Khóa luận tốt nghiệp Hóa học: Lí thuyết, hệ thống câu hỏi trắc nghiệm, thí nghiệm bổ sung nhóm IIB

Tác dung với hợp chat: IV2.a Tae dụng uới nước: — Về mặt nhiệt động, Cd không đẩy được hidro ra khỏi nước nguyên chất nhưng Zn lại có khả năng đó.. Hoà tan kết tủa đó vào dung dịch H;SO,

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH

KHOA HOÁ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

CÂU HỦI TRẮC NGHIỆM,

THÍ NGHIỆM BO SUNG NHOM IIB

Loi cim on

Xin ghi nhận lòng biết on chân thành và sâu sắc nhất của em đối với:

se Cô Nguyễn Thị Kim Hạnh - Cô da dành nhiều thời gian vàcông sức hướng dẫn tận tình em hoàn thành luận văn này.

e Thầy Mai Văn Ngọc - Giáo viên phản biện.

e Phòng đào tạo Trường Dai Học Sư Pham Thành Phố Hồ Chí

Minh.

¢ Ban chủ nhiệm và qui thấy cô trong Khoa Hóa.

e Các bạn sinh viên lớp Hóa I, IIA, IIB - LONG AN BÌNH

PHƯỚC Trường Đại Học Sư Phạm Thành Phố Hồ Chí Minh.

e Các bạn sinh viên lớp Hóa IV, khóa 1998-2002.

Đã cung cấp tri thức cũng như tạo mọi diéu kiện thuận lợi, động viên,

khuyến khích em hoàn thành luận văn này.

Do thời gian và điều kiện nghiên cứu còn nhiều hạn chế, nên luận vănchắc chắn không tránh khỏi thiếu sót, kính mong sự góp ý quý báu của

24 tue

Nội dung Trang

JP aby Field tae CR a Ena 6s 6 rrsriiaisieeaissszse 2

ITER TE ong u65 t6x310800t(24 6430330640600 0660x45)06)20020103u//696/08068219%)2 1660600166 3

Chương I: Các nguyên tố nhóm IIB (Zn, Cd, Hg)

Hx PULLER GRIEG xnyaseapttvvet60101616110060160826414191000000/09%2.v7191604000030/1000008/A 5

Il Trang thái tự nhiênvà thành phan các đồng vì 8

eT bu dc: lúc TIT m nan.a.mnh.ăan 10 We: ĐI (Go 000220000666 0506000004620 ba 14

Chương II: Hợp chất của Zn, Cd, Hg

Tạ, ThỦYy ngân CLE) NO nen kkanyenesseeeoeoaeee 31

Hy Muối của thủy ngân (TÏ): -—.s - : -.2 2222-56 -cc2sccs-seccee 32 Tg; Hợp chất cơ thủy ngân c co << 37

B Hợp chất có số oxi hóa +1

Ts: NUÊNW XẾ CC (á1262G(0 EE 38

II, CRAG eae ty NT CS cáedA2xadisso anions 39

AR ii MU là 1 a aaa a.Aa 39 Phản II: Hệ thống câu hỏi trắc nghiệm nhóm IIB

I Hệ thống câu hỏi trắc nghiệm 5- ẶcSe<<<e2 43

ST ETAT) EIN 0 NMNBMMAARMmmMa a2 AT Aanh 54

Phần III: Thí nghiệm bổ sung nhóm IIB

I TN 1: Kém tác dụng với acid không có tính oxi hóa 55

II TN 2: Kẽm tác dụng với acid có tính oxi hóa 55

Trang 3

III TN 3: Kẽm tác dụng với dung dịch kiểm 57

IV TN 4: Kẽm tan trong dung dịch NHạ 57

V TN 5: Kém tan trong dung dịch muối amôni 58

VI TN 6: Tính khử mạnh của kẽm trong môi trường kiểm ¿5 55s 1 1101111181112 cxe 59 VII TN 7: Điều chế và tính chất của kẽm hidroxit 59

VIII TN 8: Kẽm tác dụng với muối của Cađimi 60

IX TN 9: Điều chế và tính chất của Cađimi hidroxit 62

X TN 10: Tính oxi hóa của Hg(II) - 63

HEL ĐH sess ERA DNS ae 65

Phụ lục - - - ¡- Ă - << S3 1 v2 ST TH He 67

Tài ĐI PRS KH Gan 06t 6getg6ct0tà n6 t00022ocsden 71

Trang 4

Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH : Phan Thị Viên Ân

PHAN I LÍ THUYẾT NHÓM IIB

CHƯƠNGI: CÁC NGUYÊN TỐ NHÓM IIB

I.Nhân xét :

I¿._ Nguyên tế nhóm IIB gốm có: Zn (Zincum), Cd (Cadmium), Hg

(Mercurius hay Hydragyrum) là các nguyên tố cuối cùng họ d thuộc

các chu kỳ 4, 5, 6.

— Kẽm và Thủy ngân đã biết từ thời cổ đại, Cađimi là nguyên tố

hiếm được nhà hoá học người đức F.Stromeyer tìm thấy năm 1817.

— Nguyên tử khối, số thứ tự, cấu hình electront và hoá trị như

30 65,37 | (Ar] 3d'°4s?

112,41 | {kr} 4d!°5s?

200,59 | [Xe] 4d!*5d!96s?

I, Về mặt cấu trúc electront: cả 3 nguyên tố này déu có lớp vỏ

(n-1)d'®°ns? Lớp (n-1)d'° hoàn toàn bén vững với 10 electront That

vậy, trong khi Cu, Ag, Au cũng có cấu hình electront (n-1)đÌ°ns' có

thể mất 1 hoặc 2 electront d tạo nên trạng thái oxi hoá +2 hay +3 thì

các nguyên tế nhóm IIB lại không thể cho electront d Do đó, các

electront hoá trị chỉ là các electront s Tính chất này làm cho cácnguyên tố nhóm IIB giống các nguyên tố nhóm chính hơn các nguyên

tố chuyển tiếp Nguyên nhân: năng lượng ion hoá thứ ba của chúngrất cao làm cho năng lượng solvat hoá hay năng lượng tạo thành

mạng lưới tinh thể không đủ để làm bén được trạng thái oxi hoá +3.Trạng thái oxi hoá cao nhất của các nguyên tố nhóm IIB là +2

I; Các nguyên tử nguyên tố nhóm IIB déu có 2 electront ngoài cùng

như các nguyên tố nhóm IIA, déu tạo cation M”' Nhưng khác với

Trang 5

Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH : Phan Thị Viễn Ân

nhóm IIA, các ion nhóm IIB có lớp vỏ (n-1)d'? dé bị biến dạng hơn so

với lớp vỏ khí tro (n-1)s”(n-1)pŸ của các ion nhóm IIA Vì vậy, khả năng phân cực của Zn’, Cd?*, Hg”* lớn hơn.

I._ Một số đặc điểm của nguyên tử các nguyên tố IIB:

Electront hoá trị

Bán kính nguyên tử (A°) Bán kính ion M**(A°)

Năng lượng ion hoá |, (eV)

— Do độ bén cao của cặp electront 6s” làm cho năng lượng ion

hoá của Hg rất cao và cao hơn cả các nguyên tế d còn lại Điều đó đã

gây ra tính chất khác biệt giữa Hg với Zn và Cd Ví dụ:

* Thế điện cực chuẩn của Hg có giá trị dương, thế điện cực

chuẩn của Zn va Cd có giá trị âm Chứng tỏ hai kim loại nàymạnh hơn nhiễu so với Hg Thế điện cực chuẩn của Hg trong môi

kì Bởi vậy so với Ca, Sr và Ba các nguyên tố nhóm IIB kém hoạt

động hoá học hơn nhiều, nhất là Hg.

Trang 6

Luận Văn Tốt Nghiệ SVTH : Phan Thị Viễn Ân

Nguyên nhân: hiệu ứng chấn của các electront (n-1)sŸ(n-1)d`° ở

lớp vỏ đối với các electront s và hạt nhân của các nguyên tử Zn, Cd,

Hg kém hiệu quả hơn so với lớp vỏ bền (n-1)sŸ(n-1)p? của khí hiếm

trong các nguyên tử Ca, Sr, Ba Mat khác, từ Zn đến Hg bán kính

nguyên tử tăng chậm nhưng năng lượng ion hoá vẫn tăng, đặc biệt là

Hg do electront 6s? xâm nhập vào không chỉ electront 5đ'” mà cả

electront 4f'° nữa.

Ning gion bod | Ge | & | Ị

I, (eV) 6,11 5,96 5,21

I, (eV) 11,87 | 10,93 9,95

I; Ban kính nguyên tử các nguyên tế IIB gan bằng bán kính

nguyên tử các nguyên tố IB trong cùng chu kì và tăng chậm dân từ

Zn đến Hg do sự co d.

Cu Ag Au

Bán kính nguyên tử (A°) 1,28 1,44 1,44

lạ Về cấu trúc tỉnh thể: Zn và Cd có cấu trúc mạng lục phương

Trong đó, mỗi nguyên tử liên kết với 12 nguyên tử khác.

Cấu trúc tinh thể của Zn va Cd

Với Hg khi hoá rắn tạo ra tinh thể hình tám mặt đúng nhưng

vẫn là cấu trúc lục phương Trong mạng tỉnh thể, Hg có dạng đặc biệt

hơn: mỗi nguyên tử Hg được bao quanh 6 nguyên tử Hg với khoảng

cách 3,005 A° còn 6 nguyên tử Hg còn lại với khoảng cách 3,477 A°.

Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH : Phan Thị Viễn An

— Trong thiên nhiên, Zn là nguyên tố tương đối phổ biến còn Cd

và Hg kém phổ biến hơn nhiều Trữ lượng của chúng trong vỏ trái đất

lần lượt là 1,5.10°%, 7,6.10°% và 7.107”% tổng số nguyên tử.

— Trong vỏ quả đất, Zn ở dạng khoáng vật chủ yếu là Sphalerit

(ZnS), Calamin (ZnCO3), Phranclinit hay Ferit kẽm (Zn(FeO¿);), Zincit (ZnO) Trong thiên nhiên, các khoáng vật của kẽm đều lẫn Pb,

Ag và Cd.

— Khoáng vật chủ yếu của Cd là quặng Grinokit (CdS), khoáng

vật này thường lẫn với khoáng vật của Zn Trong quặng Sphalerit và

Calamin có khoảng 3% Cađimi.

— Khoáng vật của Hg là Xinaba hay Thần sa, Chu sa (HgS).

— Zn và Cd thường có trong quặng đa kim cùng với Pb và Cu.

Trong cơ thể thực vật hay động vật có chứa kẽm với hàm lượng bé Trong sò, hến có khoảng 12%, trong cơ thể người có khoảng 0,001% ở răng, hệ thần kinh và tuyến sinh duc, Zn có trong Insulin và hormon

có vai trò điều chỉnh độ đường trong máu.

— Trung bình 11 nước biển có 10 mg Zn ở dang Zn** (ZnSO,), 1,1.10 mg Cd ở dang Cd?* (CdSO,) và 3.10” mg Hg ở dang Hg”

(HgCl? và HgCl;) Ngoài dang hợp chat, Hg còn tổn tai ở dang tự do

vì các hợp chat của nó đều kém bền dé phân hủy thành kim loại.

Luận Văn Tốt Nghiệ SVTH : Phan Thị Viễn An

III, Ở dang đơn chất, cả ba kim loại đều có màu trắng bạc, nhưng

trong không khí ẩm, chúng dần dần bị bao phủ bởi màng oxit nên

mất ánh kim.

IHH; Một số hằng số vật lí quan trọng của Zn, Cd, Hg:

Nhiệt thăng hoa (KJ/mol)

Độ dẫn điện (so với Hg bằng 1)

Năng lượng bốc hơi (Keal/mol ở 25°C)

Nhiệt Hidrat hoá của MỸ* (Kcal/mol)

âm điện

Ills Cả 3 kim loại này đều có khối lượng riêng lớn, có T$ và TỶ

thấp hơn so với kim loại nặng Vì vậy có nhiệt độ bay hơi thấp.

Nguyên nhân do tương tác yếu giữa các nguyên tử trong kim loại,

nhất là trong Hg, gây nên bởi cấu hình tương đối bền dỶ? cản trở các

electront d tham gia vào liên kết kim loại Hơn thế kim loại IIB nhẹ,

dễ nóng chảy, dễ sôi, dễ bay hơi hơn kim loại nhóm IB mặc dù có

điện tích lớn hơn và bán kính nguyên tử gần bằng bán kính nguyên

tử nhóm IB Do: sự biến dang của cấu hình tinh thể; Zn, Cd có cơ cấu

lục lăng đặc biến dạng thường không chặt chẽ so với cơ cấu lập

phương mặt tâm của nhóm IB Ti số c/a của Zn là 1,856 ; của Cd là

1,886 Trong khi, ti số c/a của một lục lăng đặc không biến dang là

Trang 9

Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH : Phan Thị Viễn Ân

1,633 Hình lục lăng bị biến dang theo trục c nên làm giảm độ bên, tỉ

trọng của các kim loại nhóm IIB.

II Thủy ngân dễ bay hơi và tén tại ở trạng thái lỏng thay vi trang

thái rắn như những kim loại khác Do lực nối giữa các kim loại Hg

yếu, mặt khác lại có sự tạo thành liên kết cộng hoá trị kim loại Vì dễ

nóng chảy, bay hơi và dễ tao ion Hg?" nên có giả thuyết cho rằng trong Hg lỏng có các phân tử Hg» Điều lạ là Hg tan được trong cả

dung môi có cực và không có cực.

HH; Ở điều kiện thường, Zn khá dòn nên không thể kéo sợi được.

Khi đun ở nhiệt độ 100-150°C lại dẻo và dai, dun đến 200°C có thể

tán thành bột Trái lại, Cd có thể rèn và kéo sợi được

LH Về độc tính: Zn ở trạng thái rắn và các hợp chất của Zn không

độc nhưng hơi của ZnO rất độc Cd ở trạng thái kim loại không độc

nhưng các hợp chất của Cd lại rất độc Hg rất đễ bay hơi và rất độc,

các muối của Hg như clorua, nitrat cực kì độc Hg gây tê liệt thần

kinh, giảm trí nhớ, viêm loét lợi răng Lượng Hg cho phép lớn nhất

trong không khí ở các nhà máy là 10° mg/l.

IHH; Vé tính dẫn điện: Các nguyên tế nhóm IIB có tính dẫn điện,dẫn nhiệt và tính cơ học kém han so với nhóm IB do day hoá trị day

đủ điện tử và có cơ cấu lục lăng đặc của các nguyên tố nhóm IIB

Ills Zn, Cd, Hg tạo ra rất nhiều hợp kim với nhau và với các kim

loại khác Hợp kim quan trong của Zn là thau Một lượng nhỏ Cdthêm vào Cu sẽ làm tăng độ bổn nhưng không làm giảm độ dẫn điện,

nên hợp kim Cd và Cu được dùng làm dây dẫn Đặc biệt hợp kim của

Hg được gọi là hỗn hống Một số hỗn hống ở trạng thái lỏng, một sốhỗn hống ở trạng thái rắn hoặc nhão

uận Van Tốt Nghị SVTH : Phan Thị Viên An

IV, Tác dung với đơn chat:

[V,.a Với Hidro:

Cả ba kim loại đều không phan ứng với hidro Nhung hidro cókhả năng tan trong Zn nóng chảy tạo ra hỗn hợp rắn

IV;.b Với oxi:

— Ở nhiét đô thường (trong không khí ẩm): Zn và Cd tác dụng

với oxi cho một màng mỏng oxit bảo vệ Vì vậy, Zn va Cd được dùng

để bảo vệ kim loại không bị gỉ Hg không tác dụng với oxi ở nhiệt độ

thường

— Ở nhiệt độ cao: Zn và Cả cháy mãnh liệt tạo thành oxit:

2Zn + Oy —— 2 ZnO 2Cd + O, sty 2 CdO

Hg cháy chậm hơn, yếu hon va phan ứng rõ rệt ở 300°C tạo

thành HgO nhưng đến 400°C oxit đó bị phân hủy thành nguyên tố:

2Hg + Op ream 2 HgO

IV;.c Với S Se Te Halogen:

(1) Với S: Cả ba kim loại đều phản ứng trực tiếp với lưu huỳnh.

Với Zn va Cd phải đun nóng, với Hg phản ứng ngay ở nhiệt độ

thường khi nghiền S bột với Hg Phản ứng tạo ra ZnS, CdS, HgS Đặc

biệt HgS màu đỏ.

(2) Với Se và Te: Cũng có phản ứng trực tiếp tạo ra Selenua và

Telurua tương ứng: MSe và MTe (M: Zn, Cd, Hg).

(3) Với Halogen: Cả ba nguyên tế đều phản ứng trực tiếp Đặc

biệt là với lạ thì Hg phản ứng dé dàng nhất (chi cần nghiền trong

cối) Phản ứng tạo ra các halogenua màu trắng trừ Hgl; mau đỏ

IV,.d Với Nươ, Photpho:

(1) Với Nitg: Cả ba nguyên tố déu không phản ứng trực tiếp với

No Các hợp chất ZnạNa, CdạN;, HgạN; đều được tạo thành bằng con đường gián tiếp.

(2) Với Photpho: Khi đun nóng P với kim loại trong ampun

chân không, Zn phản ứng trực tiếp ở 100-450°C tạo ra ZnsP2, Cd

phan ứng ở 450-500°C tạo ra CdạP; Với Hg ở nhiệt độ thấp hơn 300°C tạo ra HgạP;.

275-Trang 11

Luận Van Tốt Nghỉ SVTH : Phan Thị Viễn Ân

IV;.e Với B, C, Si:

Cả ba nguyên tố không phan ứng với B, C, Si và không tạothành hợp chất Tuy nhiên, C hoà tan một ít trong Zn, Cd nóng chảy,khi để nguội thoát ra ở dạng than chì

IV; Tác dung với hợp chat:

IV2.a Tae dụng uới nước:

— Về mặt nhiệt động, Cd không đẩy được hidro ra khỏi nước

nguyên chất nhưng Zn lại có khả năng đó Thực tế: E°ZnŸ*/⁄Zn = 0,763V, E° Cd”*/Cd = -0,405V, E° H;O/H; = -0,413V Thực tế, khả

-năng đó của Zn không xảy ra vì trên bể mặt Zn có bao phủ một màng

Oxit.

— Khi nung Zn tinh khiết trong luồng hơi nước tạo ra oxit kẽm:

Zn + HOw —— ZnO + HT

IV2.b Tác dung uới acid:

(1) Với acid không có tinh oxi hoá:

— Có thế điện cực chuẩn khá âm, Zn và Cd tác dụng dễ dàng với

acid không có tính oxi hoá (HƠI, H;S5O, |) giải phóng hidro Zn tác dụng mạnh hơn Cd:

M + 2H* M* + HT

Hay:

M + 2HạO*+ 2H,O —> [M(H;O)}*+ HT

( M: Zn, Cd )

— Tuy nhiên, Zn tinh khiết hầu như không tan trong acid không

có tính oxi hoá do quá thế của hidro trên kẽm cao (0,7V) Nhưng nếu

buộc thanh kẽm với dây Platin rồi thả vào dung dịch HƠI chẳng hạn

thì bọt Hạ thoát ra từ sợi dây Platin và Zn tan dễ dàng vì quá thế của

H; trên Pt nhỏ (0,3V).

— Hg không tan trong acid không có tính oxi hoá do thế điện cực

chuẩn dương cao

(2) Với acid có tính oxi hoá:

a Với H;5O; đâm đặc:

— Với H;SO, đậm đặc nóng, Zn và Cd tạo ra SO; và S (khi acid

vừa đủ) Với H;SO, đậm đặc nguội có thé tạo thành H;S:

Trang 12

Luận Văn Tết Nghiệp SVTH : Phan Thị Viễn Ân

Zn +9 H;SO¿ aa ——> 7n§O, + SO,† +2 H;O

3Zn +4 HeSO, (saves es) ———} 37n§O,+ SỈ +4 H:O

4Zn +5 H;§O,qasgạ¿ —— 4 ZnSl + H;§T +4 HạO

— Hg tác dụng với H;SO; dd nóng tạo ra HgSO, nếu acid du; tạo

ra Hg;SO, nếu Hg đư:

0

Hg +2 H;§O,¿¿ ———> HgSO, + SO.T + 2 HạO

0

2 Hg ay + 2 HạSO,„¿ ——> Hg,SO,+ SO.7 + HO

— Zn, Cd tác dụng với HNO; dd tạo ra NOs Với HNO, loãng tạo

ra No, NeO, NO hay NH,NO; (HNO; rất loãng 3-5%):

Zn + 4HNOgaa —? Zn(NOs) +2 NO2T+ 2 HạO

3Zn + 8HNOạI T3 3 Zn(NO3)) +2 NOT +4H,0 42n + 10 HNOs pit icang —> 4 Zn(NO,) + NH,NO, + 3 H;O

— Hg tác dung với HNO; tạo ra Hg(NO;); nếu acid đặc va du ; tạo

ra Hg;(NO¿); nếu acid loãng va Hg dư:

6 Hg „+8 HNOstcsng TT Hg¿(NO¿;¿ + 2NOT +4 H;O

IV:.c Tác dụng uới base:

— Chỉ có Zn mới có khả năng tan dễ dàng trong dung dịch kiểm

do tạo ra ion phức:

Zn + 20H — ZnO,” (Zincat) + H;Ÿ

Hay:

Zn +2 HạO +2 OH — [Zn(OH), + HoT

— Nhờ khả năng tao ion phức ([Zn(OH),]Ÿ làm giảm giá trị thé

điện cực E®[Zn(OH),]Ÿ/Zn= -1,22V, E° Zn**/Zn= -0,76V Do đó, có thể

nói Zn có tính khử mạnh trong môi trường kiểm, nó có thể khử được

lon NO, thành NH; như Al:

4Zn +NOs +7OH — 4 ZnO,” +NH;† + 2 HOHay:

4Zn +NO; +7 OH +6 HạO— 4 [Zn(OH),)” + NH;Ÿ

— Tuy nhiên, khác với AI, kẽm không chỉ tan được trong dung

dịch kiểm mà tan được trong dung dịch NHs:

Zn + 2H,0 — Zn(OH), + H,7

Trang 13

uận Văn Tốt Nghỉ SVTH : Phan Thị Viễn Ân

Zn(OH; + OH T3 [Zn(OH);}]

[Zn(OH);]+ OH — [Zn(OH),)*

Hoặc:

Zn(OH); + 4NH; —Ề [Zn(NH;),OH);

— Ngoài ra, Zn còn tan trong dung dich muối amoni đặc cho quá

trình thủy phân muối amoni tạo ra sản phẩm phá vở màng bảo vệ.

— Cd va Hg không có khả nang này vi Cd tạo phức chất hidroxo

yếu hơn, Hg(OH); không bén phân hủy ngay thành oxit

V Điều chế:

Người ta luyện kẽm từ các quặng Sphalerit (ZnS) hay quặng

Calamin (ZnCO¿) Các loại quặng này được làm giàu bằng các phương

pháp khác nhau (phương pháp từ học để tách oxit sắt, phương pháp

tuyển nổi.) Tỉnh quặng chứa 48-58% Zn Sau đó, từ loại quặng đã

được làm giàu, quá trình luyện kẽm được tiến hành bằng phương

pháp nhiệt luyện qua hai giai đoạn:

¢ Giai đoạn 1: Tinh quặng được đốt trong lò nhiều tầng ở 700°C,

các quặng đều chuyển thành oxit:

9

2ZnS + 3O; —— 2ZnO +28O;†

ZnCO ——> ZnO + COz†

5 na, Khử ZnO thành Zn bằng 2 phương pháp:

s Phương pháp nhiệt luyên: ZnO được khử bằng C Zn cùng

CO bốc hơi thoát ra khỏi lò, một phần Zn lỏng tạo thành được tập

trung vào những thiết bị ngưng tụ Zn nhiệt luyện có độ tỉnh

khiết 97-98%:

#nO¿ C—2SSC Ze = COT

¢ Phương pháp thủy luyện: hoà tan ZnO thu được sau khi đốt

quặng vào dung dịch H;SO, loãng và loại tạp chất có trong dungdịch ZnSO, Điện phân dung dịch ZnSO, đã được tỉnh chế và đã

thêm H;SO, trong thùng điện phân làm bằng gỗ hoặc ximăng có

cực dương làm bằng chì, cực âm làm bằng nhôm tỉnh khiết Do

quá thế của hidro trên Zn rất lớn nên không sinh ra hidro ở Anod

mà Zn kim loại kết tủa:

ZnSO, + 2H;O —““ Zn + O;† +H;SO,

Zn điện phân thu được có độ tình khiết 99,99%

Trang l4

Luận Van Tốt Nghiệp SVTH : Phan Thị Viễn Ân

V2 Cadimi:

— Trong các quang Sphalerit và Calamin có chứa CdS Vì vậy,

trong quá trình luyện kẽm còn thu được cả Cađimi Vì Cd dễ bay hơi

hơn Zn, nên trong quá trình điều chế Zn bằng phương pháp nhiệt

luyện phần lớn Cd chứa trong bụi Zn Để tách Cd, người ta hoà tan

bụi trong HạSO, loãng, sau đó dùng Zn để khử Cd?":

Cd* + Zn — Zn* + Cd

— Ngoài ra, Cd còn có thé tách ra khi tinh chế dung dich ZnSO,

thu được trong thủy luyện kẽm Dung dich đó có thể chứa các tạp chất

như FeSO,, CuSO,, CdSO¿ Để loại bỏ muối sắt, người ta cho thêm

vào dung dich đó MnO, rồi CaCOs:

FeSO, + MnO, + 2 HO — Fe(OH)SO, + Mn(OH); |Fe(OH)SO, + CaCO;+ HO —? Fe(OH);¡ + CaSO,| + COsT

Dung dịch sau khi lọc kết tủa còn CuSO, và CdSO, Khi thêm

bột Zn vào dung dich đó, Cu và Cd kim loại sẽ kết tủa Hoà tan kết tủa đó vào dung dịch H;SO, loãng và cho thêm bột kẽm vào dung

dịch CdSO, thu được để Cd kim loại kết tủa:

Zn + CdSO, — Cd + ZnSO,

— Cd kim loại được tinh chế bằng phương pháp điện phân dung

dịch CdSO, với cực dương là Cd thô hay bằng phương pháp chưng cất

phân đoạn kim loại thô trong chân không.

Vs Thủy ngân:

Hg được điều chế bằng cách đun nóng tinh quặng Xinaba (HgS)

trong dòng không khí ở 700-800°C hoặc đưn nóng tỉnh quặng với vôi

Hoi thủy ngân bay ra sé được ngưng tụ trong thiết bi sinh han

làm bằng thép không gi Người ta tinh chế thủy ngân kim loại bằng

cách rửa với dung dịch HNO; 10% rồi chưng cất phân đoạn trong chân không.

Trang 15

Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH : Phan Thị Viễn An

VI Ứng dung:

VI, Kém:

— Một lượng lớn Zn được dùng mạ lên sắt, bảo vệ cho sắt khỏi gi,trên bể mat của lớp mạ có phủ một lớp mỏng cacbonat base (ZnCO;

và Cu(OH);) bảo vệ cho kim loại.

— Một phần kẽm được dùng để điều chế hợp kim như hợp kim vớiđồng Một số hợp chất của Zn được dùng trong y khoa như ZnO dùnglàm thuốc giảm đau đây thần kinh, chữa Eczama, chữa ngứa ; ZnSO,dùng làm thuốc gây nôn, thuốc sát trùng, dung dịch 0,1-0,5% dùng

làm thuốc nhỏ mắt, chữa đau kết mạc

— Kẽm dùng sản xuất pin khô Pin này gồm một vỏ ngoài bằng

Zn đồng thời là Anod, ở giữa pin là một trụ bằng than chì đóng vai

trò là Catod Ở giữa Zn là trụ than chứa hỗn hợp nhão gồm MnÔ¿,

NH,CI và bột than Phan ứng xảy ra trên bể mặt điện cực khi phóng

điện như sau:

Ở Anod: Zn -2e — ZnTM

Ở Catod: 2 NH,” +2 MnO, + 2e —> Mn;O; + 2 NHạ† + HạO

VI; Cađimi:

— Cađimi dùng điều chế một số hợp kim dễ nóng chảy, chẳng

hạn hợp kim Wood nóng chảy ở 68°C chứa 50% Bi, 12,55% Sn và

— Một lượng lớn Hg dùng trong kỹ thuật điện, ky thuật ánh sáng,

đèn thủy ngân cao áp, đèn thủy ngân thạch anh.

Trang 16

Luận Văn Tết Nghiệp SVTH : Phan Thị Viễn Ân

— Dùng điều chế các hỗn hống có nhiều ứng dụng trong thực tế

như hỗn hống chứa 5,8% Tali hoá rắn ở -60°C nên dùng chế tạo

nhiệt kế có nhiệt độ thấp

— Dùng trong y khoa để chữa một số bệnh Quặng Xibana thành

phần chính là HgS là một loại đá đỏ ở Trung Quốc nên gọi là Chu sa

(Đan sa, Thần sa) dùng chữa bệnh mất ngủ, chữa chứng hoảng hốt.

Các hợp chất HgCl;, Hglạ, HgO, HgCN chủ yếu để chữa bệnh giang

mai và sát trùng.

Trang 17

Luận Văn Tết Nghiệp SVTH : Phan Thị Viễn Ân

CHƯƠNG II: HỢP CHẤT CUA Zn, Cd, Hg

— Zn và Cd tạo thành các hợp chất có số oxi hoá +2, Hg ngoài

hợp chất có số oxi hoá +2 còn tạo ra các hợp chất có số oxi hoá +1 Các hợp chất của Cd (I) và Zn (I) mặc dù không bén nhưng nó vẫn

hiện điện.

— Số phối trí đặc trưng của Zn (II) là 4, của Cd (II) là 6 tương ứng

với obitan lai hoá sp” (dạng tứ diện) và spŸđŸ (dạng bát diện) Các

obitan của MỸ" tạo liên kết oc:

p~ | Pp p~ |p

P P

a) b) c)

Hình a: cấu trúc dang tứ điện (spŸ)

Hình b: cấu trúc dang bát điện (sp*d*)

Hình c: cấu trúc đạng hình tuyến tính (sp)

— Các hợp chất K.{Zn(OH),), (Zn(OH),]SO,, [(Zn(NH3)JCle, (Zn(NH);¿)Cl;, ZnO, ZnS, CdS, CdS, HgS có cấu hình 4 mặt ứng với dang lai hoá spŸ.

— Các hợp chất: (Cd(NH;);|(NO¿);, (Cd(NH;);Cl;}, CdO, CdBro,

Cdls có cấu trúc tám mặt ứng với dang lai hoá sp dẺ.

— Các hợp chất của Hg (II) có dạng hình tuyến tính ứng với dang

lai hoá sp Ví dụ: Hg(CN);, [Hg(NH3)2)Clz

Trang l8

Luận Van Tốt Nghiệp SVTH : Phan Thị Viễn Ân

A CÁC H T ) +2:

I Hợp chất của Zn-Cd:

I, Các oxit: ZnO, CdO

l;a _ ZnO là chất ran màu trắng ở nhiệt độ thường và có mau vàng

khi đun nóng CdO có các màu từ vàng đến nâu gắn như đen tùy

thuộc vào nhiệt độ Những màu sắc khác nhau đó tuỳ thuộc vào kiểu

khuyết trong mạng tỉnh thể:

* Tinh thể ZnO có cấu trúc kiểu ZnS, trong đó Zn có số phối

trí là 4.

* Tinh thể CdO có cấu trúc kiểu CdS, trong đó Cd có số phối

trí là 6 Như vậy liên kết Cd —O có tính chất ion hơn liên kết

Zn— O.

_Các oxit ZnO và CdO đều bến với nhiệt TỦ ;„o= 1950°C va Tne cao= 1813°C, có thé thăng hoa không phân hủy khi dun nóng,

hơi của chúng rất độc

I,b_ Khi dun nóng, ZnO từ màu trắng đến 250°C chuyển sang màu

vàng chanh, khi để nguội trở vé màu trắng ban dau Nung đến

1950°C thì phân hủy thành nguyên tố:

— Khi nung hỗn hợp gồm ZnO và BaO ở 1100°C tạo ra oxit kép

BaO.2nO hay BaZnO,:

BaO + ZnO —“< > BaZnO;

Luận Văn Tết Nghiệp SVTH : Phan Thị Viễn Ân

— ZnO, CdO đều bị C, H; khử thành kim loại:

ZnO + Hạ —@S> Zn + H;O

CdO + C —®^› Cd + COT

l,c_ ZnO được diéu chế bằng phương pháp nhiệt phân hidroxit, muối

cacbonat, nitrat, ferit kẽm hay nung bột kẽm trong không khí:

Zn(OH), —*“““““ , ZnO + HạO

ZnCO ——> ZnO + COst

9

2 Zn(NOs)) ——> 3Zn0 +4NO† + O;†

0

Zn(FeO;; ——Y ZnO + FeO;

— CdO được điểu chế bằng cách nhiệt phân hidroxit, muốicacbonat, nitrat hoặc nung bột Cd trong luồng khí oxi tạo ra tinh thémàu nâu đỏ:

Cd(OH), —“<, CdO + H;O

CaCO, —“-5 ca0+ CO,†

°

2 Cd(NO;); ———> 2CdO + 4.NO,T +O;†

I,.d Trong thiên nhiên CdO và ZnO tổn tại dưới dang khoáng vậtZinkit và Monteponit tương ứng ZnO được dùng làm bột màu trắng

cho sơn, thường gọi là trắng kẽm và làm chất độn trong cao su

I) Các Hidroxit: Zn(OH); và Cd(OH);

I;.a Zn(OH); và Cd(OH); đều là những kết tủa trắng, nhầy, rất ít tan

trong nước, có tích số tan như sau:

Zn(OH; Zn(OH)’ + OH T,=1,8.10°

ZnOH; “ Zn”' +20OHB T,=7,1.10°Ẻ

CdOH; Cd(OH) + OH T,=2/2.10”!

Cd(OH), © Cd" +20H 1,=5,9.10"°

I¿b_Khi đun Zn(OH); đến 100°C thì bat đầu phân hủy thành ZnO và

HO Với Cd(OH); sản phẩm thu được sau khi đun có màu sắc khác

nhau phụ thuộc vào nhiệt độ Vi dụ: dun ở 350°C thu được oxit màu

vàng xanh, ở 800°C được oxit màu xanh đen.

— Zn(OH); có tính lưỡng tinh, tan được trong dung dich acid và kiểm:

Trang 20 |

Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH : Phan Thị Viễn Ân

Zn(OH)»; + H SO, —Ề ZnSO, + 2 HạO

Zn(OH), + 2KOH — K,f{Zn(OH))

Bản chất lưỡng tính của Zn(OH); được biểu diễn bằng sơ dé sau:

Cd(OH) không thé hiện rõ tính lưỡng tính: tan trong dung dich

acid, không tan trong dung dịch kiểm mà chỉ tan trong kiểm nóng

Giá trị hằng số không bén của ion phức [Zn(NH3),]*’ và

(Cd(NH;)„]Ÿ" tương ứng là 3.10” và 8.10” cho thấy amoniacat của Zn

bền hơn.

— Zn(OH); tan một phần trong dung dịch muối amoni:

NH,’ © NH, + H' Zn(OH)s + 2 NHạ + 2H’ © [Zn(NHs)o}** + 2 HạO

Hay:

Zn(OH) + 2NH,' © [Zn(NH;);]* + 2 HO

Những amoniacat như trên cũng được tạo ra khi cho các muối

Zn** hay Cd** tác dụng với dung dich amoniac, chẳng han:

ZnSO, +4NH; — [Zn(NH;),]SO,

Ip.c_ Zn(OH) tao ra khi cho dung dich kiểm tác dung với dung dich

muối kẽm, kết tủa tan trong dung dich kiểm du:

ZnSO, + 2 NaOH — Zn(OH)! + NaSO,

— Cd(OH); được điều chế tương tự, kết tủa không tan trong dung dịch kiểm đư:

CdSO, + 2 NaOH — Cd(OH);| + Na,SO,

Trang 21

Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH : Phan Thị Viễn Ân

lạ.a Mhận xét:

— Các muối halogenua (trừ florua), nitrat, sunfat, peclorat và

acetat của Zn(II) va Cd(ID dé tan trong nước còn các muối sunfua,

cacbonat, orthophotphat, muối base ít tan Những muối tan khi kết

tinh từ dung dịch nước thường ở dạng hidrat Vi dụ: ZnSO,.7H;O,

Zn(NO;);.6HO, Cd(NQ;);4H;O, CdCly.H,0 Trong dung dich nước,

muối kẽm thủy phân mạnh hơn muối Cadimi.

— Đa số các muối đơn giản không có màu, trừ ZnSe có màu vàng,

ZnTe màu đỏ, CdS màu vàng, Cd;SCÌ; mau da cam và CdTe màu nâu.

— lon Zn** và ion Cđ" giống với ion Mg”', nhiều muối của chúng

đổng hình với nhau Vi dụ: ZnSO,7HO và MgSO,7HạO;

đồng hình với nhau (M: kim loại kiểm)

— lon ZnŸ", CdỶ" tạo nên nhiễu phức chất, tuy nhiên khả năng tạo

phức của chúng kém hơn đồng và bạc Những ion phức thường gặp là:

[ZnX,}, [CdX,]* (trong đó: X là Cl, Br, I, CN), [Zn(NH;)j}*,

(Cd(NHạ),]Ÿ* , (Zn(NH3)6}"* và (Cd(NH3)5)*".

lạ.b Các Halogenua:

(1) Các muối halogenua của Zn(II), Cd(IH) ở dạng kết tỉnh mau

trắng, đa số tan trong nước, có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi

khá cao.

— Một số tính chất của halogenua Zn(II) và Cd(H):

Hợp |Độ hoà tan|Độ tan | Độ sôi | Cơ cấu

chất |trongnước | chay (°C)

(°C)

1,57 (20°C) _ Rutil 31,8 (25°C) _ Ba dang cơ cấu 20,9 (25°C) _ Các onion tạo cơ cấu lập

13,0 (25°C) phương mat tâm với Zn

4,2 (20°C) 2,3 (20°C)

Trang 22

Luận Văn Tốt Nghiệ SVTH : Phan Thị Viễn Ân

— Các muối florua ít tan trong nước, chứng tỏ cấu trúc của ZnF;

và CdF; đều có năng lượng mạng lưới cao một phần do F’ không tao

phức với Zn”", Cd**, Các muối clorua có độ tan lớn nhất và đặc biệt

ZnCl, có tính hút ẩm mạnh Cả kẽm và Cađimi halogenua đều tankhá trong alcol, aceton và các dung môi cho điện tử tương tự, trong

một số trường hợp sản phẩm cộng có thể tạo thành

— lon MỸ" của Zn và Cd tạo các halogenua có nhiều tính cộng hoá

trị vì chúng có năng suất phân cực cao, tính này tăng dấn theo bán

kính của anion Cả hai muối ZnF; và CdF; đều có bản chất liên kết ion, trong khi các halogenua khác có bản chất cộng hoá tri, Do đó,

ZnF; và CdF; có nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy cao nhất trong

các halogenua.

(2) _ZnCl; là chất ở dạng tinh thể lập phương Trong đó, ZnCÌ; có

cấu hình tứ diện với Cl là cẩu nối Ở trạng thái hơi, ZnCl, có cấu

hình đường thẳng Đặc biệt ZnCl, có thể kết tinh từ dung dịch nước

mặc dù Zn(OH); có tính lưỡng tính Trong khi các muối MgCl;, CaCl,

MnCl, không thé sinh ra khi đun nóng hidrat tương ứng, mặc dù

hidroxit của nó không có tính lưỡng tính Điều này được giải thích do

lớp vỏ 3đ'° của Zn?* làm cho Zn** liên kết dễ với Cl hơn với O của

HO Do vậy, trong dung dịch ZnCl, đặc ở trong nước có sự cạnh tranh giữa ion Cl va phân tử H;O làm cho Cl thay thế H;O trong cầu

nội Thật vậy trong dung dich ZnCl, loãng, Zn(II) tổn tại chủ yếu dưới

dang ion [Zn(H;O);}° còn trong dung dich đặc Zn(II) ở dang [ZnC1,(H;O}]?.

— Dung dich ZnCl, đặc khi trộn với ZnO tạo nên Oxoclorua:

ZnCl, + ZnO Zn;OCl; (Oxoclorua)

Oxoclorua cũng có thể được tạo thành khi dun nóng muối

cloruabase:

0

2ZnOHCI ——> 2n,0Cl, + HạO

— Các halogenua của Zn(II), Cd(II) nhất là các clorua, bromua,

iodua khi tác dụng với ion halogenua tạo phức halogen tương ứng:

VD: ZnCl, + 2NaCl — Na/[ZnCl,]

Trong dung dich các muối halogenua của Cadimi đều có các ion

và phân tử Cd?*, CdX*, CdX;, CdXs, CdX,”.

Trang 23

Luận Văn Tốt Nghi SVTH : Phan Thị Viễn Ân

VD: Trong dung dich CdBr; 0,5M ở 25°C có các nồng độ gan

đúng của các hợp chất bị phân li và không bi phân li như sau:

(3)_ ZnCl, khan có thể được diéu chế bằng cách cho kẽm hat tác

dung với khí clo ở 400°C, còn hidrat có thể điểu chế bằng cách cho

kẽm, oxit hay hidroxit hoặc cacbonat của kẽm tác dụng với dung dịch

HCl loãng, sau đó làm bay hơi dung dich trong luéng HCl khí để

tránh hiện tượng thủy phân:

— Do ZnCl, đặc tác dụng được với nước tạo ra acid phức nên

ZnCl, đặc được dùng để đánh sạch sắt, thép khi hàn:

FeO + H;{Zn(OH);Clạ] 3 Fe[Zn(OH);Clạ] + HạO

Khi hàn, nước bay hơi còn bể mặt sắt thép phủ một lớp muối

trên ở trạng thái nóng chảy nên không bị oxi không khí oxi hoá, nhờ

đó mối hàn được vững chắc.

— Ngoài ra, ZnCl, được dùng in hoa trên vải, tấm gỗ để gỗ khỏi

bị mục nát và chế giấy da dê

lạ.c Các sunfua: ZnS và CdS

(1)_ ZnS là chất rắn màu trắng, CdS có màu vàng chanh hoặc vàng

đỏ tuỳ theo điều kiện kết tủa,

— Độ tan của các sunfua rất nhỏ Dưới đây là giá trị tích số tan

của chúng:

Trang 24

Luận Van Tốt Nighiép SVTH : Phan Thị Viễn An

Tích số tan |2105 |310?® |iq0” |

— Độ tan giiảm dần từ ZnS đến CdS Trong dung dịch acid, độ tan

cũng giảm tuomg tự: ZnS tan trong acid mạnh, không tan trong acid

yếu; CdS không tan trong acid loãng nhưng tan trong HCl đặc, trong

HN; loãng, trong H;SO, loãng nóng.

(2)_ ZnS được tạo ra khi cho H;S đi qua dung dịch muối kẽm trong

môi trường kiểm hay cho dung dịch muối amonisunfua tác dụng với

dung dịch muối kẽm.

VD: Na;ZnO; + 2H;S — Na;$ + ZnS! +2 HO

ZnS khômg được hình thành khi cho H;ạS tác dụng với muối kẽm

của acid mạnh do.Zn8§ tan trong acid mạnh ZnS không tan trong

CH,COOH nên có thé do Zn(CH;COO); tác dụng với HạS:

Zn(CH;CŒ(OO); + H;ạS — 2 CHạCOOH + ZnSL

— CdS cũng được điểu chế bằng cách cho H;ạS tác dụng với dung

dịch muối Cadiimi.

— Zn§ đượic dùng chế tạo sơn khoáng màu trắng, thường được

dùng hỗn hợp với BaSO, gọi là Litopon Loại sơn này không bị hoá

đen bởi HS và được diéu chế bằng cách:

ZnSO, + BaS — Ba§O,l+ Zn§}

lạ.d Các cyanwa: Zn(CN) và Cd(CN)»

— Các cyamua Zn(CN);, Cd(CN); được tạo ra khi cho dung dịch

các muối M** tac dụng với dung dich cyanua của kim loại kiểm.

VD: CdSO, +2 NaCN — Na;SO, + Cd(CN);¿l

— Zn(CN); và Cd(CN); thực tế không tan trong nước nên lắng

xuống ở dạng krết tủa màu trắng

— Các cyamua Zn(II) và Cd(II) đều dễ tạo thành phức chất, phần

lớn các phức chuất đó đều dé tan trong nước và bén ở dạng [M(CN),]*:

VD: 2 {CN +Cd(CN), — K,[Cd(CN),]

Iy.e Các nitrat!: Zn(NOs3)2 và Cd(NO;);

— Cả hai muối đều kết tinh màu trắng, đều dé tan Độ tan ở 20°C

với Zn(NO¿);.6]H;O là 118,4g ; còn với Cd(NOạ);.4HO là 155g.

— Zn(NOs)o được diéu chế bằng cách cho hạt Zn hay ZnO tan

trong HNOs loiang:

3 Zn +8HNO; — 3 Zn(NO,) + 2 NOT +4 HạO

Trang 25

Luận Văn Tốt Nghỉ SVTH : Phan Thị Viễn Ân

Zn(NOạ)›; kết tinh trong nước ở nhiệt độ thấp hơn -18”C và nóng chảy ở 36,5°C

Tạo ra bốn dạng hidrat với 2, 4, 6, 9 phân tử nước Dạng hidrat

bên nhất là Zn(NO¿ạ);.6H;O.

— Cd(NQ;); tinh khiết được điều chế bằng cách cho Cd(NO;); tan

trong HNO, loãng:

CdCO; + 2 HNO; — Cd(NOQ¿); + CO,T + HạO

Ở nhiệt độ thường đã tách ra được dang tinh thể hidrat hoa

Cd(NO:).4H¿O Ngoài ra, còn tên tai ở dạng 2, 9 phân tử H;O

(1)_ ZnSO, được điểu chế bằng cách cho vỏ bào Zn tan trong dung

dịch H;SO; loãng hoặc nung ZnS trong không khí:

Zn + HạSO, — ZnSO, + Het

— ZnSO, để lâu trong không khí dan dan bị thăng hoa Ở 39°C

nóng chảy trong nước kết tinh tạo ra ZnSO,.6H;O, ở 250-270°C mất

nước kết tinh, khi đun nóng đỏ bị phân hủy:

©

2 ZnSO, ——> 2 ZnO +2 SOT + Oot

(2)_ CdSO, được diéu chế bằng cách hoà tan Cd hay CdCO; trong

H;SO, loãng:

CdCO; + HạSO, —3 CdSO, + CO;† + H:O

Từ dung dịch muối thu được CdSO,.7H;O, CdSO,.H;O CdSO,

tan trong nước, với sunfat của kim loại kiểm CdSO, tao ra muối kép

có công thức là M;SO,.CdSO,.6H;O (M: kim loại kiểm)

— Khi nung CdSO, đến 700°C bắt đầu thăng hoa đồng thời bắt

đầu phân hủy Ở 1000°C phân hủy rõ ràng thành CdO, SO, va Oz:

2 CdSO, ——> 2 CdO + 2 S§O;† + Oy

lạ.g Muối cacbonat: ZnCO; và CdCO;

(1)_ ZnCO; được điều chế bằng cách cho dung dịch lạnh KHCO, hay

NaHCQ; đã bão hoà CO; tác dụng với dung dịch muối kẽm hoặc cho

Trang 26

Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH : Phan Thị Viễn Ân

luống khí CO; đi qua huyển phù Zn(OH); trong nước tạo ra kết tủa

trắng:

Zn** + 2 HCO; — ZnCO;:| + CO;† + HOVD:

ZnSO, + 2 NaHCO; — Na;SO, + ZnCO;L + CO;† + H;O

Hay cho dung dịch cacbonat của kim loại kiểm tác dụng với

muối kẽm tạo các muối cacbonat base, kết tủa màu trắng Độ tan

T=1,45.10"":

3 Zn**+ CO,*+ 4 OH + 2 H;O —Ỳ ZnCO:.2Zn(OH);.2H;O

Ngoài ra có thé thu được ZnCO;.Zn(OH)H:O hay

2ZnCO¿:.32n(OH);.H;O tuỳ thuộc vào điều kiện phan ứng.

— ZnCO; không tan trong nước nhưng bị thủy phan dan tạo

thành muối cacbonat base Khi nung đến 150°C, ZnCO; khô bắt đầu

phân hủy thành ZnO và GO¿.

(2)_ CdCO; được diéu chế bằng cách cho dung dich muối Cadimi tác

dụng với dung dịch cacbonat kim loại kiểm hoặc amoni:

CdCl, + Na,CO; —> CdCO¿kL + 2 NaCl

CdCO: là kết tia vô định hình, màu trắng, không tan trong

nước T=5,2.10”°, Muốn chuyển thành dạng tinh thể, người ta dun

nóng dạng vô định hình với dung dịch amonicacbonat đến 170°C và

sau đó làm lạnh từ từ.

— Khi đun CdCO; phân tích thành CdO và CO¿.

l, Hop chất cơ kim của Zn va Cd:

— Hợp chất cơ kim có ý nghĩa quan trong về mặt lich sử Dietyl

kẽm là hợp chất cơ kim đầu tiên được nhà hoá học người Anh là

E.Frankland (1825-1899) điều chế vào năm 1848 theo phan ứng:

2C;HaI+ 2Zn —“—› (C;H¿);Zn + Znl;

(hợp kim với Cu)

Phát minh của E.Frankland đã góp phan đáng kể vào sự phát

triển những quan điểm hiện đại về bản chất của liên kết hoá học

—RMX có nhiễu tính chất giống tính chất của Grignard RMgX.

Nó được diéu chế bằng cách cho kim loại M tác dụng với RX giống

như RMgĂ:

Trang 27

Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH : Phan Thị Viễn Ân

M + RX — RMX

(M: Zn, Cd, X: halogen, R: gốc hidrocacbon)

Cd cho phan ứng nay dễ dang hon chi cần ánh sáng làm chất

xúc tác phân li thành các gốc tự do R” và X", Zn cho phản ứng nay

khó khăn hơn.

Ngoài ra MeCdI được điều chế trong eter như sau:

Me;Cd + Cải « 2MeCdl k>100

Các ankylbromua tác dụng trực tiếp lên kẽm mà không can hợp

kim đồng tăng hoạt khi thực hiện phản ứng trong các dung môi có

tính base mạnh như đimetylformamid Do có thể gắn 2 phân tử dung

môi lên RZnX mà tránh được sự đa phân hoá của hợp kim này.

— Cơ cấu RZnX khá phức tạp Trong dung dịch nó có thể ở dạng

— RzCd được điểu chế tốt nhất bằng cách cho Cadimi hay

halogenua khan tác dụng với RLi hay RMgX; hoặc cho Cd tác dụng

với RI trong dimetylformamid hay (CHạ);SO cho RCdI trong dung

địch.

— Những hợp chất cơ kẽm và cơ Cadimi có ý nghĩa quan trọng

đối với thực tế vì khả năng dễ phản ứng với một số nhóm chức nhất

định của hợp chất hữu cơ cho phép thực hiện được các phản ứng độc

đáo.

Is Các hợp chất khác:

lạ.a Kém hidrua:

— Kém hidrua là chất rắn màu trắng được điều chế bằng cách cho

Znl¿ hoặc Zn(CHạ); tác dụng với LIAIH::

Trang 28

.—— ~“

Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH : Phan Thị Viễn An

Znlạ + 2 LiAIH, —> ZnH; + 2 AlHạ + 2 Lil

— Ngoài ra ZnH; được điều chế bằng cách cho Znl; tác dụng với

LiH trong eter:

— Cũng bằng phương pháp tương tự, người ta đã tổng hợp được

Cadimi hidrua Quá trình này được thực hiện ở nhiệt độ thấp:

Cd(CHạ); + 2 LiAIH, — CdH; + 2 AIH; +2 LICH;

— CủdH; là chất rắn màu trắng dễ phân hủy hơn ZnH;.

— Kém nitrua được điều chế bằng cách đun kẽm trong luồng khí

amoniac ở 527-627°C cũng như khi nhiệt phân kẽm amid Zn(NH2» ở

227°C:

3 Zn + 2NHạ — ZnN› + 3H;†

3Zn(NHạ), — ZnsNo+ 4NH;†

— ZnạN; là chất bán dẫn điện, ở dạng bột màu xám đun nóng

trong chân không bị phân hủy thành Zn và N; ở 350°C, bền trong

không khí, bị nước phân hủy:

ZnạN2 +6H;ạO—> 3Zn(OH); + 2 NH,T

Is.d Cadimi nitrua (CdạN;) :

— Cadimi nitrua cũng được diéu chế bằng cách đun nóng Cadimi

amid Cd(NH;); trong chân không ở 180°C:

°

3 Cd(NH2)2 ———> CdsN, + 4NH;†

— CdạN; là chất bột màu den, bi nước phân hủy và nổ:

CdạN; + 6HO — 3Cd(OH) + 2 NH;ạT

1;.e Kém cacbua (2nC:) va Cadimi cacbua (CdC;):

Kém cacbua và Cađimi cacbua được tạo thành khi đun nóng kim

loại trong luồng khí acetylen.

Trang 29

Luận Van Tốt Nghiệp SVTH : Phan Thị Viễn Ân

Il Hợp chất của thủy ngân:

Khác với Zn và Cd, Hg tạo nên 2 loại hợp chất với số oxi hoá

+2 và +1 Xác suất tạo thành hai trạng thái oxi hoá đó tương đương

với nhau về mặt nhiệt động học, trong đó trạng thái oxi hoá +2 thường gặp và bền hơn.

II, Thủy ngân (11) oxit: HgO

Il,;.a_HgO là chất ở dang tinh thể ta phương, hat rất nhỏ có mau

vàng, hạt to hơn có màu đỏ Nó được cấu tạo từ những mạch dài, gãy

và phẳng liên kết yếu với nhau

O 180° 4 On

— Trong khi ZnO, CdO déu bền với nhiệt và có thể thang hoa

không phân hủy ở nhiệt độ cao, HgO kém bền với nhiệt hon ZnO và

CdO; HgO phân hủy trên 400°C Diéu này phù hợp với nhiệt tạo

— Ở khoảng 100°C, HgO bị Hạ khử dé dàng thành Hg và ở nhiệt

độ thường HgO dé tác dụng với khí clo hay nước clo tạo nên kết tủa

Oxoclorua màu đỏ nâu:

Hạ + HgO —TM¢, Hg + HạO

2HgO + 2Cl; —> Hg;OCl; + ChO

2 HgO + 2 Cl¿ + HạO —> Hg;OCl, + 2 HOCI

(Thủy ngân oxoclorua: Hg;OC]; có thể viết dưới dang HgO.HgCl,)

— HO tan rất ít trong nước, khi tan tao ra môi trường kiềm yếu:

HgO + HO « Hg” +2OH (T= 3,6.10Ê)

Trang 30

Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH : Phan Thị Viễn Ân

— HgO dễ dàng tan trong dung dịch acid nhưng không tan trongdung dich kiểm mạnh Tuy nhiên, khi tác dụng với dung dịch NHs,HgO không tạo nên amoniacat như ZnO mà tạo nên hợp chất ít tan

màu vàng gọi là base milon:

2 HgO + NH; + H;O — Hg:NOH.2H;OBase milon HgạNOH.2H;O là một trong những hợp chất mới

của Hg với N Trong đó, Hg¿;N' có mang lưới tinh thể kiểu Cristobalit

còn ion OH’ và phân tử nước được giữ lại trong lỗ trống của mạng lưới

đó bằng liên kết ion, liên kết hidro và lực phân tán.

Base milon phản ứng với acid tạo nên muối có công thức chung: Hg;NX.H;O (trong đó: X là Cl, Br’, ï, NO;, ClOy ) Sự tạo thành kếttủa nâu Hg;NI.H;O là phản ứng rất nhạy để phát hiện NH; hoặc

NH," bằng thuốc thử Nestle là dung dịch Ez{Hgl,] trong kiểm:

2 Kof{Hgl,] + NHạ + 3 KOH —> Hg;NI.H;Ot + 7 KI + 2 HạO

II,c HgO dang màu vàng được điểu chế bằng cách cho thêm kiểm

vào dung dịch muối Hg(1):

Hg(NO¿); + 2 KOH —> HgO + 2 KNO; + HạO

HgO dạng màu đỏ được điều chế bằng cách đun nóng Hg trong

không khí đến 350°C hay nhiệt phân cẩn thận muối nitrat Hg(II)

hoặc bằng cách trộn dung dịch nóng HgCly với KạCO; hay Na;CO;:

kì

2 Hg(NOạ); ———> 2 HgO + 4 NO; + O;†

HgCl, + KạCO; —> HgO + 2 KCI + CO;†

Il,.d Trong thiên nhiên, HgO tổn tại ở dạng khoáng vật hiếm

Montroidit HgO được dùng để điều chế các hợp chất khác của thủy

ngân, chế sơn vỏ tàu biển, thuốc mỡ và pin thủy ngân

H; Thủy ngân ŒU) hidroxit: Hg(OH)›

Hg(OH); rất không bén, cân bằng sau chuyển dịch mạnh sang

bên phải:

Hg(OH), <= HgO + H;O

Vì vậy khi thêm kiểm vào dung dịch muối Hg(II) chi thu được

HgO chứ không tách ra được Hg(OH);:

VD: Hg(NO;) + 2 KOH — HgO + 2 KNO; + H;O

Trang 31

Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH : Phan Thị Viễn Ân

Tuy nhiên, dựa vào độ tan rất bé của HgO (10-10 mol/) trong

nước và tính thủy phân mạnh của muối Hg(II), người ta coi Hg(OH);

là một base yếu.

Hạ Muối t ID:

Ilya Nhân xét:

— Các muối nitrat, peclorat, sunfat và acetat của Hg(II) dé tan

trong nước còn các muối sunfua, orthophotphat và muối base ít tan Khi tan trong nước, một sé muối Hg(II) phân li rất kém, nhất là Hg(CN); được coi là chất không điện li, các muối còn lại phan li bình

thường và bị thủy phân mạnh.

— Da số muối đơn của Hg(II) không có màu trừ HgS có màu đen

hoặc đỏ, Hgl;¿ có màu vàng hoặc dé.

— Thủy ngân là một hợp chất tạo nên nhiều hợp chất rất kémbên va dé phân hủy gây nổ như: HgC;, HgyN;, Hg(N;); và Hg(OCN);

Ví dụ: HgC; được tạo nên khi C;H; tác dụng với dung dịch HgCl; Nó

có cấu trúc tỉnh thể giống CaC; nhưng khi tác dụng với acid không

cho C;H; ma cho CH;CHO:

Do đó, khi tác dụng với acid nitric hay acid sunfudric đặc có du

Hg thì tạo thành muối Hg (I) mà không tạo thành muối Hg (II).

— lon Hg”" tạo nên nhiều phức chất, trong đó Hg có số phối trí

đặc trưng là 2 và 4 Những phức chất này bén hơn những phức chất

của ZnŸ" và Cd?',

Trang 32

Luận Văn Tốt Nghi SVTH : Phan Thị Viễn An[ls.b

— Thủy ngân (II) florua là hợp chất ion, có cấu trúc mạng lưới

theo kiểu Florit (CaF;) Nó có Tạ và T°, cao nhất trong các muối

halogenua của Hg(II) Nó bị thủy phân hoàn toàn ngay trong nước

lạnh Điều này cho thấy nó là muối ion được tạo nên bởi muối của

một acid yếu và một base yếu.

— Ba halogenua còn lại thể hiện ré đặc tính cộng hóa trị Tinh

thể HgCl; có mạng lưới phân tử, các tinh thể HgBr; và HgÌ; có mạng

lưới lớp Chúng có T°, và T°, thấp hơn so với HgF2, tan được trong

một số dung môi hữu cơ nhiéu hơn trong nước Trong nước, ba halogenua này phân li rất kém ( ~1%) nên bị thủy phân không đáng

kể Ở trạng thái hơi và trong dung dịch, chúng đều tổn tại ở dạng

có thể thăng hoa Nó rất bền trong không khí, rất độc, tan nhanh

chóng trong các dung môi hữu cơ như etanol, eter, aceton, benzen và

cloroform Độ tan của HgCl, trong nước biến đổi nhiều theo nhiệt độ,

LOO g nước hoà tan 6,6 g ở 20°C và 54g ở 100°C.

— Dung dịch nước của HgCl; có phản ứng acid rất yếu vì bị thủy

phân:

HgCl; + HO + HgOHOI + HCl

Luận Van Tốt Nghiệp SVTH : Phan Thị Viễn An

Nhưng HgCl, lại có thể tác dung với acid cianhidric giải phóng

acid clohiric nhờ tạo thành chất không điện li Hg(CN);:

2 HCN + HgCl, — Hg(CN); + 2 HCl

Phản ứng này dùng để định lượng acid cianhidric

— Khi cho dung dịch KI vào dung dịch HgCl, đến khi kết tủa

Hgl» tan hết, sau đó cho thêm KOH thu được dung dịch màu vàng gọi

là thuốc thử Nestle, dùng để nhận biết amoniac và các muối amoni

tạo ra kết tủa màu nâu đỏ (Hg;NI.H;O):

2KI + HgCh — 3 KCI + Hgl;i

Hgl)+ 2KI —> K,{Hgl,]

2 K;(Hgl,] + NHạ + 3 KOH —> Hg;NI.H;O} + 7 KI + 2 H;O

— Khi tác dụng với những chất khử, HgCl; có thể tạo thành

Hg›;Cl; hay Hg kim loại.

VD: HgCl, + SOạ+ 2 HO — Hg + H;SO, +2 HCl

2 HgGl + SnClạ — Hg.Cle + SnCl,

Tinh chất oxi hoá của HgCly còn thể hiện ở chổ trong dung dịch

HgC]; bị phân hủy chậm tạo ra Hg;Cl; va Cle:

2 HgCl, —> Hg;Cl; + Ci,T

— Khác với ZnCl, và CdCl, , khi tác dung với dung dich NHs thi

HgCl; không tạo nên các amoniacat Chỉ tạo được amoniacat khi có

lượng rất du NH; và phải có mặt của muối amoni:

VD: HgCl;,2 NHạ — Hg(NHs)Cl,

Thông thường HgCl, tác dung dung dịch NH, tạo nên

amidoclorua là hợp chất ít tan, có màu trắng và phân hủy trước khi

nóng chảy:

HgCl; + 2 NH; —> HgNH;Ol + NH,Cl

— Khi đun sôi dung dịch HgCl, với HgO, tùy thuộc vào tỉ lệ của

các chất phản ứng người ta thu được tinh thé của Oxoclorua có các

thành phần: HgO.HgCl;, 2HgO.HgCle, 3HgO.HgƠI;

(3)_ HgCl; được điểu chế bằng cách cho Hg tan trong nước cường

thủy hoặc hòa tan HgO hay HgSO, trong HCI đun nóng:

3 Hg + 6 HCl + 2 HNO; — 3 HgCl;ạ+ 2 NOT + 4 H,O

€

HgO + 2HCl ——> HgCI; + H,O

Trang 34

Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH : Phan Thị Viễn Ân

HgSO, + 2HCl -— > HgClh + H;SO,

Trong công nghiệp, người ta điểu chế HgCl, bằng cách dun

nóng hỗn hợp HgSO, va NaCl ở 300°C:

HgSO, + 2 NaGl ——> Na;§O, + HgCl;

— Hgl, là chất bột màu đỏ, được tao ra khi nghiền Hg với lạ cũng

có thể tao ra khi cho muối Hg(NQ;); hay HgCl, tác dụng với dung

dich KI:

Hgl; có thé tan trong KI Do đó lượng KI sử dụng phải được

tính toán trước để đảm bảo thu được Hgi;:

[¿.c Thủy ngân (II) sunfua : HgS

(1)_ Thủy ngân (II) sunfua (HgS) là chất dang tinh thể có màu đỏ và

đen Tinh thể dạng đỏ có cấu trúc kiểu Vuazit, dạng đen có cấu trúc

Sphalerit nóng chảy ở 820°C Trong hai dạng tinh thể đó, dạng đỏ

bén hơn Khi dun nóng đến 344°C, dạng đen chuyển sang dang đỏ.

Dang đỏ có thể thăng hoa ở 559°C

— Khi đun nóng trong không khí tạo ra Hg và SQ;:

HgS + O; —> Hg + SO,T

(2)_ Thủy ngân (II) sunfua tan rất ít trong nước và ít hơn nhiều so

với ZnS va CdS - cũng là những chất it tan Giá trị tích số tan của

HgS đỏ là 5.10“ và của HgS đen là 2.10'° Do đó, các sunfua này tan

khác nhau trong acid: ZnS tan trong dung dịch acid loãng, CdS tan

trong dung dịch acid khá đặc, còn HgS tan chậm trong dung dich acid

đặc kể cả HNO; và chỉ tan dễ khi dun nóng với nước cường thủy:

3 HgS + 8 HNO; + 6 HCl > 3 HgCl, + 3 H;SO, + 8 NOT + 4 H,O

Sự tăng màu va sự giảm độ tan trong nhóm ZnS ~ CdS - HgS là

do cation M** có 18 electront ở lớp vỏ có bán kính tăng lên nên dé dang bị cực hóa bởi anion S* và nhờ đó hiệu ứng cực hóa thêm của

cation MỸ" đối với S* tăng lên.

— Khác với ZnS va CdS, thủy ngân (II) sunfua tan trong dung

dịch đặc của sunfua kim loại kiểm tạo nên phức chất tan M;[HgS;] có

màu vàng (M : Na, K):

HgS + K;ạS —> K;(HgS;] (kali thiomecurat)

Trang 35