Bài 15. Cacbon

CHÀO MỪNG CÁC BẠN ĐẾN VỚI NHÓM 9
BÀI 15. CACBON
Người thực hiện:
. Trần Thị Hoàng Ân
. Huỳnh Đặng Bảo Phúc
. Phan Thị Thu Thảo
CHƯƠNG III: NHÓM CACBON
Trả lời câu hỏi:
1. Nêu vị trí của nhóm cacbon trong bảng tuần hoàn? Trong nhóm cacbon có những nguyên tố nào?
2. Nêu một vài tính chất chung của các nguyên tố trong nhóm cacbon?
3. Hợp chất của chúng với Hirđô và Oxi có dạng như thế nào?
1. Nhóm cacbon (còn được gọi là nhóm nguyên tố 14) là nhóm IVA.
Bao gồm các nguyên tố: phi kim cacbon (C); á kim Silic (Si) và gecmani (Ge); kim loại thiếc (Sn), chì (Pb) và flerovi (Fl).
2. Tính chất:
Lớp ngoài cùng có dạng: [He] ns2 np2
Có các số oxi hoá: -4; 0; +2; +4
Từ cacbon đến flerovi thì tính phi kim giảm dần; tính kim loại tăng dần
3. Hợp chất với hiđro có dạng: XH4
Hợp chất với oxi có dạng: XO2
Bài 15: CACBON
I. GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ CACBON:
Cacbon là nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn có ký hiệu là C và số nguyên tử bằng 6. Là một nguyên tố phi kim có hóa trị IV phổ biến.
Trong tự nhiên, kim cương và than chì là cacbon tự do gần như tinh khiết. Ngoài ra cacbon còn có trong một số khoáng vật, nổi tiếng nhất là canxit (đá vôi, đá phấn, đá hoa đều chứa CaCO3), magiezit (MgCO3), đolomit (CaCO3.MgCO3),... Và là thành phần chính của các loại than mỏ, dầu mỏ, khí tự nhiên.
Cacbon tồn tại trong mọi sự sống hữu cơ và nó là nền tảng của hóa hữu cơ. Phi kim này còn có thuộc tính hóa học đáng chú ý là có khả năng tự liên kết với nó và liên kết với một loạt các nguyên tố khác, tạo ra gần 10 triệu hợp chất đã biết.
TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN: khoáng vật
Magiezit
Canxit
Đolomit
TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN: tế bào
Tế bào nấm
Tế bào bạch cầu
II. VỊ TRÍ VÀ CẤU HÌNH ELECTRON NGUYÊN TỬ
Cấu hình electron nguyên tử: 1s2 2s2 2p2
 C ở ô thứ 6, nhóm IVA, chu kì 2 của bảng tuần hoàn
Do lớp ngoài cùng có 4 electron, nên trong các hợp chất, C có thể tạo được tối đa 4 liên kết cộng hóa trị với các nguyên tử khác
Các số oxi hóa của C là -4, 0, +2 và +4
III. TÍNH CHẤT VẬT LÍ
Cacbon có nhiều dạng thù hình khác nhau, phổ biến nhất là 3 dạng thù hình gồm kim cương graphit (than chì) và Fullerene
III. TÍNH CHẤT VẬT LÍ
Kim cương:

Kim cương là chất tinh thể trong suốt, không màu, không dẫn điện, dẫn nhiệt kém.
Trong tinh thể kim cương, mỗi nguyên tử C liên kết với bốn nguyên tử C lân cận nằm trên các đỉnh của hình tứ diện đều bằng bốn liên kết cộng hóa trị bền.
Mỗi nguyên tử C nằm ở đỉnh lại liên kết với bốn nguyên tử C khác
 Kim cương rất cứng, là chất cứng nhất trong tất cả các chất
Cấu trúc tinh thể kim cương
III. TÍNH CHẤT VẬT LÍ
Graphit (Than chì):

Than chì là chất tinh thể màu xám đen. Tinh thể than chì có cấu trúc lớp.
Trong một lớp, mỗi nguyên tử C liên kết cộng hóa trị với ba nguyên tử C lân cận nằm ở đỉnh của một tam giác đều.
Các lớp lân cận liên kết với nhau bằng tương tác yếu, nên các lớp dễ tách khỏi nhau.
 Than chì mềm, khi vạch trên giấy, nó để lại vạch đen gồm nhiều lớp tinh thể.
Cấu trúc tinh thể than chì
III. TÍNH CHẤT VẬT LÍ
3. Fuleren:
Fuleren gồm các phân tử C60, C70… Phân tử C60 có cấu trúc hình cầu rỗng, gồm 32 mặt, với 60 đỉnh là 60 nguyên tử.
Các loại than điều chế nhân tạo như than gỗ, than xương, than muội,… được gọi chung là cacbon vô định hình. Than gỗ, than xương có cấu tạo xốp, nên chúng có khả năng hấp phụ mạnh các chất khí và chất tan trong dung dịch.
Cấu trúc phân tử fuleren C60
IV. TÍNH CHẤT HÓA HỌC.
Các số oxi hóa của cacbon:
- 4
0
+2
+ 4
C
CH4
Al4C3
. . .
CO
CO2
. . .
. . .
Trong phản ứng oxi hóa khử. Đơn chất cacbon có thể
* tăng số oxi hóa: C0 C+2, C+4
=> Cacbon thể hiện tính khử
* giảm số oxi hóa: C0 C-4
=> Cacbon thể hiện tính oxi hóa
( Tính chất chủ yếu )
Số oxi hóa tăng
Số oxi hóa giảm
Dựa vào số oxi hoá bạn hãy nêu tính chất hoá học của cacbon?
Do
IV. TÍNH CHẤT HÓA HỌC
Tính khử
Tác dụng với oxi:
Cacbon cháy trong không khí, phản ứng tỏa nhiều nhiệt:
Ở nhiệt độ cao, cacbon lại khử được CO2 theo phản ứng:
Do đó, sản phẩm khi đốt C trong không khí, ngoài khí CO2 còn có một ít khí CO.
Do
IV. TÍNH CHẤT HÓA HỌC:
Tính khử
Tác dụng với hợp chất:
Ở nhiệt độ cao, C có thể khử được nhiều oxit, phản ứng với nhiều chất oxi hóa khác như HNO3, H2SO4 đặc, KClO3,…
Do
IV. TÍNH CHẤT HÓA HỌC
2. Tính oxi hóa:
Tác dụng với hiđro:
Ở nhiệt độ cao và có chất xúc tác, C tác dụng với H2 tạo thành khí CH4

Do
IV. TÍNH CHẤT HÓA HỌC
2. Tính oxi hóa:
Tác dụng với kim loại:
Ở nhiệt độ cao, C tác dụng với một số kim loại tạo thành cacbua kim loại

V. ỨNG DỤNG
- Cacbon là các thành phần thiết yếu cho mọi sự sống đã biết, và không có nó thì sự sống mà chúng ta đã biết không thể tồn tại. Việc sử dụng kinh tế chủ yếu của cacbon là trong dạng các hiđrôcacbon, chủ yếu là các nhiên liệu hóa thạch như than, khí mêtan và dầu mỏ (xăng dầu). Dầu mỏ được sử dụng trong công nghiệp hóa dầu để sản xuất ra các sản phẩm như xăng và dầu hỏa, thông qua các quy trình chưng cất trong lọc dầu. Dầu mỏ cũng là nguồn nguyên liệu cho nhiều chất hữu cơ tổng hợp khác, rất nhiều trong số chúng gọi chung là các chất dẻo (plastic).
- Đồng vị Cacbon-14 được phát hiện vào ngày 27 tháng 2 năm 1940 và được sử dụng trong định tuổi bằng đồng vị phóng xạ (kỹ thuật xác định tuổi của vật liệu).
- Một số các thiết bị phát hiện sử dụng một lượng nhỏ đồng vị phóng xạ của cacbon làm nguồn bức xạ
- Graphit kết hợp với đất sét để tạo ra `chì` sử dụng trong các loại bút chì.
- Kim cương được sử dụng vào mục đích trang sức hay trong các mũi khoan và các ứng dụng khác đòi hỏi độ cứng cao của nó.
- Cacbon được thêm vào quặng sắt để sản xuất gang và thép.
- Cacbon dưới dạng than chì được sử dụng như là các thanh điều tiết nơtron trong các lò phản ứng hạt nhân.
- Graphit cacbon trong dạng bột, bánh được sử dụng như là than để đun nấu, bột màu trong mỹ thuật và các sử dụng khác.
- Than hoạt tính được sử dụng trong y tế trong dạng bột hay viên thuốc để hấp thụ các chất độc từ hệ thống tiêu hóa hay trong các thiết bị thở.
- Các thuộc tính hóa học và cấu trúc của các fulleren, trong dạng các cacbon ống nano, có ứng dụng đầy hứa hẹn trong các lĩnh vực mới phát sinh của công nghệ nano.
V. ỨNG DỤNG
Kim cương được dùng làm đồ trang sức, chế tạo mũi khoan, dao cắt thủy tinh, làm bột mài.
Than chì được dùng làm điện cực, làm nồi để nấu chảy các hợp kim chịu nhiệt, chế tạo 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 tạo thuốc nổ đen, thuốc pháo,…
Than hoạt tính: loại than có khả năng hấp phụ mạnh, được dùng trong mặt nạ phòng độc và công nghiệp hóa chất.
Than muội được dùng làm chất độn cao su, để sản xuất mực in, xi đánh giầy,…
V. ỨNG DỤNG
Một số ứng dụng của than chì
Điện cực
Bút chì đen
BÚT CHÌ
PIN
MỰC IN
XI ĐÁNH GIÀY
DAO CẮT THỦY TINH
ĐỒ TRANG SỨC
KIM CƯƠNG
MŨI KHOAN KIM CƯƠNG
BỘT MÀI
VI. ĐIỀU CHẾ
Điều chế cacbon:
Cách để điều chế cacbon là dùng kim loại mạnh là nhôm hoặc ma-giê để khử một hợp chất oxit cacbon bất kì thành cacbon.
Ví dụ:
2Al + 3CO → Al2O3 + 3C
2Mg + CO2 → 2MgO + C
Sau đó cho hỗn hợp vào một dung dịch axit (không có tính ôxi hóa mạnh) như HCl, H2SO4 loãng để hòa tan Al2O3 hoặc MgO, còn lại cacbon không tan, ta lọc cacbon ra khỏi dung dịch
Ngoài ra có thể điều chế cacbon theo các phương trình sau nhưng hiệu suất không cao do khí hiđro rất dễ bay lên:
CO + H2 ↔ C + H2O (Nhiệt độ khoảng 1050oC)
CO + 3H2 → CH4↑ + H2O (Chất xúc tác: Niken, 250oC)
CO2 + 4H2 → CH4↑ + 2H2O (Xúc tác, nhiệt độ cao, áp suất cao)
CH4 → C + 2H2↑ (Nhiệt độ trên 1000oC)
VI. ĐIỀU CHẾ
2. Điều chế các dạng thù hình của cacbon:
Kim cương nhân tạo được điều chế từ than chì, bằng cách nung than chì ở khoảng 2000C, dưới áp suất 50 đến 100 nghìn atmotphe với chất xúc tác là Fe, Cr hay Ni.
Than chì nhân tạo được điều chế bằng cách nung than cốc ở 2500 – 3000C trong lò điện, không có mặt không khí.
Than cốc được điều chế bằng cách nug than mỡ khoảng 1000C trong lò cốc, không có không khí.
Than mỏ được khai thác trực tiếp từ các vỉa than nằm ở các độ sâu khác nhau dưới mặt đất.
Than gỗ được tạo nên khi đốt gỗ trong điều kiện thiếu không khí.
Than muội được tạo nên khi nhiệt phân metan có chất xúc tác

VII. BÀI TẬP
Câu 1: Khử hoàn toàn hỗn hợp 24g oxit Fe2O3 và CuO tỉ lệ mol 1:1 cần 8,96 lít khí CO (đktc). Phần trăm khối lượng 2 oxit CuO và Fe2O3 trong hỗn hợp ban đầu là:
33,33% và 66,67%
66,67% và 33,33%
40,33% và 59,67%
59,67% và 40,33%
Câu 2: Cho khí CO khử hoàn toàn hỗn hợp gồm FeO, Fe2O3 và Fe3O4 thấy có 4,48 lít khí CO2 bay ra. Thể tích CO (đkc) đã tham gia phản ứng là:
A. 1,12l B. 2,24l C. 3,36l D. 4,48l
Câu 3: Cacbon phản ứng được với tất cả các chất ở dãy nào sau đây:
Fe2O3, Ca, CO2, H2, HNO3 đặc, H2SO4 đặc
Al2O3 , CaO, CO2, H2, HNO3 đặc, H2SO4 đặc
MgO, CO2, Ca, HNO3, H2SO4 đặc
H2O, CuO, H2, HNO3 đặc, HCl đặc
Câu 4: Cho khí CO khử hoàn toàn hỗn hợp gồm Fe2O3 và CuO thu được hỗn hợp kim loại và khí CO2. Nếu số mol CO2 tạo ra từ Fe2O3 và CuO có tỉ lệ là 3:2 thì % khối lượng của Fe2O3 và CuO trong hỗn hợp là:
60% và 40% B. 50% và 50%
C. 40% và 60% D. 30% và 70%
VII. BÀI TẬP
VII. BÀI TẬP
Câu 5: Từ một tấn than chứa 92% cacbon có thể thu được 1460 m3 khí CO (đktc) theo sơ đồ phản ứng:
 
1
2
3
4
5
6
7
1
2
3
4
5
6
7
1. Sản phẩm thu được khi cacbon cháy trong không khí là?
2. Loại than nào dùng để làm mặt nạ phòng độc?
4. Cấu trúc của kim cương?
5. Vì kim cương rất.... nên dùng làm dao cắt thủy tinh
6. Sản phẩm tạo thành khi Cacbon tác dụng với kim loại ở nhiệt độ cao là?
7. Than muội được tạo nên từ?
key
Ô chữ