I. CACBON MONOOXIT: CO
1. Tính chất vật lí
- 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 hóa học
Phân tử CO có liên kết ba bền vững $\left( C\equiv O \right)$ nên ở nhiệt độ thường C rất trơ, chỉ hoạt động trong điều kiện nhiệt độ cao
a. CO là oxit trung tính
CO không có khả năng tạo muối → không tác dụng với dung dịch bazơ và dung dịch axit ở nhiệt độ thường.
b. CO là chất khử mạnh
+ Tác dụng với các phi kim:
$2\overset{+2}{\mathop{C}}\,O + {{O}_{2}}\xrightarrow{{{t}^{0}}}~2\overset{+4}{\mathop{C}}\,{{O}_{2}}$
$\overset{+2}{\mathop{C}}\,O + C{{l}_{2}}\xrightarrow{{{t}^{0}},xt}~\overset{+4}{\mathop{C}}\,OC{{l}_{2}}$ (photgen)
+ 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).
$3\overset{+2}{\mathop{C}}\,O + F{{e}_{2}}{{O}_{3}}\xrightarrow{{{t}^{0}}}~3\overset{+4}{\mathop{C}}\,{{O}_{2}}+2Fe$
$\overset{+2}{\mathop{C}}\,O + CuO\xrightarrow{{{t}^{0}}}~\overset{+4}{\mathop{C}}\,{{O}_{2}}+Fe$
3. Điều chế
a. Trong công nghiệp
$\overset{0}{\mathop{C}}\,\,\,+\,{{H}_{2}}O~\,\underset{{}}{\overset{\approx {{1050}^{0}}C}{\longleftrightarrow}}\,\,\overset{+2}{\mathop{C}}\,O+{{H}_{2}}$(khí than ướt)
$\overset{0}{\mathop{C}}\,\,\,+\,\overset{+4}{\mathop{C}}\,{{O}_{2}}\,\xrightarrow{{{t}^{0}}}\,\,2\overset{+2}{\mathop{C}}\,O$(khí than khô)
b. Trong phòng thí nghiệm
$HCOOH~\xrightarrow{{{H}_{2}}S{{O}_{4}}{{~}_{c}}, {{t}^{0}}}~CO + {{H}_{2}}O$
4. Nhận biết: 5CO + I2O5 → 5CO2 + I2
II. CACBON ĐIOXIT - CO2
1. Tính chất vật lí
- 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
a. CO2 là oxit axit
- CO2 tan trong nước tạo thành axit cacbonic (là một điaxit rất yếu):
CO2 + H2O $\underset{{}}{\overset{{}}{\longleftrightarrow}}$ H2CO3
- CO2 tác dụng với oxit bazơ → muối: CaO + CO2 $\xrightarrow{{{t}^{0}}}$ CaCO3
- 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. CO2 bền, ở nhiệt độ cao bị nhiệt phân một phần và tác dụng được với các chất khử mạnh
2CO2 $\xrightarrow{{{t}^{0}}}$ 2CO + O2
CO2 + 2Mg$\xrightarrow{{{t}^{0}}}$ 2MgO + C (không dùng CO2 để dập tắt đám cháy Mg vì xảy ra phản ứng này)
CO2 + C $\xrightarrow{{{t}^{0}}}$ 2CO
c. CO2 còn được dùng để sản xuất ure
CO2 + 2NH3 $\xrightarrow{{{t}^{0}},P}$ H2O + (NH2)2CO (ure)
3. Điều chế
a. Trong công nghiệp
C + O2 $\xrightarrow{{{t}^{0}}}$ CO2
CaCO3 $\xrightarrow{{{t}^{0}}}$ CaO + CO2
b. Trong phòng thí nghiệm
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O
4. Nhận biết
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 CO32- 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
a. Tác dụng với axit → muối mới + CO2 + H2O
NaHCO3 + HCl → NaCl + H2O + CO2
Chú ý: Nếu cho H+ từ từ vào muối tan thì CO32- → HCO3- → H2O + CO2.
Nếu cho H+ vào muối không tan thì CO32- → CO2 + H2O.
b. Sự thủy phân
Muối cacbonat của kim loại kiềm bị thủy phân mạnh tạo môi trường kiềm
CO32- + H2O ↔ HCO3- + OH‑
2AlCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O → 2Al(OH)3 + 6NaCl + 3CO2
Chú ý: Muối (NH4)2CO3 có môi trường trung tính.
c. Sự nhiệt phân
+ Muối cacbonat tan không bị nhiệt phân (trừ muối amoni), muối cacbonat không tan bị nhiệt phân:
MgCO3 → MgO + CO2 (t0)
+ Tất cả các muối hiđrocacbonat đều bị nhiệt phân:
2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O
Ca(HCO3)2 → CaCO3 + H2O + CO2
3. Nhận biết
Cho tác dụng với axit thoát ra khí CO2 làm vẩn đục nước vôi trong:
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O
1. Tính chất vật lí
- 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 hóa học
Phân tử CO có liên kết ba bền vững $\left( C\equiv O \right)$ nên ở nhiệt độ thường C rất trơ, chỉ hoạt động trong điều kiện nhiệt độ cao
a. CO là oxit trung tính
CO không có khả năng tạo muối → không tác dụng với dung dịch bazơ và dung dịch axit ở nhiệt độ thường.
b. CO là chất khử mạnh
+ Tác dụng với các phi kim:
$2\overset{+2}{\mathop{C}}\,O + {{O}_{2}}\xrightarrow{{{t}^{0}}}~2\overset{+4}{\mathop{C}}\,{{O}_{2}}$
$\overset{+2}{\mathop{C}}\,O + C{{l}_{2}}\xrightarrow{{{t}^{0}},xt}~\overset{+4}{\mathop{C}}\,OC{{l}_{2}}$ (photgen)
+ 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).
$3\overset{+2}{\mathop{C}}\,O + F{{e}_{2}}{{O}_{3}}\xrightarrow{{{t}^{0}}}~3\overset{+4}{\mathop{C}}\,{{O}_{2}}+2Fe$
$\overset{+2}{\mathop{C}}\,O + CuO\xrightarrow{{{t}^{0}}}~\overset{+4}{\mathop{C}}\,{{O}_{2}}+Fe$
3. Điều chế
a. Trong công nghiệp
$\overset{0}{\mathop{C}}\,\,\,+\,{{H}_{2}}O~\,\underset{{}}{\overset{\approx {{1050}^{0}}C}{\longleftrightarrow}}\,\,\overset{+2}{\mathop{C}}\,O+{{H}_{2}}$(khí than ướt)
$\overset{0}{\mathop{C}}\,\,\,+\,\overset{+4}{\mathop{C}}\,{{O}_{2}}\,\xrightarrow{{{t}^{0}}}\,\,2\overset{+2}{\mathop{C}}\,O$(khí than khô)
b. Trong phòng thí nghiệm
$HCOOH~\xrightarrow{{{H}_{2}}S{{O}_{4}}{{~}_{c}}, {{t}^{0}}}~CO + {{H}_{2}}O$
4. Nhận biết: 5CO + I2O5 → 5CO2 + I2
II. CACBON ĐIOXIT - CO2
1. Tính chất vật lí
- 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
a. CO2 là oxit axit
- CO2 tan trong nước tạo thành axit cacbonic (là một điaxit rất yếu):
CO2 + H2O $\underset{{}}{\overset{{}}{\longleftrightarrow}}$ H2CO3
- CO2 tác dụng với oxit bazơ → muối: CaO + CO2 $\xrightarrow{{{t}^{0}}}$ CaCO3
- 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. CO2 bền, ở nhiệt độ cao bị nhiệt phân một phần và tác dụng được với các chất khử mạnh
2CO2 $\xrightarrow{{{t}^{0}}}$ 2CO + O2
CO2 + 2Mg$\xrightarrow{{{t}^{0}}}$ 2MgO + C (không dùng CO2 để dập tắt đám cháy Mg vì xảy ra phản ứng này)
CO2 + C $\xrightarrow{{{t}^{0}}}$ 2CO
c. CO2 còn được dùng để sản xuất ure
CO2 + 2NH3 $\xrightarrow{{{t}^{0}},P}$ H2O + (NH2)2CO (ure)
3. Điều chế
a. Trong công nghiệp
C + O2 $\xrightarrow{{{t}^{0}}}$ CO2
CaCO3 $\xrightarrow{{{t}^{0}}}$ CaO + CO2
b. Trong phòng thí nghiệm
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O
4. Nhận biết
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 CO32- 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
a. Tác dụng với axit → muối mới + CO2 + H2O
NaHCO3 + HCl → NaCl + H2O + CO2
Chú ý: Nếu cho H+ từ từ vào muối tan thì CO32- → HCO3- → H2O + CO2.
Nếu cho H+ vào muối không tan thì CO32- → CO2 + H2O.
b. Sự thủy phân
Muối cacbonat của kim loại kiềm bị thủy phân mạnh tạo môi trường kiềm
CO32- + H2O ↔ HCO3- + OH‑
2AlCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O → 2Al(OH)3 + 6NaCl + 3CO2
Chú ý: Muối (NH4)2CO3 có môi trường trung tính.
c. Sự nhiệt phân
+ Muối cacbonat tan không bị nhiệt phân (trừ muối amoni), muối cacbonat không tan bị nhiệt phân:
MgCO3 → MgO + CO2 (t0)
+ Tất cả các muối hiđrocacbonat đều bị nhiệt phân:
2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O
Ca(HCO3)2 → CaCO3 + H2O + CO2
3. Nhận biết
Cho tác dụng với axit thoát ra khí CO2 làm vẩn đục nước vôi trong:
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O