Bài giảng Hóa học vô cơ 1 - ĐH Phạm Văn Đồng

So sánh tính ch ất của kim loại v à phi kim.[r]

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH QUẢNG NGÃI

TRƯỜNG ĐH PHẠM VĂN ĐỒNG - -

GV: LÊ THỊ NHƯ QUỲNH

BÀI GIẢNG

HĨA H

ỌC VƠ CƠ 1

PH

Ầ

N PHI KIM

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH QUẢNG NGÃI

TRƯỜNG ĐH PHẠM VĂN ĐỒNG - -

GV: LÊ THỊ NHƯ QUỲNH

BÀI GIẢNG

HĨA H

ỌC VƠ CƠ 1

PH

Ầ

N PHI KIM

LỜI MỞĐẦU

Hiện có nhiều giáo trình Hóa học Vơ xuất Và tác giả

trình bày nội dung theo cách khác Với thời lượng 45 tiết tín sinh viên khó khăn việc chọn giáo trình để học Hơn nữa, đểđáp ứng u cầu đưa

bài giảng lên website trường nhu cầu học tập sinh viên soạn giảng Hóa học Vơ với tiêu chí:

- Bám sát chương trình chi tiết Hóa học Vô hệ Cao đẳng Sư phạm

(CĐSP) Tổ môn phát hành

- Nội dung đọng, xác, rõ ràng chọn lọc từ nhiều giáo trình phù hợp với đối tượng sinh viên CĐSP

Tuy nhiên mức độ giảng tơi trình bày nội dung cốt lõi, đầy đủ phần đọc thêm, mở rộng kiến thức nên nghiên cứu giảng em sinh viên nên kết hợp với giáo trình khác để mở rộng thêm kiến thức cho

Ngồi em sinh viên CĐSP sinh viên thuộc ngành học, bậc học khác dùng giảng làm tài liệu tham khảo việc học

Sẽ khơng tránh khỏi thiếu sót q trình soạn giảng nên mong quan tâm góp ý bạn đọc em sinh viên để giảng hoàn thiện

hơn, giúp em học tập tốt

Tôi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo nhà trường, Ban Chủ nhiệm Khoa, tổ Hóa – khoa Cơ tạo điều kiện cho đưa giảng lên website trường

Chương 1. GIỚI THIỆU BẢNG HỆ THỐNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN

TỐ HÓA HỌC SỰ PHÂN CHIA KIM LOẠI VÀ PHI KIM

1.1 Nguyên tố hoá học [1], [3]

Ngun tố hố học mơt tập hợp nguyên tử có số proton hạt nhân có tính chất hố học

Kí hiệu: Tên nguyên tố hai chữ tên nguyên tố

bằng tiếng La tinh hay tiếng Hi Lạp

Ví dụ: Oxi có kí hiệu O lấy từ tên La tinh: Oxygenium Silic có kí hiệu Si lấy từ tên La tinh: Silicium

Praseodim có kí hiệu Pr lấy từ tên Hi Lạp: Praseodim

Tên nguyên tố hóa học bắt nguồn từ nhiều yếu tố: nơi tìm ngun tố đó, kỉ niệm tên người tìm ra, ứng dụng nguyên tố, …

Ví dụ: Ngun tốGecmani: nơi tìm Germanie Nguyên tố Franxi: nơi tìm France

Nguyên tốEsteni: người tìm Enstein

Nguyên tố Crom: tiếng Hi Lạp có nghĩa hoa: dùng điều chế chất màu, …

1.2 Bảng hệ thống tuần hồn (HTTH) ngun tố hố học [1], [3]

Vào kỷ 19 (1869) nghiên cứu biến thiên tính chất nguyên tố hợp chất chúng theo chiều tăng dần khối lượng nguyên tử tìm cách phân loại nguyên tố hóa học, nhà bác học người Nga Đ I Mendeleev khám phá

định luật tuần hoàn ông phát biểu định luật tuần hoàn sau:

“Khi xếp nguyên tố theo thứ tự tăng dần nguyên tử khối chúng nhận thấy tính chất nguyên tố biến thiên cách tuần hồn Với

“định luật tuần hồn” tơi muốn nói đến quan hệtương hỗ tính chất nguyên tố nguyên tử khối chúng Những quan hệ nghiệm cho tất

các ngun tố có tính chất hàm số”

“Tính chất đơn chất, thành phần tính chất hợp chất nguyên tố hóa học biến thiên tuần hoàn theo chiều tăng sốđơn vị điện tích hạt nhân Z nguyên tố”

Nghĩa xếp nguyên tố theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân nhiều tính chất vật lý hóa học biến đổi cách tuần hồn

Ví dụ:

Với Z = 11: Na kim loại kiềm; Z = 19: K kim loại kiềm; Z = 37: Rb kim loại kiềm

Trên sở định luật tuần hoàn, Medeleev xếp cách có hệ thống nguyên tố hóa học thành bảng gồm hàng cột dựa nguyên tắc:

- Xếp ô nguyên tố theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân - Các nguyên tố có số lớp electron xếp vào hàng - Các nguyên tố có số electron hóa trịđược xếp vào cột Bảng hệ thống tuần hồn gồm có ơ, chu kì, nhóm

1.2.1 Ơ

Mỗi ngun tố hóa học chiếm ô bảng HTTH, ô thể

những nội dung sau:

- Số thứ tự nguyên tố: số thứ tự ơ, số điện tích hạt

nhân ngun tố

- Kí hiệu tên nguyên tố

- Khối lượng nguyên tử trung bình nguyên tố

- Cấu hình electron nguyên tử

Ngoài số loại bảng HTTH cịn có thơng tin độ âm điện, bán kính

ngun tử, bán kính ion, lượng ion hóa, mức oxi hóa, lực điện tử,

Như vậy, biết số thứ tự có ta biết số electron

1.2.2 Chu kì

Chu kì dãy nguyên tố mà nguyên tử chúng có số lớp electron,

được xếp theo chiều điện tích hạt nhân Z tăng dần Một chu kì bắt đầu kim loại kiềm kết thúc khí trơ

Ví dụ:

Chu kì 3: Na Mg Al … Cl Ar Chu kì 4: K Ca Sc … Br Kr

- Bảng tuần hoàn gồm chu kì đánh số từ đến Số thứ tự chu kì số lớp electron ngun tử ngun tố chu kì

- Chu kì 1: gồm nguyên tố (H, He)

- Chu kì 2: gồm nguyên tố (từ Li đến Ne) - Chu kì 3: gồm nguyên tố (từ Na đến Ar) - Chu kì 4: gồm 18 nguyên tố (từ K đến Kr) - Chu kì 5: gồm 18 nguyên tố (từ Rb đến Xe) - Chu kì 6: gồm 32 nguyên tố (từ Cs đến Rn)

- Chu kì 7: chứa tối đa 32 nguyên tố, xây dựng (hiện

nay biết 30 nguyên tố)

- Các chu kì 1, 2, chu kì nhỏ Các chu kì 4, 5, 6, chu kì lớn

1.2.3 Nhóm

Nhóm nguyên tố tập hợp nguyên tố mà nguyên tử có cấu hình electron hố trị tương tự nhau, có tính chất hóa học gần giống xếp thành cột

Nguyên tử nguyên tố nhóm có số electron hóa trị

và số thứ tự nhóm (trừ số ngoại lệ)

Ta xác định số thứ tự nhóm cách sau:

Nguyên tố d: cấu hình electron: (n-1)d1…10ens1…2e thì: - Số thứ tự nhóm: a = số e(d) + số e(s) nếu:

+ a >10: a – 10 = nhóm phụ B + a < 8: a nhóm phụ B

- Nhóm IB, IIB: số thứ tự nhóm số electron lớp ngồi - Nhóm A: số thứ tự nhóm số electron lớp

Bảng tuần hồn có 18 cột chia thành nhóm A đánh số từ IA đến VIIIA

và nhóm B đánh số từIB đến VIIIB Riêng nhóm VIIIB gồm cột

Nhóm chia thành phân nhóm phân nhóm phụ: phân nhóm A gọi phân nhóm chính, phân nhóm B gọi phân nhóm phụ

- Phân nhóm chính: gồm nguyên tố có electron ứng với mức lượng cao nguyên tử phân bố phân lớp ns hay np

Các nguyên tố s có cấu hình electron ns1,2 gồm có : • ns1 kim loại kiềm

• ns2 kim loại kiềm thổ

Nguyên tố p (họ p) nguyên tố có electron cuối điền vào phân lớp p Các ngun tố p có cấu hình electron ns2np1-6 Ví dụ:

ns2np1 ns2np2 ns2np3 ns2np4 ns2np5 ns2np6 B – Al C – Si N – P O - S halogen khí trơ

- Phân nhóm phụ:

• Phân nhóm phụ 1: gồm nguyên tố họ d, nguyên tố d (họ d) nguyên tố có electron ứng với mức lượng cao phân bố phân lớp d

Các nguyên tố d có cấu hình electron (n-1)d1-10ns1,2, kim loại chuyển tiếp • Phân nhóm phụ 2: gồm nguyên tố họ f, nguyên tố f (họ f) nguyên tố có electron ứng với mức lượng cao phân bố phân lớp f

Các nguyên tố f có cấu hình electron (n-2)f1-14(n-1)d0,1ns2, nguyên tố đất

1.2.4 Hai dạng bảng HTTH phổ biến [2]

Các nguyên tố chu kì xếp thành hàng, ngun tố thuộc chu kì sau có xây dựng thêm lớp điện tử so với nguyên tố thuộc chu kì

trước

Các nguyên tố có cấu trúc lớp vỏ điện tử bên ngồi giống xếp vào cột tạo thành nhóm

Nhóm gồm có phân nhóm chính, phân nhóm phụ:

- Phân nhóm (phân nhóm A): gồm nguyên tố họ s, p - Phân nhóm phụ (phân nhóm B): gồm nguyên tố họ d, f 1.2.4.2 Bảng dạng ngắn

Trong chu kì nguyên tố xếp thành hàng có phân chia chu kì lớn chu kì nhỏ, chu kì nhỏ có hàng, chu kì lớn có hàng

Các nguyên tốđược chia làm nhóm, nhóm gồm phân nhóm: - Phân nhóm (phân nhóm A):gồm ngun tố họ s, p - Phân nhóm phụ (phân nhóm B): gồm nguyên tố họ d, f

1.2.5 Các nguyên tố xếp xuống bảng HTTH [2]

Trong bảng tuần hoàn dạng dài dạng ngắn có 14 nguyên tố họ Lantan (58Ce → 71Lu) 14 nguyên tố họ Actini (90Th →103Lr) tương ứng với cấu hình electron 4f1-14 chu kì 5f1-14ở chu kì cắt đặt xuống cuối bảng tuần hoàn Các nguyên tố tạo thành 14 nhóm, nhóm gồm nguyên tố

theo cột dọc Nếu đặt nhóm nguyên tố họ f vào bảng chung bảng có q nhiều nhóm cân đối, tính chất nguyên tố họ f có khác biệt với tính chất nguyên tố họ s, họ p họ d, nên việc cắt đặt xuống bảng tuần hồn hợp lí

1.3 Sự phân chia kim loại - phi kim - bán kim – bán dẫn [2] 1.3.1 Kim loại – phi kim – bán kim – bán dẫn

- Trong phản ứng hóa học phi kim có xu hướng thu thêm electron để đạt cấu hình bền vững giống khí đứng sau

- Trong phản ứng hóa học kim loại có xu hướng nhường electron hố trị để đạt cấu hình electron khí đứng trước

Khơng có giới hạn rõ rệt kim loại phi kim Tuy nhiên phân chia có lợi khảo sát tính chất ngun tốvà người ta coi đường tiếp giáp bên gồm nguyên tố B, Si, As, Te, At với bên gồm Be, Al, Sb, Po ranh giới phân chia phi kim kim loại

Một số nguyên tố vùng giáp ranh vừa thể tính chất phi kim, vừa thể tính chất kim loại như: B, Si, As, Te, At, Be, Al, Sb, Po nên chúng gọi nguyên tố bán kim

Các nguyên tố bán dẫn như: B, Si, Ge, As, Sb, Te nằm vùng tiếp giáp kim loại phi kim, trừ Se nằm sâu vùng phi kim Như đa số

nguyên tố bán dẫn đồng thời nguyên tố bán kim

Các nguyên tố bán dẫn nhìn bề ngồi giống kim loại Chúng tán xạ vùng trông thấy vùng hồng ngoại nhiều so với kim loại, thường có màu xám có ánh kim Các nguyên tố bán dẫn dẫn điện nhiều so với kim loại Tính dẫn điện tăng lên điều kiện định tăng nhiệt độ có lượng nhỏ tạp chất, trường hợp độ dẫn điện thấp độ dẫn điện kim loại Chính độ dẫn điện thấp tăng lên nhiệt độ tăng nên chúng gọi nguyên tố bán dẫn

Sự khác tính chất điện quang kim loại chất bán dẫn khác liên kết đơn chất chúng Trong nguyên tố bán dẫn, electron hóa trị linh động so với electron hóa trị kim loại Về mặt hóa học ngun tố bán dẫn có đặc tính phi kim trội hơn, chẳng hạn hợp chất chúng với hiđro halogen hợp chất cộng hóa trị Giá trị lượng ion hóa thứ

10

1.3.2 So sánh tính chất kim loại phi kim

Kim loại Phi kim

Tính chất vật lý

- Năng lượng ion hoá thấp - Ái lực electron thấp - Độâm điện thấp

- Bán kính nguyên tử lớn - Thường chất rắn, ts, tnc cao - Ánh kim, phản xạ ánh sáng - Khối lượng riêng lớn

- Độ dẻo cao (rèn, cán, kéo sợi) - Dẫn nhiệt, dẫn điện tốt

- Năng lượng ion hoá cao - Ái lực electron cao - Độâm điện cao

- Bán kính nguyên tửnhỏ - Ở dạng khí, rắn, ts, tnc thấp - Khơng ánh kim, phản xạ - Khối lượng riêng nhỏ

- Ở thể rắn dịn, cứng, mềm - Dẫn nhiệt, dẫn điện

Tính chất hố học

- Hợp chất với hiđrokhông đặc trưng

(tạo ion H-)

- Oxit kim loại thường có liên kết ion, oxit kim loại điển hình tan

nước tạo bazơ

- Trong dung dịch nước, kim loại tồn dạng cation tổ hợp anion chứa oxi hay chứa phi kim khác

- Hợp chất với hiđrođặc trưng (trong

phân tử có liên kết cộng hóa trị)

- Oxit phi kim có liên kết cộng hóa trị phân cực, đa số tan nước tạo thành axit

- Phi kim tồn dung dịch

nước dạng anion đơn hay tổ hợp chứa phi kim khác mang điện tích âm, tạo thành cation

1.4 Đặc điểm phi kim [2]

1.4.1 Đặc điểm cấu tạo nguyên tử

- Bán kính nguyên tử nhỏ;

11

- Cấu tạo electron lớp bên ngồi ngun tử cịn obitan hoá trị tự

1.4.2 Đặc điểm liên kết đơn chất

Trong bảng HTTH có 24 phi kim, phi kim điều kiện thường có đơn

chất có phân tử tồn dạng nguyên tử: H2, N2, O2, F2, Cl2 (khí) , I2 (rắn) Các phi kim khác cịn lại có phân tửđơn chất hợp thành từ nhiều nguyên tử tồn dạng rắn kim cương, có phân tử đơn chất mềm photpho, lưu

huỳnh Tính chất phi kim khác nguyên nhân chủ yếu liên kết

đơn chất nguyên tốđó

1.4 Đặc điểm liên kết hợp chất

Các phi kim phản ứng với tạo thành hợp chất liên kết cộng hóa trị phân cực Các hợp chất cộng hóa trịcó xu hướng tồn dạng phân tửđộc lập, phân tử có lực tương tác yếu Vì nhiệt độ bình thường, phân tử

có khối lượng phân tửbé thường tồn thể khí, cịn phân tử có khối lượng phân tử lớn thường chất lỏng chất rắn dễ nóng chảy

1.4.4 Đặc điểm phi kim đầu nhóm

- Số thứ tự nhỏ, bán kính nguyên tử nhỏ, độâm điện lớn nên thường có tính chất hóa học khác biệt so với ngun tố cịn lại nhóm

- Những ngun tố đầu nhóm chu kì tạo thành tối đa liên kết chúng có obitan 2s obitan 2p tham gia liên kết hóa học Mặc khác chúng có khả hình thành liên kết π tốt ngun tố cịn lại nhóm Nguyên nhân bán kính nguyên tử nhỏdo obitan phản ứng hóa học tạo nên liên kết π có khảnăng tham gia xen phủ tốt

- Những phi kim có số thứ tựcao thêm obitan d tham gia liên kết, ngun tố có nhiều liên kết

BÀI TẬP [1]

12

2 Viết cấu hình electron nguyên tửdưới dạng chữ nguyên tố có Z = 25, 30, 35

và 37 xác định:

- Chu kì, phân nhóm chúng; - Nguyên tố kim loại, phi kim;

- Tính chất hóa học đặc trưng chúng

3 Hãy xác định số thứ tự, chu kì phân nhóm nguyên tử có electron phân lớp 3d

4 Nêu tính chất vật lý hóa học thể khác kim loại phi kim? Nêu khác quan trọng nguyên tốđầu nhóm nhóm phi kim nguyên tố khác nhóm có số thứ tựcao hơn?

13

Chương HIĐRO, OXI VÀ NƯỚC

2.1 Hiđro [2], [4]

2.1.1 Các đặc trưng nguyên tử hiđro

- Cấu hình electron: 1s1 - Bán kính ngun tử: 0,53

o

A - Bán kính ion H+: 0,15.10-4

o

A - Ái lực electron: 0,75 eV

- Năng lượng ion hoá: I1 = 1316 kJ/mol - Độâm điện: χ = 2,1

- Thếđiện cực chuẩn: V

2.1.2 Trạng thái thiên nhiên, phương pháp điều chế

2.1.2.1 Trạng thái thiên nhiên

- Nguyên tốhiđro chiếm 17% tổng số nguyên tử vỏ quảđất

- Hiđro tồn chủ yếu dạng hợp chất, dạng đơn chất tìm thấy số khí thiên nhiên khí núi lửa

- Hiđro có đồng vị:

1H(prôti),

1H(D: đơteri),

1H(T: triti)

2.1.2.2 Phương pháp điều chế

 Trong phịng thí nghiệm:

+ Cho axit tác dụng với kim loại hoạt động: Ví dụ: Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2↑ Phản ứng thực bình kíp

+ Thủy phân hợp chất hiđrua:

Ví dụ: CaH2 + H2O → Ca(OH)2 + 2H2↑  Trong công nghiệp:

- Từ than: cho nước qua than cốc đốt nóng đến 1000oC, sản phẩm thu

14

Hình 2.1 Sơ đồđiều chế khí hiđro từ than

- Từ khí thiên nhiên: thành phần khí thiên nhiên CH4

Hình 2.2 Sơ đồđiều chế khí hiđro từ khí thiên nhiên

- Từ khí lị cốc: hóa lỏng phân đoạn khí lị cốc

Thành phần khí lị cốc: 50% H2, 25% CH4, 5% CO, 5% CO2, 10% N2 5% hợp chất khác

Dựa vào nhiệt độ sôi khác khí người ta dùng phương pháp hố

lỏng phân đoạn khí lị cốc thu khí H2 N2 để tổng hợp amoniac - Điện phân nước: thu H2 tinh khiết đắt tiền

Trong công nghiệp người ta thường điện phân dung dịch 25% NaOH hay KOH

trong nước, thu khí H2 bay lên catơt

2.1.3 Tính chất lí – hóa học ứng dụng hiđro

15

Là khí khơng màu, khơng mùi, khơng vị, khí nhẹ tất khí tnc= -259,1

o

C, ts = -252,6 o

C, tan nước dung mơi hữu 2.1.3.2 Tính chất hoá học

Phân tử H2 bền nhiệt, bị phân huỷở 2000 o

C: H2

2000oC

 2H, ∆H = 103 kcal/mol

H2 hoạt động hố học đun nóng a Tác dụng với phi kim

- Với oxi: 2H2 + O2

o t

 2H2O

- Với nitơ: 3H2 + N2

o t ,p xuctac

2NH3

Với cacbon: C + 2H2

o t

 CH4

- Với flo, phản ứng xảy nhiệt độ thường, cháy thành lửa nổ:

H2 + F2 → 2HF

- Với clo, phản ứng xảy có ánh sáng, cịn brom, iơt phản ứng xảy

nhiệt độ cao

b Tác dụng với kim loại: tạo hiđrua

- Với kim loại kiềm: tạo hiđrua MH Ví dụ: H2 + 2Li

o t

 2LiH

- Với kim loại kiềm thổ: tạo hiđrua MH2 Ví dụ: H2 + 2Ca

o t

 CaH2

- Với kim loại chuyển tiếp: tạo hiđrua khác tuỳ trường hợp cụ thể Ví dụ: hiđrua TiH1,65, TiH2, ZrH2, UH3,… dạng dung dịch rắn, hợp chất phần thể tính kim loại

- Các hiđrua Al, Be, Mg có dạng (AlH3)n, (BeH2)n, (MgH2)n có tính chất khơng giống hiđrua dạng muối

2.1.3.3 Ứng dụng

16

- Khử tạp chất công nghệ chế biến dầu mỏ; - Tổng hợp amoniac, metanol, HCl;

- Hàn hơi, cắt kim loại khó nóng chảy, thạch anh, … - Triti, đơteri ứng dụng lượng hạt nhân

2.1.4 Hiđrua

Hiđrua hợp chất nguyên tốtrong có chứa hiđro gọi hiđrua

- Với hợp chất H có số oxi hố -1: gọi hiđrua, ví dụ: NaH - natrihiđrua, CaH2 - canxihiđrua,…

- Với hợp chất H có số oxi hố +1: đuôi “ua”được đọc gắn sau nguyên tố liên kết với hiđro, ví dụ: HCl - hiđroclorua, H2S - hiđrosunfua, …

2.1.4.1 Hiđrua ion

- Hiđrua ion hiđrua kim loại kiềm (MH) kiềm thổ (MH2) - Liên kết hiđrua liên kết ion

- Nhiệt độ nóng chảy cao, dẫn điện nóng chảy, điều kiện thường tồn

trạng thái tinh thể

Tính chất hố học: hoạt tính hoá học cao - Khửnước nhiệt độthường:

NaH + H2O → NaOH + H2↑ CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2H2↑

Một số hiđrua ion tự bốc cháy khơng khí, nhiệt phát phản ứng thuỷ phân vết nước

Hiđrua ion kết hợp với số chất khác tạo phức chất Ví dụ: 4LiH + AlCl3 → LiAlH4 + 3LiCl

Có thể điều chế hiđrua ion cách đun nóng kim loại tương ứng khí

hiđro

Ví dụ: 2Na + H2 → 2NaH Ca + H2 → CaH2 2.1.4.2 Hiđrua cộng hoá trị (CHT)

17

- Liên kết hợp chất liên kết CHT Tuy nhiên liên kết mang phần chất ion

Trong hiđrua CHT quan trọng HX (X halogen) số chất như:

CH4, NH3, H2S,…

Trong HX HF axit yếu, HX lại axit mạnh

Hiđrua CHT thể tính khử tính khửtăng dần từđầu đến cuối nhóm Ví dụ: H2SO4đặc, nóng + HCl → khơng xảy

H2SO4đặc, nóng + 2HBr → SO2 + Br2 + H2O H2SO4đặc, nóng + 2HI → H2S + I2 + H2O Từ trái sang phải tính khử giảm dần:

SiH4 + 2O2 → SiO2 + 2H2O PH3 + 2O2

150oC

 H3PO4

4NH3 + 5O2 300 500

oC



 4NO + 6H2O

HCl + O2

2 o

t cao CuCl

 2Cl2 + 2H2O

2.1.4.3 Hiđrua kiểu kim loại

Là hiđrua kim loại chuyển tiếp Nhiều kim loại chuyển tiếp tạo hợp chất với hiđro có thành phần xác định như: VH, ScH2, … Tuy nhiên có nhiều nguyên tố khơng có khảnăng mà có khả hấp thụ khí H2 lượng biến đổi tuỳ theo nhiệt độ áp suất Các hiđrua có tính chất giống kim loại so với kim loại ban đầu khả phản ứng với oxi với nước Những hiđrua

này dòn kim loại, có tính chất từ, dẫn điện bán dẫn

2.2 Oxi [2], [4]

2.2.1 Vị trí, đặc điểm tính chất oxi

Vị trí: Z = 8, chu kì 2, nhóm VIA Cấu hình electron: 1s2 2s2 2p4

18 - Bán kính nguyên tử: 0,73

o

A - Bán kính ion O2-: 1,45

o

A

- Năng lượng ion hóa thứ nhất: I1 = 13,62 eV - Độâm điện: χ = 3,5

2.2.2 Trạng thái thiên nhiên, phương phápđiều chế

2.2.2.1 Trạng thái thiên nhiên

- Oxi nguyên tố phổ biến thiên nhiên % mO: + Trong khí quyển: 23%

+ Trong nước: 89%

+ Trong thểngười: 65% + Trong cát: 53%

+ Trong đất sét: 56%

- Tổng cộng lượng oxi vỏ quảđất: 50% khối lượng - Trong khơng khí: 78,03%

2 N

V , 20,93%

2 O

V , tỉ lệ bé khí hiếm, lượng biến đổi H2O(h) CO2(k)

Oxi có ba đồng vị bền:

16

8O (99,76%) 17

8O(0,037%) 18

8O(0,204%)

Và ba đồng vị phóng xạ nhân tạo: 14 15 8O, O

19 8O

2.2.2.2 Phương pháp điều chế  Trong phịng thí nghiệm:

Nhiệt phân hợp chất giàu oxi, bền KClO3, KMnO4, H2O2, … 2H2O2

o

t

 2H2O + O2 2KClO3

o

t

 2KCl + 3O2 2KMnO4

o

t

19  Trong cơng nghiệp:

- Từkhơng khí: chưng cất phân đoạn khơng khí lỏng

Hình 2.3 Sơ đồđiều chế khí oxi từ khơng khí

- Từnước: điện phân nước

Hình 2.4 Bình điện phân nước 2.2.3 Cấu tạo phân tử, tính chất lí – hóa ứng dụng

2.2.3.1 Cấu tạo phân tử

Cấu tạo electron: Công thức cấu tạo:

Cấu hình electron O2:

             

2 2 2 1

lk * lk lk lk * *

2s 2s z x y x y

σ σ σ π π π π

2H2O 2H2 + O2

Điện phân

O = O

20 2.2.3.2 Tính chất vật lý

- Là chất khí, khơng màu, khơng mùi, khơng vị, nặng khơng khí - Nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sơi thấp, tnc = -218,7

o

C, ts = -183 o

C - Trạng thái lỏng: oxi có màu xanh da trời

- Trạng thái rắn: oxi có màu xanh đậm

- Oxi tan nước (điều kiện thường: 1lít nước hịa tan 0,031lít oxi)

- Oxi trì sống cháy 2.2.3.3 Tính chất hóa học

a Tác dụng với kim loại (trừ Au, Pt): tạo oxit bazơ

4Li + O2 → 2Li2O 2Na + O2 → Na2O2 3Fe + 2O2

o

t

 Fe3O4

2Cu + O2

o

t

 2CuO

b Tác dụng với phi kim (trừ halogen): tạo oxit axit P4 + 5O2 → 2P2O5

S + O2

o

t

 SO2

C + O2

o

t

 CO2 N2 + O2 2000

oC



2NO c Tác dụng với hợp chất

2H2S + 3O2

o

t

 2SO2 + 2H2O

4NH3 + 5O2

o

t

 4NO + 6H2O 2SO2 + O2

2 o

t V O

2SO3