Hệ thống kiến thức lý thuyết hoá học vô dạng số quy luật phản ứng KL + Oxi OXKL * Hầu hết kim loại phản ứng với oxi, trừ Ag, Au, Pt Tính chất vận dụng để tác hỗn hợp bột Ag, Cu khỏi (đem đốt cháy không khí đến khối lượng không đổi sau cho hỗn hợp vào HCl dư ) * Kim loại sắt tác dụng với oxi cần lưu ý: - Đốt cháy Fe không khí: 3Fe + 2O2 Fe3O4 - Cho sắt tác dụng với oxi, nhiệt độ (không phải đốt cháy): 4Fe + 3O2 2Fe2O3 - Cho Fe (không nguyên chất) tác dụng với oxi có mặt nước (hoặc không khí ẩm): 2Fe + 3/2O2 + 3H2O 2Fe(OH)3 (bản chất ăn mòn điện hoá) - Để bột sắt không khí thời gian: hỗn hợp sản phẩm thường có mặt chất Fe2O3; Fe3O4; FeO; Fe dư: 3Fe + 2O2 Fe3O4 4Fe + 3O2 2Fe2O3 2Fe + O2 2FeO * Kim loại nhôm tác dụng với oxi cần lưu ý thí nghiệm Nhôm mọc “lông tơ”: - Làm bề mặt nhôm: dùng giấy nhám đánh nhúng vào dung dịch HCl, sau lau - Nhúng miếng kim loại nhôm vào dung dịch HgCl2 nhằm mục đích tạo hỗn hống Hg - Al: 2Al + 3Hg2+ 2Al3+ + 3Hg - Để hỗn hống Al - Hg không khí cho phản ứng Al với oxi xảy ra: 4Al + 3O2 2Al2O3 - Giải thích: Nếu để miếng nhôm không khí xảy phản ứng Al với oxi lớp oxit nhôm sinh đặc khít ngăn cách không cho nhôm tiếp xúc với oxi phản ứng ngừng lại Khi tạo hỗn hống Al - Hg lớp oxit nhôm sinh khả bao bọc kín nhôm phản ứng nhôm với oxi xảy liên tục lớp lớp oxit nhôm đùn lên trông giống lông tơ - Cần lưu ý: Nếu đề cho nhôm nguyên chất mà vật dụng nhôm bên lớp oxit nhôm(Al2O3) đặc khít bao bọc, bên nhôm KL + PK (trừ oxi) M * Phi kim thường lấy lưu huỳnh, halogen * Khi cho Fe tác dụng với F2, Cl2, Br2 cho muối sắt (III), cho sắt tác dụng với S, I2 cho muối sắt (II) * Một số kim loại chẳng hạn Ag tác dụng với S sinh điều kiện thường KL + Nước Tuỳ thuộc KL * Với kim loại là: IA (Li, Na, K ); Ca, Ba, Sr cho bazơ kiềm giải phóng hiđro: M + nH2O M(OH)n + n/2H2 * Với kim loại Nhôm có xảy phản ứng Al(OH)3 kết tủa bám vào Al ngăn cách không cho nhôm tiếp xúc với nước nên phản ứng ngừng lại * Với Mg phản ứng với nước nhiệt độ cao phản ứng m•nh liệt: Mg + H2O MgO + H2 * Với kim loại Fe phản ứng với nước nhiệt độ cao: 3Fe + 4H2O Fe3O4 + 4H2 (khoảng 5700C) Fe + H2O FeO + H2 (trên 570oC) KL + AX Tuỳ thuộc AX * Nếu axit HCl, H2SO4 lo•ng thì: + Kim loại phải đứng trước H d•y điện hoá + Muối thu cho kim loại Fe tác dụng với axit muối sắt (II) + Khí giải phóng khí H2 * Nếu axit HNO3, H2SO4 đặc đặc nóng thì: + Kim loại bất kì, sau H d•y điện hoá Tuy nhiên kim loại Fe, Al, Cr, Mn có tính thụ động dung dịch H2SO4, HNO3 đặc nguội (lưu ý đặc nguội kim loại không tác dụng tạo lớp “oxit bền” bề mặt kim loại ngăn cách không cho kim loại tiếp xúc với axit) + Muối thu sắt (trường hợp xảy phản ứng) muối sắt (III) + Khí thu sản phẩm trình khử S H2SO4 N HNO3 nên H2 mà là: SO2, H2S, NO2, NO, N2O, N2, có không cho khí mà thay vào là: S, NH4NO3 + Lưu ý: Cu phản ứng với H2SO4 đặc nóng, phản ứng với HNO3lo•ng cho khí NO Fe Al phản ứng với HNO3 lo•ng cho NO, N2O, N2 Còn Mg, Zn có cho NH4NO3 HNO3 S, H2S H2SO4 KL + dd M Tuỳ thuộc KL * Nếu kim loại Li, Na, K, Ca, Ba, thì: + Ban đầu kim loại tác dụng với nước + Bazơ kiềm sinh tác dụng với dd muối * Nếu kim loại sau từ Mg trở sau áp dụng quy tắc α d•y điện hoá: KL + dd Kiềm Muối + H2 * Thực kim loại tác dụng với nước tạo hiđroxit, sau hiđroxit lưỡng tính tác dụng với bazơ kiềm * Với kim loại Al, Zn, Be, có tính chất trên, phương trình TQ: PK + Oxi OXPK (trừ số NO, CO lại oxitaxit) * Các phi kim halogen không trực tiếp tác dụng với oxi * Lưu huỳnh cho SO2, N2 cho NO (30000C có tia lửa điện), C cho CO CO2, P cho P2O5 OXBZKiềm + H2O BZKiềm Tự học sinh viết phương trình điều chế chất: NaOH, KOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2 OXBZ + OXAX M Tự học sinhviết phương trình điều chế chất: CaCO3, CaSiO3, Ca3(PO4)2, CaSO3 10 OXBZ + AX M + H2O * Với oxit tính khử (Fe3O4; FeO oxit có tính khử) axit HCl, H2SO4, HNO3, phản ứng diễn theo quy luật * Với HCl hay H2SO4 lo•ng chúng khả làm thay đổi hoá trị KL oxit Phản ứng diễn quy luật * Với Các oxit có tính khử, axit lại H2SO4 đặc, HNO3 cần xem quy luật chất khử tác dụng với chất oxi hoá 11 OXKL + CO (hoặc H2) nhiệt độ cao KL + CO2 (hoặc H2O) * Thực phương pháp nhiệt luyện để điều chế kim loại * Yêu cầu oxit phải kim loại đứng sau Al d•y điện hoá Phản ứng Fe2O3 với CO diễn từ từ nấc nhiệt độ khác 12 OXKL + Al nhiệt độ cao KL + Al2O3 * Đây phương pháp nhiệt nhôm, thường dùng để điều chế sắt hàn đường ray: FexOy + 2y Al nhiệt độ cao y Al2O3 + 3x Fe * OXKL trước hay sau nhôm được, thường lấy FexOy CuO 13 OXAX + BZKiềm M + H2O * Nếu cho CO2 (hoặc SO2, P2O5) tác dụng với Ca(OH)2 dư xem xảy phản úng tạo muối trung hoà: CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O * Nếu cho CO2 (hoặc SO2, P2O5) tác dụng với Ca(OH)2 đến dư CO2 (hoặc SO2, P2O5) xem xảy phản ứng tạo muối axit: 2CO2 + Ca(OH) Ca(HCO3)2 * Nếu cho CO2 (hoặc SO2, P2O5) tác dụng với Ca(OH)2 chưa biết chất dư phải xét hai phản ứng: CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O 2CO2 + Ca(OH)2 Ca(HCO3)2 (Tức số mol CaCO3 sau phản ứng thu nhỏ số mol Ca(OH)2 giả thuyết cho có hai khả năng: Ca(OH)2 dư Ca(OH)2 hết CO2 đ• hoà tan phần kết tủa) 14 BZ + AX M + H2O * Với bazơ tính khử (Fe(OH)2 bazơ có tính khử) axit HCl, H2SO4, HNO3, phản ứng diễn theo quy luật * Với HCl hay H2SO4 lo•ng chúng khả làm thay đổi hoá trị KL bazơ Phản ứng diễn quy luật * Với số hiđrôxit Al(OH)3, Zn(OH)2, Be(OH)2 có tính chất lưỡng tính nên đóng vai trò bazơ tác dụng với axit mạnh HCl, H2SO4,HNO3, ngược lại đóng vai trò axit (HAlO2.H2O, H2ZnO2, H2BeO2) tác dụng với bazơ kiềm phản ứng diễn quy luật * Với bazơ Fe(OH)2 có tính khử, axit lại H2SO4 đặc, HNO3 cần xem quy luật chất khử tác dụng với chất oxi hoá 15 dd BZ + dd M Mmới + BZmới * Sản phẩm tạo thành (bazơ axit mới) phải làm xuất chất kết tủa bay chất điện li yếu * Với dd muối Al3+ hay dd muối Cu2+ cần ý dd bazơ dd kiềm dd NH3 để xét phản ứng Al3+ + 3OHAl(OH)3 (*) Al3+ + 4OHAlO2- + 2H2O (**) (Khi mà số mol Al(OH)3 thu sau phản ứng nhỏ số mol Al3+ có hai khả xảy ra: Al3+ dư, OH- hết Al3+ hết OH- đ• hoà tan phần Al(OH)3) * Có thể biện luận tương tự cho Cu2+ tác dụng với ddNH3: Cu2+ + 2NH3 + 2H2O Cu(OH)2 (*) Cu2+ + 6NH3 + 2H2O [Cu(NH3)]42+ + 2OH- (**) * Có phản ứng muối bazơ chất là: AX + BZ M + H2O Ca(HCO3)2 + 2NaOH CaCO3 + Na2CO3 + 2H2O Tuy nhiên độ tan Mg(OH)2 nhỏ so với MgCO3 nên: Mg(HCO3)2 + 2NaOH Mg(OH)2 + 2NaHCO3 16 BZ không tan Nhiệt phân OXBZ + H2O * Với Fe(OH)2 cần ý nhiệt phân môi trường có mặt oxi hay không, có mặt oxi cần phải xét phản ứng theo quy luật oxi hoá - khử * Một số hiđroxit bền điều kiện thường đ• tự bị phân huỷ AgOH, NH4OH 17 AX + dd M Mmới + AXmới * Phản ứng diễn theo quy luật axit mạnh đẩy axit yếu khỏi muối chẳng hạn HCl, H2SO4,HNO3 > CH3COOH > H2CO3 > HClO * Tuy nhiên cần ý có phải tính đến phản ứng ưu tiên hướng tạo chất có độ tan bé CuS, BaSO4, AgCl, điều giải thích FeS tác dụng với HCl CuS, PbS lại không tác dụng Độ tan AgCl nhỏ độ tan Ag2SO4 nên có thể: Ag2SO4 + 2HCl 2AgCl + H2SO4 * Nếu gặp trường hợp axit có tính oxi hoá mạnh HNO3, H2SO4đặc lại tác dụng với muối có tính khử FeS, FeS2, FeCO3, NaI, Na2S, cần phải xem xét theo quy luật phản ứng oxi hoá khử 18 dd Muối + dd Muối Muốimới + Muốimới * Có phản ứng muối muối chất là: AX + Muối Muốimới + AXmới Ba(HSO4)2 + 2NaHCO3 BaSO4 + Na2SO4 + 2H2O + 2CO2 * Cần ghi nhớ: + Muối HSO4- có tính chất giống H2SO4 + Muối HCO3-, HS-, HSO3- có tính chất lưỡng tính, tức vừa thể tính axit (trong phản ứng với OH-), vừa thể tính bazơ (trong phản ứng với H+) 19 MCO32- không tan nhiệt phân OXBZ + CO2 20 MCO32- + CO2 + H2O nhiệt độ thấp MHCO3* Phản ứng hoà tan kết tủa CaCO3 thường dùng tập nhận biết * Tính chất vận dụng cho muối mà gốc axit đa axit đồng thời axit yếu như: S2-, SO32-, PO43- Ví dụ: Ca3(PO4)2 + 4H3PO4 3Ca(H2PO4)2 21 MHCO3nhiệt phân MCO32- + CO2 + H2O Cần ý quy luật 20, 21 xảy hai chiều ngược điều kiện khác 22 M NO3nhiệt phân Tuỳ thuộc vào kim loại * Nếu muối nitrat kim loại mạnh (trước Mg d•y điện hoá) quy luật sau: M(NO3)n nhiệt phân M(NO2)n + n/2 O2 * Nếu muối nitrat kim loại trung bình (từ Mg đến Cu) quy luật sau: M(NO3)n nhiệt phân M2On + 2n NO2 + n/2 O2 (nếu muối sắt (II) nitrat sắt(III) oxit) * Nếu muối nitrat kim loại yếu (sau Cu d•y điện hoá) quy luật sau: M(NO3)n nhiệt phân M + n NO2 + n/2 O2 23 M NH4+ nhiệt phân Tuỳ thuộc vào gốc axit * Nếu gốc axit gốc axit yếu CO32-, HCO3-,SO32-, SO32-, HSO3- gốc axit không chứa oxi Cl-, Br- bị nhiệt phân cho NH3 axit tương ứng * Nếu gốc axit có tính oxi hoá NO3-, NO2-, SO42-,Cr2O72-, sản phẩm tương đối phức tạp chẳng hạn: NH4 NO2 nhiệt phân N2 + 2H2O NH4NO3 N2 + 1/2O2 + 2H2O NH4NO3 N2O + 2H2O (phản ứng nổ) 3(NH4)2SO4 nhiệt phân N2 + 4NH3 + 3SO2 + 6H2O (NH4)3PO4 nhiệt phân 3NH3 + HPO3 + H2O (NH4)2Cr2O7 nhiệt phân N2 + Cr2O3 + 4H2O 24 Chất Khử mạnh + Chất OXH mạnh Tuỳ thuộc vào mức độ mạnh yếu * Ta nhận xét cách sơ bộ: + Chất nguyên tố ứng với bậc oxi hoá thấp có tính khử hoá + Chất nguyên tố ứng với bậc oxi hoá cao có tính oxi + Chất nguyên tố ứng với số oxi hoá trung gian thể tính oxi hoá tính khử * Các chất sau chất oxi hoá thường gặp: MnO2, KMnO4, K2Cr2O7, H2SO4đặc, HNO3, O3, O2, F2, Cl2, Br2, Fe3+, KNO3, KClO3, HClO, NaClO, H2O2 * Các chất sau chất khử thường gặp: Các kim loại nói chung (tính khử giảm dần theo trật tự d•y điện hoá), H2S, HI, HBr, NH3, K2S, KI, FeCl2, FeSO4, FeCO3, FeS, FeS2,Fe(OH)2, FeO, Fe3O4, C, S, P * Để cân nhanh phản ứng oxi hoá khử ta sử dụng cách nhẩm chéo: + Xác định, sau giữ lại giá trị số oxi hoá thay đổi + Viết giá trị electron trao đổi chân nguyên tố tương ứng, nhân chéo lên: - Ưu tiên viết bên có số lượng số nguyên tử lớn - Trường hợp số nguyên tử ưu tiên viết phía sản phẩm +7 -1 +2 2KMnO4 + 16 HCl 2MnCl2 + 5Cl2 + 2KCl + 8H2O 2.1 (số e trao đổi) +4 +6 -1 Br2 + SO2 + 2H2O H2SO4 + 2HBr 1.2 (số e trao đổi chưa tối giản) 1 (tỉ lệ số e trao đổi đ• tối giản) +5 +2y/x +3 +2 (12x - 2y)HNO3 lo•ng +3FexOy 3xFe(NO3)3+ (3x - 2y)NO + (6x - y)H2O (3x - 2y) * Các phản ứng xảy chất khử với chất oxi hoá cho trên: MnO2 + 4HX MnX2 + X2 + 2H2O 2KMnO4 + 16HX 2KX + 2MnX2 + 5X2 + 8H2O (với X Cl, Br, I) 2KMnO4 + 8H2SO4 + 10FeSO4 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O (Trong môi trường axit Mn có số oxi hoá +7 KMnO4 Mn2+) H2SO4đặc + KL MSO42- + {SO2, S, H2S} + H2O 2H2SO4 đặc + S 3SO2 + 2H2O 2H2SO4 đặc + C CO2 + 2SO2 + 2H2O H2SO4 đặc + H2S SO2 + S + 2H2O 4H2SO4 đặc + 2FeO Fe2(SO4)3 + SO2 + 4H2O 10H2SO4 đặc + 2Fe3O4 3Fe2(SO4)3 + SO2 + 10H2O 4H2SO4 đặc + 2Fe(OH)2 Fe2(SO4)3 + SO2 + 6H2O 14H2SO4 đặc + 2FeS2 Fe2(SO4)3 + 15SO2 + 14H2O 2H2SO4 đặc + 2NaBr Na2SO4 + SO2 + Br2 + 2H2O 5H2SO4 đặc + 8NaI 4Na2SO4 + H2S + 4I2 + 4H2O HNO3 + KL MNO3- + {NO2, NO, N2O, N2, NH4NO3} + H2O HNO3 + Au + 3HCl AuCl3 + NO + 2H2O 6HNO3 đặc + S nhiệt độ H2SO4 + 6NO2 + 2H2O 5HNO3 đặc + P nhiệt độ H3PO4 + 5NO2 + H2O 5HNO3 lo•ng + 3P + 2H2O 3H3PO4 + 5NO 4HNO3 đặc + C nhiệt độ CO2 + 4NO2 + 2H2O 10HNO3 + 3I2 6HIO3 + 10NO + 2H2O 4HNO3 đặc + FeO Fe(NO3)3 + NO2 + 2H2O 10HNO3lo•ng + 3FeO 3Fe(NO3)3 + NO + 5H2O 10HNO3 đặc + Fe3O4 3Fe(NO3)3 + NO2 + 5H2O 28HNO3 lo•ng + 3Fe3O4 9Fe(NO3)3 + NO + 14H2O 4HNO3 đặc + Fe(OH)2 Fe(NO3)3 + NO2 + 3H2O 10HNO3 lo•ng + 3Fe(OH)2 3Fe(NO3)3 + NO + 8H2O 48HNO3 đặc + 3FeS2 Fe(NO3)3 + Fe2(SO4)3 + 3H2SO4 + 45NO2 + 21H2O 18HNO3 lo•ng + 3FeS2 Fe(NO3)3 + Fe2(SO4)3 +3H2SO4 +15NO + 6H2O Lưu ý: Hai phương trình nên viết dạng phương trình ion rút gọn: 14H+ + 15NO3- + FeS2 Fe3+ + 15NO2 + 2SO42- + 7H2O 4H+ + 5NO3- + FeS2 Fe3+ + 5NO + 2SO42- + 2H2O 30HNO3 đặc + 3FeS Fe(NO3)3 + Fe2(SO4)3 + 27NO2 + 15H2O 12HNO3 lo•ng + 3FeS Fe(NO3)3 + Fe2(SO4)3 + 9NO + 6H2O Hai phương trình nên viết dạng phương trình ion rút gọn: 10H+ + 9NO3- + FeS Fe3+ + 9NO2 + SO42- + 5H2O 4H+ + 3NO3- + FeS Fe3+ + 3NO + SO42- + 2H2O 4HNO3 đặc + FeCO3 Fe(NO3)3 + CO2 + NO2 + 2H2O 10HNO3 lo•ng + 3FeCO3 3Fe(NO3)3 + 3CO2 + NO + 5H2O O3 + 2KI + H2O 2KOH + I2 + O2 O2 + S nhiệt độ SO2 O2 + 2H2S 3O2 + 2H2S 3O2 + 4NH3 1/2O2 1/2O2 3/2O2 3F2 + Cl2 + 2S + 2H2O 2SO2 + 2H2O Đốt cháy 2N2 + 6H2O + H2O + 2Fe(OH)2 2Fe(OH)3 + 2HCl + 2FeCl2 2FeCl3 + H2O + 3H2O + 6FeSO4 2Fe(OH)3 + 2Fe2(SO4)3 4NH3 3NH4F + NF3 2FeCl2 2FeCl3 3/2Cl2 + 3FeSO4 Fe2(SO4)3 + FeCl3 3Cl2 + 8NH3 6NH4Cl + N2 Cl2 + 2H2O + SO2 H2SO4 + 2HCl 4Cl2 + 4H2O + H2S H2SO4 + 8HCl Cl2 + H2O + H2SO3 H2SO4 + 2HCl 2FeCl3 + 2KI 2FeCl2 + I2 + 2KCl FeCl3 + 2HI FeCl2 + I2 + 2HCl 2FeCl3 + Na2S 2FeCl2 + S + 2NaCl 2FeCl3 + H2S 2FeCl2 + S + 2HCl 4KNO3 + C nhiệt độ 2K2O + CO2 + 4NO2 KNO3 + S + 3C nhiệt độ K2S + 3CO2 + N2 (hỗn hợp 70% KNO3, 10% S, 15% C thuốc súng đen) 3KNO3 + 5KOH + 8Al + 2H2O 8K AlO2 + 3NH3 (KOH + Al + H2O KAlO2 + 3/2H2) 2KNO3 + 4H2SO4 + 3Cu 3CuSO4 + K2SO4 + 2NO + 4H2O (3Cu + 2NO3- + 8H+ 3Cu2+ + 2NO + 4H2O) (Trong môi trường axit ion NO3- có khả oxi hoá HNO3 lo•ng) 2KClO3 + 3C nhiệt độ 2KCl + 3CO2 2KClO3 + 3S nhiệt độ 2KCl + 3SO2 5KClO3 + 6P nhiệt độ 5KCl + 3P2O5 2NH3 + 3CuO nhiệt độ N2 + 3Cu + 3H2O 2H2S + SO2 3S + 2H2O 25 Những phản ứng thuỷ phân muối: * Chỉ muối có gốc anion gốc axit yếu cation xuất phát từ bazơ yếu bị thuỷ phân (tác dụng với nước) * Đa số phản ứng thuỷ phân muối phản ứng thuận nghịch trừ số muối thuỷ phân hoàn toàn như: Al2S3, Fe2S3, * Một số phản ứng quan trọng: 2AlCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O 2Al(OH)3 + NaCl + 3CO2 Al2(SO4)3 + 3Na2CO3 + 3H2O 2Al(OH)3 + 3Na2SO4 + 3CO2 bột trắng chữa cháy 2AlCl3 + 3Na2S + 6H2O 2Al(OH)3 + 6NaCl + 3H2S NaAlO2 + NH4Cl + H2O Al(OH)3 + NaCl + NH3 2FeCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O 2Fe(OH)3 + 6NaCl + 3CO2 2FeCl3 + 3Na2S + 6H2O 2Fe(OH)3 + 6NaCl + 3H2S 26 Những phản ứng tạo phức chất: * Chỉ có số hiđroxit Cu(OH)2, Zn(OH)2, AgOH (đúng Ag2O) tan dung dịch NH3 có phản ứng tạo phức * Tính chất dùng tập tách Al, Zn khỏi hỗn hợp Al3+, Zn2+ hay tách Cu, Fe khỏi hỗn hợp Cu2+, Fe3+ * Một số phương trình phản ứng: Cu(OH)2 + 4NH3 [Cu(NH3)4]2+ + 2OHZn(OH)2 + 4NH3 [Zn(NH3)4]2+ + 2OH(Trong phản ứng số phân tử NH3 tham gia tạo phức hai lần hoá trị nguyên tử trung tâm) 27 Những phản ứng kết cộng gộp hai phản ứng lại với nhau: Tương tự: Al + NaOH + H2O NaAlO2 + 3/2H2 AlCl3 + 4NaOH NaAlO2 + 3NaCl + 2H2O NaHCO3 + Ca(OH)2 CaCO3 + NaOH + H2O NaAlO2 + 4HCl AlCl3 + NaCl + 2H2O Cl2 + 6KOH đun nóng 5KCl + KClO3 + 3H2O Cl2 + 2KOH KCl + KClO + 2H2O Cu + 1/2O2 + 2HCl CuCl2 + H2O Cu + 1/2O2 + H2SO4 CuSO4 + H2O