Cho biết cấu hình e hóa trị và giải thích việc hình thành lk 3 1σ 2π, năng lượng liên kết của nguyên tử N2, từ đó cho biết tính chất của phân tử N2.. Vẽ và giải thích cấu tạo của phân tử
Trang 11 Cho biết cấu hình e hóa trị và giải thích việc hình thành lk 3 (1σ 2π), năng lượng liên kết của nguyên tử N2, từ đó cho biết tính chất của phân tử N2.
- N2: ta có cấu hình e: 1s22s22p3, có 5 e lớp ngoài
cùng
- Mỗi nguyên tử nito có 5 e hóa trị nên phân tử N2
có 10 e hóa trị
- Theo pp MO, N2 có cấu hình e như sau: σ 2
2s < σ *2
2s < σ 2
pz < π 2
px =p 2 py
- Độ bộ liên kết N=(8-2)/2=3 nên phân tử N2 có
liên kết 3
- Theo quan điểm liên kết VB, xem 3 điện tử độc
thân 2p3 đã góp chung tạo ra 3 liên kết gồm 1σ và 2π dẫn đến N2 rất bền, năng lượn liên kết N = N là 942kJ/mol bền gấp 6 lần liên kết N-N(lk N-N có mức năng lượng lk là 169kJ/mol) độ dài liên kết N = N là 1,095A0
* Tính chất:
+ Vật lý: N2 không màu, không mùi, nhẹ hơn không khí và không duy trì sự sống Nhiệt độ nóng chảy -210oC, nhiệt độ sôi -195,8oC Ít tan trong nước và dung môi hữu cơ Ở trạng thái rắn, N2 tồn tại ở dạng thù hình: lập phương và lục phương
+ Hóa học: -là nguyên tố phi kim điển hình
- Trong hợp chất, N có thể ở trại thái lai hóa sp3, sp2 hoặc sp Trạng
thái sp2, sp bền vững nhờ liên kết π Mức oxh của nitơ là: -3, 0, 1, 2, 3, 4,5
- Là chất khí trơ, nhưng ở nhiệt độ cao thì nó hoạt động mạnh hơn nhờ có chất xúc tác
- Nhiệt độ thường, N2 không phản ứng với axit, halogen, S, chỉ tác dụng trực tiếp với Li tạo ra liti nitrua
6Li + N2 =2Li3N
- Khi được hoạt hóa (bằng nhiệt độ, xúc tác, phóng điện hay bức xạ ion), N2 thường tham gia phản ứng với vai trò là chất oxi (trừ phản ứng vs flo và oxi mới thể hiện tính khử)
2000 o C, Pt/MnO2 N2 + O2 2NO
Phóng điện
2N2lỏng + 3O2lỏng 2N2O3
Phóng điện
800 – 1200 o C
Xt, nhiệt độ
2 Vẽ và giải thích cấu tạo của phân tử NH3 theo thuyết lk hóa trị lai hóa, từ
đó đưa ra kết luận về tính phân cực của phân tử Nh3, giải thích khả năng ion hóa không khí ở trạng thái lỏng của Nh3
Trang 2- Cấu tạo: phân tử Nh3 có cấu tạo hình chóp, đáy là một tam giác đều trong đó nguyên tử N ở đỉnh hình chóp, 33 nguyên tử H ở các đỉnh của đáy tam giác đều
- Góc liên kết: HNH = 107,3o; độ dài liên kết N-H, dN-H = 1,014A0, Elk trung bình = 185KJ/mol
- Theo VB: trong NH3, N ở trạng thái lai hóa
sp3 và dùng 3AO sp3( mỗi AO sp3 có 1 e hóa trị)
để liên kết vs 3 nguyên tử H, nên N còn đôi điện tử chưa liên kết
- Kết luận phân cực: NH3 phân cực với momen lưỡng cực μ = 1,48D (nhỏ hơn so với H2O)
- giải thích khả năng tự ion ở trạng thái lỏng: + Nh3 lỏng cũng tự điện ly như H2O (tự ion hóa)
NH3 + NH3 NH4+ + NH2
k = [NH4+][NH2-] = 2x10-33 <<
+ Tương tự H2O những chất nào khi tan trong Nh3 lỏng mà làm tăng [NH4+] là
axit và tăng [NH2-] là bazơ
+ NH4+ là axit yếu trong nước, mạnh trong NH3 lỏng
+ NH2- là bazơ yếu trong nước, mạnh trong NH3 lỏng
3 giải thích tính tan của Nh3 trong H2O bằng việc hình thành lk hidro giữa phân tử Nh3 và H2O
- Nước là dung môi phân cực, do oxy có độ âm điện lớn hơn H nên trong phân
tử nước O tích điện âm, H tích điện dương
- Nh3 cũng phân cực mạnh, trong phân tử N có 2 e chưa sử dụng và độ âm điện lớn nên tích điện âm, H tích điện dương
- Khi NH3 gặp H2O thì đầu âm của phân tử này hút đầu dương của phân tử kia làm cho các phân tử NH3 phân tán vào trong H2O, nên Nh3 tan trong H2O Sở
dĩ Nh3 tan nhiều là vì kiên kết hidro giữa NH3 và H2O khá mạnh
- Tuy nhiên khi tan vào trong nước rồi Nh3 mới nhận proton của nước theo phương trình
NH3 + H2O NH4+ + OH
-4 Viết phản ứng NH 3 kết hợp với ion H + trong H 2 O tạo thành ion NH 4 + và giải thích ì sao dung dịch có tính bazơ yếu:
NH3 + H2O NH4+ + OH -Khi tan trong H2O, một phần nhỏ NH3 kết hợp với ion H+ của nước tạo thành ion amoni NH4+, và ion OH
-ion OH- làm cho dung dịch có tính bazơ, tuy nhiên so với dung dịch kiềm mạnh cùng nồng độ thì nồng độ OH- do NH3 tạo thành nhỏ hơn nhiều nên dung dịch
có tính bazơ yếu
5+6 Viết phương trình phản ứng thể hiện tính khử của amoniac ở đk
thường hoặc khi có chất xúc tác Pt hay hợp kim Pt-Rh ở 800-900 o C
- Khi đốt NH3 trong oxi cho ngọn lửa màu vàng tạo ra khí N2 và H2O
Trang 34NH3 + O2 2N2 + 6H2O
- khi có chất xúc tác Pt hay hợp kim Pt-Rh ở 800-900oC thì khí NH3 bị O2 trong không khí oxh thành nitơ oxit
800-900 o C
7 Hãy trình bày phản ứng thế của NH 3 với kim loại hoạt động.
- Ở nhiệt độ cao, những nguyên tử H trong NH3 được lần lượt thay thế bằng những kim loại hoạt động tạo thành amidua (chứa nhóm NH2-), midua(chứa nhóm NH2-) và nitrua (chứa nhóm N3-)
2Li + 2NH3 2LiNH2 + H2
350 o C
to >600 o C
to >600 o C
8 Hãy trình bày tổng hợp (viết pt) aminiac từ N 2 và H 2 Giải thích các điều kiện tối ưu của phản ứng dựa vào nguyên lý Le Chatelier
xt,t o , p
N2 + 3H2 2NH3
- N2 tác dụng với H2 ở nhiệt độ trên 400oC, áp suất cao và có chất xúc tac là bột
Fe, Pt Đây là phản ứng thuận nghịch và tỏa nhiều nhiệt
- Theo nguyên lí Le Chatelier, nếu nửa thuận của một phản ứng có tính tỏa nhiệt, thì Keq sẽ giảm khi nhiệt độ tăng
ở đây khi N2 tác dụng với H2 phản ứng tỏa rất nhiều nhiệt nên Keq sẽ giảm
- Tương tự đối với áp suất Chất xúc tác không ảnh hưởng gì đến phản ứng tại thời điểm cân bằng chất xúc tác không thể thay đổi Keq, nhưng có thể tăng tốc
độ đạt tới cân bằng Đây là chức năng cơ bản của chất xúc tác
- Vì vậy, N2 tác dụng với H2 cần xúc tác là Pt và bột Fe giúp phản ứng xảy ra nhanh hơn
9 Viết phương trình điều chế amoniac trong phòng thì nghiệm từ muối amoni và vôi tôi
- Trong phòng thí nghiệm, khí NH3 bằng cách đun sôi dd đậm đặc của amoniac hoặc cho nước vôi trong tác dụng với muối amoni:
2NH4Cl + Ca(OH)2 = 2NH3 +CaCl2 + 2H2O Khí NH3 được làm khô bằng KOH rắn or CaO mới đun
10 Vì sao Hydrazyn được dùng làm nhiên liệu trong tên lửa, viết pthh chứng minh:
- Vì khi cháy trong không khí, hydrazyn phát ra nhiều nhiệt nên được dùng làm nhiên liệu cho tên lửa
- PTHH: N2H4(l) + O2(k) = N2(k) + 2H2O(l) ΔHo = -705 kJ/mol
Trang 411 Hãy viết phương trình hóa học thể hiện tính khử và Oxh hóa của NO (về các số oxh khác nhau):
- Tính ôxy hóa: khi gặp chất khử mạnh như kim loại hoạt động, kim loại
kiềm,kiềm thổ hay những hợp chất như H2S
2NO +2H2S = N2 + 2S + 2H2O 2NO + SO2 = N2O + SO3
- Tính khử: khi phản ứng với chất ôxy hóa mạnh như O2, halogen…
2NO + O2 = 2NO2 2NO + Cl2 = 2NOCl
12 Hãy viết phương trình hóa học thể hiện tính khử, Oxh hóa và tính tự oxh-khử của NO 2 :
- Tính OXH:
NO2 + SO2 = SO3 + NO
NO2 + CO = CO2 + NO
- Tính khử:
2NO2 + O3 = N2O5 + O2
2NO2 + 1/2O2 + H2O = HNO3
- Tự oxh-khử:
2NO2 + H2O = HNO2 + HNO3
2NO2 + 2KOH = KNO2 + KNO3
13 Hãy viết PƯHH giải thích kết quả phản ứng khi cho Pb tác dụng với HNO 3 đậm đặc và HNO 3 loãng
- Cùng một kim loại mà dùng HNO3 loãng cho ra NO còn HNO3 đặc lại cho ra NO2
3Pb + 8HNO3 = 3Pb(NO3)2 + 2NO + 4H2O
Pb + 4HNO3 = Pb(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
Giải thích: sản phẩm ban đầu là axit HNO2 axit này không bền nên phân hủy
Khí NO2 tác dụng với nước trong dung dịch tạo thành HNO3 và NO
NO2 + H2O HNO3 + NO Khi nồng đồ axit tăng (đặc), thì cân bằng chuyển dịch sang trái, tạo NO2 còn khi nồng độ axit giảm (loãng) thì cân bằng chuyển dịch sang phải, tạo ra NO Do đó khi HNO3 loãng thì cho NO còn khi HNO3 đặc thì cho NO2
14 Viết phản ứng hóa học thể hiện sự tự ion hóa của HNO 3 tinh khiêt:
- Axit nitric tinh khiết tự ion hóa: 2HNO3 ↔ NO2 + + NO3- + H2O
15 Viết phản ứng hóa học thể hiện sự tự ion hóa của HNO 3 trong dung môi
H 2 O và các dung môi khác.
- Trong nước (dung môi cho proton kém hơn axit)
HNO3 + H2O = H3O+ + NO3
Trong dung môi có khả năng cho proton mạnh hơn như H2SO4, HClO4 thì
HNO3 phân ly cho ion nitroni NO2+
Trang 54HNO3 + 2H2SO4 ↔ 4NO2+ + 2HSO4- + H3O+
HNO3 + 2HClO4 ↔ NO2+ + 2ClO4- + H3O+
16 Viết phương trình điều chế HNO 3 từ NH 3 trong công nghiệp:
Trong công nghiệp axit nitric được điều chế từ amoniac Gồm các giai đoạn sau:
- Ôxy hóa NH3 thành NO nhờ ôxy tinh khiết hay không khí dư, xúc tác là hợp kim Pt chứa 10% Rh, áp suất thường hay 3-8 atm, nhiệt độ 800-900oC
4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O
- Cho NO kết hợp với ôxy không khí thành NO2 rồi cho NO2 tan vào trong nước
2NO + O2 = 2NO2 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
17 Nêu thành phần và viết phương trình phản ứng gây cháy nổ của thuốc
nổ đen:
- Hỗn hợp của KNO3 và các chất hữu cơ sẽ cháy dễ dàng và mãnh liệt Hỗn hợp gồm 75% KNO3, 10% S và 15% than là thuốc súng đen
2KNO3 + S + 3C = K2S + 3CO2 + N2
18a Hãy cho biết các dạng thù hình của và tính chất vậy lý của P:
- Photpho trắng:
+ Khối trong suốt như sáp và có mạng lập phương Kiến trúc của mạng lưới
bao gồm những phân tử P4 liên kết với nhau bằng lực Van der Walls Trạng thái hơi và trạng thái dung dịch cũng bao gồm những phân tử P4
+ P trắng không tan trong nước nhưng tan nhiều trong các dung môi hữu cơ; rất độc, gây bỏng nặng khi rơi vào da; bốc cháy trong khí ở nhiệt độ trên 40oC, bảo quản bằng cách ngâm trong nước Ở nhiệt độ thường, P trắng phát quang màu lục nhạt trong bóng tối
P
P P
P
60
- Photpho đỏ (hay còn gọi là tím):
- P đỏ là chất bột màu đỏ có cấu trúc polime, khó nóng chảy và khó bay hơi hơn
P trắng; không tan trong các dung môi hữu cơ thông thường, dễ hút ẩm và chảy rữa, bền trong không khí ở nhiệt độ thường và không phát quang trong bóng tối Chỉ bốc cháy ở nhiệt độ trên 2500c Khi đun nóng không có không khí, P đỏ chuyển thành dạng hơi, khi làm lạnh thì hơi của nó ngưng tụ lại thành P trắng
Trang 6- Photpho đen cũng là chất ở dạng polymer, mỗi nguyên tử P liên kết với ba
nguyên tử P xung quanh bằng liên kết CHT, tạo cấu trúc lớp tương tự than chì Photpho đen bền hơn P trắng, không độc
18b Vì sao P có độ âm điện nhỏ hơn N nhưng hoạt động mạnh hơn N (đặc biệt là P trắng):
- Vì:
+ Liên kết P-P trong phân tử P4 kém bền
+ P có thể ở trạng thái kích động với 5 e độc thân
18c Hãy cho biết phản ứng khử của P với oxi ở điều kiện thường và khi được đốt nóng ở nhiệt độ cao:
Nhiệt độ thường:
19 Giải thích tính tan của Orthophotphoric trong nước:
- Axit H3PO4 tan nhiều trong nước nhờ tạo nên liên kết hydro giữa H3PO4 với H2O
HO
HO
20 Viết phản ứng (dạng CTCT) tạo ra axit di-photphoric và axit
tetramethaphotphoric từ H 3 PO 4 Viết rõ điều kiện phản ứng và tên gọi
Trang 721 Giải thích khả năng xác định niên đại hóa thạch của đồng vị 14 C:
- 14CO2 trong không khí cây xanh tinh bột người và súc vật đồng hóa nên
có số lượng cân bằng trong không khí Khi chết ngừng đồng hóa và bị phân hủy
xác định niên đại hóa thạch
22 Hãy cho biết tên tiếng Việt các loại than đá, phương pháp và xác định nhiệt trị, thế nào là nhiệt trị thấp, nhiệt trị cao Công thức tính toán chung
- Than anthraxit (anthra cite-coal): than mỡ
- than cốc
- Than á bitum than nâu
- than non
- Than bùn
- đá phiến và cát chứa dầu
- than bitum (than nhựa đường: bitumnous-coal
* Cách xác định nhiệu trị: những giá trị về nhiệt trị có thể được chia thành
những phần dựa trên cơ sở những tính toán từ các giá trị riêng biệt đã biết của các cấu tử và những phần thu được qua việc xác định trực tiếp hay gián tiếp trên các máy đo thích hợp
* Nhiệt trị theo tính toán: Đối với than nhiệt trị có thể được tính toán trên cơ sở các nguyên tố hay trên các cấu tử gần đúng Đối với dầu, việc tính toán dựa trên
cơ sở các nguyên tố thành phần Đối với khí trên cơ sở các giá trị, của các cấu tử khí riêng biệt có thể cháy
- Nhiệt trị cao là nhiệt trị có kể đến cả lượng nhiệt khi ngưng tụ hơi nước trong sản phẩm cháy Qc=Qth + r (M+9H) r=2453kJ/kg
- Nhiệt trị thấp là nhiệt trị không kể đến lượng nhiệt ngưng tụ hơi nước trong sản phẩm cháy
23 Hãy cho biết cấu hình e lớp hóa trị C, hiện tượng lai hóa (có vẽ hình) và
từ đó giải thích cấu trúc và tính chất của kim cương Cho biết số mắt Z của mạng ô lập phương tâm diện xếp chặt của kim cương
- Cấu hình e lớp hóa trị C: [He]2s22p2
- Kim cương: tinh thể nguyên tử bền vững cấu tạo đều, liên kết cộng hóa trị lai
hóa sp3 tạo nên 4(AO) trên 4 đỉnh của 1 tứ diện đều, mỗi nguyên tử liên kết σ
bền vững với 4 C khác
Khối lượng riêng 3,51 g/cm3
Độ cứng cao nhất (10 Mohs)
Trong suốt không màu, khúc xạ mạnh nên làm đồ trang sức đắt tiền
Tất cả 4 e- hóa trị đều tham gia lk C-C vùng hóa trị lấp đầy e- chênh lệch
ΔE = 5,7 eV giữa vùng dẫn và vùng hóa trị chất cách điện
Các nguyên tử cacbon chiếm đồng thời mọi vị trí của mạng lập phương tâm diện F và một nửa số hổng tứ diện của nó
Trang 824 Hãy cho biết cấu hình e lớp hóa trị C, hiện tượng lai hóa (có vẽ hình)
và từ đó giải thích cấu trúc và tính chất mềm, dẫn nhiệt và dẫn điện tốt của than chì?
Than chì (graphit): nguyên tử C ở trạng thái lai hóa sp2, các orbital nằm trên cùng một mp tạo góc 120o
Tạo thành từng lớp chồng lên nhau, liên kết Van der Waals mềm
Mỗi nguyên tử C trên cùng lớp có một e- chứa ghép đôi ở orbital 2p không tham gia lai hóa, tạo lk π với 1 trong 3 nguyên tử C bao quanh, không định vị, linh động như trong kim loại, dễ chuyển từ vùng hóa trị sang vùng dẫn than chì dẫn nhiệt và dẫn điện tốt
25 Hãy cho biết các dạng thù hình cấu trúc nano của C?
theo kiểu tam giác, tạo thành các hình cầu rỗng (trong số đó nổi tiếng và đơn giản nhất là buckminsterfulleren)
Ceraphit (bề mặt cực kỳ mềm) Cấu trúc chưa rõ
tựnhư kim cương, nhưng tạo thành lưới tinh thể lục giác
Cacbon xốp nano (lưới cực nhẹ từ tính) Cấu trúc: lưới mật độ thấp của các bó
có cấu trúc giống như graphit, trong đó các nguyên tử được liên kết theo kiểu tam giác trong các vòng 6 hay 7 thành viên
Trang 9Cacbon ống nano (các ống nhỏ) Cấu trúc: mỗi nguyên tử liên kết theo kiểu tam giác trong tấm cong để tạo thành ống trụ rỗng
Thù hình xốp nano đã được phát hiện và nó là một vật liệu sắt từ
26 Viết PƯHH thể hiện tính chất khử của C khi tác dụng vs O 2 tại các điều kiện nhiệt độ khác nhau
600-700 o C
>1000 o C
>1000 o C
t<600oC: sản phẩm chủ yếu là CO2
t>800oC: sản phẩm chủ yếu là CO (80%)
nhiệt độ càng cao thì CO càng bền và tính khử càng cao
27 Hãy viết phản ứng canxi cacbua khi thủy phân cho ra axetilen
CaC2 CaC2 + 2H2O Ca(OH)2 + C2H2
CaC2 + 2HCl CaCl2 + C2H2
28
a Phản ứng điều chế CO 2 bằng cách lên men rượu từ glucozo?
lên men
C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2
b Giải thích hiệu ứng nhà kính:
Hiệu ứng nhà kính là hiệu ứng làm cho không khí của Trái đất nóng lên do bức
xạ sóng ngắn của Mặt trời có thể xuyên qua tầng khí quyển chiếu xuống mặt đất; mặt đất hấp thu nóng lên lại bức xạ sóng dài vào khí quyển để CO2 hấp thu làm cho không khí nóng lên
c Viết phản ứng muối KCN tác dụng với CO và H 2 O trong không khí
d Viết phản ứng chế tạo ra ure từ CO 2 và amoniac
Phản ứng với amoniac tạo muối amonicacbamat
đk thường CO2(khô) + NH3 O=C(ONH4)(NH2)
Muối trên không bền tạo thành urê
200atm, 180 o C O=C(ONH4)(NH2) O=C(NH2)2 + H2O
e Viết phản ứng điều chế CO 2 trong phòng TN
CaCO3 + HCl CaCl2 + CO2 + H2O
f Nêu khả năng tạo phức lớn của CO vs nguyên tố d và ứng dụng của nó để điều chế kim loại tinh khiết (VD)
Trang 10- Giải thích khả năng tạo phức của CO: Sự tạo thành phức lớn theo liên kết cho-nhận nhờ các cặp e tự do trong phân tử CO đặt vào các obitan còn trống trong các kim loại nhóm d tạo nên liên kết xích ma do đó CO dễ tạo phức với các
VD: Niken tetracacbonyl 5CO + Nir Ni(CO)5
Dùng để điều chế KL tinh khiết:
Ni(bột) + 5CO =60oC Ni(CO)5 phân hủy Ni(CO)4 200oC Ni + 4CO
Cr + 6CO =to Cr(CO)6
29 Cho biết sơ đồ biến đổi thù hình của SiO 2