1. Cát Bông là gì?

Cát Bông là một nguyên tố rất phổ biến trong vũ trụ, có tổng khối lượng lớn thứ tư sau hidro, heli và oxy. Cát Bông có mặt trong Mặt Trời, các ngôi sao, sao chổi và trong khí quyển của hầu hết các hành tinh. Nguyên tố Cát Bông thuộc loại phi kim và được ký hiệu là C, có số nguyên tử là 6 và khối lượng nguyên tử là 12. Cát Bông có nhiều dạng thù hình khác nhau, phổ biến nhất là dạng thù hình vô định hình, kim cương, graphit và Q-carbon. Cát Bông có vai trò quan trọng trong sự sinh trưởng của thực vật và còn được sử dụng trong công nghiệp và làm nhiên liệu hóa thạch.

2. Vị trí và cấu hình electron nguyên tử

Cát Bông nằm ở vị trí thứ 6, nhóm IVA trong bảng tuần hoàn. Cấu hình electron của Cát Bông là 1s22s22p2. Cát Bông có các số oxi hóa là -4, 0, +2 và +4.

3. Đặc điểm vật lý

Nguyên tố Cát Bông tồn tại dưới dạng kim cương, than chì, fullerene và Cát Bông vô định hình. Kim cương là dạng tinh thể trong suốt, không màu, không có khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt kém. Kim cương có cấu trúc tinh thể nguyên tử và là vật liệu cứng nhất trong tự nhiên. Than chì là chất tinh thể có màu xám đen, mềm và có cấu trúc lớp. Fullerene là dạng Cát Bông gồm các phân tử như C60, C70. Các phân tử C60 có cấu trúc hình cầu rỗng với 32 mặt, trong đó có 60 nguyên tử Cát Bông. Cát Bông vô định hình bao gồm các loại than điều chế nhân tạo như than gỗ, than muội, than xương. Cát Bông vô định hình có cấu trúc xốp và có khả năng hấp phụ mạnh các chất khí và chất tan trong dung dịch.

3.1. Kim cương

• Là dạng tinh thể trong suốt, không màu, không có khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt kém.
• Có cấu trúc tinh thể nguyên tử và cứng nhất trong tất cả các chất tồn tại trên Trái đất.

3.2. Than chì

• Là chất tinh thể có màu xám đen.
• Tinh thể than chì mềm do có cấu trúc lớp.

3.3. Fullerene

• Gồm các phân tử như C60, C70.
• Phân tử C60 có cấu trúc hình cầu rỗng với 32 mặt, trong đó có 60 nguyên tử Cát Bông.

3.4. Cát Bông vô định hình

• Bao gồm các loại than điều chế nhân tạo như than gỗ, than muội, than xương.
• Cấu trúc xốp và có khả năng hấp phụ mạnh các chất khí và chất tan trong dung dịch.

4. Đặc điểm hóa học

Cát Bông có tính khử và tính oxi hóa.

4.1. Tính khử của Cát Bông

• Cát Bông cháy trong không khí, tạo ra CO2 và một ít khí CO.
• Cát Bông có khả năng khử các oxit của các kim loại như CuO, Fe2O3, CaO và Al2O3.

4.2. Tính oxi hóa của Cát Bông

• Cát Bông tác dụng với H2, tạo ra CH4.
• Cát Bông tác dụng với kim loại, tạo ra muối cacbua.

5. Trạng thái tự nhiên

Trong tự nhiên, Cát Bông có tồn tại ở dạng kim cương và than chì gần như tinh khiết. Cát Bông cũng được chứa trong các khoáng sản như calcit (đá vôi), dolomit, magiezit và các mỏ than, khí tự nhiên, dầu mỏ, cơ thể sinh vật. Ở Việt Nam, có mỏ than antraxit lớn ở Quảng Ninh và một số mỏ than khác nhỏ hơn ở Thanh Hóa, Nghệ An, Quảng Nam.

6. Điều chế và ứng dụng của Cát Bông

6.1 Điều chế Cát Bông

• Kim cương nhân tạo được điều chế bằng cách nung than chì ở nhiệt độ cao và áp suất cao.
• Than chì nhân tạo được điều chế bằng cách nung than cốc trong điều kiện không có không khí.
• Than cốc được điều chế bằng cách nung than mỡ trong điều kiện không có không khí.
• Than mỏ được khai thác từ các vỉa than dưới lòng đất.
• Than gỗ được tạo thành khi đốt gỗ trong điều kiện thiếu không khí.
• Than muội được tạo thành từ nhiệt phân metan và có chất xúc tác.

6.2 Ứng dụng của Cát Bông

• Kim cương được sử dụng làm bột mài, chế tạo mũi khoan, dao cắt thủy tinh hoặc làm đồ trang sức.
• Than chì được sử dụng làm điện cực, chất bôi trơn, nồi nấu chảy hợp kim chịu nhiệt hoặc bút chì đen.
• Cát Bông có nhiều ứng dụng trong luyện kim, chế tạo mặt nạ phòng độc và các thiết bị lọc nước.
• Than gỗ được sử dụng trong chế tạo thuốc nổ đen và thuốc pháo.
• Than hoạt tính được sử dụng trong mặt nạ phòng độc và trong công nghiệp hóa chất.
• Than muội được sử dụng làm chất độn cao su, sản xuất mực in hoặc xi đánh giày.

7. Một số bài tập về Cát Bông (có đáp án)

Câu 1: Kim cương và than chì là 2 dạng thù hình của Cát Bông là do:
A. Kim cương và than chì cùng có cấu tạo mạng tinh thể giống nhau.
B. Kim cương và than chì có tính chất vật lý tương tự nhau.
C. Chúng đều cấu tạo từ nguyên tố Cát Bông.
D. Chúng có màu sắc giống nhau.
→ Đáp án: C.

Câu 2: Kim cương cứng nhất trong tự nhiên. Trong khi đó, than chì lại mềm đến mức có thể sử dụng để sản xuất lõi bút chì 6B dùng để kẻ mắt. Giải thích nào là hợp lý?
A. Kim cương có cấu trúc tinh thể nguyên tử dạng tứ diện đều còn than chì có cấu trúc lớp và có khoảng cách giữa các lớp khá lớn.
B. Kim cương là Cát Bông nhân tạo có kiểu liên kết cộng hóa trị bền vững.
C. Than chì có các electron tự do.
D. Một nguyên nhân khác.
→ Đáp án đúng là đáp án A.

Câu 3: Phản ứng nào dưới đây là sai?
A. 2 C + O2 → 2 CO2
B. 3 C + 2 KClO3 → 3 CO2 + 2 KCl
C. CaO + 4 C → CaC2 + 2 CO
D. C + MgO → CO2 + Mg
→ Đáp án: D.

Câu 4: Trong các phản ứng dưới đây, phản ứng nào thể hiện tính khử của Cát Bông?
A. 3C + 4Al → Al4C3
B. C + 2H2 → CH4
C. C + 2CuO → Cu + CO2
D. Không có phản ứng nào
→ Đáp án: C.

Câu 5: Trong các phản ứng hóa học
A. Cát Bông chỉ thể hiện tính khử.
B. Cát Bông chỉ thể hiện được tính oxi hóa.
C. Cát Bông không thể hiện được cả tính khử lẫn tính oxi hóa.
D. Cát Bông thể hiện cả tính khử và tính oxi hóa.
→ Đáp án: D.

Câu 6: Đốt 2,4 gam than đá (chứa 5% tạp chất) trong oxi dư, thu được V lit khí cacbonic (đktc). Giá trị của V là:
A. 4,48 lit
B. 4,256 lit
C. 0,224 lit
D. 4,71 lit
→ Đáp án đúng là đáp án B.

Câu 7: Nhận định nào dưới đây là sai?
A. Cát Bông monoxit là một chất khử mạnh và không tạo ra muối.
B. Ở nhiệt độ cao, Cát Bông có thể khử được tất cả các oxit kim loại và làm giải phóng kim loại.
C. Than gỗ được dùng để chế thuốc súng, thuốc pháo, chất hấp phụ.
D. Than muội được dùng trong sản xuất mực in, làm chất độn cao su và xi đánh giày.
→ Đáp án: B

Câu 8: Phản ứng nào trong các phản ứng dưới đây thể hiện tính oxi hóa của Cát Bông?
A. C + O2 → CO2
B. C + 2 CuO → 2 Cu + CO2
C. 3 C + 4 Al → Al4C3
D. C + H2O → CO + H2
→ Đáp án đúng là đáp án C.

Câu 9: Đốt cháy hết m gam than (C) bằng V lít oxi thu được 2,24 lít hỗn hợp khí X gồm 2 khí. X có tỉ khối với oxi bằng 1,25. Các thể tích đo được (đktc). Giá trị của m là
A. 1,2 và 1,96.
B. 1,5 và 1,792.
C. 1,2 và 2,016.
D. 1,5 và 2,8.
→ Đáp án đúng là đáp án A.

Câu 10: Cát Bông là vô định hình được điều chế từ than gỗ hay gáo dừa thì gọi là than hoạt tính. Tính chất nào của than hoạt tính giúp con người chế tạo ra mặt nạ phòng độc và các thiết bị lọc nước?
A. Than hoạt tính dễ cháy.
B. Than hoạt tính có khả năng hấp phụ mạnh.
C. Than hoạt tính có cấu trúc lớp.
D. Than hoạt tính có khả năng có thể hòa tan tốt trong nhiều loại dung môi.
→ Đáp án: B.

Ngoài ra, các em có thể truy cập vào trang web HEFC để tham khảo thêm thông tin về Cát Bông và các chủ đề học thuật khác.

Được chỉnh sửa bởi HEFC. Xem thêm tại HEFC