Giải KHTN 8 sách VNEN bài 14: Cacbon và một số hợp chất của cacbon

A. Hoạt động khởi động

Các hình dưới đây nói về một nguyên tố hóa học rất phổ biến và rất quan trọng đối với con người, đó là nguyên tố cacbon. Em hãy nghiên cứu kĩ và trả lời mỗi câu hỏi cho bên dưới mỗi hình và điền thông tin vào chỗ trống. Em biết được gì qua những hình ảnh này?

Trả lời:

a) Người lính cứu hỏa đang làm nhiệm vụ chữa cháy. Trong bình cứu hỏa là $CO_2$ ở dạng khí hoặc ở dạng bột.

b) Trong hình b, khoáng sản được nói đến là than, thành phần chủ yếu là cacbon.

c) Thành phần chính của đá vôi: $CaCO_3$

d) Chất dùng để hấp phụ chất độc trong mặt nạ phòng độc là than hoạt tính.

đ) Thành phần chính của kim cương là cacbon.

B. Hoạt động hình thành kiến thức

I. Cacbon

1. Tính chất vật lí, các dạng thù hình của cacbon

- Thế nào là dạng thù hình của một nguyên tố hóa học?

- Các dạng thù hình của cacbon có đặc điểm gì giống và khác nhau?

- Từ thí nghiệm trên, em có thể dự đoán than hoạt tính có những ứng dụng nào?

- Em hãy bổ sung thông tin phù hợp vào đoạn văn sau:

Cacbon là nguyên tố hóa học có trong thành phần của rất nhiều ...(1).... Trong tự nhiên, đơn chất cacbon là chất ...(2)..., tồn tại dưới các dạng thù hình chính là: ...(3)....

Trả lời:

- Dạng thù hình của một nguyên tố hóa học là những dạng đơn chất khác nhau của nguyên tố hóa học đó.

- Các dạng thù hình của cacbon có đặc điểm giống và khác nhau:

+ Sự giống nhau giữa các dạng thù hình của cacbon: Đều có thành phần hóa học là nguyên tố cacbon.

+ Khác nhau: Khác nhau về tính chất vật lí như: Trạng thái, màu sắc, độ cứng, tính chất.

- Than hoạt tính có một số ứng dụng như sau:

+ Làm sạch không khí

+ Làm sạch nước ngầm

+ Làm sạch nước lọc

+ ...

- Cacbon là nguyên tố hóa học có trong thành phần của rất nhiều hợp chất. Trong tự nhiên, đơn chất cacbon là chất rắn, tồn tại dưới các dạng thù hình chính là: kim cương, than chì, cacbon vô định hình.

2. Tính chất hóa học

a) Cacbon tác dụng với oxi

Viết PTHH của phản ứng xảy ra giữa cacbon với oxi.

Trả lời:

$C + O_2 \to CO_2$

b) Cacbon tác dụng với đồng II oxit

Viết PTHH của phản ứng xảy ra giữa cacbon và đồng II oxit trong thí nghiệm ở trên.

Trả lời:

$2CuO_{} + C_{} \rightarrow CO_{2} + 2Cu_{}$

3. Ứng dụng của cacbon

Từ các tính chất vật lí và tính chất hóa học của cacbon, em hãy cho biết các ứng dụng của cacbon.

Trả lời:

* Ứng dụng của cacbon:

- Sử dụng làm nhiên liệu

- Xác định tuổi của các cổ vật

- Dùng trong trang sức, làm đẹp

- Là thành phần phụ gia của gang và thép

- Than hoạt tính sử dụng trong y tế và đời sống 

- ...

II. Oxit của cacbon

1. Cacbon oxit ($CO$)

a) Tính chất vật lí

b) Tính chất hóa học

- Nêu tính chất hóa học của cacbon oxit.

- Viết PTHH của phản ứng hóa học xảy ra giữa:

a) $CO$ với các oxit kim loại $CuO_{}$; $Fe_{2}O_{3}$, $PbO$ (ở nhiệt độ cao).

b) $CO$ với $O_2$ (khi đốt nóng).

Trả lời:

- Tính chất hóa học của cacbon oxit:

+ Cacbon oxit là oxit trung tính.

+ Cacbon oxit có tính khử: Khử được nhiều oxit kim loại tạo thành kim loại và khí CO2

+ Cacbon oxit cháy trong oxi với ngọn lửa xanh nhạt, tỏa nhiều nhiệt.

a) PTHH của phản ứng hóa học xảy ra:

$CO + CuO \rightarrow Cu + CO_2$

$6CO + 2Fe_2O_3 \rightarrow 4Fe + 6CO_2$

$CO + PbO \rightarrow Pb + CO_2$

b) $2CO + O_2 \rightarrow 2CO_2$

c) Ứng dụng

Hãy nêu ứng dụng của cacbon oxit

Trả lời:

Cacbon oxit được ứng dụng trong ngành luyện kim để sản xuất kim loại trong lò cao.

2. Cacbon dioxit

a) Tính chất vật lí

- Khi điều chế và thu khí $CO_2$ trong phòng thí nghiệm, người ta có thể thu khí $CO_2$ bằng cách đẩy không khí, đặt ngửa bình.

- Hãy giải thích tại sao có thể thu khí $CO_2$  như vậy?

Trả lời:

Người ta có thể thu khí $CO_2$ bằng cách đẩy không khí, đặt ngửa bình vì $CO_2$ nặng hơn không khí nên sẽ ở dưới đáy bình.

b) Tính chất hóa học

CO2 có những tính chất hóa học chung của một oxit axit. Dựa vào các kiến thức đã học bài oxit, hãy cho biết tính chất hóa học của $CO_2$:, mỗi tính chất viết một PTHH để minh họa.

Trả lời:

* Tính chất hóa học của $CO_2$:

- Tác dụng với nước: $CO_2 + H_2O \to H_2CO_3$

- Tác dụng với dung dịch bazo: $CO_2 + Ca(OH)_2 \to CaCO_3 + H_2O$

- Tác dụng với oxit bazo: $CO_2 + CaO \to CaCO_3$

c) Ứng dụng

Hãy nêu một số ứng dụng khác của $CO_2$

Trả lời:

* Một số ứng dụng của $CO_2$:

- $CO_2$ rắn được dùng trong bảo quản thực phẩm tươi sống

- Dùng trong bình chữa cháy

- Tăng độ cứng của khuôn đúc cứng trong ngành luyện kim

- Là một trong các thành phần bảo vệ mối hàn

- ....

III. Axit cacbonic và muối cacbonat

1. Axit cacbonic

- Viết PTHH của phản ứng phân hủy axit cacbonic.

- Hãy giải thích tại sao trong nước mưa có axit cacbonic. Viết PTHH minh họa.

Trả lời:

$H_2CO_3 \rightarrow  CO_2 + H_2O$

- Trong không khí, có một lượng nhỏ khí $CO_2$, khi trời mưa, nước sẽ kết hợp với khí cacbon dioxit tạo thành axit cacbonic.

- PTHH: $CO_2 + H_2O \to H_2CO_3$

2. Muối cacbonat

a) Phân loại

Muối cacbonat được chia làm mấy loại? Là những loại nào? Mỗi loại lấy một ví dụ minh họa.

Trả lời:

* Muối cacbonat được chia làm 2 loại:

- Không có hidro: Natri cacbonat ($Na_{2}CO_{3}$)

- Có hidro: Canxi hidrocacbonat ($Ca(HCO_3)_2$)

b) Tính chất

* Tính chất vật lí

Dựa vào bảng tính tan, hãy xếp các muối sau thành hai loại (tan và không tan trong nước)

$CaCO_3,\; K_2CO_3,\;MgCO_3,\; FeCO_3,\;Ba(HCO_3)_2,\;KHCO_3$

* Tính chất hóa học

Hãy cho biết tính chất hóa học của muối cacbonat và đề xuất các thí nghiệm kiểm chứng lại các tính chất hóa học đó. Viết các PTHH của các phản ứng xảy ra trong các thí nghiệm đó.

Trả lời:

- Tan trong nước: $K_2CO_3,\;Ba(HCO_3)_2,\;KHCO_3$

- Không tan trong nước: $CaCO_3,\;MgCO_3,\; FeCO_3$

- Tác dụng với axit

• Thí nghiệm kiểm chứng: Lấy một lượng nhỏ $CaCO_3$ cho vào bình đựng dung dịch $HCl$. Quan sát hiện tượng thấy có khí thoát ra. Đưa que đóm đang cháy dở vào, ta thấy que đóm tắt, chứng tỏ khí thoát ra là $CO_2$.
• PTHH: $CaCO_3 + HCl \rightarrow CaCl_2 + CO_2 + H_2O$

- Tác dụng với dung dịch bazo

• Thí nghiệm kiểm chứng: Cho một lượng $K_2CO_3$ tác dụng với dung dịch nước vôi trong. Quan sát hiện tượng thấy xuất hiện kết tủa trắng, chứng tỏ có phản ứng xảy ra.
• PTHH: $K_2CO_3 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaCO_3 + 2KOH$

- Tác dụng với dung dịch muối:

• Thí nghiệm kiểm chứng: Cho một lượng $Na_2CO_3$ tác dụng với dung dịch $BaCl_2$. Quan sát hiện tượng thấy xuất hiện kết tủa trắng.
• PTHH: $Na_2CO_3 + BaCl_2 \rightarrow NaCl + BaCO_3$

- Bị nhiệt phân hủy: $CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2$

c) Ứng dụng

Đọc thông tin sau và cho biết ứng dụng của muối cacbonat.

Trả lời:

* Ứng dụng của muối cacbonat:

- Nguyên liệu sản xuất vôi xi măng

- Nấu xà phòng, thủy tinh

- Dược phẩm

- Hóa chất trong bình cứu hỏa

- ...

IV. Chu trình của cacbon trong tự nhiên

Hãy mô tả chu trình của cacbon trong tự nhiên.

Trả lời:

Chu trình cacbon là một chu trình sinh địa hóa học, trong đó cacbon được trao đổi giữa sinh quyển, thổ nhưỡng quyển, địa quyển và khí quyển của Trái Đất. Nó là một trong các chu trình quan trọng nhất của Trái Đất và cho phép cacbon được tái chế và tái sử dụng trong khắp sinh quyển và bởi tất cả các sinh vật của nó.

C. Hoạt động luyện tập

Bài 1. Tại vùng nông thông, người dân phải lấy nước sông hoặc nước giếng khoan để dùng trong sinh hoạt hằng ngày. Để nước sinh hoạt được bảo đảm, người ta phải lọc nước. Cấu tạo của bể lọc nước như sau:

Em hãy cho biết vai trò của lớp than hoạt tính trong bể nước lọc nói trên

Trả lời:

Vai trò của than hoạt tính: Hấp phụ các chất độc có trong nước như các kim loại nặng, hợp chất hữu cơ, ...

Bài 2. Viết PTHH của phản ứng xảy ra khi:

a) cacbon tác dụng với các chất: sắt III oxit, chì II oxit (khi nung nóng).

b) cacbon monoxit tác dụng với oxi, đồng II oxit.

c) cacbon dioxit tác dụng với natri hidroxit, canxi oxit

Trả lời:

a) 

$3C + Fe_2O_3 \to 3CO + 2Fe$

$C+PbO \to CO+Pb$

b) 

$2CO + O_2 \to 2CO_2$

$CO + CuO → Cu + CO_2$

c) 

$CO_2 + 2NaOH \to Na_2CO_3 + H_2O$

$CO_2 + CaO \to CaCO_3$

Bài 3. Tại sao gọi cacbon monoxit là "sát thủ thầm lặng"

Trả lời:

Gọi cacbon oxit là "sát thủ thầm lặng" vì cacbon monoxit là chất khí không màu, không mùi, không vị, không gây kích ứng nên rất khó nhận biết sự tồn tại của nó trong không khí. Hơn nữa, cacbon monoxit là một chất độc, nếu hít phải một lượng lớn khí $CO$ có thể gây giảm lượng oxi trong máu, tổn thương hệ thần kinh dẫn đến tử vong.

Bài 4. Bổ sung thông tin cần thiết vào ô trống dưới đây:

Trả lời:

D. Hoạt động vận dụng

Bài 1. Khi nấu cơm bằng củi hoặc rơm rạ (ở nông thôn), đôi khi do bị quá lửa nên cơm có mùi khét rất khó chịu (cơm khê). Theo em, có thể làm cách nào giảm bớt mùi khó chịu đó?

Trả lời:

Để hạn chế mùi khó chịu đó, ta nên bỏ vào trong nồi cơm một ít than củi, vì than củi có thành phần chính là than hoạt tính, giúp hấp phụ bớt mùi khét.

Bài 2. Tại các vùng nông thôn, miền núi, đôi khi xảy ra các vụ tai nạn chết người khi xuống nạo vét các giếng sâu. Em hãy cho biết

a) Tại sao những người này có thể bị chết khi xuống dưới giếng sâu?

b) Để xuống giếng sâu an toàn, trước khi xuống giếng nên làm như thế nào?

Trả lời:

a)

- Ở dưới giếng sâu, thường có lượng $CO_2$ nhiều hơn so với trên mặt đất, vì $CO_2$ có khối lượng phân tử nặng hơn khối lượng phân tử trung bình của không khí và oxi.

- Hơn nữa, trong giếng sâu thường có một lượng khí độc $CO$ và một số khí hữu cơ độc, không duy trì sự sống.

- Khí $CO_2$ và các khí độc không duy trì sự sống của con người, do vậy những người này có thể bị chết khi xuống dưới giếng sâu.

b) Để xuống giếng sâu an toàn, trước khi xuống giếng ta nên kiểm tra xem dưới giếng có nhiều khí độc không và nếu phải xuống giếng thì nên mang theo bình oxi.

E. Hoạt động tìm tòi mở rộng

Bài 1. Em hãy tìm hiểu về cấu tạo và hoạt động của bình chữa cháy.

Trả lời:

* Cấu tạo của bình cứu hỏa $CO_2$:

- Vỏ được đúc từ thép, hình trụ và thường được sơn màu đỏ.

- Trong bình và dưới van là ống cứng dẫn cacbonic lỏng ra ngoài.

- Ở trên cụm van được thiết kế van an toàn nhằm khi áp suất trong bình tăng quá mức quy định van sẽ xả bớt khí ra ngoài để đảm bảo an toàn tránh tình trạng nổ bình cứu hỏa.

- Khí $CO_2$ được nén trong bình với áp suất vừa đủ sẽ chuyển sang thể lỏng nên khi cần dập đám cháy chỉ cần vặn van hay rút chôt bó cò (nếu bình cứu hỏa đó có) lập tức khí $CO_2$ sẽ phun ra dập tắt đám cháy.

- Nguyên lý hoạt động của bình cứu hỏa $CO_2$:  Cơ chế chữa cháy (tác dụng) của bình cứu hoả $CO_2$ là làm lạnh do khí $CO_2$ ở dạng lỏng khi bay hơi sẽ thu nhiệt xung quanh, lạnh tới $−78,9^{0}C$ chuyển từ dạng lỏng sang dạng khí.

Bài 2. Em hãy tìm hiểu về hiệu ứng nhà kính: hiện tượng, nguyên nhân, hậu quả, và cách hạn chế hiệu ứng nhà kính.

Trả lời:

Hiệu ứng nhà kính là hiệu ứng làm cho không khí của Trái đất nóng lên do bức xạ sóng ngắn của Mặt trời có thể xuyên qua tầng khí quyển chiếu xuống mặt đất; mặt đất hấp thu nóng lên lại bức xạ sóng dài vào khí quyển để $CO_2$ hấp thu làm cho không khí nóng lên.

- Nguyên nhân: Có nhiều khí gây hiệu ứng nhà kính, gồm $CO_2,\; CH_4,\; CFC,\; SO_2$, hơi nước ... Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào Trái Đất, một phần được Trái Đất hấp thu và một phần được phản xạ vào không gian. các khí nhà kính có tác dụng giữ lại nhiệt của mặt trời, không cho nó phản xạ đi, nếu các khí nhà kính tồn tại vừa phải thì chúng giúp cho nhiệt độ Trái Đất không quá lạnh nhưng nếu chúng có quá nhiều trong khí quyển thì kết quả là Trái Đất nóng lên.

- Hậu quả: 

• Gây ra biến đổi khí hậu
• Làm cho bệnh truyền nhiễm phát triển và sinh sôi.
• Băng tan ở hai cực.
• Nước biển dâng
• ...

- Cách hạn chế: 

• Kí kết hiệp ước Nghị định thư Kyoto nhằm cắt giảm lượng khí thải nhà kính.
• Trồng nhiều cây xanh (nhất là những loại cây hấp thụ nhiều $CO_2$ trong quá trình quang hợp) nhằm làm giảm lượng khí $CO_2$ trong bầu khí quyển, từ đó làm giảm hiệu ứng nhà kính khí quyển.
• Hãy tiết kiệm điện: Một phần điện năng được sản xuất từ việc đốt các nhiên liệu hóa thạch, sinh ra một lượng khí $CO_2$ lớn. Hãy sử dụng ánh sáng tự nhiên, dùng bóng đèn tiết kiệm điện, tắt hết các thiết bịđiện khi ra khỏi phòng.
• Khi cần di chuyển những quãng đường gần, hãy đi bộ thay vì dùng xe máy. Sử dụng các phương tiện giao thông công cộng, đi học bằng xe đạp, sử dụng các loại xe thân thiện với môi trường.
• ....

Bài 3. Trong công nghiệp thực phẩm, người ta dùng "nước đá khô" để làm tác nhân để bảo quản lạnh đối với thực phẩm, đồ uống. Em hãy tìm hiểu:

a) "Nước đá khô" là gì?

b) Tại sao "nước đá khô" lại được dùng để bảo quản lạnh?

Trả lời:

a) Nước đá khô chính là $CO_2$ ở dạng rắn.

b) Nước đá khô được dùng để bảo quản lạnh vì nhiệt độ của nước đá khô rất thấp, khoảng $−78^{0}C$ và có hiện tượng thăng hoa (chuyển từ thể rắn sang thể khí).