Hóa học Vô cơ 2 bài giảng dành cho sinh viên ĐH, CĐ là bộ tài liệu hay và rất hữu ích cho các bạn sinh viên và quý bạn đọc quan tâm. Đây là tài liệu hay trong Bộ tài liệu sưu tập gồm nhiều Bài tập THCS, THPT, luyện thi THPT Quốc gia, Giáo án, Luận văn, Khoá luận, Tiểu luận…và nhiều Giáo trình Đại học, cao đẳng của nhiều lĩnh vực: Toán, Lý, Hoá, Sinh…. Đây là nguồn tài liệu quý giá đầy đủ và rất cần thiết đối với các bạn sinh viên, học sinh, quý phụ huynh, quý đồng nghiệp và các giáo sinh tham khảo học tập. Xuất phát từ quá trình tìm tòi, trao đổi tài liệu, chúng tôi nhận thấy rằng để có được tài liệu mình cần và đủ là một điều không dễ, tốn nhiều thời gian, vì vậy, với mong muốn giúp bạn, giúp mình tôi tổng hợp và chuyển tải lên để quý vị tham khảo. Qua đây cũng gởi lời cảm ơn đến tác giả các bài viết liên quan đã tạo điều kiện cho chúng tôi có bộ sưu tập này. Trên tinh thần tôn trọng tác giả, chúng tôi vẫn giữ nguyên bản gốc. Trân trọng. ĐỊA CHỈ DANH MỤC TẠI LIỆU CẦN THAM KHẢO http:123doc.vntrangcanhan348169nguyenductrung.htm hoặc Đường dẫn: google > 123doc > Nguyễn Đức Trung > Tất cả (chọn mục Thành viên)
UỶ BAN NHÂN MƠN DÂNHỐ TỈNHHỌC QUẢNG BÀI GIẢNG VƠ CƠNGÃI TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG BÀI GIẢNG HỐ HỌC VƠ CƠ GVBS: Nguyễn Thị Nhi Phương Quảng Ngãi, tháng năm 2014 LỜI MỞ ĐẦU Bài giảng Hoá học Vô biên soạn dựa giáo trình "Hố học Vơ 2" Bộ Giáo dục Đào tạo - dự án đào tạo giáo viên THCS, nhiên đề cương chi tiết học phần Hố học Vơ (Tổ mơn biên soạn theo chương trình Bộ Giáo dục dục Đào tạo) so với nội dung giáo trình có số nội dung thiếu hay dòng văn diễn đạt làm cho sinh viên khó hiểu Vì vậy, để giúp em sinh viên có điều kiện việc học tập học phần Hóa học Vơ tơi biên soạn giảng Hóa học Vơ với tổng hợp nhiều tài liệu tham khảo bám sát đề cương chi tiết Hóa học Vơ hệ Cao đẳng Sư phạm Tổ môn phát hành Nội dung giảng gồm 13 chương nêu lên kiến thức đại cương kim loại, trình bày chi tiết kim loại từ nhóm IA đến VA trình bày số nét đại cương kim loại chuyển tiếp Tuy nhiên mức độ giảng tác giả trình bày nội dung cốt lõi, đầy đủ phần đọc thêm, mở rộng kiến thức nên nghiên cứu giảng bạn đọc nên kết hợp với giáo trình khác để mở rộng thêm kiến thức cho Song chắn giảng khơng tránh khỏi cịn thiếu sót Tác giả xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp, sinh viên đóng góp ý kiến để giảng hồn thiện Chương ĐẠI CƯƠNG VỀ KIM LOẠI 1.1 Kim loại, phi kim, bán kim, bán dẫn 1.1.1 Vị trí kim loại bảng tuần hồn ngun tố - Khoảng 115 nguyên tố bảng hệ thống tuần hoàn, kim loại chiếm 80% tổng số nguyên tố Các nguyên tố phi kim khí chiếm chưa đến 20% Về khối lượng: kim loại chiếm 20% khối lượng vỏ đất, chủ yếu Al - Trong bảng hệ thống tuần hoàn kim loại nằm phân nhóm từ IA đến IVA (Ge, Sn, Pb), nguyên tố Bi nằm nhóm VA, ngồi ngun tố cịn phân bố nhóm từ IB đến VIIIB hai họ lantan actini - Điểm khác mặt hoá học kim loại phi kim kim loại có xu hướng nhường electron hố trị để đạt cấu hình electron bền vững khí đứng trước nó, cịn phi kim có xu hướng thu thêm electron để đạt cấu hình electron bền vững khí đứng sau chu kỳ Do tính kim loại phi kim biến đổi dần chu kỳ phân nhóm, khơng có ranh giới thật rõ rệt kim loại phi kim Những nguyên tố nằm vùng giáp ranh kim loại phi kim gọi nguyên tố bán dẫn (7 nguyên tố: Sb, B, Si, Ge, As, Te Se) 1.1.2 Kim loại phi kim Bảng 1.1 So sánh tính chất kim loại phi kim Kim loại Phi kim Đặc điểm nguyên tử - Năng lượng ion hoá thấp - Năng lượng ion hoá cao - Ái lực với electron thấp - Ái lực với electron cao - Độ âm điện thấp - Độ âm điện cao - Bán kính nguyên tử tương đối lớn - Bán kính nguyên tử tương đối nhỏ Tính chất vật lý - Thường chất rắn, nhiệt độ nóng - Thường chất khí, rắn, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sơi cao chảy, nhiệt độ sơi thấp - Có ánh kim, phản xạ ánh sáng với - Khơng có ánh kim, phản xạ ánh sáng nhiều bước sóng khác - Khối lượng riêng lớn - Khối lượng riêng nhỏ - Dẻo, dễ dát mỏng, dễ kéo sợi - Giòn - Thường cứng - Thường mềm - Dẫn điện, dẫn nhiệt tốt - Thường cách điện Tính chất hố học - Hợp chất với hidro đặc - Hợp chất với hidro đặc trưng trưng - Oxit hidroxit có tính bazơ - Oxit hidroxit có tính axit - Halogenua thường hợp chất ion - Halogenua thường hợp chất cộng hoá trị - Tạo thành cation đơn, cation anion - Tạo thành anion đơn phức 1.1.3 Nguyên tố bán dẫn Các nguyên tố bán dẫn nằm ranh giới kim loại phi kim (Sb, B, Si, Ge, As, Te Se) Vẻ bề nguyên tố giống với kim loại, chúng phản xạ xạ khả kiến hồng ngoại nhiều so với kim loại nên chúng chất màu xám có ánh kim Các nguyên tố bán dẫn electron linh động so với kim loại nên tính dẫn điện thấp tính dẫn điện kim loại tăng lên điều kiện định Về mặt tính chất hố học ngun tố bán dẫn có đặc tính phi kim 1.2 Cấu trúc electron nguyên tử kim loại Người ta phân chia kim loại thành kim loại tiêu biểu kim loại chuyển tiếp: - Kim loại tiêu biểu nằm phân nhóm (nhóm A) gồm: + Kim loại nhóm IA (kim loại kiềm): cấu hình electron lớp ngồi cùng: ns1 + Kim loại nhóm IIA (kim loại kiềm thổ): cấu hình electron lớp ngồi cùng: ns2 + Kim loại nhóm IIIA: cấu hình electron lớp ngồi cùng: ns2np1 + Kim loại nhóm IVA (Sn, Pb): cấu hình electron lớp ngồi cùng: ns2np2 + Kim loại nhóm VA (Bi): cấu hình electron lớp cùng: ns2np3 Ở kim loại tiêu biểu electron cuối điền vào phân lớp s p lớp electron electron lớp ngồi đóng vai trị electron hóa trị - Các kim loại chuyển tiếp, electron cuối điền vào phân lớp (n-1)d (n-2)f, nguyên tố có lớp electron bên ngồi chưa đầy đủ Các kim loại chuyển tiếp họ d xếp thành dãy: + Dãy kim loại chuyển tiếp điền vào mức 3d: gồm nguyên tố từ 21Sc đến 30Zn + Dãy kim loại chuyển tiếp điền vào mức 4d: gồm nguyên tố từ 39Y đến 48Cd + Dãy kim loại chuyển tiếp điền vào mức 5d: gồm nguyên tố từ 57La đến 80Hg + Dãy kim loại chuyển tiếp điền vào mức 6d (chưa đầy đủ): gồm nguyên tố 89Ac, 104Ku, 105Ns, 106Sg, 107Bh, 108Hs 104Ku 109Mt Mới theo IUPAC nguyên tố đổi thành 104Rf (Rutherfordium), 105Ns đổi thành 105Db (Dubinum) - Các kim loại chuyển tiếp họ f xếp thành dãy: + Các nguyên tố họ lantan dãy kim loại chuyển tiếp điền vào mức 4f: gồm nguyên tố từ 58Ce đến 71Lu + Các nguyên tố họ actini dãy kim loại chuyển tiếp điền vào mức 5f: gồm nguyên tố từ 90Th đến 103Lr - Lớp nguyên tố họ lantan nguyên tố họ actini có electron s, số trường hợp lớp sát ngồi có chứa electron d, phân lớp (n-2)f có từ đến 14 electron, phân lớp electron bên phân lớp (n-2)f điền đầy đủ electron khơng có khả tham gia vào liên kết Cấu hình electron nguyên tố họ lantan nguyên tố họ actini khác nên tính chất hoá học nguyên tố dãy giống 1.3 Cấu trúc tinh thể phổ biến kim loại 1.3.1 Cách xếp chặt khít nguyên tử kim loại Nếu xem nguyên tử kim loại cầu rắn có bán kính để xếp cầu mặt phẳng cho khoảng trống lại nhỏ có cách xếp xếp cho cầu tiếp xúc với cầu khác bao quanh chúng Tinh thể kim loại tạo thành cách chồng khít lớp cầu lên Để đảm bảo xếp cầu chặt khít lớp thứ phải nằm phần lõm tạo cầu lớp thứ Có cách đặt lớp cầu thứ lên lớp cầu thứ để đảm bảo xếp chặt khít theo chiều - Cách 1: Mỗi cầu lớp thứ nằm cầu lớp thứ (lớp thứ lặp lại lớp thứ nhất), kí hiệu: ABAB Cách xếp tạo thành cấu trúc lục phương chặt khít (lục phương tâm mặt) Phần không gian bị chiếm 74% - Cách 2: Mỗi cầu lớp thứ nằm phần lõm lại tạo nên cầu lớp thứ nhất, kí hiệu: ABCABC Cách xếp tạo thành cấu trúc lập phương chặt khít (lập phương tâm mặt) Phần không gian bị chiếm 74% A C A B Hình 1.1 Các kiểu xếp cầu chặt khít (kiểu ABAB ABCABC) Ngồi cịn có kiểu xếp chặt khít kiểu lập phương tâm khối Ở cấu trúc cầu tiếp xúc với cầu lớp cầu lớp dưới, số phối trí 8, phần không gian bị chiếm 68% + Số phối trí tinh thể: số phối trí nguyên tử (ion) tinh thể số nguyên tử (ion trái dấu) gần quanh + Số phối trí hai kiểu xếp lục phương chặt khít lập phương chặt khít 12 1.3.2 Cấu trúc tinh thể kim loại thông thường - Phần lớn kim loại có cấu trúc tinh thể kiểu xếp chặt khít: + Kiểu xếp lục phương chặt khít: Be, Mg, Zn, Tl, Ti, + Kiểu xếp lập phương tâm mặt: Cu, Ag, Au, Pb, Ni, Pd, Pt, + Kiểu xếp lập phương tâm khối: Li, Na, K, Rb, Cs, Bảng 1.2 Cấu trúc tinh thể kim loại thông thường Li Be lptk lpck Na Mg Al lptk lpck lptm K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn lptk lptk lptk lptk lptk lptk lptk lptk lptm lptm lptm lpck lptm lpck lpck lptm lptm lpck Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd lptk lptk lptk lptk lptk lptk lpck lpck lptm lptm lptm lpck lpck lpck lpck lptm Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au lptk lptk lptk lptk lptk lptk lpck lpck lptm lptm lptm lptm lpck lpck Chú thích: lptk: lập phương tâm khối; lptm: lập phương tâm mặt; lpck: lập phương chặt khít 1.4 Liên kết kim loại tính chất lý học kim loại 1.4.1 Liên kết kim loại Có thể mô tả liên kết kim loại theo số thuyết: thuyết khí electron, thuyết vùng, thuyết liên kết hóa trị 1.4.1.1 Thuyết khí electron Tinh thể kim loại có dạng mạng lưới Ở mắt lưới (nút mạng) có ion, ion có số electron tự di chuyển dễ dàng toàn khối kim loại Những electron tự tạo thành lớp electron nguyên tử kim loại liên kết yếu với hạt nhân nguyên tử nên tách khỏi nguyên tử chuyển động tự do, nguyên tử kim loại trở thành ion dương Liên kết kim loại lực hút electron tự với ion dương nút mạng tinh thể Sự hình thành đám khí electron giải thích số tính chất kim loại tính dẫn điện, dẫn nhiệt, tính dễ dát mỏng, dễ kéo sợi, … 1.4.1.2 Thuyết vùng Theo thuyết MO: 2AO tổ hợp tuyến tính tạo thành 2MO (1MO liên kết với mức lượng thấp 1MO phản liên kết với mức lượng cao) nAO tổ hợp tuyến tính tạo thành nMO (n/2MO liên kết với mức lượng thấp n/2MO phản liên kết với mức lượng cao) Đối với tinh thể kim loại, số nguyên tử vô lớn số nAO vơ lớn Sự tổ hợp AO cho số vô lớn MO liên kết MO phản liên kết hiệu mức lượng vơ nhỏ, phân bố mức lượng gần liên tục, tập hợp mức lượng nằm sát gọi miền lượng (dải lượng) n/2 MOplk nAO Gián đoạn n nhỏ nAO Các mức NL gần liên tục n lớn n/2 MOlk Hình 1.2 Sự hình thành vùng lượng gián đoạn liên tục Ví dụ: Li, Mg Sự hình thành vùng lượng Li Mg sau: 3p Vùng cấm xen lẫn vùng hoá trị Vùng dẫn 2s 3s Vùng hoá trị Vùng cấm Vùng cấm (khe lượng) 2p 1s E 2s Li1 Li2 Li3 Li1 E 1s Mg LiN a) MgN b) Hình 1.3 Sự hình thành vùng lượng a) Li b) Mg Đối với Li: nguyên tử Li đóng góp 1e nên vùng giải toả (vùng obitan 2s) lấp đầy ½ Các e lấp vào obitan có lượng thấp tạo thành cặp nửa vùng, obitan có lượng cao nửa vùng phía trống Các e mức lượng cao vùng lấp đầy ½ nằm sát obitan trống Sự chênh lệch lượng obitan (∆E ≈ 1022 eV), e dễ dàng chuyển từ mức lượng lên mức lượng khác cao Các e mà có đủ lượng thắng cation kim loại trở thành e dẫn Khi áp đặt điện trường, e dẫn tăng tốc theo hướng điện trường kết tạo thành dòng điện Tuỳ thuộc vào cấu trúc nguyên tử kiểu tinh thể mà vùng hố trị vùng dẫn xen phủ với hay khơng xen phủ Đối với Mg: có xen phủ dải lượng 3s 3p e chuyển động tự dễ dàng từ vùng lấp đầy 3s sang vùng trống 3p Kết tạo vùng dẫn Ở chất cách điện, chiều rộng vùng cấm ∆E > 3eV, chất bán dẫn từ 0,1 đến 3eV Trong tinh thể kim loại, có che phủ vùng hố trị vùng dẫn nên khơng có vùng cấm 1.5 Tính chất hóa học kim loại M - ne Mn+ → 1.5.1 Tác dụng với đơn chất - Với oxi: tạo oxit kim loại (với kim loại đứng trước Hg) Mg PTPƯ: t0 O MgO - Với halogen: tạo muối halogenua PTPƯ: 2M + nX2 = 2MXn Cu + Cl2 = CuCl2 - Với lưu huỳnh: tạo muối sunfua PTPƯ: Cu + S = CuS Fe = FeS + S - Với nitơ tạo nitrua, với cacbon tạo cacbua, với hiđro tạo hidrua PTPƯ: 2Na + H2 = 2NaH 1.5.2 Với hợp chất - Với nước: t thuong + Kim loại kiềm Ca, Sr, Ba: M nH 2O M(OH)n 80100 c + Mg: Mg 2H O Mg(OH)2 H + Al: phải loại bỏ lớp Al2O3 80 100 c Al 3H O Al(OH)3 H2 + Mn, Fe, Cr, Zn, 200 600 c M yH 2O M x Oy - Với axit: 10 y H2 n H2 Chương 12 CÁC NGUYÊN TỐ NHÓM IIB (Zn, Cd, Hg) 12.1 Vị trí bảng hệ thống tuần hồn, đặc điểm tính chất ngun tử kẽm, cadimi, thuỷ ngân Bảng 12.1 Một số đặc điểm nguyên tố nhóm IIB Nguyên tố Zn Cd Hg Cấu hình e [Ar]3d104s2 [Kr]4d105s2 [Xe]4f145d106s2 I1 (eV) 9,39 8,99 10,43 I2 (eV) 17,96 16,90 18,75 Rnt (Ao) 1,39 1,56 1,60 Eo (V) -0,763 -0,402 0,854 - Các nguyên tố nhóm IIB có trạng thái oxi hố +2 (trừ Hg có trạng thái oxi hoá +1 +2) 12.2 Trạng thái thiên nhiên phương pháp điều chế 12.2.1 Trạng thái thiên nhiên - Trữ lượng chúng vỏ đất tương ứng 1,5.10-3; 7,6.10-6; 7.107 % nguyên tố - Khống vật Zn sphalerit (ZnS), calamin (ZnCO3), Cd grenokit (CdS) Hg xinaba hay thần sa (HgS) Chúng thường tồn khống đa kim Riêng Hg tồn trạng thái đơn chất 12.2.2 Phương pháp điều chế 12.2.2.1 Điều chế Zn Nguyên liệu để điều chế Zn quặng sphalerit Đốt tinh quặng lò nhiều tầng nhiệt độ 700oC, quặng sunfua chuyển thành oxit khí SO2: 2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2 ZnO chế hoá theo hai phương pháp: nhiệt luyện thuỷ luyện + Phương pháp nhiệt luyện Chất khử cho ZnO C, nhiệt độ phản ứng 1200 – 1350oC: ZnO + C = Zn + 113 CO + Phương pháp thuỷ luyện: - Hòa tan ZnO thơ vào dung dịch H2SO4 lỗng - Loại tạp chất có ZnSO4 - Điện phân dung dịch ZnSO4 2ZnSO4 + 2H2O = 2Zn + O2 + 2H2SO4 Zn thu phương pháp có độ tinh khiết 99,99% 12.2.2.2 Điều chế Cd Cd thường tách tinh chế dung dịch ZnSO4 thu thuỷ luyện sau để thu Cd ta dùng phương pháp điện phân dùng Zn khử: CdSO4, FeSO4, CuSO4 CdSO4, CuSO4 Cd, Cu Bột Zn, H2SO4 Bột Zn MnO2, CaCO3 Cd Hình 12.1 Sơ đồ điều chế Cd - Phản ứng loại tạp chất FeSO4 FeSO4 + MnO2 + 2H2O = FeOHSO + Mn(OH)3 FeOHSO4 + CaCO3 + H2O = Fe(OH)3 + CaSO4 + CO2 12.2.2.3 Điều chế Hg o 700 800 C HgS O2 Hg SO o 600 700 C HgS Fe Hg FeS o t C 4HgS 4CaO 4Hg CaSO4 3CaS Hg làm cách rửa với dung dịch HNO3 20% Hg tinh khiết điều chế cách chưng cất chân không điện phân dung dịch muối 114 12.3 Tính chất lí, hố học ứng dụng Zn, Cd, Hg 12.3.1 Tính chất vật lí Zn, Cd, Hg kim loại màu trắng bạc, mềm dễ nóng chảy, đặc biệt Hg chất lỏng nhiệt độ thường Tỷ khối nhỏ so với kim loại tương ứng nhóm IB Bảng 12.2 Một số số vật lí quan trọng Zn, Cd, Hg tnco C Kim loại tsôio C Nhiệt thăng Tỉ khối Độ dẫn điện hoa, kJ/mol Zn 419,5 906 140 7,13 16 Cd 321 767 112 8,63 13 Hg -38,86 356,66 61 13,55 - Do mạng tinh thể ngun tố IIB khơng có electron d tham gia tạo liên kết kim loại Hơn Hg có cấu hình electron 6s2 bền, nên liên kết kim loại Hg cực yếu Vì điều kiện thường dạng lỏng - Khả dẫn điện, dẫn nhiệt nhiều so với kim loại nhóm IB chúng khơng có electron độc thân - Chúng dễ tạo hợp kim, hợp kim Hg gọi hỗn hống 12.3.2 Tính chất hố học + Tác dụng với đơn chất: - Cả kim loại tác dụng với phi kim đun nóng, đặc biệt Hg phản ứng với S I2 nhiệt độ thường Hg + S = HgS - Phản ứng với oxi: Xảy chậm nhiệt độ thường, xảy nhanh khoảng nhiệt độ 300 - 350oC, 400oC phản ứng xảy theo chiều nghịch o 300 350 C HgO Hg O 400o C + Tác dụng với hợp chất - Với nước: Zn + H2O = ZnO + H2 115 - Với Bazơ Chỉ Zn phản ứng với bazơ mạnh cho ion phức: Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2[Zn(OH)4] + H2 Zn cịn tan dung dịch NH3 tạo phức: Zn + 4NH3 + 2H2O = [Zn(NH3)4](OH)2 + H2 - Với axit HCl: Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 - Với axit HNO3 thật lỗng Zn khử HNO3 thành ion NH4+ 4Zn + 10HNO3 = 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O Hg cho NO Hg2(NO3)2: 6Hg + 8HNO3 loãng = 3Hg2(NO3)2 + 2NO + 4H2O - Với HNO3 đặc, nóng Cd + H2SO4 đặc, nóng = CdSO4 + SO2 + H2O Hg tác dụng với HNO3 đặc tạo NO2 Hg(NO3)2: Hg + 4HNO3 đặc, nóng = Hg(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O - Với H2SO4 đặc nóng: + Nếu thừa Hg sản phẩm SO2 Hg2SO4 + Nếu thừa axit sản phẩm SO2 HgSO4 12.3.3 Ứng dụng - Zn sử dụng để mạ vật liệu sắt, điều chế hợp kim, điện cực kỹ nghệ pin - Cd dùng hợp kim đồng để làm tăng độ bền chúng, làm điều chỉnh kỹ nghệ điện tử - Hg dùng làm điện cực âm kỹ nghệ điều chế NaOH, làm xúc tác cho nhiều phản ứng hữu 12.4 Hợp chất quan trọng Zn(II), Cd(II) Hg (II) Các hợp chất Zn2+, Cd2+ khơng thể tính oxy hố khử Cịn hợp chất Hg2+ thể tính oxy hố 12.4.1 Oxit: MO - HgO 116 - ZnO chất rắn màu trắng nhiệt độ thường có màu vàng đun nóng - CdO có màu từ vàng đến nâu gần đen tuỳ thuộc nhiệt độ - ZnO CdO chất khó nóng chảy, tonc ZnO 1950oC, CdO 1813oC, chúng thăng hoa mà không bị phân huỷ nhiệt độ cao Cả hai oxit không tan nước - Với axit: Chúng tác dụng nhanh với axit ZnO + 2HCl = ZnCl2 + 2H2O - Với bazơ: ZnO tan dung dịch kiềm, cịn CdO tan kiềm nóng chảy ZnO + 2NaOH + H2O = Na2[Zn(OH)4] ZnO + 2KOH (nóng chảy) = K2ZnO2 + H2O CdO + 2KOH (nóng chảy) = K2CdO2 + H2O - Cả hại oxit điều chế cách đốt cháy kim loại khơng khí nhiệt phân hiđroxit hay muối cacbonat, nitrat: o 170 300 C Cd(OH) CdO H O o 100 250 C Zn(OH) ZnO H 2O 12.4.2 Hiđroxit: M(OH)2 Zn(OH)2 kết tủa keo màu trắng, Cd(OH)2 trắng, Hg(OH)2 khơng tồn tại, phân huỷ vừa tạo thành Hg(NO3)2 + 2KOH = HgO + 2KNO3 + H2O Zn(OH)2 có tính lưỡng tính điển hình, dễ dàng tan axit kiềm Ngồi có khả tạo phức với NH3 Zn(OH)2 + 4NH3 = [Zn(NH3)4](OH)2 Cd(OH)2 thể tính lưỡng tính hơn, tan axit tan kiềm đặc 12.4.3 Muối ZnS: trắng; CdS: vàng; HgS: đen Các muối ăn Zn2+, Cd2+, Hg2+ hầu hết dễ tan, trừ muối cacbonat, oxalat, phosphat, sunfat HgI2 Các muối tan bị thuỷ phân phần hoà tan Sự thuỷ phân tăng từ muối Zn2+ đến Hg2+ 117 BÀI TẬP CHƯƠNG 12 Câu 1: Hãy giải thích Zn khơng tan nước điện cực Zn thấp điện cực H2 mơi trường trung tính Câu 2: Muốn cho H2 thoát nhanh cho Zn tác dụng với HCl phải làm nào? Giải thích Câu 3: a Trong mơi trường Zn thể tính khử mạnh hơn? b Zn có khă tan dung dịch ZnCl2 không? Câu 4: Một hỗn hợp gồm ZnO, CdO, HgO phương pháp tách oxit khỏi hỗn hợp, viết phản ứng xảy trình Câu 5: Phản ứng xảy cho dung dịch muối kim loại nhóm IIB tác dụng với dung dịch kiềm mạnh? Viết PTPƯ có Câu 6: a Viết PTPƯ thuỷ phân muối ZnCl2, Zn(NO3)2, ZnSO4 b Khi thuỷ phân Na2[Zn(OH)4] sản phẩm thu gì? Câu 7: Có sản phẩm tạo thành cho ZnCO3 tác dụng với dung dịch K2S? Giải thích PTPƯ Câu 8: a Có phản ứng xảy khơng cho Hg(NO3)2 tác dụng với dung dịch NaCl? b Tại muối HgCl2, Hg(CN)2 chất điện ly yếu? 118 Chương 13 CÁC NGUYÊN TỐ NHÓM IIIB VÀ CÁC NGUYÊN TỐ HỌ LANTAN 13.1 Trạng thái thiên nhiên phương pháp điều chế - Trong tự nhiên nguyên tố phân nhóm IIIB khơng tồn dạng khống riêng mà thường kèm với nguyên tố họ lantan phân tán quặng kim loại khác - Các quặng có ý nghĩa dùng làm nguyên liệu để sản xuất nguyên tố đất là: monazit bastnaesit - Hàm lượng vỏ trái đất: Sc (6.10-4%NT); Y (2,8.10-3); La nguyên tố họ lantan (6.10-3) - Một số nguyên tố họ lantan (Ce, Pr, Pm, …) sản phẩm phân rã hạt nhân urani lò phản ứng nguyên tử * Điều chế: - Điện phân muối nóng chảy - Để điều chế Sc, Y, La Ln người ta chuyển dạng oxit clorua sau dùng Ca khử điện phân nóng chảy muối 2LnF3 + 3Ca = 2Ln + 3CaF2 - Để điều chế Sc người ta sử dụng trình sau: o o H C2 O C,t HCl t ScSi 2O Sc 4O3 ScCl3 Sc (C 2O )3 Sc 2O3 13.2 Tính chất lí hóa học - Các kim loại nhóm IIIB kim loại họ lantan mềm dẻo, dễ dát mỏng, kéo thành sợi - Sc: có ánh vàng; Y La: có màu trắng bạc - Ở trạng thái đơn chất Sc, Y, La kim loại hoạt động, kim loại kiềm kiềm thổ - Trong khơng khí Sc Y khơng bị biến đổi La bị phủ lớp màng hidroxit - Phản ứng với hầu hết phi kim đun nóng - Sc khơng phản ứng với nước, La phản ứng với nước → H2 2La + 6H2O = 2La(OH)3 + 3H2 119 - Dễ tạo hợp kim với nhiều kim loại nấu chảy - Ở nhiệt độ thường nguyên tố đất tác dụng chậm với khơng khí khơ - Ở nhiệt độ cao nguyên tố đất cháy khơng khí - Eu Yb hồ tan dung dịch NH3 lỏng tạo dung dịch có màu xanh đen 13.3 Hợp chất nguyên tố nhóm IIIB lantanit (III) 13.3.1 Oxit Các nguyên tố đất có lực hố học lớn với oxi Các oxit với số oxi hoá +3 chất khơng màu có màu nhạt Kết tinh theo cấu trúc tinh thể đặc trưng Các oxit không tan nước nhiệt độ thường, bị tan đun nóng Sc2O3 + 3H2O = 2Sc(OH)3 Y2O3 + 3H2O = 2Y(OH)3 La2O3 + 3H2O = 2La(OH)3 Các oxit với số oxi hố +4 hợp chất có màu: CeO2 có màu vàng nhạt; PrO2 có màu tím Kết tinh theo hệ lập phương 13.3.2 Hidroxit Các hidroxit ngun tố đất có cơng thức chung Ln(OH)3 chất khó tan Lantan hidroxit bazơ mạnh, tính bazơ hidroxit dãy Lantan giảm số thứ tự nguyên tử tăng: Ce(OH)3 > Pr(OH)3 > > Lu(OH)3 Sc(OH)3 tan axit tan kiềm đặc hay nóng chảy Sc(OH)3 + 3HCl = ScCl3 + 3H2O Sc(OH)3 + 3NaOH = Na3[Sc(OH)6] Ce(OH)3 hidroxit dễ bị oxi hố oxi khơng khí thành Ce(OH)4 13.3.3 Muối + Muối sunfua: Các muối sunfua có cơng thức chung Ln2S3 LnS Riêng Ce hình thành Ce3S4 Nhiệt độ nóng chảy cao Kết tinh theo kiểu lập phương + Muối halogenua: Các florua có cơng thức chung LnF3 hợp chất khó tan Muối clorua dễ tan nước, hình thành hidrat dễ chảy rửa ngồi khơng khí 120 Khi đun nóng muối clorua chuyển thành oxi clorua có cơng thức chung LnOCl + Muối cacbonat: Phần lớn muối cacbonat không tan nước với cacbonat kim loại kiềm dư, chúng hình thành muối kép dễ tan KLa(CO3)2.6H2O + Muối oxalat: Hầu hết muối oxalat khó tan nước, chúng có ý nghĩa quan trọng trình tách nguyên tố đất 121 MỤC LỤC Lời mở đầu .2 Chương ĐẠI CƯƠNG VỀ KIM LOẠI 1.1 Kim loại, phi kim, bán kim, bán dẫn 1.1.1 Vị trí kim loại bảng tuần hoàn nguyên tố 1.1.2 Kim loại phi kim 1.1.3 Nguyên tố bán dẫn 1.2 Cấu trúc electron nguyên tử kim loại 1.3 Cấu trúc tinh thể phổ biến kim loại 1.3.1 Cách xếp chặt khít nguyên tử kim loại 1.3.2 Cấu trúc tinh thể kim loại thông thường 1.4 Liên kết kim loại tính chất lý học kim loại 1.4.1 Liên kết kim loại 1.4.2 Tính chất vật lý 1.5 Tính chất hóa học kim loại 10 1.5.1 Tác dụng với đơn chất 10 1.5.2 Với hợp chất 10 1.6 Trạng thái thiên nhiên 12 1.7 Phương pháp điều chế 12 1.7.1 Phương pháp nhiệt phân 12 1.7.2 Phương pháp thuỷ phân 13 1.7.3 Phương pháp điện phân 13 BÀI TẬP CHƯƠNG 15 Chương CÁC NGUYÊN TỐ KIM LOẠI KIỀM 2.1 Đặc điểm nguyên tử nguyên tố kim loại kiềm 17 2.2 Trạng thái thiên nhiên, phương pháp điều chế 17 2.2.1 Trạng thái thiên nhiên 17 2.2.2 Phương pháp điều chế 18 2.3 Tính chất lí, hố học ứng dụng 18 2.3.1.Tính chất lí học 18 2.3.2 Tính chất hố học 19 2.3.3 Ứng dụng 20 2.4 Điều chế, tính chất ứng dụng oxit, peoxit supeoxit 20 2.4.1 Điều chế 20 2.4.2 Tính chất vật lí 20 2.4.3 Ứng dụng 21 2.4.4 Natri peoxit: Na2O2 21 2.4.5 Kali supeoxit 21 2.4.6 Ozonit: MO3 22 2.5 Hiđroxit kim loại kiềm 22 2.5.1 Điều chế 22 122 2.5.2 Tính chất 22 2.5.3 Natri hidroxit: NaOH 23 2.6 Các muối clorua, cacbonat, nitrat kim loại kiềm 24 2.6.1 Muối clorua 24 2.6.2 Muối cacbonat 25 2.6.3 Muối nitrat 27 BÀI TẬP CHƯƠNG 28 Chương CÁC NGUYÊN TỐ KIM LOẠI KIỀM THỔ 3.1 Đặc điểm tính chất nguyên tử nguyên tố kim loại kiềm thổ 30 3.2 Trạng thái thiên nhiên, phương pháp điều chế 30 3.2.1 Trạng thái thiên nhiên 30 3.2.2.Điều chế .31 3.3 Tính chất lí - hóa học ứng dụng 31 3.3.1 Tính chất vật lí 31 3.3.2 Tính chất hố học 33 3.3.3 Ứng dụng 34 3.4 Các oxit, peoxit supeoxit kim loại kiềm thổ, canxioxit 35 3.4.1 Các oxit kim loại kiềm thổ: MO 35 3.4.2 Các peoxit (MO2) supeoxit (MO4) kim loại kiềm thổ 36 3.4.3 Hiđroxit kim loại kiềm thổ 38 3.4.4 Các muối clorua, cacbonat sunfat kim loại kiềm thổ 39 3.5 Nước cứng phương pháp làm mềm nước 44 3.5.1 Phân loại nước cứng 44 3.5.2 Phương pháp làm mềm nước 45 BÀI TẬP CHƯƠNG 46 Chương CÁC NGUYÊN TỐ KIM LOẠI NHÓM IIIA 4.1 Đặc điểm nguyên tử nguyên tố kim loại nhóm IIIA 47 4.2 Nhơm 47 4.2.1 Trạng thái thiên nhiên, phương pháp luyện nhôm 47 4.2.2 Tính chất lí – hố học ứng dụng nhôm 49 4.2.3 Các hợp chất quan trọng 50 4.3 Gali - Indi - Tali 52 4.3.1 Trạng thái thiên nhiên, phương pháp điều chế 52 4.3.2 Các hợp chất Ga, In Tl 53 BÀI TẬP CHƯƠNG 55 Chương CÁC NGUYÊN TỐ KIM LOẠI NHÓM IVA 5.1 Đặc điểm nguyên tử nguyên tố kim loại nhóm IVA 56 5.2 Trạng thái thiên nhiên phương pháp điều chế 56 5.3 Tính chất lí hoá học ứng dụng Ge, Sn, Pb 57 5.3.1 Tính chất vật lí 57 5.3.2 Tính chất hố học 57 123 5.3.3 Ứng dụng 59 5.4 Một số hợp chất Ge, Sn, Pb 59 5.4.1 Oxit Ge, Sn, Pb 59 5.4.2 Ăcquy chì 61 5.4.3 Hidroxit Ge, Sn, Pb 62 5.4.4 Chì octhoplombat: Pb2PbO4 hay Pb3O4 63 5.4.5 Muối Ge, Sn, Pb 63 BÀI TẬP CHƯƠNG 67 Chương KIM LOẠI NHÓM VA (Bi) 6.1 Trạng thái thiên nhiên phương pháp điều chế 68 6.2 Tính chất lí hố học ứng dụng 68 6.2.1 Tính chất lí học 68 6.2.2 Tính chất hố học 68 6.2.3 Ứng dụng 68 6.3 Hợp chất Bi 68 6.3.1 Oxit Bi2O3 69 6.3.2 Oxit Bi2O5 69 6.3.3 Bitmut hidroxit Bi(OH)3 69 6.3.4 Hợp chất muối Bi 69 Chương ĐẠI CƯƠNG VỀ KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP 7.1 Sơ lược phức chất 71 7.1.1 Định nghĩa 71 7.1.2 Cấu tạo phân tử phức chất 71 7.1.3 Phân loại phức chất 71 7.1.4 Cách gọi tên phức chất 71 7.1.5 Hiện tượng đồng phân 72 7.2 Định nghĩa nguyên tố chuyển tiếp 73 7.2.1 Định nghĩa 73 7.2.2 Cấu trúc electron vị trí kim loại chuyển tiếp bảng hệ thống tuần hoàn 74 7.2.3 Tính chất đặc trưng kim loại chuyển tiếp 74 7.3 Một số nhận xét so sánh với kim loại thuộc phân nhóm 78 Chương CÁC NGUYÊN TỐ NHÓM VIB (Cr, Mo, W) 8.1 Cấu trúc electron số đặc điểm chung 79 8.2 Nhận xét chung tính chất lí hố học Cr, Mo, W hợp chất chúng 79 8.3 Crom 80 8.3.1.Trạng thái thiên nhiên, phương pháp điều chế 80 8.3.2 Tính chất lí hóa học ứng dụng 81 8.3.3 Ứng dụng 81 8.4 Các hợp chất Crom 81 124 8.4.1 Hợp chất Cr(III) Oxit hiđroxit, muối 81 8.4.2 Một số hợp chất quan trọng Cr(VI) 82 BÀI TẬP CHƯƠNG VIII 84 Chương CÁC NGUYÊN TỐ NHÓM VIIB (Mn, Tc, Re) 85 9.1 Vị trí bảng tuần hồn, đặc điểm tính chất nguyên tử Mn, Tc Re 85 9.2 Trạng thái thiên nhiên 85 9.3 Phương pháp điều chế 85 9.4 Tính chất vật lí 86 9.5 Mangan 86 9.5.1 Trạng thái thiên nhiên phương pháp điều chế 86 9.5.2 Tính chất lí, hố học ứng dụng Mn 86 9.6 Các hợp chất Mn 87 9.6.1 Hợp chất Mn(II) 87 9.6.2 Hợp chất Mn(IV) 88 9.6.3 Hợp chất Mn(VII) 88 BÀI TẬP CHƯƠNG 90 Chương10 CÁC NGUYÊN TỐ NHÓM VIIIB (Họ sắt họ platin) 10.1 Đặc điểm tính chất nguyên tử nguyên tố họ sắt họ platin 91 10.2 Họ sắt 92 10.2.1 Sắt 92 10.2.2 Tính chất lí, hố học ứng dụng Fe 95 10.2.3 Các hợp chất quan trọng Fe 96 10.3 Coban, Niken 99 10.3.1 Trạng thái thiên nhiên, phương pháp điều chế 99 10.3.2 Tính chất lí, hóa học ứng dụng Co, Ni 99 10.3.3 Các hợp chất quan trọng Co Ni 101 10.4 Họ Platin 103 BÀI TẬP CHƯƠNG 10 104 Chương 11 CÁC NGUYÊN TỐ NHÓM IB (Cu, Ag, Au) 11.1 Vị trí bảng tuần hồn, đặc điểm tính chất nguyên tử nguyên tố nhóm IB 105 11.2 Trạng thái thiên nhiên, phương pháp điều chế, tính chất lí hóa học ứng dụng Cu, Ag, Au 105 11.2.1.Trạng thái thiên nhiên phương pháp điều chế 105 11.2.2 Tính chất lí, hố học ứng dụng 106 11.3 Hợp chất đồng (II) 108 11.3.1 Đồng (II) oxit: CuO 108 11.3.2 Đồng (II) hiđroxit: Cu(OH)2 109 11.3.3 Muối đồng (II) 109 125 11.4 Hợp chất bạc (I) 110 11.4.1 Bạc (I) nitrat: AgNO3 110 11.4.2 Bạc (I) halogenua: AgX 110 11.5 Hợp chất vàng 111 BÀI TẬP CHƯƠNG 11 112 Chương 12 CÁC NGUYÊN TỐ NHĨM IIB (Zn, Cd, Hg) 12.1 Vị trí bảng hệ thống tuần hồn, đặc điểm tính chất nguyên tử kẽm, cadimi, thuỷ ngân 113 12.2 Trạng thái thiên nhiên phương pháp điều chế 113 12.2.1 Trạng thái thiên nhiên 113 12.2.2 Phương pháp điều chế 113 12.3 Tính chất lí, hố học ứng dụng Zn, Cd, Hg 115 12.3.1 Tính chất vật lí 115 12.3.2 Tính chất hố học 115 12.3.3 Ứng dụng 116 12.4 Hợp chất quan trọng Zn(II), Cd(II) Hg (II) 116 12.4.1 Oxit: MO 116 12.4.2 Hiđroxit: M(OH)2 117 12.4.3 Muối 117 BÀI TẬP CHƯƠNG 12 118 Chương 13 CÁC NGUYÊN TỐ NHÓM IIIB VÀ CÁC NGUYÊN TỐ HỌ LANTAN 119 13.1 Trạng thái thiên nhiên phương pháp điều chế 119 13.2 Tính chất lí hóa học 119 13.3 Hợp chất nguyên tố nhóm IIIB lantanit (III) 120 13.3.1 Oxit 120 13.3.2 Hidroxit 120 13.3.3 Muối 120 126 LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Tinh Dung (2003), Hóa học phân tích, phần 2, Các phản ứng ion dung dịch nước, NXB giáo dục, Hà Nội [2] Nguyễn Thế Ngơn (2004), Hóa học vơ tập 2, NXB Đại học Sư phạm, Hà Nội [3] Hoàng Nhâm (2000), Hóa học vơ tập 2, NXB Giáo dục, Hà Nội [4] Hồng Nhâm (2001), Hóa học vơ tập 3, NXB Giáo dục, Hà Nội [5] Nguyễn Đức Vận (1983), Bài tập hóa học vơ cơ, NXB Giáo dục, Hà Nội [6] Wikipedia: thiết bị điện phân dung dịch NaCl, sản xuất gang,thép, cấu trúc tinh thể hợp chất 127 ... 2Na2O2 + 2H2O = O2 + 4NaOH - Ở nhiệt độ thấp: tạo nước oxi già: Na2O2 + 2H2O = H2O2 + 2NaOH - Tác dụng với CO2: giải phóng O2, có nước tạo H2O2: Na2O2 + CO2 = Na2CO3 + 1/2O2 Na2O2 + H2O + CO2... supeoxit 2. 4.5.1 Điều chế K + 2KNO3 = 3KO2 + N2 2. 4.5 .2 Tính chất - KO2 chất hút ẩm mạnh Nó dễ bị phân huỷ H2O, CO2 dung dịch axit: 2KO2 + 2H2O = 2KOH + H2O2 + O2 4KO2 + 2CO2 = K2CO3 + 3O2 2KO2 + H2SO4... MO2 cho hidroxit tương ứng tác dụng với H2O2 o 100 130 C M(OH )2 + H2O2 → Hiđrat tinh thể: MO2.8H2O MO2 PTPƯ: Ca(OH )2 + H2O2 + 6H2O = CaO2.8H2O → CaO2.8H2O CaO2 + 8H2O Riêng SrO2 BaO2