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.
Đáp án: A
Bài 2: 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.
Đáp án: D
Bài 3: Kim cương và than chì là các dạng thù hình của nguyên tố cacbon nhưng lại có nhiều tính chất khác nhau như độ cứng, khả năng dẫn điện, … là do nguyên nhân nào dưới đây ?
A. Kim cương là kim loại còn than chì là phi kim.
B. Chúng có thành phần nguyên tố cấu tạo khác nhau.
C. Chúng có cấu tạo mạng tinh thể khác nhau.
D. Kim cương cứng còn than chì mềm
Đáp án: C
Bài 4: 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.
Đáp án: C
Bài 5: Trong những nhận xét dưới đây, nhận xét nào không đúng ?
A. Kim cương là cacbon hoàn toàn tinh khiết, trong suốt, không màu, không dẫn điện.
B. Than chì mềm do có cấu trúc lớp, các lớp lân cận liên kết với nhau bằng lực tương tác yếu.
C. Than gỗ, than xương có khả năng hấp thụ các chất khí và chất tan trong dung dịch.
D. Khi đốt cháy cacbon, phản ứng tỏa nhiều nhiệt, sản phẩm thu được chỉ là khí cacbonic.
Đáp án: D
Bài 6: 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
A. 1,2 và 1,96. B. 1,5 và 1,792.
C. 1,2 và 2,016. D. 1,5 và 2,8.
Đáp án: A
C + O2 → CO (x mol) + CO2 (y mol)
x + y = 0,1 ⇒ nC = 0,1 ⇒ m = 1,2 gam
28x + 44y = 32. 1,25(x + y) ⇒ x = 0,025; y = 0,075 (mol)
Bảo toàn nguyên tố O:
Bài 7: 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
A. 1,2. B. 6. C. 2,5. D. 3.
Đáp án: A
C (x) + 4HNO3 → CO2 (x) + 4NO2 (4x mol) + 2H2O
5x = 0,5 ⇒ x = 0,1 ⇒ m = 1,2 gam
Bài 8: Cacbon vô định hình được điều chế từ than gỗ hay gáo dừa có tên là than hoạt tính. Tính chất nào của than hoạt tính giúp con người chế tạo các thiết bị phòng độc, lọc nước ?
A. Than hoạt tính dễ cháy.
B. Than hoạt tính có cấu trúc lớp.
C. Than hoạt tính có khả năng hấp phụ cao.
D. Than hoạt tính có khả năng hòa tan tốt trong nhiều dung môi.
Đáp án: C
Bài 9: 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.
Đáp án: C
Bài 10: 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
Đáp án: D
Bài 11: phản ứng nào trong các phản ứng sau đây, cacbon thể hiện tính oxi hóa ?
A. C + O2 → CO2 B. C + 2CuO → 2Cu + CO2
C. 3C + 4Al → Al4C3 D. C + H2O → CO + H2
Đáp án: C
Bài 12: Chất nào sau đây không phải dạng thủ hình của cacbon ?
A. than chì B. thạch anh
C. kim cương D. cacbon vô định hình
Đáp án: B
Bài 13: Công thức phân tử CaCO3 tương ứng với thành phần hóa học chính của loại đá nào sau đây ?
A. đá đỏ. B. đá vôi. C. đá mài. D. đá tổ ong.
Đáp án: B
Bài 14: Cho cacbon lần lượt tác dụng với Al, H2O, CuO, HNO3 đặc , H2SO4 đặc, KclO3, CO2 ở điều kiện thích hợp. Số phản ứng mà trong đó cacbon đóng vai trò chất khử là
A. 6. B. 4. C. 7. D. 5.
Đáp án: A
Bài 15: Nhận định nào sau đây sai ?
A. Cacbon monoxit không tạo ra muối và là một chất khử mạnh.
B. Ở nhiệt độ cao cacbon có thể khử được tất cả cac oxit kim loại giải phóng kim loại.
C. than gỗ được dùng để chế thuốc súng, thuốc pháo, chất hấp phụ.
D. than muội được dùng để làm chất độn cao su, sản xuất mực in, xi đánh giầy.
Đáp án: B