nhom 2B- tu luan

Chơng VIII Các nguyên tố nhóm IIB
Zn - Cd - Hg
Thời lợng: Lý thuyết 3 tiết (27/03/06) + Bài tập 2 tiết (04/04/06)
Tài liệu tham khảo: Nguyễn Đức Vận. Hóa học Vô cơ. T r 185-206.
Nguyễn Đức Vận. Bài tập hóa Vô cơ. Bài 436 - 449.
Hoàng Nhâm. Hóa học Vô cơ T3. Tr 253 - 272.
Nguồn gốc tên gọi
Zn đợc Andreas Marggraf tìm ra ở Đức. Nguồn gốc tên gọi theo tiếng Đức là zink. Hàng
thế kỷ trớc khi đợc nhận ra nh một nguyên tố độc lập, quặng kẽm đã đợc sử dụng để làm đồng
thau. Đồng thau có niên đại 1400 1000 BC đã đợc tìm thấy ở Palestin
Cd có nguồn gốc tên gọi xuất phát từ tiếng Latin cadmia có nghĩa là calamine (kẽm
cacbonat, ZnCO
3
) (ban đầu ngời ta đã nhầm lẫn Cd với Zn). Cd đợc Friedrich Strohmeyer tìm ra ở
Đức năm 1817 từ một số mẫu quặng không tinh khiết ZnCO
3
. Ông nhận thấy rằng những mẫu
đặc biệt này đổi màu khi nung nóng trong khi ZnCO
3
tinh khiết thì không. Sau đó ông đã kiên trì
theo đuổi sự quan sát này và cuối cùng đã tách đợc Cd kim loại bằng cách nung và khử hợp chất
sunfua.
Thuỷ ngân là một trong 7 kim loại biết từ thời cổ đại. Thuỷ ngân đợc đặt tên theo sao Thuỷ
(mercury). Nguồn gốc của ký hiệu Hg là xuất phát từ tiếng Latin Hydragyrum có nghĩa là bạc
lỏng.
VIII.1. Đặc điểm chung các nguyên tố nhóm IIB
Lí thuyết:
- Thế điện cực của Zn, Cd, Hg:
Trong môi trờng axít: Trong môi trờng bazơ:
Zn
2+

Zn

Zn(OH)
2
Zn
ZnO
2
2-
Cd
2+
Cd
Cd(OH)
2
Cd
Hg
2+
Hg
2
2+
Hg
HgO Hg
Bảng 8-1. Đặc điểm chung của các kim loại nhóm IIB
Kim
loại
Z Cấu hình
electron
Năng lợng ion hóa, kJ/mol Bán kính, antron Độ âm
điện
I
1

I
2
I
3
M M
2+
Zn 30 [Ar]3d
10
4s
2
906,4 1733,3 3833,6 1,39 0,74 1,6
Cd 48 [Kr]4d
10
5s
2
867,6 1631 3616 1,56 0,97 1,7
Hg 80 [Xe]4f
14
5d
10
6s
2
1007 1809 3300 1,60 1,10 1,9
Câu hỏi:
1. a) Từ giá trị thế điện cực, hãy nhận xét về mức độ hoạt động hoá học của Zn, Cd, Hg. So sánh
tính khử trong hai môi trờng?
b) Số oxi hoá bền trong môi trờng axit và môi trờng kiềm?
2- Hãy cho nhận xét và giải thích về các đặc điểm sau đây của các nguyên tố nhóm IIB:

1

-0,763V
+0,91V
+0,796V
-1,245V
-1,216V
-0,403V
- 0,81V
+0,85V
+0,098V
- Đặc điểm lớp electron hóa trị. Lớp electron gần ngoài cùng. So sánh với cấu trúc electron
kim loại kiềm thổ.
- Sự biến thiên bán kính nguyên tử. Sự biến đổi năng lợng ion hóa.
- Số oxi hoá đặc trng. Tại sao Hg tạo đợc số oxi hoá +1? Các nguyên tố Zn, Cd, Hg có thể
tạo ra số oxi hoá +3 nh nhóm IB không? Tại sao?
3- Tại sao Zn, Cd, Hg cùng thuộc phân nhóm IIB nhng thế điện cực chuẩn của Hg lại lớn hơn
nhiều so với Zn và Cd.
Kết luận
- Đặc điểm lớp electron hóa trị: (n-1)d
10
ns
2
Các nguyên tử kim loại nhóm IIB có phân lớp (n-1)d đã đợc điền đầy đủ electron và cặp electron
ngoài cùng ns
2
. Bởi vậy, số oxi hóa đặc trng của các nguyên tố nhóm IIB là +2, ngoại trừ Hg thể
hiện số oxi hóa +1 trong các hợp chất ở dạng Hg
2
2+
. Nguyên nhân là do cặp electron trên obital
6s

2
có độ bền cao hơn các cặp 4s
2
và 5s
2
do hiệu ứng xâm nhập mạnh của cặp electron này vào
các obital 5d và cả 4f. Điều này cũng làm cho Hg có những tính chất khác so với Zn và Cd.

Do khả năng chắn electron s với hạt nhân của lớp vỏ 18 ở các kim loại IIB kém hơn nhiều so với
vỏ 8 electron bền của khí hiếm ở kim loại IIA nên năng lợng ion hóa của các kim loại IIB đều cao
hơn nhiều so với các kim loại IIA tơng ứng trong cùng chu kì. Bởi vậy, trong khi các kim loại
kiềm rất hoạt động hóa học thì các kim loại IB tỏ ra kém hoạt động hơn và hoạt tính hóa học
giảm nhanh từ Zn tới Hg.
- Sự biến thiên bán kính nguyên tử. Bán kính nguyên tử tăng từ Zn đến Cd, nhng tăng chút ít
khi đi từ Cd đến Hg.
So với các kim loại kiềm cùng chu kì, bán kính nguyên tử của Zn, Cd, Hg đều bé hơn nên
có năng lợng ion hóa cao hơn nhiều so với các kim loại kiềm. Do vậy, so với các kim loại kiềm
thổ, các kim loại Zn, Cd, Hg có tính khử yếu hơn và các ion của chúng cũng dễ bị khử hơn.
Điều này có liên quan đến mối tơng quan giữa sự tăng điện tích hạt nhân và sự tăng số lớp
electron ở vỏ nguyên tử.
- Sự biến đổi năng lợng ion hóa: Năng lợng ion hóa thứ nhất giảm chút ít từ Zn đến Cd sau
đó tăng mạnh từ Cd đến Hg.
Nguyên nhân làm giảm năng lợng ion hóa từ Zn đến Cd là do sự tăng bán kính nguyên tử,
còn từ Cd đến Hg năng lợng ion hóa tăng lên là do độ bền của cặp electron 6s
2
của Hg cao hơn
cặp 5s
2
của Cd. Từ Cd đến Hg, điện tích hạt nhân tăng lên 32 đơn vị trong khi bán kính nguyên tử
hầu nh không đổi, do vậy cặp electron 6s

2
bị hạt nhân hút mạnh hơn và có thể xâm nhập sâu vào
các lớp bên trong dẫn tới liên kết với hạt nhân bền hơn.
VIiI.2. Trạng thái thiên nhiên Thành phần đồng vị
Câu hỏi:
4- a) Trạng thái tồn tại và hàm lợng của các kim loại nhóm IIB trong tự nhiên?
b) Trong tự nhiên các kim loại Zn, Cd, Hg tồn tại ở các loại quặng chính nào?
c) Các đồng vị tự nhiên và % số nguyên tử mỗi đồng vị của các nguyên tố Zn, Cd, Hg?
Kết luận
Trong tự nhiên, kẽm tồn tại ở dạng quạng chính là blen kẽm (ZnS), calamin (ZnCO
3
), ferit
kẽm (Zn(FeO
2
)
2
) và zincit (ZnO).
Cd tồn tại trong quạng grinokit (CdS). Trong quặng blen kẽm và Cd chứa khoảng 3% Cd.
Hg tồn tại trong khoáng vật chính là xinaba, thành phần chính là HgS (thần sa hay chu sa).

2
Điều chế
Zn: Luyện kẽm từ ZnS hay ZnCO
3
. Nung và khử bằng than cốc ở nhiệt độ cao 1200
o
C.
Cd thu đợc trong quá trình luyện kẽm và đợc tinh chế bằng phơng pháp điện phân.
Hg đợc điều chế chủ yếu bằng cách đốt quặng HgS trong không khí ở nhiệt độ 450
500

o
C. Ngoài ra cũng dùng Fe hay vôi sống để khử HgS thành Hg:
HgS + Fe

Hg + FeS (350-450
0
C)
4HgS + 4CaO

4Hg + 3CaS + CaSO
4
(400-500
0
C)
Giá thành
Zn (37 USD/kg) ; Cd (60 USD/kg) ; Hg (50 USD/kg).
ứ ng dụng
Zn đợc dùng để mạ lên sắt để bảo vệ cho sắt khỏi bị ăn mòn (vỏ tàu thờng gắn Zn), chế tạo
hợp kim (nh đồng thau), dùng làm thuốc và dùng chế tạo vỏ pin khô.
Cd đợc dùng để điều chế hợp kim dễ nóng chảy, làm acquy Ni-Cd
Hg đợc dùng trong kỹ thuật điện, ánh sáng, tạo hỗn hống. Trớc đây còn dùng làm catot
trong đpnc điều chế kim loại.
ViII. 3. Tính chất vật lí
Lí thuyết:
Bảng 8-2. Một số hằng số vật lí quan trọng của các kim loại IIB
Tính chất Zn Cd Hg
Khối lợng riêng (g/cm
3
) 7,14 8,64 13,55
Nhiệt độ nóng chảy,

o
C 419 321 -39
Nhiệt độ sôi,
o
C 907 767 357
Độ dẫn điện (so với Hg = 1) 16 13 1
Nhiệt thăng hoa, kJ/mol 140 112 61
Câu hỏi:
4. a) Nêu nhận xét về đặc điểm bên ngoài của các kim loại Zn, Cd, Hg.
b) Cho biết cấu trúc mạng tinh thể của các kim loại Zn và Cd? Hãy giải thích tại sao thuỷ ngân là
chất lỏng ở điều kiện thờng?
5. So sánh và giải thích sự khác nhau giữa kim loại nhóm IIB với IIA về: Nhiệt độ nóng chảy,
nhiệt độ sôi, nhiệt thăng hoa, độ cứng, độ dẫn điện, dẫn nhiệt, khối lợng riêng.
Tại sao Hg có độ dẫn điện thấp hơn nhiều so với các nguyên tố Zn, Cd?
ViII. 4. Tính chất hóa học của Zn, Cd, Hg
Lí thuyết:
Nhận xét chung về hoạt tính hóa học của Zn, Cd, Hg.
Từ Zn đến Hg, hoạt tính hóa học giảm nhanh. Zn là nguyên tố hoạt động trung bình, Cd hoạt
động kém hơn, còn Hg khá trơ, kim loại này đứng sau hidro trong dãy hoạt động hóa học. Tuy
nhiên do là kim loại ở trạng thái lỏng nên đã làm cho các phản ứng của Hg dễ dàng hơn.
1- Tác dụng với phi kim
- Hidro: không có phản ứng trực tiếp

3
- Nhóm IVA: cacbon, silic: không phản ứng trực tiếp
- Nhóm VA: nitơ (không phản ứng trực tiếp), với photpho tạo photphua.
- Nhóm VIA (oxi, lu huỳnh)
- Với oxi: Cả 3 nguyên tố đều bền với không khí ở nhiệt độ thờng, nhng khí nung nóng Zn và Cd
phản ứng mãnh liệt: Zn cho ngọn lửa màu màu lam, Cd cho ngọn lửa màu sẫm và tạo thành ZnO
(> 225

0
C), CdO (325-350
0
C). Đối với Hg chỉ phản ứng rõ rệt với oxi ở 300
o
C tạo thành HgO và ở
trên 400
o
C oxit đó lại bị phân hủy thành nguyên tố..
- Với lu huỳnh: Cả ba kim loại đều có phản ứng trực tiếp. Với Zn và Cd cần đun nóng hỗn hợp
bột mịn các kim loại này với lu huỳnh tạo thành sản phẩm là ZnS (> 300
0
C) và CdS (>350
0
C). Đối
với Hg phản ứng xảy ra ngay ở nhiệt độ thờng tạo thành HgS.
- Nhóm halogen:
Cả ba kim loại đều phản ứng trực tiếp với halogen tạo thành halogenua màu trắng, trừ HgI
2
màu
đỏ. Hợp chất Hg
2
I
2
màu vàng không đợc tạo ra vì dễ phân huỷ thành HgI
2
và Hg dới ánh sáng.
Khi Hg phản ứng với I
2
trong rợu etylic, tạo hỗn hợp sản phẩm.

2- Tác dụng với n ớc
Zn và Cd bền với nớc ở nhiệt độ thờng. Về mặt nhiệt động, Zn có thể đẩy đợc H
2
ra khỏi nớc
nguyên chất:
E
o
(H
2
O/H
2
, OH
-
) =-0,414V; E
o
(Zn
2+
/Zn)=-0,763V.
Tuy nhiên trên thực tế, Zn cũng giống nh Al, đều không thể hiện đợc tính chất này vì trên bề mặt
kim loại có lớp oxit bền bảo vệ và sản phẩm phản ứng là hidroxit không tan.
Khi nung nóng có thể khử hơi H
2
O giải phóng H
2
: Zn (600-800
o
C) và Cd (> 350
0
C).
3- Tác dụng với axit - HCl, H

2
SO
4
loãng, dung dịch muối amoni; - HNO
3
, H
2
SO
4
đặc.
Zn + 2NH
4
Cl (đặc, nóng)

[Zn(NH
3
)
2
(H
2
O)
2
]Cl
2
+ H
2
2Cd + 4NH
4
NO
3

(đặc, nóng)

[Cd(NH
3
)
4
(H
2
O)
2
] (NO
2
)
2
+ Cd(NO
3
)
2
4Zn + 10HNO
3
(rất loãng, nóng)

4Zn(NO
3
)
2
+ NH
4
NO
3

+ 3H
2
O
Hg + axit d và không d.
- Phản ứng của Zn với dung dịch kiềm, dung dịch NH
3
.
Zn + 2NaOH (đặc) + 2H
2
O

Na
2
[Zn(OH)
4
] + H
2
Zn + 2NaOH (đặc) + 2H
2
O

Na
2
[Zn(OH)
4
] + H
2
4Zn + 7NaOH (đặc) + NaNO
3
+ 6H

2
O

4Na
2
[Zn(OH)
4
] + NH
3
Zn + 4NH
3
+ 2H
2
O

[Zn(NH
3
)
4
](OH)
2
+ H
2
2Cd + 8NH
3
+ 6H
2
O + O
2

2[Cd(NH
3
)
4
(H
2
O)
2
](OH)
2

Câu hỏi:
6- a) Tại sao kim loại nhóm IIB kém hoạt động hóa học hơn nhiều so với kim loại kiềm thổ?
b) Viết các ptp (nếu có) của Zn, Cd, Hg với:

4
- Các phi kim: oxi, lu huỳnh, clo, iot. Giải thích tại sao Hg tác dụng dễ dàng với lu huỳnh, iot
ngay ở nhiệt độ thờng?
- Các axit HNO
3
, H
2
SO
4
đặc.
7- a) Trong môi trờng nào Zn thể hiện tính khử mạnh hơn? Theo em khi điều chế H
2
trong PTN
bằng cách cho Zn tác dụng với axit hay bazơ sẽ có tốc độ thoát khí mạnh hơn?

b) Viết các phơng trình phản ứng sau :
Zn + dd SnCl
4
Zn + dd NaOH + NaNO
3

Zn + dd NH
4
Cl Zn + dd NH
3
+ H
2
O
ViII.5. Các hợp chất Zn(II), Cd(II), Hg(II)
Nhận xét chung
1- Đặc điểm cấu tạo
- Cấu hình electron
- Số phối trí đặc trng: Zn là 4 (sp
3
), Cd là 4 và 6 (sp
3
d
2
), Hg là 2 (sp), 4 (sp
3
) và 6.
2- Tính chất vật lý
- Độ tan: các muối của Zn(II) và Cd(II) đa số dễ tan, Hg(II) khó tan
- Từ tính - Độc tính
- Màu sắc: Zn(II) và Cd(II): đa số không màu, Hg(II) đa số hợp chất có màu do khả năng phân

cực mạnh.
3- Tính chất hoá học
- Độ bền nhiệt: không cao, nhất là các hợp chất Hg(II) kém bền nhiệt.
- Tính chất lỡng tính
Zn(OH)
2
= Zn
2+
+ 2OH
-
Tt = 7,1.10
-18
Zn(OH)
2
= Zn(OH)
+
+ OH
-
K = 1,8.10
-13
Cd(OH)
2
= Cd(OH)
+
+ OH
-
K = 5,9.10
-15
Cd(OH)
2

= H
+
+ HCdO
2
-
K = 2.10
-19
- Khả năng tạo phức chất:
VIII.5.1. Hợp chất Zn(II)
Lí thuyết:
- Cấu hình electron của ion Zn
2+
: - Số phối trí đặc trng.
1- Kẽm(II) oxit: ZnO
- Trạng thái, màu sắc, tính tan.
- Tính chất hóa học. Tính lỡng tính (Tác dụng dung dịch axit, với kiềm) Tính oxi hóa (Tác
dụng với H
2
, C khi nung nóng).

5