TN4: TÍNH TAN CỦA KIM LOẠI KIEM THO
BÀI 6: BÀI 6: HYDRO - OXI - LƯU HUỲNH
I. Lý thuyết Hydro (H:):
Hydro (H;) có nguyên tử khối bằng 1 (đvC), chứa một proton và một nơtron. Nó là một phi kim ở điều kiện tiêu chuẩn. Trong vũ tru, hydro là nguyên tố phổ biến nhất, chiếm ~75% tổng khối lượng và ~90%
tổng số nguyên tử.
Tính chất vật lý của hydro: H; là chất khí không màu, không mùi, không vị, không độc hại, và dễ cháy ở nhiệt độ phòng. Ngọn lửa khi đốt cháy hydrogen trong không khí có màu xanh nhạt, gần như vô hình.
Tính chất hóa học của hydro: do chỉ có một electron, nên H; nó có khả năng kết hợp nhanh chóng với các nguyên tử khác để tạo thành hợp chất mới. Liên kết H-H của phân tử hydrogen khá yếu, dẫn đến việc nó bị oxy hóa nhanh chóng khi tiếp xúc với oxi. Điều này giải thích cho việc hydro dễ cháy. Ngoài ra, hydro là chất khử mạnh, có thể khử nhiều oxit kim loại yếu hơn thành kim loại tự do.
Có thê điều chế khí hidro bằng cách cho kim loại phản ứng với acid mạnh.
Oxi (O:):
Nguyên tố oxi có số hiệu nguyên tử là 8, thuộc nhóm VIA, chu kì 2 của bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học. Nguyên tử oxi có cấu hình electron là 1s?2s?2p!, lớp ngoài cùng có 6e. Trong điều kiện bình thường, phân tử oxi có 2 nguyên tử liên kết với nhau bằng liên kết cộng hoá trị không cực. Công thức cấu tạo của phân tử oxi là O=0.
Tính chất vật lý: Khí oxi không màu, không mùi, không vị, hơi nặng hơn không khí. Dưới áp suất khí quyển, oxi hoá lỏng ở nhiệt độ -183 độ C, tan ít trong nước.
Tính chất hóa học: Khi tham gia phản ứng, nguyên tử O dễ dàng nhận thêm 2e, có độ âm điện lớn ~3,44. Do vậy, oxi là nguyên tố phi kim, có tính oxi hoá mạnh. Trong các hợp chất nguyên tố oxi thường có số oxi hoá là -2. Oxi tác dụng với hầu hết các kim loại (trừ Au, Pt, ...) va cac phi kim (trừ halogen). Oxi tác dụng với nhiều hợp chất vô cơ và hữu cơ.
Điều chế: Phân hủy những hợp chất giàu oxi và ít bền đối với nhiệt như KMnO4(r), KCIO3().
22|JTrường Đại học Bách Khoa TP.HCM
Lưu huỳnh (S):
Tính chất vật lý: Lưu huỳnh là chất rắn có màu vàng tự nhiên, không tan trong nước nhưng tan nhiều trong các dung môi hữu cơ như benzen, rượu,... Lưu huỳnh dẫn nhiệt và dẫn điện kém
Tính chất hóa học: Lưu huỳnh là một phi kim thuộc nhóm nhóm VIA.
Nó có cấu hình electron là: 1s22s22p°3s?3p? hay [Ne]3s?3p?. Độ âm điện: 2,58. Lưu huỳnh có 2 dạng thù hình là lưu huỳnh đơn tà và lưu huỳnh tà phương. Đặc trưng của lưu huỳnh là nó vừa có tính khử vừa có tính oxi hóa. Ví dụ, số oxi hóa của S có thể giảm từ 0 xuống -2 thể hiện tính oxi hóa hoặc số oxi hóa của S tăng từ 0 lên +4 hoặc +6 >
S thể hiện tính khử.
23|Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM
II. ˆ Thí nghiệm
TN1: ĐIỀU CHẾ HIDRO H;
Cách tiến
hành Hiện tượng Giải thích và PTPƯ
Cho một nhúm kẽm (Zn) vao ống nghiệm rồi tr tr cho 5 ml dung dich HCl đậm đặc.
Tiến hành thu H;
được sinh ra bằng cách đây nƯỚC.
Sau đó đốt trên
ngọn lửa đến khi nghe tiếng bộp thì dừng lại (vi lúc này H; đã
tinh khiết).
Tiến hành đốt H;
thoát ra khỏi đầu Ống, quan sát mau
Lay phéu thủy tinh khô chả lên ngọn lửa, quan sat phéu
Zn tan dần, xuất hiện sủi bột khí, ống nghiệm ấm lên vì phản ứng tỏa nhiệt.
Thu H›
đây nước Khi đốt trên ngọn lửa đèn côn xuât hiện ngọn lửa màu xanh nhạt Ngoài ra, có tiếng bộp xuất hiện, ban đầu tiếng nỗ lớn, lúc sau thấy xuất hiện hơi nước trên thành ống nghiệm.
sinh ra băng phương pháp
Nguyên tử kẽm (Zn) có tính khử mạnh hơn nguyên tử hiđrô (H) trong axit clohidric (HCI). Do đó, Zn có khả năng "đây" H ra khỏi HCT, tạo thành Hạ và ZnC];.
Zn+2HCI > ZnCl;+H;†
Khí Hạ được thu bằng cách đẩy nước vì Hạ không tan trong nước và nhẹ hơn không khí. Khi cho kẽm vào dung dịch HCI, khí H2 được sinh ra sẽ đẩy nước lên cao và tập trung ở phần trên ống nghiệm.
Phản ứng này tỏa nhiệt, ngọn lửa cháy sáng và có tiếng "bộp". Ngọn lửa cháy màu xanh nhạt do nguyên tử hiđrô trong ngọn lửa chuyển từ trạng thái kích thích sang trạng thái cơ bản, giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng.
Ban đầu tiếng nỗ lớn do lượng oxi nhiều, phản ứng tỏa nhiêu nhiệt. Hơi nước tạo thành gặp lạnh nên ngưng tụ tại thành thủy tĩnh.
2H;+O;>H;O
Nhiệt độ cao khiến cho các phân tử nước (H;O) sinh ra sau phản ứng chuyên động nhanh hơn, va đập vào nhau vả vào thành bình chứa với tần suất cao. Điều này dẫn đến sự giãn nở đột ngột của khí, tạo ra sóng âm thanh mạnh - tiếng nỗ.
Kết luận:
24|Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM
Ta có thể điều chế khí Hạ từ nhiều kim loại khác nhau bằng cách cho chúng tác dụng với axit mạnh. Kim loại càng mạnh, phản ứng càng diễn ra nhanh và mãnh liệt. Phản ứng tỏa nhiệt.
Ha là khí không màu, không mùi, nhẹ hơn không khí, H; sinh ra sau phản ứng điều chế được thu bằng phương pháp đẩy nước. Ngoài ra nó có thể cháy trong không khí với ngọn lửa màu xanh nhạt, ở một tỷ lệ nhất định H: có thể tác dụng với O; có trong không khí gây ra tiếng nổ.
25JTrường Đại học Bách Khoa TP.HCM
TN2: TÍNH CHẤT CỦA HYDRO PHÂN TỬ VÀ HYDRO NGUYÊN TỬ
dịch H;SO¿ 10%
tác dụng với 2 ml KMn0O,2N Cha hỗn hợp dung dịch thành 3 ống nghiệm nhỏ
Ống nghiệm 1:
dùng làm ống chuân để quan sát và so sánh.
Ống nghiệm 2:
Thay ống chữ Z bằng ống chữ V và cho H; lội qua. Quan sát hiện tượng.
Ống nghiệm 3:
Cho vào ống nghiệm vài hạt Zn. Quan sát hiện tượng.
Cuối cùng so sánh màu dung dịch giữa 3 ống nghiệm từ đó so sanh sự khác nhau giữa H; vả
H
Ống chuẩn (dung dich mau tim) Ống nghiệm 2:
Quan sát thấy có sự nhạt mảu của dung dịch nhưng
không đáng kế
(dường như không phản ứng) Ống nghiệm 3:
Kém Zn tan dan, xuất hiện sui bot khi trong dung dich, dung dich mat mau trở nên
trong suốt
Cách tiến hành Hiện tượng " Giái thích và PTPƯ s3x e¿ `
Cho 8 ml dung| Ong nghiệm 1: Ong 1:
Dung dịch KMnO4 giữ nguyên màu tím vì không có chất nào được thêm vào (ống chuẩn)
Ống 2:
Màu tím của dung dịch KMnO¿ nhạt dần do phản ứng xảy ra giữa [H]
nguyên tử và KMnO¿ vì Hydro phân tử [H;] có tính khử yếu hơn hydro nguyên tử [HỊ. Trong đó, Hydro được mới sinh ra sẽ không tạo thành [H;] phân tử ngay mà Hydro sẽ hình thành những nguyên tử trước, 2[H], rồi mới tạo thành [H:]
phân tử (gọi là hydro đang sinh).
Phản ứng này diễn ra chậm do chỉ có lượng ít [H] nguyên tử mới được sinh ra, chưa kịp liên kết thành [H]
phân tử mới tác dụng được và làm mất màu KMnO¿.
MnOx + 5[H]* + 3H" --> Mn?† + 4H20
(hoac) MnO, +5e +8H* = Mn”' + 4H;O
Ong 3
Dung dịch KMnO¿ nhạt màu nhanh chóng và hoàn toàn do phản ứng xảy ra giữa hydro nguyên tử [H] và KMnO©¿ vì [H] là chất khử mạnh hơn [H›], đồng thời có kích thước nhỏ hơn và dễ dàng tiếp cận các nguyên tử oxy trong KMnOx hơn.
Phản ứng này diễn ra nhanh chóng và hoàn toàn, làm cho dung dịch KMnO¿ nhạt màu hoàn toàn.
24|Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM
Kẽm phản ứng với axit HaSO¿ tạo ra [H]:
Zn + H;SO¿ => ZnSO, + 2[H]
Một phần [H] sinh ra kết hợp thành Ha, phần còn lại tồn tại ở dạng [H]
nguyên tử. [H] nguyên tử phản ứng với KMnO4:
MnOx + 5[H]* + 3H' --> Mn?† +
4H20
(hoặc) MnO¿ +5e +8H' = Mn”' + 4H;O Kết luận:
Hydro nguyên tử [H] có tính khử mạnh hơn hydro phân tử [Ha]
Dung dịch KMnO¿ nhạt màu nhanh chóng hoàn toàn do [H] vì nó có tính khử mạnh hơn [H;], kích thước nhỏ hơn nên nó dễ dàng tiếp cận các nguyên tử oxy trong KMnO¿ hơn. Vì vậy [H] có thể phản ứng nhanh chóng với KMnOa.
Hoạt tính của hydro nguyên tử và hydro phân tử có ý nghĩa quan trọng trong nhiều lĩnh vực, ví dụ như trong hóa học tổng hợp, hóa học môi trường và sinh học
ẢNH THÍ NGHIỆM
27|JTrường Đại học Bách Khoa TP.HCM
TN3+4: ĐIỀU CHẾ HIDRO OXI VÀ TÍNH CHẤT CỦA OXI
điều chế Hidro, trộn đều hỗn hợp 4g KCIO; + lg MnO, sau đó nghiên mịn băng cối sứ sau đó cho lần lượt vào 3 ống nghiệm khô.
Dun nóng ống nghiệm và tiến hành thu O; được sinh ra bằng cách đây nước sau đó đậy nắp rồi cho lần lượt:
Ống nghiệm l:
Cho tàn đóm vào Ống nghiệm 2:
Cho S đã nung vào
Ống nghiệm 3:
Cho Cu đã nung
vào
tạo ra trong ống nghiệm đặt chìm trong nước.
Sau đó, tiếp tục thao tác và quan sat:
Ống nghiệm 1:
Thấy tàn đóm cháy sáng, cháy
mạnh
Ống nghiệm 2:
Lưu huỳnh chây sáng mãnh liệt với ngọn lửa mau xanh lam, tạo ra khí SO; có mùi hắc.
Ống nghiệm 3:
Mau đồng nóng đỏ, sau đó quan sat thấy Cu chuyển sang mau
den.
cone hành Hiện tượng Giải thích và PTPƯ
Tương tự với |Oxi liên tục được | Ban đầu:
KCIOs bị phân hủy thành KCI và O¿.
MnO; đóng vai trò xúc tác, giúp tăng tốc độ phản ứng.
Sau đó: Ông nghiệm 1:
Đếm than bùng cháy sáng trong khí Oxy do có thêm oxi cung cấp cho quá trình cháy.
C + O2 > CO2
Ống nghiệm 2:
Ngọn lửa lưu huỳnh cháy sáng mãnh liệt hơn trong khí Oxy với ngọn lửa màu xanh lam, tạo ra khí SO2 có mùi hắc.
S+O¿ơSO;
Ngoài ra, một lượng nhỏ SO; tiếp tục phản ứng với Oxy tạo thành SO: :
SO, + 0,50, =S$0;3
Ong nghiém 3:
Sợi dây đồng nung do chuyén sang mau đen do sự sản sinh đồng (II) oxit từ khí Oxy va kim loai déng ban đầu
Cụ +O; — CuO
Kết luận:
Khí Oxy được điều chế từ KCIO3 bằng cách phân hủy có xúc tác MnO2.
Khí Oxy là chất oxi hóa mạnh, hỗ trợ sự cháy của nhiều chất, dễ dàng oxi hóa phi kim, kim loại tạo oxide.
28|Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM
ẢNH THÍ NGHIỆM
22|Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM
TN5: TÍNH CHẤT CUA HO,
Cách tiến
hành Hiện tượng Giải thích và PTPƯ
Thí nghiệm (a) Nhỏ 3-5 giot dung dịch KI 0,5 N_ vào ống nghiệm
Sau đó thêm tiếp
vào ống nghiệm
từ 2-3 giọt H;O:,
cùng vải giọt H2SO, 2N Tiếp theo, lay
giấy tâm hồ tính
bột cho vào ống nghiệm. Quan sát, nhận ra lạ
Thí nghiệm (b) Cho 10 giọt HO;
vào ông nghiệm Sau đó cho thêm dung dich MnO, vào ống nghiệm và quan sát hiện tượng.
Thí nghiệm (a) Phản ứng có sự thay đối màu, dung dịch chuyền từ mau vàng lúc ban đầu sang màu vàng nâu (nâu) sau phản ứng Khi cho giấy tâm
hồ tính bột vảo
ống nghiệm, ta quan sát thấy mâu giấy bị đôi mau sang màu xanh
Thí nghiệm (b) Dung dịch xảy ra phản ứng mạnh mẽ, xuất hiện
nhiều sủi bọt khí,
cho tàn đóm vảo thấy cháy sáng.
Thí nghiệm (a)
H;O; là chất oxi hóa, H;SO, đóng vai trò
xúc tác cho phản ứng phân hủy H;O:.
2T + HO; + 2H* = 1; + 2H;O
Sự thay đổi màu: Do sự hình thành ion I2 trong dung dịch tạo phức với KI du.
lL +KI = KI,
Sự đôi màu của giấy tâm hỗ tỉnh bột: I; hấp thụ 1ot tạo ra dung dịch có màu xanh.
I› + Hồ tính bột — dung dịch màu xanh
Thí nghiệm (b)
Sự sủi bọt khí: Do sự phân hủy H;O; thành
H:O và O›. H;O; vừa là chất khử vừa là
chất oxi hóa, MnO; đóng vai trò xúc tác cho phản ứng phân hủy H;O;
2H;O; — 2H;O + O;
O'+e=>0°
20'=>0,+2e
Tan dom chay sang: Do khi sinh ra la O2 giúp dot chay tan dom.
C + O2 > CO,
Kết luận:
30|Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM
H:O; vừa có tính oxi hoá vừa có tính khử. Đặc trưng là một chất oxi hóa mạnh.
HzO: dễ bị phân hủy, phân hủy mạnh khi có chất xúc tác thích hợp tao ra O2
31|Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM
ẢNH THÍ NGHIỆM
32[Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM
TN6: PHẢN ỨNG GIỮA LƯU HUỲNH VÀ ĐỒNG (Cu)
Cách tiến hành Hiện tượng " Giái thích và PTPƯ 2c ahs `
*Chú ý thí Sự thay đổi trạng thái của lưu huỳnh khi
nghiệm thực hiện được đun nóng, lưu huỳnh chuyên từ trạng trong tủ hút thái răn sang trạng thái nóng chảy. Khi đó, Lay muéng kim
loại, múc bột lưu
huỳnh [S] rồi đun
chảy trên ngọn lửa đèn cồn Ngay sau đó, hơ
Dây đồng: Màu nâu đỏ chuyến sang xanh rồi hóa đen
Lưu huỳnh:
Chuyển từ màu vàng dạng bột sang dạng nóng
sự xuât hiện ngọn lửa mảu vàng nâu là do một phần lưu huỳnh bị đốt cháy trong không khí, tạo thành khí lưu huỳnh đioxit (SO;) có màu vàng nâu và tỏa nhiệt. Phản ứng này xảy ra theo phương trình hóa học, khói bay lên là do sự hình thành các hạt bụi của CuS và SO2 trong không khi.
nóng dây đồng và chảy rồi hóa đen S +0, — SO,
cho vào lưu
huỳnh [S] đang k ` Sự thay đôi màu sắc của dây đông: Khi dây nóng chảy ni ` hiện ĐẾP | đồng được nhúng vào lưu huỳnh nóng 92 khói bay lên chảy, động đã phản ứng với lưu huỳnh tạo Quan sát phản | °9 101 Dây ten. thành đồng sunfua (CuS) có màu đen. Phản ứng, hiện tượng ứng nảy xảy ra theo phương trình hóa học:
và nhận xét
Cu+S — CuS
Kết luận:
Lưu huỳnh và đồng có thể phản ứng với nhau tạo thành đồng sunfua (CuS) khi được đun nóng.
Lưu huỳnh có thể bị đốt cháy trong không khí tạo thành khí lưu huỳnh đioxit (SO2)
Lưu huỳnh [S] có tính oxi hóa mạnh
33|Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM
TN7: TÍNH KHỬ CỦA NA;S:O;
Cách tiến
hành Hiện tượng Giải thích và PTPƯ
Cho lần lượt 2
giot Na2S203 vao
2 ông nghiệm:
Ống nghiệm l:
Cho tiếp vào ống nghiệm khoảng 5 giọt KMnO, và 10 giọt H:SO¿ 2N.
Quan sat su mat mau cua KMnQ, Ong nghiém 2:
Nhỏ từ từ thêm vào ống nghiệm dung dich 1, roi quan sat su thay đổi màu của nó Néu thay I, bang Cl, hodc Br thi hiện tượng cua nó sẽ khác gì?
Ống nghiệm l:
Dung dịch mat mau tro nén trong suốt, trong ống nghiệm xuất hiện cặn màu nâu Sau một thời gian, một phần kết tủa tan dần, dung dịch đục dần
Ống nghiệm 2:
Dung dich I, mat mau thanh dung dich trong suốt Nếu thay dung dich I; bằng dung dich Ch hoặc Br; thì hiện tượng mất màu cing xảy fa tương tự: Làm mất màu vàng lục của khí Clo và màu đỏ nâu của
Brom
Ong nghiém 1:
Mắt màu dung dịch KMnO4: Do Na;S;Os có
tính khử, nó khử ion MnO¿' có màu tím hồng
của dung dịch KMnO4 thành lon Mn”' không màu.
8MnO, +58,0;7+14H"=1080,7 +8Mn**
+7H20
Két tua tan dan, dung dich duc mau: Do trong môi trường axit (HzS5O¿), sau đó lượng thiosunfat con lai phan tng voi H+ tao thành S lam dung dich van duc
S,0;~ + 2H*= SO, +S + H;O
Ong nghiệm 2
Na;5:O: có tính khử, nó khử l; thành ion I không màu.
28;O:? + lL = 2T + S,O¿7
C1; và Br; cũng là halogen như l›, nên chúng
cũng có thê bị khử bởi Na2S2O3. Tuy nhiên,
màu sắc của đung dịch sau phản ứng sẽ khác nhau do sự khác biệt về cấu hình electron của các nguyên tử halogen.
5HO + S;Oz?+ 4Br; — HSO, +8Br +8H*
5H,0 + 8,037 +4Cl, = HSO,y + 8CI + 8H”
Kết luận
Na;S;O: là chất khử mạnh, có khả năng khử ion MnOz¿, l;, Cl; và Br;, đê phân hủy trong môi môi trường acid tạo lưu huynh.
34|Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM
SzOz7 khử các halogen thành anion tương ứng
35|Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM
ẢNH THÍ NGHIỆM
34|Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM