halozen trong công nghiệp. Trình bày phương pháp điều chế khí clo trong phòng thí nghiệm.
sự biến đổi tính chất vật lí
• Ở 3 trạng thái rắn, lỏng và khí các halogen đều gồm những phân tử 2 nguyên tử X2, 2 nguyên tử halogen liên kết với nhau bằng 1 liên kết . Các phân tử Br2, Cl2, I2 còn có 1 phần liên kết . Flo không có liên kết nên năng luộng liên kết trong Flo bé hơn trong Clo. Từ Clo đến Iot năng lượng giảm dần, độ dài liên kết tăng, độ bền nhiệt giảm.
• Trong halogen rắn và lỏng, phân tử X2 liên kết với nhau bằng lực Vanđêvan nên từ Flo đến Atatin nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tăng lên.
• Ở điều kiện thường, Flo và Clo là chất khí, Brom là chất lỏng, iot và atatin là chất rắn. Khí Flo có màu lục nhạt , khí Clo có màu lục vàng, brom lỏng có màu đỏ nâu, iot rắn có màu đen tím, atatin có dạng kim loại. Trừ atatin các halogen có mùi khó chịu xốc và rất độc.
• Là chất không có cực, các halogen tan tương đối ít trong nước, khi làm lạnh dung dịch nước các halogen tách ra dưới dạng tinh thể hidrat X2.8H2O . Các halogen tan nhiều trong các dung môi hữu cơ như benzen, ete, rượu.
• Ở điều kiện thường iot bay hơi và khi đun nóng nó thăng hoa. Trong dung dịch tinh bột iot cho dung dịch màu xanh thẫm , khi đun nóng mất màu và để nguội màu trở lại.
sự biến đổi tính chất hóa học
• Các halogen có tính OXH mạnh và giảm dần từ Flo đến atatin
• Flo có ái lực electron và năng lượng của liên kết F-F bé hơn so với Clo nên vẫn hoạt động hơn Clo
• Flo có thể tác dụng với tất carcacs nguyên tố trừ O và N, Clo tác dụng vói hầu hết các nguyên tố trừ O,C,N,Ir ; Brom tác dụng với số nguyên tố giống Clo nhưng kém mãnh liệt hơn Clo ; iot tác dụng với một số nguyên tố ít hơn.
• Với cùng một nguyên tố, phản ứng của các halogen xảy ra theo 1 mức mãnh liệt giảm dần từ Flo đến iot Vd với H2
• Một halogen hoaatj động có thể tác dụng với muối của halogenua giải phóng ra halogen kém hoạt động hơn: khí flo khô đẩy clo ra khỏi muối clorua; trong dung dịch clo đẩy brom ra khỏi muối bromua; brom đẩy iot ra khỏi iodua phù hợp với giảm thế điện cức chuẩn từ flo đến iot
• Khi tan trong nước các halogen có tác dụng với nước;
flo tác dụng mãnh liệt với nước giải phóng O2 : 2F2 + H2O 4H+ + 4F- + O2
Với clo, brom , iot : X2 + 2H2O H3O+ + X- + HOX
• Khả năng khử không thể hiện ở flo và clo nhưng tăng dần từ brom đến atatin khi chúng tác dụng với chất OXH mạnh : 5Cl2 + Br2 + 6H2O 2HBrO3 + 10 HCl
• Iot có khả năng tạo nên những hợp chất trong đó iot có dạng cation: I2 + AgNO3 AgI +INO3
Phương pháp điều chế các halogen trong công nghiệp: nguyên tắc chung là OXH muối halogenua bằng các chất OXH mạnh hoắc bằng dòng điện
• Flo: điện phân hỗn hợp KF + 3HF dễ nóng chảy (66) ở trong thùng điện phân làm bằng thép hoặc đồng
• Clo được điều chế bằng phương pháp điện phân dung dich NaCl trong thùng điện phân có hoặc không có màng ngăn: 2NaCl + 2H2O 2NaOH + Cl2 + H2
• Brom và iot dùng khí clo đẩy br iot ra khỏi dung dich muối bromua iodua
Phương pháp điều chế khí clo trong phòng thí nghiệm: clo được điều chế bằng tác dụng của axit HCl với 1 trong những chất OXH mạnh như KMnO4, MnO2, CaOCl2, K2Cr2O7
MnO2 + 4HCl MnCl2 + Cl2 + H2O
Câu 36: Trình bày sự biến đổi tính chất lí ,hóa học trong dãy halogenua . Trình bày phương pháp điều chế HF, HCl, HBr, HI. Hãy cho biết tại sao lại không thể dùng cùng mọt phương pháp điều
chế ma phải sử dụng các phương pháp khác nhau . Hãy nếu ví dụ chứng minh khi đi từ florua đến iodua khả năng khử tăng dần. sự biến đổi độ tan của các muối florua,clorua,bromua,ioduacuar các ion kim loại
Sự biến đổi tính chất lí học trong dãy hidro halogenua(HX)
• Trong dãy HF-HCl-HBr-HI độ dài liên kết tăng lên và năng lượng liên kết giảm xuống la,f cho độ bền nhiệt của phân tử giảm xuống.
• Từ HCl đến HI nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tăng lên dần theo chiều tăng của khối lượng phân tử . HF có ts và tnc cao 1 cách bất thường là do hiện tượng trùng hợp phân tử nhờ liên kết hidro mà sinh ra. Năng lượng của liên kết hidro trong trường hợp này là lớn nhất vì florua trùng hợp ở cả 3 trạng thái rắn, lỏng, khí
• Hidro florua lỏng có hằng số điện môi lớn là dung môi ion hóa tốt đối với nhiều chất vô cơ và hữu cơ, hidro florua lỏng tự ion hóa . Muối florua tan trong hidro florua lỏng làm tăng nồng độ F- là bazo , axit mạnh HNO3 trong HF lỏng là bazo. Các chất BF3, AsF3 ,SbF5, SnF4 là axit trong HF lỏng..
• Là hợp chất có cực các HX tan rất nhiều trong nước, HF tan vô hạn trong nước. Do có độ tan lớn nên chúng bốc khói trong không khí ẩm .Các HX tạo với nuocs những hỗn hợp đồng sôi có thành phần và nhiệt độ sôi xác định.
• Khi làm lạnh dung dịch HX đậm đặc cho các hidrat kết tinh chứa từ 1 đến 6 phân tử H2O và bền ỏe nhiệt độ thấp.
Tính chất hóa học
• Dung dịch nước của các HX là axit gọi là axit halogen hidric.Axit HCl, HBr, HI là những axit mạnh nhất, axit HF là axit yếu vì quá trình phân ly kém của HF
• Khi tác dụng với các chất kiềm , HF tạo nên muối hidro florua : NaF2, KHF2
• Nguyên nhân làm tăng độ mạnh của axit trong dãy HF đến HI là sự giảm độ bền liên kết H-X trong dãy.
• Axit HF là axit duy nhất tác dụng với SiO2 : HF + SiO2 2H2O + SiF4
• khi tác dụng với Silictetradioxit tạo thành H2SiF6 tan trong nước
• Theo chiều giảm độ bền nhiệt của phân tử , tính khử của các HX tăng lên : HF hoàn toàn không thể hiện tính khử, HCl chỉ thể hiện tính khử khi tác dụng với những chất OXH mạnh, HBr và nhất là HI có tính khử mạnh:
2HBr + H2SO4 SO2 + Br2 + 2H2O 2HI + H2SO4 4I2 + H2S + 4H2O
• Dung dich HBr và HI khi để lâu trở nên có màu vàng nâu vì bị oxi không khí oxi hóa dần dần giải phóng halogen tự do, d2 HF và HCl không hề biến đổi. Tương tác của HCl và O2
chỉ xảy ra ở pha khí và đun nóng có xúc tác CuCl2: O2 + 4HCl 2H2O + 2Cl2
• Ở nhiệt độ cao clo hoạt động hơn oxi và ở nhiệt độ thấp oxi hoạt động hơn clo
Phương pháp điều chế HF, HCl, HBr, HI
• HF cho muối florua(CaF2) tác dụng H2SO4 đặc ở 250: CaF2 + H2SO4 CaSO4 + 2HF
• HCl tổng hợp trực tiếp từ H2 và Cl2 . Ngoài ra còn được điều chế bằng cách NaCl rắn + H2SO4đặc
• HBr, HI thủy phân muối Bromua, iodua của photpho PBr3 + 3H2O H3PO3 + 3HBr ;
Không thể sử dụng 1 phương pháp điều chế mà phải sử dụng các phương pháp khác nhau vì :
• Do flo tác dụng quá mãnh liệt với nước nên phương pháp duy nhất để điều chế HF là cho CaF2 tác dụng H2SO4 đặc , H2SO4 đặc có tính háo nước. Không thể dùng cách này để điều chế HBr, HI vì những chất này có tính khử mạnh nrrn tác dụng trực tiếp với H2SO4 đặc tạo ra Br2và I2 .Có thể dùng cách này điều chế HCl
• Tổng hợp trực tiếp từ H2 và Halogen X2 chỉ áp dụng được cho HCl vì H2+F2 phản ứng mạnh nổ ngay ở nhiệt độ thấp còn Br2 ở nhiệt độ cao,I2 phảnứng thuận nghịch, hiệu suất thấp
• Phương pháp thủy phân muối halogenua áp dụng cho tất cả nhưng điều chế HF, HCl tốn kém do được điều chế từ PCl3,PCl5 rất đắt tiền nên phương pháp này chỉ dùng để điều chế HBr,HI
Ví dụ chứng minh khi đi từ florua đến iodua khả năng khử tăng dần
• Tác dụng với H2SO4 đặc : F- và Cl- chỉ là pứ trao đổi , Br- khử S+6 S+4 (SO2) I- khử S+6 S-2 (H2S) CaF2 + H2SO4 CaSO4 + 2HF NaCl + H2SO4 NaHSO4 + HCl 2HBr + H2SO4 SO2 + Br2 + 2H2O 2HI + H2SO4 4I2 + H2S + 4H2O Tính khử : F- < Cl- < Br- < I-
Sự biến đổi độ tan của các muối florua, clorua, bromua,iodua của các ion kim loại
• Đa số các halogenua ion (halogenua của KLK ( trừ Li) , KLKT( trừ Be) đa số lantanoit , một số actinoit) đều tan trong nước ;một số clorua ,bromua,iođua của Ag(I)
,Cu(I),Hg(I),Pb(II) hầu như không tan .Độ tan halogenua ion của một kim loại tăng lên F- I do năng lượng mạng lưới giảm xuống khi bán kính ion tăng lên.
• Halogen cộng hóa trị ( nguyên tố không kim loại , các KL có số oxh cao) tan trong dung môi không phân cực
Câu 37: So sánh tính chất hóa học của axit hipocloro, cloro, cloric, pecloric
Từ HClO, HClO2, HClO3, HClO4 độ bền tăng tính axit tăng (lk OH yếu dần)
• HClO chỉ tồn tại trong d2 loãng và dễ thủy phân, là axit yếu, yếu hơn cả H2CO3
HClO + H2O H3O+ + ClO-
- ClO- phân hủy chậm ở đk thường nhưng phân hủy nhanh ở nhiệt độ trên 75: ClO- 2Cl- + ClO3-
• HClO2 là hợp chất không bền, chỉ tồn tại ở trong d2 và phân hủy nhanh chóng 4HClO2 2ClO2 + HClO3 + HCl + H2O
- HClO2 có độ axit trung bình
• HClO3chỉ tồn tại ở trong d2 , trong d2 có nồng độ 50% chúng phân hủy 3HClO3 HClO4 + 2ClO2 + 6H2O
- HClO3 có tính OXH mạnh : 2HClO3 + 10H+ + 10e Cl2 + 6H2O
- giấy cháy khi tiếp xúc với d2 HClO3 40%
- Ở d2 nước HClO3 là axit 1 nấc và mạnh
• HClO4 khan kém bền khi đun nóng ở 100,áp suất thường, nó phân hủy cho chất lỏng màu đỏ nâu và gây nổ. Ở nhiệt độ thường HClO4 khan phân hủy dần.
- Do kém bền nhiệt HClO4 khan là chất OXH mạnh nhất đối với các chất hữu cơ, nhưng d2 loãng hầu như không có tính OXH , không tác dụng với chất khử mạnh HI, H2S, SO2..
- Trong d2 nước , HClO4 là axit mạnh nhất trong mọi axit đã biết
- HClO4 chỉ tồn tại ở dạng tinh khiết
Câu 38: Các phản ứng minh họa tính chất OXH mạnh của hỗn hợp nước cường thủy và hỗn hợp HF+HNO3
• Nước cường thủy: hỗn hợp của 1V HNO3 đặc và 3V HCl đặc HNO3 + 3HCl NO + Cl2 + 2H2O
• có thể hòa tan vàng , platin trong đó nước cường thủy có vai trò mới của clo sinh ra và tạo thành phức chất của ion Cl-
3Pt + 4HNO3 + 12HCl 3PtCl4 + 4NO + 8H2O PtCl4 + 2HCl H2[PtCl6]
• hỗn hợp HF + HNO3 đặc ( oxh rất mạnh)
các axit vô cơ ko tác dụng được với Si ở đkthường . nhưng Si tan trong hỗn hợp HF và HNO3
Si + 4 HNO3 + 6HF = H2[SiF6] + 4NO2 + 4 H2O
Câu 39: TÍnh chất hóa học đặc trưng của Crom
TÍnh chất vật lý
Cr là kim loại màu trắng bạc có ánh kim, nặng, dẫn điện và nhiệt tốt, rất khó nóng chảy và rất khó sôi. Nhiệt độ nóng chảy của Cr đúng thứ 3 trong 3 kim loại đứng đầu trong 3 dãy kim loại chuyển tiếp (do sự tăng độ bền của lk trong tinh thể kim loại chủ yếu bởi số lk cộng hóa trị được tạo nên từ số tối đae độc thân của nguyên tử Cr).Cr rất tinh khiết đều dễ cơ chế hóa học nhưng khi lẫn những vết tạp chất thì trở nên cứng và giòn
Tính chất hóa học
• Ở đk thường, Cr bền vững với không khí, hơi ẩm và khí cacbonic (do được bảo vệ bởi màng oxit mỏng và bền ở trên bề mặt)
• khí flo tác dụng với Cr ở nhiệt độ thường tạo thành halogenua CrF4, CrF5 các halogen khác chỉ tác dụng khi đun nóng
• Ở nhiệt độ cao:
- Dạng bột Cr tác dụng với O2: 4Cr + 3O2 2Cr2O3
- Cr tác dụng với các nguyên tố không kim loại N,C tạo thành các Nitrua, Cacbua có thành phần khác nhau và có độ cứng rất lớn
- Cr tác dụng với nước giải phóng H2: 2Cr + 3H2O Cr2O3 + 3H2
• Cr không tác dụng với H2
• Trong dãy thế điện cực Cr đứng trước H2 , Cr có thể tan trong d2 loãng của HCl, H2SO4
lúc đầu phản ứng chậm vì có màng oxit bảo vệ, khi đun nóng màng oxit tan ra và Cr tan dễ dàng giải phóng H2
Cr + 2HCl CrCl2 + H2
trong d2 đặc nguội của HNO3, H2SO4 Cr bị thụ động hóa
• Cr không tan trong d2 kiềm nhưng tan trong h2 kiềm nóng chảy với nitrat hay clorat kim loại kiềm tạo thành cromat
Câu 40: Tính chất lí, hóa học của K2CrO4, K2Cr2O7
• Tính chất vật lí
- K2CrO4 là chất ở dạng những tinh thể tà phương màu vàng , đồng hình với K2SO4 và nóng chảy ở 96,8 .Trong không khí ẩm K2CrO4 không chảy rữa. tan nhiều trong nước cho d2 màu vàng (màu của CrO42-), tan trong SO2 lỏng không tan trong rượu etylic và ete
• TÍnh chất hóa học
- Khi tác dụng với axit , K2CrO4 biến thành đicromat, tricromat, tetracromat 2K2CrO4 + H2SO4 K2Cr2O7 + K2SO4 +H2O
3K2Cr2O7 + H2SO4 2K2Cr3O10 + K2SO4 +H2O 4K2Cr3O10 + H2SO4 3K2Cr4O10 + K2SO4 +H2O
- K2CrO4 là chất OXH mạnh , nhất là trong môi trường axit: 2CrO42- + 6H+ + 6e 2Cr3+ + 8H2O
- khi OXH trong mt trung tính tạo Cr(OH)3
2K2CrO4 + 3(NH4)2S + 2H2O 2Cr(OH)3 + 3S + 6NH3 + 4KOH
- Ở trạng thái rắn K2CrO4 có thể OXH S,P,C khi đun nóng * K2Cr2O7
• Tính chất vật lí:
- là chất ở dạng những tinh thể tam tà màu cam , tnc=398và phân hủy ở 500 4K2Cr2O7 K2CrO4 + 2Cr2O3 +3O2
- K2Cr2O7 không chảy rữa trong không khí ẩm, dễ tan trong nước cho dung dịch màu da cam (màu của Cr2O72-), vị đắng, tan trong SO2 lỏng và không tan trong rược etylic. Muối K2Cr2O7 có độ tan thay đổi theo nhiệt độ nên dễ kết tinh lại trong nước
• Tính chất hóa học
- Tác dụng với d2 kiềm tạo K2CrO4 ( d2 màu da cam chuyển sang vàng) K2Cr2O7 + 2KOH 2K2CrO4 + H2O
- Sự dễ chuyển hóa lẫn nhau giữa muối cromat và đicromat 2CrO42- + 2H+ 2HCrO4- Cr2O72- + H2O
trong mt axit cann bằng chuyển dịch về bên phải, mt kiềm về bên trái
- K2Cr2O7 có tính OXH mạnh nhất là trong mt axit
K2Cr2O7 + HCl 2CrCl3 + 2KCl + 3Cl2 + 7H2O màu da cam của d2 thành màu tím của ion Cr3+ trong nước
K2Cr2O7 + 2C K2CO3 + Cr2O3 + CO
Câu 41: Tính chất lí, hóa học của Mn
Tính chất vật lý
• Mn là 1 kim loại màu trắng bạc, dạng bề ngoài của Mn giống với sắt nhưng Mn cứng và khó nóng chảy hơn sắt.
• Mn có 1 số dạng thù hình khác nhau về mạng lưới tinh thể và tỉ khối bền nhất ở đk thường là dạng với mạng lưới lập phương tâm khối.
• Mn là kim loại rất khó nóng chảy và rất khó sôi.
• Mn tinh kiết dễ cán và dễ rèn nhưng khi có tạp chất trở nên cứng và giòn (tnc=1244, ts=2080) .
• Mn tạo nên hợp kim với nhiều kim loại.
Tính chất hóa học: Mn là kim loại tương đối hoạt động
• Dễ bị oxj không khí OXH nhưng màng oxit Mn2O3 bảo vệ không cho kim loại bị OXH tiếp tục kể cả khi đun nóng
• Ở dạng tinh bột , đun nóng 3Mn + 2O2 Mn3O4 , tác dụng với flo, clo tạo MnF3, MnF4, MnCl2, Mn còn tác dụng với S, N,P,C,Si
• Mn không tác dụng với nước kể cả khi đun nóng
• ở dạng bột nhỏ Mn + H2O Mn(OH)2 + H2 pư xr mãnh liệt khi trong nước có muối