Khái quát về nhóm nitơ

BI GING 1. KHÁI QUÁT VỀ NHÓM NITƠ Biên tậ p : Nguyễ n Thị Thọ I - VỊ TRÍ CỦA NHÓM NITƠ TRONG BNG TUẦN HOÀN Nhóm nitơ – photpho thuộc nhóm V A trong bảng hệ thống tuần hoàn. Gồm các nguyên tố: nitơ (N), photpho (P), asen (As), antimon (Sb) và bitmut (Bi). Chúng đều thuộc các nguyên tố p. Bảng 2.1. Một số tính chất của các nguyên tố nhóm nitơ P đỏ và P trắ ng Antimon Bitmut Asen Nhiễ m độ c asen Nhiễ m độ c antimon Ch : tnh độc ca cc nguyên tố nhóm Nitơ - Photpho trắ ng: Đây là nguyên tố có độc tính với 50 mg là liều trung bình gây chết người (phốtpho trắng nói chung được coi là dạng độc hại của phốtpho trong khi phốtphat và orthophốtphat lại là các chất dinh dưỡng thiết yếu). Thù hình phốtpho trắng cần được bảo quản dưới dạng ngâm nước do nó có độ hoạt động hóa học rất cao với ôxy trong khí quyển và gây ra nguy hiểm cháy và thao tác với nó cần được thực hiện bằng kẹp chuyên dụng do việc tiếp xúc trực tiếp với da có thể sinh ra các vết bỏng nghiêm trọng. Ngộ độc mãn tính phốtpho trắng đối với các công nhân không được trang bị bảo hộ lao động tốt dẫn đến chứng chết hoại xương hàm. Nuốt phải phốtpho trắng có thể sinh ra tình trạng mà trong y tế gọi là "hội chứng tiêu chảy khói". Các hợp chất hữu cơ của phốtpho tạo ra một lớp lớn các chất, một số trong đó là cực kỳ độc. Các este florophốtphat thuộc về số các chất độc thần kinh có hiệu lực mạnh nhất mà người ta đã biết. Một loạt các hợp chất hữu cơ chứa phốtpho được sử dụng bằng độc tính của chúng để làm các thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, thuốc diệt nấm v.v. Phần lớn các phốtphat vô cơ là tương đối không độc và là các chất dinh dưỡng thiết yếu. - Asen: Ngộ độc asen là các bệnh kinh niên do sử dụng nước uống có chứa asen ở nồng độ cao trong một khoảng thời gian dài. Các hiệu ứng bao gồm sự thay đổi màu da, sự hình thành của các vết cứng trên da, ung thư da, ung thư phổi, ung thư thận và bàng quang cũng như có thể dẫn tới hoại tử. Tổ chức y tế thế giới (WHO) đề nghị mức giới hạn của asen là 0,01 mg/L trong nước uống; việc hấp thụ một lượng lớn asen trong một thời gian dài có thể dẫn tới ngộ độc asen. Nồng độ asen cao trong nước uống có thể tìm thấy ở một số khu vực sử dụng các nguồn nước tự tạo, chẳng hạn như trong nước của các giếng khoan không qua tinh chế và thẩm định chất lượng bởi các cơ quan y tế có thẩm quyền. - Antinmon: Antimon và nhiều hợp chất của nó là độc hại. Về mặt lâm sàng, ngộ độc antimon tương tự như ngộ độc asen. Ở các liều lượng nhỏ, antimon gây ra đau đầu, hoa mắt, trầm cảm. Các liều lượng lớn gây ra buồn nôn nhiều và thường xuyên và có thể gây tử vong sau vài ngày. II - TÍNH CHẤT CHUNG CỦA CÁC NGUYÊN TỐ NHÓM NITƠ 1. Cấu hình electron nguyên tử Lớp electron ngoài cùng của nguyên tử là ns 2 np 3 (có 5 electron) Cấ u hì nh electron biể u diễ n theo ô lượ ng tử : ns 2 np 3 nd 0 - Ở trạng thái cơ bản các nguyên tố đều có 3 elctron độc thân ở ba orbital p x , p y và p z nên các nguyên tố đều có cộng hóa trị 3. - Các nguyên tố P, As, Sb, Bi có n ≥ 3 nên có phân lớp phụ nd do đó khi bị kích thích, 2 electron ở phân lớp ns 2 có thể lên chiếm lớp nd tạo ra 5 orbital độc thân và có cộng hoá trị = 5. ↑↓ ↑ ↑ ↑ + Riêng nguyên tử 7 N có cấu hình lớp vỏ ngoài cùng là 2s 2 2p 3 tức là không có phân lớp d nên khi bị kích thích electron ở lớp 2s không thể vượt lên lớp chính n = 3 → Do đó N chỉ có cộng hoá trị = 3. Tuy nhiên nguyên tử N còn một cặp electron ở lớp vỏ ngoài cùng chưa tham gia liên kết nên nó có thể tạo liên kết phối trí với nguyên tử khác như nguyên tử oxi chẳng hạn khi đó số oxi hoá của N là +5 nhưng vì liên kết phối trí là không bền nên HNO 3 , N 2 O 5 , ion NO 3 - có tính oxi hoá rất mạnh. - Ở trạng thái cơ bản, nguyên tử của các nguyên tố nhóm nitơ có 3 electron độc thân, do đó trong một số hợp chất chúng có hóa trị 3. - Đối với nguyên tử của các nguyên tố P,As,Sb và Bi ở trạng thái kích thích, một electron trong cặp electron của phân lớp ns có thể chuyển sang obitan d trống của phân lớp nd. Như vậy, ở trạng thái kích thích nguyên tử của các nguyên tố này có 5 electron độc thân nên có thể có hóa trị năm trong các hợp chất. 2. Sự biến đổi tnh chất ca cc đơn chất a) Tính oxi hóa - khử Trong các hợp chất, các nguyên tố nhóm nitơ có số oxi hóa cao nhất là +5. Ngoài ta, chúng còn có các số oxi hóa +3 và −3. Riêng nguyên tử nitơ nên có thêm các số oxi hóa +1,+2,+4. → Số oxi hóa của các nguyên tố trong nhóm có thể tăng từ -3, 0, +1, +2, +3, +5 - Các đơn chất có số oxi hóa 0 nên có thể tăng hay giảm, nghĩa là tùy theo đối tượng tham gia phản ứng mà mỗi nguyên tố có thể cho (khử) hay nhận (oxi hóa) electron. - Khả năng oxi hóa giảm dần từ nitơ đến bimut, phù hợp với chiều giảm độ âm điện của nguyên tử các nguyên tố trong nhóm. b) Tnh kim loại - phi kim Đi từ nitơ đến bimut, tính phi kim của các nguyên tố giảm dần, đồng thời tính kim loại tăng dần. Nitơ, photpho là các phi kim. Asen thể hiện tính phi kim trội hơn tính kim loại. Antimon thể hiện tính kim loại và tính phi kim ở mức độ gần như nhau, còn ở bitmut tính kim loại trội hơn tính phi kim. 3. Sự biến đổi tnh chất ca cc hợp chất a) Hợp chất với hiđro Tất cả các nguyên tố nhóm nitơ đều tạo được hợp chất khí với hiđro (hiđrua), có công thức chung là RH 3 . Độ bền nhiệt của các hiđrua giảm dần từ NH 3 đến BiH 3 . Dung dịch của hợp chất với hidro có công thức RH 3 có thể thu H + (tạo ra một liên kết phối trí giữa R và H + ) nên RH 3 có tính bazơ: RH 3 + H + → RH 4 + b) Oxit và hiđroxit - Từ nitơ đến bitmut, tính axit của các oxit và hiđroxit tương ứng giảm dần đồng thời tính bazơ của chúng tăng dần. - Độ bền của các hợp chất với số oxi hóa tăng, còn độ bền của các hợp chất với số oxi hóa +5 nói chung giảm. - Các oxit của nitơ và photpho với số oxi hóa +5(N 2 O 5 ,P 2 O 5 ) là oxit axit, hiđroxit của chúng là các axit (HNO 3 ,H 3 PO 4 ). Trong các oxit với số oxi hóa +3 thì As 2 O 3 là oxit lưỡng tính. + Tính axit: Cho H + hay tan trong dung dịch OH - - Bi 2 O 3 là oxit bazơ không tan trong nước và trong dung dịch kiềm nhưng tan nhanh trong dung dịch H + nên Bitmut có tính kim loại rõ rệt. BI TP VN DNG Câu 1. Từ các phương trình ion thu gọn (1) và (3) trong bài học trên hãy viết một mạch các phương trình phân tử sau: Sb 2 O 3 + dung dịch KOH Sb 2 O 3 + dung dịch nước vôi Sb 2 O 3 + dung dịch HCl Sb 2 O 3 + dung dịch H 2 SO 4 Câu 2. Số oxi hoá của N trong dãy trên theo chiều từ trái sang phải là: 3 4 2 2 2 3 2 5 NH NH N N O NO NO HNO N O       A. -3, -4, 0, +1, +2, +4, +5, +3. B. -3, -3, 0, +1, +2, +4, +5, +5. C. -3, -2, 0, +1, +2, +3, +4,+5. D. Tất cả đều sai. Câu 3. Các chất vừa có tính khử vừa có tính oxi hoá là: A. NH 4 + , N 2 , N 2 O, NO, NO 2 . B. N 2 , N 2 O, NO, NO 2 . C. NH 3 , N 2 , NO , NO 2 . D. Tất cả đều sai. Câu 4. Các chất chỉ có tính khử hoặc tính oxi hoá là: A. NH 4 + , HNO 3 , N 2 O 5 , N 2 . B.NH 3 , NH 4 + , N 2 O 5 , N 2 O C. NH 4 + , NH 3 , HNO 3 , N 2 O 5 . D.N 2 , NH 3 , NO 2 , HNO 3 Câu 5. Lập các phương trình hoá học sau và cho biết As, Bi, Sb 2 O 3 thể hiện tính chất gì? a. As + HNO 3 → H 3 AsO 4 + NO 2 + H 2 O b. Bi + HNO 3 → Bi(NO 3 ) 3 + NO 2 + H 2 O c. Sb 2 O 3 + HCl → SbCl 3 + H 2 O d. Sb 2 O 3 + NaOH → NaSbO 2 + H 2 O Câu 6. Nhữ ng oxit nà o sau đây là oxit axit: A. N 2 O 5 ,P 2 O 5 B. N 2 O 5 ,P 2 O 5 , Sb 2 O 3 C. Bi 2 O 3 D. As 2 O 3 Câu 7. Oxit nà o là oxit có tí nh bazơ A. N 2 O 5 ,P 2 O 5 B. N 2 O 5 ,P 2 O 5 , Sb 2 O 3 C. Bi 2 O 3 D. As 2 O 3 Câu 8. Hãy cho biết HNO 3 có những tính chất gì: A. Tính axit, tính oxi hóa C. Tính axit B. Tính axit, tính oxi hóa, tính khử D. Tính oxi hóa và tính khử Câu 9. Thứ tự tí nh kim loạ i tăng theo chiề u nà o A. N 2 , P, As, Sb, Bi C. Bi, Sb, As, P, N 2 B. P, N 2 , As, Sb, Bi D. Bi, Sb, P, N 2 , As Câu 10. Oxit nà o là oxit lưỡ ng tí nh A. N 2 O 5 ,P 2 O 5 B. N 2 O 5 ,P 2 O 5 , Sb 2 O 3 C. Bi 2 O 3 D. As 2 O 3 HƢỚ NG DẪ N GIẢ I MỘ T SỐ BÀ I TẬ P VẬ N DỤ NG Câu 1. Hướ ng dẫ n Sb 2 O 3 + 2KOH → KSbO 2 + H 2 O Sb 2 O 3 + Ca(OH) 2 → Ca(SbO 2 ) 2 + H 2 O Sb 2 O 3 + 6HCl → 2SbCl 3 + 3H 2 O Sb 2 O 3 + 3H 2 SO 4 → Sb 2 (SO 4 ) 3 + 3H 2 O Câu 2. Hướ ng dẫ n: Để xá c đị nh số oxi hoá của N trong dãy trên theo chiều từ trái sang phải ta xá c đị nh số oxi hó a của N trong các hợ p chấ t theo quy tắ c xá c đị nh số oxi hó a đã họ c ở lớ p 10 3 4 2 2 2 3 2 5 NH NH N N O NO NO HNO N O       → ta có đá p á n B. -3, -3, 0, +1, +2, +4, +5, +5. Câu 3. Hướ ng dẫ n: Để xá c đị nh chất vừa có tính khử vừa có tính oxi hoá ta xá c đị nh số oxi hó a củ a N trong từ ng hợ p chấ t. Ta biế t N có cá c số oxi hó a -3, 0, +1, +2, +4, +5 → Nế u ta xá c đị nh số oxi hó a củ a N là số oxi hóa trung gian giữa 2 số oxi hó a nà o đó như: 0, +1, +2, +4 thì hợp chất đó vừa có tính oxi hó a, vừ a có tính khử do vừa có khả năng nhận electron để giảm số oxi hóa , vừ a có khả năng nhườ ng electron để tăng số oxi hó a. → đá p á n B. N 2 , N 2 O, NO, NO 2 . Câu 4. Để xá c đị nh chất chỉ có tính khử hoặc tính oxi hoá ta cũ ng đi xá c đị nh số oxi hó a củ a N trong hợ p chấ t. Hợ p chấ t nà o N có số oxi hó a cao nhấ t → chỉ có tính oxi hóa, hợ p chấ t nà o N có số oxi hóa thấp nhât → chỉ có tính khử. → ta có đá p á n C. NH 4 + , NH 3 , HNO 3 , N 2 O 5 . Câu 5. Các phương trình hoá học sau a. As + 5HNO 3 → H 3 AsO 4 + 5NO 2 + H 2 O As 0 → As +5 + 5e → As thể hiệ n tí nh khử b. Bi + HNO 3 → Bi(NO 3 ) 3 + NO 2 + H 2 O Bi 0 → Bi +3 + 3e → Bi thể hiệ n tí nh khử c. Sb 2 O 3 + HCl → SbCl 3 + H 2 O Sb +3 → Sb +3 → đây là phả n ứ ng trao đổ i, Sb không thể hiệ n tính oxi hó a và khử . d. Sb 2 O 3 + NaOH → NaSbO 2 + H 2 O tương tự PTPƯ c. . BI GING 1. KHÁI QUÁT VỀ NHÓM NITƠ Biên tậ p : Nguyễ n Thị Thọ I - VỊ TRÍ CỦA NHÓM NITƠ TRONG BNG TUẦN HOÀN Nhóm nitơ – photpho thuộc nhóm V A trong bảng hệ thống tuần. tố nhóm nitơ có số oxi hóa cao nhất là +5. Ngoài ta, chúng còn có các số oxi hóa +3 và −3. Riêng nguyên tử nitơ nên có thêm các số oxi hóa +1,+2,+4. → Số oxi hóa của các nguyên tố trong nhóm. hoàn. Gồm các nguyên tố: nitơ (N), photpho (P), asen (As), antimon (Sb) và bitmut (Bi). Chúng đều thuộc các nguyên tố p. Bảng 2.1. Một số tính chất của các nguyên tố nhóm nitơ P đỏ và P