Đang tải... (xem toàn văn)
Hóa học Vô cơ 1 bài giảng dành cho sinh viên ĐH, CĐ là bộ tài liệu hay và rất hữu ích cho các bạn sinh viên và quý bạn đọc quan tâm. Đây là tài liệu hay trong Bộ tài liệu sưu tập gồm nhiều Bài tập THCS, THPT, luyện thi THPT Quốc gia, Giáo án, Luận văn, Khoá luận, Tiểu luận…và nhiều Giáo trình Đại học, cao đẳng của nhiều lĩnh vực: Toán, Lý, Hoá, Sinh…. Đây là nguồn tài liệu quý giá đầy đủ và rất cần thiết đối với các bạn sinh viên, học sinh, quý phụ huynh, quý đồng nghiệp và các giáo sinh tham khảo học tập. Xuất phát từ quá trình tìm tòi, trao đổi tài liệu, chúng tôi nhận thấy rằng để có được tài liệu mình cần và đủ là một điều không dễ, tốn nhiều thời gian, vì vậy, với mong muốn giúp bạn, giúp mình tôi tổng hợp và chuyển tải lên để quý vị tham khảo. Qua đây cũng gởi lời cảm ơn đến tác giả các bài viết liên quan đã tạo điều kiện cho chúng tôi có bộ sưu tập này. Trên tinh thần tôn trọng tác giả, chúng tôi vẫn giữ nguyên bản gốc. Trân trọng. ĐỊA CHỈ DANH MỤC TẠI LIỆU CẦN THAM KHẢO http:123doc.vntrangcanhan348169nguyenductrung.htm hoặc Đường dẫn: google > 123doc > Nguyễn Đức Trung > Tất cả (chọn mục Thành viên)
ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH QUẢNG NGÃI TRƯỜNG ĐH PHẠM VĂN ĐỒNG - - GV: LÊ THỊ NHƯ QUỲNH BÀI GIẢNG HÓA HỌC VÔ CƠ PHẦN PHI KIM Quảng Ngãi, 12/2013 ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH QUẢNG NGÃI TRƯỜNG ĐH PHẠM VĂN ĐỒNG - - GV: LÊ THỊ NHƯ QUỲNH BÀI GIẢNG HÓA HỌC VÔ CƠ PHẦN PHI KIM Quảng Ngãi, 12/2013 LỜI MỞ ĐẦU Hiện có nhiều giáo trình Hóa học Vô xuất Và tác giả trình bày nội dung theo cách khác Với thời lượng 45 tiết tín sinh viên khó khăn việc chọn giáo trình để học Hơn nữa, để đáp ứng yêu cầu đưa giảng lên website trường nhu cầu học tập sinh viên soạn giảng Hóa học Vô với tiêu chí: - Bám sát chương trình chi tiết Hóa học Vô hệ Cao đẳng Sư phạm (CĐSP) Tổ môn phát hành - Nội dung cô đọng, xác, rõ ràng chọn lọc từ nhiều giáo trình phù hợp với đối tượng sinh viên CĐSP Tuy nhiên mức độ giảng trình bày nội dung cốt lõi, đầy đủ phần đọc thêm, mở rộng kiến thức nên nghiên cứu giảng em sinh viên nên kết hợp với giáo trình khác để mở rộng thêm kiến thức cho Ngoài em sinh viên CĐSP sinh viên thuộc ngành học, bậc học khác dùng giảng làm tài liệu tham khảo việc học Sẽ không tránh khỏi thiếu sót trình soạn giảng nên mong quan tâm góp ý bạn đọc em sinh viên để giảng hoàn thiện hơn, giúp em học tập tốt Tôi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo nhà trường, Ban Chủ nhiệm Khoa, tổ Hóa – khoa Cơ tạo điều kiện cho đưa giảng lên website trường Tác giả Chương GIỚI THIỆU BẢNG HỆ THỐNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC SỰ PHÂN CHIA KIM LOẠI VÀ PHI KIM 1.1 Nguyên tố hoá học [1], [3] Nguyên tố hoá học môt tập hợp nguyên tử có số proton hạt nhân có tính chất hoá học Kí hiệu: Tên nguyên tố hai chữ tên nguyên tố tiếng La tinh hay tiếng Hi Lạp Ví dụ: Oxi có kí hiệu O lấy từ tên La tinh: Oxygenium Silic có kí hiệu Si lấy từ tên La tinh: Silicium Praseodim có kí hiệu Pr lấy từ tên Hi Lạp: Praseodim Tên nguyên tố hóa học bắt nguồn từ nhiều yếu tố: nơi tìm nguyên tố đó, kỉ niệm tên người tìm ra, ứng dụng nguyên tố, … Ví dụ: Nguyên tố Gecmani: nơi tìm Germanie Nguyên tố Franxi: nơi tìm France Nguyên tố Esteni: người tìm Enstein Nguyên tố Crom: tiếng Hi Lạp có nghĩa hoa: dùng điều chế chất màu, … 1.2 Bảng hệ thống tuần hoàn (HTTH) nguyên tố hoá học [1], [3] Vào kỷ 19 (1869) nghiên cứu biến thiên tính chất nguyên tố hợp chất chúng theo chiều tăng dần khối lượng nguyên tử tìm cách phân loại nguyên tố hóa học, nhà bác học người Nga Đ I Mendeleev khám phá định luật tuần hoàn ông phát biểu định luật tuần hoàn sau: “Khi xếp nguyên tố theo thứ tự tăng dần nguyên tử khối chúng nhận thấy tính chất nguyên tố biến thiên cách tuần hoàn Với “định luật tuần hoàn” muốn nói đến quan hệ tương hỗ tính chất nguyên tố nguyên tử khối chúng Những quan hệ nghiệm cho tất nguyên tố có tính chất hàm số” Ngày nay, định luật tuần hoàn phát biểu sau: “Tính chất đơn chất, thành phần tính chất hợp chất nguyên tố hóa học biến thiên tuần hoàn theo chiều tăng số đơn vị điện tích hạt nhân Z nguyên tố” Nghĩa xếp nguyên tố theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân nhiều tính chất vật lý hóa học biến đổi cách tuần hoàn Ví dụ: Với Z = 11: Na kim loại kiềm; Z = 19: K kim loại kiềm; Z = 37: Rb kim loại kiềm Trên sở định luật tuần hoàn, Medeleev xếp cách có hệ thống nguyên tố hóa học thành bảng gồm hàng cột dựa nguyên tắc: - Xếp ô nguyên tố theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân - Các nguyên tố có số lớp electron xếp vào hàng - Các nguyên tố có số electron hóa trị xếp vào cột Bảng hệ thống tuần hoàn gồm có ô, chu kì, nhóm 1.2.1 Ô Mỗi nguyên tố hóa học chiếm ô bảng HTTH, ô thể nội dung sau: - Số thứ tự nguyên tố: số thứ tự ô, số điện tích hạt nhân nguyên tố ô - Kí hiệu tên nguyên tố - Khối lượng nguyên tử trung bình nguyên tố - Cấu hình electron nguyên tử Ngoài số loại bảng HTTH có thông tin độ âm điện, bán kính nguyên tử, bán kính ion, lượng ion hóa, mức oxi hóa, lực điện tử, Như vậy, biết số thứ tự ô có ta biết số electron nguyên tử viết cấu hình electron, dự đoán tính chất nguyên tố 1.2.2 Chu kì Chu kì dãy nguyên tố mà nguyên tử chúng có số lớp electron, xếp theo chiều điện tích hạt nhân Z tăng dần Một chu kì bắt đầu kim loại kiềm kết thúc khí trơ Ví dụ: Chu kì 3: Na Mg Al .… Cl Ar Chu kì 4: K Ca Sc … Br Kr - Bảng tuần hoàn gồm chu kì đánh số từ đến Số thứ tự chu kì số lớp electron nguyên tử nguyên tố chu kì - Chu kì 1: gồm nguyên tố (H, He) - Chu kì 2: gồm nguyên tố (từ Li đến Ne) - Chu kì 3: gồm nguyên tố (từ Na đến Ar) - Chu kì 4: gồm 18 nguyên tố (từ K đến Kr) - Chu kì 5: gồm 18 nguyên tố (từ Rb đến Xe) - Chu kì 6: gồm 32 nguyên tố (từ Cs đến Rn) - Chu kì 7: chứa tối đa 32 nguyên tố, xây dựng (hiện biết 30 nguyên tố) - Các chu kì 1, 2, chu kì nhỏ Các chu kì 4, 5, 6, chu kì lớn 1.2.3 Nhóm Nhóm nguyên tố tập hợp nguyên tố mà nguyên tử có cấu hình electron hoá trị tương tự nhau, có tính chất hóa học gần giống xếp thành cột Nguyên tử nguyên tố nhóm có số electron hóa trị số thứ tự nhóm (trừ số ngoại lệ) Ta xác định số thứ tự nhóm cách sau: Nguyên tố d: cấu hình electron: (n-1)d1…10ens1…2e thì: - Số thứ tự nhóm: a = số e(d) + số e(s) nếu: + ≤ a ≤10 : thuộc nhóm VIIIB + a >10: a – 10 = nhóm phụ B + a < 8: a nhóm phụ B - Nhóm IB, IIB: số thứ tự nhóm số electron lớp - Nhóm A: số thứ tự nhóm số electron lớp Bảng tuần hoàn có 18 cột chia thành nhóm A đánh số từ IA đến VIIIA nhóm B đánh số từ IB đến VIIIB Riêng nhóm VIIIB gồm cột Nhóm chia thành phân nhóm phân nhóm phụ: phân nhóm A gọi phân nhóm chính, phân nhóm B gọi phân nhóm phụ - Phân nhóm chính: gồm nguyên tố có electron ứng với mức lượng cao nguyên tử phân bố phân lớp ns hay np Các nguyên tố s có cấu hình electron ns1,2 gồm có : • ns1 kim loại kiềm • ns2 kim loại kiềm thổ Nguyên tố p (họ p) nguyên tố có electron cuối điền vào phân lớp p Các nguyên tố p có cấu hình electron ns2np1-6 Ví dụ: ns2np1 ns2np2 ns2np3 ns2np4 ns2np5 ns2np6 B – Al C – Si N–P O- S halogen khí trơ - Phân nhóm phụ: • Phân nhóm phụ 1: gồm nguyên tố họ d, nguyên tố d (họ d) nguyên tố có electron ứng với mức lượng cao phân bố phân lớp d Các nguyên tố d có cấu hình electron (n-1)d1-10ns1,2, kim loại chuyển tiếp • Phân nhóm phụ 2: gồm nguyên tố họ f, nguyên tố f (họ f) nguyên tố có electron ứng với mức lượng cao phân bố phân lớp f Các nguyên tố f có cấu hình electron (n-2)f1-14(n-1)d0,1ns2, nguyên tố đất 1.2.4 Hai dạng bảng HTTH phổ biến [2] 1.2.4.1 Bảng dạng dài Các nguyên tố chu kì xếp thành hàng, nguyên tố thuộc chu kì sau có xây dựng thêm lớp điện tử so với nguyên tố thuộc chu kì trước Các nguyên tố có cấu trúc lớp vỏ điện tử bên giống xếp vào cột tạo thành nhóm Nhóm gồm có phân nhóm chính, phân nhóm phụ: - Phân nhóm (phân nhóm A): gồm nguyên tố họ s, p - Phân nhóm phụ (phân nhóm B): gồm nguyên tố họ d, f 1.2.4.2 Bảng dạng ngắn Trong chu kì nguyên tố xếp thành hàng có phân chia chu kì lớn chu kì nhỏ, chu kì nhỏ có hàng, chu kì lớn có hàng Các nguyên tố chia làm nhóm, nhóm gồm phân nhóm: - Phân nhóm (phân nhóm A): gồm nguyên tố họ s, p - Phân nhóm phụ (phân nhóm B): gồm nguyên tố họ d, f 1.2.5 Các nguyên tố xếp xuống bảng HTTH [2] Trong bảng tuần hoàn dạng dài dạng ngắn có 14 nguyên tố họ Lantan (58Ce → 71Lu) 14 nguyên tố họ Actini (90Th →103Lr) tương ứng với cấu hình electron 4f1-14 chu kì 5f1-14 chu kì cắt đặt xuống cuối bảng tuần hoàn Các nguyên tố tạo thành 14 nhóm, nhóm gồm nguyên tố theo cột dọc Nếu đặt nhóm nguyên tố họ f vào bảng chung bảng có nhiều nhóm cân đối, tính chất nguyên tố họ f có khác biệt với tính chất nguyên tố họ s, họ p họ d, nên việc cắt đặt xuống bảng tuần hoàn hợp lí 1.3 Sự phân chia kim loại - phi kim - bán kim – bán dẫn [2] 1.3.1 Kim loại – phi kim – bán kim – bán dẫn Trong số nguyên tố biết có 80% kim loại, 20% phi kim Điểm khác mặt hoá học kim loại nhóm A phi kim là: - Trong phản ứng hóa học phi kim có xu hướng thu thêm electron để đạt cấu hình bền vững giống khí đứng sau - Trong phản ứng hóa học kim loại có xu hướng nhường electron hoá trị để đạt cấu hình electron khí đứng trước Không có giới hạn rõ rệt kim loại phi kim Tuy nhiên phân chia có lợi khảo sát tính chất nguyên tố người ta coi đường tiếp giáp bên gồm nguyên tố B, Si, As, Te, At với bên gồm Be, Al, Sb, Po ranh giới phân chia phi kim kim loại Một số nguyên tố vùng giáp ranh vừa thể tính chất phi kim, vừa thể tính chất kim loại như: B, Si, As, Te, At, Be, Al, Sb, Po nên chúng gọi nguyên tố bán kim Các nguyên tố bán dẫn như: B, Si, Ge, As, Sb, Te nằm vùng tiếp giáp kim loại phi kim, trừ Se nằm sâu vùng phi kim Như đa số nguyên tố bán dẫn đồng thời nguyên tố bán kim Các nguyên tố bán dẫn nhìn bề giống kim loại Chúng tán xạ vùng trông thấy vùng hồng ngoại nhiều so với kim loại, thường có màu xám có ánh kim Các nguyên tố bán dẫn dẫn điện nhiều so với kim loại Tính dẫn điện tăng lên điều kiện định tăng nhiệt độ có lượng nhỏ tạp chất, trường hợp độ dẫn điện thấp độ dẫn điện kim loại Chính độ dẫn điện thấp tăng lên nhiệt độ tăng nên chúng gọi nguyên tố bán dẫn Sự khác tính chất điện quang kim loại chất bán dẫn khác liên kết đơn chất chúng Trong nguyên tố bán dẫn, electron hóa trị linh động so với electron hóa trị kim loại Về mặt hóa học nguyên tố bán dẫn có đặc tính phi kim trội hơn, chẳng hạn hợp chất chúng với hiđro halogen hợp chất cộng hóa trị Giá trị lượng ion hóa thứ lực electron nguyên tố bán dẫn nằm trung gian giá trị kim loại phi kim 1.3.2 So sánh tính chất kim loại phi kim Kim loại Phi kim Tính chất vật lý - Năng lượng ion hoá thấp - Năng lượng ion hoá cao - Ái lực electron thấp - Ái lực electron cao - Độ âm điện thấp - Độ âm điện cao - Bán kính nguyên tử lớn - Bán kính nguyên tử nhỏ - Thường chất rắn, ts, tnc cao - Ở dạng khí, rắn, ts, tnc thấp - Ánh kim, phản xạ ánh sáng - Không ánh kim, phản xạ - Khối lượng riêng lớn - Khối lượng riêng nhỏ - Độ dẻo cao (rèn, cán, kéo sợi) - Ở thể rắn dòn, cứng, mềm - Dẫn nhiệt, dẫn điện tốt - Dẫn nhiệt, dẫn điện Tính chất hoá học - Hợp chất với hiđro không đặc trưng (tạo ion H-) - Hợp chất với hiđro đặc trưng (trong phân tử có liên kết cộng hóa trị ) - Oxit kim loại thường có liên kết - Oxit phi kim có liên kết cộng hóa ion, oxit kim loại điển hình tan trị phân cực, đa số tan nước tạo nước tạo bazơ thành axit - Trong dung dịch nước, kim loại tồn - Phi kim tồn dung dịch dạng cation tổ hợp anion nước dạng anion đơn hay tổ hợp chứa phi kim khác mang điện tích chứa oxi hay chứa phi kim khác âm, tạo thành cation 1.4 Đặc điểm phi kim [2] 1.4.1 Đặc điểm cấu tạo nguyên tử - Bán kính nguyên tử nhỏ; - Điện tích hạt nhân hiệu dụng lớn; 10 Quá trình ngưng tụ xảy đến tạo sản phẩm cuối SiO2 vô định hình dạng SiO2.nH2O lắng xuống dạng kết tủa khô 7.6.3.2 Muối silicat Silicat kim loại kiềm tạo nên nấu chảy thạch anh hydroxit hay cacbonat kim loại kiềm Silicat kim loại khác tạo nên nấu chảy thạch anh với kim loại tương ứng Silicat cấu tạo nên từ đơn vị cấu trúc chung nhóm tứ diện điều SiO4 Qua nguyên tử oxi chung, nhóm tứ diện liên kết với tạo thành mạch thẳng, mạch vòng mạng lưới Dựa vào đặc điểm cấu trúc đó, silicat chia làm nhóm: orthosilicat, silicat mạch thẳng, silicat mạch vòng, silicat lớp silicat mạng lưới 7.7 Gốm - sứ, ximăng, thuỷ tinh [2], [4] 7.7.1 Gốm - sứ 7.7.1.1 Gốm Gốm theo nghĩa cổ điển sản phẩm đất nung Nguyên liệu để sản xuất gốm nhôm silicat, tạo dáng nung nhiệt độ khác Thành phần quan trọng đất sét tự nhiên caolinit [Al(OH)2]2Si2O5 montmorilonit [Al(OH)]Si2O5 Hai hợp chất thuộc nhóm silicat có cấu trúc có nguồn gốc oxit silixic H2Si2O5 Một loại đất đặc biệt có giá trị cao cao lanh với thành phần caolinit ( đất sét trắng để sản xuất đồ sứ ) Đất sét có nhiều loại, loại tốt đất có màu trắng xám dùng để sản xuất đồ gốm đồ sứ Ngoài hai thành phần chủ yếu nói chứa nhiều tạp chất fenspat, sắt oxit, hợp chất hữu … Đất sét chứa nhiều oxit pha trộn nhiều cát loại phổ biến Đất sét dùng để sản xuất đồ sành, gạch, ngói, nồi đất, … Sản phẩm gốm sảnh xuất từ đất chia thành nhóm chính: 115 - Nhóm thứ gồm vật dụng thấm nước như: ngăn lọc, màng lọc, màng bán thấm, … - Nhóm thứ hai gồm vật dụng không thấm nước như: bát, đĩa, ấm chén, chậu rửa, bồn tắm, … 7.7.1.2 Sứ Nguyên liệu để sản xuất sứ cao lanh, fenspat thạch anh Cao lanh cần tinh chế trước để loại hết tạp chất, hợp chất sắt Các vật dụng sứ tạo hình phơi khô nung sơ nhiệt độ thấp, sau tráng men nung nhiệt độ cao Men sứ huyền phù hỗn hợp trường thạch (fenspat), bột mamo, bột thạch anh, bột cao lanh bột số oxit tạo màu cần Xương sứ xốp nhúng vào huyền phù này, để khô nung nhiệt độ tương đối cao để làm chảy lớp men tạo thành màng thủy tinh bao bọc kín bề mặt vật dụng Men nhiệt độ thấp chế tạo từ bột thủy tinh bình thường cao lanh 7.7.2 Xi măng Xi măng hỗn hợp canxi aluminat canxi silicat có chứa canxi ferit Ví dụ: Xi măng pooclăng có thành phần sau: [Ca3(Al2O3)2], Ca3SiO5, Ca2SiO4 Xi măng sản phẩm thu nung đá vôi, cao lanh số phụ gia khác nhiệt độ cao lò quay đại Khối nung chảy để nguội thành hạt lớn gọi clinke Nghiền nhỏ clinke thu xi măng Xi măng có khả đông cứng sau nhào trộn với nước Tùy thuộc vào loại xi măng, tốc độ đông cứng nhanh hay chậm Xi măng trộn với cát nước thành hỗn hợp gọi vữa xi măng dùng xây dựng Quá trình đông cứng xi măng chủ yếu hiđrat hóa hợp chất có xi măng tạo nên hiđrat tinh thể: Ca3SiO5 + 5H2O → Ca2SiO4.4H2O Ca2SiO4 + 4H2O → Ca2SiO4.4H2O 116 + Ca(OH)2 Ca3(Al2O3)2 + 6H2O → Ca3(Al2O3)2.6H2O Khi trộn xi măng, cát đá cuội đá dăm theo tỉ lệ định người ta thu vật liệu xây dựng quan trọng bê tông Vật liệu trộn với nước thành khối đặc để đổ vào khuôn xác định gọi đổ bê tông Những bê tông vững người ta đặt thép ngang dọc buộc chặt với vào khuôn trước đổ bê tông Loại bê tông gọi bê tông cốt thép 7.7.3 Thủy tinh 7.7.3.1 Thủy tinh thường Thành phần thủy tinh thường gồm Na2O (12,9%), CaO (11,6%), SiO2 (75,5%) Các loại thủy tinh thông dụng thủy tinh làm cửa kính, cửa sổ, làm gương phần lớn có thành phần Thủy tinh thường muốn có tính chất chống lại tác động hóa chất phải có thành phần theo công thức: s = 3(n2 + 1) Trong s số mol silic đioxxit, n số mol natri oxit tính theo mol canxi oxit Nếu tỉ lệ natri canxi tăng lên thành phần silic đioxxit phải tăng lên 7.7.3.2 Thủy tinh kali - chì - Nếu thay natri oxit canxi oxit thủy tinh thường kali oxit chì oxit người ta tạo loại thủy tinh pha lê dễ nóng chảy Loại thủy tinh có độ khúc xạ ánh sáng mạnh có khối lượng riêng lớn dùng để sản xuất vật dụng pha lê - Một loại thủy tinh kali – chì khác thủy tinh flint Loại thủy tinh quang học dùng để sản xuất loại thấu kính, lăng kính, … - Loại thủy tinh đặc biệt chứa nhiều chì it bo oxit thủy tinh strass có khả khúc xạ ánh sáng mạnh kim cương dùng làm đá quý thay kim cương 117 7.7.3.3 Các loại thủy tinh đặc dụng Bằng thay đổi thành phần tương ứng đưa thêm vào thủy tinh kẽm oxit, đất oxit, antimonoxit, photpho pentoxit, … người ta tạo loại thủy tinh đặc dụng với tính chất xác định dùng cho mục đích khác nhau, ví dụ thủy tinh uviol thành phần có bari photphat crom oxit loại thủy tinh đặc dụng cho tia tử ngoại 7.7.3.4 Thủy tinh đổi màu Ngày người ta thường dùng kính đổi màu thay cho kính đen Kính đổi màu tự động đen lại có tác dụng ánh sáng mặt trời Buổi tối phòng thiếu ánh nắng trở thành kính trắng, không hạn chế khả nhìn người sử dụng Trong loại thủy tinh chứa bạc clorua bạc bromua phân bố nhỏ Khi chiếu sáng, hợp chất bị quang phân thành bạc đơn chất halogen Bạc phân bố nhỏ có màu đen Khi ánh sáng tác dụng bạc lại kết hợp với clo brom thủy tinh lại không màu BÀI TẬP [5] a Nêu đặc điểm cấu tạo nguyên tử C? Có thể giải thích mức oxi hóa C sở cấu tạo nguyên tử nguyên tố nào? b Tại nguyên tử C lại có khả tạo thành mạch dài? Hoạt động hóa học nguyên tố nhóm VA biến thiên từ C đến Pb? Trình bày đặc điểm cấu tạo kim cương than chì Từ đặc điểm giải thích tính chất vật lí hai dạng thù hình trên? a Trong dạng thù hình C dạng tỏ hoạt động hóa học ? Giải thích nguyên nhân b Viết phương trình phản ứng cho C tác dụng với O2, S, F2, CuO, H2SO4 đặc a Trình bày đặc điểm cấu tạo phân tử CO? b So sánh cấu trúc electron phân tử CO N2, từ giải thích tính chất lí hóa học tương tự hai chất đó? 118 Những kim loại có khả phản ứng với CO? Sản phẩm phản ứng ? Tại CaCO3 lại tan dung dịch bão hòa khí CO2 dung dịch Ca(HCO3)2 thêm NaOH lại tạo kết tủa ? Dựa vào thủy phân ion CO32- để giải thích Viết phương trình phản ứng nhiệt phân muối cacbonat kim loại sau: Cu, Mg, Ca, Na ion NH4+? Giải thích nguyên nhân khác độ bền nhiệt muối a Si kim cương có cấu tạo tương tự Si chất bán dẫn kim cương chất cách điện ? b Viết phương trình phản ứng cho Si tác dụng với: halogen, MgO, H2O 10 a Hãy giải thích SiO2 có nhiệt độ nóng chảy cao so với CO2 b Viết phương trình phản ứng cho SiO2 tác dụng với F2, HF, NaOH, Na2CO3 119 Chương NGUYÊN TỐ PHI KIM NHÓM IIIA ( Bo ) 8.1 Một số đặc điểm nguyên tử nguyên tố Bo [2], [4] Bo phi kim thuộc nhóm IIIA, có số đặc trưng sau: - Cấu trúc lớp vỏ electron: 2s22p1 o - Bán kính nguyên tử: 0,83 A o - Bán kính ion B3+ : 0,2 A - Năng lượng ion hóa, I1: 8,296 eV - Độ âm điện: 2,04 - Ái lực electron: 0,28 eV 8.2 Trạng thái thiên nhiên phương pháp điều chế [2], [4] Trạng thái thiên nhiên Bo tồn hai khoáng vật chính: borac: Na2B4O7.10H2O, Kecnit: Na2B2O7.4H2O xaxolin: H3BO3 Bo có hai dạng đồng vị bền: 10B(18,87%) 11B(81,13%) Điều chế - Điều chế Bo tinh thể nguyên chất: dùng H2 khử boclorua lửa hồ quang điện điện cực vonfram: 2BCl3 + 3H2 → 2B + 6HCl - Điều chế Bo vô định hình: khử botrioxit với kim loại Na, Mg B2 O + 3Mg → 2B + 3MgO 8.3 Tính chất lí hoá học ứng dụng [2], [4] 8.3.1 Tính chất lí học Hai dạng thù hình bền B dạng tinh khiết kết tinh trạng thái tinh thể, màu xám, d = 2,34g/cm3, độ cứng sau kim cương B vô định hình có màu nâu, chất bột không mùi, không vị, d = 1,73g/cm3, chất bán dẫn 120 8.3.2 Tính chất hóa học Ở nhiệt độ thường B trơ hóa học, tác dụng trực tiếp với flo, đun nóng tác dụng với nhiều nguyên tố Ví dụ 700oC, B vô định hình cháy không khí phản ứng phát nhiều nhiệt: 4B + 3O2 → B2O3, ∆H= -176kcal/mol B tác dụng với H2 cho bohiđrua gọi boran: B2H6, B4H10, B5H9, Ở 1200oC B tác dụng với N2 tạo thành bonitrua BN 2800oC B tác dụng với C tạo bocacbua B12C3 Khi đun nóng khí NH3 hay NO, B tạo nitrua: 2B + 2NH3 → 2BN + 3H2 5B + 3NO → 3BN + B2O3 B tác dụng với kim loại tạo thành hợp chất borua, phần lớn borua có thành phần phức tạp Khi đun nóng mạnh, B thể tính khử oxit bền như: SiO2, P4O10, CO2, 4B + 3SiO2 → 3Si + 2B2O3 Ở nhiệt độ thường B không tan nước, nhiệt độ cao B tác dụng với nước tạo thành oxit H2: 2B + 3H2O → B2O3 + 3H2 B không tan dung dịch HCl HF Ở dạng bột, tan chậm dung dịch đặc HNO3, H2SO4, H2O2 chất oxi hóa mạnh khác tạo thành axit boric H3BO3 Ví dụ: B + 3HNO3đ → H3BO3 + 3NO2 Ở dạng bột mịn B tan dung dịch kiềm nóng kiềm nóng chảy: 2B + 2NaOH + 2H2O → 2NaBO2 + 3H2 8.3.3 Ứng dụng - B thêm vào thép hợp kim để tăng độ bền học 121 - Làm điều khiển lò phản ứng hạt nhân - Bohđrua có suất toả nhiệt cao, dùng làm nhiên liệu cho động phản lực,… 8.4 Các hợp chất Bo 8.4.1 Oxit Boric: B2O3 - Tồn dạng thù hình: thuỷ tinh tinh thể - Dạng thuỷ tinh phổ biến hơn: chất rắn không màu, giòn, tonc = 600oC, tos = 1800oC - B2O3 có hai công thức phân tử: - B2O3 bền nhiệt, đun nóng C khử B2O3 thành B - B2O3 hút ẩm mạnh tan nước tạo axit boric: H O H O B2O3 H2B4O7 2 Axit tetraboric - H O H3BO3 HBO2 metaboric orthoboric Ở trạng thái nóng chảy, B2O3 hoà tan nhiều oxit kim loại tạo borat: Na2O + B2O3 → Na2B2O4 8.4.2 Axit Boric Axit boric (axit orthoboric) chất lỏng dạng tinh thể gồm lớp song song với nhau, lớp gồm phân tử H3BO3 liên kết với liên kết hiđro: Lớp liên kết với lớp Vandecvan Do lực 122 tinh thể axit boric có dạng vảy nhỏ Khi đun nóng axit H3BO3 nước dần cuối B2O3 Axit H3BO3 đơn axit yếu, yếu axit cacbonic H3BO3 + H2O [B(OH)4]- + H+, K = 10-9 8.4.3 Borat - Borat kim loại kiềm dễ tan, borat khác khó tan - Có dạng borat: borat khan borat hiđrat - Borat có thành phần cấu trúc khác Nhiều borat có công thức không ứng với axit cả: K5B5O8.4H2O, Ca2B6O11.7H2O Trong muối borat quan trọng natritetraborat, thường gọi borax: Na2B4O7.7H2O -HẾT - 123 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Thành Huế (2004), Hóa học đại cương 1-Cấu tạo chất, NXB Đại học Sư phạm, Hà Nội [2] Nguyễn Thế Ngôn (2004), Hóa học Vô tập 1, NXB Đại học Sư phạm Thái Nguyên [3] Hoàng Nhâm (2000), Hóa học Vô tập 1, NXB Giáo dục Hà Nội [4] Hoàng Nhâm (2001), Hóa học Vô tập 2, NXB Giáo dục Hà Nội [5] Nguyễn Đức Vận (1983), Bài tập hóa học Vô cơ, NXB Giáo dục Hà Nội [6] Wikipedia (2011), Nước, vi.wikipedia.org 124 MỤC LỤC Lời mở đầu………………………………………………………………… Chương GIỚI THIỆU BẢNG HỆ THỐNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC SỰ PHÂN CHIA KIM LOẠI VÀ PHI KIM 1.1 Nguyên tố hoá học 1.2 Bảng tuần hoàn nguyên tố hoá học 1.2.1 Ô……………………………………………………………………………5 1.2.2 Chu kì 1.2.3 Nhóm 1.2.4 Hai dạng bảng HTTT phổ biến 1.2.5 Các nguyên tố xếp xuống bảng tuần hoàn 1.3 Sự phân chia kim loại - phi kim - bán kim – bán dẫn 1.3.1 Sự phân chia kim loại - phi kim - bán kim – bán dẫn 1.3.2 So sánh tính chất kim loại phi kim 10 1.4 Đặc điểm phi kim 10 1.4.1 10 1.4.2 11 1.4.3 11 1.4.4 11 Bài tập 11 Chương HIĐRO, OXI VÀ NƯỚC 13 2.1 Hiđro 13 2.1.1 Các đặc trưng nguyên tử hiđro 13 2.1.2 Trạng thái thiên nhiên Phương pháp điều chế 13 2.1.3 Tính chất lí – hóa học ứng dụng hiđro 14 2.1.4 Hiđrua 16 2.2 Oxi 17 2.2.1 Vị trí, đặc điểm tính chất oxi 17 2.2.2 Trạng thái thiên nhiên pp điều chế 18 2.2.3 Cấu tạo phân tử, tính chất lí – hóa ứng dụng 199 2.2.4 Chu trình oxi thiên nhiên 21 2.2.5 Ozon 22 2.3 Nước 24 2.3.1 Trạng thái thiên nhiên nước 24 2.3.2 Cấu tạo, tính chất lý – hóa học 24 2.3.3 Phương pháp tinh chế nước 27 2.3.4 Sự ô nhiễm môi trường nước Xử lý nước thải 27 125 3.5 Hiđro peoxit 29 Bài tập 31 Chương CÁC NGUYÊN TỐ NHÓM VIIIA ( KHÍ HIẾM ) 33 3.1 Một số đặc trưng nguyên tử nguyên tố khí 33 3.2 Trạng thái thiên nhiên Phương pháp tách riêng khí 33 3.2.1 Trạng thái thiên nhiên 33 3.2.2 Phương pháp tách riêng khí 33 3.3 Tính chất lí – hóa học ứng dụng 34 3.3.1 Tính chất vật lí 34 3.3.2 Tính chất hoá học 34 3.3.3 Ứng dụng 35 Chương CÁC NGUYÊN TỐ NHÓM VIIA ( HALOGEN ) 36 4.1 Một số đặc trưng nguyên tử nguyên tố halogen 36 4.2 Trạng thái thiên nhiên phương pháp điều chế 37 4.2.1 Trạng thái thiên nhiên 37 4.2.2 Phương pháp điều chế 37 4.3 Tính chất lí – hoá hoc ứng dụng 39 4.3.1 Tính chất lí học 39 4.3.2 Tính chất hoá học 40 4.3.3 Ứng dụng 42 4.4 Hiđrohalogenua axit tương ứng 42 4.4.1 Tính chất vật lí 42 4.4.2 Tính chất hoá học 44 4.4.3 Điều chế 45 4.4.4 Ứng dụng 45 4.5 Halogenua 46 4.5.1 Halogenua ion 46 4.5.2 Halogenua cộng hoá trị 47 4.6.Các oxyt halogen 48 4.6.1 Oxyt Flo 48 4.6.2 Oxyt Clo 48 4.6.3 Oxyt Brom: Br2O, BrO2, Br2O3 51 4.6.4 Oxyt Iốt: I2O4, I4O9, I2O5 52 4.7 Các oxi axit halogen muối tương ứng 53 4.7.1 Axit hypohalogenơ: HOX 53 4.7.2 Axit halogenơ: HXO2 55 4.7.3 Axit halogenic: HXO3 55 126 4.7.4 Axit pehalogenic: HXO4 56 Bài tập 57 Chương CÁC NGUYÊN TỐ NHÓM VIA ( S, Se, Te ) 59 5.1 Một số đặc trưng nguyên tử nguyên tố nhóm VIA 59 5.2 Lưu huỳnh 59 5.2.1 Tính chất vật lý 59 5.2.2 Tính chất hoá học 61 5.2.3 Điều chế ứng dụng: 62 5.2.4 Hiđrosunfua 63 5.2.5 Sunfua kim loại (muối sunfua) 65 5.2.6 Sunfudioxit, axit sunfurơ muối sunfit 65 5.2.7 Sunfutrioxit, axit sunfuric, muối sunfat 68 5.2.8 Các nguyên tố Se, Te 74 Bài tập 77 Chương CÁC NGUYÊN TỐ PHI KIM NHÓM VA ( N, P, As, Sb ) 79 6.1 Một số đặc trưng nguyên tử nguyên tố nhóm VA 79 6.2 Nitơ 79 6.2.1 Trạng thái thiên nhiên phương pháp điều chế 79 6.2.2 Tính chất lí – hoá học ứng dụng nitơ 80 6.2.3 Amoniac NH3 muối amoni 81 6.2.4 Các oxit nitơ 84 6.2.5 Axit nitrơ muối nitrit 88 6.2.6 Axit nitrit muối nitrat 89 6.2.7 Chu trình N thiên nhiên 93 6.3 Photpho 94 6.3.1 Trạng thái thiên nhiên 94 6.3.2 Tính chất lí - hóa học 94 6.3.3 Photphin điphotphin .97 6.3.4 Oxit photpho 98 6.3.5 Axit photphoric muối photphat 96 Bài tập 102 Chương CÁC NGUYÊN TỐ PHI KIM NHÓM IVA ( C, Si ) 105 7.1 Một số đặc trưng nguyên tử C, Si 105 7.2 Trạng thái thiên nhiên dạng thù hình C 105 7.2.1 Kim cương 105 7.2.2 Than chì 106 7.2.3 Than muội 106 127 7.3 Tính chất lí – học, điều chế ứng dụng cacbon 107 7.3.1 Tính chất vật lí 107 7.3.2 Tính chất hoá học 107 7.3.3 Điều chế 108 7.3.4 Ứng dụng 109 7.4 Oxit cacbon 109 7.4.1 Cacbon oxit: CO 109 7.4.2.Cacbon đioxit: CO2 110 7.5 Axit cacbonit muối cacbonat 112 7.6 Silic 113 7.6.1 Trạng thái thiên nhiên phương pháp điều chế 113 7.6.2 Tính chất lí hoá học ứng dụng 113 7.6.3 Axit silicic muối silicat 114 7.7 Gốm sứ, ximăng, thuỷ tinh 115 7.7.1 Gốm-sứ 115 7.7.2 Xi măng 116 7.7.3 Thủy tinh 117 Bài tập 117 Chương NGUYÊN TỐ PHI KIM NHÓM IIIA ( Bo ) 120 8.1 Một số đặc điểm nguyên tử nguyên tố Bo 120 8.2 Trạng thái thiên nhiên phương pháp điều chế 120 8.3 Tính chất lí hoá học ứng dụng 120 8.3.1 Tính chất lí học 120 8.3.2 Tính chất hóa học 121 8.3.3 Ứng dụng 121 8.4 Các hợp chất Bo 122 8.4.1 Oxit Boric: B2O3 122 8.4.2 Axit Boric 122 8.4.3 Borat 123 TÀI LIỆU THAM KHẢO 124 128 129 ... QUỲNH BÀI GIẢNG HÓA HỌC VÔ CƠ PHẦN PHI KIM Quảng Ngãi, 12 /2 013 LỜI MỞ ĐẦU Hiện có nhiều giáo trình Hóa học Vô xuất Và tác giả trình bày nội dung theo cách khác Với thời lượng 45 tiết tín sinh viên. .. để học Hơn nữa, để đáp ứng yêu cầu đưa giảng lên website trường nhu cầu học tập sinh viên soạn giảng Hóa học Vô với tiêu chí: - Bám sát chương trình chi tiết Hóa học Vô hệ Cao đẳng Sư phạm (CĐSP)... rộng thêm kiến thức cho Ngoài em sinh viên CĐSP sinh viên thuộc ngành học, bậc học khác dùng giảng làm tài liệu tham khảo việc học Sẽ không tránh khỏi thiếu sót trình soạn giảng nên mong quan