Hóa vô cơ Chương 5: Nguyên tố nhóm IVA

CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E) Chương V nvhoa102@gmail.com CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E) NỘI DUNG TÀI LIỆU NHẬN XÉT CHUNG [1] – Tập 2, Chương 5: trang 99 – 160 I ĐƠN CHẤT II HỢP CHẤT CÓ SỐ OXH (-4) III HỢP CHẤT CÓ SỐ OXH (+2), (+4) IV VẬT LIỆU SILICAT Chương V [2] – Chương 6: trang 142 – 167 [3] – Phần II, Chương 2: trang 129 – 178 [4] – Chapter 14: page 426 – 484 nvhoa102@gmail.com CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E) NHẬN XÉT CHUNG - Cấu hình electron hóa trị: ns2np2 - Σ I lớn  4e để tạo nên ion +4 - χ chưa đủ lớn  nhận 4e để tạo ion -4 - ⇒ Các hợp chất có số oxi hóa -4, +2, +4 tạo nên cặp e dùng chung, có chất liên kết CHT - Thể tính oxi hóa khử - C  Pb: Tính oxihóa , tính khử ; HC (+4), (+2) - C, Si phi kim – Ge lưỡng kim – Sn, Pb kim loại Có khả tạo mạch dài E-E, giảm dần từ C  Pb Chương V nvhoa102@gmail.com CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E) I ĐƠN CHẤT Cacbon 2800 o C Cacbin  Graphit   Kim cương o 1000 – 1500 C 1.1 Tính chất vật lý Chương V 2000  4000 K 60.000 120.000 atm Xúc tác: Pt -graphite Kim cương (a); Graphit (b); Cacbin: (=C=C=)n Lonsdaleit (c); Fullerenne (d-C60, e-C540, f-C70); Carbon nanotube (h); Carbon vơ định hình (g) (than gỗ, than cốc, muội hóng) nvhoa102@gmail.com CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHĨM IVA (E) 1.2 Tính chất hóa học Ở nhiệt độ cao thể tính khử oxi hóa - Khử mạnh C + O2  CO2 C + H2O  CO + H2 C + 2H2SO4 đặc  CO2 + 2SO2 + 2H2O C + NaOH đặc  Na2CO3 + CO + H2 + … C + 2S  CS2 ; C + Fe2O3  Fe + CO2 - Oxi hóa yếu 2C + 4Al  Al4C3 C + H2  CH4 + C2H2 + … Chương V nvhoa102@gmail.com CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E) 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;  cứng, khó nóng chảy, khó bay hơi;  có màu xám, ánh kim;  có tính bán dẫn kiểu p kiểu n (E = 1,12 eV) - Thù hình vơ định hình lập phương – sp2 (giống grafit), bền Chương V nvhoa102@gmail.com Chương V nvhoa102@gmail.com CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHĨM IVA (E) 2.2 Tính chất hóa học Trơ mặt hóa học Ở nhiệt độ cao: - Tính khử: Si + 2F2  SiF4  (t0 thường) Si + O2  SiO2 (600 oC) Si + C  SiC (200 oC) Si + H2  SiH4 + Si2H6 + Si3H6 … (hồ quang điện) 3Si + 4HNO3 + 18HF = 3H2SiF6 + 4NO + 8H2O Si + 2KOH + H2O = K2SiO3 + 2H2 - Tính oxi hóa: 2Mg + Si  Mg2Si (800-900 oC) Chương V nvhoa102@gmail.com CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E) 2.3 Trạng thái tự nhiên điều chế - Trạng thái tự nhiên: Cát (SiO2); Silicat (đá, đất sét ) - Điều chế: CN: SiO2 + 2C  2CO + Si 3SiO2 + 2CaC2  2CaO + 4CO + 3Si PTN: SiO2 + 2Mg  2MgO + Si Si tinh khiết hóa học: SiCl4 + 2Znhơi  Si + ZnCl2 SiH4  Si + 2H2 Chương V nvhoa102@gmail.com CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E) Gecmani, thiếc, chì - Ở nhiệt độ thường, bền khơng khí nước Ở nhiệt độ cao, hoạt động hơn: Ge + O2  GeO2 Sn + O2  SnO2 2Pb + O2  2PbO - Ge không tác dụng với kiềm, tác dụng với axit có tính oxi hóa mạnh (vd HNO3) Ge + 4HNO3  H2GeO3 + 4NO + 2H2O - Sn, Pb tác dụng với axit kiềm kim loại 3Pb + 8HNO3 loãng  3Pb(NO3)2 + 2NO + 4H2O Sn + 2NaOH + 2H2O  Na2[Sn(OH)4] + H2 Chương V nvhoa102@gmail.com 10 CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E) 1.2 Hợp chất C (+2): CO; HCN; CN CO Có số tính chất giống N2:  khí khơng màu, khơng mùi, khó hóa lỏng, khó hóa rắn, tan nước, bền nhiệt;  hoạt động nhiệt độ thường Chương V nvhoa102@gmail.com 13 CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E) Khác với nitơ, CO:  độc;  nhiệt độ cao khả khử tăng lên: 700 oC 2CO + 1O2  2CO2 , H0 = -283 kJ/mol nổ  CO dùng làm nhiên liệu 3CO + Fe2O3  2Fe + 3CO2 CO + Cl2  COCl2 (chiếu sáng 500 oC) Photgen: độc  tạo phức cacbonyl với kim loại chuyển tiếp: Fe + 5CO  [Fe(CO)5] (100–200 oC, 150 at) Chương V nvhoa102@gmail.com 14 CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E) 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 CN- : - HCN tan vô hạn nước (Ka HCN = 2.10-9), rượu, ete; MeCN M(CN)2 tan nước; - Rất độc; - Có tính khử mạnh khả tạo phức: 4Au + 8NaCN + 2H2O + O2  4Na[Au(CN)2] + 4NaOH Chương V nvhoa102@gmail.com 15 CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E) 1.3 Hợp chất C (+4): CO2; H2CO3; HCO3-; CO32CO2 : - Khí khơng màu, có vị chua; - Dễ hóa lỏng, hóa rắn (đá khơ); - Khơng cháy khơng trì cháy  Chữa cháy, trừ trường hợp cháy kim loại Al, Zn, Mg: 4Al + 3CO2  2Al2O3 + 3C - Oxi axit: CO2 + 2NaOH  Na2CO3 + H2O - Anhydrit cacbonic: CO2 + H2O ⇌ H2CO3 Chương V nvhoa102@gmail.com 16 CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E) - Gây hiệu ứng nhà kính Chương V nvhoa102@gmail.com 17 CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E) H2CO3 muối CO32- : - H2CO3 axit lần axit yếu: H2O + CO2 ⇌ H2CO3 ⇌ H + HCO3̅ ⇌ 2H+ + CO32– Ka1 = 4,5.10-7 Ka2 = 5,6.10-11 - Muối CO32- IA (trừ Li2CO3) muối HCO3- IIA tan thủy phân cho dung dịch kiềm yếu - Muối CO32- bị nhiệt phân trừ cacbonat IA Chương V nvhoa102@gmail.com 18 CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E) H2C2O4 muối C2O42- : (axit oxalic muối oxalat) - H2C2O4: axit lần axit trung bình Ka1 = 10-1,23 Ka2 = 10-4,19 H2C2O4 + 2NaOH  Na2C2O4 + 2H2O - Có tính khử mạnh 5Na2C2O4 + 2KMnO4 + 8H2SO4  2MnSO4 + K2SO4 + 5Na2SO4 + 10CO2 + 8H2O  Sử dụng làm chất gốc phân tích Chương V nvhoa102@gmail.com 19 CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E) Các hợp chất silic 2.1 Hợp chất Si (-4) – Silixua - Các silixua có liên kết cộng hóa trị, ion, kim loại - Hydro silixua gọi silan, công thức SinH2n+2 - Silixua chất bán dẫn - Silixua nguyên tố s, d nhóm I, II bị nước axit thủy phân: Ca2Si + 4HCl  SiH4 + 2CaCl2 Chương V nvhoa102@gmail.com 20 CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E) 2.2 Hợp chất Si (+4) SiO2 : Có dạng thù hình tinh thể: - Các thù hình bao gồm nhóm tứ diện SiO4, chúng khác cách xếp nhóm SiO4 - SiO2 dễ chuyển sang trạng thái thủy tinh Chương V nvhoa102@gmail.com 21 CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E) - SiO2 bền mặt hóa học, tác dụng:  với F2, HF (khí dung dịch) điều kiện thường SiO2 + 2F2  SiF4 + 2O SiO2 + 4HF(k)  SiF4 + 2H2O  tan kiềm hay cacbonat kiềm nóng chảy SiO2 + 2NaOH  Na2SiO3 + H2O SiO2 + Na2CO3  Na2SiO3 + CO2 H2SiO3 : - Các axit silixic có cơng thức chung xSiO2.yH2O Chương V nvhoa102@gmail.com 22 CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E) - Là axit yếu (Ka = 10-10) Không tan nước - Khi nước  silicagen (SiO2 mịn): dùng làm chất hút ẩm, chất hấp phụ Muối silicat: - Chỉ Me2SiO3 tan nước nóng (được gọi thủy tinh tan), tan bị thủy phân tạo dd kiềm yếu Me2SiO3 + 2H2O ⇌ H2SiO3 + 2MeOH - Dung dịch Na2SiO3 đậm đặc gọi thủy tinh lỏng Được dùng để chống cháy cho gỗ, vải; làm hồ dán thủy tinh, sứ Chương V nvhoa102@gmail.com 23 CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E) Vật liệu silicat: - Thủy tinh: công thức gần Na2O.CaO.6SiO2; bị ăn mòn 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 nvhoa102@gmail.com 24 CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E) Các hợp chất gecmani, thiếc, chì 3.1 Hợp chất oxi (EO) hydroxit (E(OH)2) - Đều tan nước - Có tính lưỡng tính, tính bazo tăng dần từ Ge  Pb Sn(OH)2 + 3HCl đặc  H[SnCl3] + 2H2O Sn(OH)2 + NaOH đặc  Na[Sn(OH)3] PbO + 2HNO3 loãng  Pb(NO3)2 + H2O PbO + 2NaOH đặc + H2O  Na2[Pb(OH)4] Chương V nvhoa102@gmail.com 25 CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHĨM IVA (E) - Có tính khử đặc trưng: 3Sn(OH)2 + 12NaOH đặc + 2Bi(NO3)3  3Na2[Sn(OH)6] + 2Bi + 6NaNO3 6PbO + O2  2(Pb2II PbIV)O4 - Tính oxi hóa yếu: 2PbO + PbS  3Pb + SO2 SnO + H2  Sn + H2O Chương V nvhoa102@gmail.com 26 CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E) 3.2 Hợp chất oxi (EO2) - GeO2 tan nước; SnO2 PbO2 khơng tan - Có tính lưỡng tính, tan kiềm dễ 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 2PbO2 + 2H2SO4  2PbSO4 + 2H2O + O2 Chương V nvhoa102@gmail.com 27 ... nvhoa102@gmail.com 17 CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E) H2CO3 muối CO3 2- : - H2CO3 axit lần axit yếu: H2O + CO2 ⇌ H2CO3 ⇌ H + HCO3̅ ⇌ 2H+ + CO32– Ka1 = 4 ,5. 1 0-7 Ka2 = 5, 6.1 0-1 1 - Muối CO3 2- IA (trừ... 4NaOH Chương V nvhoa102@gmail.com 15 CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E) 1.3 Hợp chất C (+4): CO2; H2CO3; HCO 3-; CO32CO2 : - Khí khơng màu, có vị chua; - Dễ hóa lỏng, hóa rắn (đá khơ); - Khơng... 2Al2O3 + 3C - Oxi axit: CO2 + 2NaOH  Na2CO3 + H2O - Anhydrit cacbonic: CO2 + H2O ⇌ H2CO3 Chương V nvhoa102@gmail.com 16 CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHĨM IVA (E) - Gây hiệu ứng nhà kính Chương V