Tiêu đề Chuyên đề 17 - Carbon - silicon.docx ✅

Tên Chuyên Đề: CARBON - SILICON Phần A: Lí Thuyết I. CARBON VÀ HỢP CHẤT CỦA CARBON 1. CARBON 1.1. VỊ TRÍ – CẤU HÌNH ELECTRON * Vị trí: Ô thứ 6, nhóm IVA, chu kì 2 của bảng tuần hoàn. * Cấu hình electron: 1s 2 2s 2 2p 2 . * Hóa trị: IV (hoặc II trong 1 số hợp chất). * Các số oxi hoá thường gặp của C: -4, 0, +2 và +4. 1.2. Tính chất vật lí Nguyên tố carbon có ba dạng thù hình chính là kim cương, than chì và fuleren Kim cương Than chì Carbon vô định hình Kim cương là chất tinh thể trong suốt, không màu, không dẫn điện, dẫn nhiệt kém. Than chì là chất tinh thể màu xám đen, dẫn điện tốt. Than gỗ, than xương, than muội,... được gọi chung là carbon vô định hình. Cấu trúc tứ diện đều Cấu trúc lớp Cấu tạo xốp - Do cấu trúc này mà kim cương rất cứng, là chất cứng nhất trong tất cả các chất. - Do cấu trúc này mà than chì mềm, khi vạch trên giấy nó để lại vạch đen gồm nhiều lớp tinh thể. - Có khả năng hấp phụ mạnh các chất khí và chất tan trong dung dịch. 1.3. Ứng dụng Kim cương Than chì Carbon vô định hình - Dùng làm đồ trang sức, chế tạo mũi khoan, dao cắt thuỷ tinh, làm bột mài. - Dùng làm điện cực, làm nồi để nấu chảy các hợp kim chịu nhiệt, chế 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 súng đen, thuốc pháo. - Than muội được dùng làm chất độn trong cao su, để sản xuất mực in, xi đánh giầy,... - Than hoạt tính được dùng trong mặt nạ phòng độc và trong công nghiệp hoá chất. 1.4. Trạng thái tự nhiên * Trong tự nhiên, kim cương và than chì là carbon tự do gần như tinh khiết. * Carbon còn có trong các khoáng vật như canxit (đá vôi, đá phấn, đá hoa, đều chứa CaCO 3 ), magnesit (MgCO 3 ), dolomite (CaCO 3 .MgCO 3 ),...
* Là thành phần chính của các loại than mỏ (than antraxit, than mỡ, than nâu, than bùn, chúng khác nhau về tuổi địa chất và hàm lượng carbon), dầu mỏ, khí thiên nhiên. * Hợp chất của carbon là thành phần cơ sở của các tế bào động vật và thực vật, nên carbon có vai trò rất lớn đối với sự sống. 1.5. Tính chất hóa học Trong các phản ứng oxi hoá - khử, đơn chất carbon có thể tăng hoặc giảm số oxi hoá, nên nó thể hiện tính khử hoặc tính oxi hoá. Tuy nhiên, tính khử vẫn là tính chất đặc trưng của carbon. Tính oxi hóa Tính khử * Tác dụng với H 2 0 t 24C + 2H CH * Tác dụng với kim loại 0 t 433C + 4Al AlC (aluminium carbide) * Tác dụng với O 2 0 t 22C + O CO 0 t 2C + CO 2CO * Tác dụng với hợp chất 0 t 3222C + 4HNO CO + 4NO + 2HO 2. HỢP CHẤT CỦA CARBON 2.1. OXIT CỦA CARBON CARBON MONOXIDE (CO) CARBON DIOXIDE (CO 2 ) Tính chất vật lí - Carbon monoxide là chất khí không màu, không mùi, không vị, hơi nhẹ hơn không khí, rất ít tan trong nước, rất bền với nhiệt. - Khí CO rất độc. - CO 2 là chất khí không màu, nặng gấp 1,5 lần không khí, tan không nhiều trong nước. - Ở trạng thái rắn, CO 2 tạo thành một khối trắng, gọi là “nước đá khô”. Nước đá khô thăng hoa ở - 78,5 o C, được dùng để tạo môi trường lạnh không có hơi ẩm. Tính chất hóa học 1. Carbon monoxide là oxide không tạo muối - CO không tác dụng với nước, acid và dung dịch kiềm ở điều kiện thường. 2. Tính khử 0 t 222CO + O 2CO 0 t 2323CO + FeO 3CO + 2Fe Lưu ý: CO khử được nhiều oxide kim loại (sau Al trong dãy HĐHH). - Khí CO 2 không cháy và không duy trì sự cháy của nhiều chất, nên người ta thường dùng những bình tạo khí CO 2 để dập tắt các đám cháy. - CO 2 là oxide acid + Tác dụng với nước 2(k)2(l)23(dd)CO + HO HCO  + Tác dụng với dung dịch kiềm 23CO + NaOH NaHCO 2232CO + 2NaOH NaCO + HO
Điều chế 1. Trong phòng thí nghiệm 24HSO ®Æc 2HCOOH CO + HO 2. Trong công nghiệp * Khí than ướt 0 t 2(h)2HO + C CO + H * Khí lò gas 0 t 22C + O CO 0 t 2C + CO 2CO 1. Trong phòng thí nghiệm 3222CaCO + 2HCl CaCl + CO + HO 2. Trong công nghiệp Khí CO 2 được sản xuất bằng cách nung đá vôi ở 900 - 1000 o C trong lò nung vôi: 0 t 32CaCO CaO + CO 2.2. carbonic acid Carbonic acid rất kém bền, chỉ tồn tại trong dung dịch loãng, dễ bị phân huỷ thành CO 2 và H 2 O. 233HCO H + HCO  2 33HCO H + CO  2.3. muối carbonate 2.3.1. Khái niệm – Tính chất vật lí - Muối carbonate là muối của carbonic acid. + Muối carbonate trung hòa: Na 2 CO 3 ; CaCO 3 ;… + Muối hydrogen carbonate: NaHCO 3 ; Ca(HCO 3 ) 2 ;… - Muối carbonate của kim loại kiềm, ammonium và đa số các muối hydrogen carbonate dễ tan trong nước. Các muối carbonate của kim loại khác không tan trong nước. 2.3.2. Tính chất hóa học a. Tác dụng với acid 2322NaCO + 2HCl 2NaCl + CO + HO 2 322CO + 2H CO + HO 322NaHCO + HCl NaCl + CO + HO 322HCO + H CO + HO b. Tác dụng với base 3232NaHCO + NaOH NaCO + HO 2 332HCO + OH CO + HO 3 HCO lưỡng tính. c. Phản ứng nhiệt phân
Các muối carbonate kim loại kiềm đều bền với nhiệt. Các muối carbonate của kim loại khác, cũng như muối hydrogen carbonate dễ bị nhiệt phân huỷ. Thí dụ: 0 t 32MgCO MgO + CO 0 t 323222NaHCO NaCO + CO + HO 0 t 32322Ca(HCO) CaCO + CO + HO 2.3.3. Ứng dụng - Calcium carbonate (CaCO 3 ) tinh khiết là chất bột màu trắng, nhẹ, được dùng làm chất độn trong một số ngành công nghiệp. - Sodium carbonate khan (Na 2 CO 3 , còn gọi là soda khan) được dùng trong công nghiệp thuỷ tinh, đồ gốm, bột giặt,... - Sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ) được dùng trong công nghiệp thực phẩm. NaHCO 3 còn được dùng làm thuốc chữa bệnh đau dạ dày (thuốc muối nabica). II. SILICON VÀ HỢP CHẤT CỦA SILICON 1. SILICON 1.1. VỊ TRÍ – CẤU HÌNH ELECTRON * Vị trí: Ô thứ 14, nhóm IVA, chu kì 2 của bảng tuần hoàn. * Cấu hình electron: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 . 1.2. tính chất vật lí * Silicon có hai dạng thù hình: silicon tinh thể và silicon vô định hình. - Silicon tinh thể có cấu trúc giống kim cương, có tính bán dẫn,… - Silicon vô định hình là chất bột màu nâu. 1.3. tính chất hóa học Silicon có các số oxi hoá -4, 0, +2 và +4. Trong các phản ứng oxi hoá - khử, silicon thể hiện tính khử và tính oxi hoá. Tính oxi hóa Tính khử - Ở nhiệt độ cao silicon tác dụng với các kim loại như Calcium, magnesium, iron, tạo thành silixua kim loại. Thí dụ: 0 t 22Mg + Si MgSi (magie silixua) a) Tác dụng với phi kim 24Si + 2F SiF 0 t 22Si + O SiO b) Tác dụng với hợp chất 2232Si + 2NaOH + HO NaSiO + 2H 1.4. TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN - ỨNG DỤNG 1.4.1. Trạng thái tự nhiên * Silicon là nguyên tố phổ biến thứ hai, sau oxi, chiếm gần 29,5% khối lượng vỏ Trái Đất.