Tài liệu Chuyên đề cacbon silic ( www.sites.google.com/site/thuvientailieuvip )

Gv: Hà Thành Trung Bài 5: CACBON – SILIC A. Cacbon: I. Cacbon 1. Cấu tạo nguyên tử: - Cấu hình e: 1s22s22p2 2. Lý tính: Có các dạng thù hình sau a. Kim cương: Tinh thể nguyên tử có độ cứng đặc biệt, trong suốt, không màu, không dẫn điện, dẫn nhiệt kém, kém hoạt động b. Than chì (graphit): Tinh thể nguyên tử có cấu trúc lớp, màu xám đen, mềm, có ánh kim, dẫn điện tốt (kém Kim loại), khó nóng chảy. c. Fulerene: Là những phân tử cấu thành từ các nguyên tử cacbon, chúng có dạng rỗng như mặt cầu, ellipsoid, hay ống. Các fullerene hình cầu còn được gọi là quả bóng bucky (buckyballs), và hình trụ tròn rỗng được gọi là ống nano cacbon hay ống bucky (buckytube). Fullerene có cấu trúc tương tự với than chì, là tổ hợp của lớp than chì độ dày một nguyên tử (còn gọi là graphene) liên kết với nhau tạo thành vòng lục giác; nhưng chúng cũng có thể tạo thành vòng ngũ giác hoặc thất giác. d. Cacbon vô định hình: Than gỗ, than xương, than muội, mồ hóng, than cốc… Chất bột màu đen, không ở dạng tinh thể, xốp, có khả năng hấp phụ mạnh các khí và chất tan trong dung dịch 1 Gv: Hà Thành Trung a. Kim cương b. Than chì e. Fulerene 540 f. Fulerene 70 g. Cacbon vô định hình c. Cacbon trong thiên thạch d. Fulerene 60 h. ống nanocacbon có vách đơn. 3. Hóa tính: - Ở nhiệt độ thường, Cacbon trơ về mặt hóa học, khi đốt nóng bắt đầu hoạt động hơn. Khả năng hoạt động hóa học: Kim Cương > Than chì > Cacbon vô định hình a. Tính khử: C + O2 → CO2 2C + O2 → 2CO C + 2S → CS2 C không tác dụng trực tiếp với halogen C + CO2 → 2CO 3C + SiO2 → SiC + 2CO C + SiO2 → CO2 + Si C + ZnO → Zn + CO 3C + CaO → 3C + Fe2O3 → 2Fe + 3CO CaC2 + CO 9C + 2Al2O3 → Al4C3 + 6CO C + 4KNO3 → 2K2O + CO2 + 4NO2 C + 2H2SO4 đặc → CO2 + 2SO2 + 2H2O C + 4HNO3 đặc → CO2 + 4NO2 + 2H2O 2 Gv: Hà Thành Trung C + H2 O → CO + H2 b. Tính oxi hóa: C + 2H2 → 2C + Ca → CH4 CaC2 C + Si → SiC (cacborundum: cứng gần bằng kim cương) 3C + 4Al → Al4C3 C + 3Fe → Fe3C 4. Trạng thái tự nhiên, Điều chế, Ứng dụng: a. Trạng thái tự nhiên: - Caxit CaCO3 (đá vôi, đá phấn, đá hoa) - Magiezit MgCO3 - Đôlômit: CaCO3.MgCO3 b. Điều chế: - Kim cương được điều chế từ than chì khi đun ở 20000C, 50.000 – 100.000 atm, với xúc tác Fe/Cr/Ni - Than chì điều chế từ than cốc, nhựa và cát với hồ quang điện sau 24 -36 giờ - Than gỗ tạo nên khi đốt cháy gỗ - Than cốc được điểu chế bằng cách nung than đá ở 1000 12000C trong lò điện (không có không khí) - Than muội tạo nên khi nhiệt phân CH4 : CH4 → C + 2H2 c. Ứng dụng: - Kim cương: làm trang sức, mũi khoan, dao cắt thủy tinh, bột mài - Than chì: làm điện cực, nồi nấu hợp kim chịu nhiệt, chất bôi trơn, ruột chì - Than cốc: làm chất khử trong luyện kim từ quặng - Than gỗ: chế tạo thuốc nổ đen, thuốc pháo - Than hoat tính: dùng trong mặt nạ phòng độc và công nghiệp hóa chất - Than muội: chất độn cao su, sản xuất mực in, xi đánh giày 3 Gv: Hà Thành Trung II. Cacbon monooxit CO: 1. Lý tính: - Khí rất độc, không màu, không mùi, không vị, rất ít tan trong nước 2. Hóa tính: Là oxit trung tính không tạo muối, ở nhiệt độ thường rất trơ, hoạt mạnh khi đun nóng CO + O2 → 2CO2 COCl2 : Photgen – rất độc CO + Cl2 → 4CO + Ni → 3CO + Cr → cháy với ngọn lửa màu lam nhạt Ni(CO)4 : CacbonilNiken Cr(CO)3 yCO + MxOy → xM + yCO2 : (với M là kim loại sau Al trong dãy hoạt động) CO + 2Na2O → Na2CO3 + 2Na CO + H2O → HCOOH CO + KOH → HCOOK CO + CH3OH → CH3COOH CO + PdCl2 + H2O Pd + 2HCl + CO2 3. Điều chế: a. Trong Công nghiệp: - Điều chế khí than khô: Không khí + C → CO + CO2 + N2 - Điều chế khí than ướt: cho hơi nước qua than nóng đỏ C + O2 → CO2 C + H2O → CO + H2 b. Trong phòng thí nghiệm: HCOOH → CO + H2O 4 Gv: Hà Thành Trung III. Cacbon dioxit CO2: 1. Lý tính: O=C=O - Khí không màu, có mùi, vị hơi chua, tan trong nước 2. Hóa tính: CO2 + OH- HCO3- CO2 + 2OH- CO32- + H2O Tỉ lệ: : - T ≤ 1 : tạo muối HCO3-. - T ≥ 2 : tạo muối CO32-. - 1< T <2: tạo hỗn hợp muối . CO2 + 2Mg → 2MgO +C 3CO2 + 4Al → 2Al2O3 + 3C CO2 + C → 2CO CO2 + H2 → H2O + CO CO2 khô + 2NH3 lỏng → (NH2)2CO + H2O 3. Điều chế: a. Trong công nghiệp: - Đốt cháy hoàn toàn than cốc trong không khí: - Nung đá vôi ở 10000C: CaCO3 → - Lên men ancol glucozo: C6H12O6 → C + O2 → CO2 CaO + CO2 2C2H5OH + 2CO2 b. Trong phòng thí nghiệm: CaCO3 + 2HCl CaCl2 + CO2 + H2O IV. Muối cacbonat: 1. Lý tính: - Muối cacbonat của kim loại kiềm, amoni, hidrocacbonat tan - Các muối Cacbonat kim loại hóa trị 2 không tan: CaCO3, MgCO3, PbCO3, FeCO3… - Muối cacbonat hóa trị III không tồn tại trong dung dịch: Al2(CO3)3 + 6H2O 2Al(OH)3 + 3CO2 Fe2(CO3)3 + 6H2O 2Fe(OH)3 + 3CO2 5 Gv: Hà Thành Trung 2. Hóa tính: CaCO3 → CaO + CO2 Ca(HCO3)2 → CaCO3 + CO2 + H2O 2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O 2HCO3- → CO32- + CO2 + H2O CO32- + H+ CO32- + 2H+ HCO3- HCO3- + H+ HCO3- + OH- CO2 + H2O CO32- + CO2 + H2O CO32- + H2O Lưu ý: Na2CO3 không bị nhiệt phân Ag2CO3 → Ag2O + CO2 B. Silic I. Silic: 1. Cấu tạo: Cấu hình: 1s22s22p63s23p2 2. Lý tính, trạng thái tự nhiên: Silic có 2 dạng thù hình: - Silic tinh thể: cấu trúc giống kim cương, màu xám, có ánh kim, tính bán dẫn - Silic vô định hình: bột màu nâu 3. Hóa tính: Si + 2F2 Si + 2Cl2 → SiCl4 SiF4 Si + O2 → SiO2 Si + C → SiC 3Si + 2N2 → Si3N4 Si + 2Mg → Mg2Si Mg2Si + 4HCl SiF4 + 2O2 2MgCl2 + SiH4 (Silan bốc cháy trong không khí) SiO2 + 2H2O Si + 2KOH + H2O 3Si + 18HF + 4HNO3 K2SiO3 +2H2 3H2SiF6 + 4NO + 8H2O 6 Gv: Hà Thành Trung 4. Điều chế: a. Trong công nghiệp: SiO2 + 2C → 2CO + Si 3SiO2 + 2CaC2 → 3Si + 2CaO + 4CO SiCl4 + 2Zn → Si + 2ZnCl2 SiH4 → Si + 2H2 b. Trong phòng thí nghiệm: SiO2 + 2Mg → 2MgO + Si 5. Trạng thái tự nhiên, ứng dụng: a. Trạng thái tự nhiên: Tồn tại trong tự nhiên dạng SiO2, Silicat, aluminosilicat (cao lanh, mica, fenspat, đá xà vân, thạch anh….) Là nguyên tố phổ biến thứ 2 (sau Oxi) b. Ứng dụng: Silic siêu tinh khiết là chất bán dẫn (dùng trong kỹ thuật vô tuyến, điện tử, tế bào quang điện, pin mặt trời…) Silic dùng để tách oxi ra khỏi kim loại nóng chảy, chế tao thép chịu axit (ferosilic) II. SiO2 1. Trạng thai tự nhiên và lý tính: SiO2 tồn tại dạng tinh thể, chất rắn, không màu, khó nóng chảy, không tan trong nước Trong tự nhiên, tồn tại dạng thạch anh và cát trắng, cát trắng là SiO2 gần như nguyên chất SiO2 là nguyên liệu quan trọng để sản xuất thủy tinh và đồ gốm…. 2. Hóa tính: SiO2 + 2NaOH đặc → Na2SiO3 + H2O SiO2 + 4HF SiO2 + Na2CO3 SiF4 + 2H2O Na2SiO3 + CO2 7 Gv: Hà Thành Trung 3. H2SiO3: Là axit rất yếu, kém bền, tủa keo trong nước H2SiO3 → SiO2 + H2O H2SiO3 + 2NaOH Na2SiO3 + H2O Na2SiO3 + CO2 + H2O Na2SiO3 + 2HCl SiCl4 + 3H2O Na2CO3 + H2SiO3 keo trắng 2NaCl + H2SiO3 keo trắng 4HCl + H2SiO3 keo trắng III. Thủy tinh lỏng: - Thủy tinh lỏng là dd đặc hh Na2SiO3 và K2SiO3 (vải/ gỗ tẩm thủy tinh lỏng sẽ khó cháy), dùng làm keo dán thủy tinh và sứ - Thủy tinh rắn: CaSiO3 - Pha lê: nấu chảy SiO2 với KOH và PbO ta nhận được thủy tinh nặng gọi là Pha lê 8 Gv: Hà Thành Trung Bài tập áp dụng Câu 1: Cho các phát biểu sau: (1) SO2 là một trong những nguyên nhân chính gây ra mưa axit. (2) Sử dụng máy photocopy không đúng cách có thể gây hại cho cơ thể do máy khi hoạt động tạo ra O3. (3) SO3 tan vô hạn trong axit sunfuric. (4) Phân tử SO2 không phân cực . (5) KMnO4 và KClO3 được dùng để điều chế oxi vì có tính oxi hóa mạnh. (6) SiO2 tan dễ trong kiềm nóng chảy và đẩy được CO2 ra khỏi muối. (7) Giống như Cacbon, Silic có các số oxi hoá đặc trưng 0, +2, +4, -4. (8) Cát là SiO2 có chứa nhiều tạp chất. Số phát biểu đúng là : A. 4. B. 5. C. 6. D. 7 Câu 2: (1) H2S + O2 (2) Dung dịch FeCl2 + dung dịch AgNO3 (dư) (3) CaOCl2 + HCl đặc (4) Al + dung dịch NaOH (5) F2 + H2O (6) Na2S2O3 + dung dịch H2SO4 (7) SiO2 + Mg (tỉ lệ 1:2) (8) CH3OH + CuO (t0) Số phản ứng có thể tạo ra đơn chất là: A. 5 B. 7 C. 8 D. 6 Câu 3: X, Y, Z là các hợp chất vô cơ của một kim loại, khi đốt nóng ở nhiệt độ cao đều cho ngọn lửa màu vàng, biết: X+Y Z (1) Y E+X Y (3) E+X Z + H2 O + E Z (2) (4) Biết E là hợp chất của cacbon. X, Y, Z, E lần lượt là: A. KOH, KHCO3, CO2, K2CO3. B. NaOH, NaHCO3, Na2CO3, CO2. C. NaOH, Na2CO3, NaHCO3, CO2. D. NaOH, Na2CO3, CO2, NaHCO3 9 Gv: Hà Thành Trung Câu 4: Tiến hành các thí nghiệm sau: (1) Sục khí H2S vào dung dịch FeSO4 (2) Sục khí H2S vào dung dịch CuSO4 (3) Nhỏ từ từ dung dịch NH3 đến dư vào dung dịch Al2(SO4)3 (4) Sục khí CO2 đến dư vào dung dịch Ca(OH)2 (5) Sục khí CO2 dư vào dung dịch Na2SiO3 (6) Nhỏ từ từ dung dịch Ba(OH)2 đến dư vào dung dịch Al2(SO4)3 Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, số thí nghiệm thu được kết tủa là A. 6 B. 3 C. 4 D. 5 C. CaCO3.MgCO3 D. FeCO3.CaCO3 Câu 5: Quặng Đôlômit có công thức là: A. MgCO3 B. BaCO3.MgCO3 Câu 6: Nước đá khô không nóng chảy mà thăng hoa nên được dùng để tạo môi trường lạnh và khô rất tốt cho việc bảo quản thực phẩm . Nước đá khô là: A. H2O rắn B. CO2 rắn C. O2 rắn D. I2 rắn Câu 7: Trong các phản ứng hoá học sau, phản ứng nào sai? A. SiO2 + 4HF → SiF4 + 2H2O B. SiO2 + 4HCl → SiCl4 + 2H2O C. SiO2 + 2C → Si + 2CO D. SiO2 + 2Mg → 2MgO + Si Câu 8: Phản ứng có phương trình ion thu gọn HCO3- + OH- → CO32- + H2O là: A. NaHCO3 + HCl → NaCl + CO2 + H2O. B. Ca(HCO3)2 + 2NaOH → CaCO3 + Na2CO3 + 2H2O. C. 2NaHCO3 + Ca(OH)2 → CaCO3 + Na2CO3 + 2H2O. D. 2NaHCO3 + 2KOH → Na2CO3 + K2CO3 + 2H2O 10 Gv: Hà Thành Trung Câu 9: Khí CO2 điều chế trong phòng TN thường lẫn khí HCl và hơi nước. Để loại bỏ HCl và hơi nước ra khỏi hỗn hợp, ta dùng: A. Dung dịch NaOH đặc và P2O5 rắn khan B. Dung dịch NaHCO3 bão hoà và dung dịch H2SO4 đặc. C. Chỉ cần dùng dung dịch H2SO4 đặc. D. Dung dịch Na2CO3 bão hoà và dung dịch H2SO4 đặc. Câu 10: Phát biểu nào sau đây là đúng? A. Cacbon mono oxit và silic đioxit là oxit axit. B. Axit silixic là axit yếu nhưng rất bền C. Photpho trắng có cấu trúc mạng tinh thể nguyên tử Photpho đỏ có cấu trúc polime D. Thuỷ tinh lỏng là dung dịch đậm đặc của Na2SiO3 và K2SiO3 11