MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
Chúng tôi thực hiện đề tài “Xây dựng hệ thống câu hỏi, bài tập về các nguyên tố hoá học nhóm VIIB và VIIIB” nhằm các mục đích bồi dưỡng cho các bạn học sinh yêu thích môn hoá học ở cấp THPT những kiến thức quan trọng và hữu ích về các nguyên tố kim loại nhómVIIB, VIIIB.
GIẢ THUYẾT KHOA HỌC
Nếu xây dựng thành công hệ thống lí thuyết và bài tập từ cơ bản đến nâng cao, từ lí thuyết đến thực tiễn một cách có hệ thống thì học sinh sẽ dễ dàng lĩnh hội các kiến thức về các nguyên tố hoá học nhóm VIIB và VIIIB Khi đó, các em sẽ có nhiều hứng thú hơn trong học tập và có cơ hội đạt được những kết quả cao trong kì thi học sinh giỏi quốc gia, khu vực.
NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI
Hệ thống kiến thức, bài tập bồi dưỡng cho học sinh lớp chuyên, đội tuyển học sinh giỏi môn Hoá học phần kim loại nhóm VIIB, VIIIB. Đề xuất phương pháp giải bài tập phần kim loại nhóm VIIB, VIIIB nhằm tổ chức, bồi dưỡng cho lớp chuyên Hoá, học sinh giỏi Hoá học.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu nội dung kiến thức Hoá học phần kim loại nhóm VIIB, VIIIB.
GIỚI THIỆU VỀ MỘT SỐ NGUYÊN TỐ QUAN TRỌNG NHÓM VIIB VÀ MỘT VÀI ỨNG DỤNG QUAN TRỌNG CỦA CHÚNG
Một số ứng dụng quan trọng liên quan đến hợp chất của mangan
I.2.1 Xác định hàm lượng Fe(II) trong nước bằng phép chuẩn độ permanganat
Phương pháp chuẩn độ pemanganat hay còn gọi là phép đo pemanganat là phương pháp được sử dụng khá phổ biến để chuẩn độ dung dịch của nhiều chất khử khác nhau trong môi trường axit mạnh Hàm lượng sắt(II) trong nước có thể được xác định một cách khá đơn giản trong phòng thí nghiệm thông qua phép chuẩn độ này.
MnO 4 - + 8H + + 5eMn 2+ + 4H 2 O E o (MnO 4 - /Mn 2+ ) = +1,50V Phương trình hoá học cho phản ứng chuẩn độ:
Hằng số cân bằng của phản ứng là rất lớn nên phản ứng được coi là hoàn toàn Điểm cuối của phép chuẩn độ được xác định khi chất chuẩn KMnO 4 dư giọt đầu tiên gây ra màu tím cho dung dịch.
I.2.2 Xác định chỉ số oxy hoà tan trong nước (DO) bằng phương pháp Winkler
Phương pháp Winkler dựa trên phản ứng của oxy hòa tan trong mẫu với mangan (II) hyđroxit Quá trình axit hóa và iodua các hợp chất mangan có hóa trị cao hơn mới hình thành sẽ tạo ra một lượng iot tương đương Xác định lượng iot được giải phóng bằng cách chuẩn độ với natri thiosunfat.
1 mol O 2 2 mol MnO(OH) 2 2 mol I 2 4 mol S 2 O 3 2
Vì thế, sau khi xác định số mol của lượng iot giải phóng, ta có thể xác định số mol của phân tử O 2 hòa tan có trong mẫu.
Hàm lượng oxy hòa tan (DO) có đơn vị là mg/dm 3 hay mg/L.
Phương pháp Winkler cho phép xác định chỉ số DO dựa trên các phản ứng:
Tổ hợp a,b được: 2Mn 2+ + O 2 + 4OH - 2MnO 2 + 2H 2 O (1) Axit hóa: MnO 2 + 3I - + 4H + Mn 2+ + I 3 - + 2H 2 O (2)
Tổ hợp (1), (2), (3) được phương trình tổng cộng:
O 2 + 4H + + 4S 2 O 3 - 2S 4 O 6 2- + 2H 2 O (4) Nhờ đó có thể tính được số mg O 2
GIỚI THIỆU VỀ MỘT SỐ NGUYÊN TỐ QUAN TRỌNG NHÓM
Sắt và một số hợp chất của sắt
Sắt là kim loại màu xám, mềm, ở áp suất thường tồn tại dưới ba dạng , , -Fe Cation Fe2+ màu lục rất nhạt, cation Fe3+ có màu vàng trong dung dịch loãng nhưng không màu trong môi trường aaxit mạnh.
Fe 4HNO 3 (loãng) Fe(NO 3 ) 3 NO 2H 2 O
Fe 2NaOH (5%) 2H 2 O Na 2 [Fe(OH) 4 ] H 2
II.1.2 Sắt(II) oxit – FeO
Sắt(II) oxit là chất rắn màu đen, phân huỷ khi đun nóng vừa phải nhưng dạng đã nung không hoạt động hoá học Nó thể hiện tính lưỡng tính nhưng tính bazơ trội hơn FeO dễ bị oxi hoá.
Fe 4HNO 3 (đặc) Fe(NO 3 ) 3 NO 2 2H 2 O
FeO 4NaOH Na 4 FeO 3 (đỏ) 2H 2 O
II.1.3 Sắt(III) oxit – Fe 2 O 3
Sắt(III) oxit có màu nâu đỏ (dạng tam tà) hoặc nâu thẫm (dạng lập phương), bền nhiệt, không phản ứng với nước hay dung dịch ammoniac, thể hiện tính oxi hoá và lưỡng tính.
Fe 2 O 3 3H 2 SO 4 (loãng) Fe 2 (SO 4 ) 3 3H 2 O
Fe 2 O 3 3NaOH (đặc) NaFeO 2 (đỏ) H 2 O
Platin và một số hợp chất của platin
Platin là kim loại màu trắng – xám, tương đối mềm, khó nóng chảy Platin không phản ứng với nước, axit (trừ cường thủy), kiềm, dung dịch ammoniac, cacbon monoxit Platin tan được trong dung dịch HCl bão hòa khí Cl 2 ; khi đun nóng bị oxi, halogen, lưu huỳnh oxi hóa; ở nhiệt độ thường bị XeF 4 oxi hóa.
II.2.2 Platin(II) clorua – PtCl 2
Platin(II) clorua có màu nâu hay lục nhạt, không tan trong nước, không tạo tinh thể hydrat; không phản ứng với H 2 SO 4 , HNO 3 nhưng phản ứng với HCl đun nóng.
II.2.3 Platin(IV) clorua – PtCl 4
Platin(IV) clorua có màu nâu – đỏ, tan nhiều trong nước và thể hiện tính axit; phản ứng với nước nóng và axit.
Niken và một số hợp chất của niken
Niken là kim loại màu trắng, tương đối cứng, cán dẻo được và rèn được Niken bền trong không khí ẩm, khả năng phản ứng kém hơn sắt và cobalt Niken phản ứng được với axit nitric loãng, oxi, halogen, ammoniac, cacbon oxit Màng NiF 2 rất bền.
3Ni 8HNO 3 3Ni(NO 3 ) 2 2NO 4H 2 O Ni X 2 NiX 2
II.3.2 Niken(II) oxit – NiO
Niken(II) oxit là chất rắn màu vàng, bền nhiệt, dạng đã nung không phản ứng với axit, nước; thể hiện tính lưỡng tính trong đó tính bazơ trội hơn, tan được trong ammoniac đặc.
NiO 2NaOH Na 2 NiO 2 (lục) H 2 O NiO
NiO 6NH 3 H 2 O [Ni(NH 3 ) 6 ](OH) 2 5H 2 O
CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU MỘT SỐ CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
VỀ NGUYÊN TỐ NHÓM VIIB, VIIIB III.1 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP NGUYÊN TỐ NHÓM VIIB, VIIIB TRONG MỘT SỐ ĐỀ THI HỌC SINH GIỎI
Bài số 1: Phối tử (2-aminoetyl)photphin là phối tử hai càng Viết các đồng phân hình học và đồng phân quang học của phức chất đicloro bis(2-aminoetyl)photphin niken(II).
(Trích câu V.1 - Đề thi chọn HSGQG năm 2015 – Ngày thi thứ hai) Đáp án:
Phối tử (2-aminoetyl)photphin là phối tử 2 càng:
Các đồng phân hình học và đồng phân quang học của phức chất đicloro bis (2-aminoetyl) photphin) niken(II) Đồng phân trans: 2 đồng phân Đồng phân cis: có 3 đồng phân, mỗi đồng phân lại có thêm đồng phân quang học
Bài số 2: Một loại quặng chỉ chứa MnO 2 và tạp chất trơ Cân chính xác 0,5000 gam quặng trên rồi cho vào bình cầu có nhánh Thêm từ từ vào bình này khoảng 50 mL dung dịch HCl đặc Đun nóng đến khi mẫu quặng tan hết, chỉ còn lại tạp chất trơ Hấp thụ hoàn toàn khí Cl 2 thoát ra bằng lượng dư dung dịch KI, thu được dung dịch X Chuyển toàn bộ X vào bình định mức 250 mL, thêm nước cất đến vạch mức, lắc đều Chuẩn độ 25,00 mL dung dịch này bằng dung dịch chuẩn Na 2 S 2 O 3 0,05 M (chỉ thị hồ tinh bột) thì hết 22,50 mL. a Viết các phương trình hóa học xảy ra. b Tính hàm lượng % theo khối lượng của MnO 2 trong quặng trên.
(Trích câu IV.2 - Đề thi chọn HSGQG năm 2015 – Ngày thi thứ nhất) Đáp án: a Khử MnO 2 bằng lượng dư dung dịch HCl nóng:
Toàn bộ lượng Cl 2 thoát ra được hấp thụ vào dung dịch KI dư :
Chuẩn độ lượng KI 3 bằng dung dịch chuẩn Na 2 S 2 O 3 :
KI 3 + 2Na 2 S 2 O 3 → Na 2 S 4 O 6 + 2NaI + KI b Hàm lượng phần trăm về khối lượng MnO 2 trong quặng
Từ các phản ứng trên ta có:
Số mol Na 2 S 2 O 3 tiêu tốn để chuẩn độ 25,00 mL dung dịch X:
Số mol I 2 (dạng I 3 - ) có trong 250,0 mL dung dịch X:
Số mol MnO 2 = Số mol I 2 (theo phương trình phản ứng) = 5,625.10 -3 (mol)
Phần trăm khối lượng MnO 2 :
Bài số 3: Hòa tan 3,1934 gam bột FeO vào cốc chứa 50 mL dung dịch H 2 SO 4 3M Sau khi hỗn hợp tan hoàn toàn, thêm từ từ dung dịch SnCl 2 1M vào cốc đến khi thu được dung dịch không màu Để nguội, cho dung dịch thu được vào bình định mức, thêm nước đến thể tích
100 mL Để chuẩn độ 10 mL dung dịch trong bình cần 17,63 mL dung dịch KMnO 4 0,25N. a Điểm cuối của phép chuẩn độ đạt được khi nào? Điều đó có khả năng gây ra sai số dương hay âm? b Tính phần trăm tạp chất Fe 2 O 3 có trong mẫu biết khi bảo quản chỉ có phản ứng oxi hóa FeO thành Fe 2 O 3 (Cho Fe = 55,85; O = 16,00) Đáp án: a Điểm cuối của phép chuẩn độ dung dịch FeSO 4 bằng KMnO 4 đạt được khi dư giọt thuốc thử KMnO 4 đầu tiên, dung dịch từ màu vàng rất nhạt sẽ chuyển sang màu tím Điều này có xu hướng gây ra sai số dương bởi lẽ KMnO 4 đã được dùng dư. b.
5Fe 2+ + MnO 4 - + 8H + 5Fe 3+ + Mn 2+ + 4H 2 O n(Fe 2+ )
Phầm trăm tạp chất Fe 2 O 3 trong mẫu:
Bài số 5: Bột rhenium bị đốt cháy trong không khí tạo thành oxide A chứa 76.9% kim loại.
Khử A bằng CO khi đun nóng tạo thành một rhenium oxide C khác Ô mạng cơ sở của C là hình lậ phương (cho ở dưới) với độ dài cạnh a = 3.734 ∙ 10 -10 m.
Một số phản ứng của các hợp chất rhenium được cho trong sơ đồ Cần lưu ý rằng phân tử muối nghịch từ G (33.08 % Re và 6.95 % K về khối lượng), chứa 2 nguyên tử rhenium và có liên kết rhenium-rhenium.
1 Xác định công thức các chất A - G và viết các phương trình phản ứng Gợi ý: Rhenium và manganese thuộc cùng nhóm trong bảng tuần hoàn và có một số tính chất tương đồng nhau.
2 Theo quan điểm của bạn thì B có tính acid mạnh, yếu hay trung bình?
3 Tính khối lượng riêng lí thuyết của tinh thể oxide С.
4 Xác định độ bội của liên kết rhenium-rhenium trong cấu trúc của G và xác định các kiểu liên kết ( , , ) được tạo thành trong hợp chất này.
(Trích IMChO 2010 – vòng I - Bản dịch của Tạp chí KEM) Đáp án:
2KReO 4 + 4H 3 PO 2 + 8HBr K 2 [Re 2 Br 8 ] ã2H 2 O + 4H 3 PO 3 + 2H 2 O
2.B là acid mạnh, do có 3 nguyên tử oxy đầu mạch (hút electron mạnh).
4 Cấu hình electron của Re +3 là 5d 4 6s 0 6p 0 Chú ý đến tính chất nghịch từ của K 2 [Re 2 Br 8 ] ∙ 2H 2 O, có thể đề xuất rằng có sự ghép cặp của tất cả các electron độc thân của 2 nguyên tử rhenium cạnh nhau và tạo thành liên kết rhenium-rhenium bậc 4 Sự tạo thành liên kết này có thể được biểu diễn như sau:
Do các d-electron của rhenium xảy ra sự tạo thành liên kết kim loại - kim loại và điều này đến từ số lượng và hình dạng các d-orbital, nên có thể rút ra một kết luận rằng 1 liên kết được tạo thành bởi sự xen phủ các d-orbital dọc theo đường nối xuyên qua các nguyên tử rhenium (hãy gọi đó là trục z), nghĩa là một liên kết sigma ( ) 2 liên kết khác được tạo thành bởi sự xen phủ các d-orbital bên trục z, nghĩa là có 2 liên kết pi ( ) Cuối cùng, liên kết thứ tư là sự xen phủ của các d-orbital trong mặt phẳng xy (liên kết delta - ) Do vậy, liên kết bậc 4 trong
K 2 [Re 2 Br 8 ] ∙ 2H 2 O có thể được mô tả là (1 + 2 + 1 ).
III.2 HỆ THỐNG CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP VỀ CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC NHÓM VIIB, VIIIB
III.2.1 Hệ thống câu hỏi về các nguyên tố nhóm VIIB, VIIIB
Câu 1: Ion hydrat hóa của Fe(III), A, có moment từ là 5.9 B Khử A trong dung dịch theo sau đó là thêm vào một lượng dư ion CN- tạo ra một ion phức nghịch từ B Khi FeCl3 được hòa tan trong nước, một dung dịch có màu vàng đậm được tạo ra Thêm tiếp NaS 2 CNR 2 vào dung dịch này thu được phức C có moment từ bất thường Ở nhiệt độ thấp moment từ của nó là 1.7
B trong khi ở nhiệt độ cao là 5.9 B Sử dụng thuyết trường tinh thể, chỉ ra trạng thái oxi hoá của Fe và số electron d trong các ion phức. Đáp án:
A là phức của Fe(III) nên ion trung tâm trong A chứa 5 electron d ở lớp vỏ hóa trị Fe 3+ : [Ar]3d 5
Khử A thu được phức B nghịch từ nên B là phức spin thấp của Fe(II) với 4 electron d ở lớp vỏ hóa trị.
Phức C là sản phẩm của Fe(III) với NaS 2 CNR 2 Ở nhiệt độ thấp, phức C tồn tại ở dạng C 1 có = 1,7 B và ở nhiệt độ cao, C tồn tại ở dạng C 2 với = 5,9 B Điều này chứng tỏ ion trung tâm trong C vẫn là ion Fe(III).
Câu 2: Hợp chất Pt có hóa trị II với công thức chung [PtX 2 (amin) 2 ] (ở đây X là Cl hoặc X 2 là
SO 42- , manolat ) đã có nhiều ứng dụng trong khoa học và cuộc sống vì hoạt tính sinh học trong việc chữa trị các khối u.
Hợp chất được biết nhất là [PtCl 2 (NH 3 ) 2 ] có cấu trúc vuông phẳng, tồn tại dưới hai đồng phân hình học, trong đó có một đồng phân có hoạt tính chữa bệnh ung thư.
1 Vẽ cấu trúc không gian của 2 đồng phân.
2 Có bao nhiêu đồng phân [PtClBr(NH 3 ) 2 ] Phác họa cấu trúc các đồng phân này.
3 Nếu thay 2NH 3 (đơn càng) bằng phối tử hai càng như 1,2-điaminetan (kí hiệu là en) ta thu được một đồng phân duy nhất có công thức [PtClBr(en)].Vẽ cấu trúc không gian của phức này. Đáp án:
Câu 3: Viết cấu hình electron của nguyên tử Fe (Z = 26) và ion Fe 2+ Giải thích tại sao ion