LƯỢNG hóa các HIỆN TƯỢNG hóa học của NHÓM VIA BẰNG các KIẾN THỨC hóa học đại CƯƠNG

Đặt vấn đề: trong thí dụ này, chúng tôi đưa ra các dữ kiện thực nghiệm về các đơn chất của nguyên tố nhóm VIA, dựa trên kết quả thực nghiệm, yêu cầu học sinh đưa ra hướnggiải thích đối v

CHUYÊN ĐỀ DUYÊN HẢI BẮC BỘ

LƯỢNG HÓA CÁC HIỆN TƯỢNG HÓA HỌC

CỦA NHÓM VIA BẰNG CÁC KIẾN THỨC HÓA HỌC ĐẠI CƯƠNG

Tác giả: Vũ Văn Hợp Lại Năng Duy Nhóm Hóa-THPT chuyên Lê Hồng Phong, Nam Định

A MỞ ĐẦU

I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

1 Hiện trạng giảng dạy hóa nguyên tố:

a) Nội dụng kiến thức: Các kiến thức hóa nguyên tố trải rộng và liên quan rất

nhiều đến các lĩnh vực khác của hóa học Bên cạnh đó, có rất nhiều hiện tượng và điềukiện thí nghiệm với các chất khác nhau

b) Khó khăn trong giảng dạy: do nội dung kiến thức rất rộng và các điều kiện

phản ứng và hiện tượng phản ứng rất nhiều, đồng thời thời gian giảng dạy có hạn, dẫnđến việc giảng dạy phần hóa nguyên tố rất khó có thể đảm bảo cung cấp đầy đủ các kiếnthức một cách chính xác Nhiều giáo viên khi giảng dạy phần hóa nguyên tố thường yêucầu học sinh tự học Một số giáo viên khi giảng dạy phần hóa nguyên tố đôi khi coi nhẹcác dữ kiện thực nghiệm, dẫn đến tình trạng hiểu chưa chính xác nhiều vấn đề dẫn đếndạy

2 Lý do chọn đề tài

Trong quá trình giảng dạy phần hóa nguyên tố nói chung và phần nguyên tố nhómVIA nói riêng, chúng tôi thấy rằng, trong rất nhiều thí nghiệm và hiện tượng hóa học màchúng ta không có cơ hội để kiểm chứng Mặt khác, có rất nhiều thí nghiệm mà hiệntượng của nó có thể đúng trong trường hợp này nhưng không đúng trong trường hợpkhác, nghĩa là phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau nhưng chúng ta lại không có cơ hội

để làm các thí nghiệm kiểm chứng hoặc nếu có kiểm chứng cũng không đánh giá chínhxác được hiện tượng đang diễn ra gồm những phản ứng hóa học nào

Với mong muốn giúp giáo viên và học sinh tránh được các bối rối trong quá trìnhdạy và học phần lý thuyết và thực nghiệm về các nguyên tố, chúng tôi đã và đang sửdụng các kiến thức hóa học đại cương là chủ yếu và kết hợp với các kiến thức về cấu tạochất nhằm làm rõ hơn các hiện tượng và thí nghiệm chúng ta đang nghiên cứu Do đóchúng tôi quyết định lựa chọn đề tài:

"LƯỢNG HÓA CÁC HIỆN TƯỢNG HÓA HỌC CỦA NHÓM VIA BẰNG CÁC KIẾN THỨC HÓA HỌC ĐẠI CƯƠNG"

Trong đề tài này, chúng tôi đưa ra các dữ kiện thực nghiệm, hiện tượng hóa họcdưới dạng các bài tập (có gợi ý giải hoặc không) Chính vì thế, trong đề tài này, các kiếnthức lý thuyết của nhóm VIA chúng tôi không trình bày ở đây

II MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

Đề tài của chúng tôi nhằm các mục đích sau:

1 Đưa ra các dữ kiện thực nghiệm nhằm cung cấp thông tin

2 Xây dựng các CÂU hỏi nhằm khai thác các dữ kiện thực nghiệm

3 Đặt vấn đề trao đổi khi giải thích các dữ kiện thực nghiệm đó

4 Đưa ra ra các hướng giải quyết nếu đối với các vấn đề thực nghiệm đó

5 Đánh giá, nhận xét về vấn đề đã được đưa ra

III CẤU TRÚC ĐỀ TÀI

1 Đại cương nhóm VIA.

2 Lưu huỳnh và hợp chất

3 Oxi và hợp chất

4 Các nguyên tố khác trong nhóm VIA.

B NỘI DUNG

I ĐẠI CƯƠNG VỀ NHÓM VIA

CÂU 1: Cho các số liệu thực nghiệm sau

Cấu trúc tinh thể Lập phương Hình trực thoi Lục lăng Lục lăng

Giải thích tại sao:

a) Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của oxi lại thấp hơn nhiều so với S, Se, Te?b) Nhiệt phân hủy và năng lượng liên kết của O2 cao hơn lưu huỳnh?

Đặt vấn đề: trong thí dụ này, chúng tôi đưa ra các dữ kiện thực nghiệm về các đơn chất

của nguyên tố nhóm VIA, dựa trên kết quả thực nghiệm, yêu cầu học sinh đưa ra hướnggiải thích đối với các dữ kiện thực nghiệm đó

Gợi ý:

a) Nhiệt độ nóng chảy của oxi thấp hơn nhiều so với S, Se, Te vì oxi tồn tại ởdạng O2, trong khi đó lưu huỳnh tồn tại dạng đơn chất S8 có khối lượng lớn hơn nhiều sovới O2, do đó nhiệt độ nóng chảy cao hơn nhiều

b) Nhiệt phân hủy của oxi cao hơn lưu huỳnh vì khi phân hủy, cả oxi và lưuhuỳnh đều ở trạng thái khí ứng với công thức X2, khi đó do bán kính của lưu huỳnh và

độ dài liên kết S=S lớn hơn nhiều so với O=O do đó năng lượng liên kết S=S < O=Onên nhiệt phân hủy của O2 cao hơn so với S2

Nhận xét: với các dữ kiện thực nghiệm đưa ra, học sinh có thể đặt các vấn đề thắc mắc

và tìm được hướng giải quyết phù hợp, điều này cũng sẽ góp phần phát triển năng lực tưduy của học sinh Bài tập này có thể áp dụng cho học sinh chuyên Hóa hoặc học sinh thiHSG Quốc gia

CÂU 2 Cho các số liệu thực nghiệm sau:

Hãy giải thích:

a) Quy luật biến đổi góc liên kết từ H2O đến H2Te

b) Quy luật biến đổi về độ dài liên kết và năng lượng liên kết từ H2O đến H2Te.c) Quy luật biến đổi lực axit từ H2O đến H2Te.

d) Sắp xếp theo chiều tăng dần tính khử trong dãy: H2O, H2S, H2Se, H2Te

Đặt vấn đề: Chúng ta cũng đã quen với việc so sánh góc liên kết, năng lượng liên kết,

độ dài liên kết, hằng số axit, của các hợp chất hiđrua thông qua công thức cấu tạo vàcấu trúc phân tử để từ đó so sánh mang tính chất dự đoán các giá trị đó Tuy nhiên,chúng tôi muốn thông qua các dữ kiện thực nghiệm để học sinh nghiên cứu và giải thíchđược các giá trị đó

Gợi ý:

a) Góc liên kết HXH trong các hợp chất giảm dần từ H2O đến H2Te được giảithích do từ O đến Te, độ âm điện của các nguyên tử giảm dần và bán kính nguyên tửtăng dần, do đó mật độ electron trên nguyên tử trung tâm giảm làm giảm sự đẩy lẫnnhau giữa các liên kết, do đó góc liên kết giảm

b) Nhiệt độ sôi của H2O cao nhất vì giữa các phân tử nước có liên kết hiđro liênphân tử, trong khi đó các hợp chất H2S, H2Se, H2Te chỉ có lực tương tác Van der Van,trong đó tương tác khuếch tán đóng vai trò chủ đạo Chính vì thế từ H2S đến H2Te, phân

tử khối tăng => tương tác khuếch tán tăng do đó nhiệt độ sôi tăng

c) Lực axit của các chất trong dãy: H2O < H2S < H2Se < H2Te Nguyên nhân domật độ điện tích âm trên các nguyên tử trung tâm giảm => lực hút của các nguyên tửtrung tâm với hiđro (mang phần điện tích dương) giảm => tăng khả năng nhường H+ =>tăng lực axit

d) Tính khử của các chất tăng dần: H2O < H2S < H2Se < H2Te Nguyên nhân dobán kính nguyên tử trung tâm tăng, lực hút của hạt nhân với electron hóa trị giảm =>khả năng nhường electron tăng lên => tính khử tăng

Nhận xét: Từ việc sử dụng các kết quả thực nghiệm, học sinh có thể dễ dàng tiếp cận

với các yêu cầu đặt ra và từ đó dựa vào các kiến thức của hóa học đại cương để giảithích các kết quả thực nghiệm đó

CÂU 3 Thực nghiệm cho biết: SO2 (t0

nc = -75,50C) còn SeO2 (t0thăng hoa là 3150C).Dựa vào kết quả thực nghiệm trên, hãy giải thích?

Đặt vấn đề: Khi nghiên cứu các phân tử hợp chất oxit, đôi khi chúng ta hãy có sự so

sánh tương đồng giữa công thức phân tử với tính chất vật lý của các chất Trong trườnghợp này nếu không có các dữ kiện thực nghiệm thì học sinh sẽ cho rằng, có sự giốngnhau về cấu tạo và cấu trúc của các phân tử SO2 và SeO2

Gợi ý:

Do bán kính nguyên tử của Se > S nên trong phân tử SO2, liên kết giữa lưu huỳnhvới oxi ngoài liên kết xichma còn có một phần liên kết π nên phân tử SO2 tồn tại ở dạngmonome Tương tác giữa các phân tử SO2 với nhau là tương tác Van der Van, trong khi

đó, Se không chỉ tạo liên kết π với oxi mà tạo liên kết xichma, chính vì thế SeO2 tồn tại

ở dạng polime (SeO2)n và oxi đóng vai trò cầu nối giữa các nguyên tử Se

Nhận xét: việc sử dụng các kết quả thực nghiệm tránh cho học sinh và cả giáo viên các

sai lầm mang tính chất võ đoán vì hầu hết khi ta so sánh các tính chất mà chỉ dựa vàocông thức phân tử đôi khi dẫn đến những sai lầm tai hại và rất khó có thể sửa chữa

CÂU 4 H2SO4 và H2SeO4 có rất nhiều điểm tương đồng với nhau Chúng đều có khảnăng tạo thành hiđrat, tạo ra hợp chất muối ít tan với các cation kim loại như: Ba2+, Pb2+,

… Bên cạnh đó, chúng đều là các axit có tính oxi hóa mạnh

SO42- + 4H+ + 2e  SO2 + 2H2O E0 = +0,17V

SeO42- + 4H+ + 2e  H2SeO3 + H2O E0 = +1,15V

Giải thích tại sao H2SeO4 có tính oxi hóa lớn hơn so với H2SO4

Đặt vấn đề: theo thói quen của nhiều học sinh và giáo viên, khi trạng thái oxi hóa giống

nhau và độ âm điện của nguyên tử trung tâm càng lớn, tính oxi hóa của hợp chất cànglớn Điều này lại tạo ra một sự ngộ nhận đáng tiếc khi áp dụng cho trường hợp so sánhnày

Gợi ý:

Do bán kính nguyên tử của Se lớn hơn so với S, sự chênh lệch về năng lượnggiữa các phân lớp ns với np lớn do đó độ bền của trạng thái lai hóa và độ bền phân tửgiảm, điều này làm cho phân tử H2SeO4 kém bền và có xu hướng chuyển về các trạngthái oxi hóa thấp hơn, nên H2SeO4 có tính oxi hóa lớn hơn so với H2SO4

Nhận xét: Trong thí dụ này, chúng ta càng thấy rõ hơn các dữ kiện thực nghiệm trong

quá trình giảng dạy nói chung và giảng dạy phần hóa nguyên tố nói riêng Điều nàycàng đặt ra cho chúng ta một yêu cầu cần chuẩn bị thật cẩn thật trước các vấn đề mangtính chất lý thuyết để tránh rơi vào tính trạng dạy bừa bãi

II LƯU HUỲNH VÀ HỢP CHẤT

CÂU 1 Cho một mẩu nhỏ lưu huỳnh vào ống nghiệm rồi đun trên ngọn lửa đèn cồn.

Quan sát hiện tượng ta thấy:

Ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nóng chảy (dưới 1130C), Sα và Sβ là chất rắn, màuvàng Ở nhiệt độ 1190C, lưu huỳnh nóng chảy thành chất lỏng màu vàng, rất linh động

Ở nhiệt độ 1870C, lưu huỳnh lỏng trở nên quánh nhớt, có màu nâu đỏ Ở nhiệt

độ 4450C, lưu huỳnh sôi

Sử dụng các kiến thức về cấu tạo chất, giải thích các hiện tượng đó

Đặt vấn đề: chúng ta có thể biết được một số điểm quan trọng trong quá trình chuyển

hóa của lưu huỳnh, tuy nhiên trong giảng dạy, nếu chúng ta đơn thuần chỉ mô tả các quátrình xảy ra mà không kèm theo các thông số thực nghiệm thì học sinh rất khó tiếp thukiến thức

Gợi ý:

Ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nóng chảy (dưới 1130C), Sα và Sβ là chất rắn,màu vàng Phân tử lưu huỳnh gồm 8 nguyên tử liên kết cộng hóa trị với nhau tạo thànhmạch vòng:

Ở nhiệt độ 1190C, lưu huỳnh nóng chảy thành chất lỏng màu vàng, rất linh động Ở nhiệt độ này, các phân tử S8 chuyển động trượt trên nhau rất dễ dàng

Ở nhiệt độ 1870C, lưu huỳnh lỏng trở nên quánh nhớt, có màu nâu đỏ Ở nhiệt độnày, mạch vòng của phân tử S8 bị đứt gẫy tạo thành những chuỗi có 8 nguyên tử S Những chuỗi này liên kết với nhau tạo thành phân tử lớn, chứa tới hàng triệu nguyên

tử (Sn) Những phân tử Sn chuyển động rất khó khăn:

Ở nhiệt độ 4450C, lưu huỳnh sôi Ở nhiệt độ này các phân tử lớn Sn bị đứt gẫythành nhiều phân tử nhỏ và bay hơi

Thí dụ: Tại 14000C hơi lưu huỳnh là những phân tử S2

Tại 17000C hơi lưu huỳnh là những nguyên tử S

Nhận xét: thông qua bài tập này, học sinh củng cố và giải thích được các hiện tượng

của quá trình chuyển hóa lưu huỳnh dưới tác dụng của nhiệt độ, đồng thời giải thích tạisao hầu hết các phản ứng của lưu huỳnh thường xảy ra ở nhiệt độ cao

CÂU 2 Cho giản đồ Latimer sau:

- Môi trường axit:

b) Một đặc điểm thú vị của lưu huỳnh là một số hợp chất của lưu huỳnh hòa tan(tác dụng) được với lưu huỳnh, thí dụ:

Na2S (dd) + S → dun soi X

Na2SO3 (đặc) + S → dun soi YXác định công thức của các hợp chất X và Y

Đặt vấn đề: Dựa vào giản đồ Latimer, học sinh có thể dựa vào sự so sánh thế của các

cặp oxi hóa khử để từ đó đánh giá khả năng tồn tại của các ion trong các môi trường.Điều này giúp học sinh có thể phần nào giải thích được các hiện tượng hoặc dự đoánđược phản ứng và sản phẩm của các phản ứng

Gợi ý:

a) Trong môi trường axit, S2O32- kém bền vì cặp SO2/S2O32- có thế khử chuẩn nhỏhơn cặp S2O32-/S

S2O32- + 2H+  S + SO2 + H2OTrong môi trường kiềm: S2O32- bền, trong khi đó S không bền trong môi trườngkiềm, nó có thể chuyển hóa thành tùy thuộc vào điều kiện:

4S + 6OH-  2S2- + S2O32- + 3H2O3S + 6OH-  2S2- + SO32- + 3H2OChú ý: thực tế do tính trơ tương đối cao của lưu huỳnh ở nhiệt độ thường nên cácphản ứng trên thường xảy ra trong điều kiện kiềm đun nóng.

b) Dựa vào giản đồ, học sinh có thể xác định được sản phẩm của các phản ứngtrên Cụ thể:

Na2S (dd) + nS → dun soi Na2S1+n

Na2SO3 (đặc) + S → dun soi Na2S2O3

Nhận xét: Đây là dạng bài cơ bản và cần thiết trong quá trình định hướng tư duy cho

học sinh, giúp học sinh có khả năng tự nghiên cứu các vấn đề của kiến thức

CÂU 3 a) Biết nhiệt độ sôi của CS2 là 46,20C, hằng số nghiệm sôi của nó là 2,37 Hòatan 5,12 gam lưu huỳnh vào 100,0 gam CS2 thì nhiệt độ sôi của dung dịch là 46,670C

Tính phân tử khối của lưu huỳnh và cho biết một phân tử lưu huỳnh có bao nhiêunguyên tử?

b) Ở 9000C, tỷ khối của hơi lưu huỳnh so với không khí là 2,207 Hỏi trong mộtphân tử lưu huỳnh ở trạng thái hơi (ở 9000C) gồm bao nhiêu nguyên tử?

Đặt vấn đề: đây là một bài tập nhằm cung cấp cho học sinh một trong các phương pháp

thực nghiệm để kiểm tra thành phần của lưu huỳnh ở các trạng thái khác nhau Điều này

sẽ cụ thể hóa hơi các thông tin về thành phần và cấu tạo của lưu huỳnh khi học sinhnghiên cứu về lưu huỳnh

∆ = 46,67 46,22,37− = 0,1983 (molan)Theo đầu bài => Cm = 5,12.1000

Do đó tại 9000C, có thể coi hơi lưu huỳnh gồm các phân tử hai nguyên tử, S2

Nhận xét: Dạng bài tập này củng cố các kiến thức về định luật Rault, đồng thời làm rõ

nét hơn các thông tin về trạng thái của lưu huỳnh

2 H 2 S và muối sunfua

CÂU 1 Tại 250C và áp suất là 1 atm, độ tan bão hòa của H2S trong nước là 0,1M

a Xác định pH của dung dịch H2S bão hòa

b Đánh giá khả năng đổi màu các chỉ thị sau: metyl dacam (3,1-4,4), metyl đỏ(4,2-6,3), quỳ tím (5-8), phenolphtalein (8,3-9,8) khi nhỏ vài giọt chất chỉ thị đó vàodung dịch

c Với một dung dịch H2S nồng độ c(M), xác định giá trị của c để dung dịch đổimàu quỳ tím sang đỏ

Cho biết: H2S có pKa1 = 7,02; pKa2 = 12,90

Đặt vấn đề: Chúng ta đều biết rằng, H2S có tính axit yếu và điều này có liên quan gìđến pH của dung dịch H2S bão hòa Đặc biệt, với dung dịch H2S bão hòa nói riêng vàcác dung dịch chưa bão hòa nói chung thì dung dịch H2S có đổi màu được những chỉ thịquen thuộc hay không?

Điều này chúng tôi xin được đề cặp đến trong nội dung của bài tập này và thôngqua bài tập này, chúng ta có một cái nhìn chính xác hơn về pH của dung dịch H2S

Gợi ý: a) Với dung dịch H2S bão hòa, [H2S] = 0,10M

b) Dựa vào các khoảng chuyển màu của chỉ thị, chúng ta có thể xác định được:

- Với metyl dacam, dung dịch sẽ có màu da cam hơi vàng

- Với metyl đỏ, dung dịch sẽ có màu đỏ

- Với quỳ tím, dung dịch (hoặc giấy quỳ) sẽ có màu đỏ

- Với phenolphtalein, dung dịch không màu

c) Với dung dịch H2S nồng độ c (M), ta có:

10 5

Do đó khi cho quỳ tím ẩm vào bình chứa khí H2S, giấy quỳ tím có thể đổi màusang hồng.

Nhận xét: với các trường hợp mà chúng ta đặt vấn đề nghi vấn, chúng ta có thể sử dụng

các thông số nhiệt động hoặc các dữ kiện khác để minh họa cho phần tính chất hóa họchoặc các tính chất khác của dung dịch để từ đó chính xác hóa các vấn đề mà chúng tanghiên cứu

CÂU 2 Dung dịch Na2S có pH = 12,79

1 Xác định nồng độ ban đầu của dung dịch Na2S và tính độ điện ly của S2-

2 Khi để trong không khí, một phần S2- bị oxi của không khí oxi hóa thành S.a) Tính hằng số cân bằng của phản ứng sau:

2S2- + O2 + 2H2O  4OH- + 2SCho biết: H2S có pKa1 = 7,02 , pKa2 = 12,90; pKw = 14,0; E0 của S,H+/H2S là +0,141V;

2S2- + O2 + 2H2O  4OH- + 2S

Ta có:

-2-2

−

= 0,2 - 0,1 = 0,1M[S2-] = 0,0358M => [HS-] =

2

a2

h[S ] K

−

= 0,028M

=> % S2- đã bị oxi hóa = 35,79%

Nhận xét:Thông qua ví dụ này, học sinh có thể xác định được môi trường của các dung

dịch Đồng thời giải thích được sự thay đổi của các dung dịch sunfua khi để trong khôngkhí Những thí dụ này góp phần củng cố các kiến thức về cân bằng trong dung dịch vàphản ứng oxi hóa-khử và sự liên hệ mật thiết giữa quá trình giảng dạy hóa nguyên tố vớikiến thức về cân bằng trong dung dịch

CÂU 3 H2S được biết đến là một chất khử mạnh, E0 của S,H+/H2S = 0,141V

Thiết lập mối quan hệ giữa E0 của cặp S0/S(-2) theo pH của môi trường Từ kếtquả đó cho biết trong môi trường nào (axit, bazơ, trung tính), tính khử của S(-2) lớnhơn?

pKw = 14; H2S có pKa1 = 7,02; pKa2 = 12,90

Đặt vấn đề: Chúng ta biết rằng, H2S có tính khử mạnh và tính khử của H2S biến đổitheo pH của môi trường Thông qua việc thiết lập mối quan hệ giữa thế và pH dung dịch

chúng ta có thể đánh giá được khả năng oxi hóa hoặc khử của các chất trong các môitrường khác nhau.

a1

/ S/ HS

K [H ] 0,0592

2 2 S/ HS

2 a1 a2

K K [H ] 0,0592

Trong trường hợp này, thế của cặp S/S2- không phụ thuộc vào pH của dung dịch

Từ các kết quả trên ta thế, khi pH của dung dịch càng lớn, E0 của cặp S(0)/S(-2)càng giảm, do đó có thể nói, khi pH của dung dịch càng lớn, tính khử của S(-2) cànglớn

Nhận xét: Thông qua ví dụ này, học sinh sẽ sử dụng các kiến thức và thế điện cực,

phương trình Nerst, các giá trị hằng số axit để thiết lập mối quan hệ E-pH từ đó củng cốcác kiến thức hóa đại cương của học sinh và cũng giải thích được tại sao tính khử củaS(-2) trong môi trường kiềm lớn hớn trong môi trường axit

CÂU 4 Xác định khả năng tạo thành kết tủa khi sục khí H2S đến bão hòa ([H2S] =0,10M) vào các dung dịch sau:

a) dung dịch ZnCl2 0,10M; b) dung dịch FeCl2 0,10M;

c) dung dịch Pb(NO3)2 0,10M; d) dung dịch Mn(NO3)2 0,10M

Cho biết: ZnS (trắng), pKS = 21,6; PbS (đen), pKS = 26,6; FeS (đen), pKS = 17,2;MnS, pKS = 12,6 H2S có pKa1 = 7,02; pKa2 = 12,90.

Đặt vấn đề: Chúng ta đều biết rằng, H2S có thể tạo thành kết tủa với rất nhiều cationkim loại khi sục khí H2S vào dung dịch muối của chúng Trong một số trường hợp, hiệntượng này xảy ra rất rõ ràng, ví dụ như với Ag+, Cu2+, tuy nhiên trong một số trườnghợp, các tài liệu giáo khoa phổ thông cho rằng không xảy ra hoặc chưa có kết luận cụthể, điều này dẫn đến những thắc mắc từ phía học sinh và ngay cả với các giáo viên.Chính vì vậy, thông qua ví dụ này chúng tôi muốn phần nào giải đáp các thắc mắc đó

Nhận xét: Trong thí nghiệm trên, khi chúng ta sử dụng các dung dịch với nồng độ

0,1M, chúng ta thấy rằng, với các dung dịch chứa cation Mn+ 0,10M, thì có rất nhiềutrường hợp xuất hiện kết tủa, trong đó có những trường hợp như phản ứng tạo kết tủacủa H2S với Zn2+; H2S với Fe2+; điều này trong thực tế nhất là với chương trình hóa học

phổ thông là không có Do đó với học sinh chuyên Hóa, có rất nhiều vấn đề không thể

sử dụng các kiến thức hoặc kết luận mang tích chất áp đặt các kiến thức phổ thông được

mà cần phải có sự chứng minh bằng định lượng thì các kiến thức đó mới được kiểm tra

Đặt vấn đề: Sự tạo thành một kết tủa chịu sự chi phối của yếu tố môi trường, do đó tùy

thuộc vào môi trường mà có thể có sự xuất hiện hoặc không xuất hiện kết tủa Thôngqua ví dụ này, chúng tôi muốn giúp học sinh có thể xử lý các ảnh hưởng của môi trườngđến khả năng phản ứng nói chung và phản ứng tạo kết tủa chất nói riêng

Để bắt đầu kết tủa, pH của dung dịch = 0,18

- Để kết tủa hoàn toàn Zn2+ dưới dạng ZnS, ta có:

Nhận xét: Thông qua ví dụ này, học sinh sẽ sử dụng các kiến thức về cân bằng trong

dung dịch chứa hợp chất ít tan để đánh giá ảnh hưởng của pH dung dịch đến sự tạothành kết tủa và kết tủa hoàn toàn ion trong dung dịch Điều này giúp học sinh củng cốcác kiến thức về cân bằng trong dung dịch và làm chính xác hóa các kiến thức của hóanguyên tố

CÂU 6 Sục khí H2S vào dung dịch A gồm Fe(NO3)3 0,05M; Pb(NO3)2 0,10M;Zn(NO3)2 0,01M đến bão hoà ([H2S] = 0,10 M), thu được hỗn hợp B

Những kết tủa nào tách ra từ hỗn hợp B?

Cho biết: FeS có pKS = 17,2; PbS có pKS = 26,6; ZnS có pKS = 21,6; H2S có pKa1 =7,02; pKa2 = 12,90;

E0 của Fe3+/Fe2+ = 0,771V; E0 S,H+/H2S = 0,141V

Đặt vấn đề: Chúng ta biết rằng, khi dung dịch chứa một chất tan thì phản ứng tạo thành

chất kết tủa từ dung dịch đó chỉ chịu sự chi phối của nồng độ và bản chất của chất tantrong dung dịch Tuy nhiên, điều đó không hẳn đã đúng với dung dịch chứa hỗn hợpchất tan, bởi vì các phản ứng khác xảy ra trong dung dịch có thể ảnh hưởng đến sự tạothành kết tủa của các ion phản ứng sau đó Thông qua ví dụ này, chúng tôi muốn đưađến cho học sinh một cái nhìn mang tính bao quát hơn với sự tạo thành kết tủa từ dungdịch

K3 và K4 nhỏ, do đó cần phải kiểm tra điều kiện kết tủa của ZnS và FeS:

Vì môi trường axit => ' 2+ 2+

Zn Zn

C = C = 0,010 M; ' 2+ 2+ 3+

Fe Fe Fe

C = C = C = 0,050 M

Đối với H2S, do Ka2 << Ka1 = 10-7,02nhỏ => khả năng phân li của H2S trong môitrường axit không đáng kể, do đó chấp nhận [H+] = C H += 0,25 M => tính ' 2-

S

C theo cânbằng:

] S H [

+ = 10-19,92 ( 0 , 25 )2

1 , 0

C < KS(FeS) => FeS không tách ra

Như vậy trong hỗn hợp B, ngoài S thì chỉ có PbS kết tủa

Nhận xét: trong ví dụ trên, chúng ta cần giảng cho học sinh thấy được các ảnh hưởng

của các cân bằng trong dung dịch với nhau, do đó sau mỗi cân bằng, chúng ta cần thống

kê lại thành phần của dung dịch để từ đó đánh giá khả năng xảy ra hoặc không xảy racủa các phản ứng trong dung dịch Thông qua ví dụ này, học sinh có thể củng cố kiếnthức về cân bằng trong dung dịch chứa hợp chất ít tan và tính chất hóa học của H2S

CÂU 7 Xác định độ tan của HgS trong:

a) dung dịch HCl 1M

b) dung dịch HNO3 1,00M

Cho biết: tích số tan của HgS là KS = 10-51,8; HgCl42- có β = 1014

E0 của NO3-,H+/NO, H2O là 0,96V; E0 của S, H+/H2S là 0,14V;

Hằng số axit của H2S là Ka1 = 10-7,02; Ka2 = 10-12,90; pKw = 14

Đặt vấn đề: Chúng ta biết rằng, dựa vào độ tan người ta chia muối sunfua thành 3 loại

là:

Loại 1: Tan trong nước

Loại 2: Không tan trong nước nhưng tan trong dung dịch axit mạnh

Loại 3: Không tan trong dung dịch axit mạnh

Tuy nhiên việc phân loại đó chỉ mang tính chất tương đối nhất là đối với loại 2 vàloại 3 vì trên thực tế, các axit mạnh ngoài tính axit thuần túy có thể có thêm tính axit oxihóa hoặc sự tạo phức Do đó, trong nhiều trường hợp, việc quy kết chỉ mang tính chấttương đối và dễ dẫn đến sự ngộ nhận đối với học sinh nhất là các học sinh chuyên Do

đó, thông qua ví dụ này, chúng tôi muốn học sinh có một cái nhìn mang tính định lượnghơn đối với các quá trình hòa tan các hợp chất ít tan nói chung và các muối sunfua nóiriêng

−

− + = ; coi x << 0,25

=> x2 = 10-17,88 => x = 10-8,94 << 0,25

Độ tan của HgS trong dung dịch HCl 1M là S1 = 10-8,94M

b) Quá trình hòa tan HgS trong dung dịch HNO3 thông qua phản ứng oxi khử Ở đây học sinh dựa vào các cân bằng thành phần để tổ hợp cân bằng hòa tan củaHgS

2 3

) 2 1 ( ) 8

1

(

) 2 ( ) 3

(

x x

x x

−

− = 10-14,37 => x = 10-3,68 = 2,08.10-4 < 10-2,72

Độ tan của HgS trong HNO3 1,0M bằng 2,08.10-4M => chiếm 0,02% HNO3 đã sửdụng để hòa tan Thực tế coi như HgS không tan trong HNO3.

Chú ý: Trong trường hợp [NO] > LNO thì phải thay nồng độ cân bằng độ tan để tính

Nhận xét: thông qua ví dụ này, chúng ta có thể xây dựng các dạng bài tập xác định độ

tan của các chất ít tan trong các phản ứng oxi hóa-khử nói chung và độ tan của các muốisunfua nói riêng nhằm giúp học sinh củng cố kỹ năng và làm quen với dạng bài tập khácnhau

Một số bài tập tương tự

CÂU 7 Tính số gam CH3COONa.3H2O cần thêm vào 100,0 ml dung dịch MnCl2

2,00.10-2M và HCl 2,00.10-3M sao cho khi bão hòa dung dịch này bằng khí H2S (C H S 2 =0,10M) thì có kết tủa MnS tách ra

Cho biết: MnS có pKS = 9,6; CH3COOH có pKa = 4,76; pKw = 14;

H2S có pKa1 = 7,02; pKa2 = 12,90

Mn2+ + H2O  Mn(OH)+ + H+ *β = 10-10,6

CÂU 8 Xác định độ tan của dung dịch Ag2S bão hòa trong nước

Cho biết: pKS của Ag2S = 49,2; H2S có pKa1 = 7,02; pKa2 = 12,90; pKW = 14

Cho: pKs của Ag2S : 49,2 ; ZnS : 21,60; CoS : 18,50 ; MnS : 9,60

b) Sục khí H2S đến bão hòa ([H2S]= 0,10M) vào dung dịch FeCl3 0,05M

Tính pH của dung dịch thu được?

3 SO 2 , SO 3 , muối sunfit và oleum

CÂU 1 Ở trạng thái khí, SO3 tồn tại ở dạng monome; tại trạng thái lỏng, SO3 tồn tại ởdạng vòng trime; tại trạng thái rắn SO3 tồn tại ở dạng polime mạch thẳng

a Xác định cấu trúc của SO3 tại trạng thái khí, lỏng, rắn và cho biết lưu huỳnh ởtrạng thái lai hóa nào?

b Đánh giá khả năng chuyển từ trạng thái khí sang trạng thái rắn và lỏng Quátrình này tỏa hay thu năng lượng?

Đặt vấn đề: chúng ta đều biết rằng, SO3 ở các trạng thái khác nhau tồn tại dưới cácdạng phân tử khác nhau Tuy nhiên điều này không phải GV và học sinh nào cũng biết

Do đó, chúng tôi muốn thông qua ví dụ này nhằm củng cố các kiến thức về cấu tạo chấtcho học sinh và dựa vào các kiến thức về cấu tạo chất để minh họa cho các hiện tượnghóa học khác của các chất

Gợi ý: a) Các dạng tồn tại của SO3 ở các trạng thái tập hợp chất khác nhau là:

b) Quá trình chuyển từ dạng monome sang các dạng khác thuận lợi hơn về mặtnăng lượng vì lưu huỳnh bán kính lớn do đó liên kết π kém bền có xu hướng chuyểnthành các liên kết σ bền hơn Chính vì thế trạng thái lai hóa đặc trưng của S là trạng tháilai hóa sp3 và quá trình chuyển trên là quá trình tỏa nhiệt

Nhận xét: Đây là một bài tập định tính, tuy nhiên nó cũng góp phần giải thích được tại

sao các phản ứng của SO3 thường tỏa nhiệt mạnh Điều này có tác dụng định hướng chohọc sinh khi nghiên cứu về SO3 và các phản ứng của SO3

CÂU 2 SO3 tan tốt trong nước và tỏa nhiệt mạnh Đồng thời SO3 tan tốt trong dungdịch H2SO4 đặc thu được oleum, H2SO4.xSO3 Tuy nhiên, trên thực tế oleum là hỗn hợpcủa các hợp chất như H2S2O7, H2S3O10, H2S4O13,…

a Biểu diễn công thức cấu tạo và cấu trúc của H2S2O7, H2S3O10

b.Viết phương trình phản ứng của các hợp chất đó với nước, với dung dịch

NaOH loãng, dư

Đặt vấn đề: Dựa vào đặc điểm về thành phần và công thức phân tử của các hợp chất vô

cơ, chúng ta thường được yêu cầu hoặc yêu cầu học sinh xác định các công thức cấu tạohoặc cấu trúc tương ứng của các hợp chất đó Trong ví dụ này, thông qua sự tạo thànholeum, chúng ta có thể yêu cầu học sinh xác định các cấu tạo và cấu trúc của các axitđisunfuric, trisunfuric,… trên cơ sở của axit sunfuric

O

O

O O

O

O

O

S O O

O

a) Công thức cấu tạo của H2S2O7 và H2S3O10

Nhận xét: Thí dụ này có thể sử dụng đối với quá trình xây dựng lý thuyết cho học sinh,

nó góp phần củng cố các kiến thức về cấu tạo chất cho học sinh và giải thích các kết quảcủa các thí nghiệm hóa học

CÂU 3 Đối với phản ứng thuận nghịch pha khí 2SO2 + O2  2SO3

1 Người ta cho vào bình kín thể tích không đổi 3,0 lít một hỗn hợp gồm 0,20 mol

SO3 và 0,15 mol SO2 Cân bằng hóa học (cbhh) được thiết lập tại 250C và áp suất chungcủa hệ là 3,20 atm

Hãy tính tỉ lệ oxi trong hỗn hợp cân bằng

2 Cũng ở 250C, người ta cho vào bình trên chỉ có khí SO3 Ở trạng thái cbhh thấy

có 0,105 mol O2

Tính tỉ lệ SO3 bị phân hủy, thành phần hỗn hợp khí và áp suất chung của hệ

Đặt vấn đề: trong quá trình giảng dạy phần hợp chất của lưu huỳnh, chúng ta có thể sử

dụng đặc điểm phản ứng giữa SO2 và O2 để có thể củng cố các kiến thức về cân bằnghóa học, đồng thời dựa vào cân bằng này nhằm giúp học sinh có thể ghi nhớ tốt hơn vềđặc điểm phản ứng giữa SO2 và O2

2 2

(0,20 0,086)(0,15 0,086) 0,043

n

2 2

(y 0,21)0,21 0,105

−

= 5,43

Từ đó có phương trình: y2 – 0,42 y + 0,019 = 0

Giải phương trình này ta được y1 = 0,369; y2 = 0,0515 < 0,105 (loại bỏ nghiệm y2 này)

Do đó ban đầu có y = 0,369 mol SO3; phân li 0,21 mol nên tỉ lệ SO 3 phân li là 56,91%.

Tại trạng thái cân bằng, tổng số mol khí là 0,369 + 0, 105 = 0,474 mol

Nhận xét: đây là một bài tập đơn giản có thể áp dụng đối với các học sinh lớp chuyên

và những học sinh trong các đội tuyển thi HSG Guốc gia

CÂU 4 SO2 được tách ra khỏi khí thải của nhà máy nhiệt điện bằng cách cho khí thảilội qua dung dịch huyền phù canxi cacbonat hoặc canxi hiđroxit

a Viết các phản ứng xảy ra, biết rằng sản phẩm thu được là CaSO4

b Cần dùng bao nhiêu kg canxi cacbonat mỗi ngày để loại 95% SO2 biết rằnglưu lượng của khí thải là 104 m3/h (00C và 1 atm) chứa 0,15% SO2 theo thể tích

Tính lượng thạch cao thu được (kg)

c Giả sử SO2 không được tách ra khỏi khí thải và được phân tán vào 5000 m3

nước lỏng trong khí quyển, hãy tính pH của mưa axit

d Sử dụng dung dịch natri sunfit để hấp thụ SO2 trong khí thải Hãy viết cácphương trình phản ứng và chỉ ra con đường để tăng khả năng tái sinh SO2 từ dung dịch

e Xác định pH của dung dịch bão hòa khí SO2 trong nước tại nhiệt độ 250C, khi

áp suất riêng phần của SO2 là 1 atm

f Khi để trong không khí, 40% lượng lưu huỳnh (IV) trong dung dịch bão hòa

bị oxi hóa thành lưu huỳnh (VI) Tính pH của dung dịch thu được

Cho biết: SO2 + H2O có pKa1 = 1,92; pKa2 = 7,18;

Hằng số Henry của SO2 là KH = 1,26 (atm-1 l-1.mol)

HSO4- có pKa = 1,99;

+Giả thiết các khí là lí tưởng

+M[CaCO3] = 100 g/mol; M[CaSO4] = 172 g/mol

Đặt vấn đề: Đây là một bài tập thực tế nhằm giúp học sinh có sự liên hệ giữa kiến thức

sách vở với thực tế cuộc sống Thông qua ví dụ này, chúng tôi muốn học sinh sẽ dựavào các kiến thức lý thuyết có được để giải quyết các yêu cầu của bài toán đặt ra

Gợi ý:

a Các phương trình phản ứng:

2SO2 + O2 + 2CaCO3  2CaSO4 + 2CO2

2SO2 + O2 + 2Ca(OH)2  2CaSO4

b Lượng khí thải trong một ngày = 24h.104m3/h = 2,4.106 m3 = 1,07.105 kmolLượng SO2 thải ra trong một ngày = 1,07.105 kmol 0,15% = 160,7 kmol

Lượng SO2 được hấp thụ = 152,7 kmol

Khối lượng thạch cao CaSO4.2H2O thu được = 152,7.172 = 26 264,4 kg

c Nếu lượng SO2 phân tán vào nước mưa

2SO2 + O2 + 2H2O → 2H2SO4

160,7 160,7 kmolNồng độ H2SO4 trong nước mưa là 160,7 kmol/5000m3 = 3,214.10-2M

Na2SO3 + SO2 + H2O  NaHSO3

Để tái sinh SO2 từ dung dịch chúng ta có thể tăng nhiệt độ, giảm áp suất hoặcgiảm pH của dung dịch

e Xác định pH của dung dịch bão hòa khí SO2 trong nước tại nhiệt độ 250C, khi

áp suất riêng phần của SO2 là 1 atm

SO2 (k)  SO2 (dd) KH =

2

2 SO

Giải phương trình trên ta xác định được [H+]

Nhận xét: Thí dụ trên giúp học sinh củng cố các kiến thức về cân bằng trong dung dịch

và có thể áp dụng cho quá trình bồi dưỡng các học sinh giỏi dự thi Quốc gia

CÂU 6.a) Tính [HSO

-3] trong dung dịch nước của Na2SO3 0,01M

b) Tính số mol NaOH cần cho vào 1 lít dd Na2SO3 0,01M để pH dung dịch tăng

b Xác định pH của dung dịch NaHSO4 2.10-3M

Đặt vấn đề: Trong ví dụ này, chúng tôi muốn học sinh có thể sử dụng các dữ kiện về

hằng số axit để xác định chính xác pH của dung dịch, điều này rất cần thiết với học sinhchuyên vì trong nhiều trường hợp, học sinh thường coi như sự điện ly của H2SO4 làhoàn toàn với cả hai nấc và do đó NaHSO4 cũng phân ly hoàn toàn Do đó khi xác định

pH của dung dịch, học sinh thường có sự nhầm lẫn nhất định, nhất là những học sinh đã

Ta có: Ka =

4

3 4

Nhận xét: đây là một bài tập định lượng đơn giản có tác dụng củng cố kiến thức về tính

axit của axit sunfuric Bài tập này có thể được sử dụng cho học sinh chuyên khi mới tiếpcận các kiến thức về axit sunfuric và cũng củng cố các kiến thức về cân bằng dung dịchaxit-bazơ

CÂU 2 Cho 100,0 mL dung dịch BaCl2 0,1M vào 100,0 mL dung dịch NaHSO4 0,1M

Xác định pH của dung dịch thu được?

Cho biết: Tích số tan của BaSO4 là 10-9,96; Hằng số axit của HSO4- là 10-1,99

Đặt vấn đề: Trong ví dụ này, quá trình tạo thành BaSO4 bị ảnh hưởng bởi sự phân lycủa anion HSO4-, do đó trước hết chúng ta đánh giá khả năng xuất hiện kết tủa củaBaSO4 dựa vào tích nồng độ của Ba2+ và SO42-

Khi đó, nồng độ cân bằng của SO42- được xác định dựa vào cân bằng:

[H ].[SO ] [HSO ]

+ −

− = x2

0,05 x − = 10-1,99 => x = 0,018 => −

/ SO

Đánh giá sự hòa tan của BaSO4:

BaSO4(r) + H+  Ba2+ + HSO4- K1-1 = 10-7,97

HSO4-  H+ + SO42- Ka = 10-1,99

Độ tan: S = [Ba2+] = [SO42-] + [HSO4-] = [SO42-] (1 + Ka-1.[H+])

Giả thiết rằng: lượng H+ thay đổi là không đáng kể => [H+] = 0,05M

S2 = [Ba2+].[SO 2-] (1 + 101,99.0,05) = 10-9,96 5,886

=> S = 10-4,6 M << 0,05M (thỏa mãn).

Vậy pH của dung dịch thu được là 1,30

Nhận xét: Trong ví dụ này, học sinh được làm quen với cách xác định thành phần cân

bằng của dung dịch khi tính đến các cân bằng trong dung dịch, từ đó xác định được cânbằng chính trong dung dịch Trên cơ sở của kết quả này, chúng ta có thể tiến hành xâydựng các dạng bài tập xác định thành phần dung dịch sau phản ứng của các phản ứnggiữa BaCl2, CaCl2, với Na2SO4, Na2SO3, NaHSO3, nhằm củng cố vững chắc các phảnứng tạo thành chất kết tủa của các hợp chất chứa lưu huỳnh đồng thời củng cố kiến thức

về cân bằng trong dung dịch chứa hợp chất ít tan

CÂU 3 Thêm H2SO4 vào dung dịch gồm Pb(NO3)2 0,010 M và Ba(NO3)2 0,020 M chođến nồng độ 0,130 M (coi thể tích dung dịch không đổi khi thêm axit)

Hãy tính pH và nồng độ các ion kim loại trong dung dịch A thu được.

Cho biết: pKa (HSO4-) 2,00;

Chỉ số tích số tan pKs (BaSO4) 9,93 ; pKs (PbSO4) 7,66; (RT/F) ln = 0,0592l;

Đặt vấn đề: Đây là một ví dụ nhằm xác định thành phần cân bằng trong dung dịch sauphản ứng Ở đây, chúng ta xác định các phản ứng xảy ra, hằng số cân bằng của các phảnứng từ đó xác định mức độ phản ứng và TPGH của phản ứng Dựa vào TPGH, chúng ta

sẽ xác định cân bằng chính trong dung dịch từ đó xác định thành phần cân bằng trongdung dịch sau phản ứng

Các cấu tử: HSO4–, BaSO4↓ , PbSO4↓ đều phân ly tạo ra ion SO42- Trong các cấu

tử đó thì HSO4– có hằng số phân ly là lớn nhất, vì thế cân bằng quyết định đến nồng độ[SO42-] trong dung dịch là cân bằng phân ly của HSO4-

[H ].[SO ] [HSO ]

+ −

− = x(0,160 x)(0,100 x)+

− = 10-2 => x = [SO42–] = 5,69.10-3 (M)[HSO4–] = 0,0943 (M)

[H+] = 0,160 + x = 0,1657 (M) => pH = 0,78

[Ba2+] = s,BaSO 4

2 4

K [SO ] − =

9,93 3

10 5,69.10

−

− = 2,0.10-8M

[Pb2+] = s,PbSO 4

2 4

K [SO ] − =

7,66 3

10 5,69.10

−

− = 3,84.10-6M

Nhận xét: Đây là một ví dụ cơ bản trong việc xác định thành phần cân bằng trong dung

dịch chứa chất ít tan Từ kết quả của ví dụ này, chúng ta dễ dàng thiết lập các dạng bàitương tự nhằm củng cố kiến thức cho học sinh

Tốc độ đầu (vo) của phản ứng tạo thành I2 phụ thuộc vào nồng độ đầu của phảnứng sau ở 25oC: