Chi tiết thông tin

Bài 16 : Hợp chất của cacbon

71 View

Lý thuyết

A. Cacbon monooxit (CO)

I. Cấu tạo phân tử và tính chất vật lí

- Cấu tạo của CO là C≡O (trong đó có 1 liên kết thuộc kiểu cho - nhận). - CO là chất khí, không màu, không mùi, không vị, tan rất ít trong nước và rất bền với nhiệt. - CO là khí độc vì nó kết hợp với hemoglobin ở trong máu tạo thành hợp chất bền làm cho hemoglobin mất tác dụng vận chuyển khí O₂.

II. Tính chất hóa học

- Phân tử CO có liên kết ba bền vững nên ở nhiệt độ thường C rất trơ, chỉ hoạt động trong điều kiện nhiệt độ cao. - CO là oxit trung tính không có khả năng tạo muối → không tác dụng với dung dịch bazơ và dung dịch axit ở nhiệt độ thường. - CO là chất khử mạnh. + Tác dụng với các phi kim: 2CO + O₂ → 2CO₂ (700ºC) CO + Cl₂ → COCl₂ (photgen) + CO khử oxit của các kim loại đứng sau Al trong dãy hoạt động hóa học của kim loại (phản ứng xảy ra ở nhiệt độ cao). 3CO + Fe₂O₃ → 3CO₂ + 2Fe CO + CuO → CO₂ + Cu

III. Điều chế

- Trong công nghiệp: Khí CO được điều chế theo hai phương pháp: + Khí than ướt

+ Khí lò gas

- Trong phòng thí nghiệm: HCOOH → CO + H₂O (H₂SO₄ đặc, tº)

B. Cacbon đioxit (CO₂)

I. Cấu tạo phân tử và tính chất vật lý

1. Cấu tạo phân tử - Cấu tạo của CO₂ là O=C=O. 2. Tính chất vật lý - Là chất khí không màu, nặng gấp 1,5 lần không khí. - Tan ít trong nước. - CO₂ khi bị làm lạnh đột ngột là thành phần chính của nước đá khô. Nước đá khô không nóng chảy mà thăng hoa nên được dùng để làm môi trường lạnh và khô, rất tiện lợi để bảo quản thực phẩm.

II. Tính chất hóa học

- Khí CO₂ không cháy, không duy trì sự cháy của nhiều chất. 1. CO₂ là oxit axit - CO₂ tan trong nước tạo thành axit cacbonic (là một điaxit rất yếu): CO₂ (k) + H₂O (l) ⇋ H₂CO₃ (dd) - CO₂ tác dụng với oxit bazơ → muối: CaO + CO₂ → CaCO₃ (tº) - CO₂ tác dụng với dung dịch kiềm → muối + (H₂O) NaOH + CO₂ → NaHCO₃ 2NaOH + CO₂ → Na₂CO₃ + H₂O Phản ứng của CO₂ với dung dịch kiềm tạo thành muối nào tuỳ thuộc vào tỉ lệ số mol của 2 chất tham gia phản ứng. 2. CO₂ bền, ở nhiệt độ cao bị nhiệt phân một phần và tác dụng được với các chất khử mạnh 2CO₂ ⇋ 2CO + O₂ (tº) CO₂ + 2Mg → 2MgO + C (Đây là nguyên nhân không sử dụng CO₂ để dập tắt các đám cháy kim loại) CO₂ + C → 2CO 3. CO₂ còn được dùng để sản xuất ure. CO₂ + 2NH₃ → NH₄O-CO-NH₂ (amoni cacbamat) NH₄O-CO-NH₂ → H₂O + (NH₂)₂CO (180ºC; 200at)

III. Điều chế

- Quá trình hô hấp của người và động vật: C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O - Quá trình lên men bia rượu: C₆H₁₂O₆ → 2CO₂ + 2C₂H₅OH - Quá trình đốt cháy nhiên liệu: C_xH_y + (x + y/4)O₂ → xCO₂ + y/2 H₂O - Trong công nghiệp: C + O₂ → CO₂ (đốt cháy hoàn toàn than cốc trong không khí) CaCO₃ → CaO + CO₂ (1000ºC) - Trong phòng thí nghiệm: CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂ + H₂O

C. Axit Cacbonic và muối Cacbonat

I. Axit Cacbonic (H₂CO₃)

- Là axit kém bền, chỉ tồn tại trong dung dịch loãng, dễ bị phân hủy thành CO₂ và H₂O. - Là axit hai nấc, trong dung dịch phân li hai nấc. H₂CO₃ ⇋ H⁺ + HCO₃^- HCO₃^- ⇋ H⁺ + CO₃^2-

II. Muối Cabonat

Là muối của axit cacbonic (gồm muối CO₃^2- và HCO₃^-). 1. Tính tan - Muối cacbonat của các kim loại kiềm, amoni và đa số muối hiđrocacbonat đều tan. Muối cacbonat của kim loại khác thì không tan. 2. Tính chất hóa học - Tính chất hóa học chung của muối: + Tác dụng với axit → muối mới + CO₂ + H₂O NaHCO₃ + HCl → NaCl + CO₂↑ + H₂O HCO₃^- + H⁺ → CO₂↑ + H₂O Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + CO₂↑ + H₂O CO₃^2- + 2H⁺ → CO₂↑ + H₂O Chú ý: Nếu cho H⁺ vào muối tan thì CO₃^2- → HCO₃^- → H₂O + CO₂. Nếu cho H⁺ vào muối không tan thì CO₃^2- → CO₂ + H₂O. + Tác dụng với dung dịch kiềm → muối mới + bazơ mới. NaHCO₃ + NaOH → Na₂CO₃ + H₂O + Tác dụng với muối → 2 muối mới. Na₂CO₃ + CaCl₂ → CaCO₃ + 2NaCl + Tác dụng với kim loại đứng trước kim loại tạo muối → muối mới + kim loại mới. Cu(HCO₃)₂ + Mg → Mg(HCO₃)₂ + Cu - Phản ứng thủy phân: Muối cacbonat của kim loại kiềm bị thủy phân mạnh tạo môi trường kiềm: Na₂CO₃ → 2Na⁺ + CO₃^2- CO₃^2- + H₂O ⇋ HCO₃^- + OH^- → Trong một số phản ứng trao đổi Na₂CO₃ đóng vai trò như 1 bazơ: 2AlCl₃ + 3Na₂CO₃ + 3H₂O → 2Al(OH)₃ + 6NaCl + 3CO₂ Chú ý: Muối (NH₄)₂CO₃ có môi trường trung tính. - Phản ứng nhiệt phân: + Muối cacbonat tan không bị nhiệt phân (trừ muối amoni), muối cacbonat không tan bị nhiệt phân: MgCO₃ → MgO + CO₂ (tº) + Tất cả các muối hiđrocacbonat đều bị nhiệt phân: 2NaHCO₃ → Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃ + H₂O + CO₂ 3. Nhận biết Cho tác dụng với axit → CO₂ CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂ + H₂O 4. Tính chất và ứng dụng của một số muối cacbonat - Canxi cacbonat (CaCO₃) tinh khiết là chất bột nhẹ, màu trắng, dùng làm chất dộn trong cao su và 1 số ngành công nghiệp. - Natricacbonat (Na₂CO₃) khan (sođa khan) là chất bột màu trắng, tan nhiều trong nước. Dùng trong công ngiệp thủy tinh, đồ gốm, bột giặt, … - Natri hidrocacbonat (NaHCO₃) là chất tinh thể màu trắng, hơi ít tan trong nước. Dùng trong công nghiệp thực phẩm, trong y học dùng làm thuốc giảm đau dạ dày.

Bài 1 (trang 75 SGK Hóa 11):

Làm thế nào để loại hơi nước và khí CO₂ có lẫn trong khí CO ? Viết các phương trình hóa học? Lời giải: - Dẫn hỗn hợp khí đi qua dung dịch nước vôi trong dư, khí cacbonic sẽ bị giữ lại CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃ + H₂O - Còn lại hơi nước và CO ta dẫn qua bình H₂SO₄ đặc thì hơi nước bị giữ lại, ta thu được khí CO.

Bài 2 (trang 75 SGK Hóa 11):

Có ba chất gồm CO, HCl và SO₂ đựng trong ba bình riêng biệt. Trình bày phương pháp hóa học để nhận biết từng chất khí. Viết các phương trình hóa học. Lời giải: - Để cánh hoa hồng lên miệng từng ống nghiệm, ống nào làm nhạt màu cánh hoa hồng là SO₂. - Dẫn hai khí còn lại qua dung dịch AgNO₃ nếu thấy xuất hiện kết tủa màu trắng là khí HCl, nếu không thấy hiện tượng gì là CO. HCl + AgNO₃ → AgCl↓ + HNO₃

Bài 3 (trang 75 SGK Hóa 11):

Điều nào sau đây không đúng cho phản ứng của khí CO và O₂? A. Phản ứng thu nhiệt. B. Phản ứng tỏa nhiệt. C. Phản ứng kèm theo sự giảm thể tích. D. Phản ứng không xảy ra ở điều kiện thường. Lời giải: Đáp án A

Bài 4 (trang 75 SGK Hóa 11):

a. Khi đun nóng dung dịch canxi hidrocacbonat thì có kết tủa xuất hiện. Tổng các hệ số tỉ lượng trong phương trình hóa học của phản ứng là: A. 4 ; B. 5 ; C. 6 ; D. 7 b. Khi cho dư khí CO₂ vào dung dịch chứa kết tủa canxi cacbonat, thì kết tủa sẽ tan. Tổng các hệ số tỉ lượng trong phương trình hóa học của phản ứng là: A. 4 ; B. 5 ; C. 6 ; D. 7 Lời giải: (Hệ số tỉ lượng của phản ứng hóa học là số chỉ số nguyên tử, phân tử và ion của các chất tham gia tương tác được ghi trong phương trình phản ứng hóa học. Hay nói cách khác thì đó chính là các hệ số cân bằng trong phương trình hóa học.) a. Đáp án A Ca(HCO₃)₂

CaCO₃ + CO₂ + H₂O ⇒ Tổng hệ số = 1 + 1 + 1 + 1 = 4 b. Đáp án A CaCO₃ + CO₂ + H₂O → Ca(HCO₃)₂ ⇒ Tổng hệ số = 1 + 1 + 1 + 1 = 4

Bài 5 (trang 75 SGK Hóa 11):

Cho 224,0 ml CO₂ (đktc) hấp thụ hết trong 100,0ml dung dịch kali hidroxit 0,200 M. Tính khối lượng của những chất có trong dung dịch tạo thành. Lời giải: Ta có tỉ lệ:

⇒ Phương trình tạo muối trung hoà CO₂ + 2KOH → K₂CO₃ + H₂O ⇒ Dung dịch sau phản ứng có m_K2CO3 = 0,01.138 = 1,38 g

Bài 6 (trang 75 SGK Hóa 11):

Nung 52,65 g CaCO₃ ở 100^oC và cho toàn bộ lượng khí thoát ra hấp thụ hết vào 500,0 ml dung dịch NaOH 1,800M. Hỏi thu được những muối nào? Khối lượng là bao nhiêu? Biết rằng hiệu suất phản ứng nhiệt phân CaCO₃ là 95%. Lời giải:

n_NaOH = 1,8.0,5 = 0,9(mol) CaCO₃ → CaO + CO₂ Từ phương trình suy ra: n_CO2 = n_CaCO3 = 0,5265 (mol) Do hiệu suất phản ứng là 95% nên ⇒ n_{CO2 thực tế} = 95%.0,5265 = 0,500175 (mol)

⇒ Tạo ra hỗn hợp 2 muối

Ta có hệ phương trình:

⇒ m_Na2CO3 = 0,399825.106 = 42,378 gam m_NaHCO3 = 0,10035.84 = 8,43 gam

Trắc nghiệm

Bài 1: Trong bình kín chứa 0,5 mol CO và m gam Fe₃O₄. Đun nóng bình cho tới khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thì khí trong bình có tỉ khối so với khí CO ban đầu là 1,457. Giá trị của m là A. 17,4. B. 11,6. C. 22,8. D. 23,2.

Đáp án: D Khí trong bình sau phản ứng có CO₂ và CO ( dư) CO + [O] → CO₂ x → x → x (mol) Sau phản ứng: n_CO = 0,5 – x; n_CO2 = x ⇒ n_{khí sau} = 0,5 mol Ta có: m_CO2 + m_CO = 44x + 28(0,5 – x) = 1,457.28.0,5 ⇒ x = 0,4 ⇒ n_O(Fe3O4) = 0,4 ⇒ n_Fe3O4 = 0,1 mol ⇒ m = 23,2 gam

Bài 2: Cho hơi nước đi qua than nóng đỏ được hỗn hợp khí X gồm CO₂, CO và H₂. Toàn bộ lượng X khử vừa hết 48 gam Fe2O₃ thành Fe và thu được 10,8 gam H₂O. thành phần phần trăm thể tích CO₂ trong X là A. 13,235%. B. 16,135%. C. 28,571%. D. 14,286%.

Đáp án: D n_Fe2O3 = 0,3 mol ⇒ n_O = 0,9 mol; n_H2O = 0,6 mol; ⇒ n_H2 = 0,6 mol ⇒ n_{H2O ban đầu} = 0,6 mol H₂ + [O]_Fe3O4 → H₂O CO + [O]_Fe3O4 → CO₂ Bảo toàn oxi: n_{O (Fe3O4)} = n_H2 + n_CO = 0,9 ⇒ n_CO = 0,3 mol C + [O]_H2O → CO C + [O]_H2O → CO₂ Bảo toàn oxi: n_{O(H2O ban đầu)} = n_{O (CO2)} + n_{O (CO)} = 0,6 ⇒ n_CO2 = 0,15 mol

Bài 3: Cho hỗn hợp khí gồm CO₂ và CO. dùng chất nào sau đây có thể thu được CO₂ tinh khiết hơn ? A. dung dịch NaOH B. CuO (t^o cao) C. O₂ D. dung dịch BaCl₂

Đáp án: B

Bài 4: Na₂CO₃ lẫn tạp chất là NaHCO₃. Cách nào sau đây có thể thu được Na₂CO₃ tinh khiết ? A. hòa tan vào nước rồi lọc B. nung nóng C. cho tác dụng với NaOH dư D. cho tác dụng với dung dịch Ca(OH)₂ dư

Đáp án: B

Bài 5: Từ hai muối X và Y thực hiện các phản ứng sau : X → Y + CO₂ X₁ + H₂O → X₂ X₂ + Y → X + Y₁ + H₂O X₂ + 2Y → X + Y₂ + 2H₂O Hai muối X, Y tương ứng là A. CaCO₃, NaHSO₄. B. BaCO₃, Na₂CO₃ . C.CaCO₃, NaHCO₃. D. MgCO₃, NaHCO₃.

Đáp án: C

Bài 6: Cho bốn chất rắn sau : NaCl, Na₂CO₃, CaCO₃, BaSO₄. Chỉ dùng thêm một cặp chất nào dưới đây có thể nhận biết được bốn chất rắn trên ? A. H₂O và CO₂ B. H₂O và NaOH C. H₂O và HCl D. H₂O và BaCl₂

Đáp án: C

Bài 7: Hấp thụ hết 1,792 lít (đktc) khí CO₂ vào 1 lít dung dịch NaOH aM thu được dung dịch X . Cho X vào dung dịch BaCl₂ dư thu được 7,88 gam kết tủa. Giá trị của a là A. 0,08 B. 0,12 C. 0,16 D. 0,10.

Đáp án: B n_CO2 = 0,08 mol; n_Na2CO3 = n_CO3^2- = n_BaCO3 = 0,04 < n_CO2 ⇒ Trong X có HCO₃^- Bảo toàn C ⇒ n_NaHCO3 = n_HCO3^- = 0,08 – 0,04 = 0,04 Bảo toàn Na: n_NaOH = 2n_Na2CO3 + n_NaHCO3 = 0,12 mol ⇒ a = 0,12

Bài 8: hấp thụ hoàn toàn 3,584 lít CO₂ (đktc) vào 2 lít dung dịch Ca(OH)₂ 0,05M được kết tủa X và dung dịch Y. So với dung dịch Ca(OH)₂ ban đâì thì khối lượng dung dịch Y A. tăng 7,04 gam. B. giảm 3,04 gam. C. giảm 4 gam. D. tăng 3,04 gam.

Đáp án: D n_CO2 = 0,16 mol; n_OH^- = 0,2 mol ⇒ Tạo 2 muối, n_HCO3^- = 0,12 mol; n_CO3^2- = 0,04 mol m_CO2 = 7,04g; m_CaCO3 = 4g ⇒ m_{dung dịch tăng} = 7,04 - 4 = 3,04 gam

Bài 9: Sục V lít CO₂ (đktc) vào 200 ml dung dịch X gồm Ba(OH)₂ 1M và NaOH 1M. Sau phản ứng thu được 19,7 gam kết tủa. Giá trị của V là A. 2,24 hoặc 4,48 B. 2,24 hoặc 11,2 C. 6,72 hoặc 4,48 D. 5,6 hoặc 11,2.

Đáp án: B n_Ba(OH)2 = n_NaOH = 0,2; n_BaCO3 = 0,1 Trường hợp 1: CO₂ hết, Ba(OH)₂ dư ⇒n_CO2 = n_BaCO3 = 0,1 ⇒ V = 2,24 lít Trường hợp 2: CO₂ hết, Ba(OH)₂ hết ⇒ n_CO2 = n_OH^- - 0,1 = 0,6 - 0,1 = 0,5 ⇒ V = 11,2 lít

Bài 10: Cho từ từ 100 ml dung dịch HCl 1,5M vào 100 ml dung dịch hỗn hợp gồm Na₂CO₃ 1M và KHCO₃ 1M, thu được V lít khí CO₂ (đktc). Giá trị của V là A. 1,12. B. 3,36 C. 1,68 D. 2,24

Đáp án: D Nhỏ từ từ H⁺ vào HCO₃^- và CO₃^2-, sẽ phản ứng đồng thời theo tỉ lệ của 2 muối. 3H⁺ + HCO₃^- + CO₃^2- → 2CO₂ + 2H₂O n_HCl = 0,15 mol; n_CO3^2- = n_HCO3^- = 0,1 mol ⇒ H⁺ hết, n_CO2 = 0,1 mol ⇒ V = 2,24 lít

Bài 11: Phản ứng nào sau đây được sử dụng để điều chế CO trong phòng thí nghiệm A. HCOOH (xt H₂SO₄ đặc) → H₂O + CO B. C + H₂O (hơi) → CO + H₂ C. C + CO₂ → 2CO D. 2C + O₂ → CO

Đáp án: A

Bài 12: Quặng nào sau đây chứa CaCO₃ ? A. dolomit. B. cacnalit. C. pirit. D. xiderit.

Đáp án: A

Bài 13: CO không khử được các oxit trong nhóm nào sau đây ? A. Fe₂O₃, MgO B. MgO, Al₂O₃C. Fe₂O₃, CuO D . ZnO, Fe₂O₃,

Đáp án: B

Bài 14: Nhóm nào sau đây gồm các muối không bị nhiệt phân ? A. CaCO₃, Na₂CO₃, KHCO₃B. Na₂CO₃, K₂CO₃, Li₂CO₃ C. Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂, KHCO₃D. K₂CO₃, KHCO₃, Li₂CO₃

Đáp án: B

Bài 15: Phản ứng nào sau đây được sử dụng để điều chế CO₂ trong phòng thí nghiệm A. CaCO₃ + HCl B. CaCO₃ (t^o cao) C. C + O₂ (t^o cao) D. CO + O₂ (t^o cao)

Đáp án: A

Bài 16: Một loại đá vôi chứa 80% CaCO₃ còn lại là tạp chất trơ. Nung m gam đá này một thời gian thu được 0,78m gam chất rắn. Hiệu suất phân hủy CaCO₃ là A. 78%. B. 50%. C. 62,5%. D. 97,5%.

Đáp án: C m_CaCO3 = 0,8m CaCO₃ → CaO + CO₂ 44a = m – 0,78m ⇒ a = 0,005m

Bài 17: Nung 34,6 gam hỗn hợp gồm Ca(HCO₃)₂, NaHCO₃ và KHCO₃, thu được 3,6 gam H₂O và m gam hỗn hợp các muối cacbonat. Giá trị của m là A. 31,0. B. 22,2. C. 17,8. D. 26,6.

Đáp án: B n_H2O = n_CO2 = 0,2 mol m_{muối cacbonat} = m_{hỗn hợp} – m_CO2 – m_H2O = 34,6 – 0,2.44 – 3,6 = 22,2 gam

Bài 18: Cho 11,6 gam hỗn hợp gồm oxit và muối cacbonat của kim loại kiềm R. Hòa tan hết hỗn hợp trên cần vừa đủ 0,2 mol HCl. Kim loại R là A. Na. B. Li. C. Cs. D. K.

Đáp án: D R₂O (x mol); R₂CO₃ (y mol) ⇒ (2R + 16).x + (2R + 60).y = 11,6 (1) n_HCl = 2n_R2O + 2n_R2CO3 = 0,2 ⇒ x + y = 0,1 mol (2) Từ (1)(2) ⇒ 2R + 16 < 11,6/0,1 < 2R + 60 ⇒ 28 < R < 50 ⇒ R = 39 (Kali)