HỘI THẢO KHOA HỌC CHUYÊN ĐÊ XÂY DỰNG HỆ THỐNG CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP NHÓM VIIB VÀ VIIIB MỤC LỤC MỞ ĐẦU I Lí chọn đề tài Trong q trình giảng dạy phổ thơng đặc biệt trường THPT chuyên, nhiệm vụ phát triển tư cho học sinh nhiệm vụ quan trọng, đòi hỏi tiến hành đồng mơn Hóa học môn khoa học thực nghiệm đề cập đến nhiều vấn đề khoa học, góp phần rèn luyện tư cho học sinh góc độ đặc biệt qua phần tập hóa học Bài tập hóa học khơng có tác dụng rèn luyện kỹ vận dụng, đào sâu mở rộng kiến thức học cách sinh động, phong phú mà thơng qua để ơn tập, rèn luyện số kỹ cần thiết hóa học, rèn luyện tính tích cực, tự lực, trí thơng minh sáng tạo cho học sinh, giúp học sinh hứng thú học tập Kiến thức kim loại nhóm VIIB, VIIIB kiến thức quan trọng, thường gặp đề thi học sinh giỏi Quốc gia Do đó, việc xây dựng hệ thống tập kim loại nhóm VIIB, VIIIB cần thiết, phục vụ cho nhu cầu bồi dưỡng học sinh dự thi học sinh giỏi cấp tỉnh cấp Quốc gia Từ lý trên, chọn đề tài: “Xây dựng hệ thống câu hỏi tập nhóm VIIB VIIIB” Với hy vọng đề tài tài liệu tham khảo phục vụ cho việc học tập em học sinh dự thi học sinh giỏi cấp II Mục tiêu nghiên cứu: Việc thực đề tài nhằm hệ thống lí thuyết tuyển chọn, xây dựng dạng tập phương pháp giải phần kim loại nhóm VIIB, VIIB có tính chọn lọc áp dụng cho học sinh giỏi nhằm nâng cao hiệu học tập học sinh III Nhiệm vụ nội dung đề tài: 1- Hệ thống kiến thức, tập bồi dưỡng cho học sinh lớp chuyên, đội tuyển học sinh giỏi mơn Hố học phần kim loại nhóm VIIB, VIIB Đề xuất phương pháp giải tập nhằm tổ chức, bồi dưỡng cho lớp chuyên Hoá, học sinh giỏi Hoá học 2- Thống kê, phân loại tập tài liệu giáo khoa, sách tập cho sinh viên trường Đại học chuyên ngành Hóa học, tài liệu tham khảo có nội dung liên quan đến kim loại nhóm VIIB, VIIIB giảng dạy hoá học trường chuyên xây dựng tiêu chí, cấu trúc tập liên quan 3- Phân tích nội dung hóa học tập kim loại đề thi Olympic Quốc gia nước Olympic Quốc tế để thấy mức độ yêu cầu vận dụng sở lí thuyết ngày cao đề thi, từ đặt nhiệm vụ cho giáo viên phải có khả tự bồi dưỡng nâng cao trình độ để khơng trang bị kiến thức bản, nâng cao cần thiết cho em mà phải biết dạy cách học, dạy chất vấn đề để giúp học sinh học có hiệu PHẦN I: CÁC VẤN ĐÊ LÝ THUYẾT KIM LOẠI NHÓM VIIB VÀ VIIB CHƯƠNG 1: CÁC KIM LOẠI NHĨM VIIB 1.1 Nhận xét chung • Nhóm VIIB gồm nguyên tố hay gọi nhóm Mangan, gồm có Mn, Tc (tecneci), Re (reni) Nguyên tố Cấu hình Số oxi hóa Số phối trí đặc trưng Mn 3d 4s 2,4,7 6,4 Tc 4d 5s 4,6,7,8,9 Re 5d 6s 4,6,7,8,9 * Ở trạng thái oxi hóa dương thấp chúng có tính chất giống kim loại Fe, Cr; trạng thái oxi hóa dương cao chúng lại giống với Cl * Theo chiều tăng tính oxi hóa tăng khả tạo phức anion, giảm khả tạo phức cation Ví dụ: [Mn(H2O)6]2+ khơng có [Mn(OH)6]4- [MnO4]- [Mn(H2O)6]7+ khơng có * Do tượng co d mà Tc Re có tính chất giống nhau, Tc ngun tố nhân tạo biết đến 1.2 Đơn chất: * Mn, Re, Tc kim loại khó nóng chảy khó sơi; tăng nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sơi, nhiệt thăng hoa, độ cứng nhóm giải thích tinh thể kim loại có tham gia tạo liên kết e lectron d nên tăng độ liên kết cộng hóa trị (tnco Re cao thứ sau W) * Là kim loại hoạt động, hoạt tính giảm từ Mn – Re Ví dụ: Với Mn + Dạng khối bền có màng Oxyt bảo vệ + Dạng bột dễ bị Oxi hóa (với Oxy, S, P, N 2…), mãnh liệt với halogen tạo MnX2 (không cần to) Với Re, Tc: Phải đốt nóng tác dụng với O2, S, halogen Không tác dụng trực tiếp với N2 o o t > 400 C Re + O2 → Re2O7 Mn phản ứng với H2O nóng (do Mn đứng Mg Zn) o 100 C Mn + H2O → Mn(OH)2 + H2 Tác dụng với axit tạo H2: Mn + HCl → MnCl2 +H2 Tc, Re yếu Cu nên không đẩy H2, tác dụng với HNO3: Tc(Re) + HNO3 → HXO4 +NO + H2O Do lực với O S lớn Fe nên công nghiệp luyện kim dùng Mn khử FeO FeS Mn + FeO/FeS → MnO/MnS + Fe Điều chế: Mn có quặng pyroluzit MnO2 • MnO2 → Mn3O4 + O2 (t0) • Mn3O4 + Al → Mn+ Al2O3 (nhiệt nhôm) Re thường kèm quặng Molipden, quặng jezcozanit CuReS4 Có thể điều chế cách dùng H2 khử muối axit renic • NH4ReO4 + H2 → Re + N2+ H2O (t0) Tc chất nhân tạo diều chế lò hạt nhân Ứng dụng • Mn điều chế thép cứng, chịu nén, chịu mòn • Re phủ dây tóc bóng đèn (W) tăng tính bền • Tc: dùng lò hạt nhân 1.3 Hợp chất 1.3.1 Hợp chất Mn(0), Tc(0), Re(0) Những cacbonyl Mn, Tc, Re có cơng thức phân tử chung E2(CO)10 Phân tử có tính nghịch từ ngun tử có số oxi hóa nên hợp chất cacbonyl hai nhân có liên kết kim loại-kim loại Ở điều kiện thường ddimecacbonyl chất dạng tinh thể khơng màu trừ Mn2(CO)10 có màu vàng chói Tất dễ thăng hoa, khơng tan nước tan dung môi hữu Các đime cacbonyl không tác dụng với nước dung dịch axit lỗng có khả tham gia phản ứng oxi hóa khử: [Mn(CO)5]2 + Cl2 2[Mn(CO)5Cl] 1.3.1.Hợp chất Mn (trạng thái số oxi hóa +2) * Số phối trí đặc trưng (bát diện) * Đa số dễ tan nước tạo phức aquo màu hồng MnCl2 + H2O → [Mn(H2O)6]2+ + 2Cl*Khi kết tinh từ dung dịch nước thu tinh thể hydrat có màu tương tự, số phối trí Ví dụ: MnCl2.4H2O, MnSO4.4H2O, Mn(NO3)2.6H2O *Oxit- Hydroxit Mn (+2) Tính bazo trội axit Mn(OH)2/MnO + H3O+ +H2O → [Mn(H2O)6]2+ Mn(OH)2 + NaOH (to) → [Mn(OH)6]4 - + Na+ Do phức anion hydroxo manganat bị phân hủy hoàn toàn H 2O nên thực tế coi khơng phản ứng Trong kiềm nóng chảy, Mn(2+) bị oxi hóa thành MnO4-2: Mn2+ + K2S2O8/KClO3 + KOH → K2SO4 + K2MnO4 + H2O Các hợp chất Mn(2+) thể tính khử: Mn(OH)2 + O2 +H2O → Mn(OH)4 Trắng hồng Nâu + Trong OH-: o t MnSO4 + KClO3 + NaOH → KCl + Na2MnO4 + Na2SO4 + H2O + Trong H+: MnSO4 + PbO2 + HNO3 → HMnO4 + Pb(NO3)2 +PbSO4 + H2O Các phức Mn(2+) không đặc trưng, dễ bị phân hủy nước [Mn(NH3)6]Cl2 + H2O → Mn(OH)2 + NH4Cl + NH3 1.3.3 Các hợp chất Mn (+4) Mn(+4) bền dạng oxit hydroxit (ngược với Mn(+2)), dạng muối bền, dễ bị phân hủy Ví dụ:Mn(OH)4 + H2SO4 (đđ, to) → MnSO4+O2+ H2O MnO2 + HCl(đđ) (to) → MnCl2+Cl2 + H2O Các muối Mn(+4) tương đối có MnF 4, Mn(SO4)2, nước bị thủy phân: Mn(SO4)2 + H2O → Mn(OH)4+H2SO4 Mn(OH)4 → MnO2+H2O Oxit hydroxit Mn(+4) có tính lưỡng tính yếu o t Ví dụ: MnO2 + HCl(đđ) → MnCl2+Cl2 + H2O o t MnO2 + KOH(đđ) → K2MnO3 + H2O Do hợp chất Mn(+4) có tính oxi hóa mạnh nên không bền: o t MnO2 + H2SO4 (đđ) → MnSO4+O2+ H2O Mn(+4) mức Oxi hóa trung gian, nên thể tính khử với chất oxi hóa mạnh hơn: MnO2 + KClO3 + KOH → KCl + K2MnO4 + H2O (nc) Với Tc Re có XO2, XHal4, M2XO3, M2[XHal6]…nhưng không bền Các hợp chất Tc(+4) bền Re(+4) 1.3.4.Các hợp chất X (+6) Thường gặp bền: MnO4-2, Tc/ReCl6, Tc/ReO3 Muối: Muối Mn(+6) có màu lục sẫm, thu nấu MnO nóng chảy với kiềm, có mặt chất Oxi hóa MnO2 + KClO3 + KOH → KCl + K2MnO4 + H2O (nc) Muối Mn(+6) bền, tồn kiềm mạnh, axit (hay H 2O) bị phân hủy K2MnO4 + H2O/H+ € KMnO4 + MnO2 + KOH Các hợp chất TcO4-2, ReO4-2 bền, tồn dung dịch kiềm dư XO4-2 + H2O/H+ € XO4- + XO2 + OHTrong môi trường kiềm dạng XF6, XHal6, XO3 bị dị phân tạo X(+7) X(+4) XCl6 + KOH € XO4- + XO2 + KCl + H2O Hợp chất Mn(+6) chất Ox mạnh, sản phẩm phụ thuốc vào môi trường + H2O, OH- : Mn(+4) +H+: Mn(+2) Nếu gặp chất Ox mạnh, thể tính khử: K2MnO4 + Cl2 → KMnO4 + KCl Tc(+6), Re(+6) lại có tính khử mạnh K2XO4 + O2 (kk) + H2O → KXO4 + KOH Các hợp chất thể tính axit ReF6 + KF → K2[ReF8] XO3 + KOH → KXO4 + KXO3 + H2O 1.3.5 Các hợp chất X (+7) a X2O7: Các hợp chất X(+7) có độ bền tăng dần từ Mn đến Re, thể qua ∆H0289 ∆G0298 Dạng Mn2O7 Tc2O7 X2O7 ∆H0289 (kJ/mol) -743 -1115 -1272 ∆H0289 (kJ/mol) -544 -938 -1098 Mn2O7 (lỏng, lục sẫm) dễ bị phân hủy nổ: Mn2O7 → MnO2 + O2 Tc2O7, Re2O7 tinh thể màu vàng không bị phân hủy đốt nóng chảy Do điều chế trực tiếp đốt nóng chảy kim loại oxy Ví dụ: o t X + O2 → X2O7 ( trạng thái nóng chảy) Còn Mn2O7 thu dùng H2SO4 đậm đặc lấy nước muối Mn(+7) KMnO4 + H2SO4 (đđ) → Mn2O7 + K2SO4 + H2O b HXO4: HMnO4 không tách dạng tự do, tồn dung dịch (nồng độ ≤ 20%) HTcO4 : Tinh thể đỏ HReO4 : Chưa tách dạng tự MXO4: Cũng có độ bền tăng dần từ Mn – Tc – Re Ví dụ: o 200 C KMnO4 → K2MnO4 + MnO2 + O2 KTcO4, KReO4 ≥ 10000C khơng phân hủy Tính axit: Các hợp chất X(+7) có tính axit, giảm dần từ Mn – Tc – Re Đều axit mạnh (HMnO4 ≈ HCl) Tính Oxy hóa: Đều hợp chất oxi hóa mạnh, sản phẩm tùy thuộc vào mơi trường oxi hóa H+: MnO4- +8H+ +5e → Mn+2 + H2O, ϕ 0= 1.51V H2O: MnO4-+2H2O+3e→MnO2 + 4OH- +, ϕ 0= 1.23V Kiềm mạnh: MnO4-+1e→MnO4-2 , ϕ 0= 0.56V Mn2O7 tự bốc cháy tiếp xúc ether, cồn… Kết luận: Muối MnO4- bền MnO42- (cùng có cấu trúc phức tứ diện) 10 Kết hợp tăng chu kỳ giảm bán kính dẫn đến kết nguyên tố chuyển tiếp dãy thứ ba có bán kính xấp xỉ kim loại chuyển tiếp dãy thứ hai chẳng hạn bán kính Mo 140 pm W 141 pm Hiện tượng biết đến với tên “sự co lantanoid” Phức a, phức có F kéo e mạnh làm phức trở thành phức thiếu electron Phức Re có 18 e lớp ngồi nên bền vững mơi trường khí trơ phức Sc chưa đủ 18 e nên dễ bị phân hủy theo đường tách H β Trong muối Zeiss ba nguyên tử clo âm điện mạnh nên khả tạo liên kết cho nhận ngược phối tử clo với obitan phản liên kết phối tử olefin kém, điều làm liên kết C = C olefin ngắn Còn phức bên phải với nhóm CN CN làm bền mạnh phức Pt, mặt khác khả tạo liên kết cho nhận ngược CN với obitan phản liên kết lớn nên liên kết C – C dài PMe3 phối tử cho mạnh nên làm bền vững liên kết trans – M – CO Phối tử anken – hydrua vị trí cis nên xảy phản ứng cộng di chuyển nhiệt độ phòng Chu trình xúc tác sau R = CH2CH3 41 Đơn nhân Quyết định tốc độ Phản ứng cộng anion hydrua vào C = C cho ankyl mạch thẳng Đa nhân: Xảy theo q trình đa nhân – KHƠNG QUAN TRỌNG q trình xúc tác bình thường atm CO: 1,6 : tỉ lệ thẳng : nhánhViệc tăng áp suất CO làm giảm khả xảy phản 90 atm CO: 4,4 : tỉ lệ thẳng : nhánh ứng nghịch Điều làm giảm khả đồng phân hóa anken khả tạo sản phẩm mạch nhánh Đồng phân hóa anken Gốc ankyl mạch thẳng (tạo thành andehit mạch thẳng) Gốc axyl mạch nhánh (tạo thành andehit mạch nhánh) 42 Sản phẩm n-butandehit iso-butandehit sản phẩm phụ ancol 10.Khơng thể giải VB Phức niken có số phối trí 4, [Ni(CN)4]2- phức vng phẳng, [NiCl4]2- phức tứ diện Giản đồ MO phức sau: Phức sắt có số phối trí có cấu trúc bát diện Sự khác ảnh hưởng trường phối tử Phức [Fe(CN)6]3- phức trường mạnh phức [Fe(H2O)6]3+ phức trường yếu Giản đồ MO phức sau Trường mạnh Cấu trúc phức sau: 43 Trường yếu Bài 14: Kỳ thi lập đội tuyển quốc tế 2010 FeSO4 Cho sơđồ phản ứng: FeCl2 (dd) KCN đặc, d Fe2(SO4)3 đặ c A (dd) AgNO3 B kết tủa trắ ng C kÕt tđa xanh ®Ëm ng D kÕt tđa tr¾ FeCl2 KMnO4, H+ E (dd) G kÕt tđa xanh Pb(OH)2, KOH A + F kÕt tđa n© u Viết phương trình ion phản ứng xảy theo sơ đồ Hãy cho biết từ tính hợp chất A, dùng thuyết lai hóa để giải thích Bài giải Các phương trình phản ứng: Fe2+ + CN- → [Fe(CN)64- ] [Fe(CN)64- ] + Fe2+ → Fe2[Fe(CN)6] ↓trắng [Fe(CN)64- ] + Fe3+ → Fe4[Fe(CN)6]3 ↓xanh đậm [Fe(CN)64- ] + Ag+ → Ag4[Fe(CN)6] ↓trắng [Fe(CN)64- ] + MnO-4 + H+ → Mn2+ + H2O + (A) (B) (C) (D) (E) [Fe(CN)36 ] (G) [Fe(CN)3-6 ] + Fe2+ → Fe3[Fe(CN)6]2 ↓xanh [Fe(CN)3-6 ] + Pb(OH) + OH-→ [Fe(CN)64- ] + H2O + (F) PbO2 ↓nâu Cấu hình electron Fe2+ [Ar]3d64s04p04d0 3d6 4s0 4p0 4d0 Vì CN- phối tử trường mạnh, tạo phức với Fe 2+, electron độc thân obitan 3d Fe(II) bị ghép đơi, giải phóng obitan 3d trống Hai 44 obitan lai hóa với obitan 4s obitan 4p, tạo thành obitan lai hóa d 2sp3 hướng đỉnh hình bát diện Mỗi obitan lai hóa xen phủ với obitan tự có hai electron CN-, tạo liên kết cho nhận, hình thành phức [Fe(CN) 64- ] lai hóa trong, có cấu trúc bát diện Phức nghịch từ có tổng spin khơng: ↓ CN- CN↓ ↓ CN- ↓ CN- CN- CN↓ ↓ d2sp3 Bài 15: Kỳ thi lập đội tuyển quốc tế 2012 Thêm dần dung dịch KCN vào dung dịch NiCl lúc đầu thu kết tủa xanh R, sau kết tủa tan tạo thành dung dịch màu vàng chất S Nếu cho thêm tiếp KCN đặc thu dung dịch màu đỏ chất T Hãy viết phương trình phản ứng xảy thí nghiệm Cho biết S T nghịch từ, dựa theo thuyết liên kết hóa trị (VB), dự đoán cấu trúc phân tử chúng Chất S dạng rắn có màu vàng, phản ứng với lượng dư K kim loại NH3 lỏng cho chất rắn Z màu vàng nhạt, nghịch từ Chất Z bị phân hủy nhanh tiếp xúc với khơng khí ẩm tạo thành lại chất S Nếu cho 3,1910 gam chất Z vào nước (dư) thu 0,224 lít khí H2 (đktc) Cho biết Z chứa 49,0% K theo khối lượng Hãy xác định cơng thức hóa học, dự đoán cấu trúc phân tử Z viết phương trình phản ứng xảy Bài giải - NiCl2 + 2CN– + 2H2O - Ni(OH)2 + 4CN– - [Ni(CN)4]2– + CN– Ni(OH)2↓ (R, xanh) + 2HCN + 2Cl– [Ni(CN)4]2– (S, màu vàng) + 2OH– [Ni(CN)5]3– (T, màu đỏ) 45 Ni2+ cấu hình d8, ion phức chất [Ni(CN)4]2– nghich từ vây lai hóa trong, hai e độc thân ghép đơi Vói phối trí phù hợp với dạng dsp 2, cấu trúc hình học vng phẳng Học sinh suy luận CN- phối tử trường mạnh 3d8 4s 4p cặp e nhận từ CNIon phức chất [Ni(CN)5]3– nghịch từ lai hóa dạng dsp lưỡng chóp tam giác Số phối trí [Ni(CN) 5]3– học sinh suy luận từ lai hóa ion d8 tối đa AO trống trường hợp lai hóa 3d8 4s 4p cặp e nhận từ CNCấu trúc hình học (đối với chất T, học sinh vẽ chóp đáy vng cho điểm dung dịch, hai dạng đơng phân chuyển hóa cho quay Berry) S CN CN T Ni CN CN CN CN CN Ni CN CN Chất Z bị khử, d8 d10 (do nghịch từ) Ni có số oxi hóa (0) => chất khử mạnh Phản ứng với nước Ni0 Ni+2 => số mol Ni0 = số mol H2 = 0.01 mol MZ = 3,191/0,01 = 319,1 g/mol K chiếm 49% theo khối lượng, => tỉ lệ số nguyên tử K: Ni 4:1, 46 Phản ứng trao đổi phối tử khơng xảy CN – liên kết bền với nguyên tử có mức oxi hóa thấp Học sinh lí luận từ phản ứng Z tạo thành S khơng khí để xác định phối tử Z CN- Công thức phù hợp K4[Ni(CN)4], Phản ứng:: K2[Ni(CN)4] + 2K K4[Ni(CN)4] K4[Ni(CN)4] + O2 K2[Ni(CN)4] + K2O K4[Ni(CN)4] + 2H2O K2[Ni(CN)4] + 2KOH + H2 Chú ý phản ứng khơng khí ẩm, học sinh viết phương trình với O nước Số phối trí cấu hình d10 phù hợp với cấu trúc tứ diện, lai hóa sp3 CN Ni CN CN CN Bài 16: Olympic quốc tế năm 2010 Coban clorua thường dùng để làm chất thị khả hoạt động silica gel Silica gel khơ có màu xanh da trời màu đỏ xuất chứng tỏ hấp thụ nước Coban(II) clorua khan tinh khiết có màu xanh da trời dạng hexahydrat có màu hồng Dung dịch nước hai hợp chất có màu hồng Mặt khác dung dịch coban(II) clorua etanol có màu xanh da trời Màu dung dịch chuyển sang hồng thêm nước a) Xác định số phối trí cấu trúc phối trí phức coban tạo thành hòa tan coban(II) clorua khan etanol b) Màu xanh da trời giữ nguyên thêm vào dung dịch lượng nước gấp đơi lượng coban(II) clorua khan hòa tan vào etanol Viết cơng thức hóa học phức coban tạo thành dung dịch c) Viết phản ứng hóa học xảy thêm lượng lớn nước vào dung dịch d) Xác định số phối trí cấu trúc phối trí phức coban dung dịch nước 47 e) Nếu thêm lượng nước thích hợp vào dung dịch etanol dung dịch trở nên có màu tím Giải thích chuyển màu thêm vào lượng nhỏ axit clohydric đặc f) Giải thích chuyển màu giảm nhiệt độ dung dịch màu tím g) Viết cơng thức hóa học phức coban coban(II) clorua hexahydrat Bài giải a) Số phối trí: Cấu trúc phối trí: tứ diện b) CoCl2(H2O)2 c) CoCl(H2O)2 + 4H2O → Co(H2O) 62+ + 2Cl d) Số phối trí: Cấu trúc phối trí: bát diện Bài 17:Olympic quốc tế năm 2010 Sắt thường sản xuất cách khử quặng sắt với cacbon Quá trình sản xuất thường thực lò cao lò điện Gang (hợp kim Fe-C nóng chảy) sản xuất từ quặng sắt, vật liệu tạo xỉ (CaO) than cốc cho vào đỉnh lò cao khơng nóng thổi từ đáy lò Tiếp theo thép nóng chảy sản xuất cach oxy hóa gang thiết bị chẳng hạn lò điện để loại bớt cacbon tạp chất Hãy trả lời câu hỏi từ a) - e) cho hàm lượng cacbon gang 4.50 % khối lượng than cốc chứa 90.0 % C, % SiO2 % Al2O3 khối lượng Giá trị số khí 8.314 J K-1 mol-1, khối lượng nguyên tử C, O, Ca Fe 12.0, 16.0, 40.1 55.8 Khối lượng riêng sắt 7.90 g cm-3 nhiệt độ phòng a) Thành phần quặng sắt Fe2O3 bị khử để tạo Fe CO hai cách: (i) Khí CO tạo thành từ phản ứng than cốc với khơng khí nóng hay (ii) cacbon than cốc Viết phản ứng hóa học hai cách b) Quặng sắt chưa tạp chất chẳng hạn %SiO2 %Al2O3 với 90 %Fe2O3 khối lượng Chúng phản ứng với tạp chất có 48 than cốc vật liệu tạo xỉ CaO để tạo thành oxit nóng chảy dạng xỉ Có kg xỉ tạo thành dạng sản phẩm phụ trình sản xuất kg gang? Cho khối lượng CaO với SiO2 c) Trong lò điện cacbon loại bỏ cách thổi khí O2 vào gang Khi thể tích CO CO2 thể tích khí O (L) cần dùng để loại bỏ hoàn toàn cacbon khỏi 1.00 kg gang 27 oC 2.026×105 Pa? d) Khi sản xuất 1.00 kg sắt từ quặng sắt qua lò cao lò điện theo trình (i) câu hỏi a) sinh kg CO 2? Cho thể tích khí CO (cùng lượng với CO2) giải phóng từ lò điện bị oxy hóa tạo thành CO Khi tính tốn tính lượng CO sinh từ q trình nung vơi để sản xuất vật liệu tạo xỉ CaO e) Ở nhiệt độ phòng tinh thể sắt có cấu trúc lập phương tâm khối (bcc) Xác định bán kính nguyên tử sắt Bài giải a) (i) Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 (ii) 2Fe2O3 + 3C → 4Fe + 3CO2 b) Khối lượng Fe2O3 cần để nhận 1.00kg sắt thơ ; 955×(159.6 / 111.6) = 1365.75 (g) Và lượng xỉ nhận từ quặng sắt 17/90, tức 257.98(g) 392.29 (g) than cốc sử dụng để tạo xỉ từ gang, tức 0.17 lần nhiều lượng cốc ban đầu, tức 66.69(g) Như tổng lượng xỉ tạo thành 324.67(g) 0.325kg c) Một nửa số cacbon (45 g) kg sắt thơ bị oxy hóa thành CO2 phần lại tạo CO Như vậy, cần dùng 3/4 45/12 mol khí O2 Sử dụng phương trình khí lý tưởng PV = nRT, tính V 34.6 L d) Xét kg sắt thô, lúc lượng cacbon cần để khử gấp 1.5 lần lượng sắt Như vậy, 955/55.8×3/2×12.0 = 308.06 g, có nghĩa 353.06 g với cacbon hòa tan sắt thơ, 45 g Như tính câu b), 324.67 g xỉ chứa 7/17 lượng CaO sinh Khi lượng CaO sản xuất từ CaCO3 sản phẩm phụ CO2 tạo thành với lượng 49 44/56.1 CaO khối lượng Như tổng lượng CO2 sinh 353.06×44/12 + 324.67 × 7/17 × 44/56.1 = 1399.41 g Chia cho 0.955 nhận giá trị cần để sản xuất kg sắt 1.47 kg e) Bán kính nguyên tử ô mạng bcc √3/4 lần chiều dài ô mạng sở, a Như thể tích ô mạng sở là, a3 =55.8/7.90×2/ NAv = 23.4543×10-24 cm3 Như vậy, a = 2.8625×10-8cm ⇒ r = 1.24×10－10 m Bài 18: Đề thi HSG quốc gia năm 2016 Một hợp kim gồm Cr, Fe, Co Ni Người ta phân tích hàm lượng kim loại mẫu hợp kim theo quy trình sau: Cân 1,40 gam hợp kim, hòa tan hết vào dung dịch HNO3 đặc nóng, thêm NaOH dư vào thu dung dịch A kết tủa B Lọc tách kết tủa thêm dung dịch H2O2 dư vào dung dịch nước lọc, cô cạn Lấy chất rắn thu hòa tan hồn tồn dung dịch H 2SO4 loãng Thêm lượng dư KI vào dung dịch vừa thu Sau phản ứng xảy hoàn toàn, chuẩn độ lượng I2 sinh dung dịch Na2S2O3 0,2M thấy tốn hết 30,0 mL Kết tủa B khuấy dung dịch NH dư tới phản ứng hoàn toàn thu kết tủa C dung dịch D Nung kết tủa C khơng khí 400oC đến khối lượng khơng đổi thu 0,96g chất rắn E Thêm lượng dư KOH K2S2O8 vào dung dịch D, đun nóng tới phản ứng hồn tồn thu oxit màu đen F có khối lượng 0,81 gam dung dịch G Hòa tan hết 0,81 gam chất F dung dịch HNO3 thu dung dịch H 100,8 mL khí khơng màu I (điều kiện tiêu chuẩn) Viết phương trình phản ứng xảy xác định % khối lượng nguyên tố mẫu hợp kim Bài giải: Hòa tan hợp kim Cr, Fe, Co, Ni HNO3: Cr + HNO3 → Cr ( NO3 )3 + 3NO2 + 3H 2O Fe + HNO3 → Fe( NO3 )3 + 3NO2 + 3H 2O Co + HNO3 → Co( NO3 ) + NO2 + H 2O Ni + HNO3 → Ni ( NO3 ) + NO2 + H 2O Thêm NaOH dư: 50 Cr ( NO3 )3 + NaOH → Na3[Cr (OH ) ] + NaNO3 Fe( NO3 )3 + NaOH → Fe(OH )3 + 3NaNO3 Co( NO3 ) + NaOH → Co(OH ) + NaNO3 Ni ( NO3 ) + NaOH → Ni (OH ) + NaNO3 Oxi hóa nước lọc H2O2 Na3[Cr (OH )6 ] + 3H 2O2 → Na2CrO4 + NaOH + 8H 2O Hòa tan chất rắn thu H2SO4 loãng chuẩn độ Iot Số mol Cr=1/3 số mol Na2 S2O3 =0,2*30*10-3/3=0,002 mol, khối lượng Cr: 0,002*52=0,104g Hòa tan kết tủa B: Co(OH ) + NH → [Co( NH )6 ](OH ) Ni (OH ) + NH → [Ni ( NH )6 ](OH ) Vậy kết tủa C Fe(OH)3 t0 Fe(OH )3 → Fe2O3 + 3H 2O Chất rắn sau nung Fe2O3 nặng 0,96g = 0,006 mol, khối lượng Fe =0,672g Oxi hóa dung dịch D 2[Co( NH ) (OH ) + K S 2O8 + KOH → 2[Co( NH ) ](OH )3 + K SO4 Kết tủa màu đen F hợp chất NI có số oxi hóa cao (III IV), sản phẩm tạo thành đun [Ni(NH3)6](OH)2 với K2S2O8 Các hợp chất có tính oxi hóa mạnh, tan dung dịch HNO đóng vai trò chất oxi hóa, oxi hóa nước( chất khử có hệ) bị khử Ni(II) Do đó, khí khơng màu I khí O2 Xác định số oxi hóa Ni hợp chất F: ta có ứng với số oxi hóa 4, MF=90 phù hợp với cơng thức NiO2 Vậy Khối lượng Ni = 0,522g Các phương trình phản ứng: [Ni ( NH ) ](OH ) + K S 2O8 + KOH → NiO2 + K SO4 + NH + H 2O NiO2 + HNO3 → Ni ( NO3 ) + H 2O + O2 Vậy khối lượng Co=0,102g Vậy % khối lượng Cr=7,43%; Fe=48%, Ni=37,29%, Co= 7,29% Bài 19: 51 Một chất rắn màu trắng X tham gia loạt thí nghiệm X bị đốt thành tro tác dụng luồng khí vào khác Kết thí nghiệm thống kê bảng sau: Thí nghiệm số Khí vào Sự chênh lệch khối lượng mẫu N2 so với ban đầu -37,9 NH3 -51,7 O2 -31,0 HCl +9,5 HCl + Cl2 -100 Trong tất thí nghiệm hỗn hợp sau phản ứng ngồi khí ban đầu có khí chưa biết Y Ở thí nghiệm số xuất hợp chất màu đỏ nâu Z ngưng tụ tiến hành bước làm lạnh thí nghiệm a) Sử dụng giá trị cho bảng trên, xác định chất ký hiệu chữ b) Viết phản ứng xảy thí nghiệm c) Cho biết cấu trúc Z pha khí Bài giải a)X FeCO3, Y CO2, Z FeCl3 b) Các phản ứng xảy ra: FeCO3 → FeO + CO2 3FeCO3 + NH → 3Fe + 3CO2 + 3H 2O FeCO3 → Fe2O3 + 4CO2 FeCO3 + HCl → FeCl2 + CO2 + H 2O FeCO3 + HCl + Cl2 → FeCl3 + 2CO2 + H 2O c) Ở pha FeCl3 tồn tài dạng đime (FeCl3)2 Bài 20: Có thể điều chế tinh thể FeCl 3.6H2O theo cách sau: Hoà tan sắt kim loại vào dung dịch axit clohydric 25% Dung dịch tạo thành oxy hóa cách sục khí clo qua cho kết qủa âm tính với K 3[Fe(CN)6] Dung dịch cô bay 95 oC tỉ trọng đạt xác 1,695 g/cm3 sau làm lạnh đến oC Tách kết tủa thu cách hút chân không cho vào dụng cụ chứa niêm kín 52 a) Viết phản ứng dẫn đến kết tủa FeCl3.6H2O b) Có gam sắt mL dung dịch axit clohydric 36% (d=1,18g/cm3) cần để điều chế 1,00kg tinh thể Biết hiệu suất q trình đạt 65% c) Đun nóng 2,752g FeCl3.6H2O khơng khí đến 350oC thu 0,8977g bã rắn Xác định thành phần định tính định lượng bã rắn Bài giải: a)Các phản ứng xảy Fe + HCl → FeCl2 + H 2 FeCl2 + Cl2 → FeCl3 3FeCl2 + 3K3 [Fe(CN )6 ]2 + KCl FeCl3 + H 2O → FeCl3 H 2O b) Cần 978ml HCl 36% c) Khi đun nóng FeCl3 H 2O phân hủy theo phương trình sau: FeCl3 H 2O → FeOCl + 5H 2O + HCl Khi nhiệt độ tăng FeOCl tiếp tục bị phân hủy 3FeOCl → FeCl3 + Fe2O3 Hơi FeCl3 bay Thành phần bã rắn cuối chứa 6,58mmol FeOCl 1,2 mmol Fe2O3 53 KẾT LUẬN Chuyên đề hoàn thành: Đã xây dựng tóm tắt tổng quan lý thuyết kim loại nhóm VIIB VIIIB làm sở cho việc xây dựng hệ thống tập Đã đề xuất (sưu tầm, chọn lọc, biên soạn) hệ thống tập phần kim loại nhóm VIIB VIIB bồi dưỡng HSG hóa học trường THPT chuyên, chia thành dạng sau: + Bài tập cấu trúc phân tử - liên kết hóa học, bao gồm: tập cấu trúc, đồng phân phức chất; tập vận dụng thuyết phức chất kim loại nhóm VIIB VIIIB khơng nhiều trước có chuyên đề sâu phần phức chất + Bài tập tính tốn liên quan đến kim loai nhóm VIIB VIIB mà đề quốc gia nước, quốc tế năm gần hay + Bài tập số phản ứng hóa học liên quan đến kim loại nhóm VIIB VIIB + Một số tập tổng hợp Chuyên đề hoàn thành thời gian ngắn nên không tránh khỏi thiếu sót, chúng tơi mong nhận quan tâm đóng góp ý kiến độc giả để chun đề hồn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO Hồng Nhâm, Hóa học vơ tập , NXBGD ,2018 Hồng Nhâm – Hồng Nhuận, Bài tập Hóa học vơ tập 3, NXBGD,2018 Nguyễn Đức Vận, Bài tập Hóa học vô , NXBGD, 1983 Lê Mậu Quyền, Hóa học vơ cơ, NXBGD,2000 Lê Mậu Quyền, Bài tâp Hóa học vơ cơ, NXBGD,2002 Các đề thi HSG Tỉnh, Khu vực, Quốc Gia Việt Nam nước, đề thi Olympic Quốc Tế 55 ... đề tài: Xây dựng hệ thống câu hỏi tập nhóm VIIB VIIIB Với hy vọng đề tài tài liệu tham khảo phục vụ cho việc học tập em học sinh dự thi học sinh giỏi cấp II Mục tiêu nghiên cứu: Việc thực đề. .. Nhiệm vụ nội dung đề tài: 1- Hệ thống kiến thức, tập bồi dưỡng cho học sinh lớp chuyên, đội tuyển học sinh giỏi mơn Hố học phần kim loại nhóm VIIB, VIIB Đề xuất phương pháp giải tập nhằm tổ chức,... thực đề tài nhằm hệ thống lí thuyết tuyển chọn, xây dựng dạng tập phương pháp giải phần kim loại nhóm VIIB, VIIB có tính chọn lọc áp dụng cho học sinh giỏi nhằm nâng cao hiệu học tập học sinh III