Hóa vô cơ Chương 6: Nguyên tố nhóm VA

CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E)

Chương VI



1


CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E)

NỘI DUNG

TÀI LIỆU

NHẬN XÉT CHUNG

[1] – Tập 2, Chương 6:
trang 161 – 217

I. ĐƠN CHẤT

[2] – Chương 5: trang
105 – 141

II. HỢP CHẤT

1. Hợp chất của nitơ
2. Hợp chất của photpho

III. PHÂN BÓN

Chương VI

[3] – Phần II, Chương
3: trang 179 – 273
[4] – Chapter 15: page
485 – 545



2


CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E)

NHẬN XÉT CHUNG
- Cấu hình electron hóa trị: ns2np3.
 E + 3e- = E3- thể hiện tính oxi hóa.
 E – ne-  E(+1) đến E(+5) thể hiện tính khử.
- Từ N  Bi:
Tính PK, tính oxihóa, tính axit của oxit, độ bền (+5)
Tính KL, tính khử, tính bazo của oxit, độ bền (+3) 
Trừ N2, khả năng tạo mạch E – E  từ P  Bi.
N2, P: phi kim – As, Sb: lưỡng kim – Bi là kim loại.
Chương VI



3

CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E)

I ĐƠN CHẤT
1 Nitơ (χ = 3,04)

Elk = 942 kJ/mol  N2 trơ ở điều kiện thường.
1.1 Tính chất vật lý

- Khí không màu, không mùi, không vị.
- Ít tan trong nước và các dung môi hữu cơ.
- Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp.
- Không duy trì sự cháy, sự sống.
Chương VI



4


CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E)

1.2 Tính chất hóa học
- Ở điều kiện thường chỉ tác dụng với Li:
6Li + N2  2Li3N
- Ở nhiệt độ cao nitơ có tính oxi hóa và khử:
 Tính oxi hóa:
N2 + 3H2 ⇌ 2NH3 (350 – 550 C, 150 – 1000 at, -Fe.K O/Al O )
N2 + 3Mg  Mg3N2 (8000C)
 Tính khử:
N2 + 3F2  2NF3

(phóng điện)
N2 + O2 ⇌ 2NO (20000C, Pt/MnO2)
o

Chương VI



2

2

5

3


CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E)

1.3 Trạng thái tự nhiên, điều chế, ứng dụng
• Trong không khí nitơ chiếm 78,03 %.
• Các hợp chất chứa nitơ bao gồm khoáng diêm tiêu
natri (NaNO3); các hợp chất hữu cơ phức tạp trong
cơ thể động thực vật.

Điều chế:
Trong công nghiệp: Chưng cất phân đoạn KK lỏng
Trong PTN: NH4NO2  N2 + 2H2O (nhiệt phân)
NH4Cl + NaNO2  N2 + NaCl + 2H2O
2NaN3  3N2 + 2Na

Chương VI



6


CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E)

2 Photpho (χ = 2,19)
2.1 Tính chất vật lý: Photpho có 3 dạng thù hình:

 Photpho trắng (P4): Không bền  P đỏ; phát quang;
độc; không tan trong nước; tan trong CS2, benzene.

Chương VI



7


CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E)

 Photpho đỏ - P∞: Bền; không độc; thăng hoa khi
đun nóng; không tan trong CS2

Chương VI

8


CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E)

 Photpho đen - P∞: Rất bền; không độc; bán dẫn
(1,5 eV).

250 0 C,khoâng coùKK

200  300 0 C
12000 atm

Pñoû 
 Ptraéng  Pñen
o
600 C, P

Chương VI



9


CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E)

2.2 Tính chất hóa học
• Hoạt tính hóa học: Ptrắng > Pđỏ > Pđen

40 oC

P4 + 5O2  P4O10 ;

250 oC

4Pđỏ + 5O2  P4O10

400 oC

4Pđen + 5O2  P4O10
• Có tính khử (đặc trưng) và tính oxi hóa:
8P + 8O2 thiếu  P4O6 + P4O10 ; 4P + 5O2 dư  P4O10
800 oC

2P + 8H2O  2H3PO4 + 5H2
P4 + 3NaOH + 3H2O  PH3 + 3NaH2PO2
3P4 + 9Mg  4Mg3P3
Chương VI



10


CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E)

2.3 Trạng thái tự nhiên, điều chế, ứng dụng
 Trạng thái tự nhiên:
Khoáng photphorit: Ca3(PO4)2

Quặng apatit: Ca5X(PO4)3 (X = F-, OH- …)
Phân chim, xương động vật.
 Điều chế trong CN:
2Ca3(PO4)2 + 10C + 6SiO2  3CaO.2SiO2 + 10CO + P4

 Ứng dụng: diêm, axit photphoric …
Chương VI



11


CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E)

II HỢP CHẤT
1 Các hợp chất của nitơ
pH = 0:

1.1 Hợp chất N (-3): Nitrua
Đốt nóng KL, PK (trừ O2, F2) với N2  nitrua

Na3N Mg3N2 AlN
baz

Si3N4 P3N5 S4N4 Cl3N

lưỡng tính

axit

Li3N + 3H2O  3LiOH + NH3
Cl3N + 3H2O  3HClO + NH3
Chương VI



12


CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E)

 Amoniac (NH3)
 Tính chất vật lý:
• Chất khí, không màu, mùi khai,
momen lưỡng cực  = 1,48 D.
• Tan nhiều trong nước. Dung dịch đậm đặc 25%
NH3 có d = 0,91 g/mL.
• Dễ bị nén.

• Dung môi ion hóa tốt đối với nhiều chất
NH3 + NH3 ⇌ NH4+ + NH2Chương VI



K -50oC = 2.10-33
13


CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E)

 Tính chất hóa học:
• Phản ứng cộng hợp (đặc trưng):
NH3+ HCl  NH4Cl
2NH3 + AgCl  [Ag(NH3)2]Cl
• Phản ứng khử khi đốt nóng:
4NH3 + 3O2  2N2 + 6H2O

4NH3 + 5O2

800 - 900 oC



Pt/Rh

4NO + 6H2O

2NH3 + 3CuO  3Cu + 2H2O + N2
Chương VI



14


CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E)

• Phản ứng thế ở nhiệt độ cao:
Na + NH3  ½H2 + NaNH2

2Na + NH3  H2 + Na2NH
3Na + NH3  3/2H2 + Na3N
• Bazo yếu:
NH3 + H2O ⇌ NH4+ + OH ̅
Kb = 1,8.10-5
 Điều chế NH3
PTN: NH4Clrắn + NaOHđậm đặc  NaCl + NH3 + H2O
CN: 1N2 + 3H2 ⇌ 2NH3
(350500 oC, 1501000 atm, xúc tác Fe,K2O/Al2O3)
Chương VI



15


CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E)

 Amoni (NH4+)
• Dễ tan trong nước, bị thủy phân.
NH4+ + H2O ⇌ NH3 + H3O+

R = 1,43 Å

Ka = 5,6.10-10
• Dễ kết tinh: (NH4)2SO4.Al2(SO4)3 .24H2O;
(NH4)2SO4.Fe2(SO4)3 .24H2O; (NH4)2SO4.FeSO4.6H2O

• Dễ phân hủy nhiệt: [NH4HCO3; NH4Cl; NH4NO3]

• Tính khử: 2NH4Cl + 4CuO  3Cu + CuCl2 + N2 + 4H2O
• 2NH4Cl + ZnO  ZnCl2 + 2NH3 + H2O
Chương VI



16


CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E)

1.2 Hợp chất N (+3): N2O3, HNO2, NO2 N 2O 3
• Không bền:
N2O3 ⇌ o NO + NO2
-100 C
• Anhydrit axit nitrơ, oxit axit:
N2O3 + H2O ⇌ 2HNO2
N2O3 + 2NaOH  2NaNO2 + H2O
 HNO2
• Axit yếu (Ka = 4,5.10-4), không bền:
3HNO2  HNO3 + 2NO + H2O
Chương VI



17


CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E)

 NO2• Đa phần dễ tan trong nước.
• Bền hơn axit, tính bền nhiệt:
Muối với Me: bền nhiệt.
Muối với kim loại đứng trước Cu  oxit kim loại:
Cu(NO2)2  CuO + NO + NO2
Muối với kim loại đứng sau Cu  kim loại:
AgNO2  Ag + NO2
• Có khả năng tạo phức chất, vd: K3[Co(NO2)6]
Chương VI



18


CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E)

 N2O3, HNO2, NO2- : có tính oxi hóa và khử
• Tính oxi hóa:
2HNO2 + 2FeSO4 + H2SO4  Fe2(SO4)3 + 2NO + 2H2O
2NaNO2 + 2HI  I2 + 2NO + 2NaOH

• Tính khử:
5HNO2 + 2KMnO4 + 3H2SO4  5HNO3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O
5NaNO2 + 2KMnO4 + 3H2SO4  5NaNO3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O

Chương VI

19


CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E)

1.3 Hợp chất N (+4): NO2

• Khí màu nâu đỏ, mùi khó chịu và độc.
• Không bền nhiệt:
150 oC
600 oC
2NO2  2NO + O2 ;
2NO2  N2 + 2O2
• Anhydrit của hỗn hợp axit nitrơ và axit nitric:
2NO2 + H2O ⇌ HNO2 + HNO3
2NO2 + 2NaOH  NaNO2 + NaNO3 + H2O
Chương VI



20


CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E)

• Có tính oxi hóa và khử:
Tính oxi hóa:
2NO2 + 7H2  2NH3 + 4H2O
NO2 + 2Cu  Cu2O + NO
NO2 + CO  CO2 + NO

NO2 + SO2  SO3 + NO
Tính khử:
2NO2 + O3  N2O5 + O2
2NO2 + H2O2  2HNO3
Chương VI



21


CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E)

1.4 Hợp chất N (+5): N2O5, HNO3, NO3 N 2O 5
• Không bền:
2N2O5  4NO2 + O2
• Anhydrit axit nitric:
N2O5 + H2O  2HNO3
 HNO3
• Chất lỏng không màu, bốc khói mạnh trong không
khí, tan vô hạn trong nước và tỏa nhiều nhiệt:
HNO3 + nH2O  HNO3.nH2O + Q (n = 1; 3)
Chương VI



22


CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E)

• Không bền bởi ánh sáng và nhiệt:
4HNO3  4NO2 + O2 + 2H2O
• Dung dịch loãng có tính axit tương đối mạnh:
HNO3 + H2O ⇌ H3O+ + NO3- Ka = 24
• Oxi hóa mạnh ở mọi nồng độ:
8HNO3 loãng + 3Cu  3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

10HNO3 đặc + 3I2  6HIO3 + 10NO + 2H2O
5HNO3 đặc + 3P + 2H2O  3H3PO4 + 5NO

2HNO3 + 6FeSO4 + 3H2SO4  3Fe2(SO4)3 + 2NO + 4H2O
FeSO4 + NO  [Fe(NO)]SO4
Chương VI



23


CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E)

• Hỗn hợp gồm 1V HNO3đặc và 3V HClđặc được gọi
là nước cường toan (cường thủy), có tính oxi hóa
rất mạnh do tạo thành clo nguyên tử:
Au + HNO3 + 4HCl  H[AuCl4] + NO + 2H2O
3Pt + 4HNO3 + 18HCl  3H2[PtCl6] + 4NO + 8H2O
• HNO3 đặc nguội làm thụ động Fe, Al, Cr, Be …
• Điều chế:
- PTN: KNO3 + H2SO4 đặc  KHSO4 + HNO3

- CN: 4NH3 + 5O2(kk)  4 NO + 6H2O (850 oC, Pt/Rh)
4NO + 2O2(kk)  4NO2
3NO2 + H2O  2HNO3 + NO

Chương VI



24


CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E)

 NO3• Dễ tan trong nước.
• Bền hơn axit, nhưng không bền nhiệt, khi to:
Muối với Me  muối nitrit:
KNO3  KNO2 + ½O2
Muối với kim loại đứng trước Cu  oxit kim loại:
Zn(NO2)2  ZnO + 2NO2 + ½O2
Muối với kim loại đứng sau Cu  kim loại:
AgNO3  Ag + NO2 + ½O2

Chương VI



25