I.Vị trí, cấu hình electron nguyên tử
- Cấu hình electron của nguyên tử cacbon:1s22s22p2
- Cacbon ở ô thứ 6, nhóm IVA, chu kì 2 tuần bảng tuần hoàn.
- Các số oxi hóa của cacbon: -4, 0, +2 và +4
II.Tính chất vật lí
Cacbon tạo một số dạng thù hình có tính chất vật lí khác nhau:
Kim cương
- Là chất tinh thể trong suốt, không màu, không dẫn điện, dẫn nhiệt kém.
- Thuộc tinh thể nguyên tử, có cấu trúc tứ diện
Than chì
- Là chất tinh thể màu xám đen.
- Có cấu trúc lớp.
Fuleren
- Gồm các phân tử C60,C70,…
- C60 có cấu trúc hình cầu rỗng, gồm 32 mặt, 60 đỉnh.
III.Tính chất hóa học
Các số oxi hóa của cacbon là -4; 0, +2, +4 nên có tính oxi hóa và tính khử
1.Tính khử
- Tác dụng với oxi:
Phản ứng tỏa nhiều nhiệt: \[\overset{0}{\mathop{C}}\,+{{O}_{2}}\xrightarrow{{{t}^{0}}}\overset{+4}{\mathop{C}}\,{{O}_{2}}\]
Ở nhiệt độ cao khử được CO2: \[\overset{+4}{\mathop{C}}\,{{O}_{2}}+\overset{0}{\mathop{C}}\,\xrightarrow{{{t}^{0}}}2\overset{+2}{\mathop{C}}\,O\]
- Tác dụng với hợp chất: HNO3, H2SO4(đặc), KClO3,…
\[\overset{0}{\mathop{C}}\,+4HN{{O}_{3}}\xrightarrow{{{t}^{0}}}\overset{+4}{\mathop{C}}\,{{O}_{2}}+4N{{O}_{2}}+2{{H}_{2}}O\]
2.Tính oxi hóa
- Tác dụng với hiđro: \[\overset{0}{\mathop{C}}\,+2{{H}_{2}}\xrightarrow{{{t}^{0}}}\overset{-4}{\mathop{C}}\,{{H}_{4}}\]
- Tác dụng với kim loại: \[4Al+3\overset{0}{\mathop{C}}\,\xrightarrow{{{t}^{0}}}A{{l}_{4}}{{\overset{-4}{\mathop{C}}\,}_{3}}\]
IV.Ứng dụng
- Kim cương được dùng làm đồ trang sức, chế tạo mũi khoan, dao cắt thủy tinh, làm bột mày.
- Than chì được dùng làm điện cự, 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 luyên kim, để luyện kim loại từ quặng.
- Than gỗ được dùng để chế tạo thuốc nổ đen, thuốc pháo,…
- Than muội được dùng làm chất độn cao su, để sản xuất mực in, xi đánh giầy,…
V.Trạng thái tự nhiên
- Kim cương, than chì tồn tại ở dạng tự do gần như tinh khiết
- Cacbon có trong khoáng vật như canxit, magiezit, thành phần chính của than mỏ, dầu mỏ, khí thiên nhiên.
Bài 1 (Trang 70 – SGK)
Tại sao hầu hết các hợp chất của cacbon lại là hợp chất cộng hóa trị ?
Hướng dẫn giải:
Vì nguyên tử cacbon có 4e ở lớp ngoài cùng (2s22p2), độ âm điện trung bình nên rất khó cho hoặc nhận electron mà chủ yếu liên kết được tạo thành từ việc dùng chung các electron với nguyên tử của các nguyên tố khác.
Bài 2 (Trang 71 – SGK)
Tính oxi hóa của cacbon thể hiện ở phản ứng nào trong các phản ứng sau?
A. C + O2 → CO2
B. C + 2CuO → 2Cu + CO2
C. 3C + 4 Al → Al4C3
D. C + H2O → CO + H2
Hướng dẫn giải:
Chọn C
Bài 3 (Trang 70 – SGK)
Tính khử của cacbon thể hiện ở phản ứng nào trong các phản ứng sau?
A. 2C + Ca → CaC2
B. C + 2H2 → CH4
C. C + CO2 → 2CO
D. 3C + 4Al → Al4C3
Hướng dẫn giải:
Chọn C
Bài 4 (Trang 70 – SGK)
Lập phương trình hóa học của các phản ứng sau đây:
a) H2SO4(đặc) + C → SO2 + CO2 + ?
b) HNO3(đặc) + C → NO2 + CO2 + ?
c) CaO + C → CaC2 + CO
d) SiO2+ C → Si + CO
Hướng dẫn giải:
a) 2H2SO4(đặc) + C → 2SO2 + CO2 + 2H2O
b) 4HNO3(đặc) + C→ 4NO2 + CO2 + 2H2O
c) CaO + 3C→ CaC2 + CO
d) SiO2+ 2C → Si + 2CO
Bài 5 (Trang 70 – SGK)
Đốt một mẫu than đá (chứa tạp chất không cháy) có khối lượng 0,600kg trong oxi dư, thu được 1,06 m3 (đktc) khí cacbonic. Tính thành phần phần trăm khối lượng của cacbon trong mẫu than đá trên.
Hướng dẫn giải:
\[{{n}_{C{{O}_{2}}}}=\frac{1,06.1000}{22,4}=47,32\,(mol)\]
C + O2 → CO2
47,32 ← 47,32 (mol)
Theo pt: nC = nCO2 = 47,32 mol ⇒ mC = 47,32. 12 = 567,84 g
% khối lượng của C là:
\[\frac{567,84}{0,6.1000}.100{\scriptstyle{}^{0}/{}_{0}}=94,64{\scriptstyle{}^{0}/{}_{0}}\]
