Lý thuyết về Cacbon và hợp chất của Cacbon mới nhất

Tú Văn Tháng Mười Hai 20, 2021

Xin chào các bạn, trong bài này HocThatGioi sẽ đưa ra chi tiết lý thuyết về Cacbon và hợp chất của Cacbon. Đây là phần lý thuyết được HocThatGioi tóm tắt dễ hiểu nhất. Hãy đồng hành cùng chúng mình nhé!

1. Cacbon

Cacbon có kí hiệu hóa học là $C$

Đầu tiên ta đi tìm hiểu về các tính chất vật lí, tính chất hóa học, trạng thái tự nhiên và ứng dụng của cacbon.

1.1. Tính chất vật lí

$C$ có nhiều dạng thù hình như kim cương, than chì, fuleren,…

Kim cương: Không dẫn điện, dẫn nhiệt kém, có độ cứng cao nhất.
Than chì: Dẫn điện tốt, có cấu trúc lớp, mềm.
Fuleren: Cấu trúc rỗng

1.2. Tính chất hóa học

$C$ có thể tồn tại ở nhiều mức oxi hóa khác nhau nhưng thường gặp là $-4,-1,0,+2,+4$ .

Vì có nhiều mức oxi hóa khác nhau nên $C$ vừa có tính khử vừa có tính oxi hóa.

1.2.1. Tính khử

Tác dụng với phi kim

$C+O_2\overset{t^0}{\rightarrow}CO_2$ .
$CO_2+C\overset{t^0}{\rightarrow}2CO$

Tác dụng với oxit kim loại

$C$ khử được các kim loại đứng sau $Al$ trong dãy hoạt động hóa học của kim loại

$CuO+C\overset{t^0}{\rightarrow}Cu+CO$ .
$Fe_2O_3+3C\overset{t^0}{\rightarrow}2Fe+3CO$

Tác dụng với $CaO$ và $Al_2O_3$ .

$CaO+3C\rightarrow CaC_2+CO$ .
$2Al_2O_3+9C\rightarrow Al_4C_3+6CO$

Tác dụng với các chất oxi hóa mạnh

$C +2H_2SO_4\overset{t^0}{\rightarrow}CO_2+2SO_2+2H_2O$ .
$C +4HNO_3\overset{t^0}{\rightarrow}CO_2+4NO_2+2H_2O$

Khi ở nhiệt độ cao, $C$ tác dụng với hơi nước

$C+H_2O\overset{1000^0C}{\rightarrow}CO+H_2O$ .
$C+2H_2O\rightarrow CO_2+2H_2$

1.2.2. Tính oxi hóa

Tác dụng với $H_2$

$C+2H_2\overset{t^0,xt}{\rightarrow}CH_4$

Tác dụng với kim loại $\rightarrow$ cacbua kim loại

$4Al+3C\overset{t^0}{\rightarrow}Al_4C_3$

1.3. Ứng dụng

Kim cương được dùng làm đồ trang sức. Trong kĩ thuật, kim cương dùng làm mũi khoan, dao cắt thủy 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, bút chì đen.
Than cốc được dùng làm chất khử trong luyện kim để luyện kim 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 hóa cao su, để sản xuất mực in, xi đánh giày.

1.4. Trạng thái tự nhiên

Tồn tại trong các khoáng vật: Canxit ( $CaCO_3$ ), Magiezit ( $MgCO_3$ ), Đolomit ( $CaCO_3.MgCO_3$ )

Tồn tại trong dầu mỏ, khí đốt thiên nhiên

2. Hợp chất của Cacbon

2.1. Cacbon monoxit

Kí hiệu hóa học của Cacbon monoxit là $CO$

2.1.1. Tính chất vật lí và cấu tạo phân tử

Cấu tạo phân tử của $CO$ là $C\equiv O$

$CO$ là chất khí không màu, không mùi, không vị, tan rất ít trong nước và bền với nhiệt

$CO$ là khí độc vì nó kết hợp với hemoglobin trong máu tạo thành hợp chất bền làm cho hemoglobin mất tác dụng vận chuyển oxi.

2.1.2. Tính chất hóa học

$CO$ là chất khử mạnh

$CO$ tác dụng với các phi kim

$2CO+O_2\overset{t^0}{\rightarrow}2CO_2(\Delta H<0)$ .
$CO+Cl_2\overset{xt}{\rightarrow}COCl_2$

$CO$ tác dụng với oxit kim loại

$M_xO_y+yCO\overset{t^0}{\rightarrow}xM+yCO_2$ ( $M$ đứng sau $Al$ )
Ví dụ: $CO+CuO\overset{t^0}{\rightarrow}Cu+CO_2$

2.1.3. Điều chế

Trong công nghiệp

$C+H_2O\rightleftharpoons$ khí than ướt
$CO_2+C\overset{t^0}{\rightarrow}$ khí lò gas

Trong phòng thí nghiệm

$HCOOH\xrightarrow[H_2SO_4]{t^0}CO+H_2O$

2.2. Cacbon đioxit

Kí hiệu hóa học của Cacbon đioxit là $CO_2$

2.2.1. Tính chất vật lí và cấu tạo phân tử

Cấu tạo phân tử của $CO_2$ là $O=C=O$

Là khí không màu, vị hơi chua, tan ít trong nước. $CO_2$ khi bị làm lạnh đột ngột là thành phần chính của nước đá khô

2.2.2. Tính chất hóa học

Khí $CO_2$ không cháy và không duy trì sự cháy (trừ $Mg, Al$ )

Ví dụ : $CO_2+2Mg\overset{t^0}{\rightarrow}C+2MgO$

Vậy nên ta không dùng $CO_2$ để dập các đám cháy $Mg, Al$

Tính oxit axit

$CO_2$ tan trong nước tạo thành axit cacbonic (là một điaxit rất yếu)

$CO_2+H_2O\rightleftharpoons H_2CO_3$

$CO_2$ tác dụng với oxit bazơ tạo ra muối

$CO_2+CaO\overset{t^0}{\rightarrow}CaCO_3$

$CO_2$ tác dụng với dung dịch bazơ tạo ra muối và nước

$NaOH+CO_2\rightarrow NaHCO_3$
$2NaOH+CO_2\rightarrow Na_2CO_3 +H_2O$

2.2.3. Điều chế

Trong phòng thí nghiệm

$CaCO_3+2HCl\rightarrow CaCl_2+CO_2+H_2O$

2.3. Axit cacbonic và muối cacbonat

2.3.1. Axit cacbonic

Kí hiệu hóa học của axit cacbonic là $H_2CO_3$

Là axit rất yếu và kém bền

Dễ bị phân hủy: $H_2CO_3\rightarrow CO_2+H_2O$

2.3.2. Muối cacbonat

Có 2 loại đó là muối cacbonat ( $CO_3^{2-}$ ) và muối hidrocacbonat ( $HCO_3^-$ )

Tính chất hóa học

$HCO_3^-+H^+\rightarrow CO_2+H_2O$
$CO_3^{2-}+2H^+\rightarrow H_2O+CO_2$
$HCO_3^-+OH^-\rightarrow CO_3^{2-}+H_2O$

Ví dụ:

$NaHCO_3+HCl\rightarrow NaCl+ CO_2+H_2O$
$Na_2CO_3+2HCl\rightarrow 2NaCl+CO_2+H_2O$
$NaHCO_3+NaOH\rightarrow Na_2CO_3+H_2O$

Phản ứng nhiệt phân:

$2NaHCO_3\overset{t^0}{\rightarrow}Na_2CO_3+CO_2+H_2O$ .
$MgCO_3\overset{t^0}{\rightarrow}MgO+CO_2$

Trên đây là lý thuyết về cacbon và hợp chất của cacbon. Cảm ơn các bạn đã theo dõi bài viết của HocThatGioi. Hi vọng rằng bài viết sẽ mang lại thêm các kiến thức về cacbon cho bạn. Hãy đồng hành cùng HocThatGioi để tiếp thu thêm các kiến thức hay, bổ ích nhé. Chúc các bạn học tốt!