Lý thuyết Hóa học Lớp 11 - Chương 7: Nhóm Cacbon. Silic

Chương 7. Nhóm cacbon - silic A. tóm tắt lí thuyết Cacbon - silic thuộc nhóm IVA của bảng hệ thống tuần hoàn. Trong nhóm có các nguyên tố cacbon C, silic Si, gemani Ge, thiếc Sn và chì PB. Nguyên tử của các nguyên tố này có 4 electron lớp ngoài cùng. Theo chiều tăng của điện tích hạt nhân, tính chất của các nguyên tố biến đổi như sau: cacbon C và silic Si là các phi kim rõ rệt, thiếc Sn và chì Pb là các kim loại, gemani Ge là nguyên tố trung gian. Ta chỉ tìm hiểu hai nguyên tố có nhiều ứng dụng nhất là cacbon C, silic Si. I. Cacbon và hợp chất của cacbon I.1. Trạng thái tự nhiên: Trong tự nhiên C chiếm khoảng 0,023% khối lượng vỏ Trái đất. Hợp chất vô cơ là các muối cacbonat có khối lượng khoảng 1016tấn. Ngoài ra C còn có trong các mỏ than đá, than nâu, than bùn, dầu mỏ, khí tự nhiên. Trong cơ thể sống, trung bình có 18% cacbon. I.2. Các dạng thù hình và tính chất vật lí Cacbon có một số dạng thù hình, có cấu tạo tinh thể khác nhau, do đó có những tính chất vật lí khác nhau. Kim cương: Trong tinh thể kim cương, cacbon có liên kết cộng hoá trị với 4 nguyên tử cacbon xung quanh, tạo thành tứ diện đều. Khoảng cách giữa các nguyên tử C là bằng nhau, bằng 0,154 nm. Sự đồng nhất và bền vững của liên kết này khiên cho kim cương rất cứng, là vật liệu cứng nhất trong tự nhiên. Kim cương có màu sắc rất đẹp, cho nên từ ngàn xưa là đồ trang sức rất quý giá. Trong công nghiệp, kim cương được sử dụng để chế tạo mũi khoan, dao cắt kính, thiết bị lase. Ngày nay, loài người đã sản xuất được kim cương nhân tạo, tuy nhiên chúng không đẹp như kim cương tự nhiên. Khối lượng của kim cương được đo bằng cara, một cara bằng 0,2 gam. Than chì: Tinh thể than chì (graphit) có cấu trúc nhiều lớp. Trong mỗi lớp, một nguyên tử C liên kết với 3 nguyên tử C khác bằng các liên kết cộng hoá trị, có khoảng cách bằng nhau (0,1415 nm). Các liên kết giữa các nguyên tử C trong cùng lớp rất bền vững. Lực liên kết giữa các lớp là rất yếu, khoảng cách lớn (0,335 nm). các lớp dễ trượt lên nhau, do đó than chì rất mềm, có thể làm ruột bút chì. Than chì dẫn điện tôt, nên được sử dụng rộng rãi làm điện cực trơ trong điện phân, sản xuất pin. Kim cương Than chì Fuleren C60 Fuleren: Một dạng thù hình của cacbon C60, C70 mới được phát hiện vào năm 1985. Phân tử C60 có cấu trúc hình cầu rỗng, gồm 32 mặt (20 hình sáu cạnh và 12 hình 5 cạnh) với 60 đỉnh là 60 nguyên tử cacbon. Khoảng cách giữa các nguyên tử đều như nhau, có tính đối xứng cao nhất so với các phân tử đã biết. Đường kính của hình cầu lớn hơn 1,0 nm đủ để đặt một phân tử hoặc một nguyên tử bất kỳ vào đó. Điều chế Fuleren bằng cách làm bay hơi graphit trong chân không dưới tác dụng của tia lase, hay trong khí quyển heli bằng hồ quang điện. Người ta dự đoán fuleren và các dẫn xuất của nó sẽ có nhiều ứng dụng đặc sắc trong vật liệu mới, hoá học, y học, siêu dẫn. Công trình phát minh ra fuleren được tặng giải thưởng Noben năm 1996. Cacbon vô định hình: Than đá, than bùn, than gỗ, mồ hóng. Tính chất của cacbon vô định hình tuỳ thuộc vào nguyên liệu và phương pháp điều chế chúng. Than gỗ và than xương có cấu trúc xốp, có khả năng hấp phụ mạnh các chất khí và chất tan trong dung dịch. Than hoạt tính được điều chế từ than gỗ hay gáo dừa là nguyên liệu sản xuất mặt nạ phòng độc, chất hấp phụ, lọc nước... I.3. Tính chất hoá học ở nhiệt độ thấp tất cả các dạng thù hình của cacbon đều hầu như trơ. Nhưng ở nhiệt độ cao, chúng tác dụng được với nhiều chất. Tính chất hoá học cơ bản của cacbon là tính khử. Tác dụng với oxi: C + O2 CO2 (1) ở điều kiện thiếu oxi sinh ra CO 2C + O2 2CO (2) Tác dụng với nhiều oxit kim loại như: CuO, Fe2O3 ... ở nhiệt độ cao. C + 2CuO 2Cu + CO2 (3) C + CO22CO (4) Tác dụng với hơi nước ở nhiệt độ cao: C + H2O CO + H2 (5) Các phản ứng hoá học (4) và (5) là cơ sở để chuyển hoá nhiên liệu rắn thành nhiên liệu khí. Tác dụng với các axit có tính chất oxi hoá mạnh như HNO3, H2SO4 đặc, nóng. C + 4HNO3 CO2 + 4NO2 + 2H2O (6) I.4. Một số hợp chất của cacbon Cacbon monoxit (CO) là một chất khí không màu, không mùi, rất độc, nặng gần bằng không khí, ít tan trong nướC. ở nhiệt độ cao, cacbon monoxit thể hiện tính khử mạnh. 2CO + O2 đ 2CO2 phản ứng toả nhiều nhiệt. 3CO + Fe2O3 2Fe + 3CO2 Cacbon đioxit (CO2) là khí không màu, nặng hơn không khí, dCO2/kk = 1,52. Nước đá khô là cacbon đioxit rắn. Cacbon đioxit là một oxit axit và có tính oxi hoá yếu. Tác dụng với dung dịch kiềm; CO2 + NaOH đ NaHCO3 CO2 + 2NaOH đ Na2CO3 + H2O Tác dụng với kim loại: CO2 + 2Mg đ 2MgO + C Muối cacbonat và muối hiđrocacbonat: Na2CO3, CaCO3, NaHCO3, Ca(HCO3)2. ở nhiệt độ cao chỉ có muối cacbonat của kim loại kiềm là không bị phân huỷ. Các muối hiđrocacbonat kém bền hơn. 2NaHCO3 Na2CO3 + H2O + CO2 Ngoài quá trình quang hợp của cây xanh, ở trong nước biển, đại dương có một cân bằng hoá học giúp điều tiết lượng CO2 trong khí quyển: CO2 + CaCO3 + H2O Ca(HCO3)2 Tuy nhiên, do con người phát triển công nghiệp, sử dụng ngày càng nhiều năng lượng hoá thạch, cho nên lượng CO2 đang tăng dần, làm cho nhiệt độ Trái đất ấm dần lên. Trong 100 năm qua, nhiệt độ đã tăng trung bình 0,3 oC. II. Silic và các hợp chất của silic 1. Silic là một trong những nguyên tố phổ biến nhất trong vỏ Trái đất (đứng hàng thứ hai sau nguyên tố oxi) Silic có hai dạng thù hình, dạng vô định hình và dạng tinh thể. Dạng tinh thể có cấu trúc tương tự kim cương, giòn và cứng, có ánh kim dẫn điện và dẫn nhiệt kém. Silic là nguyên tố ít hoạt động hoá học. Si + F2 đ SiF4 Si + O2 SiO2 Si + 2NaOH + H2O Na2SiO3 + 2H2 Điều chế Si trong phòng thí nghiệm: 2Mg + SiO2 Si + 2MgO Điều chế Si trong công nghiệp: 2C + SiO2 Si + 2COư 2. Hợp chất của silic a. Silic đioxit (SiO2) SiO2 là chất rắn không tan trong nước, khó nóng chảy (16100), có tên gọi là thạch anh. Cát trắng là những hạt thạch anh nhỏ. SiO2 là oxit axit. ở nhiệt độ cao, SiO2 tác dụng với oxit bazơ, kiềm, cacbonat kim loại kiềm tạo ra silicat: SiO2 + CaO CaSiO3 (canxi silicat) SiO2 + 2NaOH Na2SiO3 + H2O SiO2 + K2CO3 K2SiO3 + CO2ư SiO2 có tính chất hoá học đặc trưng là tan được trong dung dịch axit flohiđric HF: SiO2 + 4HF đ SiF4 + H2O Vì vậy người ta dùng axit flohiđric để khắc hình trên thuỷ tinh. SiO2 được dùng rộng rãi trong xây dựng, sản xuất thuỷ tinh, đá mài... b. Axit silicic và muối silicat Axit silicic có công thức hoá học là H2SiO3, là axit yếu, ít tan trong nước. Điều chế axit silicic bằng cách cho axit clohiđric tác dụng với dung dịch silicat, được dung dịch H2SiO3 dưới dạng keo: 2HCl + Na2SiO3 đ H2SiO3 + 2NaCl Muối của axit silicic có tên là silicat. Natri và kali silicat trông bề ngoài giống thuỷ tinh, nhưng tan được trong nước, vì vậy chúng có tên là thuỷ tinh tan. Dung dịch của chúng tan trong nước gọi là thuỷ tinh lỏng. Thuỷ tinh tan dùng để chế tạo xi măng và bêtông chịu axit, dùng làm lớp bảo vệ gỗ không cháy, sản xuất silicagen. Silicagen là một polime vô cơ có công thức (SiO2)n là một chất chống ẩm rất tốt, dùng trong bảo quản phim ảnh, băng đĩa hình, thực phẩm cao cấp ... B. đề bài 332. Khái niệm nào sau đây là khác loại? A. Đồng vị. B. Thù hình. C. Công thức phân tử. D. Đơn chất. 333. Cho sơ đồ biểu diễn chu trình của cacbon trong tự nhiên: Quan sát sơ đồ và cho biết nhận định nào sau đây là đúng nhất? Lượng CO2 trong không khí được điều tiết bởi: A. cây xanh. B. cân bằng hoá học giữa CO2, CaCO3 và Ca(HCO3)2 trong nước biển. C. hạn chế sử dụng các nhiên liệu hoá thạch theo công ước quốc tế. D. cả A, B và C đều đúng. 334. Hiệu ứng nhà kính là hiện tượng Trái đất đang ấm dần lên, do các bức xạ có bước sóng dài trong vùng hồng ngoại bị giữ lại, mà không bức xạ ra ngoài vũ trụ. Chất khí nào sau đây là nguyên nhân gây ra hiệu ứng nhà kính? A. H2. B. N2. C. CO2. D. O2. 335. Hậu quả của việc Trái đất đang ấm dần lên là hiện tượng băng tan ở hai cực. Các núi băng xưa kia, nay chỉ còn là các chỏm băng Xem ảnh: Hãy lựa chọn những ảnh hưởng có thể xảy ra khi Trái đất ấm lên, trong số các dự báo sau: A. Nhiều vùng đất thấp ven biển sẽ bị nhấn chìm trong nước biển. B. Khí hậu Trái đất thay đổi. C. Có nhiều trận bão lớn như bão Katrina. D. A, B, C đều đúng. 336. Kim cương và than chì là các dạng thù hình của nguyên tố cacbon. Kim cương cứng nhất trong tự nhiên, trong khi than chì mềm đến mức có thể dùng để sản xuất lõi bút chì 6B, dùng để kẻ mắt. Điều giải thích nào sau đây là đúng? A. Kim cương có cấu trúc tinh thể dạng tứ diện đều, than chì có cấu trúc lớp, trong đó khoảng cách giữa các lớp khá lớn. B. Kim cương có liên kết cộng hoá trị bền, than chì thì không. C. Đốt cháy kim cương hay than chì ở nhiệt độ cao đều tạo thành khí cacboniC. D. Một nguyên nhân khác. 337. Cacbon vô định hình được điều chế từ than gỗ hay gáo dừa có tên là than hoạt tính. Tính chất nào sau đây của than hoạt tính giúp cho con người chế tạo các thiết bị phòng độc, lọc nước? A. Đốt cháy than sinh ra khí cacbonic. B. Hấp phụ các chất khí, chất tan trong nước. C. Khử các chất khí độc, các chất tan trong nước. D. Tất cả các phương án A, B, C. 338. Khi xét về khí cacbon đioxit, điều khẳng định nào sau đây là sai? A. Chất khí không màu, không mùi, nặng hơn không khí. B. Chất khí chủ yếu gây ra hiệu ứng nhà kính. C. Chất khí không độc, nhưng không duy trì sự sống. D. Chất khí dùng để chữa cháy, nhất là các đám cháy kim loại. 339. Chất khí cacbon monoxit có trong thành phần loại khí nào sau đây? A. Không khí. B. Khí tự nhiên. C. Khí mỏ dầu. D. Khí lò cao. 340. Mùa đông, khi mất điện lưới quốc gia, nhiều gia đình phải sử dụng động cơ điezen để phát điện, phục vụ nhu cầu thắp sáng, chạy tivi...Tại sao không nên chạy động cơ điezen trong phòng đóng kín các cửa? Bởi vì A. tiêu thụ nhiều khí O2 sinh ra khí CO2 là một khí độc. B. tiêu thụ nhiều khí O2, sinh ra khí CO là một khí độc. C. nhiều hiđrocacbon chưa cháy hết là những khí độc. D. sinh ra khí SO2. 341. Trong các phản ứng hoá học sau, phản ứng nào sai? A. 3CO + Fe2O3 3CO2 + 2Fe B. CO + Cl2 COCl2 C. 3CO + Al2O3 2Al + 3CO2 D. 2CO + O2 2CO2 342. Hấp thụ hoàn toàn 2,24 lit CO2 (đktc) vào dung dịch nước vôi trong có chứa 0,075 mol Ca(OH)2. Sản phẩm thu được sau phản ứng gồm: A. Chỉ có CaCO3. B. Chỉ có Ca(HCO3)2 C. Cả CaCO3 và Ca(HCO3)2 D. Không có cả hai chất CaCO3 và Ca(HCO3)2. 343. Một cốc thuỷ tinh đựng khoảng 20ml nước cất. Cho một mấu giấy quỳ tím vào cốc nước, màu tím không thay đổi. Sục khí cacbon đioxit vào cốc nước, mẩu giấy chuyển sang màu hồng. Đun nóng cốc nước, sau một thời gian mẩu quỳ lại chuyển thành màu tím. Giải thích nào sau đây là đúng? A. Nước cất có pH = 7. B. Dung dịch axit H2CO3 có pH < 7. C. Axit H2CO3 không bền, khi đun nóng phân huỷ thành CO2 và nước. D. A, B, C đều đúng. 344. Trong một bình kín dung tích 16 lit chứa hỗn hợp CO, CO2 và O2 dư. Thể tích O2 nhiều gấp đôi thể tích CO. Bật tia lửa điện để đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp, thể tích khí trong bình giảm 2 lít (các thể tích khí trong bình được đo ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất). Thành phần % theo thể tích của CO, CO2 và O2 trong hỗn hợp ban đầu là giá trị nào sau đây: A. 25%, 50% và 25%. B. 15%, 30% và 55%. C. 20%, 40% và 40%. D. 25%, 25% và 50%. 345. Cho 24,4g hỗn hợp Na2CO3, K2CO3 tác dụng vừa đủ với dung dịch BaCl2 . Sau phản ứng thu được 39,4g kết tủa. Lọc tách kết tủa, cô cạn dung dịch thu được m(g) muối clorua. Vậy m có giá trị là: A. 2,66g B. 22,6g C. 26,6g D. 6,26g 346. Công thức phân tử CaCO3 tương ứng với thành phần hoá học chính của loại đá nào sau đây: A. đá đỏ . B. đá vôi. C. đá mài. D. đá tổ ong. 347. Tên gọi chất nào sau đây chứa CaCO3 trong thành phần hoá học? A. Đôlômit. B. Cácnalit. C. Pirit. D. Xiđerit. 348. Xét các muối cacbonat, nhận định nào sau đây là đúng? A. Tất cả các muối cacbonat đều tan trong nước. B. Tất cả các muối cacbonat đều bị nhiệt phân tạo ra oxit kim loại và cacbon đioxit. C. Tất cả các muối cacbonat đều bị nhiệt phân, trừ muối cacbonat của kim loại kiềm. D. Tất cả các muối cacbonat đều không tan trong nước. 349. Cho các ion và chất sau: 1. HCO3- 2. K2CO3 3. H2O 4. Cu(OH)2 5. HPO4- 6. Al2O3 7. NH4Cl 8. HSO3- Theo Bronsted, chất, ion lưỡng tính là: A. 1, 2, 3 B. 4, 5, 6 C. 1, 3, 5, 6, 8 D. 2, 4, 6, 7 350. Hiện tượng xảy ra khi trộn dung dịch Na2CO3 với dung dịch FeCl3 là: A. Xuất hiện kết tủa màu đỏ nâu. B. Có các bọt khí thoát ra khỏi dung dịch. C. Xuất hiện kết tủa màu lục nhạt. D. A và B đúng. 351. Chất nào dưới đây góp phần nhiều nhất vào sự hình thành mưa axit? A. Cacbon đioxit. B. Lưu huỳnh đioxit. C. Ozon. D. Dẫn xuất clo của hiđrocacbon. 352. Xét các cặp chất nào sau đây: 1. CH3COOH + CaCO3 2. C17H35COONa + H2SO4 3. CO2 + dd NaCl 4. C17H35COONa + Ca(HCO3)2 Cặp không xảy ra phản ứng hoá học là cặp nào trong số sau: A. 1 B. 2 C. 3 D. 4 353. Bê tông cốt thép là loại vật liệu xây dựng rất quan trọng, có ứng dụng rất rộng rãi. Lí do nào khiến cho việc ứng dụng bê tông cốt thép trở nên phổ biến trong công nghiệp xây dựng ? A. Thép và bê tông có hệ số giãn nở nhiệt bằng nhau. B. Bê tông cốt thép là loại vật liệu xây dựng rất bền. C. Bê tông cốt thép là loại vật liệu xây dựng rất đắt tiền. D. A, B đều đúng. 354. Chất nào sau đây không phải là nguyên liệu của công nghiệp sản xuất xi măng ? A. Đất sét. B. Đá vôi. C. Cát. D. Thạch cao. 355. Thuỷ tinh là chất rắn có cấu trúc vô định hình. Tính chất nào sau đây không phải là của thuỷ tinh? A. Trong suốt. B. Không có điểm nóng chảy cố định. C. Cho ánh sáng mặt trời đi qua, nhưng giữ lại bức xạ hồng ngoại. D. Thuỷ tinh rắn, dẻo. 356. Công nghiệp silicat là ngành công nghiệp chế biến các hợp chất của silic. Ngành sản xuất nào sau đây không thuộc về công nghiệp silicat? A. Sản xuất đồ gốm (gạch, ngói, sành, sứ). B. Sản xuất xi măng. C. Sản xuất thuỷ tinh. D. Sản xuất thuỷ tinh hữu cơ. 357. Boxit nhôm có thành phần chủ yếu là Al2O3 lẫn các tạp chất là SiO2 và Fe2O3. Để làm sạch Al2O3 trong công nghiệp có thể sử dụng các hoá chất nào sau đây: A. Dung dịch NaOH đặc và khí CO2. B. Dung dịch NaOH đặc và axit HCl. C. Dung dịch NaOH đặc và axit H2SO4. D. Dung dịch NaOH đặc và axit CH3COOH. 358. Trong các phản ứng hoá học sau, phản ứng nào sai? A. SiO2 + 4HF đ SiF4 + 2H2O B. SiO2 + 4HCl đ SiCl4 + 2H2O C. SiO2 + 2C Si + 2CO D. SiO2 + 2Mg 2MgO + Si 359. Cho các oxit: SiO2, CaO, Fe2O3, CuO, Al2O3. Để phân biệt từng oxit trên, chỉ được dùng một thuốc thử trong số các chất sau: A. Dung dịch NaOH. B. H2O. C. Dung dịch HCl. D. Các phương án trên đều sai. 360. Người ta thường dùng cát (SiO2) làm khuôn đúc kim loại. Để làm sạch hoàn toàn những hạt cát bám trên bề mặt vật dụng làm bằng kim loại có thể dùng dung dịch nào sau đây? A. Dung dịch HCl. B. Dung dịch HF. C. Dung dịch NaOH loãng. D. Dung dịch H2SO4. C. hướng dẫn trả lời và đáp số 332. A 333. D 334. C 335. D 336. A 337. B 338. D 339. D 340. B 341. C 342. C 343. D 344. D 345. C 346. B 347. A 348. C 349. C 350. D 351. B 352. C 353. D 354. C 355. D 356. D 357. A 358. B 359. C 360. B