Lý Thuyết Và Trắc Nghiệm Chương Cacbon Silic

A. LÝ THUYẾT 
I. KHÁI QUÁT VỀ NHÓM CACBON (NHÓM IVA)    
      - Gồm : Cacbon (C), silic (Si), gemani (Ge), thiếc (Sn), chì (Pb).
      - Cấu hình electron lớp ngoài cùng:  ns2np2.
      - Số oxi hoá có thể có trong chất vô cơ :  -4, 0, +2, +4.
      - Hợp chất với hiđro: RH4  ;  hợp chất với oxi : RO và RO2
(Chú ý : CO2, SO2 là oxit axit ; GeO2, SnO2, PbO2 và hiđroxit tương ứng là hợp chất lưỡng tính).
II. CACBON: 
1.Tính chất vật lý 
      Cacbon ở thể rắn, không tan trong nước, có 4 dạng thù hình : Kim cương (cứng, tinh thể trong suốt); than chì (xám, mềm, dẫn điện); Fuleren (phân tử C60, C70) ; than vô định hình (có tính hấp phụ).
2. Tính chất hóa học 
a. Tính khử : Cacbon không tác dụng trực tiếp với halogen.
● Với oxi : 
     C  +  O2    CO2  (cháy hoàn toàn)        
             2C + O2    2CO (cháy không hoàn toàn)
         Ở nhiệt độ cao, cacbon lại khử được CO2 thành CO
             C    +   CO2      2CO
● Với hợp chất oxi hoá : như oxit kim loại, HNO3, H2SO4 đ, KClO3...
        C  +  2H2SO4 (đặc)   CO2  +  2SO2  +  2H2O   
        C  +  4HNO3 (đặc)   CO2  +  4NO2  +  2H2O 
b. Tính oxi hoá
● Với hiđro : 
C + 2H2   CH4 
● Với kim loại :  
Ca  +  2C    CaC2 :  Canxi cacbua
4Al  +  3C    Al4C3   :  Nhôm cacbua
3. Điều chế
a. Kim cương nhân tạo 
      Điều chế từ than chì ở 2000oC, áp suất từ 50 đến 100.000 atmotphe, xúc tác sắt, crom hay niken.
b. Than chì nhân tạo 
      Nung than cốc ở 2500 – 3000oC trong lò điện không có không có không khí.
c. Than cốc  
      Nung than mỡ khoảng 1000oC, trong lò cốc, không có không khí.
d. Than mỏ
      Khai thác trực tiếp từ các vỉa than.

e. Than gỗ
      Đốt gỗ trong điều kiện thiếu không khí.
f.  Than muội
      Nhiệt phân metan :  CH4     C  +  2H2 
III. HỢP CHẤT CỦA CACBON
1. Cacbon monooxit
      - CTPT : CO (M = 28) ; CTCT:  
      - Khí không màu, không mùi, nhẹ hơn không khí, ít tan trong nước, rất độc.
      - CO kém hoạt động ở nhiệt độ thường, hoạt động hơn khi đun nóng.
      - CO là oxit trung tính (oxit không tạo muối ).
a. Tính chất hóa học
      Hoá tính quan trọng là tính khử ở nhiệt độ cao.
● Với oxi : CO cháy trong oxi với ngọn lửa lam nhạt : 
       2CO + O2    2CO2 
● Với Clo : có xúc tác than hoạt tính : 
CO + Cl2   COCl2 
                           (photgen)
● Với oxit kim loại : chỉ với kim loại trung bình và yếu : 
Fe2O3 + 3CO   2Fe + 3CO2         
CuO   +  CO      Cu + CO2 
● Lưu ý : CO chỉ khử được oxit của các kim loại từ kẽm trở về cuối dãy hoạt động hóa học của các kim loại.
b. Điều chế:
●  Trong phòng thí nghiệm : 
HCOOH    CO + H2O 
●  Trong công nghiệp : 
     +  Đốt không hoàn toàn than đá trong không khí khô :  
              2C + O2    2CO        
              C + O2    CO2
CO2 + C   2CO)
      Hỗn hợp khí thu được gọi là khí than khô (khí lò ga): 25% CO, còn lại là CO2, N2.
      + Cho hơi nước qua than nóng đỏ ở 1000oC :
C + H2O   CO + H2   
C + 2H2O   CO2 + 2H2
      Hỗn hợp khí thu được gọi là khí than ướt : 44% CO, còn lại là CO2, N2, H2.
2. CACBON ĐIOXIT
      - CTPT : CO2 = 44 ; CTCT : O = C = O
         - Khí không màu, không mùi, nặng hơn không khí, dễ hóa lỏng, không duy trì sự cháy và sự sống. Ở trạng thái rắn, CO2 gọi là nước đá khô.

a. Tính chất hóa học
● CO2 là một oxit axit
      + Tác dụng với nước tạo thành dung dịch axit yếu.
CO2 + H2O   H2CO3
      + Tác dụng với oxit bazơ, bazơ tạo thành muối. 
       CO2  +   NaOH    NaHCO3
         CO2  +  2NaOH    Na2CO3  +  H2O
● Tác dụng với chất khử mạnh như (tính oxi hóa)
2Mg + CO2   2MgO + C     
      2H2 + CO2   C + 2H2O 
c. Điều chế:
●   Trong phòng thí nghiệm 
       CaCO3 + 2HCl    CaCl2 + CO2  + H2O 
●  Trong công nghiệp   
     CaCO3   CaO + CO2 
IV. AXIT CACBONIC VÀ MUỐI CACBONAT
1. Axit cacbonic 
       Là axit rất yếu và kém bền.
H2CO3    CO2 + H2O 
      Trong nước, điện li yếu : 
H2CO3    HCO3- + H+         
HCO3-    CO32- + H+
Tác dụng với bazơ mạnh (tương tự CO2) tạo muối cacbonat.
2.  Muối cacbonat 
a. Tính tan  
      - Muối axit đa số dễ tan (trừ NaHCO3 hơi ít tan)
      - Muối trung hoà không tan trong nước (trừ cacbonat của kim loại kiềm và amoni).
b. Tính chất hóa học      
● Tác dụng với axit          
CaCO3 + 2HCl   CaCl2 + CO2 + H2O
Chú ý : CaCO3 tan được trong nước có CO2.
CaCO3  +  CO2  +  H2O     Ca(HCO3)2
● Tác dụng với dung dịch kiềm :   
NaHCO3 + NaOH   Na2CO3 + H2O
● Thủy phân trong nước tạo môi trường kiềm :  
      - Đối với muối cacbonat
    Na2CO3       2Na+   +   CO32-
CO32-    +   H2O    HCO3- + OH-
HCO3-    +   H2O    H2CO3 + OH-

      - Đối với muối cacbonat
NaHCO3       Na+   +   HCO3-
HCO3-    +   H2O    H2CO3 + OH-
● Phản ứng nhiệt phân : 
- Muối axit dễ bị nhiệt phân tạo muối trung tính.
            2NaHCO3   Na2CO3 + CO2 + H2O
            Ca(HCO3)2   CaCO3 + CO2 + H2O
      - Muối trung hoà dễ bị nhiệt phân trừ cacbonat kim loại kiềm.
CaCO3      CaO   +  CO2
V. SILIC VÀ HỢP CHẤT CỦA SILIC
I. Silic
      - Silic ở thể rắn, có 2 dạng thù hình : Si vô định hình (bột màu nâu) ; Si tinh thể (cấu trúc tương tự kim cương, độ cứng = 7/10 kim cương,  màu xám, giòn, d = 2,4, có vẻ sáng kim loại, dẫn nhiệt).
      - Si là phi kim yếu, tương đối trơ.
1. Tính chất hóa học
a. Tính khử
● Với phi kim:          
    Si    +   2F2         SiF4 
                                       (Silic tetra florua)
Si    +    O2       SiO2 (to = 400 - 600oC)
● Với hợp chất:      
    2NaOH  +  Si  +  H2O    Na2SiO3  +  2H2 
b. Tính oxi hoá
      Tác dụng với kim loại: Ca, Mg, Fe... ở nhiệt độ cao. 
      2Mg   +    Si        Mg2Si   
                    Magie silixua
2. Điều chế
a. Trong phòng thí nghiệm 
     2Mg + SiO2    2MgO + Si   (900oC)
b. Trong công nghiệp         
              SiO2  +  2C     2CO    + Si  (1800oC)
II. HỢP CHẤT CỦA SILIC
1. Silic đioxit ( SiO2 )  
      - Dạng tinh thể, không tan trong nước, nhiệt độ nóng chảy là 1713oC, tồn tại trong tự nhiên ở dạng cát và thạch anh.
      - Là oxit axit : 
a. Tan chậm trong kiềm hoặc cacbonat kim loại kiềm nóng chảy:     
SiO2 + 2NaOH   Na2SiO3 + H2O
        SiO2 + Na2CO3   Na2SiO3 + CO2 

b. Tác dụng với HF (dùng để khắc thủy tinh)
       SiO2 + 4HF   SiF4   +  2H2O
2. Axit silixic ( H2SiO3 )
      - Là chất keo, không tan trong nước. Khi sấy khô, axit silixic mất 1 phần nước tạo Silicagen (được dùng để hút ẩm) : 
H2SiO3   SiO2 + H2O
      - H2SiO3 là axit rất yếu, yếu hơn H2CO3 : 
Na2SiO3 + CO2 + H2O   Na2CO3 + H2SiO3 
3.Muối silicat 
- Muối silicat của kim loại kiềm tan trong nước và bị thủy phân mạnh tạo môi trường kiềm :     
Na2SiO3 + 2H2O   2NaOH + H2SiO3 
- Dung dịch đậm đặc của Na2SiO3 và K2SiO3 được gọi là thủy tinh lỏng dùng để chế keo dán thủy tinh và sứ, vải hoặc gỗ tẩm thủy tinh lỏng sẽ khó bị cháy.
VI. CÔNG NGHIỆP SILICAT
1. Thủy tinh : Là hỗn hợp của muối natri silicat, canxi silicat và silic đioxit. Công thức gần đúng của thủy tinh : Na2O.CaO.6SiO2
Phương trình sản xuất : 
6SiO2 + CaCO3 + Na2CO3   Na2O.CaO.6SiO2 + 2CO2
Các loại thủy tinh : Thủy tinh thông thường ; thủy tinh Kali ; thủy tinh thạch anh ; thủy tinh phalê.
2. Đồ gốm : Được điều chế chủ yếu từ đất sét và cao lanh :
Có các loại : Gốm xây dựng (gạch, ngói), gốm kỹ thuật (sứ kỹ thuật), gốm dân dụng (sứ dân dụng, sành...)
3. Xi măng: Là chất bột mịn, màu lục xám, thành phần chính gồm các canxi silicat : 3CaO.SiO2, 2CaO.SiO2 và canxi aluminat: 3CaO.Al2O3, dễ kết dính nên được dùng trong xây dựng.