Skkn chuyên đề n p

CHUYÊN ĐỀ N - P KHÁI QUÁT VỀ NHÓM NITƠ (NHĨM VA) Theo cấu trúc bảng hệ thống tuần hồn, nhóm V chia thành nhóm: + Nhóm VA (Phân nhóm chính): gồm ngun tố có electron hoá trị mà electron cuối kết thúc phân lớp s p Đó nguyên tố: nitơ(N), photpho(P), asen(As), antimon(Sb), bitmut(Bi) Được kí hiệu nhóm VA, đơi cịn gọi phân nhóm Nitơ( gọi theo tên nguyên tố đầu nhóm)… + Nhóm VB (Phân nhóm phụ): gồm ngun tố có 5electron hố trị mà electron cuối kết thúc phân lớp d f Đó nguyên tố: vanadi(V), niobi(Nb), tantan(Ta) Được kí hiệu nhóm VB Việc phân chia nhóm giúp việc nghiên cứu rõ ràng, xác dễ so sánh xét nguyên tố nhóm Do nghiên cứu nhóm V theo cách phân chia Nhóm VA bao gồm nguyên tố : Nitơ (N), Photpho (P), Asen (As), Antimon (Sb), Bitmut (Bi) Bảng 1: Một số đặc điểm nguyên tử nguyên tố nhóm VA Nguyên tố STT Cấu hình e KLNT Bán kính ntử (A0) Bán kính ion (A0) I1 (kJ/mol) Độ âm điện (eV) Số oxihoá bền Ái lực electron(eV) Nhiệt độ n/c (0C) Nhiệt độ sôi (0C) Khối lượng riêng (g/cm3) % vỏ Trái đất N P 15 14,01 30,97 74,92 121,75 Bi 83 [Xe] 5d106s26p3 208,98 0,70 1,10 1,21 1,40 1,46 1,71(-3) 2,12(-3) 2,22(-3) 2,45 1,20(Bi3+) 0,74(Bi5+) 1402 1012 947 834 703 3,04 2,19 2,18 2,05 2,02 1,2,3,4,5 -3 -3,3,5 -3,3,5 -3,3,5 3,5 -0,27 0,77 - - - -210 44,1 (P đỏ) 817 630 271,3 -196 257 610 1635 1627 0,81 1,82 5,7 6,7 9,8 2.10-3 0,12 5.10-4 3.10-5 2.10-6 [He] 2s22p3 [Ne] 3s23p3 As 33 Sb 51 [Ar] 3d104s24p3 [Kr] 4d105s25p3 Trong nhóm: N, P nguyên tố phi kim điển hình; As, Sb nguyên tố nửa kim loại - chúng vừa có tính kim loại, vừa có tính không kim loại; Bi nguyên tố kim loại Xét đại lượng đặc trưng cho nguyên tử nguyên tố : * Bán kính nguyên tử, bán kính ion: Trong nhóm VA, bán kính nói chung ngun tố tuân theo quy luật chung bảng HTTH, tức bán kính nguyên tử bán kính ion tăng lên theo chiều tăng điện tích hạt nhân(ĐTHN) ( bảng 1) Nguyên nhân tăng lên bán kính nguyên tử tăng số lớp electron mạnh tăng ĐTHN, làm bán kính dịch chuyển theo chiều ảnh hưởng mạnh skkn Theo công thức tính bán knh ion: r = : Z ĐTHN  số chắn n: số lượng tử Các trị số Z, n,  … (Z-) không thay đổi nhiều, lại thêm n tăng theo bình phương, nên bán kính ion tăng dần, tuần hoàn theo chiều tăng ĐTHN Khi kết hợp thêm electron vào ngun tử trung hồ, bán kính ion(-) lớn bán kính nguyên tử ban đầu, kết hợp làm ĐTHN hiệu dụng giảm đi, tác dụng chắn electron lớp vỏ nguyên tử tăng lên, đồng thời có thay đổi cấu hình lớp vỏ Anion thu có đối xứng cầu, … lý khiến cho bán kính ion (-) chắn tăng lên *Năng lượng ion hoá: Cũng theo chiều tăng ĐTHN, lượng ion hố giảm dần, nghĩa tính khử tăng dần Nguyên nhân với kiểu hình electron giống nhau, tăng số lớp (tức số lượng tử chính) làm bán kính nguyên tử tăng, cộng với có mặt số lớn electron chắn, làm tăng mức độ chắn hạt nhân, dẫn đến hiệu ứng chắn tăng mạnh, điều vượt ảnh hưởng kéo lại ĐTHN Do khả nhường electron tăng dần, mà lượng ion hoá giảm dần *Ái lực electron: Đến người ta xác định lực electron ngun tố Thơng thường kết luận nguyên tố phi kim có lực electron lớn nguyên tố kim loại (N, P lực > As, Sb, Bi) Kết thấy bảng *Độ âm điện: Độ âm điện nguyên tố xác định nhiều cách khác nhau, cho kết tương đối phù hợp nhau, ta trình bày độ âm điện xác định theo thang Paolinh ( bảng 1) Trong nhóm VA, theo chiều tăng ĐTHN, độ âm điện giảm dần, điều cho ta biết khả hút electron giữ electron ngun tử nhóm Phần dự đốn xác ngun tử hút electron hay nhường electron gặp nguyên tử khác nhằm tạo liên kết *Thể tích nguyên tử: Là thể tích chiếm nơi mol nguyên tử nguyên tố trạng thái rắn (hoặc trạng thái chảy lỏng chất mà bình thường dạng khí) Như thể tích nguyên tử khối lượng mol nguyên tử chia cho tỷ khối đơn chất  thể tích nguyên tử phụ thuộc mức độ chặt khít, kiến trúc tinh thể, nhiệt độ đo giá trị Sự biến thiên giá trị thể tích ngun tử thấy bảng1 *Tính oxi hố-khử: Với cấu hình electron ns2np3, ngun tố nhóm VA tạo trạng thái OXH : 3, 0, 3, dễ dàng, với số ngun tố cịn cho nhiều trạng thái hố trị Vi dụ : Nitơ có số OXH :-3, 0, +1, +2, +4, +5 bền (+3 không bền) Tuy nhiên khả tạo số OXH khác nhau, cụ thể là: khả tạo số OXH âm giảm dần từ Nitơ đến Bitmut, đồng thời số oxi hoá dương tạo bền (do mà tính oxi hố nhóm giảm dần, tính khử tăng dần theo chiều đó) : Nitơ dễ dàng tạo số OXH –3 bền với Hidro với kim loại, đến Photpho, khả thể (hợp chất NH3 bền nhiều so với hợp chất PH3), đến nguyên tố sau người ta chưa tìm số OXH âm nguyên tố hợp chất (Ví dụ: Bi khơng có số OXH âm) Điều hồn tồn phù hợp với cấu tạo nguyên tử nguyên tố nói trên: bán kính ngun tử tăng dần, khả chắn electron lớp vỏ hạt nhân tăng (hằng số chắn tăng) ĐTHN tăng, làm cho khả giữ electron lớp vỏ nguyên tử giảm dần, thuận lợi cho việc bỏ bớt electron nguyên tố nhóm VA Số oxi hoá bền chúng thường -3 +3, chúng thường tạo nên cặp electron dùng chung (lk cộng hoá trị), cặp electron tự lại thường tạo nên liên kết cho – nhận với nguyên tố có độ âm điện lớn Ví dụ: Nitơ tạo ion NH4+ skkn Khác với Nitơ, nguyên tố P, As, Sb, Bi có obital AO-d trống nên cịn có khả tạo liên kết cộng hoá trị Như số OXH cao chung đạt +5 Đây số OXH đặc biệt quan trọng hợp chất có chứa oxi *Tính axit-bazơ: Từ Nitơ ->Bitmut, tính axit oxit giảm dần, cịn tính bazơ tăng lên *Sự tạo thành liên kết: Nitơ có khả tạo liên kết  kiểu p-p, nghĩa có khả tạo liên kết bội giống Cacbon Hơn thế, Nitơ tạo liên kết bội với Carbon xinua – CN, với 0xi N=O Còn nguyên tố P, As, Sb, Bi khơng có khả tạo liên kết  kiểu p-p, mà tạo kiểu liên kết  kiểu p->d nhờ nguyên tử có obital AO-d trống Do Nitơ điều kiện thường tồn dạng phân tử N2 với liên kết ba: NN, nguyên tố khác dạng phân tử A4 với liên kết đơn A—A Khả tạo mạch A—A không đặc trưng cho Nitơ, hay gặp ngun tố cịn lại nhóm dạng đơn chất hợp chất… đồng thời khả giảm nhanh từ P -> Bi Điều độ bền giảm dần liên kết đơn A—A: N N: 169; P P: 214,6; As—As: 133,3; Sb—Sb: 126,3 Bi—Bi: 104,5 kj/mol Các ngun tố nhóm VA có số phối trí tăng lên N >Bi: nitơ tạo số phối trí 3,4 NCl3/NF3/NH+ 4…photpho tạo nên PCl5, PF6…còn antimon tạo nên anion Sb(OH)6 Mặt khác số phối trí cao P, As, Sb cịn làm bền khả tạo liên kết  kiểu p -> d ĐƠN CHẤT A/ NITƠ (N2) I Trạng thái thiên nhiên tính chất vật lý Nitơ thiên nhiên hỗn hợp đồng vị : 14N 15N với tỉ lệ 272:1 Đồng vị 15N thường dùng phương pháp đánh dấu nguyên tử đưa vào axit HNO3 với tỉ lệ 99,8% Nitơ tồn chủ yếu dạng phân tử N2 Phân tử có cấu hình electron : (1s)2 (1s*)2 (2s )2 (2s*)2 (z) 2x2y2 nghĩa có liên kết : :N  N: Liên kết có lượng 946 kJ/mol, độ dài 1,095 A0 Năng lượng liên kết lớn giải thích tính trơ phân tử N2, giải thích đa số hợp chất đơn giản N2, chứa liên kết bền, hợp chất thu nhiệt So sánh lượng (kcal/mol) liên kết sau đây: C - C 82,6 N - N 38,4 C = C 145,8 N = N 97,6 C  C 199,6 N  N 225,8 Nhận thấy liên kết ba N - N bền gấp sáu lần liên kết đơn N - N liên kết ba C - C bền gấp 2,5 lần liên kết đơn C - C Cho nên nitơ đặc biệt trơ nhiều so với axetylen có liên kết ba - C  C - Chẳng hạn nitơ khơng có khả tham gia phản ứng kết hợp axetylen Chiếm 78,03% thể tích khơng khí (trong tốn thường lấy khoảng 80%) Một khoáng vật Nitơ diêm tiêu natri (NaNO3) Có sinh vật dạng hợp chất hữu phức tạp… protein, axit nucleic….Nitơ nguyên tố dinh dưỡng thực vật, lượng lớn hợp chất Nitơ thường xuyên cung cấp cho đất dạng phân đạm để nuôi trồng Trong nước mưa có lượng nhỏ axit Nitrơ axit nitric tạo nên tượng phóng điện khí Nitơ khí khơng màu, khơng mùi, khơng vị nhẹ khơng khí Nó khơng trì cháy sống Nó cịn có tên khác azot (tiếng Hi Lạp có nghĩa khơng trì sống) Nó khó hố lỏng ( t0s=-1960C) khó hố rắn ( t0nc=-2100C) Do có nhiệt độ sôi thấp , nitơ lỏng skkn sử dụng CN PTN để tạo mơi trường nhiệt độ thấp Nitơ tan nước dung môi khác (ở điều kiện thường, lít nước hồ tan 0,015 lít khí nitơ) II Tính chất hố học Do có lượng liên kết lớn, phân tử N2 bền với nhiệt, 30000C chưa phân huỷ rõ rệt Nhiệt độ thường chất trơ nhất, nhiệt độ cao, trở nên hoạt động có xúc tác Nguyên tử nitơ có độ âm điện lớn (chỉ nhỏ độ âm điện flo, oxi, clo) Tuỳ thuộc vào chất phản ứng mà nitơ thể tính oxi hố hay tính khử Tuy nhiên tính oxi hố trội Tính oxi hố: a) Tác dụng với hiđro: Ở nhiệt độ 4000C, áp suất cao có xúc tác bột Fe, nitơ tác dụng trực tiếp với với hiđro tạo khí amoniac theo phản ứng (500 C, 320atm, Fe) N2 + 3H2 2NH3 ∆H = - 92kJ + Nêu yếu tố (nhiệt độ, xúc tác, áp suất) ảnh hưởng đến chuyển dịch cân phản ứng tổng hợp NH3 Các điều kiện nhiệt độ, áp suất, lượng chất để phản ứng tổng hợp đạt hiệu suất cao - Nhiệt độ: Do phản ứng toả nhiệt, nên giảm nhiệt độ cân chuyển dịch theo chiều thuận , để đạt hiệu suất cao phản ứng tổng hợp NH3 giữ nhiệt độ khỗng 5000C, nhiệt độ thấp tốc độ phản ứng xảy chậm chí khơng xảy ra, cịn nhiệt độ cao cân chuyển dịch theo chiều nghịch - Áp suất: Do phản ứng tỏng hợp NH3 làm giảm áp suất (giảm số mol khí), nên để phản ứng tổng hợp NH3 đạt hiệu suất cao (chuyển dịch theo chiều thuận) ta phải tăng áp suất (bằng cách giảm dung tích bình) Hiện điều tổng hợp NH3 nước ta áp suất dùng 320 atm Nếu áp suất cao q khơng an tồn cho người sản xuất NH3 hố lỏng - Lượng chất: Trong phản ứng tổng hợp NH3 đạt hiều suất cao người ta cho N2 H2 theo tỉ lệ mol 1:3 b) Tác dụng với kim loại: Nhiệt độ thường, nitơ phản ứng với Li, tạo thành muối liti nitrua: 6Li + N2 → 2Li3N Nhiệt độ cao, nitơ tác dụng với số kim loại hoạt động, Ca, Mg, Al, Al + N2 AlN (nhôm nitrua) * Nhận xét: + Trong phản ứng nitơ tác dụng với hiđro, kim loại cho thấy số oxi hoá nitơ giảm từ xuống 3, nitơ thể tính Oxi hố + Nitrua kim loại nitrua ion, nên chúng bị thuỷ phân mạnh tạo NH3 hiđroxit Ví dụ: Li3N + 3H2O → NH3 + 3LiOH Còn nitrua với số phi kim nitrua cộng hoá trị, chúng bền với nước, axit điều kiện thường Tính khử: Ở nhiệt độ khoảng 30000C (hoặc nhiệt độ lò hồ quang điện, trời có sấm sét) cho thấy nitơ phản ứng với oxi tạo khí NO theo phản ứng: N2 + O2  2NO ∆H = + 180kJ khử (Phản ứng không tạo N2O, N2O3 N2O5) Khí NO khơng màu, khơng bền dễ dạng tác dụng với oxi khơng khí tạo khí NO 2(nâu), sau lại thấy màu nâu đỏ cân bằng: 2NO2(nâu)  N2O4(không màu) Viết phương trình phản ứng giải thích tượng mưa axit: Khi trời mưa có sấm sét xảy phản ứng: N + O2  2NO (do có sấm sét) Sau đó: 2NO + O2 → 2NO2 skkn 4NO2 + O2 + 2H2O → 4HNO3 III Điều chế ứng dụng + Trong công nghiệp : Trong CN, người ta điều chế nitơ cách chưng cất phân đoạn khơng khí lỏng (cũng dùng cách để điều chế oxi): Khơng khí làm khỏi bụi bặm, làm lạnh sơ để loại CO2 nước, sau nén tới áp suất 150 atm làm lạnh tới – 200 0C để hoá lỏng tồn khơng khí, sau nâng dần nhiệt độ lên - 1960C để nitơ bay -1830C để oxi bay Trong tự nhiên, nitơ đồng hoá số vi sinh vật, vi khuẩn sống nốt sần rễ họ đậu + Trong PTN : nitơ tinh khiết điều chế cách đun nóng nhẹ dung dịch bão hồ muối amoni nitrit theo phản ứng: NH4NO2 → N2 + 2H2O Có thể thay NH4NO2 hỗn hợp bão hoà muối : NH4Cl + NaNO2 Còn nitơ tinh khiết điều chế phản ứng nhiệt phân azit: 2NaN3 → 2Na + 3N2 - Lợi dụng tính hoạt động nitơ, người ta dùng khí nitơ làm khí trơ luyện kim, CN điện tử CN thực phẩm Nitơ lỏng dùng để bảo quản máu mãu sinh vật khác Hơn thế, hợp chất nitơ có vai trị quan trọng sống sinh vật, đặc biệt thực vật, dùng làm loại phân đạm, B/ PHOTPHO (P) I Trạng thái thiên nhiên tính chất vật lý Là nguyên tố phổ biến thiên nhiên, chiếm khoảng 0,04% tổng số nguyên tử vỏ Trái đất Tập trung chủ yếu dạng khống photphorit: Ca3(PO4)2 apatit: 3Ca3(PO4)2.CaF2 Nước ta có mỏ mỏ apatit lớn Lào Cai, số mỏ photphorit Thái Nguyên, Thanh Hố Ngồi ra, photpho cịn có protein thực vật (hạt, quả, ); xương, răng, bắp thịt, não, người động vật Có dạng thù hình: P trắng, P đỏ P đen: - Photpho trắng khối suốt trơng giống sáp, có mạng lưới lập phương, mắt xích phân tử P4 liên kết lực Vandevan, dễ nóng chảy (t0nc= 44,10C) dễ bay (t0sôi=2570C), mềm dễ tan dung môi không phân cực Hơi photpho trắng có mùi tỏi chưng cất 1000C Photpho trắng độc, liều lượng làm chết người 0,1g Dưới tác dụng ánh sáng nhiệt (2500C) chuyển dần sang dạng bền P đỏ P trắng (mạng tinh thể) P4 P2 nguyên tử P Hình 1: Hình ảnh phân tử P4 - Photpho đỏ: (cịn gọi photpho tím) chất bột màu đỏ, nóng chảy 6000C, áp suất cao hơn, thăng hoa 6000C tạo thành với phân tử P4 Hơi mà ngưng tụ lại photpho trắng Photpho đỏ dạng polime nhiều dạng cấu trúc khác đến chưa xác định Tuỳ theo cách điều chế mà dạng thu có cấu trúc khác nhau, màu sắc biến đổi từ đỏ đến tím Khơng độc - Photpho đen: tạo nên đun nóng P trắng 2200C - 3700C khoảng ngày, đun áp suất cao (12000 atm) Photpho đen dạng polime có mạng lưới nguyên tử Mỗi nguyên tử P liên kết với ba ngyuên tử P khác liên kết cộng hoá trị, độ dài liên kêt P-P 2,18 A0 Mạng lưới có kiến trúc lớp giống than chì Photpho đen chất bán dẫn, bền P đỏ P trắng Nó khó nóng chảy khơng tan dung môi P đen chất bán dẫn, khơng độc II Tính chất hố học skkn So với nitơ, photpho hoạt động độ âm điện P nhỏ N Sở dĩ bình thường N P tồn dạng N2 P4, liên kết P—P P4 bền nhiều so với liên kết N —N N2 Hơn nữa, P trạng thái kích thích với electron độc thân > tạo liên kết cộng hoá trị Mặt khác, có nhiều dạng thù hình mà tính chất chúng phụ thuộc vào dạng thù hình P trắng hoạt động nhất-> P đỏ->P đen Trong phản ứng hoá học, tuỳ theo chất tham gia mà photpho chất oxi hố (tạo hợp chất photpho có số oxi hố - 3), chất khử (tạo hợp chất photpho có số oxi hố + +5) Tính oxi hố: Photpho thể rõ rệt tính oxi hoá tác dụng với số kim loại hoạt động, tạo phơtphua kim loại Ví dụ: Phản ứng Na, Ca, Zn, Các photphua dễ bị thuỷ phân tạo photphin (PH3), điphotphin (P2H4) Tính khử: Photpho thể tính khử khí tác dụng với phi kim hoạt động, oxi, ozon, halogen, lưu huỳnh, chất oxi hoá mạnh khác a) Tác dụng với phi kim: +Tác dụng với oxi: Phản ứng tổng quát dạng đơn giản: + Thiếu oxi: 4P + 3O2 → 2P2O3 + Dư oxi: 4P + 5O2 → 2P2O5 Viết công thức electrron công thức cấu tạo phân tử sau: P 2O3, P2O5, P4O6, P4O10 theo công thức Lewis: VD: P trắng + O2 điều kiện thường, bốc cháy 400C P đỏ + O2 2500C…… P đen + O2 4000C (Viết P4, phản ứng viết tạo P4O6 P4O10) Điều kiện thường, P trắng bị oxi hoá từ từ phát ánh sáng màu lục yếu thấy bóng tối, gọi “lân quang” Đó lượng phản ứng hố học, ngồi q trình oxi hố chậm cịn tạo ozon O3, theo phản ứng: P + O2 → PO + O O + O2 → O3 + Tác dụng với phi kim khác: P phản ứng với halogen, S, … cho sản phẩm tương tự oxi Ví dụ: Cho khí clo qua photpho nóng chảy, thu hợp chất photpho clorua - Thiếu clo: 2P + 3Cl2 → 2PCl3 (photpho triclorua) - Dư clo: 2P + 5Cl2 → 2PCl5 (photpho pentaclorua) (Dựa theo thuyết VB giải thích dạng hình học hai phân tử theo mơ hình VSEPR) b) Tác dụng với hợp chất: + Photpho tác dụng dễ dàng với hợp chất có tính oxi hố mạnh KClO 3, KNO3, K2Cr2O7, HNO3, H2SO4(đặc), Viết phương trình phản ứng P với chất (với muối trình phân huỷ muối tạo oxi, oxi tạo oxi hoá P tạo oxit, cịn axit oxi hố P tạo axit): 6P + 5KClO3 3P2O5 + 5KCl 2P + 5KNO3 P2O5 + 5KNO2 6P + 10K2Cr2O7 10K2CrO4 + 5Cr2O3 + 3P2O5 P + 5HNO3(đặc) → H3PO4 + 5NO2 + H2O 2P + 5H2SO4(đặc) → 2H3PO4 + 5SO2 + 2H2O + Photpho trắng giải phóng kim loại khỏi dung dịch muối vàng, bạc đồng Ví dụ: 2P + 5CuSO4 + 8H2O → skkn 2P + 5CuSO4 + 8H2O → 5Cu + 2H3PO4 + 5H2SO4 + Nhiệt độ cao (8000C) P đỏ phản ứng nước tạo H3PO4 có xúc tác (Pt Cu): 2P + 8H2O → 2H3PO4 + 5H2 + Photpho tương tác với dung dịch kiềm chúng vừa thể tính oxi hố tính khử: 4P + 3KOH + 3H2O → PH3 +3KH2PO4 * Kết luận: P nói chung vừa có tính oxi hố vừa có tính khử, nhiên tính chất tính khử III.2.3 Điều chế ứng dụng - Trong CN người ta sản xuất P cách nung hỗn hợp photphorit + cát + than cốc 1500 0C với điện cực than: 2Ca3(PO4)2 + 6SiO2 → 6CaSiO3 + P4O10 P4O10+ 10C → 10CO + P4 - Vai trị: có vai trị quan trọng sống, với nitơ, cacbon oxi cấu thành nên protein động vật thực vật Được thực vật tích tụ lại chủ yếu hạt Photpho chiếm 1,16% khối lượng thể người Trong đất để đảm bảo lượng photpho người ta thường bón phân lân với phân đạm, kali, …Thức ăn chiếm nhiều photpho phomat, lịng đỏ trứng, đậu, … Mỗi ngày trung bình người cần bổ sung khoảng – 1,2g photpho C/ ASEN (As) I Tính chất hố học: Trong khơng khí, nhiệt độ thường As bị oxi hố bề mặt , đun nóng cháy tạo oxit: 4As + 3O2 → As2O3 Phản ứng với halogen: 2As + 3Cl2 → AsCl3 Phản ứng với kim loại kiềm, kiềm thổ kim loại khác > asenua, với số kim loại lại tạo nên hợp kim Do điện cực dương nên khơng tan axit HCl, tan HNO3 biến thành axit asenic H3AsO4: 3As + HNO3 + 2H2O → H3AsO4 + NO Ngồi asen cịn có tính chất mà ngun tố khác khơng có: tan kiềm (nóng chảy) 2As + 6NaOH → 2Na3AsO3 + 3H2 II Điều chế ứng dụng Điều chế asen, người ta đốt cháy khống vật sunfua khơng khí để lấy oxit, dùng than khử oxit thành kim loại 2As2S3 + 9O2 → SO2 + 2As2O3 As2O3 +3C → 3CO +2As D/ ANTIMON (Sb) VÀ BITMUT (Bi) Trong điều kiện thường Sb không bị biến đổi, Bi bị oxi hoá thành oxit giống asen: 4Bi + 3O2 → Bi2O3 Cả hai nguyên tố phản ứng với halogen (bốc cháy) 2E + 3Cl2 → ECl3 Phản ứng với kim loại kiềm, kiềm thổ kim loại khác > antimonua, bitmutua, với số kim loại khác lại tạo nên hợp kim Do điện cực dương nên Sb, Bi không tan axit HCl, tan HNO biến thành axit meta-antimonic HSbO3, Bitmut thể kim loại, tạo thành muối nitrat Bi(NO3)3: 3Sb + HNO3 → HSbO3 + NO + H2O Bi + 4HNO3 → Bi(NO3)3 + NO + 2H2O HỢP CHẤT skkn I HỢP CHẤT CỦA NITƠ I.1- Hợp chất với Hidro Amoniac (NH3) 1.1- Trạng thái thiên nhiên Trong thiên nhiên khí amoniăc sinh trình thối rữa protit xác sinh vật, trình phân huỷ ure chất tiết sinh vật tác dụng số vi khuẩn Nó sản phẩm phụ, thu q trình sản xuất than cốc khí thắp 1.2- Cấu tạo phân tử: Cấu trúc phân tử NH3 có dạng hình chóp tam giác mà đáy tam giác đều: N độ dài liên kết N-H : 1,02A góc liên kết HNH : 1070 lượng trung bình: 385 kJ/mol H H momen lưỡng cực  = 1,48 D (Phân tử phân cực) H Hình 1: Cấu trúc phân tử NH 1.3- Tính chất vật lý Là khí khơng màu, mùi khai sốc, nhẹ khơng khí t0nc = - 77,750C, t0s=-33,350C Là phân tử có cực, nên dễ tan nước ( 1lít nước 20 0C hồ tan khoảng 800 lít khí NH3), dung dịch NH3 đậm đặc thường có nồng độ 25% D = 0,91 g/ml (Thí nghiệm hồ tan khí NH hình 2.3 - trang 42 - SGK BNC) Hiện tượng tan nhiều NH giải thích tạo thành liên kết hidro phân tử NH3 với phân tử H2O phân tử NH3 phân cực mạnh Do có cực tính lớn nên phân tử NH3 kết hợp liên kết hidro nên nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sơi nhiệt hố NH3 cao so với hợp chất tương tự Cũng giống nước, amoniac dạng lỏng tự điện ly : 2NH3 ⇌ NH4+ + NH2- K-50 C=CNH4+ CNH2- =2.10-33 (rất bé) axit bazơ Ví dụ phản ứng trung hoà axit-bazơ NH3 lỏng : KNH2 + NH4Cl → KCl + 2NH3 Những chất Zn(NH2)2, Al(NH2)3 … tan axit bazơ nên chúng chất lưỡng tính Amoniăc lỏng thể hồ tan kim loại kiềm kiềm thổ, tạo nên dd có màu xanh thẫm 1.4- Tính chất hố học: a) Tính bazơ yếu: Nó chất hoạt động, với cặp electron tự kết hợp với nhiều chất + Tác dụng với H2O: Khi NH3 tan nước, phần nhỏ phân tử NH3 kết hợp với ion H+ nước tạo thành ion NH4+ dung dịch có tính bazơ theo cân bằng: NH3 + H2O ⇌ NH4+ + OH Kb = 1,8.10-5 Chúng ta khơng viết sản phẩm NH4OH khơng tồn phân tử Khi cho quỳ tím hay phenolphtalein vào dung dịch NH OH- dung dịch tác dụng với quỳ tím, với phenolphtalein làm đổi sang màu xanh, xuất màu hồng Dựa vào tính chất dùng giấy quỳ ẩm, giấy ẩm có thuốc thử phenolphtalein để nhận khí NH3 (Làm tập phần phản ứng axit - bazơ có liên quan tới NH3)? + Tác dụng với axit: NH3 dạng khí hay dung dịch kết hợp dễ dàng với axit mạnh tạo muối amoni Ví dụ: Viết phương trình phản ứng NH (có thể khí dung dịch) với axit HCl, HNO3, H2SO4, H3PO4 theo tỉ lệ mol khác ? skkn + Tác dụng với dung dịch muối: Các dung dịch muối kim loại từ Mg trở sau dãy điện hoá ( ) tác dụng với NH (có thể khí dung dịch) tạo hiđroxit kết tủa Ví dụ: Mg2+ + NH3 + H2O Al3+ + NH3 + H2O Tổng quát: Mn+ + NH3 + H2O Mg2+ + 2NH3 + 2H2O ⇌ Mg(OH)2↓ + 2NH4+ K = Ks.Kb2 = 101,38 3+ + Al + 3NH3 + 3H2O → Al(OH)3↓ + 3NH4 K = Ks.Kb3 = 1018,12 (rất lớn) Tổng quát: Mn+ + nNH3 + nH2O → M(OH)n + nNH4+ K = Ks.Kbn = 10m Nhận xét: Muối ion Al3+, Mn2+, Cr2+, Cr3+, Fe2+, Fe3+, Sn2+, Pb2+, (các ion kim loại không tạo phức với NH3) kết tủa hoàn với NH3 dạng hiđroxit có số cân lớn Cịn muối Mg2+ khơng kết tủa hồn tồn với NH3 dạng hiđroxit có số cân khơng lớn b) Phản ứng tạo phức: + Phản ứng hoà tan số hiđroxit, muối: - Các hiđroxit M(OH)n (M Cu, Ag, Zn, Cd, Hg, Co, Ni: kim loại nhóm IB, IIB, Co, Ni) tan dung dịch NH3 phản ứng tạo phức tan nước CuOH + 2NH3(dư) → [Cu(NH3)2] + + OHAg2O + 4NH3(dư) + H2O → 2[Ag(NH3)2] + + 2OHCu(OH)2 + 4NH3 (dư) → [Cu(NH3)4]2+ + 2OHCo(OH)2 + NH3 (dư) → [Co(NH3)6]2+ + 2OH+ Đánh giá khử hoà tan muối AgCl, AgBr, AgI dung dịch NH 3: ? (dựa theo tổ hợp cân bằng) AgCl + 2NH3 → [Ag(NH3)2]+ + Cl- K1 = Ks.β2= 10-10.107,24 = 10-2,76 AgBr + 2NH3 → [Ag(NH3)2]+ + Br- K2 = Ks.β2= 10-12,3.107,24 = 10-5,06 AgI + 2NH3 → [Ag(NH3)2]+ + I- K3 = Ks.β2= 10-16.107,24 = 10-8,76 Nhận xét: Theo cân cho thấy: K1 khơng q bé, phức lại bền nên AgCl tan dung dịch NH3 AgBr, đặc biệt AgI có số cân nhỏ nên coi AgBr, AgI không tan NH3 Dựa vào tính chất tách AgCl khỏi hỗn hợp + Nêu tượng giải thích phương trình phản ứng nhỏ từ từ dung dịch NH3 vào dung dịch muối Cu2+, muối Zn2+ (muối ion kim loại tạo hiđroxit tan dung dịch NH3) nhỏ ngược lại - Khi nhỏ từ từ dung dịch NH3 vào dung dịch muối Cu2+, thấy vừa có kết tủa màu xanh dung dịch có màu xanh đậm Sau kết tủa lại tan dần đến hết thấy dung dịch màu xanh đậm Do phản ứng sau: Cu2+ + 2NH3 + 2H2O → Cu(OH)2(xanh) + 2NH4+ Cu2+ + 4NH3 → [Cu(NH3)4]2+(xanh đậm) Phản ứng cho phản ứng axit - bazơ theo thuyết Liuyts Cu(OH)2 + 4NH3 → [Cu(NH3)4]2+ + 2OHNếu nhỏ dung dịch muối Cu2+ vào dung dịch NH3 chủ yếu thấy dung dịch màu xanh đậm dần, phản ứng: Cu2+ + 4NH3 → [Cu(NH3)4]2+(xanh đậm) NH3 kết hợp với nhiều muối kim loại > amoniacat dạng tinh thể CaCl2.8NH3, CuSO4.4NH3…Các amoniacat giống hidrat tinh thể ngậm nước c) Tính khử: Do nitơ NH3 có số oxi hố thấp nitơ -3, nên NH3 tính khử gặp chất oxi hoá : O2, X2, oxit kim loại, … + Tác dụng với oxi: Khi đốt khí NH3 khí O2 cho thấy lửa màu vàng (Hình 2.5 - trang 43): 4NH3 + 3O2 2N2 + 6H2O skkn Nếu thổi nhanh hỗn hợp khí NH3 O2 qua xúc tác Pt (ở 8500C) tạo NO H2O: 4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O Phản ứng phản ứng để điều chế axit HNO3 công nghiệp, NH3 đốt với oxi khơng khí + Tác dụng với halogen (Xem phần halogen): - Flo: 3F2(k) + 4NH3(k) → NCl3(k) + 3NH4F - Clo brom oxi hố mãnh liệt NH3 trạng thái khí dung dịch: Ví dụ: Nếu thực phản ứng trong pha khí: 2NH3(k) + 3Cl2(k) → N2(k) + 6HCl(l) (NH3 + HCl → NH4Cl) Có khói trắng hạt NH4Cl tạo có màu trắng Nếu thực phản ứng trong hệ dung dịch: 8NH3(dd) + 3Cl2 → N2 + 6NH4Cl Nếu clo dư: 3Cl2 + NH4Cl → NCl3 + 4HCl - Iot tác dụng với dung dịch NH3 tạo nên kết tủa màu đen phản ứng: 3I2 + 2NH3 → NI3NH3 + 3HI (NI3NH3 dạng khô dễ bị nổ va trạm) + Tác dụng với oxit kim loại: NH3 khử số oxit kim loại hoạt động tạo kim loại, nitơ nước Ví dụ: Cho khí NH3 qua ống đựng bột CuO, nung nóng thấy có màu đỏ xuất theo phản ứng: 2NH3 + 3CuO 3Cu + N2 + 3H2O + Tác dụng với kim loại: Ở nhiệt độ cao, nguyên tử hidro phân tử amoniăc thay nguyên tử kim loại hoạt động > amiđua (nhóm NH2-), imiđua (nhóm NH2-), nitrua (N3-): - Tác dụng với kim loại kiềm tạo amiđua hiđro: Ví dụ: Phản ứng Na với khí NH3 3000C: 2Na + NH3 2NaNH2 + H2 Các amiđua có tính bazơ mạnh, dễ bị thuỷ phân hoàn toàn tạo theo phản ứng: NaNH2 + H2O → NaOH + NH3 - 800 C nhơm tác dụng với khí NH3 tạo nhôm nitrua hiđro: 2Al + 2NH3 2AlN + 3H2 AlN + 3H2O → Al(OH)3 + NH3 * Giải tích tính bazơ amiđua, imiđua nitrua: * Giải tích tính bazơ amiđua, imiđua nitrua: Các ion có kích thước nhỏ, điện tích âm lớn, nên dễ dàng nhận proton nước, có tính bazơ mạnh 1.5- Điều chế a) Trong phịng thí nghiệm: Muốn điều chế nhanh lượng khí NH3 phịng thí nghiệm người ta đem đung nóng dung dịch NH3 đậm đặc Nếu khơng có dung dịch NH3 đậm đặc, ta cho muối amoni tác dụng với bazơ kiềm mạnh khí đun nóng nhẹ Ví dụ: Cho Ca(OH)2 tác dụng với dung dịch muối NH4Cl: 2NH4Cl + Ca(OH)2 CaCl2 + 2NH3↑ + 2H2O Trước người ta tạo amoniăc cách: CaCN2 + 3H2O → CaCO3 + 2NH3↑ Khí NH3 bay từ dung dịch có lẫn H2O Có thể dùng hố chất sau để khơ khí (tinh chế NH3)? Bột CaO, bột P2O5, axit H2SO4(đậm đặc), CaCl2(khan), CuSO4(khan), NaOH(rắn), (Đánh dấu vào chất dùng được?) b) công nghiệp: 10 skkn D H muối axit tương ứng I J Cả hai axit chất rắn màu trắng, dễ bị phân hủy nhiệt I phân hủy nhiệt theo giai đoạn J qua hai giai đoạn sau Xác định công thức phân tử từ A – H vẽ công thức cấu tạo chúng Xác định công thức phân tử I, J, K, L, M, Q viết phương trình phân hủy nhiệt I J Vẽ công thức cấu tạo K Đề nghị chất khác cho sản phẩm phân hủy giống sản phẩm phân hủy I viết phương trình phản ứng tương ứng Hướng dẫn Ta thấy tổng phần trăm khối lượng nguyên tố muối A-H nhỏ 100% Do nguyên tố lại oxi Từ phần trăm khối lượng nguyên tố biết dễ dàng tính %O Vậy công thức muối tương ứng: A: Na : N : O = 46.9/23 : 9.5/14 : 43.6/16 = 2.039 : 0.678 : 2.725 = 3:1:4 → A = Na3NO4 B: Na : N : O = 27.1/23 : 16.5/14 : 56.4/16 = 1.178 : 1.178 : 3.525 = 1:1:3 → B = NaNO3 С: Na : N : O = 33.3/23 : 20.3/14 : 46.4/16 = 1.448 : 1.45 : 2.9 = 1:1:2 → C = NaNO2 D: Na : N : O = 43.4/23 : 26.4/14 : 30.2/16 = 1.887 : 1.886 : 1.888 = 1:1:1 → D = (NaNO)n tương ứng với Na2N2O2 E: Na : P : O = 42.1/23 : 18.9/31 : 39/16 = 1.83 : 0.61 : 2.44 = 3:1:4 → E = Na3PO4 F: Na : P : O = 22.5/23 : 30.4/31 : 47.1/16 = 0.978 : 0.98 : 2.944 = 1:1:3 → F = NaPO3 G: Na : P : O = 36.5/23 : 24.6/31 : 38.9/16 = 1.587 : 0.794 : 2.431 = 1.999:1:3.062 Nếu G Na2PO3 ứng với trạng thái oxi hóa P +4, khơng phải +3 Do dự đóan G chứa hidro, công thức tương ứng G = Na2HPO3 H: Na : P : O = 26.1/23 : 35.2/31 : 38.7/16 = 1.135 : 1.135 : 2.419 = 1:1:2, tương tự H có cơng thức H = NaH 2PO2 Chú ý hóa trị tối đa N P nên ta vẽ cơng thức cấu tạo anion tạo từ muối tương ứng sau: Các axit tương ứng muối Na2N2O2 NaH2PO2 H2N2O2 H3PO2 Sự phân hủy muối: Do đó: I = H2N2O2, J = H3PO2, K = N2O, L = H3PO3, M = H3PO4, Q = PH3 Công thức cấu tạo N2O 41 skkn Các chất phân hủy cho N2O H2O là: Bài 19: Một nguyên tố X tạo nhiều oxit axit Lấy muối natri axit có chứa X phân tích thấy: Muối Na (%) X(%) O (%) 32,4 21,8 45,1 36,5 24,6 38,1 20,7 27,9 50,5 26,1 5,2 36,4 Xác định công thức phân tử, viết công thức cấu tạo muối Y cấu tạo nên từ hidro nitơ Khối lượng 2,462 lít khí Y 27,30C 0,5 atm khối lượng 1,68 lít oxi đo 54,60C 0,8 atm a Xác định công thức phân tử tên Y Viết công thức Lewis Y Cho biết trạng thái lai hóa N Y ? Từ mơ tả cấu trúc không gian Y b Thực nghiệm cho biết nước Y có khả điện li nấc tạo thành dung dịch có tính bazơ Giải thích tạo Y có tính bazơ Viết nấc điện li Y? c Viết phương trình phản ứng Y tác dụng với: dung dịch HCl, dung dịch kali hipoclorit, Dung dịch KMnO4 H2SO4 loãng Nêu tượng viết phương trình phản ứng xảy tiến hành thí nghiệm sau: ( khơng cần tính tốn) a Thêm dần dung dịch NaNO2 vào dung dịch I2 (trong dung dịch KI) dư Thêm giọt dung dịch HCl vào dung dịch thu dung dịch chuyển màu b Dung dịch A có chứa ion S2-0,01M; Cl- 0,01M Cho dung dịch AgNO3 từ từ vào dung dịch A, sau thêm tiếp KCN từ từ đến dư vào dung dịch thu Cho T (AgCl) = 10-10; T (Ag2S) = 10-19,7; số bền phức Kb ([Ag(CN)2]-) = 10-21,1 Hướng dẫn 1) Các muối có: %mNa+ %mX + %mO < 100%  muối có H - Muối 1: Gọi SOX X a BT SOX: 1.32,4/23 + a.21,8/X + (-2).45,1/16 + 1.0,7/1 = Mà a = 1; 2; 3; 4; 5; 6;  a =  X = 31: P thỏa mãn Muối 1: Na : P : O : H = 2:1:4:1 Na2HPO4 - Muối 2: Na2HPO3 - Muối 3: Na2H2P2O7 42 skkn - Muối 4: NaH2PO2 2) a MX = 32 Gọi X NxHy  N2H4: hidrazin N: lai hóa sp3  tứ diện ghép đôi: N(1) tâm tứ diện gồm đỉnh H(1); H(2); N(2) có đơi e chưa liên kết N(1) N(2) tâm tứ diện gồm đỉnh H(3); H(4); N(1) có đơi e chưa liên kết N(2) b Mỗi ngun tử N hidrazin cịn đơi e chưa liên kết có khả nhận proton  tính bazơ phân li theo nấc: N2H4 + H2O ⇄ N2H5+ + OH- N2H5+ + H2O ⇄ N2H62+ + OH- c N2H4 + HCl  N2H5Cl hay N2H4 + 2HCl  N2H6Cl2 N2H4 + 2KClO  2KCl + N2 + 2H2O 5N2H4 + 4KMnO4 + 6H2SO4  4MnSO4 + 2K2SO4 + 5N2 + 16H2O 3) a Dung dịch I2 (trong KI) có màu nâu, thêm NaNO2 dung dịch màu do: NO2- + I3- + H2O  NO3- + 3I- + 2H+ Thêm HCl dung dịch chuyển lại màu nâu đồng thời có khí khơng màu sau lại hóa nâu khơng khí do: NO2- + H+  HNO2 2HNO2 + 2I- + 2H+  2NO + I2 + 2H2O NO + ½ O2  NO2 b Có kết tủa màu đen xuất trước, sau đến kết tủa màu trắng 2Ag+ + S2-  Ag2S Ag+ + Cl-  AgCl Khi thêm KCN vào AgCl tan tạo phức, lại màu đen Ag2S không tan KCN: AgCl + 2KCN  K[Ag(CN)2] + KCl Bài 20: Hợp chất A có thành phần gồm nitơ hiđro, được sử dụng làm nhiên liệu cho tên lửa Ở điều kiện nhiệt độ áp suất, thể tích A có khối lượng khối lượng thể tích khí oxi a) Xác định cơng thức phân tử, cơng thức cấu tạo A cho biết trạng thái lai hóa nitơ A b) Dựa vào đặc điểm cấu tạo, so sánh tính bazơ tính khử A với NH3 Giải thích Hướng dẫn 43 skkn Gọi công thức chất A NxHy Ở điều kiện nhiệt độ áp suất, thể tích khí A có khối lượng khối lượng thể tích khí oxi  = 32 14x + y.1 = 32  x= 2, y=  chất A N2H4 ( hiđrazin) Công thức cấu tạo N2H4: Trong N2H4, hai nguyên tử N trạng thái lai hóa sp3, phân tử N2H4 coi sản phẩm nguyên tử H NH3 nhóm NH2 b) Dựa vào đặc điểm cấu tạo, so sánh tính bazơ, tính khử N2H4 NH3: - Tính bazơ NH3 lớn N2H4 phân tử N2H4 coi sản phẩm nguyên tử H NH3 nhóm NH2, nguyên tử N có độ âm điện lớn, nhóm NH hút electron làm giảm mật độ electron nguyên tử nitơ N 2H4 so với NH3  tính bazơ N2H4 yếu NH3 - Tính khử N2H4 mạnh NH3 phân tử N2H4 có liên kết N-N bền ( lực đẩy cặp electron chưa liên kết nguyên tử N)  phân tử N2H4 bền nên thể tính khử mạnh NH3 Do N2H4 có tính khử mạnh, phản ứng đốt cháy N2H4 tỏa nhiệt lượng lớn nên hiđrazin sử dụng làm nhiên liệu cho tên lửa Bài 21: Để loại trừ ion nước (các ion có mặt nước xuất phát từ phân bón) khử thành cách cho qua lưới có chứa bột Cd 1) Viết nửa phản ứng hai cặp môi trường axit Chứng minh HNO2 bị phân hủy môi trường pH = đến 2) Ở pH = 7, nồng độ 10-2M Viết phản ứng Cd Hỏi có bị khử hồn tồn 25 C điều kiện khơng? Tính nồng độ cịn lại nước cân 3) Tính khử (thế oxy hóa - khử) chuẩn cặp pH = 14 250C -Cho biết số liệu sau 250C: ; E0(Cd2+/Cd) = -0,40V; Ka(HNO2) = 5.10-4; Ks(Cd(OH)2) = 1,2.10-14 Giải a) E0 = 0,94V E0 = 0,98V Ở pH = E0(HNO2/NO) > E0( /HNO2) nên HNO2 bị phân hủy theo phản ứng: Ở pH = thì: E0 = 0,94 + 0,059/2(lg10-6) = 0,763V E0(HNO2/N5O)= 0,98 + 0,059 lg10-6 = 0,626V E0 lớn E0(HNO2/NO) nên HNO2 không bền b) Giả thiết phản ứng hồn tồn Ở pH = [Cd2+] = Ks/[OH-]2 = 1,2M Nồng độ Cd2+ sau phản ứng nhỏ nhiều so với 1,2M nên khơng có kết tủa Cd(OH)2 44 skkn Để tính cân cần tính số cân K phản ứng trên: K1 K1 K = K1.K2.K3 lgK1 = K = 2,65 1045.5.10-4.(10-14)2 = 1,325.1014 Hằng số K lớn nên phản ứng gần hoàn toàn Ở pH = ta có: Nđcb: (10-2 – x) =  Như ta có: x = 10-2 x = 10-2 10-7 c) lgK1 = BÀI TẬP PHẦN P VÀ CÁC PHI KIM NHĨM VA KHÁC Bài 1: Hồn thành phương trình phản ứng sau: P4 + AgNO3 + H2O P4 + CuSO4 + H2O P4 + KOH PH3 + Cl2 Ca3(PO4)2 + SiO2 + C PH3 + O2 PH3 + AgNO3 + H2O Ca3P2 + H2O P4O10 + nước lạnh 10 P4O10 + nhiều nước nóng 11 H3PO2 + Cl2 + H2O 12 As + HNO3 + H2O 13 Sb + + HNO3 + H2O 14 Bi+ HNO3 + H2O 15 As + NaOHnc Bài Một nguyên tố X có khả phản ứng với canxi cho chất Y Mặt khác X tan dung dịch kiềm tạo hợp chất A khí B có chứa nguyên tố X A phản ứng với clorua vôi thu kết tủa C Kết tủa chuyển thành Y xử lý với nhơm nhiệt độ cao Hịa tan chất Y dung dịch HCl loãng thu B Biết xử lí C với SiO2 than cốc thu X, cịn trường hợp khơng có than cốc thu D D tan dung dịch axit loãng kiềm loãng Lập luận xác định cấu trúc chất chưa biết viết phương trình phản ứng xảy HD: Do X phản ứng với Ca nên X phi kim Trong dung dịch kiềm X hòa tan sinh muối tan khí Ngun tố X có mặt hai thành phần Trong hợp chất khí tồn liên kết X - H Như có ba khả Silan, Photphin amoniac X sinh cho than cốc tác dụng với muối C (Có chứa X) SiO2 nên X photpho Các phản ứng xảy sau: P4 + 3NaOH + 3H2O  3NaH2PO2 + PH3 P4 + 6Ca  2Ca3P2 2NaH2PO2 + 4CaOCl2  Ca3(PO4)2 + CaCl2 + 2NaCl + 4HCl 2Ca3(PO4)2 + 10C + 6SiO2  6CaSiO3 + 10CO+ P4 3Ca3(PO4)2 + 16Al  3Ca3P2 + 8Al2O3 Ca3P2 + 6HCl  3CaCl2 + PH3 2Ca3(PO4)2 + 6SiO2  6CaSiO3 + P4O10 P4O10 + 6H2O  4H3PO4 P4O10 + 12NaOH  4Na3PO4 + 6H2O Bài 3: Một nguyên tố X tạo nhiều oxit axit Lấy muối natri axit có chứa X phân tích thấy: 45 skkn Muối Na (%) 32,4 36,5 20,7 26,1 X(%) 21,8 24,6 27,9 5,2 O (%) 45,1 38,1 50,5 36,4 Xác định công thức phân tử, viết công thức cấu tạo muối Y cấu tạo nên từ hidro nitơ Khối lượng 2,462 lít khí Y 27,30C 0,5 atm khối lượng 1,68 lít oxi đo 54,60C 0,8 atm a Xác định công thức phân tử tên Y Viết công thức Lewis Y Cho biết trạng thái lai hóa N Y? Từ mơ tả cấu trúc khơng gian Y b Thực nghiệm cho biết nước Y có khả điện li nấc tạo thành dung dịch có tính bazơ Giải thích tạo Y có tính bazơ Viết nấc điện li Y? c Viết phương trình phản ứng Y tác dụng với: dung dịch HCl, dung dịch kali hipoclorit, Dung dịch KMnO4 H2SO4 loãng HD: Các muối có: %mNa+ %mX + %mO < 100%  muối có H - Muối 1: Gọi SOX X a BT SOX: 1.32,4/23 + a.21,8/X + (-2).45,1/16 + 1.0,7/1 = Mà a = 1; 2; 3; 4; 5; 6;  a =  X = 31: P thỏa mãn Muối 1: Na : P : O : H = 2:1:4:1 Na2HPO4 - Muối 2: Na2HPO3 - Muối 3: Na2H2P2O7 - Muối 4: NaH2PO2 a.MX = 32 Gọi X NxHy N2H4: hidrazin 46 skkn N: lai hóa sp3  tứ diện ghép đơi: N(1) tâm tứ diện gồm đỉnh H(1); H(2); N(2) có đơi e chưa liên kết N(1) N(2) tâm tứ diện gồm đỉnh H(3); H(4); N(1) có đơi e chưa liên kết N(2) b Mỗi ngun tử N hidrazin cịn đơi e chưa liên kết có khả nhận proton  tính bazơ phân li theo nấc: N2H4 + H2O ⇄ N2H5+ + OH- N2H5+ + H2O ⇄ N2H62+ + OH- c N2H4 + HCl  N2H5Cl hay N2H4 + 2HCl  N2H6Cl2 N2H4 + 2KClO  2KCl + N2 + 2H2O 5N2H4 + 4KMnO4 + 6H2SO4 4MnSO4 + 2K2SO4 + 5N2 + 16H2O Bài 4: Cho dãy chuyển hóa đây: Biết A E bazơ yếu; X Y đơn chất tồn thể khí, phân hủy mol Z thu 35,5 lít khí Y (đktc) a Xác định chất A, B, C, D, E, X, Y, Z b Viết đầy đủ phương trình phản ứng xảy dãy chuyển hóa cho Một ngun tố X có nhiều dạng thù hình, đa hóa trị, nguyên tố thiết yếu cho thể sống, không tồn trạng thái đơn chất tự nhiên Cho 1,55 gam X màu trắng tan hết axit HNO3 đặc nóng dư thu 5,6 lít khí NO2 (đktc) sản phẩm khử dung dịch Y chứa axit Cho sơ đồ phản ứng sau đây: (a) (b) Biết A, B, D, E, F, G, L, M, Q hợp chất X có phân tử khối thỏa mãn: MA + MG = 449; MB + ML = 100; MF + MQ = 444; MD + MM = 180 Xác định nguyên tố X chất A, B, D , E, F, G, L, M, Q Viết phương trình phản ứng theo sơ đồ phản ứng HD: a Xác định chất A -> Z: A: NH3 B: NaNH2 C: NaN3 D: HN3 E: N2H4 X: H2 Y: N2 Z: [N2H5]+[N3]b Viết phương trình phản ứng 2NH3 + 2Na 2NaNH2 + H2 (1) 2NaNH2 + N2O NaN3 + NaOH + NH3 (2) NaN3 + HCl NaCl + HN3 (3) HN3 + N H4 [N2H5]+[N3](4) + 12[N2H5] [N3] 3N2H4 + 16NH3 + 19N2 (5) 2N2 + 3H2 2NH3 (6) 2NH3 + H2O2 N2H4 + 2H2O (7) (NH2)2CO + NaOCl + 2NaOH N2H4 + H2O + NaCl+ Na2CO3 (8) 47 skkn c * Theo giả thiết, X phải phi kim Áp dụng bảo toàn mol electron X X+n + ne a a.n => a.n = 0,25 (1) => MX a = 1,55 (2) (1), (2) => N+5 + 1e 0,25 N+4 0,25 (mol) => n = ; MX = 31 => X P (photpho) * Xác định chất sơ đồ (a) (b) : - X tác dụng Ca G Ca3P2 - MA + MG = 449 MG = 449 – 182 = 267, mặt khác X tác dụng với dung dịch Ba(OH)2 tạo A phải muối A Ba(H2PO2)2 - G tác dụng với H2O L PH3 - MB + ML = 100 MB = 100 – 34 = 66, mặt khác A tác dụng với H2SO4 tạo B B H3PO2 - B tác dụng với CuSO4 có tính oxi hóa tạo D tác dụng với NaOH D H3PO4 E Na2HPO4 - MD + MM = 180 MM = 180 – 98 = 82, mặt khác L tác dụng với AgNO3 có tính oxi hóa tạo M, M nước tạo D M H3PO3 - Nhiệt phân D nước tạo Q Q H4P2O7 - MF + MQ = 444 MF = 444 - 178 = 266, mặt khác nhiệt phân E tạo F F Na4P2O7 Vậy chất sơ đồ phản ứng cho là: A – Ba(H2PO2)2 ; B – H3PO2 ; D- H3PO4 ; E – Na2HPO4; F- Na4P2O7 ; ; G - Ca3P2; L – PH3 ; M – H3PO3 ; Q – H4P2O7 Phương trình phản ứng: 8P + 3Ba(OH)2 + 6H2O 3Ba(H2PO2)2 + 2PH3 (1) Ba(H2PO2)2 + H2SO4 2H3PO2 + BaSO41 (2) H3PO2 + 2CuSO4 + 2H2O 2Cu + H3PO4 + 2H2SO4 (3) H3PO4 + 2NaOH Na2HPO4 + H2O (4) 2Na2HPO4 Na4P2O7 + H2O (5) 2P + 3Ca Ca3P2 (6) Ca3P2 + 3H2O 3Ca(OH)2 + 2PH3 (7) PH3 + 6AgNO3 + 3H2O 6Ag + HNO3 + H3PO3 (8) 4H3PO3 PH3 + 3H3PO4 (9) 2H3PO4 H4P2O7 + H2O (10) Bài 5: Hợp chất X1 màu vàng, gồm nguyên tố, hòa tan hồn tồn axit nitric đặc đun nóng, giải phóng chất khí có tỉ khối 1,586 lần so với khơng khí Khi thêm bari clorua dư vào dung dịch thu trên, chất rắn màu trắng X2 tách Lọc kết tủa Phần nước lọc cho phản ứng với lượng dư dung dịch bạc sunfat tạo thành kết tủa gồm chất rắn X2 X3, chúng tách cách lọc Thêm giọt dung dịch natri hiđroxit vào phần nước lọc thu sau tách hai chất rắn đến dung dịch có mơi trường gần trung tính (pH khoảng 7) Tại thời điểm chất bột màu vàng X4 (trong Ag chiếm 77,31 % khối lượng) tách từ dung dịch Khối lượng X4 lớn so với khối lượng X2 phần kết tủa gần 2,4 lần 4.1 Xác định công thức hóa học chất từ X1 đến X4 4.2 Xác định cơng thức hóa học chất khí Viết cân phương trình hóa học dạng ion dạng phân tử tất phản ứng xảy 48 skkn 4.3 Trong đơn vị cấu trúc X1, cấu trúc tạo ngun tử có tính đối xứng Vẽ cấu trúc X1 4.4 Hãy dự đoán sản phẩm X1 tương tác với: (a) lượng dư oxi; (b) lượng dư axit sunfuric đặc nóng; (c) KClO3 rắn nghiền Viết cân phương trình hóa học phản ứng xảy HD: 4,1 Kết tủa X2 BaSO4 Kết tủa X3 AgCl Kết tủa vàng X4 HgO Ag3PO4 Tỉ lệ khối lượng mol phân tử X4 : X2 0,931 nên HgO : BaSO không phù hợp 1,798 cho Ag3PO4 : BaSO4 gấp 2,4 lần so với 4/3 Do đó, tỉ lệ mol 4Ag 3PO4: 3BaSO4 tương ứng với P : S = 4:3  X1 P4S3 X1 = P4S3 X2 = BaSO4 X3 = AgCl X4 = Ag3PO4 4,2 Khí có M = 1,586 × 29 = 46 g/mol, NO2 Hịa tan X1: P4S3 + 38HNO3 = 4H3PO4 + 3H2SO4 + 38NO2+ 10H2O Tạo thành X2: H2SO4 + BaCl2 = BaSO4+ 2HCl Tạo thành X2 X3: Ag2SO4 + 2HCl = 2AgCl + H2SO4 BaCl2 + Ag2SO4 = BaSO4 + 2AgCl Thêm NaOH tạo thành X4: H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2H2O 2H3PO4 + 6NaOH + 3Ag2SO4 = 2Ag3PO4 + 3Na2SO4 + 6H2O 4,3, Photpho sunfua P4S3 có hình dạng lồng (Hs vẽ cơng thức cộng hưởng phù hợp hóa trị chấp nhận) 4,4 a) P4S3 + 8O2 = 2P2O5 + 3SO2 b) P4S3 + 16H2SO4 = 4H3PO4 + 19SO2 + 10H2O (HS viết sản phẩm khử S thay cho SO2 chấp nhận) c) 3P4S3+ 16KClO3 = 16KCl + 6P2O5 + 9SO2 Bài 6: Một nguyên tố X, nguyên tử có ba lớp electron (K, L, M) có giá trị lượng ion hố I (tính theo kJ/mol) sau: I1 I2 I3 I4 I5 I6 1012 1903 2910 4956 6278 22230 Viết cấu hình electron X Xác định công thức phân tử , viết tên gọi chất sơ đồ viết PTHH thực chuyển hóa theo sơ đồ sau: 49 skkn Biết: Trong hợp chất A, B, C, D, E, F, G, H X có mức oxi hóa cao B, D, E tạo dung dịch làm đỏ quỳ tím Dung dịch F, G phản ứng với axit mạnh bazơ mạnh Các chất F, G, H đốt cho lửa màu tím Cho 0,1mol axit H3XO2 H3XO3 tác dụng với dung dịch KOH dư thu hai muối có khối lượng 10,408g 15,816g Xác định công thức cấu tạo gọi tên hai phân tử axit HD: Ta thấy có bước nhảy đột ngột lượng ion hóa sau tất e hóa trị bị tách Ở sau I5 có tăng đột biến, X có e hóa trị, thuộc nhóm VA, X có lớp e nên thuộc chu kì Vậy X photpho (P) Cấu hình e X: 1s22s22p63s23p3 Lập luận xác định kết sau: A B C D Ca3(PO4)2 H3PO4 P2O5 H4P2O7 Canxi photphat Axit photphoric Photpho(V) oxit Axit Axi Anhidrit điphotphoric orthophotphoric photphoric E F G H HPO3 KH2PO4 K2HPO4 K3PO4 Axit Kali Kali Kali hotphat metaphotphoric đihidrophotphat hidrophotphat -Các PTHH: (1) Ca3(PO4)2 + 3H2SO4  3CaSO4 + 2H3PO4 (2) 2H3PO4 H4P2O7 + H2O (3) H4P2O7 + H2O  2H3PO4 (4) H4P2O7 2HPO3 + H2O (5) 2HPO3 + H2O  H4P2O7 (6) Ca3(PO4)2 + 3SiO2 + 5C 3CaSiO3 + 2P + 5CO (7) P + 5HNO3 (đặc)  + 5NO2 + H2O (8) P + O2 P2O5 (9) P2O5 + 3H2O  2H3PO4 (10) H3PO4 + KOH  KH2PO4 + H2O (11) P2O5 + 2KOH + H2O  2KH2PO4 (12) KH2PO4 + KOH  K2HPO4 + H2O (13) P2O5 + 4KOH  2K2HPO4 + H2O (14) K2HPO4 + KOH  K3PO4 + H2O (15) P2O5 + 6KOH  2K3PO4 + 3H2O Từ 0,1 mol H3PO2 phản ứng với KOH tạo 0,1 mol muối  M muối = 10,408/ 0,1 mol = 104,08g/mol KxH3-xPO2 có M = 39,09 x + 1, 008 (3-x) + 30,97 + 32 = 104,08 M = 38,08 x + 65,994 = 104, 08  x = 50 skkn Công thức muối KH2PO2  phân tử axit có ngun tử H có tính axit Từ 0,1 mol H3PO3  0,1 mol muối KyH3-y PO3  khối lượng muối = 15,86g  M muối = 158,16g/mol 39,09 y + 1, 008 (3-y) + 30,97 + 48 = 158,16 38,08 y + 81,994 = 158, 16  38,08 y = 76,166  y = Công thức muối K2HPO3  phân tử axit có nguyên tử H axit Các nguyên tử H axit phải liên kết với O để bị phân cực mạnh nên hai axit có cơng thức cấu tạo: H3PO2 H3PO3 axit hypophotphorơ axit photphorơ Nguyên tố X (có nhiều dạng thù hình) có anion chứa oxy đóng vai trị quan trọng Bài 7: nhiễm nước Độ âm điện nhỏ oxy Nó tạo hợp chất phân tử với halogen Ngoài hai oxit đơn phân tử cịn có oxit cao phân tử X cịn có vai trị quan trọng sinh hóa Các obitan p có electron Đó ngun tố nào? Viết cấu hình X tạo với hydro nhiều hợp chất cộng hóa trị có cơng thức chung X aHb; dãy hợp chất tương tự dãy đồng đẳng ankan a Viết công thức cấu tạo chất đầu dãy b Một số hợp chất có ba đồng phân lập thể (tương tự axit tactric) Xác định hợp chất này? Nguyên tố X tạo axit có chứa oxy (oxoaxit) có công thức chung H 3XOn với n = 2, Viết công thức cấu tạo axit Đánh dấu (dấu mũi tên) nguyên tử H ghi số oxi hóa X hợp chất Một hợp chất dị vòng X, với cấu trúc phẳng J Liebig F.Wohler tổng hợp từ năm 1834, tạo thành từ NH4Cl với chất pentacloro X; sản phẩm phụ phản ứng khí dễ tan nước phản ứng axit mạnh a Viết phương trình phản ứng b Viết cơng thức cấu tạo hợp chất (NXCl2)3 Hợp chất vô vừa nêu có tính chất khác thường bị đun nóng: sơi 256oC bị đun nóng nhanh Nếu đun nóng chậm bắt đầu nóng chảy 250oC; làm nguội nhanh chất lỏng ta chất tương tự cao su Giải thích tính chất đặc biệt HD: Photpho Cấu hình [Ne]3s23p3 Công thức cấu tạo chất đầu tiên: 3.Công thức cấu tạo chất: 51 skkn 4.a 3NH4Cl + 3PCl5 = (NPCl2)3 + 12HCl b Công thức cấu tạo: Đun nóng nhanh → chất nóng chảy khơng bị gãy vịng Đun nóng chậm → vịng bị bẻ gãy tạo thành phân tử polyme có hệ liên hợp pi: Bài 8: Hợp chất vô X thành phần có nguyên tố Biết 120 < M X < 145 Cho X phản ứng với O2 thu chất Y Cho Y phản ứng với H 2O thu axit vô A B A phản ứng với dung dịch AgNO3 thu kết tủa trắng (C) kết tủa tan dung dịch NH3 B phản ứng với dung dịch NaOH dư thu muối D D phản ứng với dung dịch AgNO3 thu kết tủa vàng (E) Chất X phản ứng với H 2O thu axit G A, đun nóng G thu axit (B) khí H Xác định cơng thức phân tử chất viết phương trình phản ứng xảy Photpho tạo thành hợp chất trihalogenua PX3 (X: F, Cl, Br, I) a) Hãy cho biết góc XPX cực đại xác định bao nhiêu? b) Thực nghiệm xác định trị số góc khơng lớn, giải thích điều c) Giải thích góc liên kết PH3 93,6o cịn chuyển sang PF3 96,3o Giải thích CCl4 hoàn toàn trơ với nước thêm xúc tác Ag + SiCl4 lại cho phản ứng mãnh liệt với nước mà không cần đến xúc tác? HD: Cho X phản ứng với O2 Y X có tính khử X Y thuỷ phân axít X hợp chất phi kim Axít A phản ứng với AgNO3 tạo kết tủa trắng (C) tan NH Vậy (C) AgCl A HCl X chứa Clo Vì Clo có số oxi hố âm ngun tố phi kim cịn lại có số oxi hố dương nên axít B axít có oxi Muối D phản ứng với AgNO tạo kết tủa vàng muối D muối PO 3- nên axít B H3PO4 Vậy X hợp chất P Cl Với M X khoảng nên X PCl3 Y POCl3 Thuỷ phân X axít G A G H3PO3 Các phản ứng minh hoạ: HCl + AgNO3  AgCl + HNO3  AgCl + NH3  [Ag(NH3)2]Cl H3PO4 + 3NaOH  Na3PO4 + 3H2O Na3PO4 + 3AgNO3  Ag3PO4↓ vàng + 3NaNO3 PCl3 + 3HOH  H3PO3 + 3HCl Bài 9: Photpho đỏ tác dụng với Cl2 dư thu hợp chất A Đun nóng A với NH 4Cl dung mơi hữu thu hợp chất B có dạng [NP2Cl6][PCl6] Nếu tiếp tục đun, anion B phản ứng với NH4+ để tạo chất trung gian C có công thức Cl3P=NH, cation B phản ứng 52 skkn với C tạo cation D [N2P3Cl8]+ E [N3P4Cl10]+ Sau E tách cation F để tạo hợp chất thơm G (N3P3Cl6) Viết công thức cấu tạo chất ion A, C, D, E, F Viết công thức cấu trúc ion B xác định trạng thái lai hóa N, P B, G Hướng dẫn 2P + 5Cl2  2PCl5 (A) 2PCl5 + NH4Cl  [Cl3P=N=PCl3][PCl6] + 4HCl (B) + [PCl6] + NH4  Cl3P=NH + 3HCl (C) + [Cl3P=N=PCl3] + Cl3P=NH  [Cl3P=N –PCl2 =N=PCl3]+ + HCl (D) + [Cl3P=N–PCl2=N=PCl3] + Cl3P=NH  [Cl3P=N–PCl2=N–PCl2=N=PCl3]+ + HCl (E) + + [Cl3P=N –PCl2=N –PCl2=N=PCl3]  [PCl4] + (N3P3Cl6) (F) (G) (Vòng thơm (-N=PCl2-)3 Cấu trúc G ion B: Trạng thái lai hóa: G: P sp3; N sp2 B: P sp3 sp3d2 N sp Bài 10: A, B, C, D, E, F hợp chất có oxi nguyên tố X cho tác dụng với NaOH tạo chất Z H 2O X có tổng số hạt proton nơtron bé 35, có tổng số oxi hóa dương cực đại lần số oxi hóa âm -1 Hãy lập luận để tìm chất viết phương trình phản ứng Biết dung dịch chất A, B, C dung mơi nước làm quỳ tím hóa đỏ Dung dịch E, F phản ứng với dung dịch axit mạnh bazơ mạnh Hướng dẫn Xác định X: p+n