Trong phân tử $CO$, cacbon có số oxi hóa $+2$
$2$. Tính chất vật líCacbon monooxit là chất khí không màu, không mùi, không vị, hơi nhẹ hơn không khí, rất ít tan trong nước, hóa lỏng ở $-191,5^0C$, hóa rắn ở $-205,2 ^0C$, rất bền với nhiệt và rất độc.
$3$. Tính chất hóa họca) Trong phân tử cacbon monooxit có liên kết ba giống phân tử nitơ nên tương tự với nitơ, cacbon monooxit rất kém hoạt động ở nhiệt độ thường và trở nên hoạt động hơn khi đun nóng. Cacbon monooxit là oxit trung tính.
b) Cacbon monooxit là chất khử mạnh:
* $CO$ cháy được trong không khí tạo thành $CO_2$, cho ngọn lửa màu lam nhạt và tỏa nhiều nhiệt. Vì vậy, $CO$ được dùng làm nhiên liệu khí.
* Khi có than hoạt tính làm xúc tác, $CO$ kết hợp được với clo:
$$CO+Cl_2 \xrightarrow[{}]{{xt}} COCl_2 (photgen)$$
* Khí $CO$ có thể khử nhiều oxit kim loại thành kim loại ở nhiệt độ cao.
Thí dụ: $$\mathop{C}\limits^{+2}O +CuO \xrightarrow[{}]{{t^0}} Cu + \mathop {C}\limits^{+4}O_2 $$
$4$. Điều chếa) Trong công nghiệp
* Khí $CO$ thường được sản xuất bằng cách cho hơi nước đi qua than nung đỏ ($\approx 1050^0C$):
$$C+H_2O \rightleftharpoons CO+H_2 $$
Hỗn hợp khí tạo thành được gọi là khí than ướt, chứa trung bình khoảng $\approx 44\% CO$, còn lại là các khí khác như $CO_2, H_2, N_2,...$
* Khí $CO$ còn được sản xuất trong các lò gas bằng cách thổi không khí qua than nung đỏ. Ở phần dưới của lò, cacbon cháy biến thành cacbon đioxit. Khi đi qua lớp than nung đỏ, $CO_2$ bị khử thành $CO$
$$CO_2 + C \xrightarrow[{}]{{t^0}}2CO $$
Hỗn hợp khí thu được gọi là khí gò gas (khí than khô). Khí lò gas chứa khoảng $25\% CO$, ngoài ra còn có $N_2, CO_2$ và một lượng nhỏ các khí khác. Khí than ướt, khí lò gas đều được dùng làm nhiên liệu khí.
b) Trong phòng thí nghiệmCacbon monooxit được điều chế bằng cách cho $H_2SO_4$ đặc vào axit fomic ($HCOOH$) và đun nóng:
$$HCOOH \xrightarrow[{t^0}]{{H_2SO_4 đặc}} CO + H_2O $$
II - CACBON ĐIOXIT$1.$ Cấu tạo phân tửCông thức cấu tạo của $CO_2$ là: $O=C=O$
Các liên kết $C-O$ trong phân tử $CO_2$ là liên kết cộng hóa trị có cực, nhưng do có cấu tạo thẳng nên $CO_2$ là phân tử không có cực.
$2.$ Tính chất vật lí* $CO_2$ 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 $1$ lít khí $CO_2$).
* Ở nhiệt độ thường, khi được nén dưới áp suất $60 atm$, khí $CO_2$ sẽ hóa lỏng. Khi làm lạnh đột ngột ở $-76^0C$, khí $CO_2$ hóa thành khối rắn, trắng, gọi là "nước đá khô". Nước đá khô không nóng chảy mà thăng hoa, nên được dùng để tạo môi trường lạnh và khô, rất tiện lợi cho việc bảo quản thực phẩm.
$3.$ Tính chất hóa họca) Khí $CO_2$ không cháy và không duy trì sự cháy của nhiều chất, nên người ta dùng nó để dập tắt các đám cháy. Tuy nhiên, kim loại có tính khử mạnh, thí dụ $Mg, Al,...$ có thể cháy được trong khí $CO_2$:
$$\mathop{C}\limits^{+4}O_2 +2\mathop{Mg}\limits^{0} \xrightarrow[{}]{{t^0}} 2 \mathop{Mg}\limits^{+2}O + \mathop{C}\limits^{0} $$
Vì vậy, người ta không dùng khí $CO_2$ để dập tắt đám cháy magie hoặc nhôm.
b) $CO_2$ là oxit axit, tác dụng được với oxit bazơ và bazơ tạo thành muối cacbonat.
Khi tan trong nước, $CO_2$ tạo thành dung dịch axit cacbonic:
$$CO_2+H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3$$$4$. Điều chếa) Trong phòng thí nghiệm
Khí $CO_2$ được điều chế bằng cách cho dung dịch axit clohiđric tác dụng với đá vôi (hình trên, hoặc trong bình Kip):
$$CaCO_3 + 2HCl \xrightarrow[{}]{{}} CaCl_2 + CO_2 \uparrow +H_2O$$
b) Trong công nghiệpKhí $CO_2$ được tạo ra trong quá trình đốt cháy hoàn toàn than để thu năng lượng ngoài ra khí $CO_2$ còn được thu hồi từ quá trình chuyển hóa khí thiên nhiên, các sản phẩm dẫu mỏ,... ; quá trình nung vôi; quá trình lên men rượu từ glucozơ.
III - AXIT CACBONIC VÀ MUỐI CACBONATAxit cacbonic là axit rất yếu và kém bền, chỉ tồn tại trong dung dịch loãng, dễ bị phân hủy thành $CO_2$ và $H_2O$.
Trong dung dịch axit cacbonic phân li theo hai nấc với các hằng số phân li axit ở $25^0C$ như sau:
$$H_2CO_3 \rightleftharpoons H^++HCO_3^-; K_1=4,5 .10^{-7}$$
$$HCO_3^- \rightleftharpoons H^+ +CO_3^ {2-}; K_2=4,8 .10^ {-11}$$
Axit cacbonic tạo ra hai loại muối: muối cacbonat chứa ion $CO_3^{ 2-}$ , thí dụ $Na_2CO_3, CaCO_3, (NH_4)_2CO_3$ và muối hiđrocacbonat chứa ion $HCO_3^-$, thí dụ $NaHCO_3, Ca(HCO_3)_2, NH_4HCO_3$.
$1$. Tính chất của muối cacbonata) Tính tanCác muối cacbonat trung hòa của kim loại kiềm (trừ $Li_2CO_3$), amoni và các muối hiđrocacbonat dễ tan trong nước (trừ $NaHCO_3$ hơi ít tan). Các muối cacbonat trung hòa của những kim loại khác không tan hoặc ít tan trong nước.
b) Tác dụng với axitCác muối cacbonat tác dụng với dugn dịch axit, giải phóng khí $CO_2$.
Thí dụ: $NaHCO_3+ HCl \xrightarrow[{}]{{}} NaCl + CO_2 \uparrow +H_2O$
$HCO_3^-+H^+ \xrightarrow[{}]{{}} CO_2 \uparrow +H_2O$
$Na_2CO_3+2HCl \xrightarrow[{}]{{}} 2NaCl+CO_2 \uparrow +H_2O$
$CO_3^ { 2-} +2H^+ \xrightarrow[{}]{{}} CO_2 \uparrow +H_2O$
c) Tác dụng với dung dịch kiềmCác muối hiđrocacbonat dễ tác dụng với dung dịch kiềm.
Thí dụ: $NaHCO_3 + NaOH \xrightarrow[{}]{{}} Na_2CO_3 + H_2O$
$HCO_3^- +OH^- \xrightarrow[{}]{{}} CO_3^ {2-}+H_2O$
d) Phản ứng nhiệt phânCác muối cacbonat trung hòa của kim loại kiềm đều bền với nhiệt. Các muối cacbonat trung hòa của kim loại khác, cũng như muối hiđrocacbonat, bị nhiệt phân hủy.
Thí dụ: $MgCO_3 \xrightarrow[{}]{{t^0}} MgO +CO_2 $
$2NaHCO_3 \xrightarrow[{}]{{t^0}}Na_2CO_3 +CO_2 +H_2O $
$Ca(HCO_3)_2 \xrightarrow[{}]{{t^0}} CaCO_3 +CO_2 + H_2O $
$2.$ Ứng dụng của một số muối cacbonatCanxi cacbonat ($CaCO_3$) tinh khiết là chất bột nhẹ, màu trắng, được dùng làm chất độn trong cao su và một số ngành công nghiệp.
Natri cacbonat ($Na_2CO_3$) khan, còn gọi là sođa khan, là chất bột màu trắng, tan nhiều trong nước. Khi kết tinh từ dung dịch nó tách ra ở dạng tinh thể $Na_2CO_3.10H_2O$. Sođa được dùng trong công nghiệp thủy tinh, đồ gốm, bột giặt,...
Natri hiđrocacbonat ($NaHCO_3$) là chất tinh thể màu trắng, hơi ít tan trong nước, được dùng trong công nghiệp thực phẩm. Trong y học, natri hiđrocacbonat được dùng làm thuốc để giảm đau dạ dày do thừa axit.