(Sáng kiến kinh nghiệm) chuyên đề môn hóa học HALOGEN

CHUYÊN ĐỀ HALOGEN Giáo viên:Trịnh Thị Thu Hiền Trường THPT Chuyên Lào Cai MỞ ĐẦU I Lí chọn đề tài Như biết hóa học vơ ngành phát triển giới Việt Nam Việc nghiên cứu phi kim hướng nghiên cứu Để việc xác định tồn phi kim hay trình tổng hợp chúng cần có việc nghiên cứu cấu trúc phù hợp cấu trúc tính chất Sự xác định cấu trúc, liên kết tính chất phi kim giúp việc nghiên cứu chúng dễ dàng Phi kim lĩnh vực khơng cịn xa lạ với nước giới ngày xuất nhiều kì thi quốc gia quốc tế Lý thuyết phi kim hố học phổ thơng đề cập nhiều tài liệu dành cho học sinh chuyên tài liệu bồi dưỡng giáo viên, chủ yếu trình bày sở lí thuyết Hệ thống tập áp dụng dùng cho bồi dưỡng học sinh giỏi Quốc gia Quốc tế chưa đề cập nhiều Hiện nội dung phi kim đưa vào tài liệu bồi dưỡng học sinh giỏi, nhiên nội dung kiến thức chủ yếu lí thuyết tập định tính Hệ thống dạng tập, đặc biệt tập để thấy phù hợp cấu tạo phân tử tính chất chưa nhiều Điều khó đảm bảo để em giải trọn vẹn tốn định tính, định lượng hóa học phi kim dạng khác đề thi học sinh giỏi Quốc gia, Quốc tế Chính lý nên chúng tơi chọn đề tài: “ Halogen” II Mục đích đề tài: Vận dụng lý thuyết cấu trúc, liên kết, tính chất phi kim, xây dựng tiêu chí tập cấu trúc, liên kết phi kim, tính toán định lượng phi kim phân loại chúng cách đơn giản phục vụ cho bồi dưỡng học sinh giỏi Quốc gia, Quốc tế III Nhiệm vụ nội dung đề tài: 1- Nghiên cứu lí thuyết hóa học phi kim chương trình hóa học vơ đại học, khoa Hố Đại học Sư phạm Hà Nội tìm hiểu nội dung giảng dạy hóa học vơ nói chung trường chun 2- Thống kê, phân loại tập tài liệu giáo khoa, sách tập cho sinh viên, tài liệu tham khảo có nội dung liên quan đến hóa phi kim, từ phân tích việc vận dụng nội dung lí thuyết cấu trúc, liên kết, tính chất phi kim giảng dạy hố học trường chuyên xây dựng tiêu chí, cấu trúc tập liên quan 3- Phân tích nội dung hóa học phi kim 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 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 1: TỔNG QUAN I- TẦM QUAN TRỌNG CỦA HÓA HỌC PHI KIM Hóa học phi kim nội dung hóa học vơ Hiểu rõ kiến thức hóa học phi kim nghiên cứu vấn đề khác hóa học vơ như: liên kết, cấu tạo, dự đoán phản ứng, tổng hợp chất vô mong muốn, xác định cấu tạo hợp chất vơ cơ, dự đốn tính chất lý hóa chúng Việc đưa nội dung vào chương trình có ý nghĩa lớn, giúp cho học sinh hiểu đầy đủ sâu sắc kiến thức tảng hóa học vơ Bước đầu cho học sinh tiếp cận với hóa học vơ nâng cao so với chương trình hóa học phổ thơng II- TÌNH HÌNH THỰC TẾ VỀ NỘI DUNG KIẾN THỨC HĨA HỌC PHI KIM TRONG CÁC TÀI LIỆU HIỆN HÀNH Trong tài liệu hành, lý thuyết hóa học phi kim tương đối đầy đủ, dạng tập chưa phong phú chưa phân loại rõ ràng bó hẹp dạng xác định tính chất liên quan tới kiến thức khác hóa học phi kim mức độ đơn giản Hơn nữa, tập vận dụng lý thuyết hóa phi kim chưa có dạng tổng hợp để bồi dưỡng lực tư duy, chưa định lượng hóa III- VAI TRÒ CỦA BÀI TẬP TRONG VIỆC BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI Để đặt yêu cầu cho học sinh (HS) trình giảng dạy việc lựa chọn, xây dựng tập việc làm quan trọng cần thiết GV Thông qua tập, GV đánh giá khả nhận thức, khả vận dụng kiến thức HS Bài tập phương tiện để dạy HS tập vận dụng kiến thức vào thực hành, thực tế vận dụng kiến thức thông qua tập có nhiều hình thức phong phú Chính nhờ việc giải tập mà kiến thức củng cố, khắc sâu, xác hóa, mở rộng nâng cao Cho nên, tập vừa nội dung, vừa phương pháp, vừa phương tiện để dạy tốt học tốt PHẦN II - NỘI DUNG CÁC VẤN ĐỀ LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP VẬN DỤNG LÝ THUYẾT HÓA HỌC HALOGEN Chương I: TÓM TẮT LÝ THUYẾT VỀ HALOGEN I Đặc điểm chung halogen N0 Tính chất F Số thứ tự 2 Cấu hình electron 2s 2p5 Bán kính ntử, Ao 0,64 Năng lượng ion hóa I1, eV 17,42 Ái lực electron, eV -3,58 Độ âm điện 3,98 Cl 17 3s 3p5 0,99 13,01 -3,81 3,16 Br 35 4s 4p5 1,14 11,84 -3,56 2,96 I 53 5s 5p5 1,33 10,45 -3,29 2,66 At 85 6s 6p5 1,40 9,50 -3,29 2,20 Nguyên tử nguyên tố nhóm VIIA có electron lớp vỏ ngồi với cấu hình electron: ns2np5 Chúng cịn thiếu electron đạt cấu hình bền khí trơ, đó: + Có thể dễ dàng nhận thêm electron để tạo thành X- tác dụng với kim loại: X + 1e →X+ Tạo liên kết cộng hóa trị cách góp chung electron độc thân với nguyên tử nguyên tố khác: Ví dụ: H-Cl, I-Cl, Cl-Cl - Từ clo trở xuống, halogen dùng obitan d để tạo thành nhiều phân tử mà lớp vỏ có 8e Ví dụ: BrF5, IF7 Ở trạng thái rắn, lỏng khí halogen gồm phân tử nguyên tử X2 với cấu hình electron sau: (σs lk)2 (σs plk)2(σpz lk)2 (πpx,ylk)4 (πpx,y plk)4 II Trạng thái thiên nhiên thành phần đồng vị Các halogen có tính oxi hóa mạnh, nên chúng không tồn trạng thái tự mà tìm thấy dạng hợp chất, thường halogenua kim loại mạnh (Na, K, Ca, Mg ) - Flo có khống vật florit CaF2; cryolit Na3AlF6 floapatit Ca5(PO4)3F, men răng, xương - Clo có: Chủ yếu dạng muối ăn NaCl có nước biển mỏ muối, máu dạng NaCl dịch vị dạng HCl - Brôm iốt: Thường theo hợp chất tương ứng clo nước biển, với lượng nhiều Iốt cịn có số rong biển, tuyến giáp Trong hợp chất tự nhiên thì: - Flo có đồng vị 19F Hiện người ta điều chế đồng vị bền flo có khối lượng từ 16-21 - Clo tồn dạng đồng vị bền 35Cl(75,53%) 37Cl(24,47%) - Brơm có đồng vị bền 79Br (50,56%) 82Br (49,44%) - Iốt có đồng vị bền 127I III Tính chất vật lí Trạng thái: Ở điều kiện thường, flo khí, clo chất khí, brơm chất lỏng, iốt chất rắn Màu sắc Halogen F2 Cl2 Br2 I2 λmax, nm 285 330 420 520 Màu sắc lục nhạt lục vàng đỏ - nâu đen - tím Tính tan Các halogen có mùi xốc, khó ngửi, độc Là hợp chất không phân cực, halogen tương đối tan nước Các halogen tan nhiều dung môi không phân cực benzen, tetra cloruacacbon, cacbon đisunfua, ete rượu Một số tính chất vật lí đặc trưng iot - Iot chất rắn màu đen có ánh kim yếu - Ở áp suất khí thăng hoa mà khơng nóng chảy áp suất riêng phần bề mặt lớn Nó dễ tan dung môi không cực, CS CCl4 Hơi iốt có màu tím hóa rắn làm lạnh Trong dung dịch hồ tinh bột loãng, iốt cho màu lam thẫm - Iốt tan nhiều dung dịch KI, tạo thành ion phức triiođua (có màu vàng nhạt): I2 + I- → I3IV Tính chất hóa học Phản ứng với hiđro - Flo cho phản ứng nổ mạnh, nhiệt độ thấp, mà flo cịn thể rắn hiđrơ thể lỏng: F2 + H2 →2HF ∆H0 = -288,6 kJ/mol - Clo phản ứng nổ với hidro đặt ngồi ánh sáng chói mặt trời đun nóng: Cl2 + H2 → 2HCl ∆H0 = -92,3 kJ/mol - Brôm tác dụng nhiệt độ cao va không gây nổ Br2 + H2 →2HBr ∆H0 = -35,98 kJ/mol - Iốt hoạt động nữa, phải đun nóng mạnh có phản ứng thuận nghịch thu nhiệt: I2 + H2 2HI ∆H0 = 25,9 kJ/mol Phản ứng với phi kim khác Phản ứng với kim loại Tác dụng với kim loại Với kim loại có tính dương điện mạnh Na, K, Mg, halogen cho phản ứng nhiệt độ thường Với clo tác dụng với kim loại có nhiều trạng thái oxi hóa tạo thành halogenua kim loại ứng với số oxi hóa cao Ví dụ: 3Cl2 + 2Fe → 2FeCl3 Iốt khả oxi hóa yếu nên đưa kim loại lên trạng thái oxi hóa thấp: Fe + I2 →FeI2 Phản ứng với nước Ở nhiệt độ thường, halogen chủ yếu theo phản ứng: X2 + HOH 2H+ + 2X- + 1/2O2 (*) X2 + HOH H+ + X- + HOX (**) - Với flo: nước bị cháy khí flo F2 + H2O → 2HF + 1/2O2 - Với clo: nhiệt độ cao khoảng 700 0C tác dụng với nước theo phản ứng (*), cịn nhiệt độ thường theo phản ứng (**): Cl2 + H2O HCl + HClO Hỗn hợp gọi nước clo, nước clo có tính ơxi hóa mạnh clo thể khí HClO khử chuẩn lớn khí Cl2 Phản ứng với dung dịch kiềm Tùy theo điều kiện cụ thể, halogen tác dụng với dung dịch kiềm cho dung dịch chứa ion hypohalogenit XO- hay ion halogenat XO3- Phản ứng với hiđrua Cl2, Br2, I2 phản ứng với dung dịch NH3, dung dịch H2S… Phản ứng hốn vị Ví dụ: Cl2 + 2NaBr → 2NaCl + Br2 Phản ứng với hợp chất kim loại Ví dụ: FeCl2 + Cl2 dư → FeCl3 Phản ứng với chất oxi hóa (tính khử): Khả khử flo clo, tăng lên dần từ brôm đến astatin, chúng tác dụng với chất oxi hóa mạnh 5Cl2 + Br2 + 6H2O → 2HBrO3 + 10HCl 5Cl2 + I2 + 6H2O → 2HIO3 + 10HCl 5HOCl + 2At + H2O → 2HAtO3 + 5HCl V Điều chế ứng dụng Điều chế Dựa phản ứng oxi hóa halogenua chất oxi hóa mạnh dòng điện: X- - e → X sau → X2 2X - Flo: chất oxi hóa mạnh ngun tố, nên khơng thể dùng phản ứng oxi hóa khử để điều chế, mà phương pháp điện phân nóng chảy muối KHF 2, dung dịch KHF2 HF lỏng, khí flo anot - Clo: * Trong phịng thí nghiệm: Dùng axit clohiđric đặc tác dụng với chất oxi hóa mạnh KMnO4, MnO2, CaOCl2 đun nóng: 2KMnO4 + 16HCl → 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O* *Trong công nghiệp: -Điện phân dung dịch NaCl với bình điện phân có màng ngăn cực, anot làm than chì, catot làm sắt Với dung dịch NaCl anot: 2Cl- - 2e → Cl2 catot: 2H2O + 2e → 2OH- + H2 phương trình phản ứng: 2NaCl + 2H2O → H2 + Cl2 + 2NaOH - Điện phân NaCl nóng chảy : 2NaCl → 2Na + Cl2 (anot) - Brôm iốt: * Trong phịng thí nghiệm: tương tự điều chế clo 2NaX + H2SO4 đặc + MnO2 X2 + MnSO4 + Na2SO4 + 2H2O * Trong công nghiệp: Dùng lượng clo vừa đủ để oxi hóa ion Br- nước ruộng muối, nước hồ muối: Cl2 + 2NaBr → 2NaCl + Br2 Hoặc oxi hóa ion I- nước tro tảo, nước lỗ khoan dầu mỏ Cl2 + 2NaI → 2NaCl + I2 Ứng dụng - Flo: chất làm lạnh thượng hạng freon CF2Cl2 (C.F.C: chất có hại, phá thủng tầng ozon - lớp áo bảo vệ trái đất chống lại tia cực tím) Cịn chất CHClF2 dùng để sản xuất tetrafloetilen 2CHClF2 CF2=CF2 + 2HCl Politetrafloetilen dùng để phủ lên chảo khơng dính, làm lớp lót điện trở - Clo: tẩy trắng sợi xenlulozơ, điều chế nước Javel, clorua vôi, tổng hợp HCl, diệt trùng nước uống (0,002 gam clo/1lit nước), điều chế số dung môi quan trọng CCl4 Clo chất độc, nhiều hợp chất cịn độc gấp bội loại thuốc trừ sâu: D.D.T (DicloDiphenylTricloetan); C6H6Cl6 - Brôm: dùng kỷ nghệ điện ảnh, giấy ảnh, phim, dùng làm dược phẩm, NaBr thuốc an thần - Iốt: chất khử trùng tốt vết thương, thường dùng dạng cồn-iốt, vừa diệt trùng vừa kích thích mơ phát triển làm cho vết thương mau lành VI Hiđro halogenua 1.Đặc điểm chung Từ HCl đến HI, nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sôi tăng dần theo chiều tăng dần khối lượng phân tử Riêng HF có nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sôi cao cách bất thường, nguyên nhân có trùng hợp mạnh phân tử HF liên kết hidro liên phân tử nHF → (HF)n n = → Năng lượng liên kết hidro trường hợp lớn nhất, F có độ âm điện lớn Đến 900C khí HF hồn tồn trạng thái đơn phân tử Trong dãy HF → HI độ dài liên kết tăng lên lượng liên kết giảm xuống làm cho độ bền nhiệt phân tử giảm xuống mạnh Là hợp chất có cực, hidro halogenua tan nhiều nước Ở 0C, độ tan HF vơ hạn, cịn HCl, HBr, HI giảm dần vào khoảng 500 lit lít nước Tính háo nước hidrohalogenua giải thích dung dịch đậm đặc chúng bốc khói khơng khí ẩm Tính chất lý học Chất nhiệt độ nóng chảy(0C) nhiệt độ sơi(0C) Độ dài liên kết H-X(A0) lượng liên kết H-X (kJ/mol) Momen lưỡng cực D(Debye) Độ tan nước 00C(mol/l) HF -83 19,5 0,92 HCl -114,2 -84,9 1,27 HBr -88 -66,7 1,41 HI -50,8 -35,8 1,60 565 431 364 297 1,98 tan không giới hạn 7,8.10-4 1,07 0,79 0,38 14 15 Độ phân ly dung dịch 0,1N 92,6 93,5 95 Hằng số điện li (Ka) 25 C 1,5.10 1,2.10 4,9.1010 Tính chất hóa học a Tính axit dung dịch nước Ở thể khí lỏng, HX khơng thể tính axit, HCl ngun chất thể lỏng khơng dẫn điện, khơng ăn mịn kim loại Tuy nhiên dung dịch nước HX axit mạnh gọi axit halogenhidric: HX + HOH H3O+ + XQua độ phân li dung dịch 0,1N axit HCl, HBr, HI axit mạnh Còn axit flohidric axit tương đối yếu ngồi qúa trình phân li HF lượng liên kết H-F lớn: HF + HOH H3O+ + FK = 7.10-4 có q trình kết hợp ion F- với phân tử HF F- + HF HF2K= Vì lý mà tác dụng với dung dịch kiềm như: NaOH, KOH axit HF không tạo thành muối florua trung tính, mà tạo thành muối hiđroflorua như: NaHF2, KHF2 Khác với axit khác, axit HF axit tác dụng với SiO (cát, đất sét, thủy tinh): SiO2 + 4HF → SiF4↑ + 2H2O silic tetraflorua tác dụng với HF dư tạo thành axit hexaflosilixic H2SiF6 tan nước HF axit độc, rơi vào da gây vết loét khó lành Khi từ HF đến HI tính axit tăng lên, nguyên nhân lượng liên kết H-X giảm xuống nên phân tử dễ bị ion hóa Các dung dịch HX ăn mòn kim loại đứng trước H dãy điện hóa tạo thành halogenua kim loại ứng với hóa trị cực tiểu kim loại đó: Fe + 2HCl → FeCl2 + H2 b Tính khử Trong dãy HF đến HI tính khử trạng thái khí trạng thái dung dịch tăng theo độ bền liên kết H-X, khả nhường electron ion X - tăng dần từ F- đến I- HF khơng thể tính khử - HCl có tính khử yếu, thể tính khử tác dụng với chất oxi hóa mạnh - HBr HI thể tính khử rõ rệt, HI xếp vào loại chất khử mạnh Axit sunfuric đặc HBr khử đến SO2 HI khử đến H2S 2HBr + H2SO4→Br2 + SO2 + 2H2O 8HI + H2SO4→4I2 + H2S + 4H2O Các dung dịch HBr HI để lâu khơng khí trở nên có màu vàng nâu, oxi hóa giải phóng dần halogen tự 4HI + O2 → 2H2O + 2I2 Cịn dung dịch HF HCl khơng biến đổi, luôn suốt Tương tác HCl oxi sinh pha khí đun nóng O2 + 4HCl 2H2O + 2Cl2 ∆H0 = -117 kJ/mol 10 F dang hình hoc phân tu’’ BF3 ˙ ˙ A ,2 B 1200 F F d ( B – F ) thực nghiệm = 1,29A0 d ( B – F ) lý thuyết = rB + rF = 0,795 +0,709 = 1,504A0 Nếu cho nguyên nhân giảm độ dài liên kết chênh lệch nhiều độ âm điện B F khơng thoả đáng đó: D(B – F) = RB + RF – 0,09 (χF – χB) = 1,504 – 0,09 (4,1 - 2) = 1,315 A0 Chính hình thành liên kết π làm cho liên kết BF có tính kép ngắn lại Do có 3AO – p trống nên có chế cho nhận tạo liên kết cộng hoá trị Theo thuyết Lewis BX3 axit có AO trống, có khả nhận cặp e tự do, B lai hoá sp2 phân tử phẳng Vì rx tăng dần từ F – I, nên khả tạo liên kết π cho X→ B giảm dần từ F đến I mật độ điện tử B giảm dần từ BF đến BI3 tính axit tăng dần từ BF3 đến BI3 Câu 12 Để xác định hàm lượng oxi tan nước người ta lấy 100,00 ml nước cho MnSO4(dư) NaOH vào nước Sau lắc kĩ (không cho tiếp xúc với khơng khí) Mn(OH)2 bị oxi oxi hố thành MnO(OH) Thêm axit (dư), MnO(OH) bị Mn2+ khử thành Mn3+ Cho KI (dư) vào hỗn hợp, Mn3+ oxi hoá I- thành I3- Chuẩn độ I3- hết 10,50 ml Na2S2O3 9,800.10-3 M Viết phương trình ion phản ứng xảy thí nghiệm Tính hàm lượng (mmol/l) oxi tan nước Hướng dẫn: Các phương trình phản ứng: Mn2+ + 2OH- → Mn(OH)2 ↓ Mn(OH)2 + O2 → MnO(OH)2 (1) MnO(OH)2 ↓ + H+ + Mn2+ → Mn3+ + H2O Mn3+ + I3- + I- → Mn2+ + S2O32- → S4O62- I3+ (2) (3) I- (4) b Tính hàm lượng O2 tan nước : 37 9,8.10-3 10,50 nO = = 0,0257 mmol/100ml hay 0,257 mmol/lít 2.2 II BÀI TẬP TỔNG HỢP Câu 12(Đề thi chọn đội tuyển học sinh giỏi Quốc gia dự thi olympic Quốc tế 2012): Ở điều kiện thường, hợp chất BCl3 tồn dạng đơn phân tử cịn BH3 khơng bền, bị đime hóa tạo thành B2H6 Giải thích sao? Nguyên tố phi kim X phản ứng với Cl cho chất lỏng khơng màu A (t onóng chảy = -94 o C) Chất A tác dụng với Cl dư dung môi CCl4 khan cho B (chất rắn màu trắng, tothăng hoa = 160 oC) Cho biết khối lượng phân tử B 1,516 lần khối lượng phân tử A Hãy xác định A, B vẽ cấu trúc phân tử chúng Cho khí BCl3 qua bình đựng dung dịch A, B dung môi CCl khan nhiệt độ thường Người ta thấy bình đựng chất A khơng xảy phản ứng hóa học cịn bình đựng chất B xuất kết tủa trắng D Hãy dự dốn (có giải thích) cơng thức hóa học D, viết phương trình phản ứng vẽ cấu trúc hình học Viết phương trình phản ứng xảy cho D tác dụng với lượng dư H2O nóng Hồn thành phản ứng: a) BCl3 + (CH3CH2)3N  → CCl4 nóng b) BCl3 + NaH (dư) đun  → ete o 1000 C c) BCl3 + NH3  → Cho biết: sản phẩm phản ứng (c) chất rắn màu trắng, có cấu trúc tinh thể giống than chì Hướng dẫn: BX3 - hợp chất thiếu electron nên có tính chất đặc trưng nhận thêm đôi electron (axit Lewis) Để bão hịa electron, BH3 BCl3 có hai cách khác nhau: - BCl3 nhận thêm e cách tạo thêm liên kết pi (không định chỗ) với ba nguyên tử Cl bên cạnh Phân tử có cấu trúc tam giác phẳng - H tạo liên kết pi nên, BH nhận thêm e cách tạo liên kết ba tâm electron B-H-B tạo thành đime B2H6 Phân tử có cấu trúc đime gồm hai tứ diện BH nối với qua hai nguyên tử H cầu nối (H/s phải vẽ hình minh họa) Đặt cơng thức đơn giản A, B XCln XClm ta có 38 M X + m.35, 45 = 1,516 ⇒ M X = 68, 70.(m − 1,516n) M X + n.35, 45 thay giá trị nguyên m, n có: m n 6 33.25101.95 170.65 239.35 135.20 31.05 308.05 203.90 X (loại) (loại) (loại) (loại) (loại) (loại) P (loại) (loại) đáp số phù hợp m =5, n = 3, Mx = 31,05 tương ứng với X P 99.75 (loại) MX 66.5 5 Cl A PCl3 P Cl Cl B PCl5 Cl Cl Cl P Cl Cl Chỉ dựa vào cấu trúc phân tử A B, học sinh dự đốn A phản ứng với BCl3 P cịn đơi e chưa tham gia liên kết cịn B khơng phản ứng, ngược với kiện đầu cho - Cơng thức dự đốn sản phẩm (nếu có) A BCl3 Cl Cl B P Cl Cl Cl Cl - Dự đốn hình thành liên kết cầu Cl khơng logic, khả cho cặp e P tốt nhiều cho với Cl cộng hóa trị P-Cl (không so với anion Cl-) Mặt khác BCl3 khơng có xu hướng tạo liên kết cầu B2H6 hay Al2Cl6 -Bản chất tạo thành liên kết P-B, cấu trúc tam giác phẳng BCl chuyển thành chóp tam giác, hệ π khơng định chỗ BCl3 bị phá vỡ Liên kết Cl3P:BCl3 không đủ bù đắp lượng cần để phá vỡ hệ π không định chỗ BCl A không phản ứng với BCl3 Cấu trúc hình học C: -Từ lí luận trên, C khơng thể hợp chất cộng hóa trị kiểu Cl4PCl → BCl3 -C khơng tan CCl4 => hợp chất ion → [BCl4]– -BCl3 có cách tạo ion: BCl3 + Cl–  - PX5 có khả X- tạo nên [PX4]+ (và có khả nhận Cl- tạo nên [PX6]-) 39 (PX5 tạo thành anion bát diện PX 6- liên kết P-X bền X có kích thước bé (X = F, Cl) cation tứ diện PX4+ X có kích thước lớn (X = Cl, Br, I.) Thực tế, thể rắn, PCl5 tồn dạng [PCl4]+[PCl6]- làm bền mạng lưới tinh thể dẫn đến có nhiệt độ thăng hoa cao nhiều so với nhiệt độ nóng chảy PCl3 Nếu dự đốn có tạo thành cation PCl 32+ khơng hợp lí axit Lewis mạnh BCl3 nhiều nên lấy Cl- BCl4Kết hợp lại ta dự đốn chất D [PCl4]+[BCl4]Cl Cl P Cl Cl Cl B Cl Cl Cl Cấu trúc hình học suy luận từ thuyết VSEPR hình bên [PCl4]+[BCl4]- + 7H2O →H3PO4 + H3BO3 + 8HCl a BCl3 + (CH3CH2)3N → (CH3CH2)3N:BCl3 (BCl3 thể tính axit Lewis) b viết hai phản ứng sau 2BCl3 + 6NaH (dư) → B2H6 + NaCl (thay X H, hay gốc ankyl) BCl3 + 4NaH (dư) → Na[BH4] + NaCl c BCl3 + NH3 o 1000 C BN + 3HCl Câu 14 (Đề thi chọn đội tuyển học sinh giỏi Quốc gia dự thi olympic Quốc tế 2011): Dựa vào cấu tạo phân tử, giải thích: Phân tử khí CO có lượng liên kết lớn (1070 kJ.mol –1), lớn lượng liên kết ba phân tử khí N2 (924 kJ.mol–1) CO N2 có tính chất vật lí tương đối giống nhau, có tính chất hóa học khác (CO có tính khử mạnh hơn, có khả tạo phức cao N2) Hướng dẫn: Mô tả cấu tạo phân tử CO N2: π π σ σ p p sp π π 40 p Phân tử N2 Phân tử CO Phân tử N2 có liên kết σ liên kết π, hình thành xen phủ obitan 2p nguyên tử N Ở phân tử CO có liên kết σ liên kết π Hai liên kết π hình thành xen phủ obitan 2p (trong có liên kết π cho ngược từ O → C làm giảm mật độ electron O) Liên kết σ hình thành xen phủ obitan lai hóa sp C với obitan 2p O Đám mây xen phủ obitan sp – 2p lớn so với mây xen phủ obitan 2p-2p, nên liên kết σ CO bền liên kết σ N2 Vì lượng liên kết phân tử CO lớn lượng liên kết N2 Phân tử CO, N2 phân tử đẳng electron, cấu trúc phân tử giống (cùng có độ bội liên kết 3), khối lượng phân tử 28, chúng có tính chất vật lý giống (là chất khí khơng màu, khơng mùi, khó hóa lỏng, khó hóa rắn, tan nước) Phân tử N2 có cặp electron chưa tham gia liên kết nằm obitan 2s, có mức lượng thấp nên bền, tham gia vào q trình tạo liên kết Phân tử CO có cặp electron chưa tham gia liên kết nằm obitan lai hóa sp nguyên tử C, có lượng cao obitan 2s, đám mây xen phủ lại lớn nên thuận lợi cho trình hình thành liên kết, nguyên tử C phân tử CO dễ nhường e thể tính khử dễ hình thành liên kết cho nhận tham gia tạo phức với nguyên tố kim loại chuyển tiếp Câu 15: Có nguyên tố A, B C A tác dụng với B nhiệt độ cao sinh D Chất D bị thuỷ phân mạnh nước tạo khí cháy có mùi trứng thối B C tác dụng với cho khí E, khí tan nước tạo dung dịch làm quỳ tím hố đỏ Hợp chất A với C có tự nhiên thuộc loại chất cứng Hợp chất nguyên tố A, B, C muối không màu, tan nước bị thuỷ phân Viết tên A, B, C phương trình phản ứng nêu Để khảo sát phụ thuộc thành phần B theo nhiệt độ, người ta tiến hành thí nghiệm sau đây: 41 Lấy 3,2 gam đơn chất B cho vào bình kín khơng có khơng khí, dung tích lít Đun nóng bình để B hố hoàn toàn Kết đo nhiệt độ áp suất bình ghi lại bảng sau: Nhiệt độ (oC) 444,6 450 500 900 1500 Áp suất (atm) 0,73554 0,88929 1,26772 4,80930 14,53860 Xác định thành phần định tính đơn chất B nhiệt độ giải thích Cho: R = 0,082 L.atm.K-1.mol-1 Hướng dẫn: Hợp chất AxBy muối Khi bị thuỷ phân cho thoát H2S Hợp chất AnCm Al2O3 Vậy A Al, B S, C O Hợp chất AoBpCq Al2(SO4)3 Al + 3S →Al2S3 Al2S3 + H2O → Al(OH)3 + H2S Al + O2 → Al2O3 S + O2 → SO2 Al3+ + H2 O € Al(OH)2+ + H3O+ Số mol nguyên tử S trơng 3,2 gam lưu huỳnh: 0,1 mol Dùng cơng thức n = PV tính số mol phân tử lưu huỳnh trạng thái RT nhiệt độ: * 444,6oC: n1 = 0, 0125 mol gồm phân tử S8 0, 0125 × = 0,1 mol * 450oC: n2 = 0,015 mol, số nguyên tử S trung bình phân tử: ≈ 6,67 Vậy thành phần lưu huỳnh nhiệt độ gồm phân tử lưu huỳnh có từ đến nguyên tử * 500oC: n3 = 0,02 mol, số nguyên tử S trung bình phân tử: = Vậy thành phần lưu huỳnh nhiệt độ gồm phân tử lưu huỳnh có từ đến nguyên tử gồm phân tử S5 42 * 900oC: n4 = 0,05 mol, số nguyên tử S trung bình phân tử = Vậy: thành phần lưu huỳnh nhiệt độ gồm phân tử lưu huỳnh có từ đến nguyên tử gồm phân tử S2 * 1500oC: n5 = 0,1 mol: Hơi lưu huỳnh gồm nguyên tử S Câu 16: Trong số cacbonyl halogenua COX người ta điều chế chất: cacbonyl florua COF2, cacbonyl clorua COCl2 cacbonyl bromua COBr2 Vì khơng có hợp chất cacbonyl iođua COI2? So sánh góc liên kết phân tử cacbonyl halogenua biết Sục khí COCl2 từ từ qua dung dịch NaOH nhiệt độ thường.Viết phương trình phản ứng xảy (nếu có) Hướng dẫn: Ở phân tử COX2, tăng kích thước giảm độ âm điện X làm giảm độ bền liên kết C–X làm tăng lực đẩy nội phân tử Vì lí mà phân tử COI không bền vững không tồn Phân tử COX2 phẳng, nguyên tử trung tâm C trạng thái lai hố sp2 Góc OCX > 120o cịn góc XCX < 120 o liên kết C=O liên kết đơi, cịn liên kết C-X liên kết đơn Khi độ âm điện X tăng cặp electron liên kết bị hút mạnh phía X Do góc XCX giảm, góc OCX tăng COCl2 + NaOH → Na2CO3 + NaCl + H2O Câu 17 (Đề thi chọn HSG Quốc Gia 2005) Hồn thành phương trình phản ứng sau đây: NaCl + H2SO4 đặc, nóng → NaBr + H2SO4 đặc, nóng → NaClO + FeSO4 + PbS→ H2SO4 + HNO2→ KMnO4 + H2SO4 + HNO2→ NaNO2 + H2SO4 loãng → Hướng dẫn: NaCl + H2SO4(đặc, nóng) → 2NaCl + HCl + NaHSO4 H2SO4 (đặc, nóng) → 2HCl + Na2SO4 43 2 NaBr + HBr H2SO4 (đặc, nóng) → NaHSO4 + HBr + H2SO4 (đặc, nóng) → SO2 + 2H2O + Br2 2NaBr + 3H2SO4 (đặc, nóng) → 2NaHSO4 + SO2 + 2H2O + Br2 4NaClO + PbS → 4NaCl + PbSO4 FeSO4 + H2SO4 + HNO2 → Fe2(SO4)3 + 2NO + H2O KMnO4 + 3H2SO4 + 5HNO2 → K2SO4 + 2MnSO4 + 5HNO3 + 3H2O 3NaNO2 + H2SO4 (loãng) → Na2SO4 + NaNO3 + 2NO + H2O Câu 18(Bài tập chuẩn bị Olympic hóa học Quốc tế lần thứ 33) Nitơ có nhiều oxit Một số oxit quan trọng nitơ NO 2, khí màu nâu đỏ hoạt động hóa học a Vẽ công thức Lewis NO2 xác định hình dạng dựa thuyết VSEPR b Sử dụng thuyết VSEPR xác định hình dạng hai ion NO 2- NO2+ So sánh hình dạng hai ion với NO2 Xem xét hai hợp chất khác nitơ trimetylamin (Me 3N) trisiliylamin (H3Si)3N Góc liên kết đo hai hợp chất 108 o 120o Hãy giải thích khác Bây ta tiếp tục xét nitơ bo triflorua Năng lượng liên kết BF3 646kJ/mol NF3 280kJ/mol Giải thích khác Nhiệt độ sơi NF3 –129oC với NH3 –33oC Amoniac phản ứng bazơ Lewis NF khơng Gía trị momen lưỡng cực chất tương ứng 0,24D 1,48D flo có độ âm điện lớn nitơ Giải thích sao: a Có khác biệt qúa lớn nhiệt độ sôi b Momen lưỡng cực NF3 qúa nhỏ Phản ứng dung dịch natri nitrat với hỗn hống natri phản ứng etyl nitrit với hydroxylamin có mặt natri etylat cho sản phẩm Sản phẩm muối axit yếu không bền nitơ Xác định axit viết cơng thức cấu tạo Axit dễ dàng đồng phân hóa để tạo thành hợp chất sử dụng để làm nhiên liệu cho động phản lực Viết công thức cấu tạo chất 44 Hướng dẫn: 1.a Số electron xung quanh ngun tử nitơ: Vậy NO2 có cơng thức cấu tạo: O N O Nhưng theo thuyết VSEPR phân tử có electron độc thân nên sức đẩy electron với hai cặp electron liên kết nên phân tử NO2 khơng thể có cấu tạo thẳng mà phải có cấu tạo góc (132o) Như cấu tạo NO2 là: O N 132o O b Xét NO2+: Số electron xung quanh nguyên tử N = + + – = (Mỗi nguyên tử oxy xung quanh góp 2e) Cấu trúc Lewis là: O ::N::O Như khơng có sức đẩy eletron khơng tham gia liên kết nguyên tử nitơ Hai liên kết sigma phân bố phù hợp 180 o để làm giảm tối đa sức căng góc cịn liên kết pi khơng làm ảnh hưởng đến hình dạng phân tử Vậy NO2+ có cấu tạo: O N O Xét NO2-: Số electron xung quanh nguyên tử N: + + = Các cấu trúc Lewis NO2-: O O N O N 115o O Đối với NO2- cịn cặp electron chưa liên kết có sức đẩy mạnh electron nên góc liên kết giảm xuống so với phân tử NO2 45 Với trường hợp trimetylamin dạng hình học tháp tam giác nguyên tử nitơ có cặp electron chưa liên kết làm góc liên kết giảm xuống từ 109,4o cịn 108o: H3Si N N H3C H3C SiH3 CH3 SiH3 Tuy nhiên (SiH3)3N có tham gia obitan d vào liên kết, xen phủ với obitan p nguyên tử N tạo cho liên kết N-Si có tính chất gần liên kết đôi nên cặp electron tự nguyên tử nitơ trở nên định xứ không ảnh hưởng đến dạng hình học phân tử Kết qủa phân tử có dạng tam giác phẳng với góc liên kết 120o obitan p day obitan d N Si Cả NF3 BF3 hợp chất mang tính cộng hóa trị NF3 dạng tháp tam giác nhiên BF3 dạng tam giác phẳng liên kết B – F có phần liên kết đơi (bởi có sựu xen phủ obitan p bo flo) Như lượng liên kết N-F phải lớn B-F F N F F B F F F 4.a Nhiệt độ sôi chất khác tuỳ thuộc vào liên kết hydro NH có tạo thành liên kết hydro cịn NF3 khơng Khả hút electron F cao nên làm giảm tính bazơ N NF 3, NF3 khơng phản ứng bazơ 46 b Độ âm điện NF3 bé NH3 do: N N H H F F H F Chính tổng momen lưỡng cực ngược hướng momen lưỡng cực NF3 bé NH3 2NaNO3 + 8Na(Hg) + 4H2O = Na2N2O2 + 8H2O + 8Hg NH2OH + EtNO2 + 2NaOEt = Na2N2O2 + 3EtOH Na2N2O2 muối axit hyponitrơ có cấu trúc sau: HO OH OH N N N N HO Đồng phân H2N – NO2 (Nitramit) có cơng thức cấu tạo: H O N N H O Câu 19(Bài tập chuẩn bị Olympic hóa học Quốc tế lần thứ 34): Một số lớn qúa trình tạo thành muối tinh thể hiểu cách xác định lượng với mơ hình ion đơn giản ion có bán kính đơn giản điện tích ion phải số ngun Mơ hình sử dụng để mơ tả phân ly hợp chất ion pha khí Thường qúa trình phân ly dẫn trực tiếp đến nguyên tử trung hoà lượng phân ly tính cách ta giả sử có qúa trình mà hợp chất ion bị phân ly ion tự trung hồ điện tích Đó chu trình Born – Haber Năng lượng liên kết, lực electron lượng ion hóa phân tử hai nguyên tử sau cho sẵn đây: Năng lượng liên kết KCl = -464kJ.mol-1 Năng lượng liên kết NaCl = -423kJ.mol-1 47 Năng lượng liên kết MgCl = -406kJ.mol-1 Năng lượng liên kết CaCl = -429kJ.mol-1 Ái lực electron Cl = -360kJ.mol-1 Năng lượng ion hóa Na = +496kJ.mol-1 Năng lượng ion hóa thứ Ca = +592kJ.mol-1 Năng lượng ion hóa thứ hai Ca = +1184kJ.mol-1 a.Thiết lập chu trình Born – Haber cho phân ly NaCl thành nguyên tử tính lượng phân ly NaCl Giả thiết liên kết 100% ion b.Thiết lập chu trình Born – Haber cho phân ly CaCl thành ba nguyên tử tính lượng phân ly CaCl 2, giả sử độ dài liên kết phân tử ba nguyên tử ngắn 9% so với phân tử hai nguyên tử Hướng dẫn: a.Chu trình Born – Haber cho phân ly thành nguyên tử NaCl: NaCl → Na+ + ClNa+ + Cl- → Na + Cl Năng lượng bước –464kJ.mol-1 Năng lượng thu vào bước –(năng lượng ion hóa Na + lực electron Cl)= -136kJ.mol-1 Vậy lượng phân ly –328kJ.mol-1 b.Chu trình Born – Haber cho phân ly CaCl2 CaCl2 → Ca2+ + 2ClCa2+ + 2Cl- → Ca + 2Cl Năng lượng liên kết Ca2+Cl- = -429.2/0,91 = -943kJ.mol-1 (Gía trị đo CaCl –429 điện tích Ca +2 độ dài liên kết giảm lượng 0,91 lần) Năng lượng bước đầu = -(năng lượng liên kết CaCl 2) = 2.942 – lượng cặp hóa Cl-Cl Năng lượng cặp hóa Cl-Cl = (429/2).(1/0,91) = 236kJ.mol-1 Vậy lượng bước = +1650kJ.mol-1 Năng lượng thu vào bước -(2 lực electron Cl + tổng lượng ion 48 hóa Ca) = -1020kJ.mol-1 Vậy lượng phân ly là: 630kJ.mol-1 KẾT LUẬN Sau trình nghiên cứu, đề tài thu kết sau: 1.Đã phân tích chương trình hóa học chun, để đánh giá mức vai trị, vị trí nội dung hóa học phi kim việc hình thành kiến thức hóa học tảng cung cấp kiến thức hóa học vơ cho học sinh chuyên 2.Tiến hành phân loại tập liên quan đến nội dung hóa học phi kim Trong dạng tập trên, tiến hành phân loại phân tích đặc điểm, đánh giá mức độ kiến thức, phân tích cách vận dụng lý thuyết hóa phi kim để giúp cho học sinh có cách giải phù hợp với trình độ người học phù hợp với loại tập, phản ánh chất q trình xảy hệ hóa học, giúp rèn luyện tư hóa học: 3.Đã phân tích tập hóa học phi kim phục vụ thiết thực cho việc bồi dưỡng HSG Quốc gia, Quốc tế Trên sở phân tích nội dung phi kim chương trình chun hố thấy vị trí, vai trị nội dung việc hình thành kiến thức cho học sinh trường chuyên, thấy mối quan hệ mật thiết, hữu chương trình chun hóa, chương trình thi học sinh giỏi Quốc gia, Quốc tế với nội dung phi kim Từ vận dụng linh hoạt, hợp lý lý thuyết phi kim giảng dạy hóa học trường chuyên, phục vụ bồi dưỡng học sinh giỏi Quốc gia, Quốc tế Với thời gian nghiên cứu hạn chế, trình độ kinh nghiệm cịn chun đề chắn khơng tránh khỏi thiếu sót Tơi mong nhận dẫn, nhận xét, đóng góp quý báu thầy cô giáo bạn 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO Hồng Nhâm (2000), Hố học vơ tập 1, NXB giáo dục Hồng Nhâm (2004), Hố học nguyên tố T1, NXB Đại học quốc gia Đặng Trần Phách (1985), Bài tập hoá sở NXB giáo dục Lê Mậu Quyền (2001), Bài tập hoá vô cơ, NXB Khoa học & Kỹ thuật Đào Đình Thức (1980), Cấu tạo nguyên tử & liên kết hoá học T NXB giáo dục & THCN Đào Đình Thức (1999), Bài tập hố học đại cương, NXB giáo dục Nguyễn Trọng Uyển (2003), Hoá học vô cơ, NXB Đại học Sư phạm Nguyễn Đức Vận (1983), Bài tập hố học vơ cơ, NXB giáo dục Nguyễn Đức Vận (1996), Hố học vơ trường THPT (Dùng bồi dưỡng thường xuyên giáo viên THPT Sinh viên hoá học Đại học Sư phạm & Cao đẳng), NXB giáo dục 10 Nguyễn Đức Vận (1988), Hỏi đáp hố vơ cơ, NXB giáo dục 11 Nguyễn Đức Vận (1984), Thực hành hố vơ cơ, NXB giáo dục Tiếng Anh 12 Krebs H (1968), Fundamentals of Inorganic crystal chemistry, The Mc Graw- Hill, London 13 Lopez A., Kessler., Guth J.I., Tuilier M.H., Popa L.M (1990), “X-Ray absorption and fine structure”, Elsevier Science Amsterdam, pp 548-550 14 Mecusker L.B (1998),“Product characterization by X- Ray powder diffraction”, Microporous and Mesoporous Materials, 22, pp 495-666 15 Jems P.S., Ashok S., Stephen D.A., Thomas H.S., Steven W (1990), The science and design of engineering materials, The Mc Graw – Hill companies, Inc 50 51 ... để giúp học sinh học có hiệu PHẦN 1: TỔNG QUAN I- TẦM QUAN TRỌNG CỦA HĨA HỌC PHI KIM Hóa học phi kim nội dung hóa học vơ Hiểu rõ kiến thức hóa học phi kim nghiên cứu vấn đề khác hóa học vơ như:... cứu, đề tài thu kết sau: 1.Đã phân tích chương trình hóa học chun, để đánh giá mức vai trị, vị trí nội dung hóa học phi kim việc hình thành kiến thức hóa học tảng cung cấp kiến thức hóa học vơ... thuyết hóa phi kim để giúp cho học sinh có cách giải phù hợp với trình độ người học phù hợp với loại tập, phản ánh chất q trình xảy hệ hóa học, giúp rèn luyện tư hóa học: 3.Đã phân tích tập hóa học