Tài liệu Hóa học vô cơ (Tập 1) phần 1 trình bày các nội dung chính sau: Tổng quan về các nguyên tố phi kim; Hidro và các hợp chất hidrua; Các hợp chất H2O, H2O2 và các oxit; Các nguyên tố nhóm VIIIA: heli, neon, agon, kripton, xenon, radon; Các nguyên tố nhóm VIIA: flo, clo, brom, iot, atatin;... Mời các bạn cùng tham khảo để nắm nội dung chi tiết.
PGS N guyễn Đ ức Vận HĨA HỌC VƠ Cơ Tập CÁC NGUYÊN TỐ PHI KIM • Sách dùng cho sinh viên trường đại học cao đẳng, giáo viên THPT, THCS chun ngành Hóa • Tài liệu tham khảo cho học sinh THPT í t í NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT HÀ NÔI http://tieulun.hopto.org Hóa học vơ - Các ngun tơ'phi kim Mục lục t Trang • Lời nói đầu .3 Mở đầu : Tổng quan nguyên tố phi kim 11 1.1 Vị trí nguyên tố ph i kim bảng tuần hồn ngun tố hóa học độ p h ổ biến thiên nhiên (1) Vị trí nguyên tố phi kim bảng tuần hoàn 12 (2) Hàm lượng nguyên tô'phi kim vỏ Trái Đ ấ t 12 (3) Hàm lượng nguyên tô' phi kim khí q u y ể n 13 (4) Thành phần nguyên tố phi kim chất s ố n g 15 (5) Thành phần nguyên tố phi kim nước b iế n 15 1.2 T rạng thái, màu sắc 16 13 T h ế io n hóa 17 1.4 Á i lực electron 17 1.5 Đ ộ ăm diện 18 1.6 K h ối lượng riêng 19 1.7 Cấu hình electron 19 1.8 T h ế o x i hóa hóa - khử chuẩn 20 1.9 Tính chất hóa học 21 1.10 N guyên tắc phương pháp chung điêu c h ế p h i kim 22 Hidro hợp chát hidrua 2.1 N hận xét chung vê nguyên tố hidro Các đồng vị Vị trí nguyên tổ hidro bảng tuần h o n 24 Trạng thúi thiên nhiên 27 Phương pháp điều c h ế 28 Tính ch ất lý học ứng dụng 32 Tính ch ất hóa học 34 H oạt tính hidro phán tử Hidro nguyên tử Hidro sinh H idro hoạt động 37 D ơterì hợp chất dơterì 38 Các hợp chất hidrua 39 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 23 Oxi Ozon Các hợp chất H O , H O2 oxit 3.1 (l) 47 O x i , 48 Đặc điểm cấu tạo nguyên tử oxi Thành phần đồng v ị 48 http://tieulun.hopto.org Hóa học vơ - Các ngun tơ'phi kìm (2) Đặc điểm cấu tạo phân tử oxi 48 (3) Trạng thái thiên nhiên Không k h í 49 (4) Điều chế o x i 52 (5) Tính chất lý học o x i 54 (6) Giản đồ trạng thái o x i 54 (7) Tính chất hóa học cùa oxi 55 3.2 O z o n .62 (1) Đặc điểm cấu tạo phân tử o z o n 62 (2) Phươiig pháp điều chế o/.on .63 (3) Tính chất lý học ozon Trạng thái thiên n h iê n 64 (4) Tính chất hóa học o z o n 65 3.3 O xit p e o x it 6 (1) Các oxit peoxit 6 (2) Các loại oxit 67 (3) Phương pháp điểu chế o x i t 69 3.4 Nước 71 (1) Đặc điểm cấu tạo phân tử n c 71 (2) Tính chất lý học n c 72 (3) Trạng thái tập hợp nước Nước đ 75 (4) Giản đồ trạng thái n c 77 (5) Tính chất hóa học n c 78 3.5 H idropeoxit 80 (1) Đặc điểm cấu tạo phân tử h idropeoxit 8 (2) Tính chất lý học h id ropeoxit 80 (3) Tính chất hóa học hidropeoxit 81 (4) Điều chế hid ro p eo x it 83 4, Các nguyên tố nhóm VIIIA: helỉ, neon, agon, kripton, xenon, radon 85 N hận x ét chung vé' ngun tơ' nhóm VĨIIA Trạng th thiên nhiên Thành phần đồng vị Phương p h p điều c h ế 8 (1) Trạng thái thiên nhiên 8 (2) Thành phần đồng v ị 8 (3) Phương pháp điều chế khí 89 4.3 Tính chất lý học khí ứng dụng 89 ị l ) Tính chất lý học 89 (2) ú h g d ụ n g 90 4.4 Tính chất hóa học k h í 91 4.5 Các hợp chất xe n o n 93 (2) Các hợp chất bậc oxi hóa + 93 (3) Các hợp chất bậc oxi hóa + 94 (4) Các hợp chất bậc oxi hóa + 95 (5) Các hợp chất bậc oxi hóa + 96 4.1 4.2 http://tieulun.hopto.org H óa học vơ - Các nguyên tố phi kim Các nguyên tố nhóm VIIA: flo, do, brom, iot, atatin 99 5.1 Nhận xét chung ngun tơ nhóm VUA .100 5.2 Trạng thái thiên nhiên Thành phần đồng vị 102 5.3 Phương pháp điều c h ế halogen 103 (1) Điều chế flo .103 (2 ) Điều chế c l o 103 (3) Điều chế b ro n i .106 (4) Điều chế i o t 106 5.4 T h ếo x i hóa - khử chuẩn halogen 107 5.5 Tính chất lý học vị ứng dụng halogen 109 5.6 Tính chất hóa học halogen 112 (1) Nhận xét c h u n g .112 (2) Tính chất hóa học f l o 113 (3) Tính chất hóa học clo, brom, iot 115 5.7 Hidro halogenua A xit halogenhidric .119 (1) Nhận xét c h u n g .119 (2) Phương pháp điều chế hidro halogenua 122 (3) Tính chất hidro Aorua axit Aohidric 124 (4) Tính chất hidro clorua axit c lo h id ric 126 (5) Tính chất hidro bromua axit bromhidric 128 (6) Tính chất hidro iotua axit iothidric 129 (7) Các muối h alo g c n u a 131 5.8 Oxit h a lo g e n 134 (1) Các hợp chất flo với o x i 134 (2) Các oxit c l o 135 (3) Các oxii brom 138 (4) Các oxit iot 138 5.9 A xit chứa oxi halogen 140 (1) Axit hipohalogenơ muối hipohalogenit 140 (2) Muối hipohalogcnit 144 (3) Axit clorơ muối clorit 147 (4) Axit halogenic muối halogenat 147 (5) Kali clorat 150 (6) Axit pehalogenic muối pehalogenat 152 Ố Các nguyên tố nhóm VIA: oxi, lưu huỳnh, selen, telu, polonỉ 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 159 Nhận xét chung nguyên tổ nhóm V I A 160 Trạng thái thiên nhiên Thành phần vị nguyên t ố s , Se, Te, Po 162 Phương pháp điều c h ê 163 T h ếo x i hóa - khử chuẩn s , S e ,T e 165 Tính chất lý h ọ c (1) Tính chất lý học lưu h u ỳ n h (2) Tính chất lý học seien , t e l u 166 167 171 http://tieulun.hopto.org Hỏa học vô - Các nguyên tố phi kim 6.6 (1) (2) (3) 6.7 (l) {2) (3) 6.8 (1) (2) 6.9 (ỉ) (2) (3) 6.10 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) 6.11 (1) (2) 7, Tính chất hóa học lưu huỳnh, selen, íelii, polon i 172 Nhận xét chung 172 Tính chất hóa học lưu huỳnh 173 Tính chất hóa học selen, telu, poloni 177 Hợp chất với hidro lưu huỳnh, selen, telu 179 Hidro su n fu a 179 Các hợp chất suníua 182 Các hợp chất hidro selenua, hidro telurua 185 Các oxit oxiaxit S(IV), Se(IV), T e(IV ) 186 Lưu huỳnh dioxit 186 Các dioxit oxiaxit tương ứng selen t e l u 191 Lưu huỳnh tr io x it 193 Cấu tạo phân tử lưu huỳnh trio x it 193 Tính chất lưu huỳnh trio x it .195 Phương pháp điều chế lưu huỳnh trio x it 196 Các axit chứa oxi lưu huỳnh 196 Olcum axit su n íu ric 196 Tính chất axit su n íu ric 197 Điều chế axit su n íu ric 200 ứng dụng axit su n íu ric 202 Muối suníat hidrosunfat 202 Điều chế muối s u n ía t 204 Axit thiosuníuric H S2 O 204 Axit peoxisunfuric HịSOs H ịS ịO s 205 Axit polythionic I l S„0 * 206 Các oxit oxiaxit Se(VI), Te(VI) 207 Các oxit SeOj Te 207 Axit selenic H Se axit teluric HéTeOg Các nguyên tố nhóm VA: nitơ, photpho, asen, antimon, bitmut 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 209 Nhận xét chung nguyên tố nhóm V A 210 Trạng thái thiên nhiên Thành phần đồng vị 212 Phương pháp điều ch ến itơ , photpho, asen, antim on, b itm u t 213 (1) N itơ 213 (2) P hotpho 215 (3) Asen, antimon, b itm u t 217 (ỉ) (2) (3) 7.6 (1) (2) T h ếo x i hóa - khử ngun tơ' nhóm VA 217 Tính ch ứ lý học ứng dụng nitơ, photpho, asen, antìmon, bitmut 220 Nitơ ! 220 P h o h o .220 Asen, anlimon, b itm u t 223 Tính chất hóa học nitơ, photpho, asen, antim on, b itm u t 224 Nhận xét c h u n g 224 Tính chất hóa học n itơ 225 http://tieulun.hopto.org Hóa học vơ - Các nguyên tô phi kim 7.7 7.8 7.9 7.10 7.11 7.12 7.13 7.14 (3) Tính chất hóa học photpho 229 (4) Tính chất hóa học asen, antimon, b itm u t 234 Các hợp chất với hidro n itơ 234 ịl) Amoniac 235 (2) 1lidra/.in 246 (3) A.xit h id razo ic 249 Các hợp chất với hidro photpho, asen, antimon, bitm ut 250 (!) Photphin 250 (2) D iphotphin 252 (3) Asin, stibin bitmutin 252 Các oxit n itơ 254 (D Dinitơ o.xit N ,( ) 254 (2) Nitơ oxit NO 256 (3) Dinitơ trioxit N / ) , 259 (4) Nitơ dioxit NO dinitơ tetraoxit N O 259 (5) Dinitơ pentoxit N O 262 Các oxit p h o h o 263 (1) Anhidril photphorơ p,(), 263 (2) Anhidrit photphoric P O .264 Các oxit asen, antim on, b ỉtm u t 265 ịl) Hợp chất dạng x , , 265 (2) Hợp chất dạng x , , 266 Các oxỉaxit nitơ 267 (1) Axit nitrơ 267 (2) Axit n itric 269 (3) Muối nitral 276 Các oxiaxit photpho 279 (1) Axit hypopholphorơ Ii.,P 280 (2) Axit photphorơ H P , 281 (3) Axit orthophotphoric H^PO^ 282 H idroxit oxiaxit asen, antimon, h itm u t 288 (1) Hidroxit As(OH).,, Sb(OH)„ Bi(OH)., 288 (2) Oxiaxit As( V), Sb(V), 'B ì(V ) 290 Các ngun tơ phi kim nhóm IVA: Cacbon silic 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 293 Nhận xét chung nguyên tốcacbon s ilic 294 Trạng thái thiên nhiên thành phần đồng vị cacbon s i l ỉ c 296 Điều chẻ'cacbon silỉc 296 T h ếo x i hóa - khử chuẩn cacbon silic 297 Tính chất lý học ứng dụng cacbon s ilic 298 {!) Cacbon ' ^ .298 (2) S ilic 301 (3) ứng dụng cacbon silic 301 Tính chất hóa học c a c b o n 302 (1) Nhận xét chung 302 (2) Phản ứng cacbon với đơn c h ấ t 302 (3) Phản ứng cacbon với hợp c h ấ t 305 http://tieulun.hopto.org Hóa học vơ - Các ngun t ố phi kim 10 8.7 Tính chất hóa học s i l ic 307 8.8.Các oxit c a c b o n 309 (1) Đặc điểm cấu tạo phân tử cacbon oxit c o 309 (2) Phương pháp điều chế cacbon o x i t 310 (3) Tính chất lý học cacbon o x i t 311 (4) Tính chất hóa học cacbon o x i t 311 ("S) Đặc điểm cấu tạo phân tử cacbon dioxit CO 316 (6) Phương pháp điều chế cacbon d io x it 316 (7) Tính chất lý học ứng dụng cacbon d io x it 317 (8) Tính chất hóa học cacbon dioxit 319 8.9 A xit cacbonic m uối c a cb o n a t 321 (1) Axit cacbonic 321 (2) M uối cacbonat hidrocacbonat 322 8.10 M ột sô hợp chất khác cacbon (cacbon disunfua; xian; axit xianhỉdric; axit xianic; axit th io x ia n ic ) 324 (1) Cacbon d isu n fu a 324 (2) X ia n 325 (3) Axit xianhidric muối xianua 326 (4) Axit xianic muối xianat 327 (5) Axit thioxianic muối thioxianat 328 8.11 Oxit silỉc 329 8.12 A xit silixic m uối s ilic a t 331 (1) Axit silix ic 331 (2) Muối silicat 332 (3) Natri silicat 333 Nguyên tố phi kim nhóm IIIA: Bo 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 9.8 9.9 9.10 9.11 337 M đ ầ u 338 Trạng thái thiên nhiên thành phần đồng vị B 339 Điều c h ế B 340 T h ế o x i hóa - khử chuẩn B 340 Tính chất lý học B ứng dụng 340 Tính chất hóa học B 341 N itr u a B .343 B o r a n 344 A nhidrít boric 346 Axit boric .346 M uối borat 348 Tài liêu tham khảo 351 http://tieulun.hopto.org Hóa học vơ - Các ngun tố p h i kim (I M đầu ) 11 • M Ở đâU : Tổng quan vê nguyên tô phi kim N ội dung chủ yếu gồm: Vị trí nguyên tố phi kim bảng tuần hoàn Độ phổ biến phi kim vỏ Trái Đất Độ phổ biến phi kim Irong khí ITiành phần phi kim chất sống, nước biển Trạng thái màu sắc Thế ion hóa Ái lực electron Độ âm điện Khối lượng riêng Cấu trúc electron T hế oxi hóa- khử Tính chất hóa học Ngun tắc điều chế phi kim http://tieulun.hopto.org 12 Hóa học vơ - Các nguyên t ố p h i kim ( l M đầu ) l L Vị tr í nguyên tô ph i kim tro n g b ả n g tu ầ n h oàn độ p h ổ biến tro n g thiên nhiên (1) Vị trí ngun tơ phi kim bảng tuần hoàn Trong bảng tuần hoàn nguyên tố phi kim phân bố phần bên phải phía bảng tuần hồn ngun tố hóa học (hình ) H He (H) Be c B 14 Al 15 16 p Si 33 Ge F 17 As Cỉ 35 Kr Br 53 54 I Te 85 Xe 86 At Po H ìn h Ar 36 Se 52 Ne 18 s 34 Sb 10 N Rn VỊ trí ngun tị phi kim bảng tn hồn Từ hình 1, cho thấy giới hạn nguyên tố ph i kim bảng nguyên tố B, Si As, Te; nguyên tố Be, Al, Ge, Sb, Po nguyên tố bán kim Riêng nguyên tố H xếp nhóm lA, nhóm VIIA (2) Hàm lượng nguyên tô'phi kim vỏ Trái Đất Hàm lượng trung bình ngun lố hóa học vỏ Trái Đất tính cho lớp vỏ Trái Đất có độ sâu từ 16 km đến 33 km Theo số liệu xác định thành phần nguyên tố phi kim có hàm lượng ghi bảng Như vậy, độ phổ biến phi kim vỏ Trái Đ ất chủ yếu oxi silic (với kim loại độ phổ biến theo % khối lượng nguyên tô' chủ yếu AI 7,45%, Fe 4,2%, Ca 3,25%', Mg 2,25%, Na 2,405, K 2,35%) Trong vỏ Trái Đất, nguyên tố phi kim có thành phần khống vật như: phenspat ( K O.AI2 O SÌO2 ) có chứa o Si; trona (N a C O ,.N aH C O , H ) có chứa c , H O; ambligonit [ LiAlF(P ) ] có chứa F, p, O; kecnit ( Na B4 H ) có chứa B; than đá, kim cương chứa c dạng tự d o http://tieulun.hopto.org 13 Hóa học vơ - Các nguyen tơ phi kim (1 M đầu ) Bảng H àm lượng tru n g bình nguyên tố plìi kim íronịi vò T rá i Đ át ( theo A.E P ersm an) SỐ thứ tư Nguyên tỏ Nguyên tỏ Hàm lượng (% Sơ thứ tho khối lượns ) tư Hàm lượng (% theo khối ỉượng ) s 10“'' 16 17 Cl 0.01 0.20 B 0.005 18 Ar 4.10'^ ố c 0.3? 33 As 5.10"'' N 0,04 34 Se F 49,13 0.08 35 36 Br Kr 10"-' 0.001 10 Ne 5.10^’ 52 Te 10“^ 14 Si 26,0 53 1 10“^ 15 p 0.12 54 Xe ,1 "'' H He 1,00 Phụ ĩ 10“* 1/ Trên sớ nghiên cứu đặc điểm lan truyền sóng dịa chấn xuất động đất số s ò khác, người ta thu dược dản ỉiệLi cấu tạo bên Trái Đ ất Theo quan niệm Trái Đất gồm lớp: vỏ + lớp trung gian + nhân trung tâm Phần vị có độ sâu từ -33 km: phần trung tâm có độ sâu từ 33-2900 km; phần nhân trung tâm có độ sâu từ 2900 - 6371 km 2/ Vể mặt hóa học thỉ Mặĩ TYỜi cáu lửa gồm khí hicỉro heỉi nung nóng đỏ, pha lỗng bàng ngun tố khác trạng thái ion có phi kim B, c , N, o , F Ne, Si, p s kim ìoại Li Be Ntu Ca, M g, Aỉ, Fe (nhiệt độ bề mặt Mặt Trời 600Ơ ’ K; tám Măt Trời 13.600.000 'K ) (3) Hàm lượng nguyên tố phi kim khí Thành phần hóa học khí Trái Đất ( khơng khí khơ) nêu bảng Bảng T h n h p h ần hớa học khí T rá i Đ át Khí % thê tích % Khối ỉươiiịĩ Khí % thể tích % Khối lượng 78.09 75,51 CII4 20.95 23,15 Kr 0,93 1.28 N2O I.ic r'’ CO 0.03 0,046 10“'' 3.10"‘ Ne 1.8.10"-’ 1.25.10“'^ H2 Xe , 10"'^ 3,6.10“^ He S,2.I0“‘’ 7,2.10"^ 3 l i o ” '’ 3,6 Nz O2 Ar 2.2.10"‘* 1,2.10'“* 2,9.10“‘‘ Ngồi thành phần nêu trên, khơng khí cịn có tạp khí khác có thành phần thay đổi tùy theo mức độ ô nhiễm môi trường vị trí khác bê mặt Trái Đất, giá trị trung bình tạp chất dẫn bảng http://tieulun.hopto.org 144 H óa học vô - Các nguyên tố phi kim ( Các halogen ) HOCl HOBr r ( c r x r(B r")< HOI rC n ► Bán kính tăng tính axit giảm Trong trường hợp , điện tích khơng đổi , nên tính axit phụ thuộc bán kính ion tác dụng đẩy tĩnh điện ion bị suy yếu nên tính axit giảm (2) Muối hipohalogenit (MXO) Các muối halogenit có tính oxi hóa mạnh, thực tế quan trọng muối hipoclorit Các hóa phẩm nước Giaven clorua vôi dùng nhiều công nghiệp tẩy màu, tẩy vải sợi, tiệt trùng nước uống • Về nguyên tắc điều chế hipohalogenit cách hịa tan halogen dung dịch kiềm theo phưcíng trình tổng quát sau ; • + 20H " X" + OX" + H^o • Các ion hipohalogenit dung dịch kiềm có khuynh hướng phân hủy theo phương trình ; X “ = 2X~ + X O r - Với clo khuynh hướng phân hủy xẩy đun nóng 75"C; với brom q trình phân hủy dã bắt đầu xẩy nhiệt độ thường dung dịch hipobromit điều chế bảo quản gần 0"c tốt nhất, nhiệt độ khoảng -8 “C phân hủy gần hoàn toàn : Bf2 + H " = B f + BrO,r + H O Với iot, tốc độ phân hủy cao, nên cho I2 tan dung dịch kiềm tạo ion - I0 ~ với hiệu suất lớn : 31^ + H " = 51“ + IO " + H2 O Nước Gia ven • Nước Giaven dung dịch NaCl NaOCl điều chế phưcíng pháp sau : - Cho khí clo tác dụng với dung dịch NaOH lỗng nhiệt độ thường : 2NaOH + CI2 = NaCl + NaOCl + H^ị Trong cơng nghiệp điều chế cách điện phân dung dịch muối ăn 20% khơng có màng ngăn hai điện cực, với dương cực than chì, âm cực s ắ t : điện phân NaCl + H O = NaOCl + H^T Sản phẩm chứa nhiều NaCl nên dung dịch thu gồm NaCl + NaOCl + H O • Khi chưng cất dung dịch natri hipoclorit áp suất thấp, NaOCl tách dạng hydrat tinh thể N a O C l H O http://tieulun.hopto.org Hóa học vơ - Các nguyên tô'phi kim (5 Các halogen ) 145 Bền HOCl , dễ bị nhiệt phân hủy : 2NaOCl = 2KC1 + , t đun nóng đến 70"c bị phân hủy thành muối clorat : • 7o"c • 3NaOCl = 2NaCl + NaC10j Dưng dịch nước Gia ven có tính kiểm phản ứng thủy phân : NaOCl + H p ^ ^ N a O H + HOCl • Có tính oxi hóa mơi trường, oxi hóa HCl-> CI2 ; O2 ; N H ,^ N, S0 ^~ : ; • Nước Gia ven có tác dụng tẩy màu CO khơng khí phản ứng với NaOCl tạo HOCl, chất đóng vai trị chủ yếu q trình oxi hóa chất tạo màu : NaOCl + CO + H p = NaHCO, + HOCl Trong phịng thí nghiệm dùng nước Giaven để điều chế khí clo cho tác dụng với HCl đặc c lo rua vơi • Khi cho vơi tỏi bột ẩm hấp thụ khí clo, cho khí clo tác dụng với huyền phù Ca( H ) nước tạo chất rắn màu trắng ngà, mùi clo Sản phẩm q trình gọi clorua vơi gọi bột t ẩ y : 2CU + 2Ca(OỈ-Ì)j = Ca( Cl ) + CaCl^ + H O Từ phản ứng cho thấy đồng thời với Ca( Cl ) cịn có CaCl2 , hóa phẩm kỹ thuật thu xem hợp chất tạp chức canxi clorua hipoclorit C l-C a-O C l nên thường viết dạng : Ca(O H ) + CI2 = CaOCl^ + H p • Hàm lượng clo clorua vơi tính theo lượng clo tự cho tác dụng với axit lỗng gọi '"lượng clo hiệu lực" Kết phân tích lượng clo hiệu lực bột tẩy có thị trường khoảng 35-40% • Nếu clo hóa huyền phù Ca( H ) 30"c thu phần lớn Ca(OCl ) tinh thể có khoảng 5-70% clo hiệu lực • Bột tẩy chất rắn tan nước, không bị chảy rữa, phân ly ion hipoclorit gây tính oxi hóa mạnh bột tẩy ( nước Giaven ), chẳng hạn : - Oxi hóa ion thành F e '^ : HOCl + 2Fe'" + = 2Fe'" + c r + H^o - Oxi hóa ion r thành I2 : HOCl + 21" + = 1, + c r + - Oxi hóa PbO thành PbO ^: Pbo + o c r = Pbo, + c r http://tieulun.hopto.org 146 H óa hục vơ - Các ngun tố phi kim ị Các halogen ) - Oxi hóa NH , thành : 2NH, + c r = - Oxi hóa n ,0 , thành O2 : + c r + 3H P H ,o, + o c r = O + c r + H P - Oxi hóa Mn( H ) thành pem anganat: Mn(OH), + o c r = Mn04~ + 3C f + H p - Oxi hóa MnO, thành pem anganat: M n + c r + 20H ~ = - Oxi hóa Cr(OH), thành c ro m a t: 2 Mn ~ + C f + H p 2Cr(OH)3 + 30 C 1" + 40H ^ = 2C rO /“ + C f + H 2O Trong khơng khí ẩm, clorua vơi bị phân hủy theo phương trình : CaOCỈ + CO + H O = CaCl^ + CaCHCO^)^ V H C • Người ta điều chế O từ bột tẩy cách phân hủy bột tẩy đun nóng với dung dịch C CI2 hay Co(NOj) , clorua vói phân hủy theo phưofng trình : Phụ 80 CaOCl2 = CaCl2 + O • Việc sử dụng bột tẩy vào cuối kỷ 18 xem cách m ạng công nghiệp tẩy vái sợi nhiên thành phần hóa học bột tẩy xác định Đến nãm 1935 bàng phưcmg pháp phân tích quang phổ tia X dẫn đến kết luận cuối : • Bội tẩy hồn hợp muối bazơ canxi hipoclorit muối bazơ không chảy rữa cùa canxi c lo ru a : Ca(OCl) 2.2 Ca(OH )2 với CaCl 2.Ca( H) 2.H 20 thường viết dạng : Ca( Cl )2 + CaCl^ Ca( H) HịO • Khi axit hóa bột tẩy dung dịch axit HNO 3, H 2SO4 HCl xẩy trình sau : 3CaS04 H 2SO ' Ca( CI)2 + CaCl 2.Ca(OH)2 H p >• + - 6HC1 6H N 0, - —> - CaCl2 ì + C l2 t+ H2 O 3Ca(N03)2 ✓ Từ cho thấy lượng clo hiệu lực bột tẩy 41% phù hợp với thực tế phân tích 38% Khi tiếp xúc với CO có khơng khí ẩm, tạo hỗn hợp gồm CaC 4CX)‘'c = 2KBr + O2 T > 600"c = 2KI + O2 T KBrƠ LiCl KIO ( xúc tác MnƠ2 - • Các halogenat thường điều chế cách Cho halogen tác dụng với dung dịch kiềm nóng : X + 6NaOH nóng = NaX + 5NaX +3 H O Điện phân dung dịch halogenua nóng : - NaX + H O = NaXƠ + H Dùng phản ứng trao đổi dung dịch nước Ví dụ : - ) sau ; ( X : C 1, B r , I ) đ iệ n phAn Ba(0 H)2 + NH4Q = (0 ) ( X : C 1, B r , I ) + 2NHjt + HjO Với bromat iodat khó tan : - Ba(C103)2 + KIO3 = Ba(I0 )2ị + KCIO3 - Cho CI2 oxi hóa Bĩ I2 dung dịch kiềm nóng : CI2 + Br^ + lÍN aO H đạc nóng = 2NaBrƠ3 + lONaCl + H O c \ + I + 12NaOH đặc nóng = 2NaIOj + lONaCl + H O (5) Kalỉ clorat { KCIO3 ) Trong muối halogenat KCIO quan trọng có nhiều ứng dụng thực tế • Là tinh thể kết tinh dạng mỏng Bền khơng khí, tan nước, dung dịch thu có mơi trường trung tính ; tan rượu ( 0,8% rượu 95*’), hầL không tan cồn tuyệt đ ố i , tan glixerin ( 3,3% )• Bảng 43 Độ tan KCIO, nước Nhiệt độ "c % Nhiệt độ "c % Nhiệt dộ ”c % 10 20 30 3.2 4,8 6,8 9.2 40 50 60 70 12.7 16.5 20,6 24,5 80 90 100 28,4 33,3 36,0 http://tieulun.hopto.org Hóa học vơ - Các nguyên tô phỉ kim ( Các halogen ) 151 • Nóng chảy 370"c mà khơng bị phân hủy, đun nóng đến 400"c bị phân hủ>': 0 'C 4KC10, = KCIO + KCl đến 400"c giải phóng tồn o x i : KCIO = KC + ,t Nếu có chất xúc tác M n Ơ Ị, Fe Ơ , CuO phản ứng phân hủy xẩy nhanh hcfn nhiệt độ nóng chảy • KCIO ị rắn nóng chất oxi hóa mạnh, tác dụng với HCl đặc tạo khí CI2 , nghiền bột KCIO với p hỗn hợp tự bốc cháy; nghiền với bột than,đường, tinh bột, giấy, lưu huỳnh, bột nhôm gây nổ : KC rắn+ 6HC1 đặc = KCl + C ự + H ,0 KCIO + 3S = 2KC1 + SƠ2 KCIO + Pđỏ = 5KC1 + P fis ( P4 Ơ ,0 ) KCIO + 3C = KC + SCO^t • Dung dịch nước thể tính oxi hóa nhẹ nên y khoa dùng dung dịch 1-5% làm chất sát trùng da, pha nước súc miệng chữa bệnh nhiễm trùng miệng Cũng tính oxi hóa mạnh nung nóng , nên KCIO (thường gọi diêm tiêu) dùng làm thuốc pháo nổ, thuốc diêm, thuốc pháo hoa Chẳng hạn thành phần chủ yếu : Pháo hoa màu đỏ gồm : KCIO3+ s + c + Sr(N03)2 Pháo hoa màu xanh lam g iĩi: KCIO + s + Ba(N j ) • Kali clorat điều chế phưcíng pháp ; Điện phân dung dịch KCl 20% 70"c với anot than c h ì Trong trình điện phân dung dịch KCl tạo CI2 KOH : 2KC1 + 2HP = 2K0H + c ự + H^í khơng có màng ngăn hai điện cực nên dung dịch có phản ứng : CI2 + (5KÓH = 3KCĨ + 3K0C1 + H p KOCl tự phân hủy đun nóng tạo KCIO : 3K0C1 = KCIO + 2KC1 kết đpdd 70"c K C l + 3H2O = KCIO3 + 3H2t Ngoài phương pháp điện phân nêu trên, người ta cịn dùng phưong pháp hóa học cho khí CI2 tác dụng với dung dịch KOH nóng : c 10 CI2 + K H = 5KC1 + KCIO + H O Trong thực tế người ta thay KOH đắt tiền hcfn dung dịch nước vơi nóng : CI2 + Ca(OH ) = CaíClOOi + SCaCl^ + ó H p sau trộn dung dịch thu với lượng tương ứng KCl để nguội, xẩy trình trao đ ổ i : http://tieulun.hopto.org H óa học vị c ' Các ngun tơ phi kim ( Các halogen ) /5 C a(C 10,), + 2KC1 ^ K C 10 j + CaCl^ Càn thực tế chuyển sang phải KCIO, tan so với chất cân , chẳng hạn 0‘’c độ tan trons 100 gani HịO sau : KCl ( 27,6 gam ) ; CaCl { 30 15 gcim ) ; C a(C 10,), ( 15 gam ) ; KCIO, ( 3,3 gam ) Lọc tách K C IO , (6 ) Axit pehaloẹenỉc ( HXO4 ) muôi pehalogenat Gồm chất sau : HCIO^ HIO 4.2 H P HBrO^ ( Tên axit : Tên muối axit pecloric CIO,muối peciorat H I , ) axit orthopeiodic ĩo “ muối orthopeiodat axit ỊXĩbromic Br0 “ muối pebromat Axit pecloric (HCIO^ ) • Làchất lỏng không màu , linh động , dễ bay hơi, dễ hút ẩm , bốc khói mạnh khơng khí ẩm Nhiệt độ nóng chảy -102"c , nhiệt độ sơi 110‘'c • Phân tử I ICIO có cấu tạo hình bốn mặt ứng với trạng thái lai hóa sp'' nguyên tử clo Trong liên kết C l - phân lử HC10j, liên kết cịn có liên kếí 71 kiểu “ cho-nhận” nhờ tham gia i l õH tan d «r2 v6 3d A „2 - - trạng thái lỏng, phân tỉr HCIO dạng di^ne tạo đo liên kết hidro : // 0U M H / / Ỉ n / ỉ S đ c ấ u t a o p h ả n ! H € K )4 • o ou ^ Dẻ tan nước, hịa tan với lư ^ g nước ban đầu đông đặc thành thể bột ật nhão gồm tinh thể monohidrat HCIO H O hay |(H ,,0 ))^C CIO 44 ] có nhiệt độ T OT ĩ •» J _ J ‘ r • nóng chảy 49,9”c Với lượiig nước nhiều tạo dạng dihidrat HCIO H O Khi chưng cất dung dịch loãng , ban đầu nước bay hơi, sau ià HCIO ^, đến 203"c bất đẩu thoái hỗn hợp đồng sơi chứa 72% HCIO • Dung dịch HCIO bền nhiều so với HCIO khan Dung dịch H C I O 72% bền cất trữ không bị phân hủy tác dụng ánh sáng; nhiệt độ íhưịfng HCÌO khan bị phân hủy : HCIO = CI.O + HCIO bị nổ đun nóng 90"c, bảo quản \ T ' ■ t i ’ -Ì np http://tieulun.hopto.org ỉ lỏa học vó Cữ' 153 - Các nguyên tơ phỉ kùn ( Các halogen ) • Duiiỉỉ dich lỗng HCIO liầu khơng thc tính oxi hóa, trái lại HCIO khan chất oxi hóa ir.ạnh Ví dụ : = H jI , + Cl^T 411C 10, khan + 7C = C C V + c ụ + 1 ,0 2H C IO , khan + • - + 4ÌW Trong duiig dịch aưức, HClO_f axil mạnh, mạnh troiig axií biết : II O HCIO = H ,0^ + CIO, HCIO loãng + NII = NH CỈO, Khi đun nóng hỗn hợp IICIO khan với anhidrit photphoric thu chất lỏ khôns màu anhidrit pecioric : IICIO + P P io = CI2 O + 4HP0., Tính axit tlié HC10j hịa tan dung mơi khan H SO4 , HNO , CH COOH ; HCIO^ khan + H jSO , khan = CIO,^ + [ H ^ s o x HC IO , khan + Ch",CO ()H khan = CIO^' + [CHíCOOM^]^ I 1C , khan + Ỉ IN O ,k h an =: [ ( N O ^ r C K V ] + H C I O , H ^ o • Đa sơ muối peclorat dễ tan Các niưôi x r , , Rb"^ , tan nhiệt độ thường, tan nhanh đun nóng : Tích số tan TICIO = 4,0.10“^ 'lích số tan KCIO = 1,1.10 Tích số tan RbClO^ = 5.0.10^‘' Tíchịsố tan CsClO^ = ,0 10‘-’ 20 40 60 80 • Klii đun nóng muối peclorat bị phân hủv thành muối clorua , : 100° Hình 49 Độ tan sỏ miiỏi pedorat ( mol / ỉít I ỉ ị O ) 40() c LÌCIO = LiCl + O2 T 500"c KCIO = KCl + ,t Trong dung (lịch Iiước, muối peclorat khơng thể tính oxi hóa, trạng thái rắn, đặc biệl dun nóng, châì oxi hóa mạnh, thường dùng làm chất gày nổ chẳng hạn hỗn hợp KC10j + vazơlin Bột nhôm, bột kẽm cháy KCIO nung nóng : 3KC10^ + 8A1 = 4A1,C)3 + 3KC1 7(K)"c' KCỈO + 4Zn = 4ZnO + KCl http://tieulun.hopto.org 154 H óa học vơ - Các ngun t ố p h ỉ kim ( Các halogen ) • A xit pecloric điều chế cách : Cho H SO tác dụng với K M n sau chưng cất áp suất thấp : 16 o"c KCIO4 + H2SO4 = KHSO4 + HCIO, Đun nóng m ạnh amoni peclorat với hỗn hợp HNO3 + H C l: - NH4CIO4 + HNO3 + H C r = " H C 10 + N^t + Cl^t + 3H2O Cho HCl tác dụng với NaC : NaC + HCl = HCIO + NaCl Ngoài cịn dùng phản ứng ; - CI2O7 + H p = HCIO4 HCIO đậj’ HCIO + Cl^T + O T + H ,0 Tóm l i , theo chiều tăng bậc oxi hóa clo : • Độ bền: OCl ~ CIO2 CIO,” CIO > Độ bền tăng / N guyên nhân chuyển từ anion CIO đến CIO4 số eiectron hóa trị nguyên tử Clo tham gia vào tạo thành liên kết liên kết Ĩ tăng lên , nên độ bền tăng : — \ ► - o ^ o _ ^ , c i; J (dạng góc ) (dạng hình c h ó p ) (dạng hình bốn m ậ t) Do hình thành m ột phần liên kết n liên kết C l-O tăng lên, nên độ dài liên kết giảm lượng liên kết tăng ( bảng 44 ) Bảng 44 Đạc trumg liẻn kết C I - anion C10„~ Độ dài liên kết (Ả) Độ bền lién kết kJ/tnol G óc hóa trị Z(0CI0) Ả 1.70 209 — C IO ,- 1.64 244,5 111“ CIO3- 1.57 243,7 106“ CIO4- 1.45 363,5 Anion OCI~ 109“,28’ http://tieulun.hopto.org Hóa học vơ - Các nguyên t ố p h i kim ( Các halogen ) • 155 Do độ bền tăng nên hoạt tính oxi hóa giảm : C ì0f ocr 0 ,“ c io ; ► Tính oxi hóa giám Chảng hạn , ion OCl thế' tính oxi hóa mơi trường ; NaOCl + 2KI + H p = NaCl + I2 + K H lon CIO thể tính oxi hóa mơi trường a x i t : NaCIO, + KI + H ị O -> không xẩy phản ứng NaC + KI + H SO = NaCl + 31^ + K SO + U f i lon C ~ tính oxi hóa dung dịch : NaC + KI + H SO ^ khơng xẩy phản ứng • Tính axit tâng ; HOCI HCIO2 HCIO3 HCIO4 - ► Tính axit tãng ^ Theo chiều tăng số nguyên tử oxi, độ bền liên kết O -H giảm , nên khả tách proton tăng Axit pebromic ( HBrO^ ) Năm 1968 , lần người ta tổng hợp ion pebrom at Br0 " từ phản ứng : sau đến năm 1972 người ta điều chế ion Br0 oxi hóa ion B O dung dịch kiềm : NaBrƠ + + 2NaOH = NaBrO^ + 2N aF + H p • Axit pebrom ic m ột axit mạnh : ? HBrO^ + H p = H ^ + B1 O " bền, dễ bị phân hủy ; nhiệt độ thường HBrƠ đậc = HBrƠ + ^ nên tách trạng thái tự do, tồn dung dịch đến nồng độ M • Là chất oxi hóa m ạnh : Br04' + 2H^ + 2e ^ B r “ + H2O Ví dụ : • HBrƠ đặc + I + H p = E" = + 1,76V (H I H P ) + Br^ HBrO^ điều c h ế cách dùng X epỊ oxi hóa H B rO ,: HBrO., + XePi + H^o = HB1O4 + 2HF + ' x e http://tieulun.hopto.org 156 H óa học vơ - Các nguyên tó phi kim ( Các halogen ) Axit peiodic ị(HI()4)x (Hj())y I 'rong dung dịch nước, tổn chủ yếu dạng : HIO axit meta-peiodic II IO hay H^O axit pyro-pciodic HIO H 2O I lịio ^ hiiy a x it o rth o -p e io d ic gọi chung axit peiodic , nghiên cứu nhiều dạng Hsl, ỉon ÍO có cấu tạo hình mặt, cịn ion lOg có cấu tạo hình tám mặt, có ngun tử iot tâm • Axit oriho-peiodic chất rắn dạng tinh thể, nóng chảy 122"c, nung nóng đến 80"c áp suất thấp 12m mHg tạo axit pyro-peiodic : " c ; m m llg H5IO4 đun nóng đến 0 = ỉ-ự A + H2O "c ( áp suất thấp) tạo axit meta-peiodic : i ()0 c ; iíp suất thấp H5 IỎ, = HĨO^ + H ,0 • Axit ortho-peiodic dề tan nước, tan rượu, khó tan ete Trong dung dịch nước axil yếu ; K, = 2,8.10'1-2 [lụ o K = 5,4.10"' + H^O - [H^IO,]^- + H ,0 K, = , lO '-' Chỉ _ biếi sô' mu ưN alQ ^ KIO , Ba^ClOô)^ , A g ịio ^ , • " , V !à-íịO I: Các axit peiodic có tính ộxi hóa mạnh T hơn1H IO 1-ựO, i r “í e ^ + HjO' I E" = + 1.24V ị r ,“ +■ H^ + % e e ^ â « s r + 3HjO + H ^ + e ^ T- I ' E" = + 1,08V TT ^ + H ,0 rnO Ví dụ ; H IO + 2M nS0^ = HM n + HIO + H SO + H p 5N a,H /lO , + 2M n S , + HjSƠ = HM n + 5NaI0,, + SNa^SO^ + H ,0 KIO + MnSƠ + ÌH^Ỏ = HM n + KỈO + H SỎ Axit ortho-peiodic I IjIO(,được điều chế phương pháp sau : - Điện phân dung dịch HIO, thu HsIO^ anot H c a to t: d iệ n phân - HIO + H P = H I0 , + H , t Cho HIO^ tác dụng với HNO, đặc sôi : N aio^ + HNO đặc sôi + H O = H5 I0 , + NaNO., http://tieulun.hopto.org H óa học vơ - Các nguvên tô phi kim ( Các halogen ) - 157 Cho CI2 tác dụng với I2 kiềm nóng sau cho tác dụng với dung dịch A gN Ũ : Ij + CỈ2 + 18NaOH = Na H ,I + 14NaCl + H O N a^H aO , + AgNƠ = Ag l + 2NaNO., + HNO + H p 4Ag,H 10s + CỈ2 + IOH2 O = H lOf, + 12AgCU + O T Cho H SO tác dụng với B a ,(ỈO j : Bas(I0 j + H SO = 5B aSƠ 4ị+ 2HẠO, • Khi trung hòa axit peiodic thường thu muối axit; số muối trung tính điều chế cách sau Ví dụ : Nhiệt phân muối io d a t: 5Ba(I03)2 = BasCIOô)^ + I + O T Dùng CI2 oxi hóa ion iodat mơi trưịfng kiểm : KIO + CI2 + K H = KsỉO, + 2KC1 +3 H O http://tieulun.hopto.org http://tieulun.hopto.org ... (45) 13 8,08 15 7 .12 15 7,90 18 5 .14 207,20 239 ,10 96.60 91, 30 11 4,20 12 3,90 14 3,40 82 ,11 88,60 78, 51 103, 01 111 , 01 126,02 83.00 83 89 10 4 10 2 12 6 88.0 Ký hiệu dấu ( ) thu từ kết tính tốn theo học. .. 25 ,15 24.376 29.60 35 .15 34.98 41, 07 16 .34 ^ 23.40 23.80 27,60 18 , 71 21. 50 21. 60 24,56 9. 01 10.44 18 .8] 19 ,03 12 ,13 21, 21 33,46 30 .16 34.80 39.90 40,90 28,30 32, 01 35. 91 36,90 31. 02 ? ?13 .Ỗ0 32 ,10 ... -62.2 10 8 19 ,4 PH -13 3.8 -8 ,7 1, 3 ,4 P 2H4 -99 ,5 ,0 — - kcal/mol 90 16 ,1 -10 0 - kcal/mol Chất AH® ,6 SÌH4 -1 - 11 1,2 ,3 A sH , -1 -6 ,5 15 ,9 SÌ2H5 Si^Hg -12 9.3 -1 ,2 17 ,1 SbH, -8 -1 ,4 ,7 -11 4.8