Tính chất hoá học của cacbon monooxit CO, cacbon đioxit CO2, axit cacbonic và muối cacbonnat - Hoá 11 bài 16

Nội dung bài viết này sẽ giúp các em biết tính chất hóa học của cacbon monooxit CO, cacbon đioxit CO₂, axit cacbonic và muối cacbonat, các điều chế CO, CO₂ và ứng dụng của muối cacbonat.

I. Cacbon monooxit CO

1. Cấu tạo phân tử và tính chất vật lý của cacbon monooxit

- 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 hoá học của cacbon monooxit

- 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.

* Cacbon monooxit là chất khử mạnh.

a) CO tác dụng với các phi kim           

2CO + O₂  2CO₂

CO + Cl₂ → COCl₂ (photgen)

b) CO khử oxit của các kim loại

- 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 cacbon monooxit

• Điều chế CO trong công nghiệp:      

- Khí CO được sản xuất bằng cách cho hơi nước đi qua than nung đỏ, tạo thành khí than ướt, chứa trung bình khoảng 44% CO, còn lại là các khí khác như CO₂, H₂, N₂,...

C + H₂O  CO + H₂ (1050⁰C)

CO₂ + C  2CO

• Điều chế CO trong phòng thí nghiệm:

- Khí CO được điều chế bằng cách đun nóng axit fomic (HCOOH) khi có mặt H₂SO₄ đặc:

HCOOH  CO + H₂O (H₂SO₄ đặc, t⁰)

4. Nhận biết cacbon monooxit

Điiot pentaoxit I₂O₅ tác dụng với Cacbon monooxit tạo ra cacbon đioxit và iot

5CO + I₂O₅ → 5CO₂ + I₂

II. Cacbon đioxit CO₂

1. Cấu tạo phân tử và tính chất vật lí của cacbon đioxit

- 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 của cacbon đioxit CO₂

a) CO₂ là oxit axit

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

CO₂ + H₂O  H₂CO₃

- Khí CO₂ tác dụng với oxit bazơ → muối:                                                            

CaO + CO₂  CaCO₃

- Khí 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) Khí 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

3. Điều chế cacbon đioxit

- 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, đốt cháy hoàn toàn than cốc trong không khí hoặc nhiệt phân đá vôi:              

C + O₂ → CO₂ 

CaCO₃  CaO + CO₂

- Trong phòng thí nghiệm:     

CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂ + H₂O

4. Nhận biết cacbon đioxit

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

CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃ + H₂O

III. 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 của muối cacbonat

* 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

- 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

+ 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

- Lưu 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 muối cacbonat  

- Cho tác dụng với axit → CO₂

CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂ + H₂O