(TIỂU LUẬN) báo cáo đề tài KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP NHÓM VIB – VIIB VIIIB

BỘ TÀI CHÍNH TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI CHÍNH – MARKETING BÁO CÁO ĐỀ TÀI KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP NHÓM VIB – VIIB - VIIIB BÀI TẬP NHÓM GIỮA KỲ 2022 SINH VIÊN THỰC HIỆN: Nguyễn Minh Tiến Đỗ Vũ Khánh Đan Trần Thị Tú Quyên Đào Kim Khánh Nguyễn Thị Thanh Thanh MSSV:2121011507 MSSV:2121008402 MSSV:2121008371 MSSV:2121008243 MSSV: TP.HCM, 03/2022 0 2121002151 BỘ TÀI CHÍNH TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI CHÍNH – MARKETING BÁO CÁO ĐỀ TÀI TIN HỌC KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP NHÓM VIB – VIIB VIIIB BÀI TẬP NHÓM GIỮA KỲ 2022 SINH VIÊN THỰC HIỆN: Nguyễn Minh Tiến Đỗ Vũ Khánh Đan Trần Thị Tú Quyên Đào Kim Khánh Nguyễn Thị Thanh Thanh MSSV:2121011507 MSSV:2121008402 MSSV:2121008371 MSSV:2121008243 MSSV: TP.HCM, 03/2022 0 2121002151 Báo cáo đề tài Trường Đại học Tài – Marketing TRÍCH YẾU Bài báo cáo giúp tìm hiểu thêm kiến thức chuyên sâu kim loại chuyển tiếp nhóm VIB – VIIB – VIIIB Hiện dạng tốn nhóm kim loại chuyển tiếp VIB – VIIB – VIIIB lẫn đề thi học sinh giỏi quốc gia, quốc tế chiếm vị trí chủ chốt Điều địi hỏi học sinh phải nắm vững hiểu rõ cấu tạo, tính chất, cách giải dạng tốn thường gặp tốn khó đội với bạn đội tuyển học sinh giỏi Bài báo cáo làm nhằm mục đích tìm hiểu tổng hợp lý thuyết, áp dụng giải dạng tập nâng cao, trở thành tài liệu giúp bạn học sinh củng cố kiến thức trình học tập Bài báo cáo nghiên cứu sở lý thuyết kim loại chuyển tiếp nhóm VIB – VIIB – VIIIB Chọn lọc hướng dẫn giải tập từ đến nâng cao, số tập từ thi học sinh giỏi, Olympic 30/4, Trại hè Phương Nam, Trại hè Hùng Vương, Học sinh giỏi quốc gia, ICho… Bài báo cáo giúp người tiếp cận với dạng toán thường gặp nâng cao Đồng thời, chuyên đề tảng lý thuyết vũng trình học tập nghiên cứu sau Chúng em mong tài liệu tham khảo bổ ích, chứa đựng kiến thức cần thiết chương trình học tập khơng tren lớp mà cịn vận dụng kỳ kiểm tra, thi học sinh giỏi… i 0 Báo cáo đề tài Trường Đại học Tài – Marketing MỤC LỤC TRÍCH YẾU .i MỤC LỤC ii CÁC DANH MỤC iv LỜI CẢM ƠN v I CHƯƠNG I: CÁC NGUYÊN TỐ NHÓM VIB: I.1 Đặc điểm chung nguyên tố nhóm VIB: I.2 Đơn chất: .2 I.2.1 Tính chất vật lí: I.2.2 Tính chất hóa học: I.3 Hợp chất: .4 I.3.1 Hợp chất Cr(0); Mo(0); W(0): I.3.2 Hợp chất Cr (II); Mo (II); W (II): I.3.3 Hợp chất Cr(III); Mo(III); W(III): II CHƯƠNG II: CÁC NGUYÊN TỐ NHÓM VIIB: 15 II.1 Đặc điểm chung nguyên tố nhóm VIIB: .15 II.2 Đơn chất: .16 II.2.1 Tính chất vật lý 16 II.2.2 Tính chất hóa học 17 II.3 Hợp chất: .18 II.3.1 Hợp chất Mn(0), Tc(0) Re(0): .18 II.3.2 Hợp chất Mn(II): .19 II.3.3 Hợp chất Mn (III): 21 II.3.4 Hợp chất Mn(IV): .23 II.3.5 Hợp chất Mn (VI): .24 II.3.6 Hợp chất Mn (VII): 24 III CHƯƠNG III: CÁC NGUYÊN TỐ NHÓM VIIIB HỌ SẮT: 27 III.1 Đặc điểm chung nguyên tố nhóm VIIIB họ sắt: 27 III.2 Đơn chất: .27 III.2.1 Tính chất vật lý 27 III.2.2 Tính chất hóa học: 28 III.2.3 Điều chế: 28 III.3 Hợp chất: .29 III.3.1 Hợp chất Fe(0), Co(0), Ni(0): 29 III.3.2 Hợp chất Fe(III), Co(III), Ni(III) .31 IV CHƯƠNG IV: CÁC NGUYÊN TỐ NHÓM VIIIB HỌ PLATIN: 33 IV.1 Đặc điểm chung nguyên tố nhóm VIIIB họ Platin: 33 IV.2 Đơn chất: .33 IV.2.1 Tính chất vật lý 33 ii 0 Báo cáo đề tài Trường Đại học Tài – Marketing IV.2.2 Tính chất hóa học: 34 IV.2.3 Điều chế 34 IV.3 Hợp chất: .34 IV.3.1 Hợp chất M(II) 34 IV.3.2 Hợp chất M(IV) 34 KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ iv PHỤ LỤC v iii 0 Báo cáo đề tài Trường Đại học Tài – Marketing CÁC DANH MỤC Danh mục bảng Bảng 1: Một số đặc điểm nguyên tử ngun tố nhóm VIB Bảng 2: Tính chất vật lí Cr, Mo, W Bảng 3: Mô tả electron phức Cacbonyl số hợp chất Bảng 4: Nhiệt độ sôi nhiệt độ nóng chảy số phức Cacbonyl Bảng 5: Tính chất hợp chất Cr (II) Bảng 6: Tính chất Cr2O3 Mo2O3 Bảng 7: Tính chất muối Cromat muối Đicromat 11 Bảng 8: Đặc điểm chung nguyên tố nhóm VIIB 15 Bảng 9: Nhiệt độ dạng thù hình Mangan 16 Bảng 10: Các số vật lý Mn, Tc, Re 16 Bảng 11: Tính chất hợp chất Mn(II) 21 Bảng 12: Một số hợp chất Mn(III) 23 Bảng 13: Một số hợp chất Mn(IV) 24 Bảng 14: Một số đặc điểm nguyên tố nhóm VIIIB họ Sắt .27 Bảng 15: Một số số vật lý quan trọng nhóm VIIIB họ sắt .28 Bảng 16: Các dạng thù hình Fe .28 Bảng 17: Các dạng thù hình Co 28 Bảng 18: Các dạng thù hình Ni .28 Bảng 19: Một số đặc điểm nguyên tố nhóm VIIIB họ Platin 33 Bảng 20: số số vật lý quan trọng nhóm VIIIB họ Platin 34 iv 0 Báo cáo đề tài Trường Đại học Tài – Marketing Danh mục hình ảnh Hình 1- Phức Cr(C6H6)2 Hình 2- Mơ tả hình thành liên kết MO phức Cr(C6H6)2 Hình 3- Cấu trúc tinh thể MoCl2 Hình 4- Mơ tả MO Cr (III) Hình 5- Hình ảnh lọ CrO3 khan .10 Hình 6- Mơ tả hợp chất SO2Cl2 CrO2Cl2 10 Hình 7- Mơ tả cấu trúc K2CrO4 K2Cr2O7 11 Hình 8- Cấu trúc tinh thể E(CO)5 19 v 0 Báo cáo đề tài Trường Đại học Tài – Marketing LỜI CẢM ƠN Xin cảm ơn tác giả Catherine E Houscroft, Alan G Sharpe, Hồng Nhâm, Nguyễn Đức Vận Nhờ, nhóm Tài liệu KEM – Tạp chí Olympiad Hóa Học, nhóm thích học hóa dạy dỗ tận tình, chu đáo thầy, tổ mơn Hóa học trường THPT chuyên Lý Tự Trọng tận tình xem xét, hướng dẫn góp ý để chuyên đề chúng em hoàn thành tốt Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu, Ban lãnh đạo trường THPT chuyên Lý Tự Trọng tạo môi trường thuận lợi cho nhóm có hội trau dồi kiến thức, học hỏi nhiều điều quý giá học tập kỹ giải tình huống, vấn đề Trong trình chúng em thực chuyên đề khó tránh khỏi điều thiếu sót, chúng em mong nhận ý kiến đóng góp quý báu q thầy để chun đề hồn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! CHÚC MỌI NGƯỜI SẼ NHẬN ĐƯỢC THÊM NHIỀU KIẾN THỨC BỔ ÍCH TRONG BÀI BÁO CÁO NÀY! vi 0 Báo cáo đề tài I Trường Đại học Tài – Marketing CHƯƠNG I: CÁC NGUYÊN TỐ NHÓM VIB: I.1 Đặc điểm chung nguyên tố nhóm VIB: Nhóm VIB gồm nguyên tố: Crom (Cr), Molipden (Mo) Vonfram (W) Dưới số đặc điểm nguyên tử nguyên tố nhóm VIB: Nguyên Tố Cr Mo W Số thứ tự 24 42 74 Khối lượng nguyên 51,996 95,94 183,85 tử (đvC) Cấu hình electron [Ar]3d54s1 [Kr]4d55s1 [Xe]4f145d46s2 Bán kính nguyên 1,3 1,39 1,41 tử (Å) Bán kính ion X6+ 0,35 0,65 0,65 (Å) I1 6,76 7,13 7,98 Năng I2 16,49 16,15 17,7 lượng ion hoá (eV) I3 30,95 27,13 24,08 Thế điện cực chuẩn E3+/E (V) Số oxi hố đặc trưng Thể tích ngun tử (cm3/g) Độ âm điện (eV) Phần trăm nguyên tố vỏ Trái đất Nhiệt độ nóng chảy (C) Nhiệt độ sơi (C) Khối lượng riêng (g/cm3) -0,74 -0,2 -0,15 6;3;2 6;5;4;3;2 6;5;4;3;2 156 166 184 1,66 2,16 2,36 6.10-3 3.10-4 6.10-4 1875 2610 3410 2197 5560 5900 7,19 10,22 19,3 Bảng 1: Một số đặc điểm nguyên tử nguyên tố nhóm VIB Nguyên tử Cr, Mo, W có cấu tạo electron giống nhau, obitan d Cr Mo điền đầy đủ nửa số electron nên tương đối bền Bán kính nguyên tử tăng từ Cr đến Mo nguyên tử Mo có thêm lớp electron so với Cr Nhưng bán kính Mo lại xấp xỉ bán kính nguyên tử W nguyên tử W có thêm hẳn lớp electron Điều giải thích có co lantanit W có 14 electron điền vào phân lớp 4f nên làm cho bán kính nguyên tử giảm đáng kể Do có co lantanit nên nguyên tử Mo W có nhiều điểm giống Tuy nhiên giống nguyên tố mức độ so với cặp Zr-Hf 0 Báo cáo đề tài Trường Đại học Tài – Marketing Nb-Ta, có giảm ảnh hưởng tượng co lantanit đến liên kết nguyên tử nguyên tố từ nhóm IIIB đến VIB Lớp vỏ electron nguyên tử bị co lại nên từ Cr - Mo - W ion hoá tăng, lượng ion hoá tăng Cr có số oxi hố bền +3, +6 Mo có số oxi hố bền +6 W có số oxi hố bền +6 I.2 Đơn chất: I.2.1 Tính chất vật lí: Kim loại Tỉ khối Độ cứng Độ dẫn điện Nhiệt độ nóng chảy (0C) Nhiệt độ sơi (0C) Nhiệt thăng hoa (Kj/mol ) Cr 7,2 7,1 1875 2197 368,2 Mo 10,2 5,5 20,2 2610 5560 669,4 W 19,3 5,4 19,3 3410 5900 878,6 Cấu trúc tinh thể dạng bền Lập phương tâm khối Lập phương tâm khối Lập phương tâm khối Bảng 2: Tính chất vật lí Cr, Mo, W - Nhận xét: Cả ba kim loại kim loại nặng, dẫn điện dẫn nhiệt tốt, nhiệt độ nóng chảy cao (chúng kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao nhất), nhiệt thăng hoa lớn Những cực đại nhiệt độ nóng chảy nhiệt thăng hoa giải thích tăng độ bền liên kết tinh thể kim loại chủ yếu số liên kết cộng hoá trị tạo nên từ số tối đa electron độc thân obitan d nguyên tử Cr (5 electron độc thân), Mo (5 electron độc thân), W (4 electron độc thân) Do có nhiệt độ nóng chảy lớn nên W dùng làm dây tóc bóng đèn điện, âm cực đối âm cực ống Rơnghen Cr, Mo, W có lẫn tạp chất trở nên cứng giòn Người ta đưa Cr, Mo, W vào thép để làm tăng độ cứng, độ bền nhiệt, độ bền ăn mịn độ bền hố chất loại thép đặc biệt Trong tự nhiên Cr gồm đồng vị bền, Mo có đồng vị W có đồng vị bền I.2.2 Tính chất hóa học: Ở nhiệt độ thường, bề mặt Cr, Mo, W bảo vệ lớp oxit mỏng, bền nên Cr, Mo, W bền vững với O2, khơng khí, ẩm Trong dãy Cr, Mo, W hoạt tính hố học chúng giảm dần cách rõ rệt, điều giải thích tăng lượng ion hố cách nhanh chóng, tăng 0 Báo cáo đề tài Trường Đại học Tài – Marketing Mn(SO4)2 Điều chế: cách thêm hỗn hợp CHCl3 CCl4 vào dung dịch màu lục tạo nên sục khí HCl qua huyền phù MnO2 ete -70C Kết tủa màu đen, tan axit Sunfuric đậm đặc cho dung dịch màu nâu Khá bền axit Sunfuric bị nước phân huỷ Điều chế: 3MnSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 → 5Mn(SO4)2 + K2SO4 + 8H2O Bảng 13: Một số hợp chất Mn(IV) Nhận xét: Các hợp chất Tetrahalogenua Mangan(IV) bền nước dễ kết hợp với halogenua kim loại kiềm tạo lên phức chất có màu vàng bền M[MnX5] M2[MnX6] (M = K, Rb, NH4+ X = F, Cl ) II.3.5 Hợp chất Mn (VI): Mangan(VI) biết ion manganat (MnO42-) có màu lục thẫm Natri manganat (Na2MnO4) kali manganat (K2MnO4) chất dạng tinh thể màu lục đen, phân huỷ 500C 2K2Mn+6O4 → 2K2Mn+4O3 + O2 Manganat kim loại kiềm tan bền dung dịch kiềm tự phân huỷ mơi trường trung tính axit theo phản ứng 3MnO42- + 2H2O → 2MnO4- + MnO2 + 4OH 2,26V  E MnO / MnO 2  0,564V E 2 4 Vì MnO4 / MnO2 nên để lâu khơng khí chứa CO2 pha lỗng nước màu lục thẫm trở thành màu tím (của MnO4-) kết tủa đen xuất (MnO2) Muối Manganat chất oxi hoá mạnh, phản ứng với chất khử dung dịch xảy tương tự Pemanganat Trong mơi trường kiềm bị khử đến MnO2, cịn môi trường axit tạo muối Mn(II) K2MnO4 + 2H2S + 2H2SO4 → 2S + MnSO4 + K2SO4 + 4H2O K2MnO4 + 2Fe(OH)2 + 2H2O → MnO2 + 2Fe(OH)3 + KOH Nhưng tác dụng với chất oxi hố mạnh hơn, manganat thể tính khử 2K2MnO4 +Cl2 → 2KMnO4 + 2KCl Điều chế: 2MnO2 + 4KOH + O2 → 2K2MnO4 + 2H2O II.3.6 Hợp chất Mn (VII): Oxit pemanganic (Mn2O7) nhiệt độ thấp chất dạng tinh thể màu lục thẫm, bền – 5C, nóng chảy 6C biến thành chất lỏng giống dầu có màu đỏ thẫm Ở 10C, phân huỷ nổ: Mn2O7 → 2MnO2 + O3 Tan nước tạo thành dung dịch axit pemanganic nên gọi anhyđrit pemanganic chất oxi hoá mạnh, tác dụng với nhiều chất vô hữu 24 0 Báo cáo đề tài Trường Đại học Tài – Marketing 2Mn2O7 + 2(C2H5)2O + 9O2 → 4MnO2 + 8CO2 + 10H2O Điều chế: KMnO4 + H2SO4 → HMnO4 + KHSO4 H 2SO4d 2HMnO4     Mn2O7 + H2O Axit pemanganic (HMnO4) biết dung dịch nước, có màu tím đỏ, tương đối bền dung dịch loãng phân huỷ dung dịch có nồng độ 20% 2HMnO4 → 2MnO2 + O3 + H2O Axit pemanganic axit mạnh, muối pemanganat (MnO4-) Muối pemanganat bền axit, đồng hành với peclorat dễ phân huỷ đun nóng Những tinh thể hiđrat LiMnO4.3H2O, NaMnO4.3H2O tan nhiều nước muối khan NH4MnO4, KMnO4, tan Axit pemanganic muối pemanganat chất oxi hoá mạnh Điều chế: Mn2O7 + H2O → 2HMnO4 Kali pemanganat (KMnO4) chất dạng tinh thể màu tím đen, đồng hình với KClO4, BaSO4 BaCrO4 Tan nước cho dung dịch có màu tím - đỏ, có độ tan biến đổi tương đối nhiều theo nhiệt độ nên tinh chế dễ dàng kết tinh lại Ngồi cịn tan amoniac lỏng, pyriđin, rượu axeton Trên 200C, phân huỷ theo phản ứng: 2KMnO4 → K2MnO4 + MnO2 + O2 Mặc khác nhiệt độ cao 500C lại phân hủy theo phản ứng: 4KMnO4 → K2MnO4 + 2MnO2 + 3O3 Kalipemanganat có tính oxi hố mạnh nên dùng làm chất oxi hố tổng hợp vơ hữu cơ, dùng để tẩy trắng vải, dầu, mỡ sát trùng y học đời sống Khả oxi hố KMnO4 phụ thuộc mạnh vào mơi trường dung dịch Axit: MnO4 + 8H+ + 5e → Mn2+ + 4H2O E= 1,51V Trung tính: MnO4 + 2H2O + 3e → MnO2 + 4OHE= 0,588V 2Kiềm: MnO4 + e → MnO4 E= 0,56V Trong dung dịch axit ion MnO4 oxi hố nhiều chất HCl, H2S, PH3, Na2SO3, FeSO4, HCOOH, biến thành Mn2+ như: 2KMnO4 + 5Na2SO3 + 3H2SO4 → 2MnSO4 + K2SO4 + 5Na2SO4 + 3H2O 2KMnO4 + 5H2O2 + 4Na2SO4 → 2MnSO4 + 2KHSO4 + 8H2O + 5O2 Ngay khơng có chất khử, dung dịch KMnO4 khơng bền, phân huỷ theo phản ứng: 4MnO4 + 4H+ → 3O2 + 4MnO2 + 2H2O Phản ứng xảy chậm, dung dịch axit rõ rệt Trong dung dịch trung tính hay kiềm yếu bóng tối, phản ứng xảy gần không đáng kể Ánh sáng thúc đẩy phản ứng phân huỷ nên cần đựng dung dịch KMnO4 chuẩn lọ thuỷ tinh có màu thẫm Điều chế: Điện phân dung dịch K2MnO4 với điện cực thép 25 0 Báo cáo đề tài Trường Đại học Tài – Marketing 2K2MnO4 + 2H2O → 2KMnO4 + 2KOH + H2 Như vậy, qua sơ đồ điện cực oxi hoá khử Mn, nhận thấy: + Ion MnO4- bị khử đến Mn2+ môi trường axit đến MnO2 môi trường trung tính đến MnO42- mơi trường kiềm + Khả oxi hoá ion MnO4- MnO42- đến MnO2 môi trường axit lớn môi trường kiềm + Ngay môi trường axit, tăng nồng độ ion H+ , hoạt tính oxi hố ion MnO4- tăng lên Có lẽ mơi trường axit MnO42- MnO4- proton hố tạo thành HMnO4 HMnO4 H2MnO4 (giả thiết) Những phân tử anion mặt có cấu tạo đối xứng so với anion tứ diện MnO4- nên dễ tiếp xúc với chất khử trình phản ứng đẩy mạnh Mặt khác, chúng bền, dễ nước tạo thành anhyđrit có cấu tạo cịn đối xứng so với phân tử axit hay anion tứ diện dễ tiếp xúc với chất khử phản ứng đẩy mạnh Đó lý chung làm cho oxi axit có tính oxi hố mạnh muối anhyđrit axit có tính oxi hố mạnh axit điều kiện 26 0 Báo cáo đề tài Trường Đại học Tài – Marketing III CHƯƠNG III: CÁC NGUYÊN TỐ NHÓM VIIIB HỌ SẮT: III.1 Đặc điểm chung nguyên tố nhóm VIIIB họ sắt: Một số đặc điểm Fe, Co, Ni: Đặc điểm Fe Co Ni Số thứ tự 26 27 28 Cấu hình e hóa trị Bán kính nguyên tử (Å) Bán kính ion R2+ (Å) Bán kính ion R3+ (Å) I1 Năng lượng I2 ion hóa I3 (eV) Thế điện cực chuẩn E M 2 / M (V ) 3d64s2 3d74s2 3d84s2 1,26 1,25 1,24 0,80 0,78 0,74 0,67 0,64 - 7,90 16,18 7,86 17,05 7,5 33,49 30,36 33,49 35,16 -0,44 -0,28 -0,23 +0,77 +1,81 +2,1 Thế điện cực chuẩn E  M 3 / M (V ) Bảng 14: Một số đặc điểm nguyên tố nhóm VIIIB họ Sắt Fe, Co Ni có vỏ electron ngồi giống nhau: 4s2, bán kính ngun tử giảm dần theo chiều tăng số electron điền vào orbital 3d, có số lớp electron nhau, điện tích hạt nhân tăng, electron hút mạnh làm giảm bán kính nguyên tử Trạng thái oxi hóa đặc trưng Fe, Co, Ni +2 +3 III.2 Đơn chất: III.2.1 Tính chất vật lý Các kim loại họ sắt kim loại nặng, khó nóng chảy, có ánh kim: + Sắt có ánh kim màu xám + Niken có ánh kim màu xám + Coban có ánh kim màu xám Cả ba kim loại có tính sắt từ Ở nhiệt độ cao niken kim loại dễ tính từ Sắt Niken dễ rèn dễ dát mỏng, coban cứng giòn Một số số vật lý quan trọng: Độ cứng Độ dẫn Nhiệt Nhiệt Nhiệt độ Tỷ điện (thang thăng hoa Kim loại nóng chảy độ sôi khối o o C C (Hg=1) Moxơ) Kj/mol 27 0 Báo cáo đề tài Trường Đại học Tài – Marketing Fe 1536 2880 418 7,91 4-5 10 Co 1495 3100 425 8,9 5,5 10 Ni 1453 3185 424 8,9 14 Bảng 15: Một số số vật lý quan trọng nhóm VIIIB họ sắt Các dạng thù hình Fe, Co, Ni Fe: Thù hình Fe-  Fe- Fe- Fe- Tồn 1390 oC Cấu trúc tinh thể Lập phương tâm khối Lập phương tâm khối Lập phương tâm diện Lập phương tâm khối Bảng 16: Các dạng thù hình Fe Co: Thù hình Co-  Co-  Tồn Cấu trúc tinh thể 417 oC Lục phương Lập phương tâm diện Bảng 17: Các dạng thù hình Co Ni: Thù hình Ni-  Ni-  Tồn Cấu trúc tinh thể 250 oC Lục phương Lập phương tâm diện Bảng 18: Các dạng thù hình Ni III.2.2 Tính chất hóa học: - Fe, Co Ni kim loại hoạt động hóa học trung bình, hoạt tính giảm từ Fe đến Ni - Ở điều kiện thường, khơng có ẩm, Fe, Co Ni không tác dụng rõ rệt với nguyên tố phi kim điển O2, S, Cl2, Br2 có màng oxit bảo vệ Nhưng đun nóng phản ứng xảy mãnh liệt - Fe, Co Ni bền với khí F2 nhiệt độ cao florua chúng khơng bay hơi, kim loại Fe phản ứng dễ dàng với khí Cl2 28 0 Báo cáo đề tài Trường Đại học Tài – Marketing - Với N2, kim loại tác dụng nhiệt độ không cao tạo Fe2N, CoN Ni3N2 Những nitrua phân hủy nhiệt độ cao hơn, kim loại lại lượng nitơ đáng kể dạng dung dịch rắn - Cả kim loại tác dụng với S đun nóng nhẹ tạo hợp chất khơng hợp thức có thành phần gần với MS (M = Fe, Co, Ni) - Với khí CO Fe, Co Ni tác dụng trực tiếp tạo cacbonyl kim loại Fe + 5CO →Fe(CO)5 Co + 8CO → Co(CO)8 Ni + 4CO → Ni(CO4) - Fe, Co, Ni tinh khiết bền với khơng khí nước Nhưng Fe có chứa tạp chất bị ăn mịn dần ẩm, CO2 O2 khơng khí tạo gỉ sắt 2Fe + 3/2 O2 + nH2O →Fe2O3.nH2O III.2.3 Điều chế: Sắt tinh khiết: Sắt tinh khiết điều chế phưong pháp sau - Khử oxit Hydro: Fe2O3 + 3H2 → 2Fe + 3H2O Nhược điểm phương pháp lượng sắt cần điều chế phân bố nhỏ dễ bốc cháy ngồi khơng khí nhiệt độ thường - Nhiệt phân hợp chất cacbonyl Fe(CO)5 → Fe + 5CO - Điện phân dung dịch muối Fe2+ + 2e → Fe Niken tinh khiết: Niken tinh khiết tinh chế từ niken thô phương pháp điện phân dung dịch niken(II) sunfat, kim loại tinh khiết kết tủa dạng catot Phương pháp điện phân cacbonyl Niken hình thành từ niken cacbonyl Ni(CO)4 dễ bay phản ứng với cacbon đioxit Ni(CO)4 → Ni + 4CO Coban tinh khiết: Muốn điều chế Coban tinh khiết trước hết ta phải tách hợp chất khác khỏi coban thơ Coban khử hydro để có kim loại Hòa tan coban kim loại vào axit tinh chế điện phân thu coban tinh khiết III.3 Hợp chất: III.3.1 Hợp chất Fe(0), Co(0), Ni(0): Sắt pentacacbonyl Fe(CO)5 Fe(CO)5 chất lỏng màu vàng, hóa rắn -20oC sôi 103oC, độc Phân tử có tính nghịch từ, ngun tử Fe phân tử có cấu hình 3d8 trạng thái lai hóa dsp3 29 0 Báo cáo đề tài Trường Đại học Tài – Marketing Fe(CO)5 khơng tan nước tan rượu, ete, axeton, benzen Trong dung dịch ete, bị phân hủy nhiệt độ thường tia tử ngoại 2Fe(CO)5 → Fe2(CO)9 + CO Phân hủy đun nóng 200-250oC điều kiện khơng có khơng khí: to Fe(CO)5   Fe + 5CO Trong dung dịch ete, Fe(CO)5 tác dụng mãnh liệt với axit H2SO4 đặc Fe(CO)5 + H2SO4 → FeSO4 + 5CO + H2 tác dụng với halogen tạo Fe(CO)5X2 bền dễ chuyển thành Fe(CO)4X2 Tác dụng với dung dịch kiềm mạnh đặc tạo H2Fe(CO)4 tự bốc cháy không khí Fe(OH)5 + Ba(OH)2 → H2Fe(CO)4 + BaCO3 Khi đun nóng 45C với khí NO áp suất, NO thay hồn tồn CO tạo sắt tetranitrozyl Fe(NO)4 Coban octacacbonyl Co2(CO)8 Co2(CO)8: tinh thể suốt, màu đỏ - da cam Phân tử nhân, có tính nghịch từ, có cấu tạo: Mỗi nguyên tử Co tạo nên liên kết: liên kết (cho - nhận từ CO, liên kết cho nhận từ electron d Co đến MO (trống CO liên kết Co-Co) Do có số lẻ electron nên Co tạo hợp chất cacbonyl dạng đime [Co(CO)4]2 Co2(CO)8 nóng chảy 51C, nhiệt độ phân hủy: o 50 C  Co4(CO)12 + 4CO 2Co2(CO)8    Trên 60C phân hủy thành kim loại Co CO (do Co4(CO)12 phân hủy) Tan rượu ete bị nước phân hủy: 3Co2(CO)8 + 4H2O → 4HCo(CO)4 + 2Co(OH)2 + 8CO Tác dụng với dung dịch kiềm: 6Co2(CO)8 + 8NaOH → 8HCo(CO)4 + 4Na2CO3 + Co4(CO)12 (HCo(CO)8: axit tetracacbonyl cobantic - chất lỏng màu vàng, hóa rắn -26,2oC sôi 10oC) Niken tetracacbonyl Ni(CO)4 Ni(CO)4: chất lỏng không màu, dễ bay độc Phân tử có cấu hình từ diện Phân tử có tính nghịch từ, ngun tử Ni phân tử có cấu hình 3d10 lai hóa sp3 Ni(CO)4 hóa rắn - 23C sơi 43C Dưới tác dụng tia tử ngoại đun nóng 180-200oC, phân hủy hồn tồn thành kim loại Ni CO Không tan nước tan ete, clorofocm, benzen Trong khơng khí, Ni(CO)4 bị oxi hố dần thành NiO CO2 2Ni(CO)4 + 5O2 → 2NiO + 8CO2 Dễ dàng tác dụng với halogen: Ni(CO)4 + Cl2 → NiCl2 + 4CO 30 0 Báo cáo đề tài Trường Đại học Tài – Marketing Khơng tác dụng với dung dịch axit loãng kiềm tác dụng mạnh với axit đặc H2SO4 HNO3 tạo muối Ni2+ (có thể gây nổ) Tương tự Mg(OH)2, M(OH)2 tan dung dịch đặc muối NH4+ M(OH)2 + 2NH4Clđặc nóng → MCl2+ 2NH3 + 2H2O Co(OH)2 Ni(OH)2 tan dung dịch NH3 tạo phức: Co(OH)2 + 6NH3 → [Co(NH3)6](OH)2 (vàng) Ni(OH)2 + 6NH3 → [Ni(NH3)6](OH)2 (chàm) Muối axit mạnh Cl- , NO3- , SO42- tan dễ nước tạo ion bát diện [M(H2O)6]2+ có màu đặc trưng: [Fe(H2O)6]2+ màu lục nhạt, [Co(H2O)6]2+ màu đỏ hồng, [Ni(H2O)6]2+ màu lục Các muối axit yếu S2-, CO32- , CN- , C2O42-, PO43- khó tan nước Sự tạo phức: Các ion M2+ tạo nhiều phức chất, độ bền phức tăng theo chiều giảm bán kính ion từ Fe2+ đến Ni2+ (Fe2+= 0,74Å ; Co2+= 0,72 Å ; Ni2+= 0,69 Å ) Các M2+ tạo phức bát diện với số phối trí Ion Fe2+ có khuynh hướng tạo phức tứ diện Co2+ Ni2+ Co2+ tạo nhiều phức tứ diện phức có cấu hình electron bền Ngồi phức tứ diện, Ni2+ cịn tạo phức hình vng với phối tử trường mạnh - Phức amoniacat: Các muối M2+ khan kết hợp với khí NH3 tạo muối phức amoniacat chứa ion bát diện [M(NH3)6]2+ Amoniacat sắt (II) bền, nước bị phân hủy tạo hidroxit Ví dụ: [Fe(NH3)6]Cl2 + 2H2O → Fe(OH)2 + 2NH4Cl + 4NH3 [Co(NH3)6]2+ có màu nâu vàng, [Ni(NH3)6]2+ có màu tím Trong dung dịch, [Co(NH3)6]2+ dễ bị oxi hố oxi khơng khí: 4[Co(NH3)6]2+ + O2 + 2H2O → 4[Co(NH3)6]3+ + 4OH– - Phức xianua: [Fe(CN)6]4- : màu vàng, [Co(CN)6]4- : màu đỏ, [Ni(CN)6]2-: phức hình vng [Fe(CN)6]4- phức bền Fe2+, [Co(CN)6]4- bền, dễ bị oxi hóa khơng khí 4K4[Co(CN)6] + O2 + 2H2O → 4K3[Co(CN)6] + 4KOH 2K4[Co(CN)6] + 2H2O → 2K3[Co(CN)6] + 2KOH +H2 Phức xianua tạo cho muối M+2 tác dụng với dung dịch xianua kim loại kiềm, ban đầu tạo kết tủa M(CN)2, sau kết tủa tan xianua dư tạo phức Ví dụ: FeSO4 + 2KCN → Fe(CN)2 + K2SO4 Fe(CN)2 + 4KCN → K4[Fe(CN)6] Kali Feroxianua 31 0 Báo cáo đề tài Trường Đại học Tài – Marketing III.3.2 Hợp chất Fe(III), Co(III), Ni(III) Trạng thái oxi hóa +3 đặc trưng dần từ Fe đến Ni Số hợp chất Fe+3 gần tương đương với số hợp chất Fe+2 hợp chất đơn giản phức chất Co+3 có nhiều phức chất bền có hợp chất đơn giản bền Ni+3 không tạo muối đơn giản có phức chất Các ferit MFeO2 (M: kim loại kiềm) thủy phân mạnh dung dịch Ví dụ: NaFeO2 + 2H2O → Fe(OH)3 + NaOH Các M(OH)3 tan dễ dàng dung dịch axit, Fe(OH)3 tạo muối Fe3+ Co(OH)3 Ni(OH)3 chất oxi hóa mạnh nên tan axit HCl giải phóng Cl2, axit khác giải phóng khí O2 tạo muối Co2+, Ni2+ Ví dụ: 2Ni(OH)3 + 6HCl → 2NiCl2 + Cl2 + 6H2O Muối M+3 Đa số muối Fe+3 dễ tan nước cho ion [Fe(H2O)6]3+ Khi kết tinh từ dung dịch, muối Fe+3 thường dạng hidrat có màu sắc FeCl2.6H2O màu nâu vàng, Fe2(SO4)3.10H2O màu vàng Muối Fe+3 thủy phân mạnh muối Fe+2, dung dịch có màu vàng nâu phản ứng axit mạnh [Fe(H2O)6]3+ + H2O → [Fe(OH)(H2O)5]2+ + H3O+ [Fe(OH)(H2O)5]2+ + H2O → [Fe(OH)2(H2O)4] + + H3O+ Khi thêm kiềm đun nóng dung dịch, phản ứng thủy phân xảy đến tạo kết tủa Fe(OH)3 Dung dịch muối dễ dàng bị khử chất khử I- , S2- , Sn2+, S2O32- Ví dụ: Fe2(SO4)3 + 6KI → 2FeI2 + I2 + 3K2SO4 2FeCl3 + H2S → 2FeCl2 + S + 2HCl Phức chất M+3 Fe+3 Co+3 tạo nên nhiều phức, đa số phức bát diện [FeF6]3- , [Fe(SCN)6]3- , [Fe(CN)6]3- , [Co(NH3)6]3+, [Co(CN)6]3- , [Co(NO2)6]3- 32 0 Báo cáo đề tài Trường Đại học Tài – Marketing IV CHƯƠNG IV: CÁC NGUYÊN TỐ NHÓM VIIIB HỌ PLATIN: IV.1 Đặc điểm chung nguyên tố nhóm VIIIB họ Platin: Năng lượng ion hóa (eV) Nguyên tố Số th ứ tự Ru 44 7,36 Rh 45 7,46 Pd 46 8,33 Os 76 8,7 16,8 18,0 19,4 15 Ir 77 9,2 16 27 Pt 78 8,56 28,55 I1 I2 I3 I4 28,46 31,05 32,93 25 Bán kính nguyên tử (A0) Thế điện cực chuẩn E2+/E (V) Số oxi hoá đặc trưng 1,34 0,45 1,34 0,6 1,37 1,35 0,85 6,8 1,35 1,15 3,4 1,38 1,2 2,4 46,5 45,6 48,7 40 39 41,1 Bảng 19: Một số đặc điểm nguyên tố nhóm VIIIB họ Platin Các nguyên tố họ Platin có số nét chung sau đây: - Trong hợp chất, nguyên tố họ Platin tạo nên liên kết hóa học chủ yếu liên kết cộng hóa trị - Những hợp chất: Oxi, halogenua, sunfua, photphua khơng có vai trị quan trọng lý thuyết thực tiễn - Điểm bật nguyên tố họ Platin khả tạo nên nhiều phức chất - Tất nguyên tố, trừ Pd Pt, tạo nên cacbonyl kim loại Đa số cacbonyl hợp chất nhiều nhân - Các kim loại có hoạt tính xúc tác cao, Pd Pt Riêng Platin kim loại xúc tác cho 70 phản ứng hóa học khác IV.2 Đơn chất: IV.2.1 Tính chất vật lý Các nguyên tố họ Platin kim loại màu trắng bạc có ánh kim, đẹp kim loại Platin Tinh thể kim loại Ru Os có mạng lưới lục phương, bốn kim loại cịn lại có mạng lưới tinh thể lập phương tâm diện Các kim loại họ Platin khó nóng chảy khó sơi, Os Os cịn có nhiệt thăng hoa tỷ khối lớn họ, riêng tỷ khối Os đứng đầu tất chất Điều giải thích độ liên kết kim loại osimi tăng lên nhờ tạo thành nhiều liên kết cộng hóa trị, dẫn đến gói ghém sít nguyên tử kim loại Dưới số số vật lý quan trọng kim loại: Kim Nhiệt độ Nhiệt độ Nhiệt Tỷ Độ cứng Độ dẫn loại nóng chảy sơi thăng hoa khối (thang diện 33 0 Báo cáo đề tài Trường Đại học Tài – Marketing o C 2250 1963 1554 3027 2450 1769 Ru Rh Pd Os Ir Pt o C 4200 3700 2940 5000 4500 3800 kJ/mol 603 447 381 670 669 556 12,4 12,4 12 22,7 22,6 21,5 Moxơ) 6,4 4,8 6,25 4,3 (Hg = 1) 10 19 10 11 16 10 Bảng 20: số số vật lý quan trọng nhóm VIIIB họ Platin IV.2.2 Tính chất hóa học: Về mặt hóa học, kim loại Pt bền hoạt động nhiều so với nguyên tố họ sắt, chúng kim loại quý vàng bạc Ở điều kiện thường kim loại họ Platin không tác dụng với oxi Khi đun nóng, ruteni Osimi dạng bột tác dụng với oxi thành oxit Ru + O2 → Ru2O4 Os + O2 → Os2O8 Ở nhiệt độ cao nguyên tố rođi, Iriđi palađi tác dụng với oxi tạo thành rođi(III) oxit, Iriđi(IV) oxit, palađi (II) oxit Dung dịch axit HNO3 hòa tan Pd, Pt tan nước cường toan, kim loại cịn lại khơng tan axit, hỗn hợp axit nào, tan kiềm nóng chảy có mặt chất oxi hóa 3Pt + 4HNO3 + 18HCl → 3H2[PtCl6] + 4NO + 8H2O IV.2.3 Điều chế Việc tách làm kim loại họ Platin tiến hành phương pháp hóa học phức tạp Hợp kim Platin xử lý với nước cường thủy Osimi Iriđi khơng hịa tan tách Platin nguyên tố lại họ chưa hòa tan dung dịch Hỗn hợp Osimi – Iriđi thơ nóng chảy với kẽm Hợp kim xử lý với axit clohiđric để hòa tan kẽm tạo dạng bột Osimi Iriđi không tan Nung bột mịn kim loại dòng khơng khí có tạo thành Osimi (VIII) oxit (OsO4) thăng hoa chuyển thành kim loại Iriđi lại bình nung Platin tách khỏi dung dịch kết tủa dạng phức chất amoni hexacloroplatinat (IV) chuyển thành phức chất thành kim loại IV.3 Hợp chất: IV.3.1 Hợp chất M(II) Số phối trí hợp chất M(II) 4, cấu hình vng phẳng: MO, M(OH)2, MCl2, M(CO)2 Ví dụ: PdCl2 Các hợp chất M(II) có màu: MO, M(OH)2 (màu đen), PdCl2 (màu đỏ) IV.3.2 Hợp chất M(IV) Số phối trí M(IV) 6, cấu hình bát diện Ví dụ: [Pt(NH3)6]Cl4, [Pt(NH3)5Cl]Cl3 Những hợp chấy đơn giản Pt(IV) có tính axit trội bazơ Pt(OH)4 + NaOH →Na2[Pt(OH)6] 34 0 Báo cáo đề tài Trường Đại học Tài – Marketing Pt(OH)4 + HCl → H2[Pt(Cl)6] + H2O KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN - Hóa nguyên tố nội dung hóa học vơ Hiểu rõ kiến thức hóa nguyên tố nghiên cứu vấn đề khác hóa học vơ như: liên kết, cấu tạo, dự đốn phản ứng, tổng hợp chất vơ mong muốn, xác định cấu tạo hợp chất vơ cơ, dự đốn tính chất lý hóa chúng,… Chuyên đề“Các kim loại chuyển tiếp nhóm VIB- VIIB- VIIIB” giúp học sinh tiếp cận gần với môn hóa học nói chung hóa nguyên tố nói riêng, tài liệu hệ thống hóa kiến thức hữu ích cho học sinh lớp chuyên nhằm nắm bắt rèn luyện kĩ giải tập hay khó - Chuyên đề “Kim loại chuyển tiếp nhóm VIB – VIIB – VIIIB” tìm hiểu nguyên tố kim loại chuyển tiếp nhóm VIB, VIIB, VIIIB hợp chất chúng Mỗi nhóm kim loại hệ thống hóa theo đề mục với nội dung cụ thể như: + Đặc điểm chung: cung cấp hiểu biết chung nhóm ngun tố, nêu giải thích hình thành mức oxi hóa đặc trưng nguyên tố nhóm + Đơn chất: trạng thái tự nhiên, tính chất vật lý, tính chất hóa học + Hợp chất: hệ thống hóa theo mức oxi hóa nguyên tố kim loại chuyển tiếp hợp chất - Chuyên đề sưu tầm, biên soạn đáp án chi tiết cho 42 tập, hệ thống thành phần: + Bài tập tinh thể kim loại hợp kim: 14 (gồm nâng cao) + Bài tập phức chất: 10 (gồm nâng cao) + Bài tập phân tích định lượng: 16 + Bài tập phản ứng kim loại chuyển tiếp: KIẾN NGHỊ - Bài tập hóa nguyên tố cịn đa dạng phong phú Đó hướng nghiên cứu chúng em nhằm xây dựng hệ thống tập phản ứng cách đầy đủ chi tiết để đáp ứng phục vụ cho nhu cầu làm tài liệu tham khảo cho kì thi học sinh giỏi - Trong trình nghiên cứu thực chuyên đề này, chúng em gặp nhiều khó khăn mặt kiến thức trải nghiệm thực tế phản ứng hóa học.Với thời gian nghiên cứu hạn chế, trình độ kinh nghiệm cịn ỏi, chun đề chắn khơng tránh khỏi thiếu sót Chúng em mong nhận góp ý từ thầy để hồn thành chun đề cách hoàn thiện 35 0 Báo cáo đề tài Trường Đại học Tài – Marketing TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Catherine E Houscroft, Alan G Sharpe, Inorganic Chemistry, Pearson Prentice Hall, New York, 2004 [2] Hoàng Nhâm, Hóa Học Vơ Cơ Nâng Cao (Tập ba: Các Ngun Tố Chuyển Tiếp), NXB GD Việt Nam, 2018 [3] Hoàng Nhâm, Hồng Nhuận, Bài tập Hóa Học Vơ Cơ (Quyển III: Hóa Học Các Nguyên Tố), NXB GD Việt Nam, 2017 [4] Hồng Nhâm, Hóa Học Vơ Cơ Cơ Bản (Tập ba: Các Nguyên Tố Chuyển Tiếp), NXB GD Việt Nam, 2018 [5] Tài liệu KEM – Tạp chí Olympiad Hóa Học, Olympiad Hóa học quốc gia giới năm 2019 NchO19 [6] Tài liệu KEM – Tạp chí Olympiad Hóa Học, 50 chun đề Olympiad Hóa học (Tập 2: Hóa vơ cơ) [7] Tài liệu KEM – Tạp chí Olympiad Hóa Học, Tuyển tập đề thi thử HSG Quốc gia OlympiaVN 2009 – 2019 [8] Nguyễn Đức Vận, Hố Học Vơ Cơ (Tập hai: Các Kim Loại Điển Hình), NXB Khoa Học Kỹ Thuật 0 Báo cáo đề tài Trường Đại học Tài – Marketing PHỤ LỤC Phụ lục 1: Trong phản ứng oxi hóa khử, H2SO4 sử dụng làm dung mơi có tính oxi hóa mạnh khơng trực tiếp tham gia vào phản ứng hóa học Phụ lục 2: Một phức chất Platin Cisplatin có cơng thức cấu tạo [Pt(NH3)2Cl2] dùng để điều trị số bệnh ung thư Phụ lục 3: Nhiệt độ sơi nhiệt độ nóng chảy kim loại phụ thuộc chủ yếu vào bán kính nguyên tử số liên kết hydro mạng tinh thể Phụ lục 4: Ở nhiệt độ khác nhau, tùy kim loại có dạng thù hình mạng tinh thể nhiệt độ khác Phụ lục 4: Phức chất hợp chất sinh nguyên tử hay ion trung tâm liên kết với phối tử thơng qua liên kết cơng hóa trị, liên kết cho nhận 0 XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN Nhóm tin học đại cương Trường Đại học Tài – Marketing TP.HCM, 03/2022 vii 0 ... Marketing TRÍCH YẾU Bài báo cáo giúp tìm hiểu thêm kiến thức chuyên sâu kim loại chuyển tiếp nhóm VIB – VIIB – VIIIB Hiện dạng tốn nhóm kim loại chuyển tiếp VIB – VIIB – VIIIB lẫn đề thi học sinh giỏi... hay khó - Chuyên đề ? ?Kim loại chuyển tiếp nhóm VIB – VIIB – VIIIB? ?? tìm hiểu nguyên tố kim loại chuyển tiếp nhóm VIB, VIIB, VIIIB hợp chất chúng Mỗi nhóm kim loại hệ thống hóa theo đề mục với nội...BỘ TÀI CHÍNH TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI CHÍNH – MARKETING BÁO CÁO ĐỀ TÀI TIN HỌC KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP NHÓM VIB – VIIB VIIIB BÀI TẬP NHÓM GIỮA KỲ 2022 SINH VIÊN THỰC HIỆN: