HỆ THỐNG bài tập PHI KIM bồi DƯỠNG học SINH GIỎI các cấp

Phương pháp obitan phân tử đã mô tả cấu hình electron của các phân tử halogen nhưsau: Nghĩa là hai nguyên tử halogen liên kết với nhau bằng một liên kết.. Trong phân tử fl

HỆ THỐNG BÀI TẬP PHI KIM BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI CÁC CẤP

PHẦN I MỞ ĐẦU

1.Lí do chọn đề tài

Kiến thức cơ sở Hóa học chung; Hóa học vô cơ; Hóa học hữu cơ có tác dụng hìnhthành và phát triển nhân cách của một công dân; phát triển các tiềm năng, các năng lực sẵn cóvà các năng lực chuyên biệt của môn Hóa học như: Năng lực sử dụng ngôn ngữ hóa học, nănglực thực hành hóa học, năng lực phát hiện và giải quyết vấn đề thông qua môn Hóa học, nănglực tính toán, năng lực vận dụng kiến thức hóa học vào cuộc sống

Từ vai trò quan trọng của Hóa học đối với cuộc sống, trong nghiên cứu khoa học, nênnhững kiến thức về các đơn chất và hợp chất Phi kim là một phần không thể thiếu trong nộidung của các kì thi chọn học sinh giỏi Hóa học các cấp Trong đề tài này, tôi lựa chọn nghiên

cứu chuyên đề : “Hệ thống bài tập Phi kim để bồi dưỡng học sinh giỏi các cấp”.

2 Mục đích nghiên cứu

Hệ thống các nhóm nguyên tố Phi kim để giúp học sinh nhớ kiến thức một cách có chọnlọc, hệ thống, từ đó dễ dàng giải quyết các bài tập liên quan đến đơn chất, hợp chất phi kim từđơn giản tới phức tạp

Phân loại và xây dựng phương pháp giải bài toán liên quan tới các đơn chất, hợp chất phikim

3 Giới hạn nghiên cứu

Các nhóm IVA, VA, VIA, VIIA

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

Tóm tắt lý thuyết trọng tâm;

Xây dựng các bài tập để cho học sinh giỏi các cấp ôn luyện

5 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

* Đối tượng nghiên cứu: Các nhóm nguyên tố Phi kim

* Phương pháp nghiên cứu:

- Nghiên cứu tài liệu

- Phân loại và xây dựng hệ thống bài tập có liên quan

- Thực nghiệm sư phạm

PHẦN II NỘI DUNG

Chương I NHÓM VII A – NHÓM HALOGEN

A LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM:

Nhóm halogen gồm flo (F), clo (Cl), brom (Br) và iot (I) Đặc điểm chung của nhóm làở vị trí nhóm VIIA trong bảng tuần hoàn, có cấu hình electron lớp ngoài cùng là ns2np5 Cáchalogen thiếu một electron nữa là bão hòa lớp electron ngoài cùng, do đó chúng có xu hướngnhận electron, thể hiện tính oxi hóa mạnh Trừ flo, các nguyên tử halogen khác đều có cácobitan d trống, điều này giúp giải thích các số oxi hóa +1, +3, + 5, +7 của các halogen Nguyêntố điển hình, có nhiều ứng dụng nhất của nhóm VIIA là clo

I Clo

a Tính chất vật lí Là chất khí màu vàng lục, ít tan trong nước.

b Tính chất hoá học: Clo là một chất oxi hoá mạnh thể hiện ở các phản ứng sau:

1 Tác dụng với kim loại

Kim loại mạnh: 2Na + Cl2  2NaCl

Kim loại trung bình: 2Fe + 3Cl2  2FeCl3

Kim loại yếu: Cu + Cl2  CuCl2

2 Tác dụng với phi kim

4 Tác dụng với dung dịch kiềm:

Cl2 + 2KOH KCl + KClO + H2O

3Cl2 + 6KOH 5KCl + KClO3 + 3H2O 2Cl2 + 2Ca(OH)2 loãng  CaCl2 + Ca(OCl)2 + 2H2O

Cl2 + Ca(OH)2 huyền phù  CaOCl2 + H2O

5 Tác dụng với dung dịch muối của halogen đứng sau:

5 Điều chế H2 + Cl2 2HCl

NaCl tinh thể + H2SO4 đặc NaHSO4 + HCl

(hoặc 2NaCl tinh thể + H2SO4 đặc 2Na2SO4 + HCl )

III Nước Giaven Cl2 + 2KOH  KCl + KClO + H2O

Cl2 + 2NaOH  NaCl + NaClO + H2O

(Dung dịch KCl + KClO + H2O hoặc NaCl + NaClO+ H2O được gọi là nước Giaven)

IV Clorua vôi - Điều chế: Cl2 + Ca(OH)2 sữa vôi  CaOCl2 + 2H2O

(Hợp chất CaOCl2 được gọi là clorua vôi)

B BÀI TẬP NÂNG CAO

Bài 1:

a Tại sao flo không thể xuất hiện mức oxi hóa dương trong các hợp chất hóa học?

b Năng lượng liên kết X-X (Kcal/mol) của các halogen có giá trị sau:

Nguyên tử của clo (hoặc brom, iot) còn có những obitan chưa được lấp đầy, do đó cóthể xảy ra các quá trình kích động electron như sau:

Kết quả tạo ra 3, 5, 7 electron không ghép đôi ứng với các trạng thái hóa trị 3, 5, 7 củahalogen Quá trình kích động đó xảy ra dưới ảnh hưởng của những nguyên tử có độ điện âmmạnh hơn

Lớp ngoài cùng của nguyên tử flo không có obitan d, muốn tạo ra trạng thái hóa trị lớnhơn 1 ở flo, phải kích động electron từ obitan 2p sang lớp thứ 3, không có nguyên tố nào có độđiện âm lớn hơn flo để cung cấp năng lượng đủ thực hiện quá trình kích động trên, do đó vớiflo không thể xuất hiện mức oxi hóa dương.

b Phương pháp obitan phân tử đã mô tả cấu hình electron của các phân tử halogen nhưsau:

Nghĩa là hai nguyên tử halogen liên kết với nhau bằng một liên kết Ngoài liên kết, trong phân tử Cl2, Br2, I2 còn có một phần liên kết tạo ra bởi sự xen phủ của các obitand

Trong phân tử flo, liên kết chỉ được hình thành do một loạt các electron hóa trị, khôngcó khả năng hình thành liên kết ð như trên vì không có các obitan d

Liên kết được hình thành đó là liên kết "cho nhận" tạo ra do cặp electron tự do củamột nguyên tử và obitan d còn bỏ trống của nguyên tử khác; có thể mô tả theo sơ đồ sau:

Sự hình thành các liên kết đó đã làm cho phân tử các halogen bền rõ rệt Flo khôngcó khả năng tạo ra liên kết ð nên phân tử flo có năng lượng liên kết bé hơn so với clo Từ clođến iot do bán kính nguyên tử tăng, độ dài liên kết tăng,nên năng lượng liên kết giảm

Bài 2

a Tại sao các halogen không tan trong nước nhưng tan trong benzen?

b Tại sao iot tan ít trong nước nhưng lại tan trong dung dịch kali iođua?

c Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của các halogen có các giá trị sau:

b Trường hợp iot tan nhiều trong dung dịch KI vì tạo ra ion I3- theo phản ứng:

I2 + I- = I3

-c Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của các halogen tăng Tính chất đó phụ thuộc vào tương

tác khuếch tán giữa các phân tử

Ở trạng thái lỏng và rắn, các phân tử halogen tương tác với nhau bằng lực Van derWaals Vì phân tử các halogen không có cực nên tương tác đó phụ thuộc vào tương tác khuếchtán, năng lượng tương tác này càng lớn khi độ phân cực của phân tử càng lớn

Vì khả năng bị cực hóa của các phân tử phụ thuộc vào bán kính nguyên tử, nên từ Fđến I, bán kính nguyên tử tăng, độ phân cực tăng do đó tương tác khuếch tán tăng làm chonhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của các halogen tăng

Bài 3

Hãy so sánh các đại lượng: ái lực electron, năng lượng liên kết, năng lượng hiđrat hóa, thế tiêu

a Tại sao khả năng phản ứng của Flo lại lớn hơn Clo?

b Tại sao trong dung dịch nước Flo có tính oxi hóa mạnh hơn Clo

Giải

So sánh:

ái lực electron X + e → X- (Kcal/nguyên tử g) 79 83

Năng lượng hiđrat hóa của X- (Kcal/mol) 121 90

Ta thấy rằng năng lượng liên kết và ái lực electron của flo bé hơn clo; năng lượnghidrat lớn và thế tiêu chuẩn của flo lớn hơn clo

a Mặc dù có ái lực electron thấp hơn (có tính oxi hóa kém hơn) nhưng năng lượng liên kết

trong phân tử flo thấp hơn do đó khả năng phản ứng của flo cao hơn clo

b Quá trình chuyển X2 → 2X- ở trong dung dịch phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Năng lượng phân li phân tử thành nguyên tử(năng lượng liên kết)

- Ái lực electron để biến nguyên tử thành X-

- Năng lượng hiđrat hóa của anion X-

Với flo, mặc dù năng lượng phân li phân tử thành nguyên tử và ái lực electron bé hơnclo, nhưng năng lượng hiđrat hóa của ion F- lại lớn hơn nhiều so với ion Cl- , do đó trong dungdịch nước, flo có tính oxi hóa mạnh hơn clo

Khả năng phản ứng từ flo đến iot giảm.

Khi cho các halogen tác dụng với dung dịch kiềm, phản ứng tạo ra hipohalogenit (XO-), nhưngtrong môi trường kiềm các hipohalogenit bị phân hủy theo phản ứng:

3XO- ⇌ 2X- + XO3

-(X = Cl, Br, I) Sự phân hủy đó phụ thuộc vào bản chất của các Halogen và nhiệt độ.ClO-: phân hủy chậm ở nhiệt độ thường, nhanh khi đun nóng

BrO-: phân hủy chậm ở nhiệt độ thấp, nhanh ở nhiệt độ thường

IO-: phân hủy ở tất cả các nhiệt độ

Như vậy quá trình phân hủy đó tăng khi nhiệt độ tăng; từ Clo đến Iot quá trình phânhủy tăng Do đó, khi cho các Halogen tác dụng với dung dịch kiềm, phản ứng xảy ra theo cácphương trình:

t 0 thường

70 0 C

b Khi cho Cl2 tác dụng với dung dịch KOH loãng ở nhiệt độ thường tạo ra KClO, khi đunnóng lên 70oC, KClO phân hủy thành KClO3 và KCl, đến 1000C còn hỗn hợp muối rắn gồmKClO3 và KCl, đến 4000C KClO3 phân hủy tạo ra KClO4 và KCl, khi đun nóng cao hơn nữaKClO4 phân hủy thành KCl và O2.

a Hãy trình bày vài nhận xét về các hợp chất giữa các halogen Tính chất cơ bản của chúng?

b Tại sao số nguyên tử Flo liên kết với các halogen khác tăng dần từ clo đến iot?

Giải

a Trong những điều kiện khác nhau, các halogen tương tác với nhau tạo ra các hợp chất giữacác halogen XYn , trong đó n là số phối trí (là những số lẻ 1,3,5,7), I là các halogen nhẹ có độđiện âm lớn hơn

Người ta đã biết được những hợp chất sau:

Do có một số chẵn nguyên tử halogen, với các electron hoá trị đã ghép đôi hoặc ở dạngcặp electron tự do nên hợp chất giữa các halogen đều có tính nghịch từ.

Tính chất lí hóa của chúng đều là tính chất trung gian giữa hai halogen có trong thànhphần của chúng, mặc dù các hợp chất đó đều phân cực

Tất cả các hợp chất giữa các halogen đều là chất oxi hóa manh, đều bị thủy phân, trongdung dịch kiềm tạo ra các halogenua của halogen có kích thước nhỏ hơn và Anion chứa oxicủa halogen có kích thước lớn hơn Ví dụ:

IF5 + 6KOH → 5KF + KIO3 + 3H2O

XYn là những chất hoạt động mạnh hơn so với các halogen tạo ra chúng, vì rằng nănglượng liên kết X-Y bé hơn năng lượng liên kết X-X và Y-Y Tướng hơi, chúng là hợp chấtcộng hóa trị, nhưng ở tướng lỏng chúng tự ion hóa, ví dụ:

2ICl ⇌ I+ + ICl22ICl3 ⇌ ICl2+ + ICl4-2BrF3 → 4BrF2- + BrF4-2IF3 → IF4+ + IF6-

-Do đó, chúng có độ dẫn điện riêng khá cao và là những dung môi ion hóa tốt đối vớinhiều chất

b Do năng lượng kích thích nguyên tử cần thiết để hình thành các electron không cặp đôi

giảm dần từ clo đến iot; đồng thời theo chiều từ clo đến iot bán kính nguyên tử tăng nên sốnguyên tử flo có thể phân bố được nhiều hơn xung quang nguyên tử có kích thước lớn hơn

* Viết các phương trình phản ứng xảy ra

* ClO2 là hợp chất dễ gây nổ, tại sao điều chế ClO2 trong phòng thí nghiệm theo phươngpháp trên tương đối an toàn?

Giải

a Độ dài liên kết HX, năng lượng liên kết và độ bền đối với nhiệt trong dãy từ HF đến HI cócác giá trị sau:

Độ dài liên kết HX (Ǻ) 1,02 1,28 1,41 1,60

Trong dãy đó, độ bền đối với nhiệt giảm do độ dài liên kết tăng và năng lượng liên kếtgiảm

Độ bền đối với nhiệt chỉ phụ thuộc vào năng lượng liên kết của phân tử, còn nhiệt độnóng chảy và nhiệt độ sôi lại phụ thuộc vào năng lượng tương tác giữa các phân tử nên độ bềnđối với nhiệt từ HF đến HI phù hợp với sự thay đổi nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi

b 2KClO3 + H2C2O4 + 2H2SO4  2ClO2 + K2SO4 + 2CO2 + 2H2O

2NaClO3 + SO2 + H2SO4  2 ClO2 + 2NaHSO4

CO2 sinh ra pha loãng ClO2 nên làm giảm khả năng nổ của ClO2 nên điều chế ClO2 trongphòng thí nghiệm theo phương pháp trên tương đối an toàn

Bài 7 Viết các phương trình phản ứng xảy ra (nếu có):

a Khí clo, tinh thể iot tác dụng với :

- Dung dịch NaOH ( ở nhiệt độ thường, khi đun nóng )

- Dung dịch NH3

b Cho Cl2O; ClO2; Cl2O6; Cl2O7 lần lượt phản ứng với dung dịch NaOH

c Cho flo lần lượt phản ứng với H2S; NH3; SiO2

Giải

a Các phương trình phản ứng của khí clo , tinh thể iot với dung dịch NaOH (ở to thường ,khi đun nóng):

Cl2 + 2 NaOH  NaCl + NaOCl + H2O

3 Cl2 + 6 NaOH 5 NaCl + NaClO3 + 3 H2O

3 I2 + 6 NaOH 5 NaI + NaIO3 + 3 H2O

Các phương trình phản ứng của khí clo , tinh thể iot với dung dịch NH3 :

Cl2O6 + 2NaOH NaClO3 + NaClO4 + H2O

Cl2O7 + 2NaOH 2NaClO4 + H2O

c 4F2 + H2S SF6 + 2HF

3F2(k) + 4NH3(k) → NCl3(k) + 3NH4F

Bài 8

a Hỗn hợp đẳng phí (hay hỗn hợp đồng sôi) là gì?

b Tại sao dung dịch HCl nồng độ lớn hơn 20% lại có hiện tượng bốc khói trong không khí, nhưng dung dịch có nồng độ bé hơn 20% lại không có hiện tượng đó?

Giải a Hỗn hợp đẳng phí hay hỗn hợp đồng sôi là những hỗn hợp sôi ở nhiệt độ không đổi và

không thay đổi thành phần của hỗn hợp ở áp suất không đổi Chất nguyên chất cũng có đặctính như thế, nhưng với hỗn hợp đồng sôi thì khi áp suất thay đổi không những nhiệt độ sôi màcả thành phần của hỗn hợp cũng thay đổi theo Ví dụ Hidro Clorua tạo thành với nước một hỗnhợp đồng sôi ở 1100C dưới áp suất thường và chứa 20,2% HCl Khi thay đổi áp suất, thànhphần của HCl trong hỗn hợp cũng thay đổi:

Bài 9 a Trong phòng thí nghiệm, hiđro clorua được điều chế bằng cách nào?Nếu dùng dung

dịch H2SO4 loãng và NaCl loãng có tạo ra HCl ? Phương pháp trên có thể dùng để điều chếHBr và HI được không?

b Trong công nghiệp, axit HCl được điều chế bằng phương pháp nào? Phương pháp đó dựatrên những nguyên tắc nào? Có thể vận dụng phương pháp đó cho các axit halogen hiđric khácđược không? Lí do?

Giải a Điều chế hiđro clorua bằng cách cho NaCl tác dụng với H2SO4 đặc:

NaCl + H2SO4 → NaHSO4 + HCl↑

NaCl + NaHSO4 → Na2SO4 + HCl↑

Phản ứng thứ nhất xảy ra ở mức độ đáng kể ngay ở nhiệt độ thường và khi đun nóngđến 2500C thì thực tế xảy ra hoàn toàn Phản ứng thứ hai xảy ra ở nhiệt độ cao hơn khoản 400-

5000C

Khi dùng H2SO4 loãng và NaCl loãng phản ứng sẽ không tạo ra hiđroclorua vì phầnlớn cân bằng sẽ chuyển dịch về phía tạo ra H2SO4 ít phân li hơn HCl Nhưng nếu dùng dungdịch NaCl đậm đặc và H2SO4đặc thì khi đun nóng, cân bằng có thể chuyển dịch sang phải vìHCl dễ bay hơi hơn

Phương pháp trên có thể dùng để điều chế HF nhưng không thể vận dụng cho HBr và

HI vì chúng đều là chất khử mạnh:

2HBr + H2SO4 → Br2 + SO2 + 2H2O

8HI + H2SO4 → 4I2 + H2S + 4H2O

b Ngoài phương pháp trên (phần a) hiện nay trong công nghiệp chủ yếu dùng phương pháp

tổng hợp để điều chế hidro clorua, sau đó cho hấp thụ nước tạo ra axit clohiđric:

H2 +Cl2 → 2HCl ∆H= - 44 Kcal/mol

Phương pháp đó dựa trên cơ sở phản ứng dây chuyền Phản ứng trên xảy ra rất chậm ởnhiệt độ thường, nhưng khi đun nóng mạnh hoặc có tia lửa điện, hoặc chiếu bằng tia tử ngoạithì phản ứng xảy ra mãnh liệt Trước hết nhờ năng lượng của tia tử ngoại (hoặc đốt nóng),phân tử clo phân li thành nguyên tử sau đó các nguyên tử này tác dụng với phân tử Hidro tạothành HCl và nguyên tử hiđro Nguyên tử hiđro này lại tác dụng với phân tử Cl2 tạo thành HClvà nguyên tử clo…

Cl2 → Cl + Cl (kích thích ban đầu)

b Cho một ít axit clohidric vào nước javen loãng có hiện tượng gì xảy ra? Thay HCl bằng

H2SO4 loãng hay HBr có khác không?

Giải a

Theo dãy HClO, HClO2, HClO3, HClO4:

* Tính bền tăng: HClO và HClO2 chỉ tồn tại trong dung dịch loãng; HClO3 tồn tạitrong dung dịch dưới 50%; HClO4 tách ra dưới dạng tinh khiết Độ bền tăng do độ dài của liênkết Cl - O giảm:

H Khi số nguyên tử Oxi (không nằm trong nhóm hidroxyl) tăng thì độ bền trong nhóm OHgiảm, do đó khả năng tách proton H+ tăng

b Khi thêm HCl vào nước Javen tạo ra môi trường axit Trong môi trường đó, ion ClO- oxihóa ion Cl- tạo ra khí Clo

-HClO trong nước javen đã được oxi hóa bằng HBr sẽ oxi hóa ion Br- thành bromatBrO3-

Bài 11 a Có thể điều chế axit peiodic từ muối BaH3IO6 được không ?

b Tại sao H5IO6 dễ dàng tạo ra muối axit ?

c Tại sao trong tất cả các halogen thì chỉ có Iot là tạo ra axit đa chức?

d Nên dùng amoniac hay nước vôi trong để loại khí độc Cl2 trong phòng thí nghiệm, tại sao?

Giải a Khi thêm một lượng tương ứng H2SO4 có thể kết tủa hết Ba2+ có trong dung dịch nướccủa BaH3IO6 Axit Peiođic còn lại trong dung dịch

BaH3IO6 + H2SO4 → BaSO4 ↓ + H5IO6

b Axit parapeiodic H5IO6 là axit yếu so với axit HClO4 Các hằng số điện li các nấc liên tiếpđều rất bé (K1=3.10-2; K3=3.10-13), do đó ion IO65- có rất ít trong dung dịch.Chính điều đó giảithích nguyên nhân hình thành các muối axit.

c Phụ thuộc vào số phối trí của nguyên tử trung tâm Số nguyên tử oxi liên kết với nguyên tửtrung tâm của phân tử axit bằng số phối trí của nguyên tử đó Số phối trí càng lớn nếu bánkính của nguyên tử trung tâm càng lớn Số phối trí cực đại trong axit chứa iot là bằng 6

d Mặc dù Cl2 tác dụng được với dung dịch Ca(OH)2 theo phản ứng:

2 Cl2 + 2 Ca(OH)2  CaCl2 + Ca(ClO)2 + 2 H2ONhưng phản ứng xảy ra giữa chất khí và chất lỏng sẽ không thể triệt để bằng phản ứng giữa haichất khí với nhau Hơn nữa, khí amoniac phản ứng với khí clo sinh ra sản phẩm không độc: N2và NH4Cl

Phản ứng đó là: 3 Cl2 + 2 NH3  N2 + 6 HCl và HCl + NH3  NH4Cl

Vì vậy nên dùng amoniac hay nước vôi trong để loại khí độc Cl2 trong phòng thínghiệm

Bài 12.

Gây nổ hỗn hợp gồm ba khí trong bình kín Một khí được điều chế bằng cách cho axitclohiđric có dư tác dụng với 21,45g Zn Khí thứ hai thu được khi phân huỷ 25,5g natri nitrat.Khí thứ ba thu được do axit clohiđric đặc, có dư tác dụng với 2,61g mangan đioxit

Tính nồng độ phần trăm (%) của chất trong dung dịch thu được sau khi gây ra nổ

87g 1mol 2,61g 0,03molPhản ứng xảy ra giữa các khí theo phương trình phản ứng :

2H2 + O2  2H2O 0,3mol 0,15mol 0,3mol

H2 + Cl2  2HCl 0,03mol 0,03mol 0,06mol

Như vậy, các khí tác dụng với nhau vừa đủ, phản ứng tạo thành 0,3mol nước hay 0,3 18 = 5,4(g) nước ; 0,06mol hiđro clorua, hay 0,06 36,5 = 2,19 (g) HCl Khí HCl tan trong nước tạothành axit clohiđric

%85,28

%100.19,24,5

19,2

b Cho axit clohiđric, thu được khi chế hóa 200g muối ăn công nghiệp (còn chứa một lượng đáng kể tạp chất), tác dụng với MnO2 để có một lượng khí clo đủ phản ứng với 22,4g sắt kim

loại Xác định hàm lượng % của NaCl trong muối ăn công nghiệp

0 

Lượng khí clo có trong 20m3 không khí là : 71g ´ 0,002 = 0,0142g hay 14,2 mg

Hàm lượng của khí clo trong không khí là :

3 m / mg 1 , 7 20

mg 2 ,

22 

Từ ba phương trình phản ứng (1), (2), (3) trên ta thấy 2 mol Fe phản ứng với 3 mol Cl2 ; 1 mol

Cl2 được tạo nên từ 4 mol HCl và 1 mol HCl được tạo nên từ 1 mol NaCl Vậy 0,4 mol Fephản ứng với 0,6 mol Cl2 ; 0,6 mol Cl2 được tạo nên từ 2,4 mol HCl và 2,4 mol HCl được tạonên từ 2,4 mol NaCl

Khối lượng NaCl có trong muối ăn công nghiệp là : 58,5g 2,4 = 140,4g

Hàm lượng phần trăm của NaCl trong muối ăn công nghiệp là :

- Viết các phương trình phản ứng xảy ra

- Đề nghị công thức phân tử của hợp chất đầu

Biết rằng sai số trong thực nghiệm khoảng 1%

Vì số oxi hoá của các halogen trong hợp chất là các số lẻ –1, +1, +3, +5, +7

Nếu n = 1  M = 115,6  XY có thể là BrCl ( có PTK là 115,5 )

Nếu n = 3  M = 231,2  XY3 có thể là ICl3 ( có PTK là 233,5)

Nếu n = 5 hoặc n = 7 không có công thức phù hợp

% 2 , 70 200

100 4 ,

Bài 15 Hỗn hợp A gồm KClO3, Ca(ClO3)2, Ca(ClO)2, CaCl2 và KCl nặng 83,68 gam Nhiệtphân hoàn toàn A ta thu được chất rắn B gồm CaCl2, KCl và một thể tích O2 vừa đủ oxi hoá

SO2 thành SO3 để điều chế 191,1 gam dung dịch H2SO4 80% Cho chất rắn B tác dụng với 360

ml dung dịch K2CO3 0,5M (vừa đủ) thu được kết tủa C và dung dịch D Lượng KCl trong dung

dịch D nhiều gấp 22/3 lần lượng KCl có trong A

- Tính khối lượng kết tủa A

- Tính % khối lượng của KClO3 trong A

Giải

Theo định luật bảo toàn khối lượng, tổng số mol KCl trong B = x + y =

52,05

,74

111.18,032.78

22 2

,83

100 5,122 4,0KClO

còn KMnO4 bị phân huỷ một phần theo phản ứng :

2KMnO4  K2MnO4 + MnO2 + O2 (2)

Trong A1 có 0,894 gam KCl chiếm 8,132% khối lượng Trộn lượng O2 thu được ở trên vớikhông khí theo tỉ lệ thể tích V : Vkk = 1:3 trong một bình kín ta được hỗn hợp khí A2

Cho vào bình 0,528 gam cacbon rồi đốt cháy hết cacbon thu được hỗn hợp khí A3 gồm ba khí,trong đó CO2 chiếm 22,92% thể tích

a Tính khối lượng mA

b Tính % khối lượng của các chất trong hỗn hợp A.

Cho biết: Không khí chứa 80% N2 và 20% O2 về thể tích

Giải

a. 2KClO3  2KCl + 3O2 (1)

2KMnO4  K2MnO4 + MnO2 + O2 (2)

Gọi n là tổng số mol O2 thoát ra từ (1) và (2) Sau khi trộn n mol O2 với 3n mol không khí(trong đó có mol O2 và mol N2) ta thấy tổng số mol O2 bằng (1 + 0,6) n

= 1,6n Vì số mol cacbon = , và vì theo điều kiện bài toán, sau khi đốt cháy thuđược hỗn hợp 3 khí, nên ta có 2 trường hợp:

Trường hợp 1: Nếu oxi dư, tức 1,6n > 0,044, thì cacbon chỉ cháy theo phản ứng

192 , 0 92

, 22

100 044 , 0 b»ng øng

n ph¶

sau khÝ mol sè tæng

nµy

Các khí gồm: oxi dư + nitơ + CO2  (1,6 n - 0,044) + 2,4n + 0,044 = 0,192

Khối lượng mA = khối lượng chất rắn còn lại + khối lượng oxi thoát ra

)g(53,12048,0.32132

,

8

100

2

) ' n 044 , 0 ( ' n n ,

) 044 , 0 n 4 , 2 ( 100

92 , 22 044 , 0 n

100.894

: (1) øng

n

ph¶

Đối với trường hợp a) : %KMnO 100 11,7 88,3%

%7,1153,12

100.47,1KClO

100.47,1KClO

Bài 17 Điện phân nóng chảy a gam muối A tạo bởi kim loại M và halogen X ta thu được

0,96g kim loại M ở catốt và 0,896 lít khí (đktc) ở anốt Mặt khác hoà tan a gam muối A vào

nước, sau đó cho tác dụng với AgNO3 dư thì thu được 11,48 gam kết tủa

1 Hỏi X là halogen nào ?

2 Trộn 0,96 gam kim loại M với 2,242 gam kim loại M’ có cùng hoá trị duy nhất, rồi đốthết hỗn hợp bằng oxi thì thu được 4,162 gam hỗn hợp hai oxit Để hoà tan hoàn toàn hỗn hợpoxit này cần 500ml dung dịch H2SO4 nồng độ C (mol/l)

a Tính % số mol của các oxit trong hỗn hợp của chúng

b Tính tỷ lệ khối lượng nguyên tử của M và M’

c Tính C (nồng độ dung dịch H 2SO4)

Giải

1 2 MXn 2 M + n X2 (1) (n là hoá trị của kim loại M)

MXn + n AgNO3  n AgX + M(NO3)n (2)

Số mol X2 = , do đó số mol X = 0,08

Theo (2) Suy ra X = 35,5 Vậy X là clo

2 Để đơn giản, kí hiệu công thức phân tử của các oxit là M2On và M’2On:

3 Theo khối lượng các kim loại có: và vì x = 2y nên:

4 Các phản ứng:

M2On + n H2SO4  M2(SO4)n + n H2O (5)

M’2On + n H2SO4  M’2(SO4)n + n H2O (6)

Thấy oxi hoá trị II và gốc SO42- cũng có hóa trị II

Do đó số mol SO42- = số mol O = số mol H2SO4 = 0,04 + 0,02 = 0,06

Vậy nồng độ H2SO4 = 0,06 : 0,5 = 0,12 (mol/l)

Bài 18

X là muối có công thức NaIOx Hoà tan X vào nước thu được dung dịch A Cho khí SO2 đi từ từ qua dung dịch A, thấy dung dịch xuất hiện màu nâu, tiếp tục sục SO2 vào thì mất màu nâu và thu được dung dịch B.Thêm một ít dung dịch HNO3 vào dung dịch B và sau đó thêm lượng

dư dung dịch AgNO3, thấy xuất hiện kết tủa màu vàng.Thêm dung dịch H2SO4 loãng và KI vào dung dịch A, thấy xuất hiện dung dịch màu nâu và màu nâu mất đi khi thêm dung dịch

Na2S2O3 vào

a Viết các phương trình phản ứng xảy ra dưới dạng ion thu gọn

b Để xác định chính xác công thức của muối X người ta hoà tan 0,100g X vào nước, thêm lượng dư KI và vài mililít dung dịch H2SO4 loãng, dung dịch có màu nâu Chuẩn độ I2 sinh ra bằng dung dịch Na2S2O3 0,1M với chất chỉ thị màu là hồ tinh bột cho tới khi mất màu, thấy tốn hết 37,4ml dd Na2S2O3 Tìm công thức X

Giải

2IOx- + (2x-1)SO2 + (2x-2)H2O → I2 +(2x-1)SO42- + (4x-4)H+ (1)

SO2 + I2 + 2H2O → 2I- + SO42- + 4H+ (2)

Ag+ + I- → AgI↓ (3)

(2x – 1)I- + IOx- + 2xH+ → xI2 + xH2O (4)

I2 + 2S2O32- → S4O62- + 2I- (5)

nNa2S2O3 = 0,1.0,0374 = 3,74.10-3 (mol)

Từ (5): nI2 = 1/2.nNa2S2O3 = 1,87.10-3 (mol)

Từ (4): nIox- = 1/x nI2 = (mol)

MNaIOx = = 53,5x 23 + 127 + 16x = 53,5x x = 4

Vậy: X là NaIO4

Bài 19 A, B là các dung dịch HCl có nồng độ khác nhau Lấy V lít dung dịch A cho tác dụng

với AgNO3 dư thì tạo thành 35,875 gam kết tủa Để trung hoà V’ lít dung dịch B cần dùng 500

ml dung dịch NaOH 0,3 M

a Trộn V lít dung dịch A với V’ lít dung dịch B ta được 2 lít dung dịch C (cho V + V’ =

2 lít) Tính nồng độ mol/l của dung dịch C.

b Lấy 100 ml dung dịch A và 100 ml dung dịch B cho tác dụng hết với Fe thì lượng H2

thoát ra từ hai dung dịch chênh lệch nhau 0,448 lít (đktc) Tính nồng độ mol/l của các dung

dịch A, B

Giải a Gọi n, P và m, Q là hoá trị và KLNT của kim loại X và Y Các phương trình hóa học:

2X + n Cu(NO3)2  2X(NO3)n + n Cu (1)

Đối với thanh kim loại X, có: (P - ).x = (5)

Từ (5) và (6) có: 152.(2P – 64n) = 207m – 2Q (7)

Theo phản ứng (4), có tỷ lệ:

Từ các phương trình (7), (8), (9) ta có n = m, nghĩa là X và Y cùng hoá trị

b Vì n = m và vì số mol 2 kimloại X, Y tham gia phản ứng như nhau, nên số mol Cu(NO3)2 vàPb(NO ) giảm những lượng như nhau

Bài 20 Cho khí HI vào một bình kín rồi đun nóng đến nhiệt độ xác định để xảy ra phản ứng

c Nếu lượng HI cho vào ban đầu là 0,5 mol và dung tích bình phản ứng là 5 lít thì khi ởtrạng thái cân bằng nồng độ mol/l của các chất trong phản ứng là bao nhiêu?

d Nhiệt độ, áp suất và chất xúc tác có ảnh hưởng như thế nào đến sự chuyển dịch cânbằng của phản ứng trên ? Dựa vào nguyên lý Lơsatơlie hãy giải thích ?

Năng lượng để phá vỡ liên kết chất tham gia phản ứng là 2E Năng lượng toả ra khi tạothành liên kết trong H2 và trong I2 là: 435,9 + 151 = 586,9 (kJ)

Phản ứng trên toả nhiệt, nghĩa là: 586,9 – 2E = 52, suy ra E = 267,45 (kJ/mol)

ở trạng thái cân bằng, có: [HI] = 0,1 – 0,02 = 0,08 (mol/l); [H2] = [I2] = 0,01 (mol/l)

d Là phản ứng toả nhiệt, nên khi tăng nhiệt độ, cân bằng sẽ chuyển dịch sang phía thu nhiệt

(sang phía tạo ra HI), và ngược lại.

- áp suất không ảnh hưởng đến sự chuyển dịch cân bằng vì ở phản ứng này số mol cácphân tử khí không thay đổi

- Chất xúc tác ảnh hưởng như nhau đến tốc độ phản ứng thuận và nghịch mà không làmchuyển dịch cân bằng,

Bài 21 Điện phân dung dịch hỗn hợp HCl 0,01M + CuCl2 0,1M + NaCl 0,1M (điện cực trơ cómàng ngăn).Vẽ đồ thị biểu diễn sự biến thiên pH của dung dịch theo quá trình điện phân

Giải Các phản ứng điện phân lần lượt xảy ra như sau:

CuCl2    dien phan Cu + Cl2 (1)

Trong khi xảy ra (1), pH không thay đổi, bằng 2

2HCl    dien phan H2 + Cl2 (2)

Khi xảy ra (2) pH tăng dần từ 2 lên 7

2NaCl + 2H2O    dien phan mang ngan 2NaOH + Cl2 + H2 (3)

0,1M 0,1M

Khi xảy ra (3) pH tăng dần từ 7 đến 13 Nếu tiếp tục điện phân, nước bị điện phân

2H2O    dien phan 2H2 + O2 (4)

Khối lượng dung môi giảm làm pH tăng, nhưng rất chậm, đến dưới 14

Đồ thị biểu diễn sự thay đổi pH

13

7

2

CuCl2 HCl NaCl H2O Quá trình điện phân

Chương II: NHÓM VIA – NHÓM OXI

A LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM:

Nhóm VIA gồm oxi (O), lưu huỳnh (S), selen (Se) và telu (Te) Cấu hình electron lớpngoài cùng là ns2np4, thiếu hai electron nữa là bão hòa Oxi và lưu huỳnh đều thể hiện tính oxihóa mạnh, tính oxi hóa giảm dần từ oxi đến telu Trong nhóm VIA hai nguyên tố oxi và lưuhuỳnh có nhiều ứng dụng nhất trong công nghiệp và đời sống con người

I Oxi – ozon:

1 Tác dụng với kim loại oxit

2Mg + O2  2MgO3Fe + 2O2 không khí Fe3O42Cu + O2  2CuO

2 Tác dụng với phi kim oxit

- Tác dụng với hidro:

2H2 + O2  2H2O

- Tác dụng với cacbon:

C + O2  CO22C + O2  2CO

- Tác dụng với lưu huỳnh:

S + O2  SO2

3 Tác dụng với hợp chất:

2H2S + 3O2  2SO2 + 2H2O2CO + O2  2CO2

4 Điều chế oxi trong PTN:

Nhiệt phân các hợp chất giàu oxi và kém bền nhiệt

Thí dụ: 2KClO3 2KCl + 3O2

5 Ozon: Tính oxi hóa mạnh

- Tác dụng với dung dịch KI:

O3 + 2KI + H2O  O2 + 2KOH + I2

I2 tạo thành làm xanh hồ tinh bột, phản ứng trên dùng nhận biết O3

II Lưu huỳnh và hợp chất:

1 Tác dụng với kim loại  muối sunfua

Fe + S FeS

Zn + S ZnS

Đối với riêng thủy ngân, phản ứng có thể xảy ra ngay ở nhiệt độ phòng: Hg + S  HgS.

Vì vậy, người ta có thể dùng bột lưu huỳnh để xử lý thủy ngân rơi vãi

2 Tác dụng với phi kim:

- Tác dụng với hiđro: H2 + S H2S

- Tác dụng với oxi: S + O2 SO2

Với các phi kim khác, phản ứng xảy ra khó khăn hơn

- Tác dụng với dung dịch muối (phản ứng nhận biết khí H2S)

H2S + Pb(NO3)2  PbS đen + 2HNO3

H2S + Cu(NO3)2  CuS đen + 2HNO3

2 Tính khử mạnh

- Tác dụng với oxi: 2 H2S + 3 O2 2 SO2 + 2 H2O

2 H2S + O2 oxi hoá chậm 2 S + 2 H2O

- Tác dụng dung dịch nước Cl2:

H2S + 4Cl2 + 4H2O  H2SO4 + 8HCl

3 Điều chế

FeS + 2HCl  FeCl2 + H2SZnS + H2SO4 loãng  ZnSO4 + H2S

IV Lưu huỳnh đioxit (khí sunfurơ)

1.Tính oxit axit

- Tác dụng với nước axit sunfurơ:

SO + HO  H SO

- Tác dụng với dung dịch bazơ Muối + H2O:

SO2 + 2NaOH  Na2SO3 + H2O

SO2 + NaOH  NaHSO3

- Nếu : Tạo muối Na2SO3

- Nếu : Tạo 2 muối NaHSO3 + Na2SO3

SO2 + Ca(OH)2  CaSO3 + H2O (SO 2 làm vẩn đục nước vôi trong)

- Tác dụng với oxit bazơ tan muối sunfit

Na2O + SO2  Na2SO3CaO + SO2  CaSO3

2 Tính khử

- Tác dụng với oxi: 2SO2 + O2 2SO3

- Tác dụng với dung dịch nước clo, brom:

- Đốt quặng sunfua:

2FeS2 + 11O2  2Fe2O3 + 8SO22ZnS + 3O2  2ZnO + 3SO2

- Cho muối sunfit, hidrosunfit tác dụng với dung dịch axit mạnh:

- Đốt cháy lưu huỳnh: S + O2 SO2

- Cho kim loại tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc, nóng:

2 Điều chế:

SO2 + O2 2SO3

VI Axit Sunfuric:

a- Dung dịch H2SO4 loãng (thể hiện tính axit mạnh)

1 Tác dụng với kim loại (đứng trước H) Muối + H2:

Fe + H2SO4  FeSO4+ H22Al + 3H2SO4 Al2(SO4)3 + 3H2

2 Tác dụng với bazơ (tan và không tan) Muối + H2O

H2SO4 + 2NaOH  Na2SO4 + 2H2O

H2SO4 + Mg(OH)2  MgSO4 + 2H2O

3 Tác dụng với oxit bazơ Muối + H2O

Al2O3 + 3H2SO4  Al2(SO4)3 + 3H2OCuO + H2SO4  CuSO4 + H2O

V 2 O 5, t o

4 Tác dụng với muối (tạo kết tủa hoặc chất bay hơi)

MgCO3 + H2SO4  MgSO4 + CO2 + H2O

Na2CO3 + H2SO4  Na2SO4 + CO2 + H2OFeS + H2SO4  FeSO4 + H2S

K2SO3 + H2SO4  K2SO4 + SO2 + H2OBaCl2 + H2SO4  BaSO4 + 2HCl

- Đẩy các axit dễ bay hơi ra khỏi muối

H2SO4 đặc + NaCl tinh thể  NaHSO4 + HCl

H2SO4 đặc + CaF2 tinh thể  CaSO4 + 2HF

H2SO4 đặc + NaNO3 tinh thể  NaHSO4 + HNO3

2 Tính oxi hoá mạnh

- Tác dụng với nhiều kim loại, kể cả một số kim loại đứng sau H như Cu, Ag:

2Fe + 6H2SO4 đặc Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O

Cu + 2H2SO4 đặc CuSO4 + SO2 + H2O2Ag + 2H2SO4 đặc Ag2SO4 + SO2 + 2H2OMột số kim loại mạnh như Mg, Zn có thể khử H2SO4 đặc đến S hoặc H2S:

3Zn + 4H2SO4 đặc 3ZnSO4 + S + 4H2O4Zn + 5H2SO4 đặc 4ZnSO4 + H2S + 4H2O

-2 0 +4 +6

Các kim loại Al, Fe không tan trong dung dịch H2SO4 đặc nguội!

- Tác dụng với phi kim:

C + 2H2SO4 đặc  CO2 + 2SO2 + 2H2O

S + 2H2SO4 đặc 3SO2 + 2H2O

- Tác dụng với hợp chất có tính khử (ở trạng thái oxi hoá thấp)

2FeO + 4H2SO4 đặc  Fe2(SO4)3 + SO2 + 4H2O2FeCO3 + 4H2SO4 đặc  Fe2(SO4)3 + SO2 + 2CO2 + 4H2O2Fe3O4 + 10H2SO4 đặc  3Fe2(SO4)3 + SO2 + 10H2O2FeSO4 + 2H2SO4 đặc  Fe2(SO4)3 + SO2 + 2H2O

c Điều chế H2SO4

Sơ đồ điều chế:

Quặng prit sắt FeS2 hoặc S SO2 SO3 H2SO4

d Nhận biết: Gốc SO42- được nhận biết bằng ion Ba2+, vì tạo kết tủa trắng BaSO4 không tantrong các axit HNO3, HCl

B BÀI TẬP NÂNG CAO :

Bài 1 a Tại sao mức oxi hóa đặc trưng của Oxi là -2 mặc dù Oxi ở nhóm VI A?

b Oxi có khả năng thể hiện mức oxi hóa dương không? Lấy dẫn chứng để minh họa

Giải a Nguyên tử oxi có cấu hình 1s22s22p4, trong nguyên tử có 2 electron độc thân, gây ratrạng thái hóa trị 2 của nguyên tử

Muốn xuất hiện hóa trị lớn hơn 2 cần phải chuyển electron từ mức 2p lên mức 3s đểtạo ra 4 electron không cặp đôi, điều đó không thể thực hiện được vì đòi hỏi một năng lượngkhá lớn

b Oxi có khả năng xuất hiện mức oxi hóa dương trong các hợp chất F2On (n=1,2,3,4) do oxi cóđộ âm điện bé hơn Flo Ví dụ: F2O, F2O2

Bài 2 a Những đơn chất nào không có khả năng phản ứng trực tiếp với oxi?

b Tại sao oxi là nguyên tố hoạt động mạnh hơn Clo, nhưng ở điều kiện thường lại tỏ ra kémhoạt động hơn?

c Hãy trình bày nhận xét chung về tương tác của oxi với các nguyên tố khác.

a Các halogen, các khí trơ, một số kim loại quý như: Ag, Pt, Au không phản ứng trực tiếp vớioxi

b Khoảng cách giữa hai nguyên tử trong phân tử O2 là 1,21 Ǻ , bé hơn độ dài của liên kết đơn

O - O là 1,48 Ǻ , do dó phân tử O2 rất bền

Trong phân tử O2 có một liên kết ú và hai liên kết ba electron ð Trong phân tử Clo chỉcó một liên kết ú , ngoài ra còn có một liên kết ð do sự xen phủ bởi các electron d

Do đó năng lượng lên kết trong phân tử oxi là 118 Kcal/mol, còn với Clo là 59Kcal/mol

ở 20000C phân tử oxi phân li thành nguyên tử, lúc đó oxi sẽ thể hiện tính hóa học mạnhhơn Clo

c Oxi tạo ra những hợp chất oxi với đại đa số các nguyên tố hoặc trực tiếp hoặc gián tiếp.

Những hợp chất mà trong đó nguyên tử oxi liên kết với nguyên tử của nguyên tố khácvà không liên kết giữa các nguyên tử oxi với nhau gọi là các oxit thường (R2IO) Còn nhữngoxit mà trong phân tử các nguyên tử oxi liên kết với nhau gọi là các peoxit (R2IO2)

Dựa vào tính chất hóa học, người ta chia thành oxit axit, oxit bazơ và oxit lưỡng tính.Những oxit của một số nguyên tố không kim loại, không có tính axit cũng như tính bazơ đượcgọi là các oxit trơ

Những oxit tan trong nước gọi là các oxit axit (N2O5, SO2, SO3, CO2, Cl2O7 v.v…); cóoxit tuy không tan trong nước nhưng lại tan trong dung dịch kiềm cũng gọi là oxit axit Ví dụ:

Sb2O3 + 2NaOH + 5H2O → 2Na[Sb(OH)6]Oxit bazơ khi tác dụng với nước tạo ra bazơ (Li2O, Na2O, CaO, BaO…) Một số oxittuy không tan trong nước nhưng tan trong dung dịch axit loãng cũng là oxit bazơ Ví dụ:

NiO + 2HCl → NiCl2 + H2OMgO + H2SO4 → MgSO4 + H2OOxit lưỡng tính vừa tan trong axit vừa tan trong dung dịch kiềm (Al2O3, ZnO, Cr2O3…)Các oxit không tan trong nước, trong axit, trong dung dịch kiềm được gọi là oxit trơ(N2O, CO…)

Các oxit cao được tạo bởi Na, Mg, Al, Si, P, S và Cl; theo chiều tăng mức oxi hóa củacác nguyên tố đó trong dãy thì tính chất của oxit sẽ chuyển từ oxit bazơ Na2O đến oxit axit

Cl2O7

Những nguyên tố có nhiều mức oxi hóa , khi tạo ra các oxit thì ở mức oxi hóa thấp,oxit có tính bazơ, ở mức oxi hóa cao, oxit có tính axit Ví dụ, trong dãy:

Từ trái sang phải tính axit tăng, tính bazơ giảm (MnO có tính bazơ, Mn2O7 có tínhaxit).

Liên kết hóa học trong các oxit biến đổi từ thuần túy ion (trong oxit của kim loại kiềm,kiềm thổ…) đến thuần túy cộng hóa trị (trong oxit của các halogen) Sự hình thành ion O2- từoxi phân tử và sau đó để hình thành các oxit cần tiêu tốn một năng lượng khá lớn, nên sự hìnhthành oxit ion sẽ gặp khó khăn, nhưng nhờ có năng lượng mạng lưới của các oxit đó lại rất cao,nên trong thực tế có nhiều oxit thuần túy ion và rất bền ở những oxit mà năng lượng mạnglưới không đủ lớn để có thể ion hóa hoàn toàn nguyên tử kim loại, thì liên kết trong oxit cómức độ công hóa trị đáng kể , ví dụ BeO, B2O3 v.v…

Ion O2- chỉ tồn tại trong tinh thể của các oxit ion, nhưng không thể tồn tại trong dungdịch vì dễ dàng bị thủy phân:

O2- + H2O → 2OHVì vậy các oxit ion như oxit kim loại kiềm, kiềm thổ khi tan trong nước tạo ra môitrường kiềm

-Ngoài các oxit kể trên, còn có các Peoxit như Na2O2, BaO2, SnO2 … và các oxit hỗnhợp như Pb2O3, Pb3O4, Mn3O4, Fe3O4…

Các peoxit không phải là các oxit thực sự mà là muối của H2O2, khi cho các peoxit tácdụng với axit thì cùng với muối còn tạo ra H2O2, nhưng nhóm - O - O - không bền nên thườngthu được O2 Ví dụ:

Hãy giải thích sự tăng độ dài liên kết trong dãy trên

b Bán kính ion của các nguyên tố nhóm VI A và các halogen có giá trị sau:

a Độ dài liên kết tăng do sự tăng của các obitan phản kiên kết.

Độ bội liên kết trong phương pháp obitan phân tử được xác định theo số electron cótrên obitan liên kết và số electron có trên obitan phản liên kết:

Độ bội liên kết =

Như vậy số electron trên obitan phản liên kết tăng thì độ bội liên kết giảm, do đókhoảng cách giữa các nguyên tử tăng Theo dãy trên, độ bội giác sẽ là: 2,5 ; 2 ; 1,5 ; 1 nên cósự tăng độ dài liên kết trong dãy trên

b Do điện tích hạt nhân nguyên tử của các nguyên tố nhóm VIA bé hơn một đơn vị nên anion

của các nguyên tố nhóm VIA lại có kích thước lớn hơn so với các anion đẳng electron của cáchalogen tương ứng

Bài 4

a Trình bày cấu tạo phân tử ozon.

b So sánh tính chất hóa học của oxi và ozon

c Ozon có thể tồn tại trong không khí có chứa một lượng lớn các khí SO2, CO2, HF, NH3 đượckhông?

Giải

a Phân tử Ozon không có cấu tạo vòng kín mà có cấu tạo dạng góc với góc liên kết =116,50(gần với góc ở tâm của tam giác đều), phân tử có cực tính với =0,52 Trong phân tử O3,nguyên tử oxi trung tâm ở trạng thái lai hóa sp2 (nhờ các obitan 2s, 2pX, 2pY) Hai obitan laihóa sp2 của nguyên tử trung tâm tạo thành hai liên kết ú với hai nguyên tử oxi còn lại Obitan

sp2 thứ ba chứa cặp electron tự do Obitan 2pZ của nguyên tử oxi trung tâm thẳng góc với mặtphẳng phân tử tạo thành liên kết ð không định vị với các obitan 2pZ của hai nguyên tử oxi cònlại

b Ozon là chất không bền, dễ bị phân hủy do có hoạt tính oxi hóa cao hơn nhiều so với oxi

Oxi có thể tác dụng với nhiều chất, nhưng có nhiều trường hợp xảy ra ở nhiệt độ caovà phải có chất xúc tác Trái lại ozon có thể oxi hóa được nhiều đơn chất ít hoạt động như Ag,

Hg ngay ở nhiệt độ thường

Ví dụ: Ag + O2 → Không

2Ag + O3 → Ag2O + O2Tác dụng với PbS:

O2 không thể oxi hóa PbS để tạo ra PbSO4, trái lại với O3:

PbS + 2O3 → PbSO4 + O2Tác dụng với dung dịch KI:

So sánh thế điện cực của O2 và O3 trong môi trường axit và bazơ:

2KI + O3 + H2O → I2 + 2KOH + O2

c Ozon không thể tồn tại trong không khí có chứa một lượng lớn các khí SO2, CO2, HF, NH3được vì khí SO2 và NH3 đều có tính khử nên bị ozon oxi hóa

Bài 5

a Trình bày đặc điểm về cấu tạo phân tử của H2O và H2O2? Từ đó giải thích tại sao H2O và

H2O2 ở điều kiện thường là những chất lỏng, có nhiệt độ sôi cao? Tại sao hai chất đó lại có thểtrộn lẫn với nhau theo bất kì tỉ lệ nào?

b Tại sao khi đun nóng chảy nước đá có hiện tượng co thể tích?

c Tại sao ở áp suất thường, nước có khối lượng riêng lớn nhất ở 40C?

Giải

a Phân tử H2O có cấu tạo ứng với sự lai hóa sp3 của nguyên tử oxi trong phân tử H2O, haiobitan lai hóa sp3 của nguyên tử oxi xen phủ với obitan 1s của nguyên tử hidro hình thành 2liên kết O - H 2 obitan lai hóa sp3 còn lại ở dưới dạng 2 cặp electron tự do Trong phân tử

H2O, có 8 electron hóa trị phân bố theo các obitan phân tử ứng với cấu hình sau:

Trong đó có 4 electron tạo ra 2 liên kết ú và 4 electron không tham gia liên kết ú z và ð

y

Đặc điểm cấu trúc phân tử của H2O và H2O2 là tính không đối xứng nên có cực tính lớnvà do đó đều là những dung môi ion hóa hết

ở trạng thái hơi không có hiện tượng trùng hợp, nhưng ở trạng thái lỏng có hiện tượngtrùng hợp phân tử, gây ra do liên kết hiđro, vì vậy có nhiệt độ sôi khá cao (của H2O là 1000C,của H2O2 là 1500C).

Do có liên kết hiđro nên H2O và H2O2 trộn lẫn với nhau theo bất kỳ tỉ lệ nào

b Nhờ có liên kết hiđro, các phân tử trùng hợp với nhau tạo ra những tập hợp phân tử lớn hơn.

Do phân tử nước đá có dạng (H2O)5 với cấu tạo tứ diện (4 phân tử H2O nằm ở 4 đỉnh, 1 phân tử

H2O nằm ở tâm hình tứ diện) Phân tử tập hợp (H2O)5 có cấu tạo rộng Khi nước đá nóng chảy,

1 phần liên kết hiđro bị đứt, cấu tạo rỗng bị phá hủy, các phân tử H2O gần nhau hơn, do đó cóhiện tượng co thể tích

c Do hiện tượng co thể tích như thế nên khi tăng nhiệt độ trên 00C, nước đá chảy nặng hơnnước đá ở 00C (Khối lượng riêng tăng)

Khi tiếp tục tăng nhiệt độ, thể tích của nước tăng lên do khoảng cach của các phân tửnước tăng lên Nhưng đồng thời liên kết hidro bị đứt thêm nên thể tích của nước giảm xuống.Trên 40C, quá trình tăng thể tích của nước chiếm ưu thế, nên khối lượng riêng của nước giảm.Kết hợp cả 2 quá trình tăng và giảm thể tích cho thấy tại sao nước có khối lượng riêng cao nhấtở ~ 40C

Bài 6 Giải thích

a) Tại sao dung dịch loãng của H2O2 lại bền hơn dung dịch đậm đặc ?

b) Tại sao khi chiếu sáng hoặc đun nóng dung dịch H2O2 lại bị phân huỷ mạnh ?

c) Tại sao khi cho Na2O2 tác dụng với H2O có khí O2 thoát ra nhưng khi cho BaO tác dụng với

H2SO4 loãng thì không có hiện tượng đó

d) Tại sao nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của lưu huỳnh lại rất cao so với nhiệt độ nóngchảy, nhiệt độ sôi của oxi ?

e) Tại sao khí H2S ít tan trong nước nhưng tan nhiều trong dung môi hữu cơ ?

f) Tại sao axit peoximonosunfuric lại là axit một nấc mặc dù có 2 nguyên tử hiđro ?

g) Tại sao telu tạo ra axit teluric H6TeO6 nhưng lưu huỳnh, selen không có khả năng đó ?

Giải

a) Quá trình phân huỷ 2H2O2 = 2H2O + O2 có đặc tính dây chuyền Trong dung dịch loãng,điều kiện phát triển dây chuyền kém thuận lợi hơn do các phân tử H2O ngăn cản sự va chạmgiữa các gốc và các phân tử H2O2.

b) Khi chiếu sáng hoặc đun nóng đã tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình va chạm và làm chodây chuyền phân huỷ phát triển

c) Cả hai phản ứng Na2O2 + H2O và BaO2 + H2SO4 đều tạo ra H2O2, nhưng khi cho Na2O2 tácdụng với H2O tạo ra môi trường kiềm:

Na2O2 + 2H2O 2NaOH + H2O2

H2O2 sẽ bị phân huỷ trong môi trường kiềm tạo ra O2

d) Do hai nguyên nhân sau:

- Nguyên nhân thứ nhất: Làm tăng nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi từ oxi đến lưu huỳnh làsự tăng bán kính nguyên tử tạo điều kiện làm cho tương tác khuếch tán tăng

- Nguyên nhân thứ hai: Phân tử oxi chỉ gồm hai nguyên tử, phân tử lưu huỳnh ở trạng thái lỏnghay rắn đều có số nguyên tử lớn hơn (thường là 8 nguyên tử) Do đó đối với lưu huỳnh thườngphải cung cấp năng lượng lớn hơn oxi, không những để thắng lực tương tác khuyếch tán màcòn phải thắng tương tác giữa các nguyên tử trong phân tử

e) H2S phân cực kém H2O nên ít tan trong dung môi phân cực và tan tốt trong dung môi khôngphân cực

f) Số lần axit được quyết định bởi số nhóm OH liên kết với nguyên tử trung tâm Trong phântử H2SO5 chỉ có một nhóm OH liên kết trực tiếp với nguyên tử lưu huỳnh Hằng số điện li đốivới ion H+ trong nhóm HO-O là rất bé Vì vậy axit H2SO5 là axit một lần axit

g) Lưu huỳnh và selen không tạo ra axit, tương tự với axit H6TeO6 vì bán kính của các nguyêntử S và Se bé hơn bán kính của Te

Bài 7

a Tại sao lưu huỳnh, selen, telu lại có khả năng xuất hiện các mức oxi hóa +4 và +6?

b Tại sao trạng thái dương 6 là đặc trưng hơn đối với lưu huỳnh so với selen và telu?

c Tại sao nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của lưu huỳnh lại rất cao so với nhiệt độ nóngchảy và nhiệt độ sôi của oxi?

Giải

a Các nguyên tố S, Se và Te có khả năng xuất hiện mức oxi hóa +4 và +6 vì nguyên tử củachúng tương đối dễ dàng chuyển thành trạng thái kích thích:

b Năng lượng cần tiêu thụ cho quá trình kích thích nguyên tử đã được bù lại bởi năng lượngthoát ra khi tạo thành liên kết hóa học Năng lượng liên kết đó giảm dần từ S đến Te nên độbền của các hợp chất ứng với mức oxi hóa cao của các nguyên tố giảm Vì vậy, trạng tháidương 6 là đặc trưng hơn đối với lưu huỳnh so với selen và telu

c Một trong những nguyên nhân làm tăng nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi từ oxi đến lưuhuỳnh là sự tăng bán kính nguyên tử tạo điều kiện làm tăng tương tác khuếch tán Ngoài ra cầnchú ý rằng phân tử oxi gồm hai nguyên tử, còn lưu huỳnh ở trạng thái lỏng hay rắn đều có sốnguyên tử lớn hơn (thường là 8 nguyên tử), do đó đối với lưu huỳnh cần phải cung cấp nănglượng lớn hơn oxi, không những để thắng lực tương tác khuếch tán mà còn phải thắng tươngtác giữa các nguyên tử trong phân tử Do đó, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của lưu huỳnhlại rất cao so với nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của oxi

159,2166,1170,7172,4180,5186,9191,6196,0

0,116225491579866925920857

213,5221,7231,5252,9253,6280,1305,8

5724503161461395523

(độ nhớt được đo bằng đơn vị poazơ: kí hiệu là P) Hãy giải thích sự thay đổi độ nhớt của S nóng chảy?

b ở điều kiện thường, phân tử lưu huỳnh, selen, telu và poloni tồn tại ở dạng nào? Trong điềukiện nào tồn tại dạng phân tử 2 nguyên tử? Nêu nhận xét về độ bền của các phân tử 2 nguyêntử trong dãy từ oxi đến telu?

a Độ nhớt của S núng chảy thay đổi do cấu tạo mạch trựng hợp của S thay đổi.

b ở điều kiện thường, phân tử của S, Se, Te tồn tại ở dạng đa phân tử: S8, Sn; Se8, Sen; Ten ởnhiệt độ cao, phân tử của chúng (dạng hơi) gồm hai nguyên tử Độ bền của những phân tử đógiảm dần từ lưu huỳnh đến Telu Do năng lượng liên kết của chúng như sau:

O2 S2 Se2 Te2 Năng lượng liên kết(Kcal/mol) 118 77 64 54

hỗn hợp khí còn lại cho qua nước vôi trong dư: CO2 + Ca(OH)2  CaCO3 + H2O

Khí còn lại (gồm H 2, CO và có lẫn hơi H2O) cho qua H2SO4 đặc (hoặc P 2O5) để loại hết hơi

H2O Đốt cháy hỗn hợp khí H2 và CO, làm lạnh để hơi nước ngưng tụ và lại cho CO2 tạo thànhqua nước vôi trong

2CO + O2  2CO2 2H2 + O2  2H2O

b Dùng giấy tẩm dung dịch MnCl2, khi có mặt ozon, giấy này hoá nâu, hiđropeoxit không tácdụng với giấy đó

Bài 10

a Hãy trình bày những hiểu biết của mình về các hợp chất sunfua (các loại sunfua , độ tan,

b Trong các sunfua kim loại sau đây, sunfua nào bị thủy phân? Trường hợp nào có thể điềuchế bằng phản ứng trao đổi trong dung dịch nước:

Al2S3 ; Cr2S3 ; Na2S ; ZnS ; PbS ; La2S3

Giải

a Ngoài H2S, lưu huỳnh có khả năng tạo ra các hidro polisunfua H2Sn (n = 2 → 23), gọi là cácsunfan Trong phân tử Sunfan có các gốc Sn2- mạch chữ chi S S , ví dụ:

Lưu huỳnh tạo ra với kim loại những hợp chất sunfua kimloại như Na2S, CuS, Al2S3…Và các polisunfua dạng M2ISn (n= 1 → 7) ví dụ:

Na2S + (n-1)S → Na2SnLiên kết trong các sunfua chủ yếu là liên kết hóa trị, các sunfua kim loại kiềm, kiềmthổ tạo ra sunfua ion

b Na2S và các sunfua kim loại hóa trị III dễ bị thủy phân Chẳng hạn quá trình thủy phân của

Al2S3 xảy ra như sau:

2O ⇌ Al(OH)

2+ + H+Al(OH)

2 + H

2O ⇌ Al(OH)

3 + H+Quá trình thủy phân sẽ được tăng cường do tương tác H+ + OH- ⇌ H

2O Mặt khác, quátrình thủy phân cũng được đẩy mạnh do sự hình thành Al(OH)

3 ở dạng kết tủa Quá trình đócho phép kếtluận độ tan của Al2S3 lớn hơn độ tan của Al(OH)3

Trái lại nồng độ của các ion Zn2+ và Zn(OH)+ tồn tại trong cân bằng với ZnS không đủđể tạo thành kết tủa Zn(OH)2 Vì vậy, trong trường hợp ZnS và PbS chỉ thủy phân một phần rấtnhỏ so với ion sunfua đã chuyển vào dung dịch, và có thể nói rằng những sunfua đó khi tanthực tế không bị thủy phân

Như vậy trong các sunfua nêu trên chỉ có ZnS và PbS có thể điều chế được bằng phảnứng trao đổi khi cho các dung dịch muối tan của Zn2+ và Pb2+ tác dụng với dung dịch sunfua tannhư Na2S , còn các sunfua như Al2S3, Cr2S3, La2S3 không tồn tại trong dung dịch nước vì bịnước phân hủy

Bài 11 Hoàn thành các phương trình phản ứng sau:

1 Zn + H2S2O7 H2S + …

Sử dụng phương trình phản ứng hoá học minh hoạ các ứng dụng được mô tả dưới đây:

a Màu trắng chì của các bức tranh cổ lâu ngày bị đen lại do tạo hợp chất PbS Để tái tạo màutrắng này, người ta rửa tranh bằng H2O2

b Natripeoxit được sử dụng làm nguồn cung cấp oxi và hấp thụ khí cacbonđioxit trong tàungầm và cũng được thêm một lượng nhỏ vào bột giặt để làm chất tẩy trắng

c Natri thiosunfat là chất chính truốc định hình dùng trong việc tráng phim và in ảnh, nó có tácdụng rửa sạch AgBr còn lại trên phim ảnh và giấy sau khi đã rửa bằng thuốc hiện hình

d Tại sao trong thiên nhiên có nhiều nguồn tạo ra H2S nhưng không có hiện tượng tụ khí đótrong không khí ?

e Để một vật bằng bạc ra ngoài không khí bị ô nhiễm H2S một thời gian

a Giải thích tại sao góc hóa trị HXH từ oxi đến telu lại giảm?

b Nhận xét về độ bền của các hợp chất H2X từ oxi đến poloni? Giải thích nguyên nhân

Giải a Góc hóa trị của HXH: