Lý thuyết Hợp chất của cacbon (mới 2023 + Bài Tập) - Hóa học 11

Lý thuyết Hóa 11 Bài 16: Hợp chất của cacbon

Bài giảng Hóa 11 Bài 16: Hợp chất của cacbon

A – CACBON MONOOXIT

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, hóa lỏng ở -191,5^oC, hóa rắn ở -205,2^oC.

- 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

- CO là oxit trung tính (oxit không có khả năng tạo muối) ⇒ không tác dụng với nước, dung dịch bazơ và dung dịch axit ở nhiệt độ thường.

- CO là chất khử mạnh:

+ Tác dụng với các phi kim

Thí dụ:

2CO + O₂$\stackrel{\mathrm{t}°}{\to }$2CO₂ 

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).

Thí dụ:

3CO + Fe₂O₃$\stackrel{\mathrm{t}°}{\to }$3CO₂ + 2Fe

CO + CuO$\stackrel{\mathrm{t}°}{\to }$CO₂ + Cu

Chú ý: Dựa trên các tính chất hóa học này mà CO được ứng dụng để làm nhiên liệu khí, hay dùng trong luyện kim để khử các oxit kim loại.

III. Điều chế

1. Trong phòng thí nghiệm

- Đun nóng axit fomic (HCOOH) khi có mặt H₂SO₄ đặc.

Phương trình hóa học:

HCOOH$\stackrel{{\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4 \mathrm{dac}, \mathrm{t}°}{\to }$CO + H₂O

2. Trong công nghiệp

- Khí CO được điều chế theo hai phương pháp:

+ Cho hơi nước đi qua than nung đỏ:

C + H₂O$\stackrel{-1050°\mathrm{C}}{\rightleftarrows }$CO + H₂

⇒ Hỗn hợp khí tạo thành được gọi là khí than ướt. Ngoài CO (chiếm khoảng 44%), H₂ còn có các khí khác như CO₂, N₂,…

+ Trong các lò gas, thổi không khí qua than nung đỏ:

Ở phần dưới của lò: C + O₂$\stackrel{\mathrm{t}°}{\to }$CO₂↑

Khí CO₂ đi qua lớp than nung đỏ:

CO₂ + C$\stackrel{\mathrm{t}°}{\to }$2CO

⇒ Hỗn hợp khí thu được gọi là khí lò gas (khí than khô). Trong khí lò gas, CO thường chiếm khoảng 25%, ngoài ra còn có CO₂, N₂,…

Hình 1: Sơ đồ lò gas

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.

- Phân tử CO₂ có cấu tạo thẳng, không phân cực.

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 chuyển sang trạng thái rắn, gọi là 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.

Hình 2: Đá khô

Lưu ý: Khi sử dụng đá khô phải đeo gang tay chống lạnh để tránh bị bỏng lạnh khi tiếp xúc với đá khô.

II. Tính chất hóa học

- Khí CO₂ không cháy, không duy trì sự cháy của nhiều chất.

- CO₂ là oxit axit, khi tan trong nước tạo thành axit cacbonic:

CO₂ (k) + H₂O (l) ⇄ H₂CO₃ (dd)

- Ngoài ra, CO₂ còn tác dụng với oxit bazơ và dung dịch kiềm.

Thí dụ:

CaO + CO₂$\stackrel{\mathrm{t}°}{\to }$CaCO₃

NaOH + CO₂→NaHCO₃

2NaOH + CO₂→Na₂CO₃ + H₂O

III. Điều chế

1. Trong phòng thí nghiệm

- CO₂ được điều chế bằng cách cho dung dịch HCl tác dụng với đá vôi.

- Phương trình hóa học:

CaCO₃ + 2HCl→CaCl₂ + CO₂↑ + H₂O

2. Trong công nghiệp

- Khí CO₂ được thu hồi từ quá trình đốt cháy hoàn toàn than để cung cấp năng lượng cho các quá trình sản xuất khác.

C + O₂$\stackrel{\mathrm{t}°}{\to }$CO₂ 

- Ngoài ra, khí CO₂ còn được thu hồi từ quá trình chuyển hóa khí thiên nhiên, các sản phẩm dầu mỏ; quá trình nung vôi; quá trình lên men rượu từ đường glucozơ.

CaCO₃$\stackrel{\mathrm{t}°}{\to }$CaO + CO₂ 

C₆H₁₂O₆$\stackrel{\mathrm{len} \mathrm{men}}{\to }$2CO₂ + 2C₂H₅OH

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.

H2CO­₃$\rightleftarrows$CO2 + H₂O

- Là axit hai nấc:

$$\begin{gathered} {\mathrm{H}}_2{\mathrm{CO}}_3\rightleftarrows {\mathrm{H}}^{+}+{{\mathrm{HCO}}_3}^{-} \\ {{\mathrm{HCO}}_3}^{-}\rightleftarrows {\mathrm{H}}^{+}+{{\mathrm{CO}}_3}^{2-} \end{gathered}$$

II. Muối cacbonat

Là muối của axit cacbonic (gồm muối  và ).

1. Tính tan

- Muối cacbonat của các kim loại kiềm, amoni và đa số muối hiđrocacbonat dễ tan trong nước.

- Muối cacbonat của kim loại khác thì không tan.

2. Tính chất hóa học

a) Tác dụng với axit

Thí dụ:

NaHCO₃+HCl→NaCl+CO₂↑+H₂O

${{\mathrm{HCO}}_3}^{-}$+ H⁺ → CO₂↑ + H₂O

Na₂CO₃+2HCl→2NaCl + CO₂↑ + H₂O

${{\mathrm{CO}}_3}^{2-}$+ 2H⁺ →CO₂↑ + H₂O

b) Tác dụng với dung dịch kiềm

- Các muối hiđrocacbonat tác dụng dễ dàng với dung dịch kiềm.

Thí dụ:

NaHCO₃ + NaOH → Na₂CO₃ + H₂O

${{\mathrm{HCO}}_3}^{-}+{\mathrm{OH}}^{-}\to {{\mathrm{CO}}_3}^{2-}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

c) Phản ứng nhiệt phân

- Muối cacbonat tan không bị nhiệt phân (trừ muối amoni), muối cacbonat không tan bị nhiệt phân:

MgCO₃$\stackrel{\mathrm{t}°}{\to }$MgO + CO₂↑

- Tất cả các muối hiđrocacbonat đều bị nhiệt phân:

2NaHCO₃→Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O

Ca(HCO₃)₂→CaCO₃+H₂O+CO₂↑

3. Ứng dụng

- Canxi cacbonat (CaCO₃) tinh khiết là chất bột nhẹ, màu trắng, dùng làm chất độn trong cao su và 1 số ngành công nghiệp.

- Natri cacbonat (Na₂CO₃) khan (sođa khan) là chất bột màu trắng, tan nhiều trong nước. Dùng trong công ngiệp thủy tinh, đồ gốm, bột giặt, …

- Natri hiđrocacbonat (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.

Trắc nghiệm Hóa 11 Bài 16: Hợp chất của cacbon

Câu 1: Nung 13,4g hỗn hợp muối cacbonat của hai kim loại hóa trị II. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 6,8g chất rắn và khí X. Lượng khí X sinh ra cho hấp thụ vào 75 ml dung dịch NaOH 1M. Khối lượng muối khan thu được sau phản ứng là:

A. 4,2g.         

B. 5,8g.         

C. 6,3g.         

D. 6,5g.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: C

Giải thích:

Gọi công thức chung của hai muối cacbonat là RCO₃.

RCO₃$\stackrel{t^o}{\to }$ RO + CO₂↑

$$\begin{gathered} \begin{array}{l} m_{C{O}_2}=13,4–6,8=6,6gam \\ \to n_{C{O}_2}=0,15mol\end{array} \\ \begin{array}{l}{n}_{NaOH}=0,075mol\\ \frac{n_{NaOH}}{n_{C{O}_2}}=0,5<1\end{array} \end{gathered}$$

→ Tạo muối axit, NaOH hết.

CO₂   +   NaOH $\stackrel{}{\to }$ NaHCO₃

→ n_muối = n_NaOH = 0,075 mol

→ m_muối = 0,075.84 = 6,3 gam

Câu 2: Sục 1,12 lít CO₂ (đktc) vào 200ml dung dịch Ba(OH)₂ 0,2M. Khối lượng kết tủa thu được là:

A. 5,91g.       

B. 19,7g.       

C. 78,8g.       

D. 98,5g.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: A

Giải thích:

$\begin{array}{l}{n}_{C{O}_2}=0,05mol;n_{Ba{\left(OH\right)}_2}=0,04mol\\ 1<\frac{n_{C{O}_2}}{n_{Ba{\left(OH\right)}_2}}=1,25<2\end{array}$

→ Tạo hỗn hợp 2 muối.

$$\begin{gathered} \to n_{C{O}_3^{2-}}=n_{O{H}^{-}}-n_{C{O}_2}=0,04.2-0,05=0,03mol \\ \begin{array}{l}\to n_{\downarrow }=0,03mol\\ \to m_{\downarrow }=0,03.197=5,91gam\end{array} \end{gathered}$$

Câu 3: Để tạo xốp cho một số loại bánh, có thể dùng muối nào sau đây?

A. (NH₄)₃PO₄.

B. NH₄HCO₃.

C. CaCO₃.     

D. NaCl.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: B

Giải thích:

NH₄HCO₃ $\stackrel{t^o}{\to }$NH₃↑ + CO₂↑ + H₂O

Khi sử dụng bột nở này, khí NH₃ và CO₂ thoát ra làm cho bánh căng phồng và xốp.

Câu 4: Khi đun nóng dung dịch canxi hiđrocacbonat 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.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: A

Giải thích:

Ca(HCO₃)₂$\stackrel{t^o}{\to }$CaCO₃↓ + CO₂ + H₂O

→ Tổng các hệ số là 4.

Câu 5: Cặp chất nào sau đây không bị nhiệt phân?

A. CaCO₃, BaCO₃.               

B. Ca(HCO₃)₂, Ba(HCO₃)₂.   

C. Na₂CO₃, K₂CO₃.              

D. NaHCO₃, KHCO₃.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: C

Giải thích: Muối cacbonat của kim loại kiềm bền với nhiệt.

Câu 6: Chất khí nào sau đây, được tạo ra từ bình chữa cháy và dùng để sản xuất thuốc giảm đau dạ dày?

A. CO₂.                 

B. N₂.                    

C. CO.                  

D. CH_4.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: A

Giải thích:

Chất khí được tạo ra từ bình chữa cháy là CO₂.

Thuốc giảm đau dạ dày là NaHCO₃.

NaOH + CO₂ → NaHCO₃.

Câu 7: Cho dãy các chất sau: CO₂, CO, SiO₂, NaHCO₃, NH₄Cl. Số chất trong dãy tác dụng với dung dịch NaOH loãng ở nhiệt độ thường là:

A. 2.

B. 3.

C. 4.

D. 5.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: B

Giải thích:

Các chất thỏa mãn là CO₂, NaHCO₃ và NH₄Cl.

CO₂ + 2NaOH → Na₂CO₃ + H₂O

NaHCO₃ + NaOH → Na₂CO₃ + H₂O

NH₄Cl + NaOH → NH₃↑ + NaCl + H₂O

Chú ý: SiO₂ chỉ phản ứng với dung NaOH đặc nóng hoặc NaOH nóng chảy.

Câu 8: Cho 5,6 lít CO₂ (đktc) đi qua 164ml dung dịch NaOH 20% (d = 1,22g/ml) thu được dung dịch X. Cô cạn dung dịch X thì thu được khối lượng chất rắn là:

A. 15,5g.       

B. 26,5g.       

C. 31g.          

D. 46,5g.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: D

Giải thích:

$\begin{array}{l}{n}_{NaOH}=\frac{164.1,22.20\%}{40}=1mol;n_{C{O}_2}=0,25mol\\ \to \frac{n_{NaOH}}{n_{C{O}_2}}=4\end{array}$

→ NaOH dư

→ Chất rắn gồm NaOH dư và muối Na₂CO₃.

Bảo toàn nguyên tố C:

$n_{N{a}_{2}C{O}_3}=n_{C{O}_2}=0,25mol$

Bảo toàn nguyên tố Na:

n_{NaOH dư} = 1 – 0,25.2 = 0,5 mol

→ m_{chất rắn} = 0,25.106 + 0,5.40 = 46,5 gam

Câu 9: Hấp thụ hoàn toàn 0,16 mol CO₂ vào 2 lít dung dịch Ca(OH)₂ 0,05M được kết tủa X và dung dịch Y. Khi đó khối lượng dung dịch Y so với khối lượng dung dịch Ca(OH)₂ ban đầu sẽ là:

A. tăng 3,04g.

B. tăng 7,04g.

C. giảm 3,04g.

D. giảm 7,04g.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: A

Giải thích:

$\begin{array}{l}{n}_{C{O}_2}=0,16mol;n_{Ca{\left(OH\right)}_2}=0,1mol\\ \to 1<\frac{n_{C{O}_2}}{n_{Ca{\left(OH\right)}_2}}=1,6<2\end{array}$

→ Dung dịch Y chỉ có muối Ca(HCO₃)₂ và kết tủa X là CaCO₃

$$\begin{gathered} \to n_{\downarrow }=n_{O{H}^{-}}-n_{C{O}_2}=0,1.2-0,16=0,04mol \\ \to m_{\downarrow }=0,04.100=4gam \\ {m}_{C{O}_2}=0,16.44=7,04gam>m_{\downarrow } \end{gathered}$$

→ Dung dịch sau phản ứng tăng 3,04 gam.

Câu 10: Cho luồng khí CO dư đi qua hỗn hợp gồm CuO, Al₂O₃, ZnO, Fe₂O₃, nung nóng, đến khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được hỗn hợp rắn có chứa đồng thời

A. Al₂O₃, Zn, Fe, Cu        

B. Al₂O₃, ZnO, Fe, Cu      

C. Al, Zn, Fe, Cu             

D. Cu, Al, ZnO, Fe

Hiển thị đáp án  

Đáp án: A

Giải thích:

CO khử các oxit của kim loại sau Al trong dãy hoạt động hóa học.

→ Hỗn hợp rắn thu được gồm: Cu, Al₂O₃, Zn, Fe.

Xem thêm các bài tổng hợp lý thuyết Hóa học lớp 11 đầy đủ, chi tiết khác:

Lý thuyết Bài 17: Silic và hợp chất của silic

Lý thuyết Bài 18: Công nghiệp silicat

Lý thuyết Bài 19: Luyện tập: Tính chất của cacbon, silic và hợp chất của chúng

Lý thuyết Bài 20: Mở đầu về hóa học hữu cơ

Lý thuyết Bài 21: Công thức phân tử của hợp chất hữu cơ