Giải thích: Từ C, N, O, F là các nguyên tố trong cùng chu kỳ, nĩi chung hiđrua của chúng cĩ độ bền tăng dần do độ âm điện lớn dần và bán kính nhỏ dần. Riêng từ CH4
đến NH3 năng lượng lại hơi giảm do C trong CH4 đã sử dụng cả 4 AO lai hố tạo 4 liên kết σ như nhau, phân tử là tứ diện đều. Do đĩ sự đẩy nhau giữa các cặp e hồn tồn như nhau, cịn trong NH3, N cịn 1 cặp electron chưa liên kết nên sự đẩy giữa các mây electron khác nhau làm cho phân tử kém bền hơn.
- Tính axít tăng theo thứ tự sau: CH4, NH3, H2O, HF là do độ âm điện từ C → F tăng dần nên độ phân cực của liên kết H – X tăng dần hay khả năng cho H+ tăng dần.
2. Gĩc liên kết tăng dần theo thứ tự sau: H2O, NH3, CH4 do trong 3 phân tử H2O, NH3, CH4, nguyên tử trung tâm đều lai hố sp3, phân tử CH4 cĩ cấu tạo tứ diện, gĩc HCH = CH4, nguyên tử trung tâm đều lai hố sp3, phân tử CH4 cĩ cấu tạo tứ diện, gĩc HCH = 109028/, cịn trong phân tử H2O và NH3 gĩc bị ép lại nhỏ hơn 109028/ do sự đẩy nhau giữa 2 cặp mây electron khơng liên kết lớn nhất, sau đĩ đến sự đẩy nhau giữa mây electron khơng liên kết với mây electron liên kết, cuối cùng sự đẩy nhau giữa 2 mây electron liên kết là yếu nhất. Trong H2O, O cịn 2 cặp electron chưa tham gia liên kết cịn trong NH3, N cĩ 1 cặp electron chưa liên kết nên gĩc liên kết của H2O nhỏ hơn của NH3. (Hoặc cĩ thể giải thích do khả năng lai hố sp3 tăng dần từ O đến C do sự chênh lệch phân mức năng lượng 2s và 2p nhỏ dần)
Câu 2
1. Tại sao nước là một oxit lưỡng tính lí tưởng?
2. Khảo sát và vẽ đồ thị E phụ thuộc pH của cặp oxi hố khử sau:
O2/H2O; H2O/H2. Xác định vùng bền của nước, từ đĩ cĩ thể rút ra điều gì về tính chất của nước. PH2=1 atm, PO2= 1 atm, t =250C.
Hướng dẫn:
1. Nước là một oxit lưỡng tính lí tưởng vì trong nhiều phản ứng hố học nước vừa đĩng vai trị là một axit, vừa đĩng vai trị là một bazơ. Tính chất đĩ được thể hiện ở các loại phản ứng thủy phân muối tan trong nước. Tương tác của nước với oxit axit, oxit bazơ. Nước thể hiện tính a xit: CO2−
3 + H2O ƒ HCO−
3 + OH-
Nước thể hiện tính bazơ NH4+ + H2O ƒ NH3 + H3O+
Tính chất lưỡng tính đĩ thể hiện ở chính trong nước lỏng nguyên chất, đĩ là khả năng tự ion hố theo phương trình: H2O + H2O ƒ H3O+ + OH-
bazơ 1 axit 2 axit 1 bazơ 2
axit1 bazơ 2 bazơ 1 axit 2
2. Xét cặp O2/H2O: O2 + 4H+ + 4e → 2H2O E0= 1,23(V) (a) Áp dụng phương trình Necstơ ta cĩ: E = E0 - 2 + 4 O 0,059 1 lg 4 P [H ] = E0 - 0,059lg 1+ 4 4 [H ] = 1,23 - 0,059 pH
Được biểu diễn bằng đường thẳng (1) trên giản đồ
-Cặp H2O/H2: 2H2O + 2e → H2 + 2OH- E= 0,00V (b)
E = E0 - 2 059 , 0 lg [OH-]2 PH2 = E0 - 2 059 , 0 lg [OH-]2 = E0 - 2 059 , 0 lg [OH-]2 = E0 - 2 059 , 0 lg ( 2 ) 2 H O + 2 K [H ] = E0 - 0,059 lg(10-14) - 0,059 pH = - 0,059 pH Được biểu diễn bằng đường thẳng (2)
1,230 0 0,404 -0,826 _ _ _ 14 _ pH E O2 ⁄ H2O H2O⁄ H2 (2) (1)
Nước cĩ thể hoạt động như một tác nhân khử khi đĩ nĩ bị oxi hố thành O2 theo nửa phản ứng (a)
Giá trị E = +1,23(V) cho thấy nước là một chất khử khơng mạnh. Nước cĩ thể phản ứng như một chất oxi hố, khi đĩ nĩ bị khử đến H2 theo nửa phản ứng (b)
Giữa hai đường thẳng song song (1) và (2) là miền bền nhiệt động của nước cĩ nghĩa là nước trơ về phương diện oxi hố -khử.
Những cặp oxi hố -khử cĩ E phía trên đường (1) cĩ thể oxi hố được H2O ⇒ H2O là
chất khử. Ví dụ: 4Co3+
aq + 2H2O ƒ 4Co2+
aq+ O2(k) + 4H+
aq E0 = 0,59V, E(Co+/Co+) = + 1,82V
Câu 3
Hãy giải thích tại sao:
1. N2H4 là một bazơ 2 nấc và tính bazơ yếu hơn của NH3?
2. Tính chất đặc trưng của NH3 là tính bazơ cịn đối với N2H4 là tính khử?
Hướng dẫn:
1. Ta cĩ N2H4 cĩ 2 cặp electron khơng liên kết trên obital lai hố sp3 của hai nguyên tử N cĩ khả năng cho nên thể hiện là một bazơ 2 nấc. NH3 chỉ cĩ một cặp electron như vậy nên là bazơ 1 nấc.
Tính bazơ của NH3 mạnh hơn của N2H4 vì số oxi hố của N trong NH3 là -3, trong N2H4 là -2, điều này cho thấy mật độ điện tích âm trên nguyên tử N trong NH3 cao hơn, do vậy khả năng cho cặp electron mạnh hơn, tính bazơ mạnh hơn.
2. NH3 cĩ cặp electron cĩ khả năng cho mạnh nên thể hiện tính chất bazơ khá đặc trưng. Mặt khác, do phân tử NH3 tương đối bền nên thể hiện tính khử khá yếu. N2H4 cĩ các cặp electron cĩ khả năng cho yếu nên tính chất bazơ thể hiện rất yếu. Mặt khác, do phân tử chứa liên kết N-N tương đối kém bền nên thể hiện tính khử mạnh.
Câu 4
1. Giải thích tại sao ở điều kiện thường CO2 là chất khí cịn SiO2 là chất rắn cĩ nhiệt độ nĩng chảy rất cao ? nhiệt độ nĩng chảy rất cao ?
2. Hãy giải thích tại sao: