Đang tải... (xem toàn văn)
Tiếp phần 1, Giáo trình Hóa học: Phần 2 Cơ sở hóa học ứng dụng, cung cấp cho người học những kiến thức như: Nguồn điện hóa học - ứng dụng của điện phân (mạ điện); một số phương pháp bảo vệ vật liệu. Mời các bạn cùng tham khảo!
Phần CƠ SỞ HÓA HỌC ỨNG DỤNG HH*96 Chƣơng NGUỒN ĐIỆN HÓA HỌC - ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN PHÂN (MẠ ĐIỆN) 4.1 MỘT SỐ NGUỒN ĐIỆN HÓA HỌC CƠ BẢN 4.1.1 Đại cƣơng nguồn điện hóa học 4.1.1.1 Một số khái niệm: a) Nguồn dòng nguồn ln cấp dịng điện khơng đổi khơng phụ thuộc tải hay khơng phụ thuộc dịng điện chạy qua Nguồn dòng lấy dòng điện làm chuẩn, điện áp phụ thuộc vào tải Nguồn dòng ngƣợc với nguồn điện thƣờng dùng, đƣợc dùng ứng dụng có yêu cầu làm ổn định dòng điện qua tải mà tải có điện trở thay đổi phạm vi cho phép, đặc trƣng cho khả nguồn điện tạo nên trì nguồn điện cung cấp cho mạch ngồi Ví dụ: Đƣờng dây điện thoại ngồi tính truyền dẫn tín hiệu thoại cịn có chức cung cấp nguồn cho máy điện thoại hoạt động (khi gác máy, điện trở tải vơ lớn, dịng không, nhấc máy, điện trở tải nằm phạm vi cho phép dòng qua tải, điện hai đầu dây thay đổi tùy theo điện trở máy điện thoại nhƣng dịng qua máy ln ổn định), nguồn điện lƣới, pin… Nguồn dòng ứng dụng cho thiết bị đo lƣờng, tùy theo mạch mà có nguồn dòng ổn định khoảng cho phép cho dịng ổn định, khơng thay đổi; Nguồn dòng phụ thuộc cho dòng tỉ lệ với áp điều khiển đầu vào b) Nguồn áp mạch đƣợc tạo để cung cấp điện áp khơng phụ thuộc tải (khơng phụ thuộc dịng điện chạy qua) nhƣ nguồn điện lƣới, pin, mạch nguồn bản… Tùy theo yêu cầu mạch ứng dụng mà loại nguồn áp đƣợc sử dụng nguồn áp cố định hay nguồn áp phụ thuộc Sự khác nguồn dịng nguồn áp: nguồn dịng (lý tƣởng) có trở kháng nguồn 0 (thực tế dƣới 1) nguồn áp ngƣợc lại: có trở kháng nguồn lớn (lý tƣởng) Nguồn dòng nguồn tạo dòng điện khơng đổi cịn nguồn áp đƣợc hiểu nguồn tạo khơng đổi Tuy nhiên, dịng đƣợc sinh áp, dòng áp ảnh hƣởng lẫn nên khó tạo đƣợc nguồn dịng nguồn áp giống nhƣ HH*97 lý thuyết Ngƣời ta tạo đƣợc nguồn dịng thay đổi có thay đổi áp nguồn áp thay đổi có thay đổi dịng Nguồn áp nguồn có điện áp khơng thay đổi bất chấp thay đổi tải, thay đổi tải trƣờng hợp áp khơng thay đổi nhƣng dòng lại thay đổi tuân theo định luật Ohm Tóm lại, nguồn có tổng trở lớn so với tổng trở tải xem nguồn dịng; nguồn có tổng trở thấp so với tổng trở tài đƣợc coi nguồn áp Dòng điện (hay cƣờng độ dòng điện) dịch chuyển có hƣớng hạt mang điện tích Dịng điện sinh có đủ yếu tố gồm: nguồn điện (hiệu điện thế); dây dẫn phụ tải (vật tiêu thụ điện) Dịng điện đƣợc đo ampe kế có đơn vị Ampe (A) mạch điện dòng điện sinh phụ tải, dòng điện lớn phụ tải khơng đƣợc phép vƣợt q dịng điện nguồn điện Do mắc vôn kế phải mắc nối tiếp với phụ tải cịn vơn kế mắc song song với nguồn điện c) Nguồn dịng hóa học thiết bị mà lƣợng phản ứng hóa học sinh dịng điện (hóa trực tiếp chuyển thành điện năng) Nguồn dịng hóa học bao gồm pin đơn vị (còn gọi pin sở hay nguyên tố galvanic) Do nguyên tố galvani không cao (dao động từ 0,5÷4V) nên ngƣời ta thƣờng ghép nối tiếp chúng lại thành nguồn dòng – gọi ăcqui 4.1.1.2 Cấu tạo nguồn điện hóa học Nguồn điện hóa học cịn gọi mạch điện hóa thiết bị đƣợc cấu tạo gồm điện cực khác xảy q trình phóng nạp điện: + Ở mạch ngồi dịng từ cực dƣơng sang cực âm – nghĩa diễn phóng điện nguồn Khi nguồn cung cấp lƣợng cho mạch ngồi; + Dịng điện theo hƣớng ngƣợc lại (do tác dụng mạch ngồi) – nghĩa diễn tích điện thiết bị Khi nguồn dịng đƣợc nạp điện – diễn chuyển hóa điện thành hóa (giống nhƣ q trình điện phân) Anơt catơt nguồn dịng hóa học: + Anơt điện cực mà xảy q trình oxi hóa (nhƣờng e) dẫn tới dịng điện chuyển từ ngồi vào chất điện li + Catơt điện cực cịn lại xảy q trình khử (nhận e) Khi nguồn phóng điện cực âm gọi anơt, cực dƣơng gọi catơt Khi nguồn nạp điện (tích điện) nguồn hoạt động nhƣ bình điện phân HH*98 4.1.1.3 Phân loại Dựa vào nguyên tắc làm việc, nguồn điện hóa học đƣợc chia thành số loại sau: + Nguồn điện sơ cấp: nguyên tố galvani hay pin nguồn dòng hoạt động 41 lần, hỏng bỏ ; ví dụ pin Volta, pin Leclanché… 42 + Nguồn điện thứ cấp (nhƣ ăcqui pin sạc): nguồn điện hóa học hoạt động đƣợc nhiều lần, sau phóng điện tích điện lại cách cho dịng điện chiều từ nguồn bên ngồi theo hƣớng ngƣợc lại, chất sản phẩm phản ứng tạo thành ăcqui phóng điện tác dụng với tạo chất ban đầu Vậy, ăcqui thiết bị có khả nhận lƣợng từ nguồn bên ngồi tích lại dƣới dạng lƣợng hóa học phóng điện lƣợng lại quay lại tiêu thụ + Nguồn điện liên tục, ví dụ pin nhiên liệu 4.1.2 Một số loại nguồn điện hóa học thơng dụng 4.1.2.1 Pin a Khái niệm Pin dụng cụ dùng để chuyển hóa lƣợng phản ứng hóa học thành điện b Phân loại: Tùy theo giá trị đặc tính sử dụng mà người ta sử dụng pin dùng lần hay pin sạc (pin dùng nhiều lần) c Một số loại pin thường gặp: + Pin điện hóa Zinc-cacbon: pin thỏ, pin panasonic, pin sony (chèn hình ảnh chụp loại pin này); Các loại pin thường có giá thành rẻ, thường dùng cho thiết bị tiêu thụ điện điều khiển (ti vi, quạt…), đèn pin, đồ chơi, đồng hồ treo tường… Chúng có điện trở lớn nên không nên sử dụng cho thiết bị 41 Do pin lƣợng xác định chất tham gia phản ứng có pin, chúng phản ứng hết gần hết nguyên tố sơ cấp hết khả làm việc Kiến thức pin đƣợc đề cập Phần I, phần số nguồn dòng hóa học phổ biến khơng nhắc lại pin 42 Một số tài liệu gọi nguyên tố thứ cấp – nguyên tố hoạt động đƣợc nhiều lần HH*99 máy ảnh, camera,… nên kiểm tra pin thường xuyên tránh gây bị chảy dẫn tới hư hỏng thiết bị sử dụng pin + Pin điện hóa Alkaline (pin kiềm): pin hãng Duracell, Panasonic, Maxcell (chèn ảnh)… Những loại pin phổ biến như: pin AA (pin tiểu); pin AAA (pin đũa), pin C (pin trung), pin D (pin đại).; Pin AA/AAA thường có dung lượng từ 2700-3000mAh hiệu điện 1,5V; tùy theo an tồn pin mà chúng có giá thành khác + Ngồi cịn phải kể đến pin oxit bạc: loại pin thường có hình cúc sử dụng cho thiết bị đắt tiền máy ảnh, máy trợ thính, đồng hồ đeo tay… giá loại pin đắt hết hoạt động không bị chảy thối loại pin Hiện ngồi loại pin dùng lần cịn có pin dùng nhiều lần (pin sạc) pin điện thoại di động, pin máy tính xách tay hay hầu hết thiết bị điện tử như: + pin Lithium ion: Khi sạc pin nguồn điện đẩy lùi ion từ catot (làm từ lithium) sang anot lưu trữ lại anot, pin hoạt động xảy theo chiều ngược lại + pin lithium polime: chất điện phân dạng lỏng thay polime khô kẹp điện cực pin cho phép trao đổi ion 4.1.2.2 Ăcqui a Khái niệm: Ăcqui loại thiết bị tích lũy điện năng, phản ứng hóa học nguyên nhân sản sinh nguồn lƣợng dự trữ ăcqui b Phân loại ăcqui: Có nhiều loại ăcqui khác tùy theo mục đích sử dụng cơng dụng chúng Một số lại ăcqui phổ biến gồm: *) Ăcqui nƣớc (còn gọi ăcqui "châm nƣớc"): Là loại ăcqui axit chì, thƣờng xuyên phải bổ sung nƣớc cất (bảo dƣỡng) trình sử dụng ăcqui gần bị cạn dung dịch axit bên Nếu không thêm nƣớc kịp thời ăcqui khả tích phóng điện, chí bị phù hỏng Với loại ăcqui này, q trình nạp điện thƣờng bốc mùi khó chịu, để sai vị trí (nghiêng, sấp…) dung dịch ăcqui chảy ngoài… ảnh hƣởng xấu tới sức khỏe ngƣời mơi trƣờng HH*100 Vì vậy, loại ăcqui thƣờng đƣợc sử dụng môi trƣờng trời nhƣ dùng để khởi động động cơ, máy phát, xe tải, ơtơ, xe điện… *) Ăcqui kín khí: Thực chất loại ăcqui ăcqui axit chì (ăcqui nƣớc) - số ngƣời thƣờng nhầm gọi ăcqui "khô" Khi đặt ăcqui theo vị trí sấp, ngửa, nghiêng axit khơng ngồi ăcqui có dung dịch axit bên Ăcqui loại đƣợc "đóng gói" theo cơng nghệ kín - nghĩa nút cell, đƣợc đóng thêm đầu chụp bịt kín khơng cho axit ngồi khắc phục tình trang bốc sạc ảnh hƣởng xấu tới sức khỏe ngƣời dùng Sau khoảng năm (nếu sử dụng môi trƣờng nhiệt độ thấp) sử dụng dung dịch ăcqui cạn ăcqui khơng cịn khả tích điện nhƣ trì dịng phóng nữa, lúc phải thay Loại ăcqui khơng để khí nhƣ dung dịch Hai cực dƣơng âm ăcqui đƣợc thiết kế mảnh đƣợc dùng cho mơi trƣờng cần dịng phóng ổn định trì dịng phóng khoảng thời gian dài Dịng sản phẩm đƣợc thiết kế đa dạng cho nhiều mục đích khác *) Ăcqui khơ (cịn gọi ăcqui gel): Là loại ăcqui đƣợc cấu tạo mà bên không dùng dung dịch axit sunfuric mà gel axit – có tác dụng làm giảm tiến độ ăn mịn q trình vận hành ăcqui tuổi thọ đƣợc tăng lên tƣơng ứng Sản phẩm đƣợc thiết kế đặc thù cho ngành hàng không, ngành viễn thông, nơi cần ổn định cao nhất, loại ăcqui thƣờng có giá thành cao Một số loại ăcqui khô khác nhƣ: pin điện thoại, pin laptop… Tóm lại, có nhiều cách gọi nhƣ: ăcqui nƣớc, ăcqui axit, ăcqui axit kiểu hở, ăcqui kín khí, ăcqui không cần bảo dƣỡng, ăcqui khô, ăcqui GEL, ăcqui kiềm Thực cách nói nhƣ cách gọi khác vài loại ăcqui mà thơi, loại nhƣ cách gọi bao hàm vào mà nghe qua đừng hoang mang có nhiều loại ăcqui nhƣ Có loại acqui chủ yếu nhƣăcqui khởi động (kích điện), ăcqui tích điện ăcqui tải (duy trì dịng phóng ổn định): Ăcqui khởi động (còn gọi ăcqui miễn bảo dƣỡng (Maintainence Free) dùng để khởi động nên hai cực ăcqui thƣờng đƣợc thiết kế to có hình trịn nhƣ đầu ngón tay – kích điện ăcqui cần phóng lƣợng điện cực lớn khoảng thời gian ngắn để khởi động động Tùy theo dung lƣợng ăcqui: có dung lƣợng lớn cực lớn, thƣờng đƣợc dùng với mục đích khởi động HH*101 loại ôtô, máy phát điện… Loại ăcqui không cần phải can thiệp nhƣ ăcqui nƣớc, hoạt động khí ngồi nhƣng so với ăcqui nƣớc Ắc quy tải loại ăcqui dùng để trì dịng điện thời gian dài Cọc (đầu cực) ăcqui thƣờng đƣợc thiết kế mảnh có hình dẹt, dạng tán nhỏ dùng để trì dịng phóng ổn định lâu dài nhƣ trì dịng điện nhƣ tích điện, Inverter, fax, thắp sáng, chạy xe điện, xe nâng, loại máy điện … Hình 4.1 Ăcqui cho xe điện Hình 4.2 Điện cực ăcqui (vẽ lại) Trên thực tế thƣờng phân biệt thành hai loại ăcqui thông dụng ăcqui sử dụng điện môi axit (gọi tắt ăcqui axit ăcqui chì - axit) ăcqui sử dụng điện mơi kiềm (gọi tắt ăcqui kiềm) Tuy có hai loại nhƣ nhƣng ăcqui kiềm gặp nên đa số ăcqui gặp thị trƣờng ăcqui axit + Ăcqui axit (còn gọi ăcqui chì): - Cấu tạo ăcqui chì: gồm lƣới làm hợp kim PbSb phủ bột chì oxit (PbO) nhúng dung dịch H2SO4 nồng độ từ 3038% (d = 1,221,24 g/ml) Trong xảy phản ứng: PbO + H2SO4 H2O + PbSO4 (PbSO4 tạo thành bám bề mặt lƣới Pb-Sb) + Q trình tích điện cho ăcqui: Để tích điện cho ăcqui, ngƣời ta thực điện phân cách nối cực âm cực dƣơng ăcqui với cực âm cực dƣơng nguồn dòng chiều, dƣới tác dụng dòng điện chiều bên ngồi, tƣợng điện phân xảy ra: Tại catơt: ion Pb2+ nhận electron để trở thành Pb: PbSO4 + 2e Pb + SO42 HH*102 Tại anôt: ion Pb2+ nhƣờng electron để trở thành Pb4+: PbSO4 2e + 2H2O PbO2 + SO42 + 4H+ Phản ứng tổng cộng: PbSO4 + PbSO4 + H2O Pb + PbO2 + 2H2SO4 Các điện cực bị biến đổi, tƣơng ứng với sơ đồ cấu tạo nhƣ sau: (+) PbO2H2SO4Pb () Hoặc đƣợc tích điện có cấu tạo nhƣ hình ( ) Hình 4.3 Cấu tạo ăcquy chì (đã tích điện) () cực âm; (+) cực dƣơng (1) Tấm cách cực (2) Lƣới hợp kim PbSb (3) PbO2 (4) Dung dịch H2SO4 (5) Pb Khi ăcqui phóng điện, phản ứng điện cực xảy nhƣ sau: Ở cực dƣơng (PbO2): PbO2 + SO42 + 4H+ + 2e PbSO4 + 2H2O Ở cực âm (Pb): Pb + SO42 PbSO4 + 2e Phản ứng tổng cộng: Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O Vậy, q trình phóng tích điện ăcqui chì đƣợc biểu thị phản ứng chiều sau: 2PbSO4 + 2H2O TÝch ®iƯn Phãng ®iƯn Pb + PbO2 + 2H2SO4 Suất điện động ăcqui sau tích điện đạt giá trị từ 2,062,15V Khi phóng điện ăcqui giảm dần, giảm xuống cịn 1,71,8V ăcqui cần đƣợc nạp điện bổ sung Thực tế sau thời gian hoạt động lƣợng H2SO4 hao hụt nhiều, ngƣời ta phải thay dung dịch axit ăcqui Trong trình sử dụng thƣờng tổ hợp ăcqui loại cách mắc nối tiếp chúng với đƣợc ăcqui thƣờng đƣợc gọi bình ăcqui (có tƣơng ứng 6V 12V) HH*103 + Đặc tính ăcqui axit (ăcqui chì) Ăcqui chì ổn định tƣơng đối cao, bị biến đổi không đáng kể theo nhiệt độ nhƣ theo dòng chịu tải Tuổi thọ ăcqui từ vài trăm đến hàng ngàn chu kỳ phóng nạp điện Dung lƣợng đạt từ 55000A.h Tùy mục đích sử dụng mà có loại ăcqui nhƣ: + ăcqui khởi động + ăcqui tải + ăcqui dùng tĩnh tại… với quy trình cơng nghệ chế tạo tƣơng ứng khác Ngày ngƣời ta chế tạo đƣợc ăcqui chì "kéo" dùng ô tô chạy điện để đạt đƣợc tiêu tối ƣu nhƣ: Năng lƣợng riêng 4045 W.h/Kg; tuổi thọ lớn 1000 chu kỳ phóng – nạp Ở Việt nam có số nhà máy chế tạo loại ăcqui chì với nhãn mác khác có ghi số kỹ thuật nhƣ 6V, 12V; dung lƣợng định mức ăcqui nhƣ 60 128A.h Bảng 4.1 Những đặc trƣng kỹ thuật loại ăcqui khởi động ô tô Chế độ khởi động Kích thƣớc ăcqui (mm) Lƣợng Cƣờng Trọng chất độ lƣợng Loại điện li Dịng dịng tồn Thời gian Chiều Chiều Chiều ăcqui phóng phóng cực tiểu (s) rộng dài cao ăcqui (A) (A) (Kg) (L) 5,5 6V60 6,0 180 176,0 176,5 237,0 2,2 14,8 Ah (ở 302oC) 12V1 28Ah 11,2 360 5,0 (ở 302oC) 241,0 585,0 247,0 8,0 54,0 Loại ăcqui 6V 6Ah: dùng cho xe du lịch chỗ ngồi Loại ăcqui 12V 128Ah: dùng cho xe tải hạng nặng + Ăcqui kiềm: Ăcqui kiềm đƣợc sử dụng nhiều công nghiệp, giao 43 thông vận tải mà thông dụng loại ăcqui niken cađimi nikensắt 43 Trong hợp chất Niken niken (III) oxit có giá trị thực tế quan trọng nhất, đƣợc dùng để chế tạo ăcqui kiềm Cadimi-Niken Niken-Sắt Hai loại ăcqui giống nhau, khác HH*104 Ăc qui kiềm đƣợc sản xuất chủ yếu ăcqui có điện cực mỏng, chất hoạt động ăcqui mỏng – phẳng có lỗ Chất hoạt động dƣơng ăcqui tích điện chủ yếu niken (III) oxit hidrat hóa Ni2O3.H2O NiOOH (có pha thêm bột graphit để làm tăng độ dẫn điện) Chất hoạt động âm ăcqui hỗn hợp cadimi xốp với bột sắt, dung dịch KOH có thêm lƣợng nhỏ LiOH làm dung dịch điện li ăcqui Cấu tạo ăcqui kiềm q trình điện hóa xảy q trình phóng nạp Dƣới sơ đồ cấu tạo ăcqui NiCd ăcqui NiFe ăcqui làm việc: *) Cực dƣơng hiđroxit niken (III) (NiOOH) bị khử (có pha thêm graphit nguyên chất): 2NiOOH + 2H2O + 2e = 2Ni(Ọ|H)2 + 2OH *) Cực âm bột sắt (có kèm chất phụ gia), xảy q trình Cd bị oxi hóa: Cd + 2OH = Cd(OH)2 + 2e ăcqui NiFe Cd (bột Cd chất phụ gia) ăcqui NiCd Các cực đƣợc nhúng dung dịch KOH có nồng độ từ 2022% (d = 1,19 1,21g/ml) có pha thêm lƣợng nhỏ LiOH Khi mạch ngồi xảy chuyển electron từ điện cực Cd (đóng vai trị anot tích điện âm) đến điện cực Me (là catot tích điện dƣơng) Sức điện động hai loại ăcqui sau nạp (tích) điện đạt từ 1,451,7V Theo mức độ phân hủy oxit bậc cao (trong cực) mà cực ăcqui giảm dần đạt giá trị ổn định từ 1,31,34V ăcqui NiCd 1,371,41V ăcqui NiFe, điện giảm xuống dƣới 1V lại phải tích điện lại Khi ăcqui phóng điện, q trình điện hóa xảy điện cực xảy ngƣợc lại, điện cực Cd xảy khử kim loại: Cd(OH)2 + 2e = Cd + 2OH tƣơng tự điện cực Ni (ở ăcqui Ni-Cd) xảy trình: 2Ni(OH)2 + 2OH = 2NiOOH + 2H2O + 2e chúng vật liệu làm điện cực âm Sắt hay Cadimi mà ăcqui CadimiNiken đƣợc sử dụng rộng rãi HH*105 Phụ lục Quan hệ đơn vị lượng Đơn vị 1J ec J quốc tế kW.h Calo quốc tế Calo nhiệt electron-von (eV) J 107 1,00019 3,6106 4,1868 4,1840 1,602191019 Tƣơng đƣơng với Ec Calo quốc tế 10 0,238846 2,38846108 0,238891 1,0001910 13 3,610 8,5985105 4,1868107 0,99933 4,184010 1,602191012 eV 0,6241461019 0,6241461012 0,6243321019 2,246931025 2,582871019 2,581431019 3,926071020 Phụ lục Quan hệ đơn vị áp suất Đơn vị Pa dyn/cm2 atm vật lí (atm) atm kĩ thuật (at) 1mm nƣớc 1mm Hg HH*138 Pa 0,1 Tƣơng đƣơng với MmHg đyn/cm2 10 7,50064102 3 7,5006410 atm 0,986923105 0,986923106 1,01325105 760,000 1,01325106 9,80665104 735,561 9,80665105 0,967841 9,80665 133,322 0,0735561 98,0665 1333,22 9,67841104 1,31579103 Phụ lục Thế điện cực chuẩn số hệ oxi hóa/khử Dạng oxi hóa/dạng khử Li+/Li K+/K Ba2+/Ba Sr2+/Sr Ca2+/Ca Na+/Na Mg2+/Mg Be2+/Be Al3+/Al Mn2+/Mn SO32/S SO42/SO32 NO3/NO2 H2O/H2 Zn2+/Zn Cr3+/Cr AsO43/AsO2 SO32/S2O32 Fe2+/Fe Cd2+/Cd In3+/In Co2+/Co Ni2+/Ni NO3/NO Sn2+/Sn Pb2+/Pb H+/H2 (Pt) NO3/NO2 SeO42/SeO32 S/H2S Sn4+/Sn2+ Cu2+/Cu+ Bi3+/Bi SO42/SO32 Phản ứng điện cực Li+ + 1e ⇌ Li K+ + 1e ⇌ K Ba2+ + 2e⇌Ba Sr2+ + 2e⇌Sr Ca2+ + 2e⇌Ca Na+ + 1e⇌Na Mg2+ + 2e⇌Mg Be2+ + 2e⇌Be Al3+ + 3e⇌Al Mn2+ + 2e⇌Mn SO32 + 4e + 3H2O ⇌S + 6OH SO42 + 2e + H2O ⇌SO32 + 2OH NO3 + e + H2O ⇌NO2 + 2OH 2H2O + 2e + ⇌ H2 + 2OH Zn2+ + 2e⇌Zn Cr3+ + 3e⇌Cr 3 AsO4 + 2e + 2H2O ⇌AsO2 + 4OH 2SO32 + 4e + 3H2O ⇌S2O32 + 6OH Fe2+ + 2e⇌Fe Cd2+ + 2e⇌Cd In3+ + 3e⇌In Co2+ + 2e⇌Co Ni2+ + 2e⇌Ni NO3 + 3e + 2H2O ⇌NO + 4OH Sn2+ + 2e⇌Sn Pb2+ + 2e⇌Pb 2H+ + 2e⇌H2 NO3 + 2e + H2O ⇌NO2 + 2OH SeO42 + 2e + H2O ⇌SeO32 + 2OH S + 2e + 2H+⇌H2S Sn4+ + 2e⇌Sn2+ Cu2+ + e⇌Cu+ Bi3+ + 3e⇌Bi SO42 + 2e + 4H+⇌ H2SO3 + H2O o (V) 3,02 2,92 2,90 2,89 2,87 2,71 2,37 1,85 1,66 1,05 0,90 0,90 0,85 0,83 0,76 0,71 0,71 0,58 0,44 0,40 0,34 0,28 0,25 0,14 0,14 0,13 0,00 0,01 0,03 0,14 0,15 0,17 0,21 0,20 HH*139 Cu2+/Cu [Fe(CN)6]3/[Fe(CN)6]4 O2/OH H2SO3/S BrO3/Br2 ClO4/Cl I2/I MnO4/MnO42 MnO4/MnO2 MnO42/MnO2 HgCl2/Hg2Cl2 PbO2/Pb O2/ H2O2 Fe3+/ Fe2+ Ag+/Ag NO3/NO2 Hg2+/Hg NO3/NO HNO2/NO Br2/Br O2/H2O MnO2/Mn2+ ClO4/Cl HBrO/Br Cl2/Cl Cr2O72/Cr3+ Au3+/Au BrO3/Br ClO3/Cl PbO2/Pb2+ HClO/Cl MnO4/Mn2+ S2O32/SO42 F2/F HH*140 Cu2+ + 2e⇌Cu [Fe(CN)6]3 + e⇌[Fe(CN)6]4 O2 + 4e + 2H2O⇌ OH H2SO3 + 4e + 4H+⇌ S + 3H2O 2BrO3 + 10e + 6H2O ⇌Br2 + 12OH ClO4 + 8e + 4H2O ⇌ 4OH + Cl I2 + 2e⇌ 2I MnO4 + e⇌MnO42 MnO4 + 3e + 2H2O ⇌MnO2 + 4OH MnO42 + 2e + 2H2O ⇌MnO2 + 4OH HgCl2 + 2e⇌Hg2Cl2+ 2Cl PbO2 + 4e + 4H+⇌Pb+ 2H2O O2 + 2e + 2H+⇌H2O2 Fe3+ + 1e⇌Fe2+ Ag+ + 1e⇌Ag NO3 + e + 2H+ ⇌NO2 + H2O Hg2+ + 2e⇌Hg NO3 + 3e + 4H+ ⇌NO+ 2H2O HNO2 + e + H+ ⇌NO+ H2O Br2 + 2e⇌ 2Br O2 + 4e + 4H+⇌2H2O MnO2 + 2e + 4H+⇌ Mn2+ + 2H2O ClO4 + 8e + 8H+ ⇌Cl+ 4H2O HBrO + 2e + 8H+ ⇌Br+ H2O Cl2 + 2e⇌ 2Cl Cr2O72 + 6e + 14H+ ⇌ 2Cr3++ 2H2O Au3+ + 3e⇌Au BrO3 + 6e + 6H+ ⇌Br+ 3H2O ClO3 + 6e + 6H+ ⇌Cl+ 3H2O PbO2 + 2e + 4H+ ⇌Pb2++ 2H2O HClO + 2e + H+ ⇌Cl+ H2O MnO4 + 5e + 8H+ ⇌Mn2++ 4H2O S2O32 + 2e⇌SO42 F2 + 2e⇌ 2F 0,34 0,36 0,40 0,45 0,51 0,51 0,53 0,54 0,57 0,58 0,62 0,67 0,68 0,77 0,80 0,81 0,86 0,96 0,99 + 1,07 + 1,23 + 1,28 1,34 1,35 + 1,36 + 1,36 1,42 1,44 1,45 1,46 1,50 1,52 + 2,05 + 2,85 Phụ lục Các liệu nhiệt động lực chất hữu (ở 298K, 1atm) Chất C(R) (graphit) C(R) (kim cƣơng) CO2 (K) H2O (L) CH4(K) metan C2H2(K) axetilen C2H4(K) etilen C2H6(K) etan C3H6(K)propen C3H6(K)xyclopropa n C3H8(K),propan C4H8(K),1-buten C4H8(K),cis-2-buten C4H8(K)trans-2buten C4H10(K),butan C5H12(K),pentan C5H12(L),pentan C6H6(L), benzen C6H6(K), benzen C6H12(L), xyclohexan C6H14(L), hexan C6H5CH3(K) Methylbenzen (toluen) C7H16(L), heptan C8H18 (L), octan C8H18(L), iso-octan C10H8(R), naphthalene S0 (JK1 mol1) 5,740 2,377 213,74 CP (kJ mol1) 8,527 6,113 37,11 H0c (kJ mol1) 393,51 395,40 - 16 26 28 30 42 42 H0s G0ht (kJ (JK1 mol1) mol1) 0 1,895 2,900 393,51 394,36 285,86 Hyđrocacbon 74,81 50,72 226,73 209,20 52,26 68,15 84,08 32,82 20,42 62,78 53,30 104,45 186,26 200,94 219,56 229,60 267,05 237,55 35,31 43,93 43,56 52,63 63,89 55,94 890 1300 1411 1560 2058 2091 44 56 56 56 103,85 0,13 6,99 11,17 23,49 71,39 65,95 63,06 269,91 305,71 300,94 296,59 73,5 85,65 78,91 87,82 2220 2717 2710 2707 58 72 72 78 78 126,15 146,44 173,1 49,0 82,93 17,03 -8,20 124,3 129,72 310,23 348,40 173,3 269,31 97,45 120,2 136,1 81,67 2878 3537 3268 3302 84 156 26,8 - 156,5 3902 86 198,7 - 204,3 - 4163 92 50,0 122,0 320,7 103,6 3953 100 114 114 224,4 249,9 255,1 1,0 6,4 - 328,6 361,1 - 224,3 - 5471 5461 128 - - - - 5157 M (g mol1) 12 12 44 18 HH*141 CH3OH(L), metanol CH3OH(K),metanol C2H5OH(L), etanol C2H5OH(K), etanol C6H5OH(R), phenol 32 32 46 46 94 HCOOH(L), focmic CH3COOH(L) axetic CH3COOH(aq) (COOH)2(R), oxalic C6H5COOH(R), benzoic CH3CH(OH)CO OH(R), lactic CH3COOC2H5(L), etyl axetat 46 Alcohol phenol 238,66 166,27 200,66 161,96 277,69 174,78 235,10 168,49 165,0 50,9 Axit cacboxylic este 424,72 361,35 60 484,5 60 90 HCHO(K),metanal CH3CHO(L), etanal CH3CHO(K) CH3COCH3(L), propanon 239,81 160,7 282,70 146,0 81,6 43,89 111,46 65,44 - 726 764 1368 1409 3054 128,95 99,04 255 389,9 159,8 124,3 875 485,76 827,2 396,46 - 178,7 - 117 254 122 385,1 245,3 167,6 146,8 3227 90 694,0 - - - 1344 88 479,0 332,7 259,4 170,1 2231 30 44 44 58 Alđehyt xeton 108,57 102,53 192,3 128,12 166,19 128,86 248,1 155,4 218,77 160,2 250,3 200,4 35,40 57,3 124,7 571 1166 1192 1790 Đƣờng C6H12O6(R) -D-glucozơ C6H12O6(R) -D-glucozơ C6H12O6(R) -D-fructozơ C12H22O11, saccarozo CO(NH2)2(R), ure CH3NH2(K), metylamin C6H5NH2(L), anilin CH2(NH2)COOH(R) glyxin HH*142 180 1274 - - - 2808 180 1268 910 212 - - 180 1266 - - - 2810 342 2222 1543 360,2 - 5645 60 Hợp chất nitơ 333,51 197,33 104,60 93,14 632 31 22,97 32,16 243,41 53,1 1085 93 31,1 - - - 3393 75 532,9 373,4 103,5 99,2 969 Phụ lục Hằng số điện li số axit AXIT Công thức HAsO2 HAsO3 HAsO4 HClO HClO2 HCN H2CrO4 HF HIO H2S H2SO3 H2SiO3 Tên gọi Axit meta-asenơ Axit asenơ Axit asenic Axit hipoclorơ Axit clorơ Axit xianhiđric Axit cromic Axit flohiđric Axit hipoiodơ Axit sunfuhiđric Axit sunfurơ Axit silicic Anion K AsO2 AsO3 AsO4 ClO ClO2 CN HCrO4 F IO HS HSO3 HSiO3 9,0.1016 K1 = 5,7.1016 K1 = 5,6.108 3,4.108 1,1.108 2,0.104 K1 = 1,8.101 7,4.104 2,0.1011 K1 = 9,0.108 K1 = 1,7.102 K1 = 2,2.1010 HH*143 Phụ lục Tích số hịa tan số chất khó tan Cơng thức AgBr AgCN Ag2CO3 AgIO3 AgOH AgCH3COOH Ag3PO4 AgCl AgI Ag2CrO4 Ag2Cr2O7 Ag2S Ag2SO4 BaCO3 BaC2O4 BaSO4 HH*144 Tt 5,3.1013 2,3.1016 8,2.1012 3,0.108 1,52.108 1,82.108 1,3.1020 1,8.1010 8,3.1017 1,1.1012 2,0.107 6,3.1050 1,6.105 5,1.109 1,9.107 - Công thức Al(OH)3 CaCO3 CaC2O4 Ca(OH)2 CaCrO4 NiCO4 PbF2 PbBr2 PbCO3 PbC2O4 PbCl2 PbCO4 PbI2 Pb(OH)2 PbS PbSO4 Tt 1,0.1032 4,8.109 2,3.109 5,5.106 7,1.104 6,6.109 7,7.108 9,1.106 1,0.1018 3,2.1011 1,6.105 1,8.1014 1,1.109 3,2.1020 2,5.1027 1,6.108 Công thức Cu(OH)2 Cu2S CaSO4 CdS FeCO3 Fe(OH)2 Fe(OH)3 MgCO3 Mg(OH)2 ZnCO3 Zn(OH)2 Mn(OH)2 MnS SrCO3 SrSO4 SrCrO4 Tt 5,0.1020 2,5.1048 2,5.105 7,9.1027 3,5.1011 1,0.1015 3,2.1038 1,0.105 6,0.1010 1,5.1011 7,1.1018 4,5.1013 2,5.1010 1,1.1010 3,2.107 3,6.105 Phụ lục Một số khái niệm, phương trình tính chất Theo thay đổi cải cách giáo dục, Bộ Giáo dục Đào tạo khơng ngừng ban hành sách bổ sung, sửa đổi Luật giáo dục cấp, chế quản lý… đặc biệt chƣơng trình nhƣ hình thức tổ chức thi trung học phổ thông quốc gia (kỳ thi chung cho nƣớc) Việc cải cách thi cử có đƣợc nhiều ƣu điểm nhƣ đỡ thời gian thi cho thí sinh, đỡ kinh phí tốn cho ngƣời dân nói chung, tăng nhiệm vụ cho trƣờng đại học đầu ngành nƣớc Tuy nhiên, số hệ lụy nhƣ: thí sinh học lệch, học mơn học để xét tuyển vào đại học yêu thích theo tổ hợp môn học không tránh khỏi việc học cầm chừng, học để khỏi trƣợt tốt nghiệp mơn học cịn lại Mặt khác, trƣờng đại học đa ngành nên có nhiều khối ngành tuyển dụng theo số khối truyền thống nhƣ A, B, C, D theo khối nhƣ D07, D03… Trƣờng Đại học Giao thông Vận tải Sinh viên khối ngành kỹ thuật lựa chọn khối xét tuyển gồm A, A1, D1, D07… Trong trình giảng dạy, nhóm tác giả nhận thấy với sinh viên xét tuyển khối A1 (Toán, Lý, Anh), D1 đa phần kiến thức hóa sơ cấp bị hổng, dẫn tới tình trạng việc tiếp thu mơn Hóa học với kiến thức đại cƣơng Trƣờng đại học nói chung Đại học GTVT nỏi riêng tƣơng đối khó khăn Trong lần đầu mắt giáo trình này, nhóm tác giả trăn trở điều định đƣa vào sách số kiến thức hóa sơ cấp ngắn gọn cần thiết để sinh viên học tập tự đọc cách khoa học nhằm củng cố kiến thức để tiếp thu học thuận lợi Cơng thức tính mol48: m n M Trong đó: n – số mol chất (mol) m – số gam chất M – Khối lƣợng mol49 phân tử/nguyên tử chất Nồng độ dung dịch: Có loại 2.1 Nồng độ phần trăm50 (C%): C% mct 100% mdd Trong đó: mct - khối lƣợng chất tan (gam) mdd – khối lƣợng dung dịch (gam); Chú ý: khối lƣợng dung dịch có số cách tính nhƣ sau: Cách 1: mdd = Vdd Ddd Trong đó: Vdd – thể tích dung dịch (mL); Ddd – khối lƣợng riêng dung dịch (g/mL) Cách 2: mdd = mct + mdm Trong đó: mdm – khối lƣợng dung môi 48 Mol lƣợng chất hay ngun tố có chứa 6,023.1023 hạt vi mơ (phân tử, nguyên tử, ion…) Khối lƣợng mol khối lƣợng mol chất, nghĩa khối lƣợng N hạt vi mô 50 Là đại lƣợng biểu thị số gam chất tan có chứa 100 gam dung dịch 49 HH*145 Cách 3: mdd = mcht + mddht mkt mbh Trong đó: mcht khối lƣợng chất hịa tan mddht khối lƣợng dung dịch hòa tan mkt khối lƣợng chất kết tủa mbh khối lƣợng chất bay 2.2 Nồng độ mol51 (CM): CM n V Trong đó: n – số mol chất (mol) V – thể tích dung dịch (L) Chất: Ngƣời ta chia chất thành loại đơn chất hợp chất 3.1 Đơn chất52 gồm: đơn chất kim loại đơn chất phi kim 3.2 Hợp chất đƣợc chia thành hợp chất vô hợp chất hữu a) Hợp chất vô đƣợc chia thành: oxit, axit, bazơ (hidroxit) muối + Oxit đƣợc chia thành oxit kim loại (oxit bazơ tan, oxit bazơ không tan, oxit lƣỡng tính) oxit phi kim (oxit trung tính oxit axit) + Axit có nhiều cách phân loại ví dụ ngƣời ta chia axit thành axit mạnh (ví dụ HNO3, H2SO4, HCl ) axit yếu (H2S, H2SO3, H2CO3, NH 4 ) + Bazơ có nhiều cách phân loại, ví dụ ngƣời ta chia thành bazơ tan53 (NH3, NaOH, KOH, Ca(OH)2 ) bazơ khơng tan (ví dụ: Fe(OH)2, Fe(OH)3, Cu(OH)2, Mg(OH)2 ) + Muối có nhiều loại khác nhau, ví dụ muối trung hịa (Na2CO3, Mg(NO3)2, CuSO4 ), muối axit (NaHCO3, KHSO4 ), muối tan (K2CO3, Ba(NO3)2, FeSO4 ), muối không tan (CaCO3, BaSO4 ) b) Hợp chất hữu đƣợc chia thành: hidrocacbon (ankan, anken, ankin, benzen ) dẫn xuất hidrocacbon (dẫn xuất chứa halogen, ancol/ete, andehit/xeton, axit cacboxylic/este, amin, aminoaxit ) Công thức tính tỉ khối chất khí: d A/B MA MB Trong đó: d A/B tỉ khối khí A so với khí B MA, MB khối lƣợng mol phân tử tƣơng ứng khí A khí B Định luật Avogadro: Những thể tích chất khí khác điều kiện (áp suất nhiệt độ) chứa số nhƣ phân tử Ở điều kiện tiêu chuẩn (0oC atm) thể tích mol khí 22,4 lit Phƣơng trình Clapeyron - Mendeleep: PV nRT m RT M Trong đó: P – áp suất khí; V – thể tích khí; T – nhiệt độ tuyệt đối tính độ 51 Là đại lƣợng biểu thị số mol chất tan có lít dung dịch Là chất nguyên tố hóa học tạo nên 53 Trong bazơ tan có bazơ kiềm, ví dụ NaOH (cịn gọi xút), KOH (potat ăn da) 52 HH*146 n – số mol khí; m – số gam khí; R – số khí lý tƣởng54 Đƣơng lƣợng 7.1 Khái niệm: Đƣơng lƣợng hóa học nguyên tố khối lƣợng nguyên tố kết hợp với đơn vị (chính xác với 1,008) khối lƣợng hidro đơn vị khối lƣợng oxi, thay lƣợng hợp chất 7.2 Cơng thức tính đương lượng nguyên tố55: ĐA A n Trong đó: ĐA đƣơng lƣợng nguyên tố A A khối lƣợng nguyên tử nguyên tố A n hóa trị A hợp chất 7.3 Cơng thức tính đương lượng hợp chất: ĐA MX x Trong đó: ĐA đƣơng lƣợng hợp chất X x tùy thuộc vào phản ứng mà hợp chất X tham gia Tính chất loại hợp chất vô 8.1 Một số kiến thức oxit: (*) Tác dụng với nƣớc: Oxit bazơ tan (Na2O; K2O; CaO - vôi sống; BaO ) tan đƣợc nƣớc tạo thành dung dịch kiềm: Dung dịch làm giấy quỳ tím chuyển sang màu xanh; Phenolphtalein khơng màu chuyển sang màu đỏ: Na2O(R) + H2O(L) → 2NaOH(dd) (còn gọi xút ăn da xút) Oxit axit (SO2(K); SO3(K); CO2(K); N2O5(K); P2O5(R): điphotpho pentaoxit) tác dụng với H2O tạo thành dung dịch axit (dung dịch axit làm giấy quỳ tím chuyển sang màu đỏ với axit mạnh hồng với axit yếu): CO2(K) + H2O(L) H2CO3(dd) (*) Tác dụng với dd axit: Oxit kim loại + Axit → Muối + H2O Ví dụ: CuO(R) + 2HCl(dd) → CuCl2(dd) + H2O(L) FeO(R) + 2HCl(dd) → FeCl2(dd) + H2O(L) Chú ý: Nếu cho FeO, Fe3O4 tác dụng với dd HNO3 H2SO4 đặc (nóng) tạo thành muối sắt (III) + NO NO2 SO2 + H2O 3FeO(R) + 10HNO3(dd) 3Fe(NO3)3(dd) + NO(K) + 5H2O(L) (*) Oxit axit tác dụng với dung dịch kiềm: Tạo thành muối axit hc muối trung hịa (xảy trƣờng hợp là: Tạo muối axit; tạo muối trung hòa + H2O tạo muối axit muối trung hòa + H2O: CO2(K) + NaOH(dd) → NaHCO3(dd) (1) CO2(K) + 2NaOH(dd) → Na2CO3(dd) + H2O(L) (2) (*) Oxit bazơ tan + oxit axit → Muối: SO3(K) + Na2O(R) → Na2SO4(R) (chú ý tƣợng để vôi sống ngồi khơng khí bị chuyển thành vơi chết?) (*) Oxit kim loại đứng sau Al bị khử chất khử H2 (CO; C; Al ) nung nóng → Kim loại + H2O (CO2; CO; Al2O3), ví dụ: FeO(R) + CO(K) → Fe(R) + CO2(K) 54 R gọi số vạn năng, giá trị R phụ thuộc vào P V đo theo đơn vị nào: + đo lít atm R = 0,082 (lít.atm/mol.K); + đo ml mmHg R = 62400 (ml.mmHg/mol.K) 55 Ví dụ, xác định đƣơng lƣợng nguyên tố Al hợp chất AlCl 3: ĐAl = 27 HH*147 (*) Điều chế oxit (về mặt lý thuyết để viết phƣơng trình phản ứng thực dãy chuyển hóa ) cịn thực tế điều chế khơng hồn tồn nhƣ vậy: + Cho đơn chất tƣơng ứng (kim loại phi kim) + O2 + Nung hidroxit kim loại tƣơng ứng (không tan nƣớc) + Nhiệt phân muối (đối với muối bền với nhiệt) nhƣ muối nitrat, muối cacbonat axit, muối clorat… + Nhiệt phân (đun nóng) axit + Cho KL PK tác dụng với axit có tính oxi hóa mạnh gốc (HNO3; H2SO4 đ(t0) + Cho oxit (ứng với hóa trị thấp kim loại phi kim) + O2 thu đƣợc oxit ứng với hóa trị cao 8.2 Một số kiến thức axit (*) Dung dịch axit làm giấy quỳ chuyển sang màu đỏ hồng (*) Tác dụng với oxit kim loại: Oxit kim loại + axit → Muối + nƣớc, ví dụ: CuO(R) + 2HCl(dd) → CuCl2(dd) + H2O(L) (*) Tác dụng với bazơ (hidroxit) → Muối + H2O; Nếu axit nhiều nấc (đa axit) tạo thành muối axit Ví dụ: HCl(dd) + NaOH(đd) → NaCl(dd) + H2O(L) (*) Axit + Kim loại: Có trƣờng hợp: - Axit + Kim loại → Muối (ứng với hóa trị thấp kim loại có nhiều hóa trị) + H2 (chỉ với axit HCl H2SO4 lỗng) kim loại đứng trƣớc Hidro, ví dụ: Fe + H2SO4 lo·ng → FeSO4 + H2 Chú ý: cho hỗn hợp kim loại tác dụng với dd axit nhƣ trên, cịn chất rắn khơng tan kim loại đứng sau hidro - H2SO4 đặc nguội HNO3 đặc nguội thụ động với Al Fe (khơng có phản ứng xảy điều kiện này) - Với H2SO4 đặc nóng HNO3 đặc nóng loãng: Tác dụng đƣợc với hầu hết kim loại trừ Au Pt tạo muối ứng với hóa trị cao (đối với kim loại có nhiều hóa trị) + sản phẩm khử + H2O, ví dụ: Fe(R) + H2SO4 đặc, nóng Fe2(SO4)3(dd) + SO2(K) + H2O(L) (*) Axit tác dụng với muối → Muối + axit (cần phải ý tới điều kiện cần, điều kiện đủ để phản ứng trao đổi xảy ra): - Nếu axit tham gia phản ứng axit muối mạnh tƣơng đƣơng muối tham gia phản ứng phải tan, muối tạo thành kết tủa: H2SO4(dd) + BaCl2(dd) → BaSO4(R) +2 HCl(dd) - Nếu axit tham gia phản ứn mạnh axit muối: phản ứng xảy (axit mạnh đẩy axit yếu khỏi muối axit yếu) dù muối tham gia phản ứng có tan hay không tan: 2HCl(dd) + BaCO3(R) → BaCl2(dd) + CO2(K) + H2O(L) (*) Axit có tính oxi hóa mạnh + Phi kim (phƣơng pháp điều chế oxit), ví dụ: C(R) + H2SO4 đ/nóng CO2(K) + SO2(K) + H2O(L) (*) Điều chế: + Cho oxit axit tƣơng tứng + nƣớc (xem tính chất hóa học oxit) + Cho axit + muối axit (xem tính chất hóa học axit) + Tùy theo axit cụ thể cịn có phƣơng pháp điều chế cụ thể riêng: HCl (K) tổng hợp từ H2 Cl2 sau hịa tan nƣớc thu đƣợc dung dịch HCl; HNO3 từ NH3(L); từ khơng khí ; H2SO4: từ quặng pirit sắt từ S: FeS2 (hoặc S) (R) SO2(K) SO3(K) Oleum (lỏng) 8.3 Một số kiến thức bazơ (hidroxit): (*) Tác dụng với oxitaxit (chỉ với bazơ kiềm): Xảy trƣờng hợp tùy theo tỉ lệ số mol (OH) oxit axit: 1: tạo muối axit; tạo muối trung hòa + nƣớc; Nằm khoảng (1, 2): tạo hỗn hợp muối HH*148 (*) Tác dụng với axit Ví dụ: NaOH(dd) + HCl(dd) → NaCl(dd) + H2O(L) Lƣu ý: Nếu cho axit có tính oxi hóa mạnh tác dụng với hidroxit ứng với hóa trị thấp kim loại thu đƣợc muối ứng với hóa trị cao + sản phẩm khử + H2O Ví dụ: 3Fe(OH)2(R) + 10HNO3(dd) 3Fe(NO3)3(dd) + NO(K) + 8H2O(L) (*) Tác dụng với muối: với bazơ tan (chú ý điều kiện cần đủ để phản ứng trao đổi xảy ra) Ví dụ: 2KOH(dd) + FeCl2(dd) → Fe(OH)2(R) + 2KCl(dd) (*) Bazơ không tan hidroxit lƣỡng tính: khơng bền với nhiệt, chúng bị nhiệt phân hủy thành oxit kim loại nƣớc Ví dụ: Fe(OH)2(R) → FeO(R) + H2O(L) (khi khơng có oxi), điều kiện có oxi Fe2O3: 2Fe(OH)2(R) + 1/2O2 → Fe2O3 (R) + 2H2O(L) (*) Điều chế: Có số phƣơng pháp điều chế ba zơ nhƣ: Cho oxit bazơ tan + H2O; Cho bazơ tan + muối tan bazơ mới, v.v 8.4 Về muối: (*) Tính tan muối: + Tất muối kim loại kiềm (Na, K ), muối nitrat ( NO 3 ) muối amoni ( NH 4 ) tan + Hầu hết muối sunfat ( SO 24 ) tan trừ muối sunfat Ba, Pb Ngoài CaSO4 AgSO4: tan + Hầu hết muối clorua ( Cl ) tan trừ muối Ag Pb + Hầu hết muối cacbonat ( CO32 ), sunfit ( SO32 ); photphat ( PO34 ), sunfua ( S2 ) không tan trừ muối kim loại kiềm amoni + Hầu hết muối axit thƣờng gặp tan (trừ muối hidro photphat kim loại kim loại kiềm ) (*) Độ bền với nhiệt muối: đề cập tới loại muối: - Muối nitrat: Tất không bền với nhiệt, tùy theo nguyên tố kim loại muối mà bị nhiệt phân cho sản phẩm khác nhau: + Muối nitrat kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ (kim loại đứng trƣớc Al) bị nhiệt phân hủy thành muối nitrit ( NO 2 ) O2 Ví dụ: NaNO3(R) NaNO2(R) + 1/2O2(K) + Muối nitrat kim loại từ Al đến Cu bị nhiệt phân thành oxit kim loại tƣơng ứng + NO2 + O2 Ví dụ: Cu(NO3)2(R) CuO(R) + 2NO2(K) + 1/2O2(K) + Muối nitrat kim loại sau Cu bị nhiệt phân thành kim loại tƣơng ứng + NO2 + O2 Ví dụ: AgNO3(R) Ag(R) + NO2(K) + 1/2O2(K) - Muối cacbonat: + Muối cacbonat axit: hầu hết muối cacbonat axit không bền với nhiệt, cần đun nóng chúng bị phân hủy thành muối cacbonat trung hịa CO2; H2O + Muối cacbonat trung hòa: Muối cacbonat trung hòa kim loại kiềm: bền với nhiệt; Muối cacbonat cịn lại khơng bền với nhiệt, chúng bị nhiệt phân hủy thành oxit kim loại tƣơng ứng CO2 (*) Tính chất hóa học muối: - Axit tác dụng với muối → Muối + axit mới: (Axit mạnh đẩy đƣợc axit yếu khỏi muối axit yếu; axit tham gia phản ứng axit muối mạnh tƣơng đƣơng muối tham gia phản ứng phải tan, muối tạo thành phải kết tủa) Ví dụ: H2SO4(dd) + BaCl2(dd) → BaSO4(R) +2 HCl(dd) 2HCl(dd) + BaCO3(R) → BaCl2(dd) + CO2(K) + H2O(L) - Dung dịch bazơ tác dụng với dd muối Muối + bazơ mới: (Điều kiện đủ: muối mới, bazơ tạo thành phải kết tủa hai phải kết tủa) Ví dụ: Na2SO4(dd) + Ba(OH)2(dd) → BaSO4(R) + 2NaOH(L) HH*149 - Muối tan + Muối tan muối (một hai muối hai phải kết tủa) Ví dụ: Na2SO4(dd) + BaCl2(dd) → BaSO4(R) + 2NaCl(dd) - Kim loại đứng trƣớc (không tan nƣớc) đẩy kim loại đứng sau khỏi dung dịch muối kim loại đứng sau: Fe(R) + CuSO4(dd) FeSO4(dd) + Cu(R) - Muối tác dụng với phi kim Ví dụ: FeCl2 + 1/2Cl2 FeCl3 (điều kiện nhiệt độ) (*) Điều chế muối: Có nhiều phƣơng pháp khác để điều chế muối nhƣ: (1) Kim loại + dd axit (2) Muối + Muối (3) Axit + bazơ (4) Axit + Oxit kim loại (5) Oxit axit + dung dịch kiềm (6) Kim loại + dung dịch muối (7) Muối + bazơ tan (8) Kim loại + phi kim (9) Kim loại lƣỡng tính + dung dịch kiềm (10) Oxit axit + oxit bazơ kiềm (11) Phi kim + dung dịch kiềm (12) Muối + phi kim; … (*) Nhận biết số chất: + Để nhận axit: dùng giấy quỳ tím (quỳ tím chuyển sang màu đỏ hồng) + Để nhận bazơ: dùng giấy quỳ tím (quỳ tím chuyển sang màu xanh) dung dịch phenolphtalein không màu chuyển sang màu đỏ hồng + Để nhận biết axit với nhau: HCl dùng dung dịch muối bạc; H2SO4 dùng dung dịch muối bari; + Để nhận biết oxit bazơ tan: hòa tan nƣớc dùng giấy quỳ tím; + Để nhận biết oxit axit: hịa tan nƣớc dùng giấy quỳ tím; + Để nhận biết muối clorua: dùng dung dịch muối bạc (xuất kết tủa trắng); + Để nhận biết muối sunfat: dùng dung dịch muối bazơ bari (xuất kết tủa trắng, bền môi trƣờng axit; + Để nhận biết muối NO 3 dùng Cu axit HCl (dung dịch chuyển sang màu xanh, có khí khơng màu hóa nâu khơng khí bay lên); + Để nhận biết muối cacbonat, sunfit dùng dung dịch HCl (có bọt khí bay lên) nhận biết tiếp bọt khí… + Để nhận biết muối sắt (II): dùng dung dịch kiềm (NaOH ): xuất chất kết tủa trắng xanh hóa nâu khơng khí + Để nhận biết muối sắt (III): dùng dung dịch kiềm (NaOH ); tƣợng: xuất chất kết tủa màu nâu đỏ + Để nhận biết muối amoni (NH4): dùng dung dịch kiềm (NaOH ); tƣợng: có chất khí mùi khai (sốc) bay lên; + Để nhận biết muối Al Zn: dùng dung dịch kiềm (NaOH ); tƣợng xuất chất kết tủa trắng keo, dùng dƣ kiềm kết tủa trắng keo lại tan Tính chất chung kim loại phƣơng pháp điều chế: Trong bảng tuần hồn, có 80% ngun tố hóa học kim loại, bao gồm: Các nguyên tố s thuộc nhóm IA IIA (trừ H, He); Các nguyên tố p thuộc nhóm IIIA (trừ Bo), Sn, Pb (nhóm IVA), Bi (nhóm VA) Po (nhóm VIA); Tất nguyên tố d (thuộc nhóm B); Tất nguyên tố f (thuộc họ Lantan họ Actini) → Kim loại tập trung phía dƣới bên trái bảng tuần hoàn Nguyên tử kim loại thƣờng có e lớp ngồi cùng: từ 1e đến 3e; có bán kính ngun tử lớn, điện tích hạt nhân nhỏ so với phi kim chu kì Năng lƣợng ion hóa thấp độ âm điện nhỏ so với phi kim chu kỳ Phần lớn kim loại có cấu tạo đặc khít, thƣờng tồn dƣới kiểu mạng là: lập phƣơng tâm diện (74%), lập phƣơng tâm khối (68%) mạng lục phƣơng (74%) Nút mạng cation nguyên tử kim loại dao động xung quanh vị trí định Giữa nút mạng HH*150 nhiều e chuyển động tƣơng đối tự Liên kết kim loại liên kết sinh e tự gắn nút mạng với Kim loại có tính chất vật lí chung dẻo, dẫn điện, dẫn nhiệt có ánh e tự có mạng tinh thể kim loại gây Tỉ khối kim loại khác nhƣng thƣờng dao động từ 0,5 (Li) đến 22,6 (Os) Dựa vào giá trị tỉ khối để phân kim loại thành: + d < 5: kim loại nhẹ (K, Na, Mg, Al) + d > 5: kim loại nặng (Zn, Fe ) Nhiệt độ nóng chảy: biến đổi từ -39oC (Hg) đến 3410oC (W) (t < 1000oC: kim loại dễ nóng chảy; t > 1500oC: kim loại khó nóng chảy (kim loại chịu nhiệt) Tỷ khối, nhiệt độ nóng chảy tính cứng kim loại phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ kiểu mạng tinh thể; mật độ e; khối lƣợng mol kim loại Tính chất hóa học kim loại tính khử: M → Mn+ + ne (1) Tác dụng với phi kim + Với oxi: Hầu hết kim loại tham gia phản ứng trừ Au, Pt, Ag → oxit bazơ oxit lƣỡng tính, phản ứng tổng quát: 2xM + yO2 → 2MxOy Mức độ phản ứng với oxi kim loại khác nhau: kim loại mạnh phản ứng mạnh K, Na cháy tạo thành oxit có lƣợng oxi hạn chế Nếu oxi dƣ tạo thành peoxit; Ca, Mg, Al, Zn cháy tạo thành oxit khả phản ứng với oxi giảm dần Các kim loại từ Pb đến Hg không cháy nhƣng tạo thành màng oxit bề mặt; Các kim loại từ Ag đến Au không cháy không tạo lớp màng oxit bề mặt Phản ứng oxi với kim loại phụ thuộc vào bề mặt lớp oxit tạo thành: bề mặt khơng khít phản ứng hồn tồn, bề mặt khí phản ứng xảy bề mặt nhƣ Al, Zn + Với Clo: Các kim loại tác dụng với Clo đun nóng tạo muối clorua ứng với hóa trị cao kim loại có nhiều hóa trị (với kim loại có nhiều hóa trị) + Các kim loại phản ứng đƣợc với nhiều phi kim khác nhƣ Br2, I2, S, C tạo muối, ví dụ: 2Al + 3Br2 2AlBr3 hay Fe + S FeS (2) Tác dụng với H2O + Ở điều kiện thƣờng: kim loại kiềm (K, Na, Li) kim loại kiềm thổ (Ba, Ca ) phản ứng với nƣớc tạo thành kiềm + H2: 2M + nH2O 2M(OH)n + H2 + Ở nhiệt độ cao: Mg Al có phản ứng phức tạp với nƣớc Ví dụ Mg xảy trình: Mg + 2H2O Mg(OH)2 + H2 (ở 100oC); sau đến 200oC xảy trình phân hủy Mg(OH)2 thành MgO Với kim loại nhƣ Mn, Zn, Cr, Fe nhiệt độ cao phản ứng với nƣớc thành oxit kim loại H2 Ví dụ: 3Fe + 4H2O Fe3O4 + 4H2 (dƣới 570oC) nhiệt độ cao xảy phản ứng: Fe + H2O FeO + H2 (3) Tác dụng với dung dịch axit: + Với dung dịch axit nhƣ HCl, H2SO4 loãng, H3PO4 (H+): Chỉ tác dụng với kim loại đứng trƣớc hidro tạo muối (ứng với hóa trị thấp kim loại có nhiều hóa trị) + H2 Ví dụ: Fe(R) + H2SO4 (loãng) FeSO4(dd)+ H2(K) Lƣu ý: Các kim loại tan nƣớc đƣợc điều kiện thƣờng khhi cho vào dung dịch axit phản ứng với H+ dung dịch axit trƣớc, dƣ phản ứng với nƣớc Kim loại Pb đứng trƣớc hidro nhƣng khơng tác dụng đƣợc với HCl H2SO4 lỗng tạo muối khó tan bám bề mặt ngăn cản phản ứng + Tác dụng với dung dịch axit có tính oxi hóa mạnh nhƣ HNO3, H2SO4 đặc, nóng: Hầu hết kim loại phản ứng trừ Au, Pb tạo muối ứng với hóa trị cao kim loại, sản phẩm đƣợc hình thành từ khử S+6 N+5 H2O Các kim loại Al, Fe, Cr thụ động với H2SO4 đặc nguội HNO3 đặc nguội HH*151 (4) Tác dụng với dung dịch muối: Với kim loại tan nƣớc nhiệt độ thƣờng tác dụng với nƣớc trƣớc sau dung dịch kiềm tạo phản ứng với muối dung dịch; Với kim loại không tan nƣớc kim loại hoạt động (đứng trƣớc) đẩy kim loại hoạt động (đứng sau) khỏi dung dịch muối chúng Ví dụ: Fe(R) + CuSO4(dd) FeSO4(dd) + Cu(R) (5) Phản ứng với dung dịch kiềm: Các kim loại tan nƣớc điều kiện thƣờng tác dụng với H2O có dung dịch kiềm; Một số kim loại có hidroxit tƣơng ứng chất lƣỡng tính tác dụng với dung dịch kiềm tạo muối giải phóng H2 Ví dụ: Al(R) + H2O(L) + NaOH(dd) NaAlO2(dd) + 3/2H2(K) Để điều chế kim loại thường có số phương pháp sau: (*) Phương pháp nhiệt luyện: Dùng chất khử nhƣ CO(K), C(R), Al(R), H2(K) khử oxit kim loại nhiệt độ cao, phƣơng pháp thƣờng dùng công nghiệp để điều chế kim loại đứng sau Al (*) Phương pháp thủy luyện: Dùng dung dịch thích hợp nhƣ dung dịch HNO3, HCl nƣớc cƣờng toan để hòa tan ngun liệu sau lấy kim loại mạnh (khơng tan nƣớc), đẩy kim loại yếu khỏi dung dịch Phƣơng pháp thƣờng dùng phịng thí nghiệm để điều chế kim loại đứng sau Al với lƣợng (*) Phương pháp điện phân: + Điện phân nóng chảy: Dùng dòng điện chiều khử ion kim loại dung dịch nóng chảy (oxit, muối clorua, hidroxit) thành nguyên tử kim loại Phƣơng pháp điện phân nóng chảy phƣơng pháp để điều chế kim loại đứng trƣớc Al kể Al ứng dụng rộng rãi công nghiệp + Điện phân dung dịch: Dùng dòng điện chiều để khử ion kim loại yếu có dung dịch muối thành nguyên tử kim loại Phƣơng pháp sử dụng điều chế kim loại đứng sau Al Trên tóm lƣợc số kiến thức giúp cho sinh viên tra cứu q trình lĩnh hội Kiến thức hóa đại cƣơng hóa học ứng dụng trình bày chi tiết giáo trình HH*152 ... 4OH Sn2+ + 2e⇌Sn Pb2+ + 2e⇌Pb 2H+ + 2e⇌H2 NO3 + 2e + H2O ⇌NO2 + 2OH SeO 42? ?? + 2e + H2O ⇌SeO 32? ?? + 2OH S + 2e + 2H+⇌H2S Sn4+ + 2e⇌Sn2+ Cu2+ + e⇌Cu+ Bi3+ + 3e⇌Bi SO 42? ?? + 2e + 4H+⇌ H2SO3 + H2O o... C6H12O6(R) -D-glucozơ C6H12O6(R) -D-fructozơ C12H22O11, saccarozo CO(NH2 )2( R), ure CH3NH2(K), metylamin C6H5NH2(L), anilin CH2(NH2)COOH(R) glyxin HH*1 42 180 127 4 - - - ? ?28 08 180 126 8 910 21 2 - - 180... ⇌MnO2 + 4OH HgCl2 + 2e⇌Hg2Cl2+ 2Cl PbO2 + 4e + 4H+⇌Pb+ 2H2O O2 + 2e + 2H+⇌H2O2 Fe3+ + 1e⇌Fe2+ Ag+ + 1e⇌Ag NO3 + e + 2H+ ⇌NO2 + H2O Hg2+ + 2e⇌Hg NO3 + 3e + 4H+ ⇌NO+ 2H2O HNO2 + e + H+ ⇌NO+ H2O