HP Hóa Vô Cơ.GV: TS. Nguyễn Thành Trung – BM Hóa Khoa KHCB

HP Hóa Vơ Cơ GV: TS Nguyễn Thành Trung – BM Hóa Khoa KHCB • Buổi (04/03/2014): Đại cương phản ứng thường gặp Các nguyên tố nhóm IIA • Buổi (11/03/2014): Các nguyên tố nhóm IIIA, IVA • Buổi (18/03/2014): Các nguyên tố nhóm IB, IIB • Nguyễn Thị Tố Nga, Hóa Vơ Cơ (1,2,3), ĐH Khoa Học Tự Nhiên – TPHCM • Link download file giảng: http://sites.google.com/site/nttkhcb/ • Thuyết Arrehénius: • Acid chất phân ly nước cho ion H+ • Base chất phân ly nước cho ion OH• Hạn chế: thuyết với dung dịch nước áp dụng cho chất có thành phần H OH • Thuyết proton (của Bronsted Lowry) • Acid tiểu phân cho proton H+ • Base tiểu phân nhận proton H+ • Ví dụ: HCl (acid) H+ + Cl- (base) • Như acid cho proton H+ trở thành base ngược lại base nhận proton H+ trở thành acid Một cặp acid base liên hệ với phương trình gọi cặp acid-base liên hợp • Với quan điểm acid phân tử trung hòa điện (HCl, HNO3, H2SO4,…) acid anion (H2PO4-, HSO4-,…) acid cation (NH4+,…) • Base phân tử trung hòa điện (NH3,…), anion (Cl-, NO3-,…) • Chú ý: H+ khơng thể tồn dạng tự do, nên chất nhường proton H+ có base khác nhận proton H+ • Ví dụ: hịa tan CH3COOH vào H2O CH3COOH có tính acid, cịn hịa tan CH3COOH vào H2SO4 CH3COOH khơng phải acid • Thuyết electron (thuyết Lewis) • Base chất cho cặp electron, acid chất nhận cặp electron để tạo thành liên kết hóa học • Ví dụ acid Lewis: Ag+, Al3+,…, base Lewis: NH3, Cl-,… • Thuyết acid-base cứng mềm • Acid cứng cation phân tử có kích thước nhỏ, có mật độ electron cao khơng có khả cho electron (H+, Ca2+,…) • Base cứng anion phân tử có kích thước nhỏ, khó bị biến dạng, khơng có khả nhận electron (F-, Cl-,…) • Acid mềm cation phân tử có kích thước lớn, có điện tích dương nhỏ, dễ bị biến dạng (Cu+, Ag+,…) • Base mềm anion phân tử có kích thước lớn, dễ bị phân cực dễ cho e • Theo quan điểm acid-base cứng mềm acid cứng dễ phản ứng với base cứng tạo thành hợp chất bền, acid mềm dễ phản ứng với base mềm để tạo thành hợp chất bền • Độ mềm giảm dần số base: Te2- > Se2- > S2- > I- > O2- > Cl- > OH- > CO32- >NO3- > SO42- > F- • Độ cứng giảm dần số acid: Be2+ > Al3+ > Zr4+ > Ti4+ > Mg2+ > Cr3+ > Bi3+ > Co3+ > Fe3+ > Ni2+ > Co2+ > Fe2+ > Cu2+ > Cd2+ > Cu+ > Hg2+ > Ag+ • Phản ứng acid-base • Theo thói quen người ta thường gọi phản ứng acid-base Bronsted phản ứng trung hòa, phản ứng acid base Lewis phản ứng tạo phức • Nếu acid base tham gia phản ứng acid mạnh base mạnh phản ứng giải phóng nhiều lượng tạo thành sản phẩm bền vững phản ứng xảy hồn tồn • Nếu acid base acid yếu hay base yếu, phản ứng thực phần không xảy • Sản phẩm phản ứng acid base tạo thành acid base tương ứng yếu • Với phản ứng tạo phức (acid base Lewis) sản phẩm tạo thành phức bền Ví dụ: [Zn(NH3)4]2+ + CN- mạnh NH3) 4CN- [Zn(CN)4]2- + 4NH3 (do tính base (Lewis) • Thông thường phản ứng thực dung môi Trường hợp dung mơi proton hóa (dung mơi có khả trao đổi proton): HA + Hsol H2Sol+ B- + Hsol HB + A+ Sol- Như dung dịch H2Sol+ acid mạnh phản ứng trước với Sol- base mạnh nhất: H2Sol+ + Sol- 2HSol • Phản ứng thủy phân • Là phản ứng dung môi (thường H2O) với chất tan tạo thành acid base tương ứng • Nếu cation acid mạnh H2O nhường H+ cho nước người ta nói cation bị thủy phân Ngược lại anion base mạnh nước, nhận H+ nước anion bị thủy phân • Ví dụ: trường hợp hòa tan NH4Cl vào nước: NH4Cl NH4+ + Cl- Chúng ta biết NH3 base yếu nên NH4+ acid mạnh, HCl acid mạnh nên Cl- base yếu Như hòa tan vào nước cation NH4+ bị thủy phân: NH4+ + trường acid) H2 O H 3O + + NH3 (à dung dịch NH4Cl có mơi • Là phản ứng có thay đổi số OXH nhiều nguyên tố thành phần chất phản ứng • Một phản ứng oxy hóa khử gồm bán phản ứng: bán phản ứng oxi hóa (q trình cho e) bán phản ứng khử (q trình nhận e) • Cân phản ứng oxy hóa khử phương pháp thăng electron phương pháp ion electron • Ví dụ cân phản ứng sau theo phương pháp ion electron KMnO4 + HCl + Na2SO3 MnO4SO32- + 8H+ + + 5e H2O - 2e MnSO4 + Na2SO4 + H2O + KCl Mn2+ + 4H2O SO42- + 2H+ x2 x5 Cộng bán phản ứng lại: 2MnO4- + 16H+ + 5SO32- + 5H2O 2Mn2+ + 8H2O + 5SO42- + 10H+ Rút gọn thành phần giống vế phản ứng đưa hệ số cân vào phương trình 2KMnO4 + 6HCl + 5Na2SO3 2MnCl2 + 5Na2SO4 + 3H2O + 2KCl • Biểu thức tính: EOXH/Kh = EoOXH/Kh + RT/nF.ln[OXH]/[Kh] Ở 25oC, 1atm: EOXH/Kh = EoOXH/Kh + 0.059/n.lg[OXH]/[Kh] Ví dụ: MnO4- + 8H+ + 5e Mn2+ + 4H2O o E MnO -/Mn2+ = E MnO -/Mn2+ 4 + 0,059/5.lg[MnO4-][H+]8/[Mn2+] • Điều kiện để phản ứng oxy hóa khử xảy ra: OXH1 + Kh2 Kh1 + OXH2 ΔE = EOXH1/Kh1 - EOXH2/Kh2 > Ở điều kiện chuẩn xét: ΔEo = EoOXH1/Kh1 - EoOXH2/Kh2 > Để đơn giản thường giả sử phản ứng thực đkchuẩn • Giá trị EOXH/Kh cho biết tính oxy hóa khử mạnh hay yếu, giá trị E dương tính oxy hóa mạnh, ngược lại giá trị E âm tính khử mạnh • Dựa vào biểu thức E ta thấy nồng độ dạng OXH/Kh ảnh hưởng đến giá trị E, hay nói khác tính oxy hóa khử tăng lên giảm Ví dụ: Beryllium Magnesium Calcium Radium Strontium Barium • Giới thiệu chung: • Các ngun tố có bán kính ngun tử tương đối lớn, lượng ion hóa nhỏ nên chúng kim loại điển hình • Tính kim loại tang dần từ Be đến Ra • Riêng Be có bán kính nguyên tử ion nhỏ hẵn so với nguyên tố khác, lại có lượng ion hóa lớn nên cịn thể tính chất khơng kim loại • Số oxy hóa đặc trưng nhóm: +2 (số oxh +1 không tồn lượng giải phóng hình thành hợp chất đủ để kích thích lên trạng thái số oxh +2) • Trừ Berili tạo nhiều hợp chất có liên kết mang nhiều tính cộng hóa trị, ngun tố cịn lại chủ yếu tạo thành hợp chất ion • Các ion E2+ tồn dung dịch dạng ion bị hydrat hóa E(H2O)n2+ • Trạng thái tự nhiên: • Hàm lượng vỏ đất nguyên tố là: • Be: 6.10-4 % Mg: 2.4 % Ca: 2.96 % Sr: 4.10-2 % Ba: 5.10-2 % • Khống vật quan trọng Berili Berin (Be3Al2[SiO3]6) Các dạng Berin suốt có màu có lẫn tạp chất đá q ngọc bích có màu xanh Do có màu sắc đẹp nên Berin thường dùng làm trang sức • Đơn chất • Tính chất vật lý: - Kim loại nhóm IIA có màu trắng bạc Trong khơng khí, Be Mg cịn ánh kim, kim loại khác ánh kim nhanh chóng tạo thành oxid tương ứng - Nhiệt độ nóng chảy (650-850 oC) nhiệt độ sơi (1100-1600 oC) không cao lắm, trừ Be - Dễ tạo hợp kim với kim loại khác Quang trọng hợp kim Mg Be nhẹ có độ bền lớn nên dùng làm vật liệu cho thiết bị tên lửa, … - Kim loại kiềm thổ hợp chất làm nhuộm màu lửa (vd: Ca: màu đỏ cam, Sr: màu đỏ son, Ba: màu xanh ánh vàng,…) Tính chất sử dụng việc phát nguyên tố làm pháo hoa, pháo hiệu • Tính chất hóa học: - Là chất khử mạnh, nên kim loại kiềm thổ phản ứng trực tiếp với nhiều không kim loại - Ở nhiệt độ phòng, Ca, Ba, Sr phản ứng với O2, S Hal2 phát nhiệt - Khi đốt nóng, chúng phản ứng với không kim loại hoạt động nitrogen, hydrogen, Be Mg hoạt động nên đòi hỏi nhiệt độ cao - Khi phản ứng với oxygen, Be Mg tạo oxid tương ứng, Ca, Ba, Sr tạo peroxide (CaO2, BaO2, SrO2) - Trừ Be khơng phản ứng với nước có màng oxid bảo vệ, Mg phản ứng chậm với nước nóng, kim loại lại phản ứng mạnh với nước - Be tan kiềm: Be + 2NaOH + 2H2O Na2[Be(OH)4] + H2 • Hợp chất • Hợp chất Be (+2) Là nguyên tố có số electron hóa trị nhỏ số orbital hóa trị, liên kết tạo thành với nguyên tử nguyên tố khác mang nhiều đặc tính cộng hóa trị BeO khơng tan nước, tan acid kiềm BeO + 2H3O+ + H2O BeO + 2NaOH Be(H2O)42+ Na2[Be(OH)4] BeCl từ tứ diện BeCl4, BeH4 Cl2, BeH2Clcó cấuCltrúc mạchH xây dựng H H Be Cl Be Cl Be Cl H Be H BeHal2 + NaHal Na2[BeHal4] BeS Na2[BeS2]; + Na2S H BeS + SiS2 Be[SiS3] • Hợp chất Mg (+2) Tùy thuộc vào chất nguyên tố kết hợp với nó, liên kết hợp chất bậc Mg thay đổi từ đặc tính liên kết kim loại sang liên kết có nhiều tính ion Ví dụ: hợp chất Mg3Al2, Mg2Pb: liên kết có chất kim loại Cịn hợp chất MgCl2, MgO liên kết có tính ion chủ yếu MgO (điều chế cách nung MgCO3), có dạng bột mịn hoạt động, tan nước, hấp thụ CO2 dễ tan acid\ Mg(OH)2 kết tủa màu trắng, tan nước (TMg(OH)2 = 6.10-10), dễ tan acid tan dung dịch muối amoni bão hịa (có mơi trường acid nhẹ) Các muối Mg(+2) thường dễ tan nước, tan bị phân ly thành ion Mg2+ tồn nước dạng phức aquo ([Mg(H2O)6]2+) không màu Các muối Mg(+2) với acid yếu MgCO3, Mg3(PO4)2, MgF2 tan Các muối Mg(+2) thường hút ẩm mạnh, dễ bị chảy rữa khơng khí ẩm Hợp chất Mg(+2) có nhiều ứng dụng: làm chất độn cao su, làm vật liệu chịu lửa, vật liệu xây dựng,… Một hợp chất có giá trị cơng nghiệp magiehydroxid clorua (Mg(OH)Cl) Sản phẩm điều chế cách trộn MgO với dung dịch đậm đặc MgCl2 gọi xi măng magnezi Hỗn hợp sau thời gian đông cứng chuyển thành dạng rắn có màu trắng, chịu tác dụng acid kiềm Q trình tạo thành Mg(OH)Cl đơng cứng sau: MgO + MgCl2 + H2O 2Mg(OH)Cl Sản phẩm bị tiếp tục polymer hóa tạo mạch kiểu: HO-Mg-O-(-Mg-O-)n-Mg-Cl Trong nguyên tố Mg liên kết với liên kết -O-Mg-O-Mg-, đầu mạch ngun tử Cl nhóm OH • Các hợp chất Ca(+2), Sr(+2) Ba(+2) Ca, Sr, Ba chủ yếu tạo hợp chất có liên kết ion nên hợp chất oxid, hydroxid chúng dễ tan có độ tan vừa phải Tính base tăng dần từ hợp chất Ca(+2) đến Ba(+2) CaO, SrO BaO chất rắn màu trắng, phản ứng mãnh liệt với nước tạo thành hydroxid tương ứng Các muối Ca(+2), Sr(+2), Ba(+2) với anion gốc acid có điện tích âm (NO3-, Cl) dễ tan nước, với anion đa điện tích (SO42-, CO32-, …) thường khó tan Khi nung hydroxid nhiệt độ cao có phản ứng tách nước tạo oxid tương ứng