Bài giảng Hóa học vô cơ 1 - ĐH Phạm Văn Đồng
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (364.11 KB, 20 trang )
<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1>
1
<b>ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH QUẢNG NGÃI </b>
<b>TRƯỜNG ĐH PHẠM VĂN ĐỒNG </b>
<b>------ </b>
<b>GV: LÊ THỊ</b> <b>NHƯ QUỲNH </b>
<b>BÀI GIẢNG </b>
<b>HĨA H</b>
<b>ỌC VƠ CƠ 1</b>
<b>PH</b>
<b>Ầ</b>
<b>N PHI KIM </b>
</div>
<span class='text_page_counter'>(2)</span><div class='page_container' data-page=2>
2
<b>ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH QUẢNG NGÃI </b>
<b>TRƯỜNG ĐH PHẠM VĂN ĐỒNG </b>
<b>------ </b>
<b>GV: LÊ THỊ</b> <b>NHƯ QUỲNH </b>
<b>BÀI GIẢNG </b>
<b>HĨA H</b>
<b>ỌC VƠ CƠ 1</b>
<b>PH</b>
<b>Ầ</b>
<b>N PHI KIM </b>
</div>
<span class='text_page_counter'>(3)</span><div class='page_container' data-page=3>
3
<b>LỜI MỞĐẦU </b>
Hiện nay đã có nhiều giáo trình Hóa học Vơ cơ được xuất bản. Và các tác giả
trình bày nội dung theo các cách khác nhau. Với thời lượng 45 tiết tín chỉ thì sinh viên
rất khó khăn trong việc chọn giáo trình chính để học. Hơn nữa, đểđáp ứng yêu cầu đưa
bài giảng lên website của trường và nhu cầu học tập của sinh viên tôi đã soạn bài giảng
Hóa học Vơ cơ 1 với các tiêu chí:
- Bám sát chương trình chi tiết Hóa học Vô cơ 1 của hệ Cao đẳng Sư phạm
(CĐSP) đã được Tổ bộ môn phát hành.
- Nội dung cô đọng, chính xác, rõ ràng được chọn lọc từ nhiều giáo trình và phù
hợp với đối tượng sinh viên CĐSP.
Tuy nhiên ở mức độ là một bài giảng tôi chỉ trình bày những nội dung cốt lõi,
khơng thể đầy đủ các phần đọc thêm, mở rộng kiến thức nên khi nghiên cứu bài giảng
này các em sinh viên nên kết hợp với các giáo trình khác để mở rộng thêm kiến thức
cho mình.
Ngồi các em sinh viên CĐSP thì các sinh viên thuộc các ngành học, bậc học
khác cũng có thể dùng bài giảng này làm tài liệu tham khảo trong việc học của mình.
Sẽ khơng tránh khỏi sự thiếu sót trong q trình soạn bài giảng này nên tơi rất
mong sự quan tâm góp ý của bạn đọc và các em sinh viên để bài giảng được hoàn thiện
hơn, giúp các em học tập tốt hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo nhà trường, Ban Chủ nhiệm Khoa, tổ Hóa
– khoa Cơ bản đã tạo điều kiện cho tôi đưa bài giảng này lên website của trường.
</div>
<span class='text_page_counter'>(4)</span><div class='page_container' data-page=4>
4
<b>Chương 1.</b> <b>GIỚI THIỆU BẢNG HỆ THỐNG TUẦN HỒN CÁC NGUN </b>
<b>TỐ HĨA HỌC. SỰ PHÂN CHIA KIM LOẠI VÀ PHI KIM </b>
<b>1.1. Nguyên tố hố học [1], [3] </b>
Ngun tố hố học là mơt tập hợp những nguyên tử có cùng số proton trong hạt
nhân và có tính chất hố học như nhau.
Kí hiệu: Tên nguyên tố là một hoặc hai chữ cái đầu tiên trong tên nguyên tố
bằng tiếng La tinh hay tiếng Hi Lạp.
Ví dụ: Oxi có kí hiệu là O lấy từ tên La tinh: Oxygenium.
Silic có kí hiệu là Si lấy từ tên La tinh: Silicium.
Praseodim có kí hiệu là Pr lấy từ tên Hi Lạp: Praseodim.
Tên của nguyên tố hóa học được bắt nguồn từ nhiều yếu tố: nơi tìm ra ngun tố
đó, kỉ niệm tên người tìm ra, ứng dụng của nguyên tố, …
Ví dụ: Ngun tốGecmani: nơi tìm ra là Germanie.
Nguyên tố Franxi: nơi tìm ra là France.
Nguyên tốEsteni: người tìm ra là Enstein.
Nguyên tố Crom: tiếng Hi Lạp có nghĩa là hoa: dùng điều chế chất màu, …
<b>1.2. Bảng hệ thống tuần hoàn (HTTH) các nguyên tố hoá học [1], [3] </b>
Vào giữa thế kỷ 19 (1869) khi nghiên cứu sự biến thiên tính chất của các
nguyên tố và hợp chất của chúng theo chiều tăng dần khối lượng nguyên tử và tìm cách
phân loại nguyên tố hóa học, nhà bác học người Nga Đ. I. Mendeleev đã khám phá ra
định luật tuần hồn và ơng phát biểu định luật tuần hồn như sau:
“Khi tơi xếp các nguyên tố theo thứ tự tăng dần của nguyên tử khối của chúng
thì nhận thấy rằng tính chất của các nguyên tố biến thiên một cách tuần hoàn. Với
“định luật tuần hồn” tơi muốn nói đến những quan hệtương hỗ giữa tính chất của các
nguyên tố và nguyên tử khối của chúng. Những quan hệ này nghiệm đúng cho tất cả
các ngun tố và có tính chất của một hàm số”.
</div>
<span class='text_page_counter'>(5)</span><div class='page_container' data-page=5>
5
“Tính chất của các đơn chất, thành phần và tính chất các hợp chất của các
ngun tố hóa học đều biến thiên tuần hồn theo chiều tăng của sốđơn vị điện tích hạt
nhân Z của các nguyên tố”.
Nghĩa là khi sắp xếp các nguyên tố theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân
thì nhiều tính chất vật lý và hóa học được biến đổi một cách tuần hồn.
Ví dụ:
Với Z = 11: Na là kim loại kiềm;
Z = 19: K là kim loại kiềm;
Z = 37: Rb là kim loại kiềm.
Trên cơ sở của định luật tuần hồn, Medeleev sắp xếp một cách có hệ thống các
nguyên tố hóa học thành một bảng gồm những hàng và cột dựa trên các nguyên tắc:
- Xếp các ô nguyên tố theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân.
- Các ngun tố có cùng số lớp electron được xếp vào cùng một hàng.
- Các nguyên tố có cùng số electron hóa trịđược xếp vào cùng một cột.
Bảng hệ thống tuần hoàn gồm có ơ, chu kì, nhóm.
<b>1.2.1. Ơ</b>
Mỗi ngun tố hóa học chiếm một ô trong bảng HTTH, trong mỗi ô thể hiện
những nội dung sau:
- Số thứ tự của nguyên tố: cũng chính là số thứ tự của ơ, bằng số điện tích hạt
nhân của ngun tố trong ơ đó.
- Kí hiệu tên nguyên tố.
- Khối lượng nguyên tử trung bình của ngun tố.
- Cấu hình electron của ngun tử.
Ngồi ra ở một số loại bảng HTTH cịn có thơng tin về độ âm điện, bán kính
ngun tử, bán kính ion, năng lượng ion hóa, mức oxi hóa, ái lực điện tử, ...
Như vậy, khi biết được số thứ tự của ơ có thì ta biết được số electron của
</div>
<span class='text_page_counter'>(6)</span><div class='page_container' data-page=6>
6
<b>1.2.2. Chu kì </b>
Chu kì là dãy các nguyên tố mà nguyên tử của chúng có cùng số lớp electron,
được xếp theo chiều điện tích hạt nhân Z tăng dần. Một chu kì bắt đầu là một kim loại
kiềm và kết thúc là một khí trơ.
Ví dụ:
Chu kì 3: Na Mg Al ... …. Cl Ar
Chu kì 4: K Ca Sc …... ... Br Kr
- Bảng tuần hồn gồm 7 chu kì được đánh số từ 1 đến 7. Số thứ tự của chu kì
bằng số lớp electron của nguyên tử các ngun tố trong chu kì đó.
- Chu kì 1: gồm 2 nguyên tố (H, He).
- Chu kì 2: gồm 8 nguyên tố (từ Li đến Ne).
- Chu kì 3: gồm 8 nguyên tố (từ Na đến Ar).
- Chu kì 4: gồm 18 nguyên tố (từ K đến Kr).
- Chu kì 5: gồm 18 nguyên tố (từ Rb đến Xe).
- Chu kì 6: gồm 32 nguyên tố (từ Cs đến Rn).
- Chu kì 7: chứa tối đa 32 nguyên tố, nhưng hiện nay còn đang xây dựng (hiện
nay mới biết 30 nguyên tố).
- Các chu kì 1, 2, 3 là các chu kì nhỏ. Các chu kì 4, 5, 6, 7 là các chu kì lớn.
<b>1.2.3. Nhóm </b>
Nhóm nguyên tố là tập hợp các nguyên tố mà ngun tử có cấu hình electron
hố trị tương tự nhau, do đó có tính chất hóa học gần giống nhau và được xếp thành
một cột.
Nguyên tử các nguyên tố trong cùng một nhóm có số electron hóa trị bằng nhau
và bằng số thứ tự của nhóm (trừ một số ngoại lệ).
Ta có thể xác định số thứ tự của nhóm bằng cách sau:
Ngun tố d: cấu hình electron: (n-1)d1…10ens1…2e thì:
- Số thứ tự của nhóm: a = số e(d) + số e(s) nếu:
</div>
<span class='text_page_counter'>(7)</span><div class='page_container' data-page=7>
7
+ a >10: a – 10 = nhóm phụ B
+ a < 8: a là nhóm phụ B
- Nhóm IB, IIB: số thứ tự nhóm bằng số electron lớp ngồi cùng.
- Nhóm A: số thứ tự nhóm bằng số electron lớp ngồi cùng.
Bảng tuần hồn có 18 cột được chia thành 8 nhóm A đánh số từ IA đến VIIIA
và 8 nhóm B đánh số từIB đến VIIIB. Riêng nhóm VIIIB gồm 3 cột.
Nhóm được chia thành phân nhóm chính và phân nhóm phụ: phân nhóm A được
gọi là phân nhóm chính, phân nhóm B được gọi là phân nhóm phụ.
- Phân nhóm chính: gồm các ngun tố có electron ứng với mức năng lượng cao
nhất trong nguyên tử phân bố trên phân lớp ns hay np.
Các ngun tố s có cấu hình electron ns1,2 gồm có :
• ns1 là kim loại kiềm.
• ns2 là kim loại kiềm thổ.
Nguyên tố p (họ p) là nguyên tố có electron cuối cùng điền vào phân lớp p.
Các nguyên tố p có cấu hình electron ns2np1-6. Ví dụ:
ns2np1 ns2np2 ns2np3 ns2np4 ns2np5 ns2np6
B – Al C – Si N – P O - S halogen khí trơ
- Phân nhóm phụ:
• Phân nhóm phụ 1: gồm các nguyên tố họ d, nguyên tố d (họ d) là nguyên tố có
electron ứng với mức năng lượng cao nhất phân bố trên phân lớp d.
Các nguyên tố d có cấu hình electron (n-1)d1-10ns1,2, là kim loại chuyển tiếp.
• Phân nhóm phụ 2: gồm các ngun tố họ f, nguyên tố f (họ f) là nguyên tố có
electron ứng với mức năng lượng cao nhất phân bố trên phân lớp f.
Các nguyên tố f có cấu hình electron (n-2)f1-14(n-1)d0,1ns2, là các ngun tố đất
hiếm.
<b>1.2.4. Hai dạng bảng HTTH phổ biến [2] </b>
</div>
<span class='text_page_counter'>(8)</span><div class='page_container' data-page=8>
8
Các nguyên tố trong mỗi chu kì được xếp thành một hàng, các ngun tố thuộc
chu kì sau có sự xây dựng thêm một lớp điện tử mới so với các nguyên tố thuộc chu kì
trước.
Các nguyên tố có cấu trúc lớp vỏ điện tử bên ngoài giống nhau được xếp vào
một cột tạo thành một nhóm.
Nhóm gồm có phân nhóm chính, phân nhóm phụ:
- Phân nhóm chính (phân nhóm A): gồm các nguyên tố họ s, p.
- Phân nhóm phụ (phân nhóm B): gồm các nguyên tố họ d, f.
1.2.4.2. Bảng dạng ngắn
Trong mỗi chu kì các nguyên tố cũng được xếp thành hàng nhưng có sự phân
chia chu kì lớn và chu kì nhỏ, chu kì nhỏ có 1 hàng, chu kì lớn có 2 hàng.
Các nguyên tốđược chia làm 8 nhóm, mỗi nhóm gồm 2 phân nhóm:
- Phân nhóm chính (phân nhóm A):gồm các ngun tố họ s, p.
- Phân nhóm phụ (phân nhóm B): gồm các nguyên tố họ d, f.
<b>1.2.5. Các nguyên tố được xếp xuống dưới bảng HTTH [2] </b>
Trong bảng tuần hồn dạng dài cũng như dạng ngắn có 14 nguyên tố họ Lantan
(58Ce → 71Lu) và 14 nguyên tố họ Actini (90Th →103Lr) tương ứng với cấu hình
electron 4f1-14 ở chu kì 6 và 5f1-14ở chu kì 7 được cắt ra và đặt xuống cuối cùng trong
bảng tuần hoàn. Các nguyên tố này tạo thành 14 nhóm, mỗi nhóm gồm 2 nguyên tố
theo cột dọc. Nếu đặt các nhóm nguyên tố họ f này vào bảng chung thì bảng có q
nhiều nhóm và mất cân đối, hơn nữa tính chất của các nguyên tố họ f có những khác
biệt với tính chất các nguyên tố họ s, họ p và họ d, nên việc cắt ra và đặt xuống dưới
bảng tuần hồn là hợp lí nhất.
<b>1.3. Sự phân chia kim loại - phi kim - bán kim – bán dẫn [2] </b>
<b>1.3.1. Kim loại – phi kim – bán kim – bán dẫn </b>
</div>
<span class='text_page_counter'>(9)</span><div class='page_container' data-page=9>
9
- Trong phản ứng hóa học phi kim có xu hướng thu thêm electron để đạt cấu
hình bền vững giống khí hiếm đứng sau nó.
- Trong phản ứng hóa học kim loại có xu hướng nhường electron hố trị để đạt
cấu hình electron của khí hiếm đứng trước nó.
Khơng có giới hạn rõ rệt giữa kim loại và phi kim. Tuy nhiên sự phân chia này
vẫn có lợi khi khảo sát tính chất của các nguyên tốvà người ta vẫn coi đường tiếp giáp
giữa một bên gồm các nguyên tố B, Si, As, Te, At với một bên gồm Be, Al, Sb, Po là
ranh giới phân chia phi kim và kim loại.
Một số các nguyên tố ở vùng giáp ranh vừa thể hiện tính chất của phi kim, vừa
thể hiện tính chất của kim loại như: B, Si, As, Te, At, Be, Al, Sb, Po nên chúng được
gọi là các nguyên tố bán kim.
Các nguyên tố bán dẫn như: B, Si, Ge, As, Sb, và Te cũng nằm ở vùng tiếp giáp
giữa kim loại và phi kim, trừ Se nằm ở sâu hơn trong vùng phi kim. Như vậy đa số
nguyên tố bán dẫn đồng thời cũng là nguyên tố bán kim.
Các ngun tố bán dẫn nhìn bề ngồi giống kim loại. Chúng tán xạ vùng trông
thấy và vùng hồng ngoại kém hơn nhiều so với kim loại, thường có màu xám và có ánh
kim. Các nguyên tố bán dẫn dẫn điện kém hơn nhiều so với kim loại. Tính dẫn điện sẽ
tăng lên trong những điều kiện nhất định như khi tăng nhiệt độ hoặc khi có một lượng
nhỏ tạp chất, nhưng trong các trường hợp đó độ dẫn điện vẫn thấp hơn độ dẫn điện của
kim loại. Chính độ dẫn điện thấp và tăng lên khi nhiệt độ tăng nên chúng được gọi là
các nguyên tố bán dẫn.
Sự khác nhau về tính chất điện và quang giữa kim loại và các chất bán dẫn là do
sự khác nhau về liên kết trong đơn chất của chúng. Trong các nguyên tố bán dẫn, các
electron hóa trị kém linh động hơn so với các electron hóa trị của kim loại. Về mặt hóa
học thì các ngun tố bán dẫn có đặc tính của phi kim trội hơn, chẳng hạn hợp chất của
chúng với hiđro và halogen là hợp chất cộng hóa trị. Giá trị của năng lượng ion hóa thứ
</div>
<span class='text_page_counter'>(10)</span><div class='page_container' data-page=10>
10
<b>1.3.2. So sánh tính chất của kim loại và phi kim. </b>
<b>Kim loại </b> <b>Phi kim </b>
<b>Tính chất vật lý </b>
- Năng lượng ion hoá thấp
- Ái lực electron thấp
- Độâm điện thấp
- Bán kính nguyên tử lớn
- Thường là chất rắn, ts, tnc cao
- Ánh kim, phản xạ ánh sáng
- Khối lượng riêng lớn
- Độ dẻo cao (rèn, cán, kéo sợi)
- Dẫn nhiệt, dẫn điện tốt
- Năng lượng ion hoá cao
- Ái lực electron cao
- Độâm điện cao
- Bán kính nguyên tửnhỏ
- Ở dạng khí, rắn, ts, tnc thấp
- Khơng ánh kim, ít phản xạ
- Khối lượng riêng nhỏ
- Ở thể rắn thì dịn, cứng, mềm
- Dẫn nhiệt, dẫn điện kém
<b>Tính chất hố học </b>
- Hợp chất với hiđrokhơng đặc trưng
(tạo ion H-).
- Oxit kim loại thường có liên kết
ion, oxit kim loại điển hình tan trong
nước tạo bazơ.
- Trong dung dịch nước, kim loại tồn
tại dưới dạng cation hoặc tổ hợp anion
chứa oxi hay chứa các phi kim khác.
- Hợp chất với hiđrođặc trưng (trong
phân tử có liên kết cộng hóa trị).
- Oxit phi kim có liên kết cộng hóa
trị phân cực, đa số tan trong nước tạo
thành axit.
- Phi kim tồn tại trong dung dịch
nước dưới dạng anion đơn hay tổ hợp
chứa các phi kim khác mang điện tích
âm, rất ít khi tạo thành cation.
<b>1.4. Đặc điểm của phi kim [2] </b>
<b>1.4.1. Đặc điểm cấu tạo nguyên tử </b>
- Bán kính nguyên tử nhỏ;
</div>
<span class='text_page_counter'>(11)</span><div class='page_container' data-page=11>
11
- Cấu tạo electron lớp bên ngồi của ngun tử chỉ cịn rất ít obitan hố trị tự do.
<b>1.4.2. Đặc điểm liên kết trong đơn chất </b>
Trong bảng HTTH có 24 phi kim, trong đó 7 phi kim ở điều kiện thường có đơn
chất có phân tử tồn tại dưới dạng 2 nguyên tử: H2, N2, O2, F2, Cl2 (khí) , I2 (rắn). Các
phi kim khác cịn lại có phân tửđơn chất hợp thành từ nhiều nguyên tử và tồn tại dưới
dạng rắn như kim cương, nhưng cũng có phân tử đơn chất mềm như photpho, lưu
huỳnh. Tính chất của các phi kim khác nhau nguyên nhân chủ yếu là do liên kết trong
đơn chất của các nguyên tốđó.
<b>1.4. 3. Đặc điểm liên kết trong hợp chất </b>
Các phi kim phản ứng với nhau tạo thành hợp chất liên kết cộng hóa trị phân
cực. Các hợp chất cộng hóa trịcó xu hướng tồn tại dưới dạng các phân tửđộc lập, giữa
các phân tử này chỉ có lực tương tác yếu. Vì vậy ở nhiệt độ bình thường, các phân tử
có khối lượng phân tửbé thường tồn tại ở thể khí, cịn các phân tử có khối lượng phân
tử lớn thường là chất lỏng hoặc chất rắn dễ nóng chảy.
<b>1.4.4. Đặc điểm phi kim đầu nhóm </b>
- Số thứ tự nhỏ, bán kính ngun tử nhỏ, độâm điện lớn nên thường có tính chất
hóa học khác biệt hơn so với các nguyên tố cịn lại trong nhóm.
- Những ngun tố đầu nhóm ở chu kì 2 có thể tạo thành tối đa là 4 liên kết vì
chúng chỉ có 1 obitan 2s và 1 obitan 2p có thể tham gia liên kết hóa học. Mặc khác
chúng có khả năng hình thành liên kết π tốt hơn các nguyên tố cịn lại trong nhóm.
Ngun nhân là do bán kính ngun tử rất nhỏdo đó các obitan phản ứng hóa học tạo
nên liên kết π có khảnăng tham gia xen phủ tốt hơn.
- Những phi kim có số thứ tựcao hơn có thể thêm các obitan d tham gia liên kết,
vì vậy các nguyên tố này có thể có nhiều hơn 4 liên kết.
<b>BÀI TẬP [1] </b>
</div>
<span class='text_page_counter'>(12)</span><div class='page_container' data-page=12>
12
2. Viết cấu hình electron nguyên tửdưới dạng chữ của các nguyên tố có Z = 25, 30, 35
và 37 và xác định:
- Chu kì, phân nhóm của chúng;
- Nguyên tố kim loại, phi kim;
- Tính chất hóa học đặc trưng của chúng.
3. Hãy xác định số thứ tự, chu kì và phân nhóm của nguyên tử có 7 electron trên phân
lớp 3d.
4. Nêu các tính chất vật lý và hóa học thể hiện sự khác nhau giữa kim loại và phi kim?
5. Nêu sự khác nhau quan trọng giữa nguyên tốđầu nhóm của các nhóm phi kim và các
nguyên tố khác cùng nhóm có số thứ tựcao hơn?
</div>
<span class='text_page_counter'>(13)</span><div class='page_container' data-page=13>
13
<b>Chương 2. HIĐRO, OXI VÀ NƯỚC </b>
<b>2.1. Hiđro [2], [4] </b>
<b>2.1.1. Các đặc trưng của nguyên tử hiđro</b>
- Cấu hình electron: 1s1
- Bán kính nguyên tử: 0,53
o
A
- Bán kính ion H+: 0,15.10-4
o
A
- Ái lực electron: 0,75 eV
- Năng lượng ion hoá: I1 = 1316 kJ/mol
- Độâm điện: χ = 2,1
- Thếđiện cực chuẩn: 0 V
<b>2.1.2. Trạng thái thiên nhiên, phương pháp điều chế </b>
2.1.2.1. Trạng thái thiên nhiên
- Nguyên tốhiđro chiếm 17% tổng số nguyên tử trong vỏ quảđất
- Hiđro tồn tại chủ yếu ở dạng hợp chất, dạng đơn chất của nó chỉ tìm thấy trong
một số khí thiên nhiên và khí núi lửa.
- Hiđro có 3 đồng vị: 1
1H(prôti),
2
1H(D: đơteri),
3
1H(T: triti)
2.1.2.2. Phương pháp điều chế
Trong phịng thí nghiệm:
+ Cho axit tác dụng với kim loại hoạt động:
Ví dụ: Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2↑
Phản ứng được thực hiện trong bình kíp.
+ Thủy phân hợp chất hiđrua:
Ví dụ: CaH2 + H2O → Ca(OH)2 + 2H2↑
Trong công nghiệp:
- Từ than: cho hơi nước đi qua than cốc đốt nóng đến 1000oC, sản phẩm thu
</div>
<span class='text_page_counter'>(14)</span><div class='page_container' data-page=14>
14
<b>Hình 2.1. Sơ đồđiều chế khí hiđro từ than </b>
- Từ khí thiên nhiên: thành phần chính của khí thiên nhiên là CH4.
<b>Hình 2.2. Sơ đồđiều chế khí hiđro từ khí thiên nhiên </b>
- Từ khí lị cốc: hóa lỏng phân đoạn khí lị cốc.
Thành phần khí lị cốc: 50% H2, 25% CH4, 5% CO, 5% CO2, 10% N2 và 5% các
hợp chất khác.
Dựa vào nhiệt độ sôi khác nhau của các khí người ta dùng phương pháp hố
lỏng phân đoạn khí lị cốc thu được khí H2 và N2 để tổng hợp amoniac.
- Điện phân nước: thu được H2 tinh khiết nhưng đắt tiền.
Trong công nghiệp người ta thường điện phân dung dịch 25% NaOH hay KOH
trong nước, thu khí H2 bay lên ở catơt.
<b>2.1.3. Tính chất lí – hóa học và ứng dụng của hiđro </b>
</div>
<span class='text_page_counter'>(15)</span><div class='page_container' data-page=15>
15
Là khí khơng màu, khơng mùi, khơng vị, là khí nhẹ nhất trong tất cả các khí
tnc= -259,1
o
C, ts = -252,6
o
C, ít tan trong nước và các dung mơi hữu cơ.
2.1.3.2. Tính chất hoá học
Phân tử H2 rất bền nhiệt, chỉ bị phân huỷở 2000
o
C:
H2
2000<i>o<sub>C</sub></i>
2H, ∆H = 103 kcal/mol
H2 hầu như chỉ hoạt động hố học khi được đun nóng.
a. Tác dụng với phi kim
- Với oxi: 2H2 + O2
o
t
2H2O
- Với nitơ: 3H2 + N2
o
t ,p
xuctac
2NH3
Với cacbon: C + 2H2
o
t
CH4
- Với flo, phản ứng xảy ra ngay ở nhiệt độ thường, có thể cháy thành ngọn lửa
hoặc nổ:
H2 + F2 → 2HF
- Với clo, phản ứng xảy ra khi có ánh sáng, cịn brom, iơt thì phản ứng xảy ra ở
nhiệt độ cao.
b. Tác dụng với kim loại: tạo hiđrua
- Với kim loại kiềm: tạo hiđrua MH
Ví dụ: H2 + 2Li
o
t
2LiH
- Với kim loại kiềm thổ: tạo hiđrua MH2
Ví dụ: H2 + 2Ca
o
t
CaH2
- Với kim loại chuyển tiếp: tạo các hiđrua khác nhau tuỳ trường hợp cụ thể<b>. </b>Ví
dụ: các hiđrua TiH1,65, TiH2, ZrH2, UH3,… ở dạng dung dịch rắn, hợp chất phần nào
thể hiện tính kim loại.
- Các hiđrua của Al, Be, Mg có dạng (AlH3)n, (BeH2)n, (MgH2)n có tính chất
khơng giống hiđrua dạng muối.
2.1.3.3. Ứng dụng
</div>
<span class='text_page_counter'>(16)</span><div class='page_container' data-page=16>
16
- Khử tạp chất trong công nghệ chế biến dầu mỏ;
- Tổng hợp amoniac, metanol, HCl;
- Hàn hơi, cắt kim loại khó nóng chảy, thạch anh, …
- Triti, đơteri ứng dụng trong năng lượng hạt nhân.
<b>2.1.4. Hiđrua </b>
Hiđrua là hợp chất 2 nguyên tốtrong đó có chứa hiđro gọi là hiđrua.
- Với hợp chất trong đó H có số oxi hoá là -1: gọi là hiđrua, ví dụ: NaH -
natrihiđrua, CaH2 - canxihiđrua,…
- Với hợp chất trong đó H có số oxi hố là +1: đi “ua”được đọc gắn sau
nguyên tố liên kết với hiđro, ví dụ: HCl - hiđroclorua, H2S - hiđrosunfua, …
2.1.4.1. Hiđrua ion
- Hiđrua ion là hiđrua của kim loại kiềm (MH) và kiềm thổ (MH2).
- Liên kết trong hiđrua này là liên kết ion.
- Nhiệt độ nóng chảy cao, dẫn điện khi nóng chảy, điều kiện thường tồn tại ở
trạng thái tinh thể.
Tính chất hố học: hoạt tính hố học cao
- Khửnước ngay ở nhiệt độthường:
NaH + H2O → NaOH + H2↑
CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2H2↑
Một số hiđrua ion tự bốc cháy trong khơng khí, có thể là do nhiệt phát ra của
phản ứng thuỷ phân bởi những vết hơi nước.
Hiđrua ion có thể kết hợp với một số chất khác tạo phức chất.
Ví dụ: 4LiH + AlCl3 → LiAlH4 + 3LiCl
Có thể điều chế hiđrua ion bằng cách đun nóng kim loại tương ứng trong khí
hiđro.
Ví dụ: 2Na + H2 → 2NaH
Ca + H2 → CaH2
2.1.4.2. Hiđrua cộng hoá trị (CHT)
</div>
<span class='text_page_counter'>(17)</span><div class='page_container' data-page=17>
17
- Liên kết trong hợp chất là liên kết CHT. Tuy nhiên liên kết mang một phần
bản chất ion.
Trong hiđrua CHT thì quan trọng nhất là HX (X là halogen) và một số chất như:
CH4, NH3, H2S,…
Trong các HX thì HF là axit yếu, các HX cịn lại là axit mạnh.
Hiđrua CHT thể hiện tính khử và tính khửtăng dần từđầu đến cuối nhóm.
Ví dụ: H2SO4đặc, nóng + HCl → khơng xảy ra
H2SO4đặc, nóng + 2HBr → SO2 + Br2 + H2O
H2SO4đặc, nóng + 2HI → H2S + I2 + H2O
Từ trái sang phải tính khử giảm dần:
SiH4 + 2O2 → SiO2 + 2H2O
PH3 + 2O2
150<i>o<sub>C</sub></i>
H3PO4
4NH3 + 5O2 300 500
<i>o<sub>C</sub></i>
4NO + 6H2O
HCl + O2
2
<i>o</i>
<i>t cao</i>
<i>CuCl</i>
2Cl2 + 2H2O
2.1.4.3. Hiđrua kiểu kim loại
Là hiđrua của các kim loại chuyển tiếp. Nhiều kim loại chuyển tiếp tạo được
hợp chất với hiđro và có thành phần xác định như: VH, ScH2, …. Tuy nhiên có nhiều
ngun tố khơng có khảnăng này mà có khả năng hấp thụ khí H2 những lượng biến đổi
tuỳ theo nhiệt độ và áp suất. Các hiđrua này có tính chất giống kim loại nhưng so với
kim loại ban đầu thì khả năng phản ứng với oxi và với nước kém hơn. Những hiđrua
này dịn hơn kim loại, có tính chất từ, dẫn điện hoặc là bán dẫn.
<b>2.2. Oxi [2], [4] </b>
<b>2.2.1. Vị trí, đặc điểm và tính chất của oxi </b>
Vị trí: Z = 8, chu kì 2, nhóm VIA
Cấu hình electron: 1s2 2s2 2p4
</div>
<span class='text_page_counter'>(18)</span><div class='page_container' data-page=18>
18
- Bán kính nguyên tử: 0,73
o
A
- Bán kính ion O2-: 1,45
o
A
- Năng lượng ion hóa thứ nhất: I1 = 13,62 eV
- Độâm điện: χ = 3,5
<b>2.2.2. Trạng thái thiên nhiên, phương phápđiều chế </b>
2.2.2.1. Trạng thái thiên nhiên
- Oxi là nguyên tố phổ biến nhất trong thiên nhiên.
% mO: + Trong khí quyển: 23%
+ Trong nước: 89%
+ Trong cơ thểngười: 65%
+ Trong cát: 53%
+ Trong đất sét: 56%
- Tổng cộng lượng oxi trong vỏ quảđất: 50% khối lượng.
- Trong khơng khí: 78,03%
2
N
V , 20,93%
2
O
V , tỉ lệ rất bé các khí hiếm, lượng
biến đổi H2O(h) và CO2(k).
Oxi có ba đồng vị bền:
16
8O (99,76%)
17
8O(0,037%)
18
8O(0,204%)
Và ba đồng vị phóng xạ nhân tạo: 14 15
8O, O 8 và
19
8O
2.2.2.2. Phương pháp điều chế
Trong phịng thí nghiệm:
Nhiệt phân các hợp chất giàu oxi, ít bền như KClO3, KMnO4, H2O2, …
2H2O2
o
t
2H2O + O2
2KClO3
o
t
2KCl + 3O2
2KMnO4
o
t
</div>
<span class='text_page_counter'>(19)</span><div class='page_container' data-page=19>
19
Trong công nghiệp:
- Từkhơng khí: chưng cất phân đoạn khơng khí lỏng
<b>Hình 2.3. Sơ đồđiều chế khí oxi từ khơng khí </b>
- Từnước: điện phân nước
<b>Hình 2.4. Bình điện phân nước </b>
<b>2.2.3. Cấu tạo phân tử, tính chất lí – hóa và ứng dụng </b>
2.2.3.1. Cấu tạo phân tử
Cấu tạo electron: Công thức cấu tạo:
Cấu hình electron O2:
2 2 2 2 2 1 1
lk * lk lk lk * *
2s 2s z x y x y
σ σ σ π π π π
2H2O 2H2 + O2
Điện phân
O = O
..
..
</div>
<span class='text_page_counter'>(20)</span><div class='page_container' data-page=20>
20
2.2.3.2. Tính chất vật lý
- Là chất khí, khơng màu, khơng mùi, khơng vị, hơi nặng hơn khơng khí.
- Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi rất thấp, tnc = -218,7
o
C, ts = -183
o
C.
- Trạng thái lỏng: oxi có màu xanh da trời.
- Trạng thái rắn: oxi có màu xanh đậm.
- Oxi tan rất ít trong nước (điều kiện thường: 1lít nước hịa tan được 0,031lít
oxi).
- Oxi duy trì sự sống và sự cháy.
2.2.3.3. Tính chất hóa học
a. Tác dụng với kim loại (trừ Au, Pt): tạo oxit bazơ
4Li + O2 → 2Li2O
2Na + O2 → Na2O2
3Fe + 2O2
o
t
Fe3O4
2Cu + O2
o
t
2CuO
b. Tác dụng với phi kim (trừ halogen): tạo oxit axit
P4 + 5O2 → 2P2O5
S + O2
o
t
SO2
C + O2
o
t
CO2
N2 + O2 2000
<i>o<sub>C</sub></i>
2NO
c. Tác dụng với các hợp chất
2H2S + 3O2
<i>o</i>
<i>t</i>
2SO2 + 2H2O
4NH<b>3</b> + 5O2
<i>o</i>
<i>t</i>
4NO + 6H2O
2SO<b>2</b> + O2
2 5
<i>o</i>
<i>t</i>
<i>V O</i>
2SO3
</div>
<!--links-->
