Tiểu luận hóa kim loại hồng phượng hóa 2a

Để phân dạng các bài tập lý thuyết và tính toán liên quan đến kim loại phân nhóm chính trong chương trình đại học liên quan đến hóa học vô cơ, giúp sinh viên rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức và giải các bài tập liên quan.

Xây dựng hệ thống tập bậc đại học kim loại nhóm ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HÓA HỌC  TIỂU LUẬN Môn: Đại cương kim loại Đề tài: Xây dựng hệ thống tập bậc đại học kim loại nhóm Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Đinh Quý Hương Phạm Thị Hồng Phượng Huế, tháng 12 năm 2013 GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng Xây dựng hệ thống tập bậc đại học kim loại nhóm MỤC LỤC GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng Xây dựng hệ thống tập bậc đại học kim loại nhóm A MỞ ĐẦU I Lý chọn đề tài: Đất nước ta thời kỳ công nghiệp hóa – đại hóa đất nước, có nhiều bước nhảy vọt nhiều lĩnh vực sống Công đổi đề yêu cầu hệ thống giáo dục nước ta Giáo dục trở thành phận đặc biệt cấu trúc hạ tầng xã hội, tiền đề quan trọng cho phát triển tất lĩnh vực kinh tế, trị, văn hoá, quốc phòng an ninh Bởi lẽ người giáo dục tốt giáo dục thường xuyên có khả giải cách sáng tạo có hiệu vấn đề phát triển xã hội đặt Chính giáo dục phận hữu quan trọng chiến lược hay kế hoạch phát triển kinh tế xã hội, mục tiêu giáo dục phải coi mục tiêu quan trọng phát triển đất nước Hiện nước ta, giáo dục có chuyển biến rõ rệt, đặc biệt việc đổi phương pháp dạy học, nâng cao trình độ đội ngũ giáo viên, giảng viên, đặc biệt có nhiều giảng viên đạt trình độ tiến sĩ có nhiều đóng góp việc nghiên cứu khoa học nhờ mà chất lượng giáo dục nước ta ngày lên Mặc dù đạt thành tựu bước đầu song ngành giáo dục nước ta số hạn chế Đặc biệt trang thiết bị dạy học, số lượng chất lượng sách giáo trình, sách tham khảo chưa đáp ứng đầy đủ nhu cầu người học Mặt khác trình học tập đôi lúc lý thuyết chưa gắn liền với thực tế, chưa làm cho người học có tính động, sáng tạo Với lý chọn đề tài: “Xây dựng hệ thốngbài tập bậc đại học kim loại nhóm chính” Hy vọng góp phần nhỏ bé vào việc xây dựng hệ thống tập phù hợp với nhu cầu sinh viên nhằm nâng cao chất lượng học tập II Mục đích nghiên cứu: Xây dựng hệ thống tập phần kim loại nhóm A bậc đại học giúp sinh viên vận dụng kiến thức hoá học đại cương để làm rõ vấn đề hoá học vô Bài tập có mở rộng nâng cao không làm tính bản, tính hệ thống chương trình GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng Xây dựng hệ thống tập bậc đại học kim loại nhóm Lựa chọn tập nhằm vào lĩnh vực tri thức trọng tâm để tạo điều kiện cho học viên phân loại, xếp làm sáng tỏ vấn đề chủ chốt giáo trình hoá học vô phần kim loại Thông qua tập, sinh viên biết cách vận dụng tri thức lực vào thực tiễn, đồng thời làm quen với tình ứng dụng Đưa tập nâng cao đại phát huy tính sáng tạo tích cực sinh viên III.Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý luận tập hoá học làm sở cho việc xây dựng hệ thống tập bậc đại học Nghiên cứu thực tiễn Tìm hiểu thực tiễn hệ thống tập hoá vô phần kim loại nhóm A dùng cho sinh viên Trao đổi kinh nghiệm việc tập hoá học vô phần kim loại nhóm A cho sinh viên GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng Xây dựng hệ thống tập bậc đại học kim loại nhóm B NỘI DUNG I.Các nguyên tố nhóm IA (Các kim loại kiềm) Bài 1: Nêu vị trí kim loại kiềm bảng hệ thống tuần hoàn? Vì kim loại có tính khử mạnh? Tại kim loại kiềm mềm dễ bay hơi? So sánh khả phản ứng kim loại kiềm hiđro Có thể giải thích biết hiđro có phản ứng khác hẳn kim loại kiềm lớp vỏ có cấu trúc nhau? Trả lời: Các kim loại kiềm nằm phân nhóm nhóm I, đầu chu kì từ chu kì trở Sở dĩ kim loại kiềm có tính khử mạnh chúng có electron lớp nên dễ dàng nhường electron để trở thành cấu hình bền khí Các kim loại kiềm kết tinh theo mạng lập phương tâm khối, lượng kim loại mạng xếp khít không lớn có electron hoá trị nguyên tử kim loại Vì kim loại kiềm mềm, có nhiệt độ nóng chảy thấp dễ bay Năng lượng ion hoá hiđro lớn gấp vài ba lần lượng ion hoá kim loại kiềm Khả nhường electron kim loại kiềm dễ hiđro Nguyên tử hiđro giống kim loại kiềm có electron hoá trị nên dễ dàng nhường electron tạo thành ion H+ ion H+ không tồn dung dịch nước H + có AO 1s trống nên dễ dàng nhận cặp electron tự nước tạo H 3O+ Còn ion kim loại kiềm khả mà ion kim loại kiềm tồn độc lập ion có cấu hình khí trơ bền vững Bài 2: Các kim loại kiềm có độ dẫn điện cao so với Ag Au, Cu Điều có mâu thuẫn không so sánh hoạt tính hoá học kim loại kiềm với kim loại Ag, Au, Cu Giải thích nguyên nhân? GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng Xây dựng hệ thống tập bậc đại học kim loại nhóm Cho khối lượng riêng kim loại kiềm theo bảng sau: Li Na K Rb Cs 0,53 0,97 0,86 1,53 1,87 Khối lượng riêng (g/cm3) Dựa vào giá trị khối lượng riêng tính số nguyên tử kim loại 1cm kim loại trạng thái rắn Giải thích Natri lại có độ dẫn điện cao nguyên tố lại có số nguyên tử kim loại 1cm3 kim loại bé so với Liti trạng thái rắn? Trả lời: Khả hoạt động nguyên tố phụ thuộc vào cấu trúc electron Các kim loại kiềm có khả hoạt động mạnh có electron lớp lớp vỏ khí trơ nên kim loại dễ nhường điện tử Còn độ dẫn điện kim loại phụ thuộc vào khối lượng riêng kim loại tức phụ thuộc vào số nguyên tử kim loại 1cm kim loại trạng thái rắn Ví dụ : Theo tính toán số nguyên tử Na 1cm3: 0,25 1023 Số nguyên tử Ag 1cm3: 5,85 1023 Tương tự số nguyên tử Cu, Au lớn nhiều so với kim loại kiềm 1cm kim loại Số nguyên tử 1cm3 kim loại trạng thái rắn kim loại nhiều có khả dẫn điện tốt (vì chứa nhiều electron tự hơn) 1cm3 Li có số nguyên tử: = 0,46.1023 nguyên tử 1cm3 Na có số nguyên tử: = 0,25.1023 nguyên tử 1cm3 K có số nguyên tử: 1cm3 Rb có số nguyên tử: = 1,33.1022 nguyên tử = 1,08.1022 nguyên tử GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng Xây dựng hệ thống tập bậc đại học kim loại nhóm 1cm3 Cs có số nguyên tử: = 8,46.1021 nguyên tử Na có độ dẫn điện cao kim loại kiềm khác dù có số nguyên tử kim loại 1cm3 kim loại bé so với Li trạng thái rắn nguyên tử Na có obitan d trống, electron từ vùng hóa trị sang vùng dẫn thuận tiện so với nguyên tử Li nên tính dẫn điện Na cao Li Từ K đến Cs có obitan d trống Na bán kính nguyên tử tăng nên độ dẫn điện giảm từ Na đến Cs Bài 3: So sánh nhiệt độ nóng chảy độ hòa tan nước NaCl RbCl? Để điều chế NaCl tinh khiết người ta thường cho HCl qua dung dịch bão hoà muối ăn Giải thích sở lý luận phương pháp đó? Trả lời: Nhiệt độ nóng chảy NaCl > RbCl độ hòa tan nước NaCl < RbCl bán kính ion Na+ < Rb+ nên tinh thể NaCl bền NaCl tan nước Độ tan chúng giảm xuống sục HCl vào nồng độ Cl tăng làm cho cân chuyển dịch sang trái tạo thành NaCl Bài 4: Nêu vai trò NaCl KCl điện phân nóng chảy NaCl để điều chế kim loại Na Viết phương trình phản ứng xảy bề mặt điện cực điện phân NaCl nóng chảy NaOH nóng chảy Trả lời: Vai trò NaCl KCl điện phân nóng chảy NaCl để làm giảm nhiệt độ nóng chảy, cho phép điện phân nhiệt độ 610oC – 650oC Na sản xuất chủ yếu phương pháp điện phân NaCl nóng chảy Ở catot 2Na+ + 2e Ở anot 2Cl- 2Na(l) Cl2(k) + 2e GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng Xây dựng hệ thống tập bậc đại học kim loại nhóm 2NaCl 2Na + Cl2 Ngoài ra, Na điều chế phương pháp điện phân NaOH nóng chảy Ở catot 4Na+ + 4e Ở anot 4OH- 4Na(l) O2(k) + 2H2O + 4e 4NaOH 4Na + O2 + 2H2O Bài 5: Điều chế LiH nào? Tại LiH lại bền NaH? Viết phương trình phản ứng: a b c d LiH + N2 NaH + Cl2 NaH + O2 LiH + H2O Trả lời: LiH điều chế cách cho Li tác dụng trực tiếp với H2: 2Li + H2 2LiH LiH bền NaH khoảng cách hai hạt nhân Li H ngắn khoảng cách hạt nhân Na H Phương trình phản ứng: a 2LiH + 3N2 2LiN3 + H2 b 2NaH + Cl2 2NaCl + H2 c 4NaH + O2 Na2O + 2H2 d LiH + H2O LiOH + H2 Bài 6: Bằng phương pháp điều chế oxit: Li2O, Na2O, K2O? Tại kim loại kiềm dễ tạo peoxit? Tại Li khả đó? Trả lời: GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng Xây dựng hệ thống tập bậc đại học kim loại nhóm 1.Trừ oxit Li2O oxit kim loại kiềm khác hấp thụ oxi tạo thành peoxit nên việc điều chế monooxit khó khăn Li 2O tinh khiết điều chế cách nung LiOH, Li2CO3, LiNO3 luồng khí hiđro 800oC : 2LiOH Li2O + H2O Còn oxit kim loại kiềm khác điều chế cách cho peoxit hiđroxit tác dụng với kim loại kiềm tương ứng M2O2 + 2M Ví dụ: 2NaOH + 2Na KO2 + 3K 2M2O 2Na2O + 2H2 2K2O Khả tạo peoxit phụ thuộc vào bán kính nguyên tử lượng ion hoá kim loại Vì lực electron phân tử oxi nhỏ 0,87eV (còn lực electron nguyên tử oxi 1,46eV) Do nguyên tử có lượng ion hoá nhỏ bán kính lớn khả tạo peoxit lớn Chẳng hạn Na 2O2 Nguyên nhân gây khả chuyển electron hóa trị nguyên tử Na cho phân tử oxi để tạo ion O22- hình thành phân tử ion Na 2O2 Với Li khả tạo peoxit lượng ion hoá thứ I1 = 5,339 eV cao, bán kính r Li = 0,68 Å lại bé nên không đủ sức để giữ anion O22- Bài 7: Độ tan (mol/lit) 18oC muối florua iotua kim loại kiềm có giá trị sau: Li+ Na+ K+ Muối florua 0,1 1,1 15,9 Muối iotua 12,2 11,8 8,6 Hãy giải thích muối florua có độ hòa tan tăng từ liti Rb+ Cs+ 12,5 24,2 7,2 2,8 đến xezi độ tan muối iotua lại giảm? Trả lời: Độ tan chất phụ thuộc hai yếu tố chính: - Năng lượng mạng lưới tinh thể Năng lượng hidrat hóa cation GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng Xây dựng hệ thống tập bậc đại học kim loại nhóm - Cả hai yếu tố ảnh hưởng mạnh đến độ hòa tan chất Năng lượng mạng lưới giảm độ hòa tan chất tăng Năng lượng hiđrat hóa bé độ hòa tan chất giảm Năng lượng mạng muối florua có giá trị sau: LiF NaF KF RbF (kJ/mol) 991,6 891,2 786,6 753,1 Năng lượng hidrat hóa cation kim loại kiềm có giá trị sau: Li+ Na+ (kJ/mol) 506 397 Như theo chiều tăng từ Li+ đến Cs+: K+ 313 Rb+ 288 CsF 728,0 Cs+ 255 - Trong florua kim loại kiềm, lượng mạng lưới giảm nhanh nên độ hòa - tan nhanh Trong muối iotua kim loại kiềm, lượng hidrat hóa giảm nên độ hòa tan giảm Bài 8: Trong hai hiđroxit KOH CsOH Hiđroxit có tính bazơ mạnh hơn? Giải thích? Tại hiđrôxit kim loại kiềm có LiOH có khả tạo Li2O? Trả lời: Tinh thể KOH CsOH tinh thể ion, hoà tan nước tinh thể chuyển thành ion với độ điện li thực đơn vị Tuy nhiên độ điện li hai chất không ion K+ tương tác mạnh với ion OH- Cs+ Các hiđroxit kim loại kiềm bền với nhiệt, chúng nóng chảy bay mà không bị phân huỷ, riêng LiOH bị nung đến sôi bị phân huỷ thành Li2O nước Sở dĩ có khác biệt ion Li + có kích thước đặc biệt nhỏ so với ion kim loại kiềm khác, lớp vỏ electron mỏng (chỉ có 2e) nên hút mạnh ion O 2- OH- 2LiOH Li2O + H2O 10 GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng Xây dựng hệ thống tập bậc đại học kim loại nhóm Viết phương trình phản ứng cho “vàng giả” tác dụng với dung dịch kiềm dung dịch HNO3 PbS, SnS tan axit nào? Trả lời: Hoà tan hỗn hợp vào amonipolisunfua SnS dị hoà tan PbS không bị hoà tan: SnS + (NH4)2S2 SnS2 + (NH4)2S SnS2 + (NH4)2S (NH4)2SnS3 SnS2 vàng giả 3SnS2 + 6KOH 2K2SnS3 + K2[Sn(OH)6] 3SnS2 + HNO3 3SnO2 + 6S + 4NO + 2H2O Tan HNO3 HCl đậm đặc 3PbS + 8HNO3 PbS + 2HCl SnS + 2HCl 3SnS + 8HNO3 3PbSO4 + 8NO + 4H2O PbCl2 + H2S SnCl2 + H2S 3SnSO4 + 8NO + 4H2O Bài 8: PbO oxit lưỡng tính Khi hòa tan vào nước xảy cân bằng:  → Pb2+(aq) + OH- (aq) PbO (r) + H2O ¬   T = 8,0.10-16  → Pb(OH)3- (aq) + H3O+ (aq) PbO (r) + H2O ¬   Ka = 1,0.10-15 (a) Hãy tính giá trị pH dung dịch dung dịch Pb2+ 1,00.10-2 M bắt đầu có kết tủa PbO xuất hiện? (b) Từ giá trị pH tính phần (a), người ta tăng pH dung dịch đến giá trị định kết tủa bắt đầu tan hoàn toàn Hãy tính giá trị pH này? (c) Hãy viết biểu thức tính độ tan PbO 53 GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng Xây dựng hệ thống tập bậc đại học kim loại nhóm (d) Độ tan PbO đạt giá trị cực tiểu pH =9,40 Hãy tính nồng độ cấu tử độ tan PbO giá trị pH (e) Hãy tính khoảng pH độ tan PbO nhỏ 1,0.10-3 M Trả lời: [Pb2+][OH-]2 = 8.10-16; a ⇒ [OH-] = 2,83.10-7 ⇒ pH = 7,45; [Pb(OH)3-][H3O+] = 1.10-15 b ⇒ [H3O+]= 1.10-13 ⇒ pH = 13; c S = [Pb2+] + [Pb(OH)3-]; d [Pb2+]= 8.10-16/ [OH-]2 = 1,27.10-6M; [Pb(OH)3-] = 10-15/ [H3O+]= 2,51.10-6 M; ⇒ S = 3,78.10-6M; Mở rộng: chứng minh Smin giá trị pH = 9,40; 8.10-16 10−15 10−15 12 + S = [Pb ] + [Pb(OH) ] = + = 8.10 [ H ] + + [OH - ]2 [ H + ] [H ] 2+ ⇒ 10−15 S ' = 16.10 [ H ] − + = [H ] ⇒ [H+]= 3,97.10-10 (pH = 9,40); e S = 8.1012 [ H + ]2 + ⇒ 8.1012 [ H + ]3 − 10−3[ H + ] − 10−15 = ⇒ [H+]1 = 1,12.10-8; pH1 = 7,95; 12 + 10−15 = 10 − + [H ] [H+]2 = 1,0.10-12; pH2 = 12,00; ⇒ 7,95 ≤ pH ≤ 12,00) Bài 9: Hãy giải thích PbI2 (chất rắn màu vàng) tan dễ dàng nước nóng để nguội lại kết tủa dạng kim tuyến óng ánh ? Trả lời: 54 GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng Xây dựng hệ thống tập bậc đại học kim loại nhóm PbI2 dễ tan nước nóng trình hòa tan PbI2 thu nhiệt lớn: Pb2+ + 2I- PbI2 ∆H >0 Còn để nguội xảy trình ngược lại, tỏa nhiệt ( ∆ H < 0) Vì trình nguôi từ từ, số mầm kết tinh ít, nên tinh thể tạo thành dễ dàng Nếu làm nguội nhanh thu dạng bột vàng PbI2 Bài 10: Viết phương trình phản ứng điều chế Amoni stanat từ SnCl Khi axit hóa dung dịch có chứa amoni stanat có tượng gì? “Vàng giả” gì? Phương pháp điều chế “vàng giả” Viết phương trình phản ứng cho “vàng giả” tác dụng với dung dịch HNO3 PbS, SnS tan axit nào? Trả lời: Phản ứng điều chế Amoni stanat: SnCl2 + H2S SnS + (NH4)2S2 SnS + 2HCl (NH4)2SnS3 Khi axit hóa dung dịch có chứa amoni stanat tạo kết tủa có màu vàng SnS có khí mùi trứng thối thoát H2S SnS32- + 2H+ SnS2 + H2S “Vàng giả” có công thức SnS2, vảy vàng suốt, lấp lánh màu mềm than chì Khi đun nóng biến thành nàu đỏ thẫm, làm lạnh trở lại màu vàng ban đầu, đun nóng mạnh bị phân hủy thành SnS S: SnS2 SnS + S “Vàng giả” điều chế cách đun nóng dần đến khoảng 300 oC hỗn hợp gồm hỗn hống Sn – Hg với lưu huỳnh hoa NH4Cl “Vàng giả” SnS2 tan kiềm axit: SnS2 + 16 HNO3 (đặc) H2SnO3 + 2H2SO4 + 16NO2 + 5H2O 55 GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng Xây dựng hệ thống tập bậc đại học kim loại nhóm SnS2 + 6KOH 2K2SnS2 + K2[Sn(OH)6] PbS Sn không tan dung dịch axit loãng, tan dung dịch HNO HCl đậm đặc Bài 11: Tại độ bền hợp chất ứng với số oxi hóa +4 dãy từ Ge đến Pb lại giảm? Giải thích Từ kết luận so sánh tính oxi hóa dãy GeO – SnO2 – PbO2 tính khử chất dãy GeCl2 – SnCl2 – PbCl2 Trả lời: Cũng nguyên tố khác thuộc họ p, phân nhóm Ge số thứ tự nguyên tử tăng lên obitan d f có ảnh hưởng lớn đến việc hình thành liên kết hóa học Nói cách khác, chuyển từ Ge đến Pb tính trơ electron ns2 tăng lên, vai trò tham gia vào việc hình thành liên kết elctron ns2 giảm xuống, dãy có khuynh hướng cho mức oxi hóa +4 giảm xuống khuynh hướng tạo mức oxi hóa + tăng lên Ví dụ: PbO2 chất oxi hóa mạnh, tính oxi hóa GeO 2, SnO2 không đặc trưng; GeCl2, SnCl2 chất khử mạnh, GeCl phản ứng tức khắc với Clo, SnCl2 phản ứng nhanh nhiệt độ thường PbCl không phản ứng với Clo nhiệt độ Bài 12: Tại Sn Pb lại mềm Ge lại cứng? Vì độ dẫn điện tăng từ Ge đến Pb? Tại Pb khó tan dung dịch HCl loãng H 2SO4 loãng lại dễ tan dung dịch đậm đặc axit đó? Trả lời: Tinh thể Ge có cấu trúc kiểu kim cương nên cứng; Sn, Pb có kiểu liên kết kim loại tinh thể nên mềm Trong nguyên tử Ge, Sn, Pb có vùng lượng ns 2np2 chưa lấp đầy có vùng d trống có cấu trúc tinh thể khác nhau, liên kết tinh thể Ge -Sn liên kết cộng hóa trị, vùng cấm E = 0,78eV Ge, α-Sn có E 56 GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng Xây dựng hệ thống tập bậc đại học kim loại nhóm = 0,08eV Vì điều kiện thường kim loại Ge α-Sn có độ dẫn điện thấp, bị kích thích, electron hóa trị nhanh chóng chuyển sang vùng dẫn nên có độ dẫn điện cao (Ge α-Sn chất bán dẫn điện, Sn Pb có tượng siêu dẫn) Vì có phản ứng tạo chất tan: PbCl2 + 2HClđặc PbSO4 + H2SO4đặc H2PbCl4 Pb(HSO4)2 Bài 13: Tại điều chế SnCl2 cách cho Sn tác dụng với HCl lại phải cho axit dư? Tại trình lại tạo SnCl2 mà SnCl4? Sản phẩm tạo thành cho SnCl2 tác dụng với HgCl2; FeCl3? Tại nhiệt độ nóng chảy SnCl2 cao SnCl4? PbI2 chất tan nước lại dễ tan dung dịch KI? Trả lời: SnCl2 dễ bị thủy phân tạo kết tủa trắng: SnCl2 + H2O Sn(OH)Cl + HCl So sánh thể điện cực chuẩn Eo Sn2+/Sn Eo Sn4+/Sn SnCl2 chất khử mạnh, khử Hg2+ thành Hg; Fe3+ thành Fe2+ SnCl4 tạo tinh thể phân tử tinh thể SnCl2 dạng polime Vì có tạo chất phức tan: PbI2 + 2KI K2[PbI4] Bài 14: Cấu trúc không gian phân tử hiđrua Ge, Sn, Pb có đặc điểm gì? Độ bền nhiệt hợp chất hi đ rua MH thay đổi từ GeH4 đến PbH4? Trong hiđrua đó, chất có khả tác dụng với dung dịch kiềm? Trả lời: 57 GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng Xây dựng hệ thống tập bậc đại học kim loại nhóm Các nguyên tố Ge, Sn, Pb tạo hợp chất với hiđro tương ứng với bậc oxi hóa +4, chủ yếu hợp chất MH4 có cấu tạo dạng tứ diện ứng với trạng thái lai hóa sp nguyên tử trung tâm Ge, Sn, Pb Đã biết số hiđrua Gecmani GenH2n+2 từ GeH4 đến Ge9H20; hai hiđrua thiếc SnH4 Sn2H6 hiđrua chì PbH4 Độ bền nhiệt giảm dần từ GeH4 đén PbH4 khuynh hướng giảm độ bền trạng thái lai hóa sp3 từ Ge đến Pb GeH4 SnH4 bị H2O dung dịch kiềm phân hủy: GeH4 + 3H2O H2GeO3 + 4H2 GeH4 + 2NaOH + H2O Na2GeO3 + 4H2 Bài 15: Tìm khối lượng riên Ge, α-Sn, Pb theo kiện sau: Cạnh tế bào tinh thể Ge = 5,63 Å Cạnh tế bào tinh thể α-Sn = 6,46 Å Cạnh tế bào tinh thể Pb = 4,91 Å Biết nguyên tử khối Ge = 72,60; Sn = 118,70; Pb = 207,21 Trả lời: Tinh thể Ge α-Sn có cấu trúc tứ diện đều, nguyên tử tâm tứ diện liên kết với nguyên tử khác với khoảng cách Trong tế bào tinh thể Ge, α-Sn có nguyên tử Thể tích tế bào tinh thể Ge = (5,63.10-8)3 = 178,45.10-24 cm3 Khối lượng tế bào tinh thể Ge = Khối lượng riêng Ge = = 96,43.10-23 gam = 5,40 g/cm3 Cách tính tương tự trên: Khối lượng riêng α-Sn = = 5,85 g/cm3 Pb kết tinh theo mạng lập phương tâm diện, tế bào có nguyên tử: Thể tích tế bào tinh thể Pb = (4,91.10-8)3 = 118,37.10-24 cm3 Khối lượng tế bào tinh thể Pb = Khối lượng riêng Pb = = 137,61.10-23 gam = 11,62 g/cm3 58 GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng Xây dựng hệ thống tập bậc đại học kim loại nhóm Bài 16: Khi pha loãng dung dịch AlCl3, SnCl2 thấy kết tủa xuất Giải thích nguyên nhân Muốn tránh xuất kết tủa ta phải làm nào? Trả lời: Kết tủa xuất muối bị thủy phân mạnh pha loãng Al3+ + Al(OH)3 + 3H+ 3H2O Sn2+ + 2H2O + 2H+ Sn(OH)2 Vì phản ứng thuận nghịch nên để ngăn chặn kết tủa xuất tạo môi trường axit để cân dịch chuyển theo chiều phải cách thêm axit vào dung dịch Bài 17: Độ tan PbI2 18oC 1,5.10-3 (mol/l) a Tính nồng độ mol/l ion Pb2+ I- dung dịch bão hòa PbI2 18oC b Tính tích số tan PbI2 18oC c Muốn giảm độ tan PbI2 15 lần phải thêm mol KI vào lit dung dịch bão hòa PbI2 d Tính độ tan PbI2 dung dịch KI 0,1M Trả lời: a Trong dung dịch bão hòa PbI2 có độ tan S: Pb2+ + 2I PbI2 S S - 2S  [Pb2+] = S = 1,5.10-3 mol/l [I-] = 2S = 3.10-3 mol/l b Ta có = [Pb2+].[I-]2 = (1,5.10-3).( 3.10-3 )2 = 13,5.10-9 c Trong dung dịch KI: gọi a số mol KI thêm, S’ độ tan PbI2 KI K+ + - I Ta có: 1,5.10-3 = 15S’  S’ = 10-4 59 GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng Xây dựng hệ thống tập bậc đại học kim loại nhóm a mol a a PbI2 Pb2+ + 2I 10-4 10-4 10-4 + a - = 13,5.10-9 Vì nhiệt độ không đổi nên = (10-4).( 10-4 + a)2 = 13,5.10-9  a = 1,142.10-2 mol d.Trong dung dịch KI 0,1M, ta có độ tan PbI2 S” K+ KI + 0,1  I - 0,1 - PbI2 Pb2+ + 2I S” S” 2S” + 0,1 = S”.(2S” + 0,1)2 = 13,5.10-9 Điều kiện S” 0,1 nên suy S” = 13,5.10-8 mol/l Bài 18: Cho khử chuẩn 25oC cặp o (Sn4+/Sn2+) = 0,15V, o (Sn2+/Sn) = - 0,14V Giải thích hòa tan Sn dung dịch HCl dư không tạo Sn4+ mà tạo Sn2+? Tại pha dung dịch SnCl2 phải pha môi trường HCl cho hạt Sn? Sản phẩm tạo thành cho SnCl2 tác dụng với HgCl2, FeCl3? Trả lời: Vì o (Sn2+/Sn) = - 0,14V < Sn + 2H+ o (2H+/H2) = 0,00V nên xảy phản ứng: Sn2+ + H2 Sn2+ tạo không khử H+ tiếp o (Sn4+/Sn2+) = 0,15 V > o (2H+/H2) = 0,00V 60 GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng Xây dựng hệ thống tập bậc đại học kim loại nhóm SnCl2 muối baz yếu nên ion Sn2+ bị thủy phân: Sn2+ + H2O + Cl- Sn(OH)Cl + H+ Trong môi trường axit hợp chất tan Sn(OH)Cl không tạo thành Trong không khí O2 oxi hóa Sn2+ thành thiếc oxiclorua màu vàng 2Sn2+ + O2 + 4Cl- 2SnOCl2 Khi có mặt Sn, Sn khử SnOCl2 tạo thành Sn2+: SnOCl2 + Sn + 2H+ SnCl2 + HgCl2 2Sn2+ + H2O + 2Cl- SnCl4 + Hg SnCl2 + 2FeCl3 SnCl4 + 2FeCl2 Bài 19: Trộn dung dịch vừa đủ với nhau: chì axetat clorua vôi Một kết tủa màu đen xuất hiện, lọc, rửa đem kết tủa vào lượng dư dung dịch MnSO có mặt H2SO4 thấy có màu tím xuất Giải thích Viết phương trình phản ứng minh họa Trả lời: Pb(CH3COO)2 + CaOCl2 + H2O 5PbO2 + 2MnSO4 + 3H2SO4 PbO2 + CaCl2 + 2CH3COOH 5PbSO4 + HMnO4 + 2H2O Bài 20: Dung dịch X gồm Na2S 0,01M; KI 0,06M; Na2SO4 0,05M 1.Tính pH dung dịch X 2.Thêm dần Pb(NO3)2 vào dung dịch X nồng độ 0,09M thu kết tủa A dung dịch B a Cho biết thành phần hóa học kết tủa A dung dịch B b Tính nồng độ ion dung dịch B (không kể thủy phân ion, coi thể tích dung dịch không thay đổi thêm Pb(NO3)2) c Nhận biết chất có kết tủa A phương pháp hóa học, viết phương trình phản ứng có Trả lời: Tính pH dung dịch: 61 GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng Xây dựng hệ thống tập bậc đại học kim loại nhóm 2Na+ + Na2S S2 0,01 0,01 KI K+ 0,06 0,06 + - - 0,05 - I 2Na+ + SO42 Na2SO4 S2 - 0,05 - + H2O HS SO42 + H2O HSO4 - Kb(1) - S2 + - - Kb(1) = 10-1,1 OH - + OH Kb(2) = 10-12 (1) (2) Kb(2) nên cân (1) định pH dung dịch: + H2O HS - + - OH Ban đầu 0,01 0 Phản ứng x x x Còn lại 0,01 – x x x Kb(1) = 10-1,1 (1) = 10-1,1  x = 8,94.10-3 nên [OH-] = 8,94.10-3  pH = 11,95 Pb2+ + 0,09 Pb2+ 0,03 PbS (Ks-1) = 1026 0,01 + 0,08 Pb2+ S2- SO42- PbSO4 (Ks-1) = 107,8 0,05 + 2I- PbI2 (Ks-1) = 107,6 0,06 a Thành phần hỗn hợp kết tủa A: PbS, PbSO4, PbI2 62 GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng Xây dựng hệ thống tập bậc đại học kim loại nhóm Dung dịch B: K+ 0,06M; Na+ 0,12M Ngoài có ion Pb2+, SO42-, S2- kết tủa tan = 10-2,7 b Độ tan PbI2: S = = 10-3,9 PbSO4: S = = 10-13 PbS: S = Bởi độ tan PbI2 lớn nên cân chủ yếu dung dịch cân tan PbI2 Pb2+ + 2I- PbI2 Ks Do [Pb2+] = 10-47 = 2.10-3 [I-] = 4.10-3 [SO42-] = [S2-] = = 5.10-5,8 = 7,9.10-6 M = 5.10-24 = 5.10-24 M [Pb2+] [Pb2+] Các nồng độ SO42-, S2- bé so với nồng độ Pb 2+, nồng độ Pb2+ PbS PbSO4 tan không đáng kể nên cách giải gần hoàn toàn xác c Nhận biết chất có kết tủa A: PbS, PbSO4, PbI2 Cho kết tủa hòa tan NaOH dư kết tủa PbS không tan có màu đen Dung dịch có PbO22-, SO42-, I-, OHPbSO4 + 4OH- PbO22- + SO42- + 2H2O PbI2 + 4OH- PbO22- + 2I- + 2H2O Nhận ion SO42-: cho BaCl2 dư xuất kết tủa trắng BaSO4: Ba2+ + SO42- BaSO4 trắng dung dịch có PbO22-, OH-, Ba2+, I- Nhận I-, Pb2+: axit hóa dung dịch HNO3 dư có kết tủa vàng PbI2 xuất OH- + H+ H2O 63 GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng Xây dựng hệ thống tập bậc đại học kim loại nhóm PbO22- + 4H+ Pb2+ + 2H2O Pb2+ 2I- PbI2 + vàng Bài 21: Bằng phản ứng để minh họa oxit sau lưỡng tính? SnO SnO2; PbO PbO2 cặp 2.Các oxit điều chế cách nào? Viết phương trình phản ứng oxi hóa muối chì axetat clorua vôi để tạo PbO2? Trả lời: SnO + 2HCl SnO + 2NaOH SnCl2 + H2O Na2SnO3 + H2O SnO2 + 2H2SO4(đặc) Sn(SO4)2 + 2H2O SnO2 + 2KOH K2SnO3 + H2O PbO + 2HCl PbCl2 + H2O PbO + 2KOH K2PbO2 + H2O PbO2 + 4HCl PbCl2 + Cl2 + H2O PbO2 + 2NaOH Na2PbO3 + H2O SnO điều chế cách đun nóng dung dịch gồm SnCl với NaOH với dung dịch NH3 điều kiện không khí Ban đầu tạo kết tủa Sn(OH)2, sau cho thêm SnCl2 tạo oxiclorua SnOHCl chất dễ bị phân hủy: SnCl2 + 2NH3 + 2H2O SnOHCl Sn(OH)2 + 2NH4Cl SnO + HCl SnO điều chế cách nung muối oxalat Sn(II) điều kiện không khí SnO2 điều chế cách nung chảy thiếc luồng khí oxi không khí: 64 GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng Xây dựng hệ thống tập bậc đại học kim loại nhóm Sn + O2 SnO2 Hoặc cho Sn tác dụng với HNO3 đặc nóng: Sn + 4HNO3 đặc SnO2 + 4NO2 + 2H2O Ngoài ra, SnO2 điều chế cách nung Sn(OH)2 không khí 800 – 900oC: 2Sn(OH)2 + O2 (COO)2Sn 2SnO2 + 2H2O SnO + CO + CO2 PbO điều chế cách nung hợp chất hiđroxit, cacbonat, nitrat: Pb(OH)2 PbCO3 PbO + H2O PbO + CO2 2Pb(NO3)2 2PbO + 4NO2 + O2 PbO2 kết tủa đun sôi dung dịch Pb(CH 3COO)2 với clorua vôi môi trường kiềm Pb(CH3COO)2 + CaOCl2 + H2O PbO2 + CaCl2 + 2CH3COOH Hoặc dùng hipoclorit oxi hóa PbO: PbO + NaOCl PbO2 + NaCl Hoặc cho khí Clo tác dụng với Pb(CH3COO)2 môi trường kiềm: Pb(CH3COO)2 + Cl2 + 2Na2CO3 PbO2 + 2CH3COONa + 2CO2 + 2NaCl 65 GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng Xây dựng hệ thống tập bậc đại học kim loại nhóm C KẾT LUẬN Sau thời gian tìm hiểu nghiên cứu hoàn thành đề tài, bước đầu thu số kết sau: Đã làm quen nắm phương pháp nghiên cứu đề tài Nghiên cứu vấn đề lý thuyết về: Tính chất vật lý, tính chất hoá học đơn chất hợp chất vô phần kim loại nhóm A chương trình hoá học vô bậc đại học Vận dụng vấn đề lý thuyết hoá đại cương nhằm làm sáng tỏ tính chất vật lý, tính chất hoá học đơn chất hợp chất vô liên quan đến hoá học vô phần kim loại nhóm A thuộc chương trình ĐHSP Vì thời gian lực có hạn, đề tài không tránh sai sót Rất mong nhận thong cảm ý kiến đóng góp xây dựng quý thầy cô bạn để đề tài hoàn thiện Một lần xin bày tỏ lòng cảm ơn với cô Đinh Quý Hương bạn tạo điều kiện giúp hoàn thành đề tài 66 GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng Xây dựng hệ thống tập bậc đại học kim loại nhóm D TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Đức Vận, Hóa học vô tập II- Các kim loại điển hình (2004), Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật PGS Nguyễn Đức Vận – ThS Nguyễn Huy Tiến, Câu hỏi tập Hóa Học Vô Cơ (Phần kim loại), Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà Nội PGS Nguyễn Đức Vận, Bài tập Hóa Học Vô Cơ, Nhà xuất Giáo dục 1983 Hoàng Nhâm, Hóa học vô tập (2005), Nhà xuất Giáo Dục PGS.TS Triệu Thị Nguyệt – Bài tập Hóa Học Vô cơ, Nhà xuất Giáo dục http://dehoa.net http://www.tailieuvn.com http://www.ngocbinh.dayhoahoc.com 67 GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng [...]... với kim loại kiềm có năng lượng ion hoá thấp nhưng lại có năng lượng hiđrat hoá kém kim loại kiềm thổ Còn kim loại kiềm thổ mặc dù có thế ion hoá lớn nhưng năng lượng hiđrat hoá âm nhiều do đó thế điện cực của kim loại kiềm thổ vẫn tương đương kim loại kiềm Bài 3: 1 Tại sao kim loại kiềm thổ có độ dẫn điện cao mặc dù vùng hoá trị trong tinh thể đã lấp đầy e? 16 GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng. .. H2 Bài 6: 1 Tính chất hiđroxit của kim loại kiềm thổ M(OH) 2 biến đổi như thế nào? Đưa ra các số liệu chứng minh 2 Tại sao hiđroxit của các kim loại kim loại kiềm thổ bị nhiệt phân để tạo ra oxit tương ứng, nhưng hiđroxit của kim loại kiềm không có khả năng này 3.Tại sao trong thực tế người ta không điều chế hidroxit kim loại kiềm thổ theo phương pháp điều chế kim loại kiềm và ngược lại Trả lời: 1 M(OH)2... sao các kim loại kiềm tan được trong ammoniac lỏng? Trả lời: Các kim loại kiềm tan được trong amoniac lỏng Dung dịch loãng có màu xanh và dẫn điện được, dung dịch với nồng độ cao hơn có màu đỏ đồng và có tính ánh kim Trong dung dịch loãng kim loại kiềm phân li thành ion và electron được solvat hóa bởi amoniac: M + (x + y)NH3 → [M(NH3)x]+ + [e(NH3)y]13 GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng. .. định như đối với kim loại kiềm Bài 2: 1.Tại sao các kim loại kiềm thổ có I 2 lớn hơn I1 nhưng lại tạo ra ion M2+ dễ dàng hơn M+? 2 Thế ion hoá của kim loại kiềm thổ lớn hơn thế ion hoá của kim loại kiềm nhưng tại sao thế điện cực lại tuơng đương? Trả lời: 1 Trong dung dịch ion M2+ tạo ra có năng lượng hiđrat hoá lớn nhiệt tạo ra có thể bù lại cho năng lượng ion hoá lớn do đó làm cho kim loại kiềm thổ... nhiệt độ >1000oC 2 Hiđroxit của kim loại kiềm thổ bị nhiệt phân tạo ra oxit do độ phân cực hoá của cation M2+ với nguyên tử oxi trong nhóm OH- dễ bị biến dạng Vì vậy hiđroxit của kim loại kiềm thổ kém bền vững hơn hiđroxit của kim loại kiềm 3 Một trong những phương pháp thông dụng để điều chế hiđroxit của kim loại kiềm là điện phân dung dịch muối có màng ngăn Đối với kim loại kiềm thổ ta không thể áp... tinh thể đã lấp đầy e? 16 GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính 2 Thế điện cực của Be cao hơn (dương hơn) so với kim loại kiềm thổ khác nhưng thế điện cực của Li thấp hơn (âm hơn) so với kim loại kiềm khác Thực tế có mâu thuẩn gì với nhau không? Trả lời: 1 Kim loại kiềm thổ có vùng năng lượng ns đã được lấp đầy số electron nên... về kim loại nhóm chính II Các nguyên tố nhóm IIA (Các kim loại kiềm thổ) Bài 1: Nêu nhận xét sự biến thiên các đặc tính trong dãy từ Be đến Ra, so sánh với kim loại kiềm Nguyên nhân của sự biến đổi đó? Trả lời: Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, độ dẫn điện từ Be đến Ra biến đổi không đều đặn, đều cao hơn so với kim loại kiềm Nguyên nhân do các kim loại kiềm thổ có cấu trúc mạng lưới tinh thể khác nhau... của tế bào tinh thể K là bao nhiêu? 11 GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính Trả lời: 1 Vì kim loại Na kết tinh theo mạng lập phương tâm khối nên khoảng cách ngắn nhất giữa 2 hạt nhân nguyên tử bằng ½ đường chéo của hình lập phương d= = 3,715 Å 2 Vì kim loại K kết tinh theo mạng lập phương tâm khối nên ½ đường chéo hình lập phương... H2 Trong số các kim loại nhóm IA, chỉ có Li phản ứng với O 2 tạo thành oxit, còn các kim loại khác phản ứng với oxi cho sản phẩm chủ yếu là các peoxit và supeoxit, ví dụ như Na2O2, KO2, RbO2, CsO2 Bài 15: Tại sao người ta không bao giờ đun nóng chảy hiđroxit của kim loại kiềm trong ống thủy tinh, chén sứ và cả chén Pt khi có không khí? 14 GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng Xây dựng hệ... độ tan các muối halogenua, nitrat, sunfat, cacbonat của các kim loại nhóm IIA và cho biết yếu tố ảnh hưởng đến độ tan của các muối này là yếu tố nào? Trả lời: Các muối halogenua của kim loại kiềm thổ đều dễ tan, trừ các florua MF2 ít tan Muối nitrat của các kim loại kiềm thổ đều dễ tan trong nước, trừ Ba(NO3)2 ít tan Các muối cacbonat của kim loại kiềm thổ đều là chất ở dạng tinh thể, đều khó tan trong ... 1,8.1 0-5 1 0-1 4 nên NH4+ + OH- x x  x = 1,8095.1 0-4  x2 = [OH-]2 = 3,27.1 0-8 Từ [Mg2+].[ OH-]2 = 1 0-3 .(3,27.1 0-8 )2 = 3,27.1 0-1 1 = 1 0-1 1 nên có tạo kết tủa Mg(OH)2 Bài 15: Viết phương trình hóa học... Thị Hồng Phượng Xây dựng hệ thống tập bậc đại học kim loại nhóm 1cm3 Cs có số nguyên tử: = 8,46.1021 nguyên tử Na có độ dẫn điện cao kim loại kiềm khác dù có số nguyên tử kim loại 1cm3 kim loại. .. 1,26.1 0-4 (1,26.1 0-4 – 1 0-4 ,05) = 4,65.1 0-9 mol/l b Ta có: Ka2 = [CO3 2-] = Ka2 [Ca2+]max = = = 4,7.1 0-1 1 = 2,6.1 0-5 mol/l = 2.1 0-4 mol/l 23 GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng