Tailieumoi.vn sưu tầm và biên soạn chuyên đề Cacbon gồm đầy đủ lý thuyết, các dạng bài tập chọn lọc và ví dụ minh họa từ cơ bản đến nâng cao giúp học sinh ôn luyện kiến thức, biết cách làm bài tập môn Hóa học 11.

Chuyên đề Cacbon

I. LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM

1. Vị trí và cấu hình electron nguyên tử

Vị trí: Ô thứ 6, nhóm IVA, chu kì 2.

Cấu hình electron: $1s^{2}2s^{2}2p^2\to$  Có 4 electron lớp ngoài cùng, tạo 4 liên kết cộng hóa trị.

Các số oxi hóa:-4,0,+2  và  +4.

Chú ý: Cách xác định vị trí và cấu hình electron nguyên tử của C tương tự nitơ.

2. Tính chất vật lí và ứng dụng

3. Tính chất hóa học

Cacbon vừa thể hiện tính khử, vừa thể hiện tính oxi hóa.

a. Tính khử

• Tác dụng với oxi: Cacbon cháy trong không khí, tỏa nhiều nhiệt:$\stackrel{0}{C}+\stackrel{0}{O_2}\stackrel{t°}{\to }\stackrel{+4}{C}\stackrel{-2}{O_2}$ .

Chú ý: Trong điều kiện thiếu oxi, cacbon khử $C{O}_2$  thành cacbon monooxit (CO), chứng tỏ nó tác dụng được với hợp chất $\to$  Đốt than phải để ở nơi thoáng khí để khỏi sinh ra khí độc CO.

• Tác dụng với hợp chất: Ở nhiệt độ cao, cacbon khử được nhiều oxi, nhiều chất oxi hóa khác nhau:

$\begin{array}{l}\stackrel{0}{C}+\stackrel{+4}{C}{O}_2\stackrel{t°}{\to }2\stackrel{+2}{C}O\\ \stackrel{0}{C}+H\stackrel{+4}{N}{O}_{3\left(\text{đ}\AE c\right)}\stackrel{t°}{\to }\stackrel{+4}{C}{O}_2+4\stackrel{+4}{N}{O}_2+2H_{2}O\\ 3\stackrel{0}{C}+2K\stackrel{+5}{Cl}{O}_3\stackrel{t°}{\to }2K\stackrel{-1}{Cl}+3\stackrel{+4}{C}{O}_2\\ \stackrel{0}{C}+\stackrel{+2}{Zn}O\stackrel{t°}{\to }\stackrel{0}{Zn}+\stackrel{+2}{C}O\\ \stackrel{0}{C}+\stackrel{+2}{Cu}O\stackrel{t°}{\to }\stackrel{0}{Cu}+\stackrel{+2}{C}O\end{array}$

b. Tính oxi hóa: Cacbon thể hiện tính oxi hóa ở nhiệt độ cao.

• Tác dụng với hiđro: . $\stackrel{0}{C}+2H_2\stackrel{xt,t°}{\to }\stackrel{-4}{C}{H}_4$
• Tác dụng với kim loại:

 $\begin{array}{l}4\stackrel{0}{Al}+3\stackrel{0}{C}\stackrel{t°}{\to }\stackrel{+3}{A{l}_4}\stackrel{-4}{C_3}\\ Nhom\text{ cacbua}\\ \stackrel{0}{Ca}+2\stackrel{0}{C}\stackrel{t°}{\to }\stackrel{+2}{Ca}\stackrel{-1}{C_2}\\ Canxi\text{ cacbua}\end{array}$

HỆ THỐNG HÓA KIẾN THỨC

CACBON

1. Vị trí – cấu hình electron nguyên tử

Ô số 6, chu kì 2, nhóm VIA.

.$1s^{2}2s^{2}2p^2$

2. Dạng thù hình: kim cương, than chì, cacbon vô định hình.

3. Tính chất hóa học

Các trạng thái oxi hóa: $-4,0,+2$  và +4.

Tính oxi hóa:

+ Tác dụng với kim loại: Ví dụ: $4Al+3C\stackrel{t°}{\to }A{l}_4{C}_3$ .

+ Tác dụng với hiđro: $C+2H_2\stackrel{t°}{\to }C{H}_4$

Tình khử:

+ Tác dụng với oxi: $C+O_2\stackrel{t°}{\to }C{O}_2$

+ Tác dụng với hợp chất: Ví dụ:  $\begin{array}{l}C+C{O}_2\stackrel{t°}{\to }2CO\\ 3C+2KCl{O}_3\stackrel{t°}{\to }2KCl+3C{O}_2\end{array}$

4. Trạng thái tự nhiên

+ Kim cương, than chì tinh khiết.

+ Khoáng vật: canxit, magiezit, đolomit,…

+ Than mỏ, dầu mỏ, khí thiên nhiên.

+ Hợp chất hữu cơ: tế bào, glucozơ,…

II. CÁC DẠNG BÀI TẬP

Dạng 1: Bài tập lí thuyết về tính chất vật lí, hóa học cacbon

Ví dụ mẫu

Ví dụ 1. Trong phản ứng hóa học, cacbon

A. chỉ thể hiện tính khử.                                        

B. vừa thể hiện tính khử vừa thể hiện tính oxi hóa.                                         

C. chỉ thể hiện tính oxi hóa.                                   

D. không thể hiện tính khử và tính oxi hóa.

Hướng dẫn giải

Trong phản ứng hóa học, cacbon vừa thể hiện tính khử (tác dụng với oxi, hợp chất), vừa thể hiện tính oxi hóa (tác dụng với, kim loại).

Chọn B.

Ví dụ 2. Cacbon gồm những dạng hình thù nào?

A. Kim cương, than chì, than gỗ.                           

B. Kim cương, than gỗ, than cốc.                          

C. Kim cương, than chì, cacbon vô định hình.      

D. Kim cương, than xương, than cốc.

Hướng dẫn giải

Cacbon có những dạng thù hình: kim cương, than chì và cacbon vô định hình.

Chọn C

III. Bài tập tự luyện dạng 1

Câu 1: Cho các chất$O_2\left(1\right),C{O}_2\left(2\right),H_2\left(3\right),F{e}_2{O}_3\left(4\right),Si{O}_2\left(5\right),HCl\left(6\right),CaO\left(7\right),H_{2}S{O}_4\text{\hspace{0.33em}đ}ac\left(8\right),HN{O}_3\left(9\right),H_{2}O\left(10\right),KMn{O}_4\left(11\right)$.  Số chất mà cacbon phản ứng trực tiếp được là:

A. 12.                            B. 9.

C. 11.                             D. 10.

Câu 2: Trong các phản ứng sau, phản ứng mà cacbon thể hiện tính khử là:

A. $2C+Ca\stackrel{t°}{\to }Ca{C}_2$   

B.  $C+2H_2\stackrel{t°}{\to }C{H}_4$    

C.  $3C+4Al\stackrel{t°}{\to }A{l}_4{C}_3$    

D.  $C+O_2\stackrel{t°}{\to }C{O}_2$

Câu 3: Than được dùng làm chất độn cao su, sản xuất mực in, xi đánh giầy là:

A. than chì.      

B. than muội.

C. than gỗ.  

D. than cốc.

Câu 4: Cacbon thể hiện tính oxi hóa ở phản ứng:

A.  $C+2H_2\stackrel{t°}{\to }C{H}_4$     

B. $C+4HN{O}_3\stackrel{t°}{\to }C{O}_2+4N{O}_2+2H_{2}O$  

C.  $4C+F{e}_3{O}_4\stackrel{t°}{\to }3Fe+4C{O}_2$

D.  $C+C{O}_2\stackrel{t°}{\to }2CO$

Câu 5: Phản ứng cacbon đóng vai trò vừa là chất khử vừa là chất oxi hóa là:

A. $C+HN{O}_3$  đặc nóng    

B. $C+H_{2}S{O}_4$  đặc nóng.  

C. $CaO+C$  (trong lò điện).  

D.  $C+O_2$ .

Bài tập nâng cao

Câu 6: Cho cacbon (C) lần lượt tác dụng với $Al,H_{2}O,CuO,HN{O}_{3\text{\hspace{0.33em}đ}ac},KCl{O}_3,C{O}_2,H_{2}S{O}_{4\text{\hspace{0.33em}đ}ac}$ , ở điều kiện thích hợp. Số phản ứng mà trong đó C đóng vai trò làm chất khử là:

A. 6.                              B. 5.  

C. 7.                              D. 4.

Câu 7: Viết phương trình hóa học hoàn thành dãy chuyển hóa sau:

.$C\to C{O}_2\to CO\to C{O}_2\to NaHC{O}_3\to N{a}_{2}C{O}_3$

Dạng 2: Bài tập tính thành phần phần trăm khối lượng cacbon

Phương pháp giải

Ví dụ mẫu

Ví dụ 1: Trong tự nhiên, người ta lấy 500 tấn canxi cacbonat tồn tại ở dạng đá vôi để làm vật liệu xây dựng. Thành phần phần trăm khối lượng của cacbon trong mẫu đá vôi trên là:

A. 12%.                         B. 50%.

C. 75%.                             D. 48%.

Hướng dẫn giải

$\begin{array}{l}{M}_{CaC{O}_3}=40+12+16.3=100\\ m_{C\text{\hspace{0.33em}trong ®¸ v«i}}=\frac{500.12}{100}=60\text{ tÊn}\\ \text{\%}{m}_{C\text{\hspace{0.33em}trong ®¸ v«i}}=\frac{60.100\%}{500}=12\%\end{array}$

Chọn A.

IV. Bài tập tự luyện dạng 2

Câu 1: Để xác định hàm lượng phần trăm cacbon trong một mẫu gang trắng, người ta đốt mẫu gang trong oxi dư. Sau đó, xác định lượng $C{O}_2$  tạo thành bằng cách dẫn khí qua nước vôi trong dư; lọc lấy kết tủa, rửa sạch, sấy khô rồi đem cân. Với một mẫu gang khối lượng là 5,00 gam và khối lượng kết tủa thu được là 1,00 gam thì hàm lượng phần trăm cacbon trong mẫu gang là bao nhiêu?

Câu 2: Đốt một mẫu than chì chứa tạp chất lưu huỳnh trong oxi. Cho hỗn hợp khí thoát ra tác dụng với lượng dư dung dịch brom, thấy có 0,32 gam brom đã phản ứng. Cho khí thoát ra khỏi dung dịch brom tác dụng với lượng dư nước vôi trong, thu được 10,00 gam kết tủa.

a) Viết phương trình hóa học các phản ứng xảy ra.

b) Xác định phần trăm khối lượng cacbon trong mẫu than chì.

ĐÁP ÁN

Dạng 1: Bài tập lí thuyết về tính chất vật lí, hóa học cacbon

Câu 1: Chọn B.

Có 9 chất mà cacbon phản ứng trực tiếp được là:

$O_2\left(1\right),C{O}_2\left(2\right),H_2\left(3\right),F{e}_2{O}_3\left(4\right),Si{O}_2\left(5\right),CaO\left(7\right),H_{2}S{O}_4\text{\hspace{0.33em}đ}\AE c\left(8\right),HN{O}_3\left(9\right),H_{2}O\left(10\right),KMn{O}_4\left(11\right)$

Bạn đọc tự viết phương trình.

Câu 2: Chọn D.

Câu 3: Chọn B.

Câu 4: Chọn A.

Câu 5: Chọn C.

Câu 6: Chọn A.

Khi phản ứng với $H_{2}O,CuO,HN{O}_{3\text{\hspace{0.33em}đ}ac},KCl{O}_3,C{O}_2,H_{2}S{O}_{4\text{\hspace{0.33em}đ}ac}$ , C đóng vai trò là chất khử.

Câu 7:

Ta có dãy chuyển hóa:$C\stackrel{\left(1\right)}{\to }C{O}_2\stackrel{\left(2\right)}{\to }CO\stackrel{\left(3\right)}{\to }C{O}_2\stackrel{\left(4\right)}{\to }NaHC{O}_3\stackrel{\left(5\right)}{\to }N{a}_{2}C{O}_3$ .

Phương trình hóa học:

$\begin{array}{l}\left(1\right)C+O_2\stackrel{t°}{\to }C{O}_2\\ \left(2\right)C{O}_2+C\stackrel{t°}{\to }2CO\\ \left(3\right)2CO+O_2\stackrel{t°}{\to }2C{O}_2\\ \left(4\right)C{O}_2+NaOH\stackrel{t°}{\to }NaHC{O}_3\\ \left(5\right)2NaHC{O}_3\stackrel{t°}{\to }N{a}_{2}C{O}_3+C{O}_2+H_{2}O\end{array}$

Dạng 2: Bài tập tính thành phần phần trăm khối lượng cacbon

Câu 1:

Khi đốt mẫu gang trong oxi, cacbon cháy tạo thành $C{O}_2$ . Dẫn $C{O}_2$  qua nước vôi trong dư thu được kết tủa $CaC{O}_3$ .

$\begin{array}{l}C+O_2\stackrel{t°}{\to }C{O}_2\\ C{O}_2+Ca{\left(OH\right)}_2\to CaC{O}_3\downarrow +H_{2}O\end{array}$

Ta có:$n_C=n_{C{O}_2}=n_{CaC{O}_3}=\frac{1}{100}=0,01mol\to m_C=0,01.12=0,12gam$

Hàm lượng cacbon trong mẫu gang: $\frac{0,12}{5}.100\%=2,4\%$  .

Câu 2:

a) Phương trình hóa học:

$\begin{array}{l}\left(1\right)C+O_2\stackrel{t°}{\to }C{O}_2\\ \left(2\right)S+O_2\stackrel{t°}{\to }S{O}_2\\ \left(3\right)S{O}_2+B{r}_2+H_{2}O\to H_{2}S{O}_4+2HBr\\ \left(4\right)C{O}_2+Ca{\left(OH\right)}_2\to CaC{O}_3+H_{2}O\end{array}$

b) Theo (2) và (3): $n_S=n_{S{O}_2}=n_{B{r}_2}=\frac{0,32}{160}=0,002mol\to m_S=0,002.32=0,064gam$

Theo (1) và (4): $n_C=n_{C{O}_2}=n_{CaC{O}_3}=\frac{10}{100}=0,1mol\to m_C=0,1.12=1,2gam$

Phần trăm khối lượng cacbon trong mẫu than chì:$\frac{1,2}{1,2+0,064}.100\%=94,94\%$ .