Một số ứng dụng quan trọng liên quan đến hợp chất của mangan...9 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ MỘT SỐ NGUYÊN TỐ QUAN TRỌNG NHÓM VIIIB VÀ MỘT VÀI ỨNG DỤNG QUAN TRỌNG CỦA CHÚNG ...11 II.1 Sắt và
Trang 1CHUYÊN ĐỀ THAM DỰ HỘI THẢO DH ĐBBB
XÂY DỰNG HỆ THỐNG CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP NHÓM VIIB VÀ VIIIB
Trang 2MỤC LỤC
Trang MỤC LỤC 2
PHẦN MỞ ĐẦU 4
1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 4
2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI 5
3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 5
4 GIẢ THUYẾT KHOA HỌC 5
5 NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI 5
6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 5
7 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 5
PHẦN NỘI DUNG 8
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ MỘT SỐ NGUYÊN TỐ QUAN TRỌNG NHÓM VIIB VÀ MỘT VÀI ỨNG DỤNG QUAN TRỌNG CỦA CHÚNG 7
I.1 Mangan và một số hợp chất của mangan 7
I.2 Một số ứng dụng quan trọng liên quan đến hợp chất của mangan 9
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ MỘT SỐ NGUYÊN TỐ QUAN TRỌNG NHÓM VIIIB VÀ MỘT VÀI ỨNG DỤNG QUAN TRỌNG CỦA CHÚNG 11
II.1 Sắt và một số hợp chất của sắt 11
II.2 Platin và một số hợp chất của platin 12
II.3 Niken và một số hợp chất của niken 13
CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP VỀ NGUYÊN TỐ NHÓM VIIB, VIIIB 14
PHẦN KẾT LUẬN 30
TÀI LIỆU THAM KHẢO 31
2
Trang 3PHẦN I
Trang 4MỞ ĐẦU
1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Vào thế kỉ 12 TCN, loài người bắt đầu một thời kì mới trong khảo cổ học, thời đại đồ sắt.
Đó là một thời đại mà các nền văn minh Trung Đông cổ đại, Hy Lạp cổ đại và Ấn Độ cổ đạibắt đầu sử dụng các công cụ trong sản xuất nông nghiệp cũng như một số vũ khí làm bằngsắt Độ cứng lớn, nhiệt độ nóng chảy cao của sắt cũng như sự phổ biến của các loại quặng sắtlàm cho sắt rẻ hơn, được tìm kiếm nhiều hơn so với đồ đồng và dễ dàng trở thành kim loạiđược sử dụng phổ biến nhất Chính những sự thay đổi lớn lao được mang lại từ sự có mặt của
sắt trong nền văn minh nhân loại, thời cổ đại cũng chính thức kết thúc Điều đó cho thấy sắt
đã đóng góp một vai trò lớn đến chừng nào
Mái lợp thời đại đồ sắt, trang trại
Butser, Hampshire, Vương quốc Anh
Một cái tram thời đồ sắt được tìm thấy ở
UK (University of Leicester ©)
Hình 1: Một số dụng cụ trong thời đại đồ sắt
Trải qua một thời kì tương đối dài không đòi hỏi nhiều về sự thay đổi vật liệu, mọi thứ đãhoàn toàn thay đổi bởi các cuộc cách mạng khoa học kĩ thuật Sự phát minh ra máy hơi nướccũng như các động cơ đòi hỏi độ tinh vi cao hơn, sức chịu đựng tốt hơn trước các tác độngkhi vận hành trong các môi trường khắc nghiệt đã đòi hỏi các kim loại khác với các tính năng
ưu việt hơn Có thể kể ra một số kim loại như crôm, kẽm mangan, cobalt, niken, paladi,platin
Để giới thiệu đến học sinh chuyên hoá lược sử về một số kim loại quan trọng được nói đến
ở trên cũng như một số vấn đề hoá lí liên quan, chúng tôi viết chuyên đề: Xây dựng hệ thống câu hỏi, bài tập về các nguyên tố hoá học nhóm VIIB và VIIIB Đây cũng là nhóm chứa phần
lớn các nguyên tố kim loại đã được đề cập ở trên
4
Trang 53 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Hệ thống kiến thức, bài tập nhằm bồi dưỡng, nâng cao chất lượng học tập cho học sinh giỏiHoá học chủ yếu ở trường chuyên liên quan đến các nguyên tố nhóm VIIB, VIIIB trong bảngtuần hoàn
4 GIẢ THUYẾT KHOA HỌC
Nếu xây dựng thành công hệ thống lí thuyết và bài tập từ cơ bản đến nâng cao, từ lí thuyếtđến thực tiễn một cách có hệ thống thì học sinh sẽ dễ dàng lĩnh hội các kiến thức về cácnguyên tố hoá học nhóm VIIB và VIIIB Khi đó, các em sẽ có nhiều hứng thú hơn trong họctập và có cơ hội đạt được những kết quả cao trong kì thi học sinh giỏi quốc gia, khu vực
5 NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI
Hệ thống kiến thức, bài tập bồi dưỡng cho học sinh lớp chuyên, đội tuyển học sinh giỏimôn Hoá học phần kim loại nhóm VIIB, VIIIB
Đề xuất phương pháp giải bài tập phần kim loại nhóm VIIB, VIIIB nhằm tổ chức, bồidưỡng cho lớp chuyên Hoá, học sinh giỏi Hoá học
6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu nội dung kiến thức Hoá học phần kim loại nhóm VIIB, VIIIB
7 PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đề tài chỉ đề ra nhiệm vụ phát triển tư duy sáng tạo, năng lực tự học, tự nghiên cứu của họcsinh thông qua việc tuyển chọn, xây dựng hệ thống lí thuyết và bài tập và phương pháp giảiphần kim loại nhóm VIIB, VIIIB có chất lượng, đồng thời sử dụng chúng một cách thích hợp,hiệu quả nhất
Trang 6PHẦN II
6
Trang 7CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ MỘT SỐ NGUYÊN TỐ QUAN TRỌNG NHÓM VIIB
VÀ MỘT VÀI ỨNG DỤNG QUAN TRỌNG CỦA CHÚNG
I.1 TÍNH CHẤT CỦA MANGAN VÀ MỘT SỐ HỢP CHẤT CỦA NÓ
I.1.2 Mangan đioxit - MnO 2
Mangan đioxit là chất rắn màu nâu đen, phân huỷ khi đun nóng, không phản ứng với nướcnhưng tan trong axit đặc Mangan đioxit vừa thể hiện tính oxi hoá vừa thể hiện tính khử MnO2 + 4HCl(đặc) MnCl2 + Cl2 + 2H2O
MnO2 + KNO3 + 2KOH K2MnO4 + KNO2 + H2O
Trong tự nhiên, mangan đioxit có mặt ở trong khoáng pyroluzit
I.1.3 Mangan (II) sunfat - MnSO 4
Mangan (II) sunfat khan là chất rắn màu trắng, chuyển sang màu hổng-đỏ khi ngậm nước, nóng chảy và phân huỷ khi bị nung nóng Nó là chất khử yếu, dễ dàng phản ứng với các chất oxi hoá điển hình
Trang 83MnSO4 + 2KMnO4 (nguội) + 2H2O 5MnO2 + 2H2SO4 + K2SO4
3MnSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 (đặc)
o
t
��� 5Mn(SO4)2 + K2SO4 + 8H2O
I.1.4 Kali manganat – K 2 MnO 4
Kali manganat là chất rắn màu lục thẫm, phân huỷ khi nung nóng, bền trong dung dịch kiềmmạnh, bị nước phân huỷ nhanh trong môi trường axit Kali manganat thể hiện tính oxi hoá –khử
I.1.5 Kali permanganat – KMnO 4
Kali permanganat là chất rắn màu tím-đỏ, phân huỷ khi nung nóng, tan vừa phải trong nước
và không bị thuỷ phân tạo ra dung dịch màu tím đậm Kali permanganat là chất oxi hoámạnh: bị khử trong môi trường axit về đến Mn(II), trong môi trướng trung tính về đếnMn(IV), trong môi trường kiềm mạnh về đến Mn(VI)
2KMnO4
o
t
��� K2MnO4 + MnO2 + O2 (200-400 oC) 3KMnO4
o
t
��� K3MnO4 + 2MnO2 + 2O2 (500-700 oC) 4KMnO4 + 2H2O
2KMnO4 + 3H2S 2MnO2 + 3S + 2KOH + 2H2O
2KMnO4 + H2O + 3K2SO3 (đặc) 2MnO2 + 3K2SO4 + 2KOH
2KMnO4 + KOH + 3K2SO3 (đặc) 2K2MnO4 + K2SO4 + H2O
I.1.6 Mangan metahydroxit - MnO(OH)
Mangan metahydroxit là chất rắn màu nâu đen, phân huỷ khi nung nóng vừa phải, không tantrong nước Mangan metahydroxit bị axit đặc phân huỷ, bị oxi hoá chậm bởi oxi ở nhiệt độ thường, bị hydro khử
Trang 9I.2.1 Xác định hàm lượng Fe(II) trong nước bằng phép chuẩn độ permanganat
Phương pháp chuẩn độ pemanganat hay còn gọi là phép đo pemanganat là phương phápđược sử dụng khá phổ biến để chuẩn độ dung dịch của nhiều chất khử khác nhau trong môitrường axit mạnh Hàm lượng sắt(II) trong nước có thể được xác định một cách khá đơngiản trong phòng thí nghiệm thông qua phép chuẩn độ này
Fe3+ + 1e Fe2+ Eo(Fe3+/2+) = +0,77V
MnO4- + 8H+ + 5e Mn2+ + 4H2O Eo(MnO4-/Mn2+) = +1,50V
Phương trình hoá học cho phản ứng chuẩn độ:
5Fe2+ + MnO4- + 8H+ 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
Hằng số cân bằng của phản ứng là rất lớn nên phản ứng được coi là hoàn toàn Điểm cuốicủa phép chuẩn độ được xác định khi chất chuẩn KMnO4 dư giọt đầu tiên gây ra màu tímcho dung dịch
I.2.2 Xác định chỉ số oxy hoà tan trong nước (DO) bằng phương pháp Winkler
Phương pháp Winkler dựa trên phản ứng của oxy hòa tan trong mẫu với mangan (II)hyđroxit Quá trình axit hóa và iodua các hợp chất mangan có hóa trị cao hơn mới hình thành
sẽ tạo ra một lượng iot tương đương Xác định lượng iot được giải phóng bằng cách chuẩn độvới natri thiosunfat
1 mol O2 �� � 2 mol MnO(OH)2 �� � 2 mol I2 �� � 4 mol S2O3 2
Vì thế, sau khi xác định số mol của lượng iot giải phóng, ta có thể xác định số mol của phân
tử O2 hòa tan có trong mẫu
Hàm lượng oxy hòa tan (DO) có đơn vị là mg/dm3 hay mg/L
Phương pháp Winkler cho phép xác định chỉ số DO dựa trên các phản ứng:
Trang 10 Axit hóa: MnO2 + 3I- + 4H+ Mn2+ + I3- + 2H2O (2)
Trang 11CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ MỘT SỐ NGUYÊN TỐ QUAN TRỌNG NHÓM VIIIB
II.1.2 Sắt(II) oxit – FeO
Sắt(II) oxit là chất rắn màu đen, phân huỷ khi đun nóng vừa phải nhưng dạng đã nungkhông hoạt động hoá học Nó thể hiện tính lưỡng tính nhưng tính bazơ trội hơn FeO dễ bịoxi hoá
Trang 12Sắt(III) oxit có màu nâu đỏ (dạng tam tà) hoặc nâu thẫm (dạng lập phương), bền nhiệt,không phản ứng với nước hay dung dịch ammoniac, thể hiện tính oxi hoá và lưỡng tính.
II.2.2 Platin(II) clorua – PtCl 2
Platin(II) clorua có màu nâu hay lục nhạt, không tan trong nước, không tạo tinh thể hydrat;không phản ứng với H2SO4, HNO3 nhưng phản ứng với HCl đun nóng
II.2.3 Platin(IV) clorua – PtCl 4
Platin(IV) clorua có màu nâu – đỏ, tan nhiều trong nước và thể hiện tính axit; phản ứng vớinước nóng và axit
PtCl4 2HCl (đặc) H2PtCl6
12
Trang 13II.3.2 Niken(II) oxit – NiO
Niken(II) oxit là chất rắn màu vàng, bền nhiệt, dạng đã nung không phản ứng với axit, nước;thể hiện tính lưỡng tính trong đó tính bazơ trội hơn, tan được trong ammoniac đặc
NiO 2HNO3 Ni(NO3)2 H2O
NiO 2NaOH ���t o Na2NiO2 (lục) H2O
NiO SiO2 Ni2SiO4
Trang 14-CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU MỘT SỐ CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP VỀ
NGUYÊN TỐ NHÓM VIIB, VIIIB
III.1 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP NGUYÊN TỐ NHÓM VIIB, VIIIB TRONG MỘT SỐ ĐỀ THI HỌC SINH GIỎI
Bài số 1: Phối tử (2-aminoetyl)photphin là phối tử hai càng Viết các đồng phân hình học và
đồng phân quang học của phức chất đicloro bis(2-aminoetyl)photphin niken(II).
(Trích câu V.1 - Đề thi chọn HSGQG năm 2015 – Ngày thi thứ hai)
Đồng phân trans: 2 đồng phân
Đồng phân cis: có 3 đồng phân, mỗi đồng phân lại có thêm đồng phân quang học
14
Trang 15Bài số 2: Một loại quặng chỉ chứa MnO2 và tạp chất trơ Cân chính xác 0,5000 gam quặng trênrồi cho vào bình cầu có nhánh Thêm từ từ vào bình này khoảng 50 mL dung dịch HCl đặc.Đun nóng đến khi mẫu quặng tan hết, chỉ còn lại tạp chất trơ Hấp thụ hoàn toàn khí Cl2 thoát
ra bằng lượng dư dung dịch KI, thu được dung dịch X Chuyển toàn bộ X vào bình định mức
250 mL, thêm nước cất đến vạch mức, lắc đều Chuẩn độ 25,00 mL dung dịch này bằng dungdịch chuẩn Na2S2O3 0,05 M (chỉ thị hồ tinh bột) thì hết 22,50 mL
a Viết các phương trình hóa học xảy ra.
b Tính hàm lượng % theo khối lượng của MnO2 trong quặng trên
(Trích câu IV.2 - Đề thi chọn HSGQG năm 2015 – Ngày thi thứ nhất)
Số mol MnO2 = Số mol I2 (theo phương trình phản ứng) = 5,625.10-3 (mol)
Phần trăm khối lượng MnO2:
Trang 16Re O
Bài số 3: Hòa tan 3,1934 gam bột FeO vào cốc chứa 50 mL dung dịch H2SO4 3M Sau khihỗn hợp tan hoàn toàn, thêm từ từ dung dịch SnCl2 1M vào cốc đến khi thu được dung dịchkhông màu Để nguội, cho dung dịch thu được vào bình định mức, thêm nước đến thể tích
100 mL Để chuẩn độ 10 mL dung dịch trong bình cần 17,63 mL dung dịch KMnO4 0,25N
a Điểm cuối của phép chuẩn độ đạt được khi nào? Điều đó có khả năng gây ra sai số dương
Bài số 4:
Bài số 5: Bột rhenium bị đốt cháy trong không khí tạo thành oxide A chứa 76.9% kim loại Khử A bằng CO khi đun nóng tạo thành một rhenium oxide C khác Ô mạng cơ sở của C là
hình lậ phương (cho ở dưới) với độ dài cạnh a = 3.734 ∙ 10-10 m
Một số phản ứng của các hợp chất rhenium được cho trong sơ đồ Cần lưu ý rằng phân tử
muối nghịch từ G (33.08 % Re và 6.95 % K về khối lượng), chứa 2 nguyên tử rhenium và có
liên kết rhenium-rhenium
16
Trang 171 Xác định công thức các chất A - G và viết các phương trình phản ứng Gợi ý: Rhenium và
manganese thuộc cùng nhóm trong bảng tuần hoàn và có một số tính chất tương đồng nhau
2 Theo quan điểm của bạn thì B có tính acid mạnh, yếu hay trung bình?
3 Tính khối lượng riêng lí thuyết của tinh thể oxide С.
4 Xác định độ bội của liên kết rhenium-rhenium trong cấu trúc của G và xác định các kiểu
liên kết (, , ) được tạo thành trong hợp chất này
(Trích IMChO 2010 – vòng I - Bản dịch của Tạp chí KEM)
ReO3 + 2KOH K2ReO4 + H2O
3K2ReO4 + 2H2O 2KReO4 + ReO2 + 4KOH
Trang 18
Do các d-electron của rhenium xảy ra sự tạo thành liên kết kim loại - kim loại và điều nàyđến từ số lượng và hình dạng các d-orbital, nên có thể rút ra một kết luận rằng 1 liên kết đượctạo thành bởi sự xen phủ các d-orbital dọc theo đường nối xuyên qua các nguyên tử rhenium(hãy gọi đó là trục z), nghĩa là một liên kết sigma () 2 liên kết khác được tạo thành bởi sựxen phủ các d-orbital bên trục z, nghĩa là có 2 liên kết pi () Cuối cùng, liên kết thứ tư là sựxen phủ của các d-orbital trong mặt phẳng xy (liên kết delta - ) Do vậy, liên kết bậc 4 trong
K2[Re2Br8] ∙ 2H2O có thể được mô tả là (1 + 2 + 1)
III.2 HỆ THỐNG CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP VỀ CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC NHÓM VIIB, VIIIB
III.2.1 Hệ thống câu hỏi về các nguyên tố nhóm VIIB, VIIIB
Câu 1: Ion hydrat hóa của Fe(III), A, có moment từ là 5.9 B Khử A trong dung dịch theo
sau đó là thêm vào một lượng dư ion CN- tạo ra một ion phức nghịch từ B Khi FeCl3 đượchòa tan trong nước, một dung dịch có màu vàng đậm được tạo ra Thêm tiếp NaS2CNR2 vàodung dịch này thu được phức C có moment từ bất thường Ở nhiệt độ thấp moment từ của nó
là 1.7 B trong khi ở nhiệt độ cao là 5.9 B Sử dụng thuyết trường tinh thể, chỉ ra trạng tháioxi hoá của Fe và số electron d trong các ion phức
Trang 19Phức C là sản phẩm của Fe(III) với NaS2CNR2 Ở nhiệt độ thấp, phức C tồn tại ở dạng C 1
có = 1,7 B và ở nhiệt độ cao, C tồn tại ở dạng C2 với = 5,9 B Điều này chứng tỏ ion
trung tâm trong C vẫn là ion Fe(III).
Câu 2: Hợp chất Pt có hóa trị II với công thức chung [PtX2(amin)2] (ở đây X là Cl hoặc X2 là
SO42-, manolat ) đã có nhiều ứng dụng trong khoa học và cuộc sống vì hoạt tính sinh họctrong việc chữa trị các khối u
Hợp chất được biết nhất là [PtCl2(NH3)2] có cấu trúc vuông phẳng, tồn tại dưới hai đồng phânhình học, trong đó có một đồng phân có hoạt tính chữa bệnh ung thư
1 Vẽ cấu trúc không gian của 2 đồng phân.
2 Có bao nhiêu đồng phân [PtClBr(NH3)2] Phác họa cấu trúc các đồng phân này
3 Nếu thay 2NH3 (đơn càng) bằng phối tử hai càng như 1,2-điaminetan (kí hiệu là en) ta thuđược một đồng phân duy nhất có công thức [PtClBr(en)].Vẽ cấu trúc không gian của phứcnày
Câu 3: Viết cấu hình electron của nguyên tử Fe (Z = 26) và ion Fe2+ Giải thích tại sao ion
Fe2+ lại có cấu hình như vậy
Đáp án: Mặc dù obitan 4s có năng lượng thấp hơn nhưng việc điền đầy electron vào cácobitan 3d ở lớp bên trong sẽ tạo thành một lực đẩy electron rất lớn Do đó, khi tạo thành ionthì electron ở mức 4s sẽ ưu tiên bị tách ra trước
Câu 4: Giải thích về thứ tự độ dài liên kết C – C trong các phức sau:
Trang 20
Đáp án:
Trong muối Zeiss thì ba nguyên tử clo âm điện mạnh nên khả năng tạo liên kết cho nhậnngược giữa phối tử clo với obitan phản liên kết của phối tử olefin rất kém, điều này làm liênkết C = C trong olefin là ngắn nhất Còn ở phức bên phải với 4 nhóm CN thì do CN làm bềnmạnh phức Pt, mặt khác khả năng tạo liên kết cho nhận ngược giữa CN với obitan phản liênkết lớn nên liên kết C – C sẽ là dài nhất
Câu 5: Niken (II) có cấu hình electron 3d8 Phức [Ni(CN)4]2- nghịch từ nhưng [NiCl4]2- thuận
từ với 2e độc thân Sắt cũng tương tự , Fe(III) có cấu hình 3d5, [Fe(CN)6]3- có 1e độc thân còn[Fe(H2O)6]3+ có 5e độc thân
a Có thể giải thích các hiện tượng trên theo VB được không?
b Giải thích các hiện tượng trên theo thuyết trường tinh thể.
20
Trang 21(Trường mạnh) (Trường yếu)
Câu 6: Vẽ tất cả các đồng phân phức có công thức.
III.2.2 Hệ thống bài tập về các nguyên tố nhóm VIIB, VIIIB
Bài số 1: Một hỗn hợp gồm sắt kim loại, sắt (II) oxit mới điều chế, và sắt (III) oxit được nungnóng trong một bình kín chứa khí hydro Một lượng 4,72 gam hỗn hợp khi phản ứng tạo ra3,92 gam sắt và 0,90 gam nước Khi cùng lượng hỗn hợp trên được cho phản ứng với mộtlượng dư dung dịch đồng (II) sunphat, có 4,96 gam chất rắn trong dung dịch sau phản ứng
1 Tính thể tích dung dịch HCl 7,3% (ρ =1.03 gcm3) tối thiểu phải dùng để hòa tan hoàntoàn 4,72 gam hỗn hợp đầu
2 Có bao nhiêu lit khí hydro được giải phóng ra ở đktc?