Tính chất hóa học của CO2, ứng dụng, điều chế

Tổng hợp “Tính chất hóa học của CO₂ - Ứng dụng, điều chế” đầy đủ và chi tiết nhất là tài liệu tham khảo hữu ích cho bộ môn Hóa học, chúc các em học tập tốt.

1. Khí CO₂ là gì?

- CO₂ hay còn có tên gọi khác là Cacbon đioxit, cacbonic oxit, thán khí, anhydrit cacbonic, khí cacbonic là một hợp chất ở điều kiện bình thường có dạng khí trong khí quyển trái đất, bao gồm một nguyên tử Cacbon và hai nguyên tử Oxy. Khi làm lạnh đột ngột CO₂ sẽ ở dạng rắn, nó được gọi là băng khô. Bao gồm một nguyên tử cacbon và hai nguyên tử oxy.

2. Tính chất vật lý của CO₂

- Ở điều kiện thường: khí không màu, không mùi, có vị chua nhẹ, nặng hơn không khí.

- Có thể bị phân hủy tại nhiệt độ cao 2000 ^oC tạo thành CO cùng O₂

- Hình thành dạng rắn khi bị làm lạnh đột ngột và được gọi là băng khô. Băng khô sẽ thăng hoa mà không nóng chảy thành CO₂ lỏng dưới áp suất thường.

- Tỷ trọng riêng: 1,98 kg۰m^-3 (ở 25 ^oC)

- Điểm nóng chảy: -57 ^oC (-71 ^oF; 216K) (áp lực)

- Điểm sôi: -78 ^oC (-108 ^oF; 195K) (thăng hoa)

3. Tính chất hóa học của CO₂

- CO₂ oxit axit

+ Khi tan trong nước tạo thành axit cacbonic

CO₂ + H₂O ↔ H₂CO₃

+ Tác dụng với oxit bazơ tạo ra muối

CaO + CO₂ → CaCO₃ (t^o)

+ Tác dụng với dung dịch bazơ tạo ra muối và nước

NaOH + CO₂ → NaHCO₃

2NaOH + CO₂  → Na₂CO₃ + H₂O

Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O

CaCO₃ + H₂O + CO₂ → Ca(HCO₃)₂

+ Là chất khí bền, thể tính oxi hóa ở nhiệt độ cao khi tác dụng với chất khử mạnh

CO₂ + 2Mg → 2MgO + C

CO₂ + C → 2CO

4. Các cách điều chế CO₂

- CO₂ được tạo ra từ nhiều nguyên nhân khác nhau như

+ Quá trình hô hấp của người và động vật:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O

+ Quá trình lên men bia rượu:      

C₆H₁₂O₆ → 2CO₂ + 2C₂H₅OH

+ Quá trình đốt cháy nhiên liệu:       

C_xH_y + (x + y/4)O₂ → xCO₂ + y/2H₂O

- Trong công nghiệp:    

C + O₂ → CO₂ (đốt cháy hoàn toàn than cốc trong không khí)

CaCO₃ → CaO + CO₂ (10000C)

- Trong phòng thí nghiệm:     

CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂ + H₂O

5. Ứng dụng của CO₂

a. Trong công nghệ thực phẩm

- Ở dạng rắn và lạnh nó là một chất làm lạnh quan trọng, dùng trong lưu trữ và vận chuyển các loại kem cùng thực phẩm đông lạnh.

- Khí CO₂ sử dụng để tạo gas cho nhiều loại đồ uống

- Dùng trong bảo quản các loại thực phẩm tươi sống nhờ tính chất thăng hoa của nó

- Trong chiết xuất thực phẩm: supercritical carbon dioxide dùng trong chiết xuất màu và hương vị trong thực phẩm với vai trò loại bỏ dầu và chất béo.

b. Trong công nghiệp

- Các áo phao cứu hộ thông thường chứa các hộp nhỏ chứa cacbon điôxít đã nén để nhanh chóng thổi phồng lên. Các ống thép chứa cacbonic nén cũng được bán để cung cấp khí nén cho súng hơi, bi sơn, bơm lốp xe đạp, cũng như để làm nước khoáng xenxe.

- Carbon dioxide siêu hạn được sử dụng như một chất pha lỏng dùng trong sơn phun, làm giảm 80% dung môi hữu cơ.

- Sự bốc hơi nhanh chóng của cacbon điôxít lỏng được sử dụng để gây nổ trong các mỏ than. CO₂ cũng được sử dụng như là môi trường khí cho công nghệ hàn.

- Nó có tác dụng như là tác nhân nén và khi hòa tan trong dầu thô dưới lòng đất thì nó làm giảm đáng kể độ nhớt của dầu thô, tạo điều kiện để dầu chảy nhanh hơn trong lòng đất vào giếng hút.

- Ngoài ra, Khí CO₂ được sử dụng như là khí điều áp rẻ tiền, không cháy.

- CO₂ được dùng để sản xuất ure: CO₂ + 2NH₃ →  H₂O + (NH₂)₂CO (1800C; 200at)

c. Trong đời sống

- 5% CO₂ sẽ được thêm vào oxy nguyên chất để trợ thở sau khi bệnh nhân đã ngừng thở nhằm mục đích ổn định và cần bằng lại oxy/cacbonic trong máu.

- Sử dụng trong các bình chữa cháy để dập lửa do cháy, chập điện

- Băng khô dùng thay thế cát để làm sạch bề mặt, gây mưa nhân tạo và tạo khói sân khấu

- Trong các nhà kính, bổ sung khí CO₂ cho một số loại thực vật để thực hiện quá trình quang hợp, giúp kích thích sự phát triển của nó.

6. Khí CO₂ sinh ra từ đâu?

- Khí CO₂ được sinh ra từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm:

+ Khí thoát ra từ các vụ phun trào núi lửa.

+ Là sản phẩm cháy của các hợp chất hữu cơ và hoạt động hô hấp của các sinh vật sống hiếu khí.

+ CO₂ là kết quả của sự lên mên của một số vi sinh vật và hô hấp của tế bào. Thực vật hấp thu CO₂ để quang hợp để tạo thành cacbonhydrat và giải phóng khí oxy. Các sinh vật di dưỡng sử dụng oxy để hô hấp rồi thải khí CO₂, tạo thành một chu trình.

+ Quá trình phân hủy xác động vật cũng tạo ra khí cacbon didoxit.

+ Khí thải công nghiệp, quá trình đốt nhiên liệu, đốt xăng của các phương tiện giao thông vận tải, hoạt động đun nấu trong sinh hoạt, đốt phá rừng bừa bãi… cũng là nguồn sinh ra khí cacbonic.

7. Khí CO2 có độc không? Cách xửa lí khi bị ngộ độc CO₂

- Khí CO₂ không độc, không gây cháy nổ, tuy nhiên khi nồng độ quá cao sẽ gây nguy hại đến sức khỏe con người vì nó nặng hơn không khí nên có thể tích tụ tại các nơi kín khí.

- Nồng độ khí carbon dioxide thấp có thể làm tăng sự thở và đau đầu. Nếu nồng độ khí này cao sẽ gây hiện tượng thiếu ôxy nghiêm trọng – mặc dù không phải là hiện tượng hít phải khí độc song nhiều người có thể bị tử vong nếu thiêu ôxy trong môi trường có toàn khí carbon dioxide.

- Các triệu chứng gồm: mất vận động, bất tỉnh, chóng mặt, ủ rũ, buồn nôn. Ngoài ra, việc da có tiếp xúc với khí carbon dioxide đông lạnh (đá khô) cũng gây tê cóng bộ phận cơ thể.

* Cách xử lý khi bị ngộ độc CO₂

- Khí CO₂ nặng hơn không khí, do đó nên đứng cao hơn sàn nhà, di chuyển nạn nhân bị ngộ độc CO₂ tới những khu vực cao ráo. Lưu ý chỉ thực hiện khi môi trường không gây nguy hiểm cho sơ cứu viên.

- Nếu có các yếu tố đe doạ tính mạng của người bệnh, cần gọi cấp cứu y tế để được giúp đỡ nhanh nhất.

- Lưu ý, chỉ những sơ cứu viên được tập huấn và đào tạo chuyên nghiệp mới được thực hiện sơ cứu cấp oxy cho người bị độc khí CO₂.