Bài 15. Cacbon

Chương 3: CACBON – SILIC
Bài 15: CACBON
* Trong chương trình Hoá học 10, 11 các em đã nghiên cứu về một số nhóm nguyên tố, như :
- Nhóm VIIA (Halogen)
- Nhóm VIA (Oxi - Lưu huỳnh)
- Nhóm VA (Nitơ - Photpho)


* Chúng ta sẽ tiếp tục nghiên cứu nhóm IVA, cụ thể với 2 nguyên tố Cacbon-silic.
Bài 15: Cacbon
Chương 3: Cacbon - Silic
Cacbon cũng là nguyên tố đặc biệt trong bảng tuần hoàn. Nó có khả năng tạo rất nhiều hợp chất, đa dạng về thành phần, tính chất và cấu tạo.
Cacbon được con người biết đến từ rất sớm
Khi con người biết cách làm ra lửa và giữ lửa thì cacbon luôn là người bạn đồng hành
I. Vị trí và cấu hình electron nguyên tử
Hãy cho biết vị trí của nguyên tử cacbon trong bảng tuần hoàn hoá học ?
Vị trí: ở ô thứ 6, nhóm IVA, chu kì 2.
Cho biết cấu hình electron của nguyên tử Cacbon? Có bao nhiêu e ở lớp ngoài cùng?
Cấu hình electron: 1s22s22p2
→ Có 4e ở lớp ngoài cùng
→ Nguyên tử C có thể tạo tối đa 4 liên kết cộng hoá trị
Vậy trong hợp chất nguyên tử C có thể tạo được tối đa bao nhiêu liên kết cộng hoá trị với các nguyên tử khác?
(?) Xác định số oxi hoá của C trong các chất sau:
CH4 , Al4C3 , C , CO , CO2 , CaCO3
Từ đó cho biết cacbon có các số oxi hóa phổ biến nào?

CH4 C CO CO2
Al4C3 CaCO3
+4
+4
-4
-4
0
+2
- Các số oxi hóa phổ biến của C là:
-4, 0 , +2 , +4
P trắng và P đỏ
II. Tính chất vật lí
(?) Các cặp chất sau có mối quan hệ với nhau như thế nào?
(?) Hãy nghiên cứu SGK và cho biết Cacbon có các dạng thù hình nào?
Nguyên tố C có 1 số dạng thù hình như:
Than chì,
Fuleren
Kim cương,
Cho biết chúng khác nhau như thế nào về cấu trúc và tính chất vật lí?
- Cấu trúc:
Tứ diện đều
- Tính chất vật lí:
Tinh thể trong suốt, không màu, không dẫn điện, dẫn nhiệt kém
Kim cương
O2 và O3
Tinh thể màu xám đen
Có cấu trúc lớp
Than chì
Gồm các phân tử C60 ,C70…
Phân tử C60 có cấu trúc hình cầu rỗng.
Fuleren được phát hiện vào năm 1985
Fuleren
(?) Dựa vào các mức oxi hoá của nguyên tử C, hãy cho biết: Trong các phản ứng oxi hóa – khử, Cacbon đơn chất có tính chất nào sau đây:
A) Chỉ có tính oxi hóa
B) Chỉ có tính khử
C) Có tính khử hoặc tính oxi hóa
D) Có tính axit
Tuy nhiên tính khử vẫn là tính chất chủ yếu của C
C
III. Tính chất hóa học
C
-4
C
0
←
C,
C
+2
+4
→
Trong các dạng tồn tại của cacbon, cacbon vô định hình hoạt động hơn cả về mặt hoá học. Nó phản ứng được với nhiều chất khi đun nóng
1) Tính khử
a) Tác dụng với O2:
(?) Khi đốt than, khí nào sau đây làm cho ta khó thở, gây đau đầu, chóng mặt?
A) O2 B) CO
C) N2 D) CH4
B
Hãy giải thích bằng phương trình hoá học?
C + O2  CO2 + 393kJ
t0
C + CO2  CO
t0
Xác định sự thay đổi số oxi hoá và cân bằng phương trình hoá học trên?
0
+4
-2
0
0
+2
+4
2
Chú ý: Nên sử dụng bếp than ở nơi thoáng khí (dư O2) để hạn chế khí CO tạo ra.
b) Tác dụng với hợp chất:
C + HNO3(đặc)
Cho biết sản phẩm của phản ứng hoá học sau:
t0
NO2 + CO2 + H2O
0
+4
+4
2
+5
4
4
Thí nghiệm
Hãy viết phương trình hoá học của phản ứng giữa C và CuO trong thí nghiệm trên?
+2
0
C + CuO  Cu + CO2
2
+4
0
2
t0
Hãy nhận xét về sự thay đổi số oxi hoá và vai trò của C trong các phương trình hoá học trên ?
C có tính khử
+4
C
0
+2
C, C
2) Tính oxi hóa:
b) Tác dụng với kim loại:
a) Tác dụng với H2:
0
-4
0
0
Nhôm Cacbua
Metan
C + H2  CH4
2
t0,xt
0
+1
C + Al  Al4C3
t0
-4
+3
4
3
Xác định sự thay đổi số oxi hoá và cân bằng phương trình hoá học trên ?
C
C có tính oxi hoá
Ở nhiệt độ cao và có chất xúc tác, C tác dụng với khí H2 tạo thành metan
Ở nhiệt độ cao, C tác dụng được với 1 số kim loại tạo thành cacbua kim loại
0
-4
C
Hãy nhận xét sự thay đổi số oxi hoá và vai trò của C trong 2 phản ứng hoá học trên?
- Cacbon có tính khử là chủ yếu:
Cacbon khá trơ ở điều kiện thường, khi đun nóng nó phản ứng được với nhiều chất
Nhận xét điều kiện xảy ra phản ứng của Cacbon ?
* Kết luận:
+ Cháy trong oxi.
+ Khử được nhiều hợp chất (ôxit, HNO3, H2SO4, KClO3…)
- C còn có tính oxi hoá:
Tính chất hoá học chủ yếu của cacbon là gì? Thể hiện như thế nào?
Ngoài ra cacbon còn có tính chất gì? Thể hiện như thế nào?
+ Tác dụng với H2
+ Tác dụng với 1 số kim loại
IV. Ứng dụng
(?) Hãy nghiên cứu SGK và liên hệ thực tiễn để nêu các ứng dụng của từng loại thù hình cacbon sau đây?
Đồ trang sức
Dao cắt thuỷ tinh
Mũi khoan, bột mài
Kim cương
Làm điện cực, làm nồi để nấu chảy các hợp kim chịu nhiệt, chế tạo chất bôi trơn, làm bút chì đen
Than chì
Làm chất khử trong luyện kim, để luyện kim loại từ quặng
Than cốc
Chế tạo thuốc nổ đen, thuốc pháo…
Than gỗ
Do có khả năng hấp phụ mạnh
Nệm than hoạt tính
Mặt nạ phòng độc
Công nghiệp hóa chất
Than hoạt tính
Dùng làm chất độn cao su, mực in, xi đánh giày
Than muội
V. Trạng thái tự nhiên
(?) Hãy nghiên cứu SGK và cho biết các trạng thái tồn tại của cacbon ?
- Cacbon tự do:
Kim cương, Than chì
- Khoáng vật:
Canxit ( CaCO3)
Magiezit (MgCO3)
Đolomit (CaCO3.MgCO3)
- Dầu mỏ và khí thiên nhiên
- Trong cơ thể động, thực vật: Hợp chất của C là thành phần cơ sở của các tế bào động thực vật, nên có vai trò rất lớn đối với sự sống
Chúng là thành phần chính của các loại mỏ than (Than antraxit, than mỏ, than nâu, than bùn…)
Nước ta có mỏ than antraxit lớn ở Quảng Ninh (Hà Lầm, Hà Tu, Uông Bí, Vàng Danh, Mạo Khê…), 1 số mỏ than nhỏ hơn ở Thanh Hóa(Yên Duyệt), Nghệ An(Khe Bố), Quảng Nam(Nông Sơn)…
VI. Điều chế
khai thác từ các mỏ than
?
(?) Hãy nghiên cứu SGK và liên hệ thực tiễn để hoàn thành sơ đồ điều chế các chất sau?
Than mỏ:
Than cốc
Gỗ
Than gỗ
?
Metan
Than muội
?
Than mỡ
?
?
?
Kim cương
Than chì
A) 2C + Ca  CaC2
B) C + 2H2  CH4
C) C + 2CuO  Cu + CO2
D) 3C + 4Al  Al4C3
C
1) Tính khử của Cacbon thể hiện ở phản ứng nào trong các phản ứng sau?
t0
t0
t0
t0,xt
0
+4
0
0
0
-1
-4
-4
Tổng kết bài
A) C + O2  CO2
B) C + 2H2  CH4
C) C + CO2  2CO
D) C + H2O  CO + H2
B
0
-4
0
0
0
+2
+4
+2
2) Tính oxi hóa của Cacbon thể hiện ở phản ứng nào trong các phản ứng sau?
t0
t0
t0
t0,xt
A) O2, Cl2, Fe2O3 , CaO, Au
B) Pt, H2, Al2O3, S, CO2
C) Al, H2SO4 loãng, MgO, S, O2
D) O2, H2, KClO3 , Fe2O3, Ca
D
3) Cacbon có thể phản ứng với tất cả các chất trong dãy nào sau đây?
4) Hãy ghép các ứng dụng ở cột (II) cho phù hợp với các dạng thù hình của Cacbon ở cột (I)
F
D
C
A
D
C
A
F
B
B
Yêu cầu về nhà:
* Học và nắm chắc lý thuyết
* Vận dụng làm các bài tập:
4,5-SGK Trang 70