Hóa nâng cao chương 3

Chơng 3 Phi kim. Sơ lợc về bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học A. Tóm tắt kiến thức cơ bản Các phi kim quan trọng mà ta thờng gặp các đơn chất và hợp chất của chúng là hiđo (H), các halogen mà điển hình là clo (Cl), oxi (O), lu huỳnh (S), photpho (P), cacbon (C) và silic (Si). I. Tính chất chung của các phi kim ở điều kiện thờng đơn chất phi kim có thể tồn tại dới dạng chất rắn kết tinh (nh kim cơng, lu huỳnh) hoặc vô định hình (nh than gỗ, bồ hóng), dới dạng chất lỏng (nh brom) hoặc dới dạng chất khí (nh flo, clo, oxi, ozon, nitơ, hiđro). Đa số các phi kim thờng không có ánh kim, không có tính dẫn hoặc tính dẫn rất kém. Các phi kim điển hình có tính hoạt động hóa học mạnh là flo, clo, brom (có tên chung là halogen), oxi, lu huỳnh, các phi kim còn lại có tính hoạt động hóa học trung bình hoặc kém. Tính chất hóa học chung của các phi kim là tính oxi hóa : Tác dụng với các kim loại tạo thành muối hoặc oxit. Thí dụ : 3Cl 2 + 2Fe 2FeCl 3 2O 2 + 3Fe Fe 3 O 4 S + Hg HgS Các phi kim mạnh oxi hóa đợc các phi kim có tính hoạt động hóa học yếu hơn, thí dụ : S + O 2 SO 2 38 C + O 2 CO 2 2 P + 3 Cl 2 2PCl 3 Nhiều oxit của phi kim là oxit axit, chúng thờng là các anhiđrit, thí dụ : SO 2 + H 2 O H 2 SO 3 SO 3 + H 2 O H 2 SO 4 P 2 O 5 + 3 H 2 O 2H 3 PO 4 Dới đây chúng ta xét một số phi kim thờng gặp là hiđro, halogen, nitơ, photpho, cacbon và silic. II. Halogen Halogen nghĩa là sinh ra muối, là tên chung để chỉ nhóm các phi kim gồm flo (F = 19) ; clo (Cl = 35,5) ; brom (Br = 80) và Iot (I = 127). Chúng dễ dàng tác dụng với các kim loại để tạo ra muối, thí dụ muối ăn : NaCl. 1. Tính chất vật lí Phân tử các đơn chất halogen gồm 2 nguyên tử : F 2 , Cl 2 , Br 2 , I 2 Hai đơn chất đầu là các chất khí. Flo có màu lục nhạt, clo có màu vàng lục, brom là chất lỏng nặng, màu nâu đỏ, iot là chất rắn kết tinh màu tím sẫm. Các đơn chất này tan ít trong nớc, tan nhiều trong benzen và một số dung môi hữu cơ khác. 2. Tính chất hoá học Tính chất cơ bản của các đơn chất là tính oxi hoá. Flo là chất oxi hoá mạnh nhất, nó oxi hoá nớc mãnh liệt : 2F 2 + 2H 2 O 4HF + O 2 Các halogen khác phản ứng với nớc theo phản ứng thuận nghịch : X 2 + H 2 O HX + HXO Từ F 2 I 2 tính oxi hoá giảm dần, các halogen nhẹ đẩy đợc các halogen nặng hơn ra khỏi hợp chất của chúng : F 2 + 2KCl 2KF + Cl 2 39 Cl 2 + 2KBr 2KCl + Br 2 Br 2 + 2KI 2KBr + I 2 Các halogen tác dụng với H 2 tạo thành hiđro halogenua (HX) : H 2 + X 2 2HX Các hiđro halogenua tan trong nớc tạo thành các dung dịch axit. HF là axit yếu còn HCl, HBr và HI đều là các axit mạnh. Khi đun nóng các dung dịch đó thì các phân tử axit sẽ bay hơi khỏi dung dịch. Các dung dịch đặc bay hơi ngay ở nhiệt độ thờng. Các muối halogen tan nhiều trong nớc chỉ có AgCl (màu trắng), AgBr (màu vàng nhạt) và AgI (màu vàng) thực tế không tan trong nớc và các dung dịch axit loãng. Các muối chì halogenua PbX 2 ít tan trong nớc lạnh nhng tan nhiều trong nớc khi đun nóng. 3. Điều chế Để điều chế clo trong phòng thí nghiệm ngời ta cho lợng d dung dịch HCl tác dụng với mangan đioxit MnO 2 : MnO 2 + 4HCl MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O Có thể thay MnO 2 bằng thuốc tím, tức kali pemanganat, KMnO 4 : 2KMnO 4 + 16HCl 2KCl + 2MnCl 2 + 5Cl 2 + 8H 2 O Trong công nghiệp ngời ta điều chế clo bằng phơng pháp điện phân dung dịch muối ăn có màng ngăn xốp ngăn giữa hai điện cực. Clo sẽ đợc giải phóng ra ở anot (cực dơng), khí hiđro thoát ra ở catot (cực âm), ở ngăn catot thu đợc dung dịch xút NaOH : 2NaCl + 2H 2 O điện phân 2NaOH + H 2 + Cl 2 III. Cacbon 1. Các dạng thù hình của cacbon Dạng thù hình của nguyên tố là những đơn chất khác nhau do cùng một nguyên tố hoá học tạo nên. 40 Cacbon tồn tại ở một số dạng đơn chất, tức là nó có một số dạng thù hình. Đó là kim cơng, than chì và cacbon vô định hình (nh than gỗ, than xơng, mồ hóng). Kim cơng là chất rắn kết tinh, trong suốt, không màu, khúc xạ ánh sáng mạnh, có độ cứng rất cao, đợc dùng làm đồ trang sức, làm mũi khoan, dao cắt thủy tinh. Than chì có cấu trúc tinh thể, nhng đục, màu đen xám, có cấu trúc lớp và khá mềm, dẫn điện đợc. Than chì đợc dùng làm bút chì và làm điện cực trong các nguồn điện và trong các bình điện phân. Cacbon vô định hình (than gỗ là điển hình) có nhiều lỗ xốp và vì vậy có diện tích bề mặt rất lớn khiến nó có khả năng hấp thụ cao (tức là rất dễ giữ các chất khí và các chất tan trong dung dịch trên bề mặt của nó). Vì vậy, cacbon vô định hình đợc dùng rộng rãi làm chất hấp phụ trong các loại mặt nạ phòng độc. 2. Tính chất hoá học Trong 3 dạng thù hình của cacbon, chỉ có cacbon vô định hình là có hoạt tính hoá học cao hơn cả. Cacbon là chất khử mạnh, nó cháy trong oxi và trong không khí : C + O 2 CO 2 Phản ứng cháy của cacbon toả ra nhiệt lợng rất lớn, vì vậy ngời ta dùng cacbon (than) làm chất đốt trong công nghiệp cũng nh trong cuộc sống. ở nhiệt độ cao cacbon khử đợc nhiều oxit kim loại (các kim loại từ sắt và đứng sau sắt trong dãy hoạt động hoá học của kim loại). Fe 2 O 3 + 3C 0 t 2Fe + 3CO CuO + C 0 t Cu + CO Cacbon khử đợc cả các oxit của phi kim : SiO 2 + 3C 0 t SiC + 2CO C + H 2 O 0 t CO + H 2 41 3. Các hợp chất quan trọng của cacbon Các hợp chất quan trọng của cacbon là axit H 2 CO 3 , CO, CO 2 và các muối cacbonat. Axit H 2 CO 3 là axit rất yếu, nó chỉ đổi màu quỳ tím thành màu hồng. Axit H 2 CO 3 yếu hơn các axit : HCl, H 2 SO 4 , HNO 3 , H 2 SO 3 , CH 3 COOH nên bị các axit này đẩy ra khỏi muối cacbonat. Axit H 2 CO 3 là axit không bền, khi bị đẩy ra khỏi muối, nó phân huỷ thành CO 2 và H 2 O. Axit H 2 CO 3 chỉ tồn tại trong dung dịch loãng, không thể tách riêng axit H 2 CO 3 ra khỏi nớc. Ngay trong dung dịch cũng có một phần bị phân huỷ thành CO 2 và H 2 O. Khi đun nóng, dung dịch axit cacboicinic trở thành n- ớc trung tính : H 2 CO 3 0 t CO 2 + H 2 O CO là chất khử mạnh, ở nhiệt độ cao nó khử đợc oxit của các kim loại từ Fe Ag trong dãy hoạt động hoá học. CO là oxit không tạo muối, nó không tan trong nớc và không tác dụng với nớc, không tác dụng với dung dịch axit cũng nh các dung dịch kiềm. CO 2 là oxit axit tơng ứng với axit H 2 CO 3 là một đa axit rất yếu và rất dễ bị phân huỷ thành CO 2 và H 2 O ở nhiệt độ thờng. Để hấp thụ CO 2 ngời ta thờng dùng các dung dịch kiềm d : CO 2 + 2NaOH Na 2 CO 3 + H 2 O CO 2 + Ba(OH) 2 BaCO 3 + H 2 O Khi cho khí CO 2 đi qua dung dịch nớc vôi trong thì xảy ra các phản ứng sau : CO 2 + Ca(OH) 2 CaCO 3 + H 2 O Khi d CO 2 : CaCO 3 + H 2 O + CO 2 Ca(HCO 3 ) 2 (tan). Muối cacbonat : Chỉ các kim loại hoá trị I và II mới tạo đợc muối cacbonat. Có hai loại muối cacbonat : - Muối cacbonat trung hoà : Phần lớn các muối này không tan trong nớc, trừ các muối Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , (NH 4 ) 2 CO 3 Muối cacbonat dễ bị nhiệt phân huỷ, khi tác dụng với dung dịch axit, giải phóng khí CO 2 : CaCO 3 0 t CaO + CO 2 42 CaCO 3 + 2HCl CaCl 2 + CO 2 + H 2 O - Muối cacbonat axit (muối hiđrocacbonat) : Phần lớn đều tan trong nớc nh Ca(HCO 3 ) 2 , Mg(HCO 3 ) 2 , Ba(HCO 3 ) 2 Dung dịch các muối hiđrocacbonat vừa có tính axit, vừa có tính bazơ và dễ bị nhiệt phân : 2NaHCO 3 + H 2 SO 4 Na 2 SO 4 + 2CO 2 + 2H 2 O Ca(HCO 3 ) 2 + 2NaOH CaCO 3 + Na 2 CO 3 + 2H 2 O Ca(HCO 3 ) 2 0 t CaCO 3 + CO 2 + H 2 O IV. Silic 1. Tính chất vật lí Silic là nguyên tố phổ biến thứ hai sau oxi trong thành phần vỏ quả đất. Hợp chất phổ biến nhất của nó là oxit SiO 2 - thành phần chính trong đất và các loại muối silicat. Đơn chất silic là chất bán dẫn, nó là phi kim hoạt động trung bình, ở nhiệt độ cao nó tác dụng đợc với một số kim loại hoạt động tạo thành muối silixua (nh Mg 2 Si). 2. Tính chất hóa học Tính chất cơ bản nhất của silic là tính khử : Si + O 2 SiO 2 Si + 2Cl 2 SiCl 4 Si + 2NaOH + H 2 O Na 2 SiO 3 + 2H 2 Si có tính chất hóa học đặc biệt và dễ dàng tác dụng với axit HF tạo thành khí SiF 4 , vì vậy axit HF ăn mòn thuỷ tinh rất mạnh. 3. Silic đioxit (SiO 2 ) SiO 2 là oxit axit tơng ứng với axit H 2 SiO 3 . SiO 2 không tan trong nớc, không tác dụng với nớc nhng tan trong dung dịch kiềm để tạo thành các dung dịch keo. SiO 2 + 2NaOH Na 2 SiO 3 + H 2 O SiO 2 bị phá huỷ bởi axit HF : SiO 2 + 4HF SiF 4 + 2H 2 O SiO 2 là nguyên liệu chính để điều chế Si 43 SiO 2 + 2Mg 0 t 2MgO + Si SiO 2 + 2C Si + 2CO SiO 2 còn là nguyên liệu chính để sản xuất các vật liệu silicat nh thuỷ tinh, đồ gốm, đồ sứ v.v Khi cho các dung dịch muối silicat kim loại kiềm tác dụng với axit thì thu đợc axit silixic H 2 SiO 3 . Axit đó là axit rất yếu, không bền, chỉ tồn tại trong dung dịch, không thể điều chế dới dạng than. Nếu cô cạn dung dịch axit silixic thì nó mất nớc tạo thành silic đioxit. V. Sơ lợc về bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học Năm 1869 thời đó các nhà hóa học mới biết hơn 60 nguyên tố hóa học nhng nhà hóa học ngời Nga Đ.I. Men-đê-lê-ép là ngời đầu tiên thành công trong việc sắp xếp các nguyên tố thành một bảng. Từ bảng đó và các công trình nghiên cứu của mình Men-đê-lê-ép đã phát biểu định luật nh sau : Tính chất các nguyên tố hóa học, thành phần và tính chất các đơn chất và hợp chất của chúng biến thiên tuần hoàn khi sắp xếp chúng theo chiều tăng của điện tích hạt nhân nguyên tử . Thời đó ngời ta cha biết lí thuyết về cấu tạo nguyên tử và liên kết hóa học nên bảng tuần hoàn của Men-đê-lê-ép có vài ngoại lệ. Sang thế kỉ 20 với những kiến thức chính xác về cấu tạo nguyên tử và liên kết hóa học ngơi ta đã xây dựng bảng tuần hoàn khi sắp xếp các nguyên tố theo chiều tăng dần số hiệu nguyên tử và đặc điểm cấu trúc electron của nguyên tử các nguyên tố. Bảng tuần hoàn hiện nay về cơ bản không khác bảng tuần hoàn do Men-đê-lê-ép xây dựng từ thế kỉ trớc. Nguyên tắc sắp xếp các nguyên tố thành bảng tuần hoàn Các nguyên tố đợc sắp xếp theo chiều tăng dần số hiệu nguyên tử (tức là theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân nguyên tử). Các nguyên tố mà nguyên tử có cùng số lớp electron trong lớp vỏ đơc xếp trong cùng một hàng ngang tạo thành một chu kì. Các nguyên tố mà nguyên tử có cấu trúc electron thành lớp và phân lớp tơng tự nhau đợc xếp vào cùng một cột dọc tạo thành một nhóm. Ngày nay ngời ta dùng 2 loại bảng tuần hoàn : bảng dạng dài và bảng dạng ngắn. 44 1. Cấu trúc bảng tuần hoàn dạng ngắn a) Ô : Mỗi nguyên tố chiếm một ô. Trong mỗi ô ngời ta ghi kí hiệu và tên của nguyên tố, số thứ tự là số đơn vị điện tích hạt nhân nguyên tử hay số electron trong lớp vỏ nguyên tử và khối lợng nguyên tử theo đvC. b) Chu kì : Chu kì là dãy nguyên tố mà nguyên tử của chúng có cùng số lớp electron. Bảng có 7 chu kì, mỗi chu kì đợc mở đầu bằng một kim loại kiềm (trừ chu kì 1 mở đầu bằng hiđro) và kết thúc bằng một khí hiếm (trừ chu kì VII cha kết thúc). Chu kì 1 gồm 2 nguyên tố ; Chu kì 2 gồm 8 nguyên tố ; Chu kì 3 gồm 8 nguyên tố. Các chu kì 1, 2 ,3 đó gọi là các chu kì nhỏ. Chu kì 4 gồm 18 nguyên tố đợc chia thành 2 hàng ngang : hàng trên gồm 10 nguyên tố, hàng dới gồm 8 nguyên tố. Chu kì 5 gồm 18 nguyên tố cũng đợc chia thành 2 hàng nh chu kì 4. Chu kì 6 gồm 18 ô, đợc chia thành 2 hàng nh 2 chu kì trên nhng chu kì này gồm 32 nguyên tố, vì ô thứ 57 - ô của lantan (La) có thêm 14 nguyên tố, có tính chất hóa học rất giống La, chúng tạo thành họ lantan và đợc xếp thành một hàng ngang phía dới bảng. Chu kì 7 cha kết thúc. Trong chu kì này ở ô thứ 89 - ô của actini (Ac) có thêm 14 nguyên tố có tính chất hóa học rất giống Ac, chúng tạo thành họ actini và cũng đợc xếp thanh một hàng phía dới họ lantan ở phía dới bảng. Các chu kì 4, 5, 6, 7 gọi là các chu kì lớn. c) Nhóm : Bảng gồm 8 nhóm đợc đánh số từ I đến VIII, mỗi nhóm đơc chia thành 2 phân nhóm : phân nhóm chính và phân nhóm phụ. Phân nhóm chính gồm các nguyên tố thuộc cả chu kì lớn và chu kì nhỏ, nguyên tử của chúng có cùng một số electron ở lớp ngoài cùng đúng bằng số thứ tự của nhóm. Phân nhóm phụ gồm các nguyên tố chỉ thuộc chu kì lớn, nguyên tử của chúng có cùng số electron hóa trị (tức là electron thuộc phân lớp ngoài cùng và phân lớp sát lớp ngoài cùng tham gia vào việc tạo thành liên kết hóa học). Riêng nhóm VIII có 3 phân nhóm phụ. Sau đây sẽ giới thiệu bảng tuần hoàn dạng ngắn. 45 46 47 [...]... Tính m1 III .31 Hãy viết 5 đến 6 PTHH trong mỗi phản ứng đều có các chất khác nhau tác dụng với nhau tạo thành khí CO 2 III .32 Hãy viết các PTHH biểu diễn dãy biến hoá sau : SO2 Na2SO3 NaHSO 3 Na2SO3 Na2SO4 CO2 Na2CO3 NaHCO3 Na2CO3 NaOH III .33 Trình bày nguyên tắc sắp xếp các nguyên tố hóa học thành bảng tuần hoàn III 34 Một ô trong bảng tuần hoàn cho ta biết các thông tin gì ? III .35 Chu kì là... tiên giải phóng ra khí NO2 sau đó giải phóng ra khí NO 7 Nh câu 6 nhng với bột Fe để thu đợc dung dịch Fe(NO3 )3 8 Nung nóng muối Cu(NO 3) 2, thu đợc CuO và hỗn hợp 2 khí NO 2 và O2 9 Nung nóng muối Fe(NO 3) 3, thu đợc Fe2O3 và hỗn hợp 2 khí NO 2, O2 10 Nung nóng muối Fe(NO3 )3 thu đợc oxit Fe2O3 và hỗn hợp 2 khí N2 và O2 III.24 Viết các PTHH biểu diễn các quá trình hoá học sau : 1 Điều chế axit photphoric... điểm tính chất hóa học các nguyên tố trong một chu kì III .36 Nhóm nguyên tố là gì ? Hãy nêu đặc điểm tính chất hóa học của các nguyên tố trong một nhóm của bảng tuần hoàn III .37 Hãy nêu tính chất hóa học điển hình của phi kim Tính chất đó đợc thể hiện nh thế nào ? Cho thí dụ III .38 Trình bày sự biến thiên tính chất hóa học của các nguyên tố trong chu kì 3 Viết các PTHH minh họa III .39 Trình bày sự... với lợng d dung dịch NH3, tạo thành kết tủa màu trắng hơi xanh, kết tủa này chuyển dần thành màu vàng và màu nâu đỏ khi tiếp xúc với không khí d) Cho 2 dung dịch cùng số mol của Ba(HSO3)2 và Ba(OH)2 tác dụng với nhau III. 23 Viết các PTHH biểu diễn các quá trình hóa học sau : 1 Nitơ tác dụng với hiđro ở nhiệt độ cao, áp suất cao, có chất xúc tác tạo thành khí amoniac (NH 3) 2 NH3 khử đợc oxi của CuO... gồm NaCl và Na 2CO3 Lấy 13, 3625 g B hoà tan vào lợng nhỏ nớc Thêm lợng d dung dịch HCl vào dung dịch nhận đợc đó Cô cạn cẩn thận thu đợc chất rắn khan khối lợng 13, 7475 g Viết các PTHH xảy ra và tính % theo khối lợng của mỗi muối trong hỗn hợp B III.10 Cho hỗn hợp X gồm NaCl và muối clorua của kim loại kiềm M Cho 4, 73 g hỗn hợp X đó tác dụng với lợng d dung dịch AgNO 3 thì thu đợc 14 ,35 g kết tủa Hỏi... = 1,2 g/ml vào 100 ml dung dịch H3PO4 45 ,3% có d = 1 ,3 g/ml rồi pha loãng dung dịch thu đ ợc bằng nớc cất, đợc dung dịch A thể tích = 500 ml Tính nồng độ mol của các chất tan trong A III.27 Viết các PTHH biểu diễn các quá trình hoá học sau : a) Đốt cacbon trong lò d cacbon b) ở nhiệt độ cao cacbon khử sắt (III) oxit thành sắt và tạo thành khí CO c) ở nhiệt độ cao (35 00 0C) silic khử oxi của CO 2 tạo... chu kì 3 : LiH BeH2 NaH MgH2 B 2 H6 AlH3 CH4 NH3 H 2O HF SiH4 PH3 H 2S HCl Hiđrua của các kim loại điển hình có tính bazơ Hiđrua của các phi kim điển hình có tính axit : Khi hoà tan HF, HCl, HBr, HI vào nớc ta đợc các dung dịch axit 48 Thành phần oxit của các nguyên tố cũng phụ thuộc vào vị trí của chúng trong bảng tuần hoàn Oxit của các nguyên tố thuộc phân nhóm chính (hoặc nhóm A) có hóa trị cao nhất... III. 13 Trình bày nguyên tắc phơng pháp điều chế Ca(OCl) 2 đi từ đá vôi, muối ăn, nớc và các dụng cụ cần thiết Viết các PTHH minh hoạ III.14 Khi đun nóng muối kali clorat (KClO 3) mà không có chất xúc tác thì nó đồng thời bị phân huỷ theo 2 hớng : a) Tạo thành khí oxi và kali clorua b) Tạo thành kali peclorat (KClO4) và kali clorua Khi đun nóng 73, 5 g KClO 3 không có chất xúc tác thì đã thu đợc 33 ,5... đầu là quặng apatit (thành phần chính là Ca3(PO4)2), axit photphoric và các hoá chất phụ khác điều chế : a) Supe photphat đơn ; 53 b) Supe photphat kép 3 Hoà tan oxit P 2O5 vào lợng d nớc, đợc dung dịch A Thêm từ từ dung dịch NaOH vào A đồng thời khuấy đều hỗn hợp cho đến khi d NaOH III.25 Thêm 30 0 ml dung dịch NaOH 25% có d = 1,28 g/ml vào 100 ml dung dịch H3PO4 66,2% có d = 1,482 g/ml, thu đợc dung... kiềm M Cho 4, 73 g hỗn hợp X đó tác dụng với lợng d dung dịch AgNO 3 thì thu đợc 14 ,35 g kết tủa Hỏi trong hỗn hợp X chứa muối clorua của kim loại kiềm nào cùng với NaCl Cho Li = 7, Na = 23, K = 39 , Rb = 85, Cs = 133 III.11 Cần phải cho ít nhất bao nhiêu g MnO 2 tác dụng hết với lợng d dung dịch HCl để thu đợc 22,4 lit khí clo (ĐKTC) ? III.12 Cho hỗn hợp M gồm NaCl và NaBr Lấy 12,59 g hỗn hợp đó hoà . Na 2 SO 3 NaHSO 3 Na 2 SO 3 Na 2 SO 4 CO 2 Na 2 CO 3 NaHCO 3 Na 2 CO 3 NaOH III .33 . Trình bày nguyên tắc sắp xếp các nguyên tố hóa học thành bảng tuần hoàn. III. 34 . Một ô trong. Fe(NO 3 ) 3 . 8. Nung nóng muối Cu(NO 3 ) 2 , thu đợc CuO và hỗn hợp 2 khí NO 2 và O 2 . 9. Nung nóng muối Fe(NO 3 ) 3 , thu đợc Fe 2 O 3 và hỗn hợp 2 khí NO 2 , O 2 . 10. Nung nóng muối Fe(NO 3 ) 3 . oxi hóa : Tác dụng với các kim loại tạo thành muối hoặc oxit. Thí dụ : 3Cl 2 + 2Fe 2FeCl 3 2O 2 + 3Fe Fe 3 O 4 S + Hg HgS Các phi kim mạnh oxi hóa đợc các phi kim có tính hoạt động hóa