Hóa vô cơ Chương 5: Nguyên tố nhóm IVA

CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA E... Có khả năng tạo mạch dài E-E, giảm dần từ C  Pb CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA E... 2.3 Trạng thái tự nhiên và điều chếCHƯƠNG V: CÁC NG

CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E)

142 – 167[3] – Phần II, Chương

2: trang 129 – 178[4] – Chapter 14: page

426 – 484

NHẬN XÉT CHUNG

- Cấu hình electron hóa trị: ns2np2.

- Σ I khá lớn  không thể mất 4e để tạo nên ion +4.

- χ chưa đủ lớn  không thể nhận 4e để tạo ion -4.

- ⇒ Các hợp chất có số oxi hóa -4, +2, +4 tạo nên

những cặp e dùng chung, có bản chất liên kết CHT.

- Thể hiện tính oxi hóa và khử.

- C  Pb: Tính oxihóa , tính khử ; HC (+4), (+2)

- C, Si là phi kim – Ge lưỡng kim – Sn, Pb là kim loại.

Có khả năng tạo mạch dài E-E, giảm dần từ C  Pb

CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E)

I ĐƠN CHẤT

1 Cacbon

1.1 Tính chất vật lý

2000 4000 60.000 120.000

2800o

K atm Pt

Cacbin Graphit





Kim cương (a);

2 Silic

2.1 Tính chất vật lý

Có hai dạng thù hình:

- Thù hình tinh thể lập phương – sp3, bền:

 chất rắn có mạng tinh thể giống kim cương;

 rất cứng, khó nóng chảy, khó bay hơi;

 có màu xám, ánh kim;

 có tính bán dẫn kiểu p và kiểu n (E = 1,12 eV)

- Thù hình vô định hình lập phương – sp2 (giống

grafit), kém bền hơn

2.3 Trạng thái tự nhiên và điều chế

CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E)

3 Gecmani, thiếc, chì

- Ở nhiệt độ thường, bền trong không khí và

nước Ở nhiệt độ cao, hoạt động hơn:

2Pb + O2  2PbO

- Ge không tác dụng với kiềm, chỉ tác dụng với axit có tính oxi hóa mạnh (vd HNO 3 )

Ge + 4HNO3  H2GeO3 + 4NO + 2H2O

- Sn, Pb tác dụng với axit và kiềm như kim loại

3Pb + 8HNO3 loãng  3Pb(NO3)2 + 2NO + 4H2O

Sn + 2NaOH + 2H2O  Na2[Sn(OH)4] + H2

II HỢP CHẤT

1 Các hợp chất của cacbon

1.1 Hợp chất C (-4) – Cacbua

- Cacbua phi kim: CxHy, SiC, B4C3 (cacbua CHT)

- Cacbua kim loại, gồm:

 Cacbua ion: chất tinh thể; khó nóng chảy;

bị nước, axit phân hủy tạo thành sản phẩm:

• CH 4 , gọi là cacbua metanit (Be2C, Al4C3);

Be2C + 4H2O  2Be(OH)2 + CH4

CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E)

• C 2 H 2 , gọi là cacbua axetylenit – cacbua KL

nhóm I và II (Ag2C2, CaC2…)CaC2 + 2HCl  CaCl2 + C2H2

• C2H2 & CxHy, gọi là cacbua axetylen và

hydro cacbon khác (YC2, LaC2, Ce2C3 )

2LaC2 + 6H2O  2La(OH)3 + C2H2 + C2H4

 Cacbua xâm nhập: cacbua nguyên tố d: TiC,

W2C, Fe3C, VC0,58-1,0 …  có ánh kim, dẫn điện, dẫn nhiệt, rất cứng, bền nhiệt, bền hóa

3WC + 9HNO + 18HF  3HWF + 3CO + 9NO + 12H O

1.2 Hợp chất C (+2): CO; HCN; CN

-Có một số tính chất giống N 2 :

 khí không màu, không mùi, khó hóa lỏng, khó

hóa rắn, ít tan trong nước, rất bền nhiệt;

 kém hoạt động ở nhiệt độ thường

 CO

CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E)

700 oC nổ

Khác với nitơ, CO:

 độc;

 ở nhiệt độ cao khả năng khử tăng lên:

2CO + 1O2  2CO2 , H0 = -283 kJ/mol

 CO được dùng làm nhiên liệu

3CO + Fe2O3  2Fe + 3CO2

CO + Cl2  COCl2 (chiếu sáng hoặc 500 oC)

Photgen: rất độc

 tạo phức cacbonyl với kim loại chuyển tiếp:

Fe + 5CO  [Fe(CO)5] (100–200 oC, 150 at)

Ni + 4CO  [Ni(CO)4] (50 oC)

Cr + 6CO  [Cr(CO)6] (t0, p)

 Dễ bị nhiệt phân giải phóng KL: tinh chế KL

- HCN tan vô hạn trong nước (Ka HCN = 2.10-9),

rượu, ete; chỉ MeCN và M(CN)2 tan trong nước;

1.3 Hợp chất C (+4): CO 2 ; H 2 CO 3 ; HCO 3 ; CO 3

- Khí không màu, có vị chua;

- Dễ hóa lỏng, hóa rắn (đá khô);

- Không cháy và không duy trì sự cháy

 Chữa cháy, trừ trường hợp cháy kim loại như

Al, Zn, Mg:

4Al + 3CO2  2Al2O3 + 3C

- Oxi axit: CO2 + 2NaOH  Na2CO3 + H2O

- Anhydrit cacbonic: CO2 + H2O ⇌ H2CO3

CO 2 :

- Gây hiệu ứng nhà kính

CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E)

- H2CO3 là axit 2 lần và là axit rất yếu:

- H2C2O4: axit 2 lần và là axit trung bình Ka1 = 10-1,23

CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E)

2 Các hợp chất của silic

2.1 Hợp chất Si (-4) – Silixua

- Các silixua có liên kết cộng hóa trị, ion, kim loại

- Hydro silixua gọi là silan, công thức SinH2n+2

- Silixua là những chất bán dẫn

- Silixua của nguyên tố s, d nhóm I, II bị nước và

axit thủy phân:

Ca2Si + 4HCl  SiH4 + 2CaCl2

CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E)

- SiO2 bền về mặt hóa học, chỉ tác dụng:

 với F2, HF (khí và dung dịch) ở điều kiện thường

SiO2 + 2F 2  SiF 4 + 2O

SiO2 + 4HF(k)  SiF 4 + 2H 2 O

 tan trong kiềm hay cacbonat kiềm nóng chảy

SiO2 + 2NaOH  Na2SiO3 + H2OSiO2 + Na2CO3  Na2SiO3 + CO2

- Các axit silixic có công thức chung xSiO2.yH2O

H 2 SiO 3 :

CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E)

- Là axit yếu (Ka = 10-10) Không tan trong nước

- Khi mất nước  silicagen (SiO2 mịn): dùng làm

chất hút ẩm, chất hấp phụ

Muối silicat:

- Chỉ Me2SiO3 tan trong nước nóng (được gọi là thủy tinh tan), khi tan bị thủy phân tạo dd kiềm yếu.

Me2SiO3 + 2H2O ⇌ H2SiO3 + 2MeOH

- Dung dịch Na2SiO3 đậm đặc được gọi là thủy tinh lỏng Được dùng để chống cháy cho gỗ, vải; làm hồ

dán thủy tinh, sứ

Vật liệu silicat:

- Thủy tinh: công thức gần đúng Na2O.CaO.6SiO2;

bị ăn mòn bởi dung dịch kiềm, F2, HF; bị thủy

phân tạo dung dịch kiềm yếu:

Na2O.CaO.6SiO2 + 8H2O ⇌ 2NaOH + Ca(OH)2 + 6H2SiO3

- Đồ gốm: gạch, ngói, gạch chịu lửa, sành, sứ, men.

- Ximăng: gồm chủ yếu Ca3(AlO3)2, Ca3SiO5, Ca2SiO4

CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E)

3 Các hợp chất của gecmani, thiếc, chì

3.1 Hợp chất oxi (EO) và hydroxit (E(OH) 2 )

- Đều ít tan trong nước

- Có tính lưỡng tính, tính bazo tăng dần từ Ge  Pb

Sn(OH)2 + 3HCl đặc  H[SnCl3] + 2H2OSn(OH)2 + NaOH đặc  Na[Sn(OH)3]

PbO + 2HNO3 loãng  Pb(NO3)2 + H2OPbO + 2NaOH đặc + H2O  Na2[Pb(OH)4]

- Có tính khử đặc trưng:

3Sn(OH)2 + 12NaOH đặc + 2Bi(NO3)3 

3Na2[Sn(OH)6] + 2Bi + 6NaNO36PbO + O2  2(Pb2II PbIV)O4

- Tính oxi hóa yếu:

2PbO + PbS  3Pb + SO2SnO + H2  Sn + H2O

CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E)

3.2 Hợp chất oxi (EO 2 )

- GeO2 ít tan trong nước; SnO2 và PbO2 không tan

- Có tính lưỡng tính, tan trong kiềm dễ hơn axit:

EO2 + 2KOH + 2H2O  K2[E(OH)6]

- Chỉ PbO2 không bền nhiệt:

- Tính oxi hóa đặc trưng, tăng dần GeO2  PbO2:

3PbO2 + 2Cr(OH)3 + 10KOH  2K2CrO4 + 3K2[Pb(OH)4] + 2H2O