Bài 16. Hợp chất của cacbon
A. Cacbon monooxit (CO)
- Là chất khí không màu, không mùi, không vị, hơi nhẹ hơn không khí, rất ít tan trong nước, hóa lỏng ở -191,5oC, hóa rắn ở -205,2oC, rất bền với nhiệt.
- Khí CO rất độc.
- CO là oxit trung tính không tạo muối: không tác dụng với nước, axit và dung dịch kiềm ở điều kiện thường.
Khi đốt nóng, khí CO cháy trong oxi hoặc trong không khí, cho ngọn lửa màu lam nhạt và tỏa nhiều nhiệt nên được sử dụng làm nhiên liệu.
Ở nhiệt độ cao, khí CO khử được nhiều oxit kim loại nên được dùng trong luyện kim để khử các oxit kim loại.
Khí CO được điều chế bằng cách đun nóng axit fomic (HCOOH) khi có mặt $H_2SO_4$ đặc:
$HCOOH\xrightarrow{{{H_2}S{O_4}đặc,{t^o}}}CO{\text{ }} + {\text{ }}{H_2}O$
2. 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 $CO_2$, $H_2$, $N_2$, ...
$C{\text{ }} + {\text{ }}{H_2}o\overset { \sim {{1050}^o}C} \leftrightarrows CO{\text{ }} + {\text{ }}{{\text{H}}_2}$
- Khí CO còn được sản xuất trong các lò gas bằng cách thổi không khí qua than nung đỏ: cacbon cháy thành cacbon đioxit, khi đi qua lớp than nung đỏ, $CO_2$ bị khử thành khí CO, thu được khí lò gas (khí than khô) trong đó CO thường chiếm khoảng 25%, ngoài ra còn có $N_2$, $CO_2$ và một lượng nhỏ các khí khác.
$C{O_2} + C\xrightarrow{{{t^o}}}2CO$
B. Cacbon đioxit ($CO_2$)
I. Tính chất vật lí
- Là chất khí không màu, nặng gấp 1,5 lần không khí, tan không nhiều trong nước: Ở điều kiện thường, 1 lít nước hòa tan được 1 lít khí $CO_2$.
- Ở nhiệt độ thường, dưới áp suất 60 atm, khí $CO_2$ sẽ hóa thành chất lỏng không màu, linh động.
- Ở trạng thái rắn, $CO_2$ tạo thành một khối trắng, gọi là “nước đá khô”, không nóng chảy mà thăng hoa, được dùng để tạo môi trường lạnh không có hơi ẩm.
Khí $CO_2$ không cháy và không duy trì sự cháy của nhiều chất, nên người ta thường dùng những bình tạo khí $CO_2$ để dập tắt các đám cháy.
$CO_2$ là oxit axit, khi tan trong nước tạo thành dung dịch axit cacbonic:
III. Điều chế
$CO_2$ được điều chế bằng cách cho dung dịch HCl tác dụng với đá vôi:
2. Trong công nghiệp
- Khí $CO_2$được thu hồi từ quá trình đốt cháy hoàn toàn than để cung cấp năng lượng cho các quá trình sản xuất khác.
- Khí $CO_2$ được thu hồi từ quá trình chuyển hóa khí thiên nhiên, các sản phẩm dầu mỏ, ... ; quá trình nung vôi; quá trình lên men rượu từ đường glucozơ.
C. Axit cacbonic và muối cacbonat
I. Axit cacbonic ($H_2CO_3$)
Axit cacbonicrất kém bền, chỉ tồn tại trong dung dịch loãng, dễ bị phân hủy thành $CO_2$ và $H_2O$. Trong dung dịch, axit này phân li hai nấc thành các ion $H^+$ và $HCO_3^-$ và chỉ tạo thành một lượng rất nhỏ ${\text{CO}}_3^{2 - }$:
${H_2}C{O_3} \rightleftarrows {H^ + } + {\text{ }}HCO_3^ - $
$HCO_3^ - \rightleftarrows {H^ + } + {\text{ CO}}_3^{2 - }$
Axit cacbonic tạo ra hai loại muối: Muối cacbonat chứa ion ${\text{CO}}_3^{2 - }$ ($Na_2CO_3$, $CaCO_3$, ...); muối hiđrocacbonat chứa ion $HCO_3^ - $ ($NaHCO_3$, $Ca(HCO_3)_2$,...).
a. Tính tan
Muối cacbonat của kim loại kiềm, amoni và đa số các muối hiđrocacbonat dễ tan trong nước. Muối cacbonat của kim loại khác không tan trong nước.
b. Tác dụng với axit
Muối cacbonat, cũng như muối hiđrocacbonat, tác dụng dễ dàng với dung dịch axit, cho khí $CO_2$ thoát ra.
c. Tác dụng với dung dịch kiềm
Các muối hiđrocacbonat tác dụng dễ dàng với dung dịch kiềm.
d. Phản ứng nhiệt phân
Muối cacbonat trung hòa của kim loại kiềm bền với nhiệt. Muối cacbonat trung hòa của kim loại khác, cũng như muối hiđrocacbonat, bị nhiệt phân hủy.
2. Ứng dụng
$CaCO_3$ là thành phần chính của mỏ đá vôi, của vỏ nghêu sò, thạch nhũ … . $CaCO_3$ là nguyên liệu cơ bản để nung thành vôi, cement, các nhà máy vôi, cement đều ở gần nơi có nhiều đá vôi,
Muối $Na_2CO_3$ được dùng làm chất phụ gia trong xà phòng làm chất chữa cháy…
$NaHCO_3$ (Nabica) là thuốc chữa bệnh bao tử.
$NH_4HCO_3$ là bột nở để làm bánh bao, bánh tiêu, bánh mì.
