1. Cacbon là gì?

Cacbon là nguyên tố phổ biến thứ 4 trong vũ trụ về mặt tổng khối lượng sau hidro, heli, và oxy. Cacbon có rất nhiều trong Mặt Trời, các vì sao, sao chổi và trong bầu khí quyển của phần lớn các hành tinh.Cacbon là một loại nguyên tố hóa học nằm trong bản...

2. Vị trí và cấu hình electron nguyên tử

Trong bảng tuần hoàn, cacbon là nguyên tố có vị trí nằm ở ô thứ 6, nhóm IVA, chu kì 2 .Cấu hình electron của cacbon có dạng là 1s22s22p2.Các số oxi hóa của cacbon là -4, 0, +2 và +4. Tham khảo ngay bộ tài liệu ôn tập kiến thức và tổng hợp phương pháp giải mọi dạng bài tập trong đề thi Hóa THPT Quốc gia

3. Tính chất vật lí

Nguyên tố cacbon tồn tại ở dưới dạng như là hình kim cương, than chì, fullerene,... Cacbon tồn tại ở các cấu trúc khác nhau như trong tinh thể kim cương (a), tinh thể than chì (b) và fuleren (c) dưới đây:

3.1. Kim cương

Là dạng tinh thể trong suốt, không có màu, không có khả năng dẫn điện, dẫn nhiệt kém.Có cấu trúc tinh thể nguyên tử và cứng nhất trong tất cả các chất tồn tại trên Trái đất.

3.2. Than chì

Là chất tinh thể có màu xám đen.Tinh thể than chì mềm do có cấu trúc lớp.

3.3. Fuleren

Fuleren gồm các phân tử như C60, C70,... Phân tử C60 có cấu trúc hình cầu rỗng với 32 mặt, trong đó 60 đỉnh là 60 nguyên tử cacbon,…

3.4. Cacbon vô định hình

Các loại than điều chế nhân tạo như than gỗ, than muội, than xương,... được gọi chung là cacbon vô định hình. Chúng có cấu tạo xốp nên có khả năng hấp phụ mạnh các chất khí và chất tan trong dung dịch.Cấu trúc tinh thể, tính chất vật lý của kim cương...

4. Tính chất hóa học

Cacbon vừa có tính oxy hóa vừa có tính khử.

4.1. Cacbon là chất khử

4.1.1. Tác dụng với các phi kim

Cacbon cháy được trong không khí. Phản ứng này tỏa nhiều nhiệt, tạo ra CO2 và một ít khí CO:C0 + O2 +4CO2+4CO2 + C0 2 +2CO

4.1.2. Tác dụng với oxit kim loại

Cacbon có khả năng khử được oxit của các kim loại đứng sau Al trong dãy hoạt động hóa học của kim loại:Ví dụ: CuO + C Cu + COFe2O3 + 3C 2Fe + 3CO

4.1.3. Tác dụng với CaO và Al2O3

CaO + 3C → CaC2 + CO (phản ứng trong lò điện)2Al2O3 + 9C → Al4C3 + 6CO (20000C)

4.1.4. Tác dụng với các chất oxi hóa mạnh

Thường gặp là H2SO4 đặc, HNO3, K2Cr2O7, KNO3, KClO3,… Trong các phản ứng này, C bị oxi hóa lên hóa trị mức cao nhất +4 (CO2).C + 2 H2SO4 đặc CO2 + 2 SO2↑ + 2 H2OC + 4 HNO3 đặc CO2 + 4 NO2↑ + 2 H2OC + 4 KNO3 2 K2O + CO2 ↑ + 4 NO2

4.1.5. Tác dụng với hơi nước (khi nhiệt độ cao)

C + H2O CO + H2↑C + 2 H2O → CO2 + 2 H2↑

4.2. Cacbon là chất oxi hóa

4.2.1. Tác dụng với H2

C + 2 H2 CH4

4.2.2. Tác dụng với kim loại - muối cacbua

4 Al + 3 C Al4C3

5. Trạng thái tự nhiên

Trong thiên nhiên kim cương và than chì là cacbon tự do gần như tinh khiết.- Cacbon được chứa trong các khoáng sản như calcit (đá vôi, đá hoa, đá phấn đều có chứa CaCO3), Đolomit (CaCO3, MgCO3), Magiezit (MgCO3).- Cacbon là thành phần chính trong các mỏ than, khí tự nhiên, dầu mỏ, cơ thể sinh vật.Nước ta có mỏ than antraxit lớn nằm ở Quảng Ninh. Một số mỏ than khác nhỏ hơn ở Thanh Hóa, Nghệ An, Quảng Nam,…

6. Điều chế và ứng dụng của cacbon

6.1 Điều chế cacbon

Điều chế kim cương nhân tạo bằng cách nung than chì ở nhiệt độ khoảng 2000oC, dưới áp suất 50 đến 100 nghìn atmotphe cùng chất xúc tác là sắt, niken hay crom.Than chì nhân tạo được điều chế bằng cách cho than cốc vào lò điện và nung ở nhiệt độ từ 2500 đến 3000oC trong điều kiện môi trường không có không khí.Than cốc được điều chế bằng phương pháp nung than mỡ ở khoảng 1000oC trong lò cốc trong điều kiện không có không khí.Than mỏ được khai thác trực tiếp trong các vỉa than nằm ở các độ sâu khác nhau dưới lòng đất.Than gỗ được tạo thành khi đốt gỗ trong điều kiện thiếu không khí.Than muội được tạo thành trong điều kiện nhiệt phân metan (CH4) và có mặt chất xúc tác:CH4 C + 2H2

6.2 Ứng dụng của cacbon

Kim cương được dùng làm bột mài, chế tạo mũi khoan, dao cắt thủy tinh hoặc làm đồ trang sức.Than chì được dùng làm điện cực, chế tạo nồi để nấu chảy các hợp kim chịu nhiệt, chế tạo chất bôi trơn, làm ruột bút chì đen.Trong luyện kim, than cốc được sử dụng làm chất khử , để luyện kim loại từ quặng.Than gỗ được ứng dụng trong chế tạo thuốc nổ đen và thuốc pháo,…Than hoạt tính có khả năng hấp phụ mạnh nên được dùng trong chế tạo mặt nạ phòng độc và trong công nghiệp hóa chất.Than muội được sử dụng làm chất độn cao su, sản xuất mực in hoặc xi đánh giày,...

7. Một số bài tập trắc nghiệm về cacbon (có đáp án)

Câu 1: Kim cương và than chì là 2 dạng thù hình của cacbon là do:A. Kim cương và than chì cùng có cấu tạo mạng tinh thể giống nhauB. Kim cương và than chì có tính chất vật lý tương tự nhauC. Chúng đều cấu tạo từ nguyên tố cacbon D. Chúng có màu sắc giố...