Bài 16: Hợp chất của cacbon

1.1. Tính chất vật lý

- Là chất khí không màu, không mùi, không vị

- Hơi nhẹ hơn không khí, ít tan trong nước

- Hóa lỏng ở -191,5⁰C, hóa rắn ở -205,5⁰C, rất bền với nhiệt

- CO là khí rất độc

1.2. Tính chất hóa học

CO là oxít không  tạo muối (oxít trung tính)

Ở t^O thường, không tác dụng với H₂O, axít, kiềm.

Tính khử

CO cháy trong oxi hoặc không khí: 2CO + O₂ → 2CO₂

Tác dụng với nhiều oxít  kim loại (đứng sau Al)

3CO + Fe₂O₃ → 3CO₂ + 2Fe

1.1.3. Điều chế           

Trong Phòng thí nghiệm

HCOOH  → CO + H₂O (đk: H₂SO₄ đặc)

Trong công nghiệp

Hình 1: Sơ đồ lò gas

C + H₂O  CO + H₂ (khí than ướt)

CO₂ + C  →  2CO (khí than khô)

2.1. Tính chất vật lý

- Chất khí, không màu, nặng gấp 1,5 lần không khí

- Tan không nhiều trong nước

- Ở trạng thái rắn, CO₂ tạo thành một khối trắng gọi là "nước đá khô". Nước đá khô không nóng chảy mà thăng hoa, dùng để tạo môi trường lạnh, không có hơi ẩm.

2.2. Tính chất hóa học

CO₂ là khí không duy trì sự sống và sự cháy.

CO₂ là oxít axít

- Tan trong nước tạo H₂CO₃.

CO_2(k) + H₂O_(l) → H₂CO₃ (dd).

- Tác dụng với dung dịch bazơ:

CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃ + H₂O (Nhận biết CO₂)

2CO₂ + Ca(OH)₂ → Ca(HCO₃)₂

2.3. Điều chế

Trong Phòng thí nghiệm

CaCO₃ +2HCl → CaCl₂+CO₂+ H₂O.

Trong Công nghiệp

CaCO₃ → CaO + CO₂

3.1. Axít cacbonic

- H₂CO₃ là axít 2 nấc rất yếu, kém bền phân huỷ thành CO₂ và H₂O.

H₂CO₃  \(\leftrightarrows\)H⁺ + HCO₃^-

HCO₃^- \(\leftrightarrows\) H⁺ + CO₃ ^2-

- Tác dụng với dd kiềm → muối

+ Trung hoà: Na₂CO₃, CaCO₃…

+ Axít: NaHCO₃, Ca(HCO₃)₂…

3.2. Muối cacbonat

Tính chất

- Tính tan

+ Muối cacbonat của kim loại kiềm, amoni và đa số các muối hidrocacbonat đều tan trong nước

+ Muối cacbonat của kim loại khác không tan trong nước

- Tác dụng với axít (Nhận biết muối cacbonat)

NaHCO₃ + HCl → NaCl + CO₂ + H₂O

HCO₃^- + H⁺ →CO₂ + H₂O

Na₂CO₃ + 2HCl → NaCl+CO₂ + H₂O

CO₃^2- + 2H⁺ → CO₂ + H₂O

Video 1: Phản ứng giữa NaHCO₃ và dung dịch HCl

- Tác dụng với dd kiềm

Muối hidrocacbonat tác dụng với dd kiềm.

NaHCO₃ + NaOH → Na₂CO₃ + H₂O

HCO₃^- + OH^- → CO₃^2- + H₂O

- Phản ứng nhiệt phân

Muối cacbonat tan: Không bị nhiệt phân.

Muối cacbonat ko tan → oxít kim loại + CO₂.

VD: Mg CO_3(r) → MgO_(r) + CO_2(k)

Muối hidrocacbonat → CO₃^2- + CO₂ + H₂O.

VD: 2 NaHCO_3(r) → Na₂CO_3(r) + CO₂ + H₂O

Video 2: Thí nghiệm nhiệt phân muối Natri hidrocacbonat

3.3. Ứng dụng

CaCO₃ là chất bột màu trắng, nhẹ, được dùng làm chất độn trong một số ngành công nghiệp.

Bài 1:

Cho khí CO đi qua ống chứa 0,04 mol X gồm FeO và Fe₂O₃ đốt nóng, ta nhận được 4,784 gam chất rắn Y (gồm 4 chất), khí đi ra khỏi ống dẫn qua dung dịch Ba(OH)₂ dư thì thu được 9,062 gam kết tủa. Phần trăm khối lượng FeO trong hỗn hợp X là:

Hướng dẫn:

\({n_{C{O_2}}} = {n_{BaC{O_3}}} = 0,046{\rm{ }}(mol)\)

Bảo toàn nguyên tố C ta có :  

\({n_{CO}} = {n_{C{O_2}}} = 0,046(mol)\)

Bảo toàn khối lượng : 

mhh + mCO = mY + mCO₂ ⇒ mhh = 4,784 + 0,046.44 - 0,046.28 = 5,52 gam

Gọi số mol của FeO và Fe₂O₃ lần lượt là x và y :

\(\begin{array}{l}
\left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}
{x + y = 0,04}\\
{72{\rm{x}} + 160y = 5,52}
\end{array}} \right.\\
 \Leftrightarrow \left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}
{x = 0,01(mol)}\\
{y = 0,03(mol)}
\end{array}} \right.
\end{array}\)

\(\% {m_{FeO}} = \frac{{0,01.72}}{{5,52}}.100 = 13,04\)

Bài 2:

Cho V lít hỗn hợp khí (ở đkc) gồm CO và H₂ phản ứng với một lượng dư hỗn hợp rắn gồm CuO và Fe₃O₄ nung nóng. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, khối lượng hỗn hợp rắn giảm 0,48gam. Giá trị của V là 

Hướng dẫn:

m chất rắn giảm = m hỗn hợp khí tăng

CO \(\overset{O^{2-}}{\rightarrow}\)CO₂\(\nearrow\)

H₂ \(\overset{O^{2-}}{\rightarrow}\) H₂O\(\nearrow\)

1 mol hỗn hợp (CO, H₂) phản ứng ⇒ m chất rắng giảm 16g

\(\Rightarrow\) n(CO, H₂)phản ứng =\(\frac{16}{16}=1 mol\)

\(nO^{2-}=\frac{0,48}{16}=0,03\)

n(CO + H₂)=0,03

V = 0,672 (lít)

1.1. Tính chất vật lý

- Là chất khí không màu, không mùi, không vị

- Hơi nhẹ hơn không khí, ít tan trong nước

- Hóa lỏng ở -191,5⁰C, hóa rắn ở -205,5⁰C, rất bền với nhiệt

- CO là khí rất độc

1.2. Tính chất hóa học

CO là oxít không  tạo muối (oxít trung tính)

Ở t^O thường, không tác dụng với H₂O, axít, kiềm.

Tính khử

CO cháy trong oxi hoặc không khí: 2CO + O₂ → 2CO₂

Tác dụng với nhiều oxít  kim loại (đứng sau Al)

3CO + Fe₂O₃ → 3CO₂ + 2Fe

1.1.3. Điều chế           

Trong Phòng thí nghiệm

HCOOH  → CO + H₂O (đk: H₂SO₄ đặc)

Trong công nghiệp

Hình 1: Sơ đồ lò gas

C + H₂O  CO + H₂ (khí than ướt)

CO₂ + C  →  2CO (khí than khô)

2.1. Tính chất vật lý

- Chất khí, không màu, nặng gấp 1,5 lần không khí

- Tan không nhiều trong nước

- Ở trạng thái rắn, CO₂ tạo thành một khối trắng gọi là "nước đá khô". Nước đá khô không nóng chảy mà thăng hoa, dùng để tạo môi trường lạnh, không có hơi ẩm.

2.2. Tính chất hóa học

CO₂ là khí không duy trì sự sống và sự cháy.

CO₂ là oxít axít

- Tan trong nước tạo H₂CO₃.

CO_2(k) + H₂O_(l) → H₂CO₃ (dd).

- Tác dụng với dung dịch bazơ:

CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃ + H₂O (Nhận biết CO₂)

2CO₂ + Ca(OH)₂ → Ca(HCO₃)₂

2.3. Điều chế

Trong Phòng thí nghiệm

CaCO₃ +2HCl → CaCl₂+CO₂+ H₂O.

Trong Công nghiệp

CaCO₃ → CaO + CO₂

3.1. Axít cacbonic

- H₂CO₃ là axít 2 nấc rất yếu, kém bền phân huỷ thành CO₂ và H₂O.

H₂CO₃  \(\leftrightarrows\)H⁺ + HCO₃^-

HCO₃^- \(\leftrightarrows\) H⁺ + CO₃ ^2-

- Tác dụng với dd kiềm → muối

+ Trung hoà: Na₂CO₃, CaCO₃…

+ Axít: NaHCO₃, Ca(HCO₃)₂…

3.2. Muối cacbonat

Tính chất

- Tính tan

+ Muối cacbonat của kim loại kiềm, amoni và đa số các muối hidrocacbonat đều tan trong nước

+ Muối cacbonat của kim loại khác không tan trong nước

- Tác dụng với axít (Nhận biết muối cacbonat)

NaHCO₃ + HCl → NaCl + CO₂ + H₂O

HCO₃^- + H⁺ →CO₂ + H₂O

Na₂CO₃ + 2HCl → NaCl+CO₂ + H₂O

CO₃^2- + 2H⁺ → CO₂ + H₂O

Video 1: Phản ứng giữa NaHCO₃ và dung dịch HCl

- Tác dụng với dd kiềm

Muối hidrocacbonat tác dụng với dd kiềm.

NaHCO₃ + NaOH → Na₂CO₃ + H₂O

HCO₃^- + OH^- → CO₃^2- + H₂O

- Phản ứng nhiệt phân

Muối cacbonat tan: Không bị nhiệt phân.

Muối cacbonat ko tan → oxít kim loại + CO₂.

VD: Mg CO_3(r) → MgO_(r) + CO_2(k)

Muối hidrocacbonat → CO₃^2- + CO₂ + H₂O.

VD: 2 NaHCO_3(r) → Na₂CO_3(r) + CO₂ + H₂O

Video 2: Thí nghiệm nhiệt phân muối Natri hidrocacbonat

3.3. Ứng dụng

CaCO₃ là chất bột màu trắng, nhẹ, được dùng làm chất độn trong một số ngành công nghiệp.

Bài 1:

Cho khí CO đi qua ống chứa 0,04 mol X gồm FeO và Fe₂O₃ đốt nóng, ta nhận được 4,784 gam chất rắn Y (gồm 4 chất), khí đi ra khỏi ống dẫn qua dung dịch Ba(OH)₂ dư thì thu được 9,062 gam kết tủa. Phần trăm khối lượng FeO trong hỗn hợp X là:

Hướng dẫn:

\({n_{C{O_2}}} = {n_{BaC{O_3}}} = 0,046{\rm{ }}(mol)\)

Bảo toàn nguyên tố C ta có :  

\({n_{CO}} = {n_{C{O_2}}} = 0,046(mol)\)

Bảo toàn khối lượng : 

mhh + mCO = mY + mCO₂ ⇒ mhh = 4,784 + 0,046.44 - 0,046.28 = 5,52 gam

Gọi số mol của FeO và Fe₂O₃ lần lượt là x và y :

\(\begin{array}{l}
\left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}
{x + y = 0,04}\\
{72{\rm{x}} + 160y = 5,52}
\end{array}} \right.\\
 \Leftrightarrow \left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}
{x = 0,01(mol)}\\
{y = 0,03(mol)}
\end{array}} \right.
\end{array}\)

\(\% {m_{FeO}} = \frac{{0,01.72}}{{5,52}}.100 = 13,04\)

Bài 2:

Cho V lít hỗn hợp khí (ở đkc) gồm CO và H₂ phản ứng với một lượng dư hỗn hợp rắn gồm CuO và Fe₃O₄ nung nóng. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, khối lượng hỗn hợp rắn giảm 0,48gam. Giá trị của V là 

Hướng dẫn:

m chất rắn giảm = m hỗn hợp khí tăng

CO \(\overset{O^{2-}}{\rightarrow}\)CO₂\(\nearrow\)

H₂ \(\overset{O^{2-}}{\rightarrow}\) H₂O\(\nearrow\)

1 mol hỗn hợp (CO, H₂) phản ứng ⇒ m chất rắng giảm 16g

\(\Rightarrow\) n(CO, H₂)phản ứng =\(\frac{16}{16}=1 mol\)

\(nO^{2-}=\frac{0,48}{16}=0,03\)

n(CO + H₂)=0,03

V = 0,672 (lít)