Hợp chất của cacbon

          HỢP CHẤT CỦA CACBON

I.  Cacbon monooxit - CO

1. 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.

2. 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 (700⁰C)

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

3. Điều chế

- Trong công nghiệp:              

C + H₂O ↔ CO + H₂ (1050⁰C)

CO₂ + C → 2CO (t⁰)

- Trong phòng thí nghiệm:                 

HCOOH → CO + H₂O (H₂SO₄ đặc, t⁰)

4. Nhận biết               

5CO + I₂O₅ → 5CO₂ + I₂

III. Cacbon đioxit - CO₂ 

1. Cấu tạo phân tử và tính chất vật lí

- Cấu tạo của CO₂ là O=C=O.

- Là khí không màu, vị hơi chua. 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.

2. Tính chất hóa học

a. CO₂ là oxit axit

- CO₂ tan trong nước tạo thành axit cacbonic (là một điaxit rất yếu):              

CO₂ + H₂O ↔ H₂CO₃

- CO₂ tác dụng với oxit bazơ → muối:                                                            

CaO + CO₂ → CaCO₃ (t⁰)

- CO₂ tác dụng với dung dịch bazơ → 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.

b. CO₂ bền, ở nhiệt độ cao bị nhiệt phân một phần và tác dụng được với các chất khử mạnh

2CO₂ ↔ 2CO + O₂ (t⁰)

CO₂ + 2Mg → 2MgO + C

CO₂ + C → 2CO

c. CO₂ còn được dùng để sản xuất ure

CO₂ + 2NH₃ → NH₄O - CO - NH₂ (amoni cacbamat)

NH₄O - CO - NH₂­ → H₂O + (NH₂)₂CO (180⁰C; 200at)

3. 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/2H₂O

- Trong công nghiệp:              

C + O₂ → CO₂ (đốt cháy hoàn toàn than cốc trong không khí)

CaCO₃ → CaO + CO₂ (1000⁰C)

- Trong phòng thí nghiệm:     

CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂ + H₂O

3. Nhận biết   

     Tạo kết tủa trắng với dung dịch nước vôi trong dư.

CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃ + H₂O

IV. Muối cacbonat

     Là muối của axit cacbonic (gồm muối CO₃^2- và HCO₃^-).

1. Tính tan

     Các muối cacbonat trung hoà của kim loại kiềm (trừ Li₂CO₃), amoniac và các muối hidrocacbonat dễ tan trong nước (trừ NaHCO₃ ít tan). Các muối cacbonat trung hoà của những kim loại khác không tan hoặc ít tan trong nước.

2. Tính chất hóa học

- Sự 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.

- Sự nhiệt phân:

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

MgCO₃ → MgO + CO₂ (t⁰)

      + Tất cả các muối hiđrocacbonat đều bị nhiệt phân:

2NaHCO₃ → Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O

Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃ + H₂O + CO₂

- Tính chất hóa học chung của muối:

     + Tác dụng với axit → muối mới + CO₂ + H₂O

NaHCO₃ + HCl → NaCl + H₂O + CO₂

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 bazơ → 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

3. Nhận biết   

     Cho tác dụng với axit → CO₂

CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂ + H₂O