chuyên đề học tâp phần hoá học vô cơ bài tập về boron và hợp chấtcủa chúng

TRƯỜNG THPT CHUYÊN LÝ TỰ TRỌNGTỔ HÓA HỌCCHUYÊN Đ HỌC TÂPPHẦN HOÁ HỌC VÔ CƠBÀI TẬP V BORON VÀ HỢP CHẤTCỦA CHÚNG 2... LD do chFn đH tài Qua nhiu lần tìm hiểu, ch%ng em nhận th"y rằng

Trang 1

TRƯỜNG THPT CHUYÊN LÝ TỰ TRỌNG

TỔ HÓA HỌC

CHUYÊN Đ HỌC TÂPPHẦN HOÁ HỌC VÔ CƠ

BÀI TẬP V BORON VÀ HỢP CHẤTCỦA CHÚNG

2 Nhan Hoàng Phúc

Cần Thơ, 2021

Trang 2

Bi tâ p v boron v h p ch"t c#a ch%ng

1.4.1 Th>i gian th=c hiê n đ ti 4

1.4.2 Phân công th=c hiê n đ ti 4

Trang 3

Trang 4

PHẦN MC ĐẦU

1.1 LD do chFn đH tài

 Qua nhiu lần tìm hiểu, ch%ng em nhận th"y rằng trong chương trình giáo d4c bậcTrung h1c phổ thông ở hầu h<t các trư>ng hiện nay, đặc biệt l v bộ môn hóa h1c, các b7nh1c sinh vẫn chưa có cơ hội ti<p x%c nhiu v các ch# điểm hóa h1c v các d7ng bi tập đad7ng khác nhau Trong đó phải kể đ<n l các d7ng bi tập c=c kỳ th% vị c#a boron v h pch"t c#a boron

 Điu đó đã khi<n cho ch%ng em bâng khuâng, suy nghĩ, lm lm cách no để có thểgi%p cho các b7n h1c sinh cũng như những ngư>i đam mê môn hóa h1c có thể bi<t v ti<px%c nhiu hơn với các quy luật c#a boron v h p ch"t ch"t c#a boron cũng như s= mới mẻv lý th% c#a bi tập v những ch"t "y mang l7i Qua s= tìm tòi, suy nghĩ thì nhóm ch%ngem quy<t định sẽ nghiên c9u sâu hơn v có trắc l1c ki<n th9c một cách ch/nh xác v quyluật, s= khác biệt, liên quan đ<n t/nh ch"t đặc trưng c#a boron v h p ch"t c#a boron, bênc7nh đó ch%ng em còn sưu tầm nhiu lo7i bi tập khác nhau v boron v h p ch"t c#ach%ng qua các ti liệu h1c tập, sách vở, các trang m7ng h1c thuật cùng với với s= hướngdẫn c#a Thầy cô.

 Sau một th>i gian tìm tòi nghiên c9u, ch%ng em nhận ra việc nghiên c9u v các quyluật, t/nh ch"t v các bi tập v boron v h p ch"t c#a bron mang l7i một nguồn ki<n th9cr"t bổ /t, đặc biệt l nhiu cách giải bi tập một cách sinh động, không trở nên khô khan,máy móc Do đó, với s= đồng ý c#a giáo viên bộ môn, nhóm ch%ng em quy<t định sẽ ch1nchuyên đ “Bi tập v boron v h p ch"t c#a boron” để lm đ ti nghiên c9u chuyên đc#a nhóm Ch%ng em hy v1ng rằng chuyên đ nghiên c9u ny c#a nhóm sẽ mang l7i hiệuquả một cách tối ưu, gi%p /t cho việc h1c tập v nghiên c9u c#a nh trư>ng v đặc biệt cóthể phổ bi<n rộng rãi trong chương trình giáo d4c c#a ch%ng ta.

1.2 MKc tiêu cLa đH tài

Đ ti đư c th=c hiê  n với các m4c tiêu sau:

 Sưu tầm đư c /t nh"t 15 bi tập với nội dung chỉn chu, ki<n th9c ch/nh xác, chuyênsâu, bi tâ p đư c sưu tầm v thi<t k< theo các nô i dung sau:

Câu hỏi giải th/ch (qui luật, s= khác biệt ) liên quan đ<n t/nh ch"t đặc trưng c#aboron v h p ch"t.

Chuỗi phản 9ng (/t nh"t 10 phản 9ng/chuỗi) liên quan đ<n boron v h p ch"t c#ach%ng.

 Nhóm th=c hiê n hiểu đư c v nô  i dung th=c hiê n v báo cáo. Hon thnh đ%ng ti<n đô  đă t ra

Bên c7nh đó, nhóm th=c hiê n mong muốn tìm hiểu thêm nhiu ki<n th9c mới v boron vh p ch"t c#a ch%ng, cũng như sưu tầm nhiu bi tâ p mới, l7, lm phong ph% thêm nguồn bitâp cho các b7n h1c sinh chuyên hóa.

1.3 PhNm vi nghiên cQu

Ph7m vi nghiên c9u c#a ch%ng em xoay quanh những ti liê u quen thuô c c#a hóa h1c vôcơ, cá d7ng bi tâc p v Boron v những h p ch"t c#a ch%ng 

Trang 3

Trang 5

1.4 KS hoNch thTc hiê n1.4.1.ThUi gian thTc hiê n đH tài

1.4.2.Phân công thTc hiê n đH tài

Sưu tầm ti liệu tham khảo Nhan Hong Ph%c, Lý Khánh TrânSưu tầm bi tập v c"u t7o, t/nh ch"t, qui

luật c#a boron v h p ch"t c#a ch%ng Nhan Hong Ph%cSưu tầm bi tập v phương trình phản 9ng

v một số d7ng bi tập khác v boron v h pch"t c#a ch%ng

Lý Khánh Trân

Trang 6

PHẦN NÔI DUNG

2.1 Bài tập vH cấu tNo, tDnh chất vật lD cLa boron và hợp chất cLa boron

2.1.1 Bi tập 1

1)T7i sao khi ngưng t4 hơi boron, ngư>i ta không thu đư c phân tử B m thu đư c sản2

phẩm polime ? ( Bài tập HHVC Hoàng Nhâm – Hoàng Nhuận, Quyển 3)

2) Phân tử B , n<u có, sẽ có c"u t7o như th< no theo thuy<t Obitan phân tử ? C"u t7o phân2

tử có phù h p với công th9c phân tử B=B không ? ( Bài tập HHVC Hoàng Nhâm –

Hoàng Nhuận, Quyển 3)

Hướng dẫn giải

1) Do trong phân tử B , nguyên tử boron chưa bão hòa v số phối tr/ v hóa trị nên khi2ngưng t4 hơi c#a boron, có thể xảy ra khả năng t7o thnh những liên k<t hóa h1c mới Đól quá trình t7o thnh những polime.

2)N<u B có tồn t7i thì theo thuy<t MO, ta có :2

- Vậy phân tử B có t/nh thuận từ v v hình th9c, đư c coi l một liên k<t đơn B-B ch92không phải liên k<t ba BB đư c suy diễn từ c"u hình electron hóa trị 2s2sp1 c#a nguyêntử B.

- Th=c t< tinh thể Boron bao gồm những nhóm B liên k<t với nhau t7o thnh lớp Riêng12trong từng nhóm B , các nguyên tử Boron đư c liên k<t với nhau bằng liên k<t hai12electron-hai tâm v liên k<t hai electron-ba tâm (tương t= liên k<t ba tâm trong h p ch"tboran)

2.1.2 Bi tập 2

1)Boron l nguyên tố kim lo7i hay không kim lo7i ? Hãy nêu ra một số số đặc điểm để

minh h1a câu trả l>i c#a câu hỏi ( Bài tập HHVC Hoàng Nhâm – Hoàng Nhuận, Quyển

2)Nêu thnh phần hóa h1c c#a các h p ch"t borua, boran, borat Cho v/ d4 (Bài tập vô cơ

– Nguyễn Đức Vận)

Trang 5

Trang 7

3)Giải th/ch s= giống nhau v c"u t7o phân tử v t/nh ch"t vật lý c#a borazol v benzen:

Góc hóa trị Độ di liên

Những t/nh ch"t hóa h1c có giống nhau không? ( Bài tập HHVC Hoàng Nhâm – Hoàng

th9c Na2B4O7.10H2O Các borat thư>ng có c"u tr%c ph9c t7p v ở d7ng polime Muối cóthể phản 9ng với acid tetraboric với công th9c sau:

3) S= giống nhau v t/nh ch"t c#a barazol v benzen đư c giải th/ch bằng s= giống nhau vc"u t7o c#a phân tử Cả hai phân tử có d7ng hình l4c giác đu v t"t cả các liên k<t trongm7ch vòng c#a mỗi phân tử đu có năng lư ng v độ di như nhau Trong cả hai phân tửcó ba liên k<t không định chổ nên bởi ba cặp electron giữa các nguyên tử Trongbarazol, ba cặp electron đó thuộc nguyên tử N đư c sử d4ng chung cho cả phân tử nh>đư c chuyển đ<n obitan trống c#a B t7o thnh liên k<t cho-nhận Độ bội c#a liên k<ttrong barazol v benzen l như nhau, các liên k<t B-N cũng như các liên k<t CC có độdi như nhau (bán k/nh nguyên tử c#a B, C v N l 0,88; 0,77 v 0,7 A tương 9ng), haiphân tử có cùng số electron như nhau.

Trang 8

Trong phân tử B2H6, hai nguyên tử boron ở tr7ng thái lai hóa sp (lai hóa t9 diện) Hai3obital lai hóa sp t7o liên k<t hai tâm với hai nguyên tử H, nghĩa l liên k<t đư c hình3thnh do s= ghép chung cặp electron c#a hai nguyên tử Cặp electron còn l7i t7o ra doobital lai hóa th9 ba v obital 1s c#a nguyên tử H đư c đặt v obital còn trống c#anguyên tử boron bên c7nh, t7o ra liên k<t ba tâm B-H-B, nghĩa l hình thnh hai liên k<tnhững chỉ có một cặp electron

Phân tử diboran có c"u t7o không gian như hình dưới đây, trong đó các nguyên tử B vcác nguyên tử H ở hai đầu nằm trong cùng mặt phẳng Hai nguyên tử H tham gia liên k<tba tâm nằm đối x9ng với nhau qua tr4c BB Hai nhóm BH hình thnh hai t9 diện lệch4chỗ c7nh chung.

2) Vì để t7o ra m7ch cao phân tử gi%p bn hóa h p ch"t.

Trang 9

1) Để có thể bn đư c ở tr7ng thái không nước, AlCl có khuynh hướng đime hóa Do hiệu39ng lập thể m phân tử BCl không có khuynh hướng ny Vì k/ch thước nguyên tử B3nhỏ quá nên s= có mặt c#a 4 nguyên tử Clo l7i có thể t/ch tương đối lớn, quanh nó sẽ xảyra tương tác đẩy nhau lớn lm phân tử không bn vững

2) Tinh thể B có c"u t7o đặc kh/t Nó bao gồm những hình hai ch4c mặt B (c9 12 nguyên12tử B t7o ra một t< bo tinh thể hai ch4c mặt) Liên k<t giữa những nguyên tử B l liên k<tcộng hóa trị, do đó B r"t khó nóng chảy Trái l7i tinh thể gali có m7ng lưới phân tử, t7imắt m7ng lưới l phân tử Ga , vì vậy gali có nhiệt độ nóng chảy th"p Nhưng nhiệt độ2bay hơi cao l do khi sôi phân tử Ga phải phân h#y thnh Ga nguyên tử.2

2.2.Bài tập vH qui luật, tDnh chất cLa boron và hợp chất cLa chúng

2.2.1 Bi tập 5

1) Giải th/ch s= bi<n đổi các t/nh ch"t đặc trưng trong nhóm h p ch"t bo trihalogenua(BX ):3

( Bài tập HHVC Hoàng Nhâm – Hoàng Nhuận, Quyển 3)

EB-X, kJ/mol Ho, kJ/mol Hoth, kJ/mol

2) Hãy mô tả c"u tr%c phân tử BX Obitan lai hóa c#a Bo ở tr7ng thái lai hóa no ? Tr7ng3

thái lai hóa ny thay đổi như th< no khi bo halogenua hình thnh một liên k<t liên phântử với một bazơ, v/ d4 như pyridin (C5H5N) ? S= thay đổi c"u tr%c xung quanh B với s=hình thnh liên k<t liên phân tử nói trên sẽ thuận l i hơn khi X l F hay I ? Hãy sắp x<pBF3, BCl v BBr theo chiu tăng t/nh acid Lewis d=a vo s= xem xét c"u tr%c nói trên.33

( Hệ thống bài tập hóa học vô cơ - Ths.Nguyễn Thanh Tú)

giảm dần nói lên m9c độ mãnh liệt c#a phản 9ng giữa Bv halogen giảm dần theo khả năng oxi hóa c#a các halogen v nói lên độ bn nhiệt c#acác trihalogenua giảm dần dần từ florua đ<n iodua.

- Năng lư ng liên k<t BX giảm dần tương t= như nhiệt t7o thnh chuẩn v phù h p vớis= bi<n đổi c#a khả năng oxi hóa c#a halogen.

- Nhiệt thăng hoa c#a BX đu bé nói lên phân tử BX l những phân tử không không có33c=c (không t7o liên k<t ion) l=c Van Der Waals trong tr7ng thái rắn r"t bé, nhiệt thănghoa tăng từ BF đ<n BBr l l do l=c Van Der Waals giữa các phân tử tăng theo k/ch33 thước c#a phân tử.

Trang 10

2)Khi hình thnh một liên k<t liên phân tử nói trên, c"u tr%c xung quanh nguyên tử trungtâm B chuyển thnh c"u tr%c lai hóa sp t9 diện S= thay đổi c"u tr%c ny bị cản trở3không gian khi xung quanh nguyên tử B có những nhóm hoặc nguyên tử lớn (chẳng h7nIot) v s= hình thnh liên k<t liên phân tử l không thuận l i Vì th<, BF đư c d= đoán3có khuynh hướng t7o thnh liên phân tử m7nh nh"t (BF có d= đoán có t/nh acid Lewis3

m7nh nh"t).

2.2.2 Bi tập 6

1)Trong những ch"t khử như than, magie, hidro v nhôm, ch"t no có thể dùng để điu ch<

bo tinh khi<t ? ( Bài tập HHVC Hoàng Nhâm – Hoàng Nhuận, Quyển 3)

2)T/nh ch"t hóa h1c c#a boron khác Al ở điểm no v giống Si ở điểm no ? ( Bài tập

HHVC Hoàng Nhâm – Hoàng Nhuận, Quyển 3)

1) D=a vo nhiệt t7o thnh chuẩn c#a các oxit, có thể k<t luận luận chỉ có Mg v Al có thểkhử đư c B2O3 thnh B Việc điu điu ch< boron tinh khi<t gặp khó khăn vì boron dễdng h p với kim lo7i t7o t7o thnh borua kim lo7i.

2) - Boron l nguyên tố không kim lo7i trong trong khi đó nhôm l nguyên tố kim lo7i.- Boron l nguyên tố không kim lo7i giống với Silic v giống ở các điểm sau:

 Khả năng t7o liên k<t cộng hóa trị có c=c trong các h p ch"t. Khả năng t7o ph9c với các ion F , H -+

 T7o nên h p ch"t hidrua có cùng thnh phần X2H6 ( trong đó X l B, Si) v cả haihydrua đó đu kém bn.

 Borua kim lo7i v silixua kim lo7i đu bao gồm các kiểu ion, xâm nhập v cộnghóa trị.

 Oxit c#a B v oxit c#a Si đu có d7ng tinh thể v v d7ng th#y tinh. Hidroxit c#a B v Si đu có t/nh acid y<u.

 Halogenua c#a B v Si đu th#y phân m7nh.

2.2.3 Bi tập 7

1)Giải th/ch t7i sao h p ch"t bo trihalogenua (BX ) không có khả năng polymer hóa như3

phân tử BH ? 3 ( Bài tập HHVC Hoàng Nhâm – Hoàng Nhuận, Quyển 3)

2)Mô tả c"u t7o phân tử BF , t7i sao nói rằng trong phân tử bo halogenua có cơ ch< “cho-3

nhận” (Bài tập vô cơ – Nguyễn Đức Vận)

Hướng dẫn giải1) Vì:

- Trong phân tử BX , ngoi 3 liên k<t đư c t7o nên giữa các nguyên tử B v F thì còn một3liên k<t cho - nhận đư c t7o nên từ cặp electron c#a một trong trong ba nguyên tử Fchuyển đ<n OB 2p trống không lai hóa c#a B, lm cho nguyên nguyên tử B trong BX3đư c bão hòa hóa trị Do đó, phân tử BX không có khả năng polime hóa như BH 33

Trang 9

sp2

Trang 11

- Còn Phân tử BH có khả năng polimer hóa l do trong phân tử BH , nguyên tử B chưa33bão hòa số phối tr/ v có các electron t= do không định chỗ lm cho h p ch"t kém bn.Nên bắt buộc BH phải trùng h p t7o thnh B32H 6

2) Phân tử BF có d7ng tam giác đu Trong phân tử đó, nguyên tử B ở tr7ng thái lai hóa3sp2, ba obital lai hóa ny t7o nên liên k<t với ba obital 2p c#a ba nguyên tử flo, một obitaltrống còn l7i c#a boron vuông gốc với các obital lai hóa, t7o nên liên k<t với một obital2p khác có cặp electron t= do c#a một trong ba nguyên tử flo.

2.2.4 Bi tập 8

1) T7i sao B2O3 có t/nh acid, Al2O3 có t/nh lưỡng t/nh, còn Sc2O3 có t/nh base? Giải th/chchi ti<t bằng cách vi<t phương trình phản 9ng c#a các h p ch"t ny với nước

2) T7i sao Na[BH ] bị th#y phân bởi H O chậm hơn Na[AlH ] ? 424 (Tự học hóa – 2)

3) Vi<t phương trình phản 9ng th#y phân diboran Cơ ch< th#y phân diboran có giống vớicơ ch< th#y phân muối không ? (Bi tập vô cơ – Nguyễn Đ9c Vận)

Trong Al2O3, các Al ion lớn hơn v “mm” hơn Nó có thể t7o thnh [Al(OH) (đóng3+ 4]vai trò như một acid) hoặc [Al(H2O)6]3+ (đóng vai trò base), tùy thuộc vo các tiểu phânkhác có mặt trong dung dịch:

-γ-Al2O3(s) + 3H O(l) + 6[H O]+ (aq) → 2[Al(H232O)6]3+(aq)γ-Al O23(s) + 3H O(l) + 3[OH] (aq) → 2[Al(OH)2 - 4]-(aq)

Sc3+ còn lớn v mm hơn nữa, do đó nó k<t h p với nước tốt hơn hydroxide ion Do đó:Sc2O3 + 15H O → 2[Sc(H22O)6]3+ + 6OH-

2) Do nguyên tử B nhỏ hơn nên bị án ngữ không gian bởi 4 nhóm OH v khó bị t"n cônghơn, còn nguyên tử Al lớn hơn nên thuận l i cho việc t7o thnh tiểu phân trung gian phốitr/ 5.

-3) Boran không phải l muối ăn nên phản 9ng th#y phân diboran không theo cơ ch< th#yphân muối

a)Hãy mô tả c"u tr%c B(OH) v [B(OH)3 4]

-b)Hãy cho v/ d4 ch9ng minh t/nh acid c#a B(OH)3

c)Có thể vi<t công th9c c#a acid boric l H3BO3 Hãy so sánh t/nh acid c#a H3PO3 vH BO33

a) B(OH)3 có c"u tr%c tam giác phẳng (B có lai hóa sp ), còn [B(OH) có c"u t7o t9 diện 24]-

(B lai hóa sp )3

Trang 12

b) Trong dung dịch nước, B(OH) không phân li ra H m nó k<t h p với 1 nhóm OH c#a3 + H2O t7o thnh [B(OH) v giải phóng H , nó l 1 acid Bronsted Các phản 9ng thể hiện4]-+t/nh acid c#a B(OH) l phản 9ng c#a nó với rư u t7o thnh este, với dung dịch NaOH3t7o thnh borat.

-c) Khác với H3BO3, H3PO4 có c"u tr%c t9 diện Do có 2 trong 3 nguyên tử H liên k<t với Pqua O nên nó g1i l acid 2 n"c S= có mặt c#a liên k<t đôi P=O lm liên k<t O-H phânc=c hơn ( O có độ âm điện lớn hơn P), vì vậy H3PO3 có t/nh acid m7nh hơn H3BO 3H PO33 l acid 2 n"c có độ m7nh trung bình Trong dung dịch nước H3PO3 phân li ra ionH :+

H PO33 + H O = H22PO3- + H3O+ , K = 3.10a1-2H PO23- + H O = HPO + H O+ , 232- 3 Ka2= 2.10-7

Trong khi đó t/nh acid c#a H3BO3 đư c quy<t định do s= thi<u electron (trong H3BO ,3nguyên tử B mới đ7t lớp vỏ 6e) Nó k<t h p thêm một nhóm OH để đ7t lớp 8e Do đó-H BO33 l acid đơn ch9c.

2.3 Bài tập vH phương trình phản Qng cLa boron và hợp chất cLa chúng

2.3.1 Bi tập 10

Hon thnh chuỗi phản 9ng sau:

Hướng dẫn giải(1) 2B + 3S B2S3

(2) 2B + 2NH 2BN + 3H32(3) 12B + 3C B12C3(4) 4B + 3O 2B22O3

(5) B2O3 + 6NH4BF4 + 6H2SO4 6NH4HSO4 + 8BF + 3H O32(6) 4BF + 3NaBH 3NaBF + 2B3442H6

(7) 2B + 2NaOH + 2H O 2NaBO + 3H222(8) B + P BP

(9) B + 3HNO H33BO3 + 3NO2(10) B2S3 + 6H O 2H23BO3 + 3H S2

Trang 11