ĐỀ TÀI XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP Ở BẬC ĐẠI HỌC VỀ KIM LOẠI NHÓM CHÍNH by Dạy Kèm Quy Nhơn Plus

ĐẠI CƯƠNG VỀ KIM LOẠI BẬC ĐẠI HỌC

vectorstock.com/28062440

Ths Nguyễn Thanh Tú eBook Collection

TIỂU LUẬN MÔN ĐẠI CƯƠNG VỀ KIM LOẠI ĐỀ TÀI XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP Ở BẬC ĐẠI HỌC VỀ KIM LOẠI NHÓM CHÍNH WORD VERSION | 2021 EDITION ORDER NOW / CHUYỂN GIAO QUA EMAIL TAILIEUCHUANTHAMKHAO@GMAIL.COM

Tài liệu chuẩn tham khảo Phát triển kênh bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đơn vị tài trợ / phát hành / chia sẻ học thuật : Nguyen Thanh Tu Group Hỗ trợ trực tuyến Fb www.facebook.com/DayKemQuyNhon Mobi/Zalo 0905779594

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HÓA HỌC

 

TIỂU LUẬN

Môn: Đại cương về kim loại Đề tài: Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính.

Giáo viên hướng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

Đinh Quý Hương

Phạm Thị Hồng Phượng

Huế, tháng 12 năm 2013 1

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính

MỤC LỤC A. MỞ ĐẦU ...................................................................................................................................................3 I. Lý do chọn đề tài: ........................................................................................................................................................ 3 II. Mục đích nghiên cứu: ............................................................................................................................................ 3 III.Phương pháp nghiên cứu:.................................................................................................................................. 4 B. NỘI DUNG ...............................................................................................................................................5 I.Các nguyên tố nhóm IA (Các kim loại kiềm) .......................................................................................... 5 II.Các nguyên tố nhóm IIA (Các kim loại kiềm thổ) .......................................................................... 16 III.Các nguyên tố nhóm IIIA................................................................................................................................. 32 IV.Các nguyên tố nhóm IVA ................................................................................................................................. 48 C. KẾT LUẬN ........................................................................................................................................... 65 D. TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................................. 66

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính

I. Lý do chọn đề tài:

A. MỞ ĐẦU

Đất nước ta đang trong thời kỳ công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước, đã và đang có nhiều bước nhảy vọt trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống. Công cuộc đổi mới này đề ra những yêu cầu mới đối với hệ thống giáo dục nước ta. Giáo dục đang trở thành một bộ phận đặc biệt của cấu trúc hạ tầng xã hội, là tiền đề quan trọng cho sự phát triển của tất cả các lĩnh vực kinh tế, chính trị, văn hoá, quốc phòng an ninh. Bởi lẽ con người được giáo dục tốt và giáo dục thường xuyên mới có khả năng giải quyết một cách sáng tạo và có hiệu quả những vấn đề do sự phát triển của xã hội đặt ra. Chính vì vậy giáo dục là một bộ phận hữu cơ rất quan trọng trong chiến lược hay kế hoạch phát triển kinh tế xã hội, trong đó mục tiêu giáo dục phải được coi là một trong những mục tiêu quan trọng nhất của sự phát triển đất nước. Hiện nay ở nước ta, giáo dục đã có sự chuyển biến rõ rệt, đặc biệt là việc đổi mới phương pháp dạy học, nâng cao trình độ của đội ngũ giáo viên, giảng viên, đặc biệt có rất nhiều giảng viên đạt trình độ tiến sĩ và có nhiều đóng góp trong việc nghiên cứu khoa học nhờ đó mà chất lượng giáo dục nước ta ngày một đi lên. Mặc dù đã đạt được những thành tựu bước đầu song ngành giáo dục nước ta vẫn còn một số hạn chế. Đặc biệt là trang thiết bị dạy học, số lượng và chất lượng sách giáo trình, sách tham khảo chưa đáp ứng đầy đủ nhu cầu của người học. Mặt khác trong quá trình học tập đôi lúc lý thuyết chưa gắn liền với thực tế, chưa làm cho người học có tính năng động, sáng tạo. Với những lý do trên tôi đã chọn đề tài: “Xây dựng hệ thốngbài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính”. Hy vọng góp một phần nhỏ bé của mình vào việc xây dựng hệ thống các bài tập phù hợp với nhu cầu của sinh viên nhằm nâng cao chất lượng học tập.

II. Mục đích nghiên cứu: Xây dựng hệ thống bài tập phần kim loại nhóm A ở bậc đại học giúp sinh viên vận dụng kiến thức hoá học đại cương để làm rõ vấn đề hoá học vô cơ. Bài tập có mở rộng nâng cao nhưng không làm mất đi tính cơ bản, tính hệ thống của chương trình. 3

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính Lựa chọn những bài tập nhằm vào các lĩnh vực tri thức trọng tâm để tạo điều kiện cho học viên có thể phân loại, sắp xếp và làm sáng tỏ các vấn đề chủ chốt trong giáo trình hoá học vô cơ phần kim loại. Thông qua bài tập, sinh viên biết cách vận dụng tri thức và năng lực vào thực tiễn, đồng thời làm quen với các tình huống ứng dụng. Đưa ra những bài tập nâng cao và hiện đại phát huy tính sáng tạo tích cực của sinh viên.

III.Phương pháp nghiên cứu: 1. Nghiên cứu lý luận về bài tập hoá học làm cơ sở cho việc xây dựng hệ thống bài tập bậc đại học. 2. Nghiên cứu thực tiễn. Tìm hiểu thực tiễn về hệ thống bài tập hoá vô cơ phần kim loại nhóm A đã dùng cho sinh viên. Trao đổi kinh nghiệm về việc ra bài tập hoá học vô cơ phần kim loại nhóm A cho sinh viên.

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính

B. NỘI DUNG I.Các nguyên tố nhóm IA (Các kim loại kiềm) Bài 1: 1. Nêu vị trí của kim loại kiềm trong bảng hệ thống tuần hoàn? Vì sao kim loại này có tính khử mạnh? 2. Tại sao kim loại kiềm mềm và dễ bay hơi? 3. So sánh khả năng phản ứng của kim loại kiềm và hiđro. Có thể giải thích như thế nào khi biết rằng hiđro cũng có phản ứng khác hẳn kim loại kiềm mặc dù lớp vỏ ngoài cùng có cấu trúc như nhau? Trả lời: 1. Các kim loại kiềm nằm ở phân nhóm chính nhóm I, ở đầu mỗi chu kì và từ chu kì 2 trở đi. Sở dĩ kim loại kiềm có tính khử mạnh vì chúng có một electron ở lớp ngoài cùng nên dễ dàng nhường đi một electron để trở thành cấu hình bền của khí hiếm. 2. Các kim loại kiềm kết tinh theo mạng lập phương tâm khối, năng lượng kim loại trong mạng xếp khít không lớn và chỉ có một electron hoá trị ở mỗi nguyên tử kim loại. Vì vậy kim loại kiềm mềm, có nhiệt độ nóng chảy thấp và dễ bay hơi. 3. Năng lượng ion hoá của hiđro lớn gấp vài ba lần năng lượng ion hoá của kim loại kiềm. Khả năng nhường electron của kim loại kiềm dễ hơn hiđro. Nguyên tử hiđro cũng giống như kim loại kiềm có một electron hoá trị nên dễ dàng nhường đi một electron tạo thành ion H+ nhưng ion H+ không tồn tại trong dung dịch nước do H+ có một AO 1s trống duy nhất nên dễ dàng nhận cặp electron tự do của nước tạo ra H3O+. Còn các ion kim loại kiềm không có khả năng này mà các ion kim loại kiềm tồn tại độc lập do các ion này có cấu hình khí trơ rất bền vững. Bài 2: 1. Các kim loại kiềm đều có độ dẫn điện cao nhưng còn kém hơn so với Ag. Au, Cu. Điều đó có mâu thuẫn gì không khi so sánh hoạt tính hoá học của kim loại kiềm với các kim loại Ag, Au, Cu. Giải thích nguyên nhân? 5

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính 2. Cho khối lượng riêng của các kim loại kiềm theo bảng sau: Li

0,53

0,97

0,86

1,53

1,87

Khối lượng riêng (g/cm3) Dựa vào giá trị khối lượng riêng hãy tính số nguyên tử kim loại trong 1cm3 kim loại ở trạng thái rắn. 3. Giải thích tại sao Natri lại có độ dẫn điện cao hơn các nguyên tố còn lại mặc dù có số nguyên tử kim loại trong 1cm3 kim loại bé hơn so với Liti ở trạng thái rắn? Trả lời: 1. Khả năng hoạt động của các nguyên tố phụ thuộc vào cấu trúc electron. Các kim loại kiềm có khả năng hoạt động mạnh là do có một electron ở lớp ngoài lớp vỏ khí trơ nên kim loại này dễ nhường đi một điện tử. Còn độ dẫn điện của kim loại phụ thuộc vào khối lượng riêng của kim loại tức phụ thuộc vào số nguyên tử kim loại trong 1cm3 kim loại ở trạng thái rắn. Ví dụ : Theo tính toán số nguyên tử Na trong 1cm3: 0,25. 1023 Số nguyên tử Ag trong 1cm3: 5,85. 1023 Tương tự số nguyên tử Cu, Au lớn hơn rất nhiều so với kim loại kiềm trong 1cm3 kim loại. 2. Số nguyên tử trong 1cm3 kim loại ở trạng thái rắn của kim loại nào nhiều hơn sẽ có khả năng dẫn điện tốt hơn (vì chứa nhiều electron tự do hơn). 1cm3 Li có số nguyên tử:

= 0,46.1023 nguyên tử

1cm3 Na có số nguyên tử:

= 0,25.1023 nguyên tử

1cm3 K có số nguyên tử:

= 1,33.1022 nguyên tử

1cm3 Rb có số nguyên tử:

= 1,08.1022 nguyên tử

1cm3 Cs có số nguyên tử:

= 8,46.1021 nguyên tử 6

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính 3. Na có độ dẫn điện cao hơn các kim loại kiềm khác mặc dù dù có số nguyên tử kim loại trong 1cm3 kim loại bé hơn so với Li ở trạng thái rắn nhưng trong nguyên tử Na còn có các obitan d trống, electron từ vùng hóa trị sang vùng dẫn sẽ thuận tiện hơn so với nguyên tử Li nên tính dẫn điện của Na cao hơn Li. Từ K đến Cs đều có obitan d trống như Na nhưng bán kính nguyên tử tăng nên độ dẫn điện giảm từ Na đến Cs. Bài 3: 1. So sánh nhiệt độ nóng chảy và độ hòa tan trong nước của NaCl và RbCl? 2. Để điều chế NaCl tinh khiết người ta thường cho HCl qua dung dịch bão hoà muối ăn. Giải thích cơ sở lý luận của phương pháp đó? Trả lời: 1. Nhiệt độ nóng chảy của NaCl > RbCl và độ hòa tan trong nước của NaCl < RbCl do bán kính của ion Na+ < Rb+ nên tinh thể NaCl bền hơn. 2. NaCl tan trong nước. Độ tan của chúng giảm xuống khi sục HCl vào vì nồng độ Cltăng làm cho cân bằng chuyển dịch sang trái tạo thành NaCl. Bài 4: 1. Nêu vai trò của NaCl và KCl khi điện phân nóng chảy NaCl để điều chế kim loại Na. 2. Viết phương trình phản ứng xảy ra trên bề mặt điện cực khi điện phân NaCl nóng chảy hoặc NaOH nóng chảy. Trả lời: 1. Vai trò của NaCl và KCl khi điện phân nóng chảy NaCl là để làm giảm nhiệt độ nóng chảy, cho phép điện phân ở nhiệt độ 610oC – 650oC. 2. Na được sản xuất chủ yếu bằng phương pháp điện phân NaCl nóng chảy. Ở catot

2Na+ + 2e

Ở anot

2Cl-

2Na(l)

Cl2(k) + 2e

2NaCl

2Na + Cl2

Ngoài ra, Na còn được điều chế bằng phương pháp điện phân NaOH nóng chảy. Ở catot

4Na+ + 4e

4Na(l) 7

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính 4OH-

Ở anot

O2(k) + 2H2O + 4e

4NaOH

4Na + O2 + 2H2O

Bài 5: 1. Điều chế LiH như thế nào? Tại sao LiH lại bền hơn NaH? 2. Viết phương trình của các phản ứng: a.

LiH + N2

NaH + Cl2

NaH + O2

LiH + H2O Trả lời:

1. LiH được điều chế bằng cách cho Li tác dụng trực tiếp với H2: 2Li

2LiH

LiH bền hơn NaH vì khoảng cách giữa hai hạt nhân của Li và H ngắn hơn khoảng cách hạt nhân giữa Na và H. 2. Phương trình phản ứng: a. 2LiH + 3N2

2LiN3 + H2

b. 2NaH + Cl2

2NaCl + H2

c. 4NaH + O2

2 Na2O + 2H2

d. LiH + H2O

LiOH + H2

Bài 6: 1. Bằng phương pháp nào điều chế được các oxit: Li2O, Na2O, K2O? 2. Tại sao các kim loại kiềm dễ tạo ra các peoxit? Tại sao Li không có khả năng đó? Trả lời: 1.Trừ oxit của Li2O các oxit của kim loại kiềm khác đều hấp thụ oxi tạo thành peoxit nên việc điều chế monooxit rất khó khăn. Li2O tinh khiết có thể điều chế bằng cách nung LiOH, Li2CO3, LiNO3 trong luồng khí hiđro ở 800oC : 2LiOH

Li2O + H2O 8

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính Còn các oxit của các kim loại kiềm khác điều chế bằng cách cho peoxit hoặc hiđroxit tác dụng với kim loại kiềm tương ứng. M2O2 + 2M Ví dụ: 2NaOH + 2Na KO2

+ 3K

2M2O 2Na2O + 2H2 2K2O

2. Khả năng tạo peoxit phụ thuộc vào bán kính nguyên tử và năng lượng ion hoá của các kim loại. Vì ái lực electron của phân tử oxi rất nhỏ bằng 0,87eV (còn ái lực electron của nguyên tử oxi là 1,46eV). Do đó các nguyên tử có năng lượng ion hoá càng nhỏ bán kính càng lớn thì khả năng tạo ra peoxit càng lớn. Chẳng hạn như Na2O2. Nguyên nhân đó đã gây ra khả năng chuyển 2 electron hóa trị của 2 nguyên tử Na cho phân tử oxi để tạo ra ion O22- hình thành phân tử ion Na2O2. Với Li không có khả năng tạo ra peoxit vì năng lượng ion hoá thứ nhất I1 = 5,339 eV là khá cao, bán kính rLi = 0,68 Å lại bé nên không đủ sức để giữ anion O22-. Bài 7: Độ tan (mol/lit) ở 18oC của muối florua và iotua kim loại kiềm có giá trị sau: Li+

Na+

K+

Rb+

Cs+

Muối florua

0,1

1,1

15,9

12,5

24,2

Muối iotua

12,2

11,8

8,6

7,2

2,8

Hãy giải thích vì sao muối florua có độ hòa tan tăng từ liti đến xezi nhưng độ tan của muối iotua lại giảm? Trả lời: Độ tan của các chất phụ thuộc hai yếu tố chính: -

Năng lượng mạng lưới của tinh thể.

Năng lượng hidrat hóa của cation.

Cả hai yếu tố đều ảnh hưởng mạnh đến độ hòa tan các chất. Năng lượng mạng lưới giảm độ hòa tan các chất tăng. Năng lượng hiđrat hóa càng bé độ hòa tan các chất càng giảm.

Năng lượng mạng của muối florua có giá trị như sau:

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính

(kJ/mol)

LiF

NaF

RbF

CsF

991,6

891,2

786,6

753,1

728,0

Năng lượng hidrat hóa của cation kim loại kiềm có giá trị như sau: (kJ/mol)

Li+

Na+

K+

Rb+

Cs+

506

397

313

288

255

Như vậy theo chiều tăng từ Li+ đến Cs+: -

Trong các florua các kim loại kiềm, năng lượng mạng lưới giảm nhanh nên độ hòa tan nhanh.

Trong các muối iotua các kim loại kiềm, năng lượng hidrat hóa giảm nên độ hòa tan giảm.

Bài 8: 1. Trong hai hiđroxit KOH và CsOH. Hiđroxit nào có tính bazơ mạnh hơn? Giải thích? 2. Tại sao trong các hiđrôxit của kim loại kiềm chỉ có LiOH là có khả năng tạo ra Li2O? Trả lời: 1. Tinh thể KOH cũng như CsOH là tinh thể ion, khi hoà tan trong nước các tinh thể đó chuyển thành ion với độ điện li thực bằng đơn vị. Tuy nhiên độ điện li của hai chất đó không như nhau vì ion K+ tương tác mạnh với ion OH- hơn Cs+. 2. Các hiđroxit của kim loại kiềm đều bền với nhiệt, chúng có thể nóng chảy bay hơi mà không bị phân huỷ, riêng LiOH khi bị nung đến sôi thì bị phân huỷ thành Li2O và nước. Sở dĩ có sự khác biệt này vì ion Li+ có kích thước đặc biệt nhỏ so với ion kim loại kiềm khác, lớp vỏ electron của nó quá mỏng (chỉ có 2e) nên nó hút mạnh ion O2- trong OH-. 2LiOH

Li2O + H2O

Còn các kim loại kiềm khác không có khả năng này vì kích thước của ion lớn, có 8 electron ở lớp ngoài cùng.

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính Bài 9: Hãy giải thích tại sao CsI3(r) bền, còn NaI3(r) lại không bền? Trả lời: Bán kính của các ion Cs+, Na+, I3- tương ứng là 0,167; 0,102 và 0,3 nm. Do bán kính của Na+ quá nhỏ so với I3- nên NaI3 không bền. Thực tế, nó không tồn tại trong dung dịch. Na+(dd) + I3-(dd)

NaI(r)

+ I2(r)

Bài 10: Bán kính r của các ion kim loại kiềm, kim loại kiểm thổ, bo và nhôm như sau: Ion

r, Å

Ion

r, Å

Ion

r, Å

Li+

0,60

Be2+

0,31

B3+

0,20

Na+

0,95

Mg2+

0,65

Al3+

0,50

K+

1,33

Ca2+

0,99

Rb+

1,48

Sr2+

1,13

Cs+

1,69

Ba2+

1,35

a. Giải thích tại sao trong mỗi phân nhóm, bán kính ion tăng khi tăng số thứ tự nguyên tử của nguyên tố. b. Hãy giải thích tại sao trong mỗi chu kì bán kính ion giảm khi tăng số thứ tự nguyên tố? c. Trong số các ion trên, ion nào dễ tạo thành nhất, ion nào khó tạo thành nhất? Trả lời: a. Bán kính ion tăng do lớp vỏ electron tăng (n tăng). b. Các ion có cùng số electron nhưng điện tích hạt nhân tăng lên nên hạt nhân hút electron mạnh hơn nên trong mỗi chu kì bán kính ion giảm. c. Cs+ dễ tạo thành nhất do có r lớn nhất, B3+ khó tạo thành nhất do có r nhỏ nhất. Bài 11: 1. Cạnh của tế bào tinh thể Na là 4,29 Å. Hỏi khoảng cách ngắn nhất giữa 2 nguyên tử trong tế bào là bao nhiêu?

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính 2. Khoảng cách ngắn nhất giữa 2 nguyên tử trong tế bào tinh thể K là 4,5986 Å. Hỏi độ dài cạnh của tế bào tinh thể K là bao nhiêu? Trả lời: 1. Vì kim loại Na kết tinh theo mạng lập phương tâm khối nên khoảng cách ngắn nhất giữa 2 hạt nhân nguyên tử bằng ½ đường chéo của hình lập phương. d=

= 3,715 Å

2. Vì kim loại K kết tinh theo mạng lập phương tâm khối nên ½ đường chéo hình lập phương là 4,5986 Å. Do đó độ dài cạnh của tế bào tinh thể K là: = 4,5986  a = 5,31 Å Bài 12: 1. Viết phương trình phản ứng khi thủy phân Na2CO3 và NaHCO3 và cho biết trong trường hợp nào dung dịch có tính kiềm mạnh hơn? 2. Năm 1791, người ta sản xuất sođa theo phương pháp của Blanc bằng cách nung hỗn hợp Na2SO4, đá vôi và than ở 1000oC. Hiện nay chỉ dùng phương pháp amoniac của Solvay. Viết phương trình phản ứng điều chế và phân tích ưu nhược điểm của từng phương pháp. Trả lời: 1. Khi tan trong nước, natri cacbonat bị thủy phân làm cho dung dịch có phản ứng kiềm: Na2CO3 + H2O

NaHCO3 + NaOH

Khi tan trong nước, natri hiđrocacbonat bị thủy phân cho môi trường kiềm rất yếu có thể phát hiện bằng quỳ nhưng không thể phát hiện được bằng phenolphtalein. NaHCO3 + H2O

H2CO3 + NaOH

2. Trước đây, sođa (Na2CO3) được sản xuất theo phương pháp sunfat do Blanc đề ra năm 1791 bằng cách nung hỗn hợp Na2SO4, đá vôi và than ở 1000oC. Na2SO4 + 2C Na2S + CaCO3

Na2S + 2CO2 CaS + Na2CO3 12

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính Hòa tan hỗn hợp sản phẩm phản ứng vào nước sẽ tách được CaS ít tan ra khỏi Na2CO3. Ưu điểm của phương pháp này là nhanh chóng, dễ thực hiện. Nhược điểm của phương pháp này là tiêu tốn nguồn nguyên liệu lớn, phản ứng xảy ra ở nhiệt độ cao, Na2CO3 sinh ra có thể lẫn CaS. Ngày này, sođa hầu như chỉ được sản xuất theo phương pháp amoniac do Solvay đề ra năm 1864. Phương pháp này dựa chủ yếu vào phản ứng hóa học: NaCl + NH4HCO3

NaHCO3 + NH4Cl

Đây là phản ứng thuận nghịch, cả 4 chất đều tan trong nước nhưng NaHCO3 hơi ít tan hơn. Thực tế trong công nghiệp người ta cho khí NH3 rồi khí CO2 đi qua dung dịch NaCl bão hòa: NaCl + CO2 + NH3 + H2

NaHCO3 + NH4Cl

Lọc tách NaHCO3 ra và đun nóng để chuyển thành Na2CO3 khan. Quá trình này giải phóng một nửa lượng CO2 đã sử dụng. Khí CO2 này được đưa lại vào quá trình sản xuất. Chế hóa sản phẩm phụ NH4Cl với vôi tôi để tái sinh NH3 và đưa lại vào quá trình sản xuất. Trong khi nung với khí CO2 giải phóng cũng được đưa vào quá trình sản xuất. Như vậy từ những nguyên liệu ban đầu là NaCl và CaCO3 phương pháp Sonvay cho phép điều chế những sản phẩm là Na2CO3 và CaCl2 mà về mặt lí thuyết phản ứng: NaCl + CaCO3

Na2CO3 + CaCl2 không thể thực hiện được. Ưu điểm

của phương pháp trên là nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm, cho chất lượng sản phẩm cao, thực hiện ở nhiệt độ không cao. Nhược điểm của phương pháp này là hiệu suất thấp, đầu tư xây dựng cơ sở sản xuất lớn, thải ra lượng lớn phế thải cần xử lí. Bài 13: Vì sao các kim loại kiềm tan được trong ammoniac lỏng? Trả lời: Các kim loại kiềm tan được trong amoniac lỏng. Dung dịch loãng có màu xanh và dẫn điện được, dung dịch với nồng độ cao hơn có màu đỏ đồng và có tính ánh kim. Trong dung dịch loãng kim loại kiềm phân li thành ion và electron được solvat hóa bởi amoniac: M

+ (x + y)NH3 →

[M(NH3)x]+ + [e(NH3)y]-

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính chính những electron amoniac hóa này gây nên màu xanh của dung dịch. Bằng phương pháp phổ cộng hưởng từ electron, xác định được sự tồn tại của electron tự do trong dung dịch (dung dịch có tính thuận từ). Tuy nhiên, tính thuận từ giảm xuống khi nồng độ của dung dịch tăng lên, bởi vì các electron được amoniac hóa có thể kết hợp với nhau tạo nên hợp chất nghịch từ chứa cặp electron [(NH3)ye]- + [e(NH3)y]-

→

(NH3)ye2(NH3)y.

Dung dịch kiềm trong NH3 lỏng có tính khử rất tốt, được ứng dụng nhiều trong hóa học vô cơ và hữu cơ. Bài 14: Một hợp chất A được tạo thành khi cho một kim loại nhóm IA tác dụng với O2. A phản ứng với H2O tạo thành AOH, còn M phản ứng với H2O (ở điều kiện thích hợp) tạo thành MOH và một sản phẩm B khác. Hãy xác định M, A và B. Viết các phương trình phản ứng. So sánh phản ứng của O2 với M và với kim loại nhóm IA khác. Trả lời: Do A phản ứng với H2O tạo thành MOH nên A phải là oxit M2O. Do đó M là Li. Các phản ứng xảy ra như sau: 4Li + O2

2Li2O

Li2O + H2O 2Li + 2H2O

2LiOH 2LiOH + H2

Như vậy, M là Li, A là Li2O và B là H2. Trong số các kim loại nhóm IA, chỉ có Li phản ứng với O2 tạo thành oxit, còn các kim loại khác phản ứng với oxi cho sản phẩm chủ yếu là các peoxit và supeoxit, ví dụ như Na2O2, KO2, RbO2, CsO2. Bài 15: Tại sao người ta không bao giờ đun nóng chảy hiđroxit của kim loại kiềm trong ống thủy tinh, chén sứ và cả chén Pt khi có không khí?

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính Trả lời: Ở trạng thái nóng chảy, các hiđroxit của kim loại kiềm ăn mòn thủy tinh, sứ và cả chén Pt khi có không khí nên không thể thực hiện được phản ứng kiềm chảy. Cho nên để nấu chảy chúng cần phải dùng các dụng cụ bằng sắt, niken hoặc bạc. Bài 16: Viết phương trình phản ứng nếu có xảy ra khi cho Na2O2 lần lượt tác dụng với H2O, CO, CO2, H2O + CO2, dung dịch HCl loãng nguội, S, C, Al, dung dịch KMnO4/ H2SO4, dung dịch NaI/ H2SO4, dung dịch FeSO4/ H2SO4, dung dịch Na3[Cr(OH)6] nóng. Trả lời: 2Na2O2 + 2H2O → O2 + 4NaOH Na2O2 + CO → Na2CO3 2Na2O2 + 2CO2 → 2Na2CO3 + O2 Na2O2 + H2O + CO2 → 2Na2O2 + C → 2Na2O2 + S 3Na2O2 Na2O2

Na2CO3 + H2O2

Na2CO3 + Na2O Na2SO3 + Na2O

+ 2Al(bột) →

2NaAlO2

+ 2HCl (loãng, nguội)

→

+ 2Na2O

2NaCl + H2O2

5Na2O2 + 2KMnO4 + 8H2SO4 → K2SO4 + 2MnSO4 + 5 Na2SO4 + 5O2 + 8H2O Na2O2 + 2NaI + 2H2SO4 → I2 + 2Na2SO4 Na2O2 3Na2O2

+ FeSO4 + H2SO4 →

+ 2H2O

Fe2(SO4)3 + Na2SO4

+ 2Na3[Cr(OH)6] (nóng) →

+ H2O

2Na2CrO4 + 8NaOH + 2H2O.

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính II. Các nguyên tố nhóm IIA (Các kim loại kiềm thổ) Bài 1: Nêu nhận xét sự biến thiên các đặc tính trong dãy từ Be đến Ra, so sánh với kim loại kiềm. Nguyên nhân của sự biến đổi đó? Trả lời: Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, độ dẫn điện từ Be đến Ra biến đổi không đều đặn, đều cao hơn so với kim loại kiềm. Nguyên nhân do các kim loại kiềm thổ có cấu trúc mạng lưới tinh thể khác nhau. Be, Mg có cấu trúc lục phương. Ca, Ba, Ra có cấu trúc lập phương tâm mặt và lập phương tâm khối dẫn đến nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của chúng biến đổi không theo một quy luật nhất định như đối với kim loại kiềm. Bài 2: 1.Tại sao các kim loại kiềm thổ có I2 lớn hơn I1 nhưng lại tạo ra ion M2+ dễ dàng hơn M+? 2. Thế ion hoá của kim loại kiềm thổ lớn hơn thế ion hoá của kim loại kiềm nhưng tại sao thế điện cực lại tuơng đương? Trả lời: 1. Trong dung dịch ion M2+ tạo ra có năng lượng hiđrat hoá lớn nhiệt tạo ra có thể bù lại cho năng lượng ion hoá lớn do đó làm cho kim loại kiềm thổ rất dễ mất 2 electron trở thành ion M2+. 2. Thế điện cực phụ thuộc vào năng lượng ion hoá và năng lượng hiđrat hoá. Đối với kim loại kiềm có năng lượng ion hoá thấp nhưng lại có năng lượng hiđrat hoá kém kim loại kiềm thổ. Còn kim loại kiềm thổ mặc dù có thế ion hoá lớn nhưng năng lượng hiđrat hoá âm nhiều do đó thế điện cực của kim loại kiềm thổ vẫn tương đương kim loại kiềm. Bài 3: 1. Tại sao kim loại kiềm thổ có độ dẫn điện cao mặc dù vùng hoá trị trong tinh thể đã lấp đầy e? 2. Thế điện cực của Be cao hơn (dương hơn) so với kim loại kiềm thổ khác nhưng thế điện cực của Li thấp hơn (âm hơn) so với kim loại kiềm khác. Thực tế có mâu thuẩn gì với nhau không? 16

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính Trả lời: 1. Kim loại kiềm thổ có vùng năng lượng ns đã được lấp đầy số electron nên việc kích thích electron từ vùng hoá trị lên vùng tự do rất khó. Để giải thích tính dẫn điện cao của kim loại kiềm thổ ta phải giả thiết các vùng ns và np đã xen phủ vào nhau tạo thành vùng năng lượng chưa lấp đầy electron do đó không thể tạo thành chất cách điện mà tạo ra chất có độ dẫn điện cao. 2. Không mâu thuẫn với Li có năng lượng hiđrat hoá cao có thể bù lại năng lượng ion hoá cao do đó Li có thế điện cực âm hơn các kim loại kiềm khác, còn Be có năng lượng hiđrat hoá lớn nhưng không bù lại cho năng lượng ion hoá cao của Be do đó Be có thế điện cực dương hơn các kim loại kiềm thổ khác. Bài 4: 1. Tại sao Be có khuynh hướng tạo hợp chất cộng hoá trị? 2. Tại sao phân tử X - Be - X chỉ tồn tại trong pha khí? Trả lời: 1. Be có bán kính ion rất nhỏ, năng lượng ion hoá và năng lượng thăng hoa lớn, do đó trong trường hợp này năng lượng hiđrat hoá lớn không để tách hoàn toàn điện tích. Do đó ngay cả BeF2 và BeO thể hiện như hợp chất cộng hoá trị, còn hợp chất cộng hoá trị liên kết với cacbon rất bền. Để tạo thành 2 liên kết cộng hoá trị cần kích thích nguyên tử từ trạng thái 2s2 đến trạng thái 2s2p. Do đó phân tử BeX2 thẳng hàng. 2. Để tạo thành 2 liên kết cộng hoá trị cần kích thích nguyên tử từ trạng thái 2s2 đến trạng thái 2s2p. Do đó phân tử BeX2 phải thẳng. Nhưng các phân tử như thế không bão hoà phối trí. Ở pha ngưng tụ tạo thành hợp chất số phối trí 4. Chúng chỉ tồn tại ở pha khí. Bài 5: 1. Khi Mg cháy phát ra ánh sáng chói giàu tia tử ngoại, nhưng khi đốt cháy kim loại kiềm hoặc kiềm thổ khác không có hiện tượng đó. Giải thích, ứng dụng hiện tượng này là gì? 2. Có dùng nước để dập tắt đám cháy Mg được không? Vì sao?

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính Trả lời: 1. Mg cháy trong không khí phát ra ánh sáng chói giàu tia tử ngoại. Có hiện tượng đó là do ion Mg2+ và ion O2- đều có bán kính nhỏ kết hợp với nhau tạo ra mạng tinh thể chặt khít của MgO và phát nhiệt rất mạnh (năng lượng mạng lưới của MgO là 3924 kJ/mol) lớn nhất trong các oxit kim loại kiềm thổ. Chính lượng nhiệt lớn này đã nung nóng mạnh các hạt MgO làm phát ra ánh sáng chói và giàu tia tử ngoại. Lợi dụng hiện tượng này người ta đã trộn Mg với các chất oxi hóa như KClO3, KMnO4, KNO3 để phát ra pháo sáng, đạn lửa và trước kia dùng chiếu sáng trong kĩ thuật chụp ảnh. 2. Không dùng nước cũng như CO2, SiO2 để dập tắt đám cháy Mg vì khi Mg được đốt nóng phản ứng mảnh liệt với nước, cũng như CO2 ,SiO2 toả nhiệt lớn. Mg + H2O

MgO + H2

Bài 6: 1. Tính chất hiđroxit của kim loại kiềm thổ M(OH)2 biến đổi như thế nào? Đưa ra các số liệu chứng minh. 2. Tại sao hiđroxit của các kim loại kim loại kiềm thổ bị nhiệt phân để tạo ra oxit tương ứng, nhưng hiđroxit của kim loại kiềm không có khả năng này. 3.Tại sao trong thực tế người ta không điều chế hidroxit kim loại kiềm thổ theo phương pháp điều chế kim loại kiềm và ngược lại. Trả lời: 1. M(OH)2

Be(OH)2

Mg(OH)2

Ca(OH)2

Sr(OH)2

Ba(OH)2

Tích số tan

2.10-18

6.10-10

5,5.10-6

3,2.10-4

5,0.10-3

Khi tan trong nước chúng là những bazơ mạnh. Tính bazơ của chúng yếu hơn so với các hiđroxit của kim loại kiềm trong cùng một chu kì và cũng biến đổi theo cùng một quy luật là tăng theo số thứ tự. Be(OH)2

Mg(OH)2

Lưỡng tính

Trung tính

Ca(OH)2

Sr(OH)2

Ba(OH)2

Bazơ mạnh

Độ bền nhiệt tăng dần từ Be(OH)2 đến Ba(OH)2 . 18

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính Be(OH)2 mất nước ở 138oC. Mg(OH)2 mất nước ở 150oC. Ca(OH)2 mất nước ở 580oC. Ba(OH)2 mất nước ở nhiệt độ >1000oC 2. Hiđroxit của kim loại kiềm thổ bị nhiệt phân tạo ra oxit do độ phân cực hoá của cation M2+ với nguyên tử oxi trong nhóm OH- dễ bị biến dạng. Vì vậy hiđroxit của kim loại kiềm thổ kém bền vững hơn hiđroxit của kim loại kiềm. 3. Một trong những phương pháp thông dụng để điều chế hiđroxit của kim loại kiềm là điện phân dung dịch muối có màng ngăn. Đối với kim loại kiềm thổ ta không thể áp dụng phương pháp này vì phần lớn kim loại kiềm thổ tồn tại ở dạng hợp chất như muối cacbonat, sunfat, khi nhiệt phân tạo thành oxit. Oxit này dễ dàng tác dụng với nước tạo thành hiđroxit. Bài 7: 1. Độ cứng của nước là gì? Phân loại độ cứng của nước. Tác hại của nước cứng đối với công nghiệp và sinh hoạt. 2. Trong một cốc nước cứng chứa 0,01 mol Na+, 0,02 mol Ca2+, 0,01 mol Mg2+ , 0,05 mol HCO3- và 0,02 mol Cla. Hỏi nước trong cốc thuộc loại độ cứng gì? b. Nếu đun sôi nước thì nước còn cứng không? c. Có thể dùng hoá chất nào trong các chất sau để làm mềm dung dịch nước trên: Ca(OH)2, dd HCl, dd Na2CO3, Na3PO4. Viết phương trình phản ứng. d. Ngày nay người ta sử dụng phương pháp nào để làm mềm nước cứng. Trả lời: 1. Độ cứng của nước là để chỉ nước có nhiều ion Ca2+ và Mg2+. - Độ cứng của nước bao gồm: * Độ cứng tạm thời: do các muối hiđrocacbonat M(HCO3)2 gây nên. * Độ cứng vĩnh cữu: là do muối Ca2+ và Mg2+. * Độ cứng toàn phần.

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính - Tác hại của nước cứng: Nước gây nhiều tác hại trong sinh hoạt và trong kĩ thuật. Nước cứng làm kết tủa xà phòng do đó làm mất tác dụng giặt rửa của nó và làm bẩn sợi vải do kết tủa bám vào.Ví dụ: M2+ + 2C17H33COONa

2Na + M(C17H33COONa)

(xà phòng) Nước cứng tạo ra một lớp cặn bám vào thành các nồi đun nước, các ống dẫn nước nóng, và các nồi cấp hơ nước. Lớp cặn này gây nhiều tác hại, chẳng hạn làm giảm hiệu suất truyền nhiệt của nồi hơi, làm nồi hơi mau hỏng và dễ bị vỡ. 2. * Nếu ta có: Ca2+ + 2HCO3-

Ca(HCO3)2

Mg2+ + 2HCO3-

Mg(HCO3)2

Theo hai phương trình trên ta they tỉ lệ số mol Ca2+ , Mg2+ và HCO3- là tỉ lệ 1: 2. Mà tổng số mol Mg2+ và Ca2+ là 0,03 mol và số mol HCO3- bằng 0,03 mol. Vậy HCO3- thiếu, nghĩa là khi đun sôi độ cứng của nước chưa mất hẳn. Vậy nước ban đầu vừa có độ cứng tạm thời vừa có độ cứng vĩnh cữu. *Nếu khi đun sôi thì: Ca2+ + 2HCO3-

CaCO3 + H2O + CO2

Mg2+ + 2HCO3-

MgCO3 + H2O + CO2

Theo hai phương trình trên: tổng số mol Ca2+, Mg2+ tạo kết tủa với số mol HCO3=0,025 mol. Sau khi đun sôi xong tổng số mol Ca2+, Mg2+ còn lại là 0,005 mol. Vậy nước sau khi đun vẫn còn cứng. Dùng Na2CO3, Na3PO4 làm mềm nước trên và có thể dùng Ca(OH)2 nhưng phải vừa đủ. *Phương pháp trao đổi ion(Zeolit, nhựa trao đổi ion) để làm mềm nước cứng.

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính Bài 8: Hiđroxiapatit Ca5(PO4)3OH có trong thành phần của men răng. Trong miệng, các ion Ca2+, PO43- có trong nước bọt tham gia vào việc tạo thành và phân hủy hiđroxiapatit. Ion hiđroxit của hiđroxiapatit có thể được thay thế bằng ion florua tạo thành floapatit Ca5(PO4)3F có độ tan nhỏ hơn. a. Tính độ tan (theo mol/lit) của hiđroxiapatit và floapatit trong nước. b. Tính hằng số cân bằng của phản ứng tạo thành floapatit từ hiđroxiapatit. Cho tích số tan (T) của hiđroxiapatit và floapatit lần lượt bằng 6,8.10-37 và 10-60 Trả lời: a. Độ tan của hiđroxiapatit và floapatit trong nước: Trong dung dịch: Ca5(PO4)3OH(r) x

5Ca2+ + 3PO43- + OH5x

với x là độ tan của hiđroxiapatit Ta có: T = [Ca2+]5.[ PO43-]3. [OH-] (5x)2. (3x)3. x = 6,8.10-37 x = 2,7.10-5 Tương tự, trong dung dịch: Ca5(PO4)3F(r)

5Ca2+ + 3PO43- + F-

x’

5x’

3x’

x’

với x’ là độ tan của floapatit T = [Ca2+]5.[ PO43-]3. [F-] = 10-60 (5x’)2. (3x’)3. x’ = 10-60 x’ = 6,1.10-8 b. Hằng số cân bằng của phản ứng tạo thành floapatit từ hiđroxiapatit: Ca5(PO4)3OH + F-

Ca5(PO4)3F + OH-

Cân bằng trên là tổ hợp của hai cân bằng: Ca5(PO4)3OH(r)

5Ca2+ + 3PO43- + OH-

T1 21

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính 5Ca2+ + 3PO43- + F-

T2-1

Ca5(PO4)3F(r)

Vậy K = T1. T2-1 = 6,8.10-37 : 10-60 = 6,8.1023 Vì K quá lớn nên phản ứng xảy ra rất dễ dàng. Bài 9: Bằng dung dịch NH3, người ta có thể làm kết tủa hoàn toàn ion Al3+ trong dung dịch nước ở dạng hiđroxit, nhưng chỉ làm kết tủa được một phần ion Mg2+ trong dung dịch nước ở dạng hiđroxit. Hãy làm sáng tỏ các điều nói trên bằng phép toán cụ thể. Cho biết tích số tan của Al(OH)3 là 5.10-33, tích số tan của Mg(OH)2 là 4.10-12; hằng số phân ly bazơ của NH3 là 1,8.10-5 Trả lời: Tính hằng số cân bằng K của phản ứng kết tủa hiđroxit: 3 x -

NH3

Al3+

Al(OH)3 Al3+

NH4+

H2 O

3NH3

OH-

3OH-

Al(OH)3 + NH4+

+ H2O

KNH3 = 1,8.10-5 KS/Al(OH)3 = 5.10-33 K=

: KS/Al(OH)3

= 1,17.10-18 Tương tự như vậy đối với phản ứng: Mg2+ + 2NH3

+ 2H2O

Mg(OH)2 + 2NH4+

Phản ứng thuận nghịch, Mg2+ không kết tủa hoàn toàn dưới dạng magiê hiđroxit như Al3+. Bài 10: Dung dịch bão hòa CaCO3 trong nước có độ pH = 9,95. Hằng số axit của axit cacbonic là Ka1 = 4,5.10-7, Ka2 = 4,7.10-11 a. Hãy tính độ tan của CaCO3 trong nước và tích số tan của CaCO3 b. Hãy tính nồng độ tối đa của ion Ca2+ trong dung dịch CaCO3 với pH = 7,4; Ksp = 5,2.10-9 và [HCO3-] = 0,022M. Trả lời: CaCO3 hòa tan trong nước, ion CO32- hình thành phản ứng tiếp với nước thành ion HCO3- dẫn đến giá trị pH = 9,95. Phản ứng tiếp tục tạo thành H2CO3 không ảnh hưởng đến giá trị của pH. 22

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính a. Ta có: Ca2+

CaCO3(r)

CO32-

x CO32-

+ H2O

x–C

(1)

x–C HCO3- +

OH-

(2)

Với C = [OH-] = 10-14 : [H+] = 10-4,05, x là độ tan của CaCO3 Hằng số cân bằng của phản ứng (2) là: Kb =

= x = 1,26.10-4 mol/l Vậy độ hòa tan của CaCO3 là 1,26.10-4 mol/l Tích số tan của CaCO3 là: Ksp = x(x – C) = 1,26.10-4 . (1,26.10-4 – 10-4,05) = 4,65.10-9 mol/l b. Ta có: Ka2 = [CO32-] = Ka2. [Ca2+]max =

= 4,7.10-11.

= 2,6.10-5 mol/l

= 2.10-4 mol/l

Bài 11: Một dung dịch chứa BaCl2 0,01M và SrCl2 0,1M. Tìm khoảng pH tối ưu để tách hoàn toàn Ba2+ ra khỏi Sr2+ bằng dung dịch K2Cr2O7 1M. Cho pKs(BaCrO4) = 10-9,93; pKs(SrCrO4) = 10-4,65 Cr2O72- + H2O

2CrO42- + 2H+

K = 10-14,64

Trả lời: Các cân bằng trong dung dịch: Cr2O72- + H2O

2CrO42- + 2H+

K = 10-14,64

Ba2+ + CrO4-

BaCrO4

Ks1-1 = 109,93

Sr2+ + CrO4-

SrCrO4

Ks2-1 = 104,65

Để Ba2+ kết tủa hoàn toàn thì xem như [Ba2+] = 10-6 M 23

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính = 10-3,93

Nếu không có kết tủa SrCrO4 thì:

Nếu kết tủa hoàn toàn Ba2+ mà không kết tủa SrCrO4 thì trong dung dịch phải có: 10-3,65

10-3,93 2CrO42- + 2H+

Cr2O72- + H2O 1-

Có thể coi 1 -

K = 10-14,64

= 1 vì hằng số cân bằng K rất bé, x là [H+] cần thiết lập.

= 10-14,64 nên C =

Ta có: 10-3,65 Bài 12:

10-3,93

nên 3,39

3,67

 → Mg2+(aq) + 2 F-(aq) MgF2(r) ← 

Trong dung dịch bão hoà MgF2 ở 18°C, nồng độ của Mg2+ là 1,21.10-3 M. (a) Hãy viết biểu thức tích số tan T, và tính giá trị này ở 18°C. (b) Hãy tính nồng độ cân bằng của Mg2+ trong 1,000 lit dung dịch MgF2 bão hoà ở 18°C chứa 0,100 mol KF. (c) Hãy dự đoán kết tủa MgF2 có tạo thành không khi trộn 100,0 ml dung dịch Mg(NO3)2 3.10-3 M với 200,0 ml dung dịch NaF 2,00.10-3 M ở 18°C. Trả lời: = [Mg2+].[ F-]2

a. Biểu thức tính tích số tan:

 → Mg2+(aq) + 2F-(aq) MgF2(r) ← 

1,21.10-3M

2,42. 10-3M

Tích số tan của MgF2 ở 18°C là: = [Mg2+].[ F-]2 = 1,21.10-3.(2,42. 10-3)2 = 7,09.10-9 b. KF 0,1M

K+ + F0,1M

 → Mg2+(aq) + 2F-(aq) MgF2(r) ← 

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính Ban đầu

0,1M

Phản ứng

Cân bằng

1–x

0,1 + 2x

Vì nhiệt độ không thay đổi nên tích số tan cũng chính là hằng số cân bằng. Ta có: = 7,09.10-9

K=  x = 7,09.10-7

Vậy nồng độ cân bằng của Mg2+ trong 1,000 lit dung dịch MgF2 bão hoà ở 18°C chứa 0,100 mol KF là 7,09.10-7M. c. Nồng độ Mg2+ sau khi trộn là: Nồng độ F- sau khi trộn là:

= 10-3 = 10-3

[Mg2+].[F-]2 = 10-3.( 10-3)2 = 1,78.10-9 <

nên không có kết tủa tạo thành.

Bài 13: Một dung dịch chứa BaCl2 và SrCl2 có cùng nồng độ là 0,01 M. Câu hỏi đặt ra là liệu có thể tách hoàn toàn hai muối này ra khỏi nhau bằng cách thêm dung dịch bão hòa natri sunfat hay không. Biết điều kiện để tách hoàn toàn là ít nhất 99,9% Ba2+ đã bị kết tủa ở dạng BaSO4 và SrSO4 chiếm không quá 0,1 % khối lượng kết tủa. Biết các giá trị tích số tan như sau: TBaSO4 = 1× × 10-10 và TSrSO4 = 3× × 107

. Hãy tính nồng độ của Ba2+ còn lại trong dung dịch khi 99,9% Ba2+ đã bị kết tủa và

cho biết phương pháp này có dùng được để tách hoàn toàn hai muối ra khỏi nhau hay không? Trả lời:

[ Ba 2 + ] =

100 − 99,9 × 0,01 = 1,0.10 − 5 M 100

Sau khi 99,9% Ba2+ đã bị kết tủa thì nồng độ SO42- trong dung dịch là:

[ SO42 − ] =

TBaSO 4 [ Ba 2 + ]

1.10 −10 = 10 − 5 M −5 1,0.10

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính 3.10 −7 [ Sr ] = = = 3.10 − 2 M > 0,01 M 2− −5 [ SO4 ] 1,0.10 TSrSO 4



 Sr2+ chưa kết tủa. Vậy có thể sử dụng phương pháp này để tách hoàn toàn hai muối ra khỏi nhau. Bài 14: Có tạo kết tủa Mg(OH)2 không khi: a. Trộn 100 ml dung dịch Mg(NO3)2 1,5.10-3M với 50 ml dung dịch NaOH 3.10-5M. b. Trộn hai thể tích bằng nhau của hai dung dịch Mg(NO3)2 2.10-3M và NH3 4.10-3M. Biết rằng

= 10-11 và

= 1,8.10-5

Trả lời: a.

= 10-3 M

= 10-5 M

= Mg2+ +

2OH-

Mg(OH)2

Ta có [Mg2+].[ OH-]2 = 10-3.(10-5)2 = 10-13

= 10-11 nên vẫn chưa tạo kết

tủa Mg(OH)2 b. Sau khi trộn thể tích dung dịch tăng gấp đôi nên nồng độ mỗi chất giảm đi một nửa:

= 10-3 M,

= 2.10-3 M

Trước hết tính [OH-] trong dung dịch NH3 2.10-3 M với giả thiết là chưa xảy ra sự kết tủa Mg(OH)2 Vì Kb.Cb = 1,8.10-5.2.10-3 NH3 + H2O Ban đầu

2.10-3 M

Cân bằng

2.10-3 – x

Kb =

= 1,8.10-5

10-14 nên NH4+ + OHx

 x = 1,8095.10-4  x2 = [OH-]2 = 3,27.10-8

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính Từ đó [Mg2+].[ OH-]2 = 10-3.(3,27.10-8)2 = 3,27.10-11

= 10-11 nên có tạo

kết tủa Mg(OH)2 Bài 15: Viết phương trình hóa học của các phản ứng xảy ra để chứng tỏ BeF2 là hợp chất lưỡng tính. Trả lời: Chứng minh BeF2 là axit: 2KF + BeF2

K2[BeF4]

Chứng minh BeF2 là bazơ: BeF2 + SiF4

Be[SiF6]

Bài 16: Canxi xianamit (CaCN2) là một loại phân bón đa năng và có tác dụng tốt. Nó có thể được sản xuất rất dễ dàng từ các loại hóa chất thông thường như CaCO3. Quá trình nhiệt phân của CaCO3 cho ra một chất rắn màu trắng XA và một khí không màu XB không duy trì sự cháy. Một chất rắn màu xám XC và khí XD được hình thành bởi phản ứng khử XA với cacbon. XC và XD còn có thể bị oxi hóa để tạo thành các sản phẩm có mức oxi hóa cao hơn. Phản ứng của XC với nitơ cuối cùng cũng dẫn tới việc tạo thành CaCN2. a. Viết tất cả các phương trình phản ứng xảy ra. b. Khi thuỷ phân CaCN2 thì thu được chất gì? Viết phương trình phản ứng Trả lời: a.Các phương trình phản ứng xảy ra: 1) CaCO3

CaO + CO2

2) CaO + 3C → CaC2 + CO 3) CaC2 + N2 → CaCN2 + C Quá trình trên được gọi là quá trình Frank – Caro. Quá trình này rất quan trọng trong kỹ thuật. b.Khi thủy phân CaCN2 thu được CaCO3 và khí amoniac. CaCN2 + 3H2O → CaCO3 + 2NH3

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính Bài 17: Một học sinh điều chế dung dịch bão hòa magie hiđroxit trong nước tinh khiết tại 25oC. Trị số pH của dung dịch bão hòa được tính bằng 10,5. a. Dùng kết quả này để tính độ tan của magie hiđroxit trong nước. Phải tính độ tan theo mol.l-1 cũng như g/100ml. b. Hãy tính tích số tan của magie hiđroxit. c. Hãy tính độ tan của magie hiđroxit trong dung dịch NaOH 0,01M tại 25oC. Trả lời: a.

Mg(OH)2

Mg2+ + 2OH-

pOH = 14 – 10,5 = 3,5 [OH-] = 10-3,5 = 3,2.10-4M Tương ứng với [Mg2+] = [Mg(OH)2 điện ly] = độ tan của Mg(OH)2 = 1,6.10-4M hay 9,2.10-4 g/100ml. = [Mg2+].[OH-]2 = 1,6.10-11 M

b. c.

NaOH

Na+ +

0,01M Mg(OH)2

OH0,01M

Mg2+

2OH0,01 + 2x

= [Mg2+].[OH-]2 = x.(0,01 + 2x)2 = 1,6.10-11  x = 1,6.10-7 M Độ tan bằng 1,6.10-7 hay 9.10-7 g/100ml Bài 18: Một dung dịch chứa BaCl2 và SrCl2 đều ở nồng độ 0,01M. Khi ta thêm một dung dịch bão hòa natri sunfat vào dung dịch thì 99,9% BaCl2 sẽ kết tủa dưới dạng BaSO4 và SrSO4 chỉ có thể kết tủa nếu trong dung dịch còn dưới 0,1% BaSO4. Tích số tan của các chất được cho sau đây: TBaSO4 = 10-10 và TSrSO4 = 3.10-7 a.Viết các phương trình tạo kết tủa. b.Tính nồng độ Ba2+ còn lại trong dung dịch khi SrSO4 bắt đầu kết tủa. c.Tính %Ba2+ sau khi tách ra.

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính Trả lời: a. Các phản ứng tạo kết tủa: Ba2+ + SO42-

BaSO4

Sr2+ + SO42-

SrSO4

b. Kết tủa BaSO4 sẽ xảy ra khi [SO42-] =

= 10-8 M

Kết tủa SrSO4 sẽ xảy ra khi [SO42-] = 3.10-5 M Nếu không xảy ra các điều kiện về động học (như sự hình thành kết tủa BaSO4 là vô cùng chậm) thì BaSO4 sẽ được tạo thành trước, kết tủa sẽ có sự giảm nồng độ Ba2+. Khi nồng độ SO42- thỏa mãn yêu cầu kết tủa SrSO4 thì lúc này nồng độ còn lại của ion Ba2+ trong dung dịch có thể được tính từ công thức: = [Ba2+][SO42-] = [Ba2+].(3.10-5)2 = 10-10 [Ba2+] = 0,333.10-5 M %Ba2+ còn lại trong dung dịch =

= 0,033%

Bài 19: Xét các giá trị năng lượng ion hóa (tính theo eV) của natri và magie: 5,1; 7,6; 15,0; 47,3; 71,6; 80,1; 98,9; 109,3. Điền các giá trị này vào bảng dưới đây và giải thích. Nguyên tố

…

Trả lời: Với mỗi nguyên tố I1 < I2 < I3… Thông thường I1(Na) < I1 (Mg), trừ trường hợp của I2(Na) > I2(Mg) do Na+ đạt cấu hình bền của khí hiếm gần kề. Nguyên tố

5,1

47,3

71,6

98,9

1s22s22p63s1

1s22s22p6

1s22s22p5

1s22s22p4

1s22s22p3

7,6

15,0

80,1

109,3

1s22s22p63s2

1s22s22p63s1

1s22s22p6

1s22s22p5

1s22s22p4 29

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính Bài 20: Viết phương trình thực hiện chuyển hóa sau: Thạch cao sống

thạch cao nung

thạch cao khan

thạch cao chết

Trả lời: Thạch cao sống tồn tại ở dạng CaSO4.2H2O. Khi đun nóng đến gần 128oC thạch cao mất một phần H2O kết tinh thành hemihi đ rat 2CaSO4.H2O gọi là thạch cao nung. 2[CaSO4.2H2O]

2CaSO4.H2O + 2H2O

Khi nung trong khoảng 200 – 350oC thạch cao nung chuyển thành CaSO4 khan tan được trong nước: 2CaSO4.H2O

2CaSO4 + H2O

Khi nung đến gần 500oC, chuyển thành dạng không tan trong nước, không tương tác với nước gọi là thạch cao chết. Bài 21: Nhận xét về độ tan các muối halogenua, nitrat, sunfat, cacbonat của các kim loại nhóm IIA và cho biết yếu tố ảnh hưởng đến độ tan của các muối này là yếu tố nào? Trả lời: Các muối halogenua của kim loại kiềm thổ đều dễ tan, trừ các florua MF2 ít tan. Muối nitrat của các kim loại kiềm thổ đều dễ tan trong nước, trừ Ba(NO3)2 ít tan. Các muối cacbonat của kim loại kiềm thổ đều là chất ở dạng tinh thể, đều khó tan trong nước. Các muối Sunfat đều khó tan trong nước, trừ BeSO4 và MgSO4 dễ tan trong nước. Độ tan của các muối phụ thuộc vào 2 yếu tố: Năng lượng mạng lưới của tinh thể muối và năng lượng hiđrat hóa của cation. Năng lượng mạng lưới giảm, độ hòa tan của muối tăng (và ngược lại); năng lượng hiđrat hóa của cation giảm, độ hòa tan giảm (và ngược lại), tùy theo trường hợp mà có một yếu tố là chủ yếu. Từ CaSO4 đến BaSO4: yếu tố ảnh hưởng chính đến độ tan là năng lượng hiđrat hóa. Từ Ca2+ đến Ba2+ năng lượng hiđrat hóa giảm (từ 377 kcal/ mol ở Ca2+ đến 308 kcal/ mol ở Ba2+) nên độ tan giảm.

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính Từ CaF2 đến BaF2: yếu tố quyết định đến độ tan là năng lượng mạng lưới. Từ CaF2 đến BaF2 năng lượng mạng lưới giảm (từ 624 kcal/ mol ở CaF2 đến 566 kcal/ mol ở BaF2) nên độ tan tăng. Bài 22: Giải thích vì sao BeCl2 có cấu tạo mạch polime ở nhiệt độ thường, có cấu tạo đường thẳng ở thể hơi? Vì sao dễ tan trong benzen? Trả lời: BeCl2 có khả năng trùng hợp tạo nên cấu trúc mạch ở trạng thái rắn vì lớp vỏ hóa trị của Be còn thiếu electron. Be chỉ có 4 electron ở lớp vỏ hóa trị, có thể nhận thêm 2 cặp electron của nguyên tử Cl (liên kết cho nhận) của phân tử BeCl2 bên cạnh để vỏ hóa trị đạt cấu trúc bền của khí hiếm (quy tắc bát tử). Xung quanh mỗi nguyên tử Be có 4 nguyên tử Cl, 2 nguyên tử Cl tạo liên kết cộng hóa trị, 2 nguyên tử Cl còn lại tạo liên kết cho nhận. BeCl2 tồn tại dạng đi me ở trạng thái hơi, bị phân hủy thành monome ở 120oC. BeCl2 là hợp chất cộng hóa trị, tan tốt trong các dung môi hữu cơ. Vì vậy mà nó tan tốt trong benzen. Bài 23: Vì sao thực tế người ta thường dùng CaCl2 làm chất làm khô một số khí và một số dung môi hữu cơ như ete, benzen? Có thể dùng CaCl2 để làm khan NH3, C2H5OH, (CH3)2CO không? Trả lời: CaCl2 khan là hợp chất ở dạng tinh thể lập phương không màu, hút ẩm rất mạnh nên được dùng để làm khô các khí và một số dung môi hữu cơ như ete, benzen. Nó rất dễ tan trong nước và phát ra nhiều nhiệt. CaCl2 khan có thể kết hợp với amoniac, rượu, axeton tạo nên những sản phẩm như CaCl2.8NH3, CaCl2.3C2H5OH, CaCl2.(CH3)2CO. Do đó không thể dùng CaCl2 để làm khô những chất như NH3, C2H5OH, (CH3)2CO.

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính III.Các nguyên tố nhóm IIIA Bài 1: 1. Nhận xét sự thay đổi bán kính nguyên tử, thế ion hoá của các nguyên tố nhóm IIIA ? Giải thích sự thay đổi bất thường đó. 2.Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của nguyên tố nhóm IIIA có giá trị sau: B

Ton/c(oC)

2030

660

156

303

Tosôi (oC)

3930

2520

2230

2000

1460

Nhiệt độ sôi giảm liên tục, nhiệt độ nóng chảy thay đổi bất thường. Tại sao nhiệt độ nóng chảy rất cao ở B nhưng lại thấp ở Ga? Trả lời: 1. Bán kính nguyên tử của các nguyên tố IIIA biến đổi không theo quy luật, từ Al đến Ga giảm đột ngột còn từ Ga đến Tl thì tăng dần. Còn năng lượng ion hoá tăng từ Al đến Ga, giảm từ Ga đến In, từ In đến Tl lại tăng dẫn đến tính kim loại không tăng theo một chiều từ Al đến Tl mà thực tế từ Al đến Ga tính kim loại hơi giảm, sau đó lại tăng lên ở In và rồi lại giảm xuống ở Tl. Sỡ dĩ như vậy vì: ở Ga và In sau lớp vỏ khí hiếm còn có 10 electron phân lớp (n – 1)d, ở Tl còn có 4 electron (n – 2)f và 10 electron (n – 1)d nữa. Chính sự khác nhau này đã làm cho tính chất của các kim loại nhóm IIIA không giống nhau như kim loại kiềm và kiềm thổ. Mặt khác cũng do ảnh hưởng của các electron của phân lớp 3d10 đến Ga (sự co d) và của các electron phân lớp 4f14 đến Tl (sự co f) tính kim loại không tăng theo một chiều. 2. Tinh thể Bo có cấu tạo đặc khít. Nó bao gồm những hình hai chục mặt B12 (cứ 12 nguyên tử B tạo ra một tế bào tinh thể hai chục mặt). Liên kết giữa các nguyên tử B là liên kết cộng hoá trị, do đó B rất khó nóng chảy. Trái lại tinh thể Gali có mạng lưới phân tử, tại mắt mạng lưới là phân tử Ga2, vì vậy Gali có nhiệt độ nóng chảy thấp. Nhưng nhiệt độ bay hơi cao là do khi sôi phân tử Ga2 phải phân huỷ thành Ga nguyên tử.

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính Bài 2: 1. Sự biến thiên tính bazơ trong dãy Al(OH)3 đến Tl(OH)3. Giải thích nguyên nhân? 2. So sánh tính axit của các oxit M2O3 Trả lời: 1.Tính bazơ tăng dần từ Al(OH)3 đến Tl(OH)3 điều đó liên quan đến sự tăng kích thước và sự giảm phân cực của ion M3+ (M là Al, Ga, In, Tl) Al(OH)3

Ga(OH)3

In(OH)3

Hiđrôxit lưỡng tính Tính bazơ và tính axit gần bằng nhau

Tính bazơ mạnh

Tl(OH)3 Tính axit rất yếu

hơn tính axit

2.Tính axit của các oxit giảm dần từ B đến Tl. B2O (axit yếu) > Al2O3 > Ga2O3 > In2O3 > Tl2O3 (bazơ mạnh) (oxit lưỡng tính) Bài 3: Nhôm được sản xuất với quy mô công nghiệp bằng phương pháp điện phân nóng chảy của Al2O3 và Na3AlF6. 1. Viết phương trình phản ứng xảy ra ở mỗi điện cực trong quá trình điện phân. Nêu vai trò của criolit. 2. Tại sao không thể điều chế phân tử dung dịch muối nhôm tan trong nước bằng cách điện phân? Trả lời: 1.Nhôm oxit nóng chảy ở nhiệt độ rất cao (2050oC ) do đó yếu tố then chốt của việc sản xuất nhôm bằng phương pháp điện phân là dùng criolit nóng chảy hoà tan nhôm oxit. Khi đó chỉ cần đến gần 1000oC là đã có dung dịch điện giải dạng nóng chảy. Vỏ thép ghép liền với than chì làm thành catôt Al3+ + 3e

Al(l)

Ở anôt: 2O2-

+ 4e

Oxi tạo ra phản ứng với C tạo ra CO2 và CO 33

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính Criolit (Na3AlF6) có vai trò quan trọng nhất là làm giảm nhiệt độ nóng chảy của Al2O3 từ 2050oC xuống khoảng 900oC, ngoài ra nó còn làm tăng độ dẫn điện của hệ và tạo lớp ngăn cách giữa các sản phẩm điện phân và môi trường ngoài. Anot làm bằng than chì thì điện cực bị ăn mòn dần do chúng cháy trong oxi mới sinh: C + O2

CO2 và 2C + O2

2CO

Qua phản ứng với các điện cực thấy: Cần 3 Farađay để tạo thành 1mol Al tức là 27g Al. Vậy mỗi Faraday chỉ sản xuất được 27/3 = 9g Al. Khi điện phân MgCl2 và CaCl2 nóng chảy. Mg2+ + 2e

Ca2+ + 2e

Mỗi Faraday sản xuất được 1/2 mol Mg tức là 24/2 = 12g Mg Cũng như vậy, mỗi Faraday sản xuất được 1/2 mol Ca tức là 40/2 = 20g Ca. Nếu so sánh với việc sản xuất các kim loại nhẹ bằng phương pháp điện phân thì lượng điện năng tiêu thụ cho mỗi lượng Al lớn hơn rất nhiều so với các kim loại khác. 2.Al3+ dễ bị thuỷ phân. Al tan trong nước

E0Al3+/Al << E02H+/H2 (H2O).

Bài 4: Phèn có công thức chung X2(SO4).Y2(SO4)3.24H2O hoặc XY(SO4)2.12H2O. 1. Xác định điện tích của X và Y. Xét xem X, Y thuộc nhóm nào trong bảng HTTH. 2. Ngoài phèn nhôm hãy viết công thức cấu tạo và gọi tên một số phèn khác 3. Viết phương trình phản ứng điêù chế phèn chua khi có dung dịch KOH, Al2O3 rắn và dung dịch H2SO4.. Trả lời: 1.Trong công thức chung của phèn X2SO4, Y2(SO4)3.24H2O điện tích của X là 1+ và điện tích của Y là 3+. X thuộc nhóm IA trong bảng tuần hoàn: Li+, Na+, K+, Cs+ và NH4+ Y thuộc nhóm IIIA như Al ngoài ra còn có thêm Fe3+, Cr3+, Mn3+ 2.Phèn sắt: K2SO4.Fe2(SO4)3.24H2O 34

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính Phèn Crom: K2SO4.Cr2(SO4)3.24H2O Phèn Mangan: K2SO4.Mn2(SO4)3.24H2O 3.Các phương trình phản ứng thực hiện quá trình điều chế phèn chua K2SO4.Al2(SO4)3.24H2O 2KOH(aq) + H2SO4(aq) Al2O3 + 3H2SO4(aq)

K2SO4

+ 2H2O(l)

Al2(SO4)3(aq) + 3H2O(l)

Trộn hai dung dịch K2SO4 và Al2(SO4)3 theo tỉ lệ 1:1. Cho kết tinh tạo thành muối kép. Bài 5: 1. LiAlH4 được điều chế như thế nào? Tại sao nó nổ khi tiếp xúc với nước, còn LiBH4 hoà tan trong nước. 2. Tại sao ion Tl+ có khả năng tạo phèn như các ion kim loại kiềm? Về một số phương diện ion Tl+ lại giống Ag+. Lấy ví dụ minh hoạ. Trả lời: 1.

4LiH + AlCl3

LiAlH4 + 3LiCl

Độ bền nhiệt và hoá của anion này thay đổi phụ thuộc vào khả năng của nhóm MH3 tham gia với tính cách là chất nhận trong phản ứng. MH3

+ H+

MH4+

Trên phương diện này ta quan sát thấy thứ tự sau: B > Al > Ga BH4- bền trong nước. Khi đó muối AlH4- bị nước thuỷ phân nhanh và có tiếng nổ kèm theo. 2.Bán kính của ion Tl+ = 0,154 nm, gần với bán kính của ion K+, Rb+, và Ag+ (0,144; 0,158 và 0,127 nm tương ứng). Vì vậy về một số phương diện ion Tl+ giống với ion kim loại kiềm nhưng về một số phương diện khác lại giống Ag+. TlOH: màu vàng là bazơ mạnh nhưng khác NaOH và KOH bị mất nước khi nung giống như AgOH. Tl2SO4, Tl2CO3, TlClO4, TlCH3COO tan được trong nước nhưng ít hơn các muối kali tương ứng.

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính TiCl, TlBr, TlI không tan giống muối bạc halogenua TlCl cũng bị hoá đen ngoài ánh sáng giống AgCl. Bài 6: Trong dung dịch nước, axit boric là một axit yếu (pKa = 9,25): B(OH)3

[B(OH)4]-

H2O

H 3 O+

a. Hãy vẽ cấu trúc của B(OH)3 và [B(OH)4]b. Hãy cho ví dụ chứng minh tính axit của B(OH)3 c. Có thể viết công thức của axit boric là H3BO3. Hãy so sánh tính axit của H3BO3 và H3PO3. Trả lời: a. B(OH)3 có cấu trúc tam giác phẳng (B có lai hóa sp2), còn [B(OH)4]- có cấu tạo tứ diện (B có lai hóa sp3) b. Trong dung dịch nước, B(OH)3 không phân li ra H+ mà nó kết hợp thêm 1 nhóm OH- của H2O, tạo thành [B(OH)4]- và giải phóng H+, nó là 1 axit Bronsted. Các phản ứng thể hiện tính axit của B(OH)3 là phản ứng của nó với rượu tạo thành este, với dung dịch NaOH tạo thành muối borat. c. Khác với H3BO3, H3PO3 có cấu trúc tứ diện. Do chỉ có 2 trong 3 nguyên tử H liên kết với P qua O nên nó gọi là axit 2 nấc. Sự có mặt của liên kết đôi P=O làm liên kết O – H phân cực hơn (O có độ âm điện lớn hơn P), vì vậy H3PO3 có tính axit mạnh hơn H3BO3. H3PO3 là axit 2 nấc có độ mạnh trung bình. Trong dung dịch nước, H3PO3 phân li cho ra ion H+: + H2O

H2PO3- + H3O+ , Ka1 = 3.10-2

H2PO3- + H2O

HPO32- + H3O+ , Ka2 = 2.10-7

H3PO3

Trong khi đó tính axit của H3BO3 được quyết định do sự thiếu electron (trong H3BO3, nguyên tử B mới đạt lớp vỏ 6e). Nó kết hợp thêm 1 nhóm OH- để đạt lớp vỏ 8 electron. Do đó H3BO3 chỉ là axit đơn chức. Bài 7: Nhôm florua hầu như không tan trong HF khan, nhưng lại dễ dàng tan khi có mặt NaF. Khi thêm BF3 vào dung dịch này lại tách ra kết tủa AlF3. Hãy viết các phương trình phản ứng xảy ra và giải thích. 36

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính Trả lời: AlF3 + 3NaF

Na3[AlF6]

Na3[AlF6] + 3BF3

AlF3 + 3NaBF4

Phản ứng trên xảy ra do có khả năng tạo phức của Al3+ với F- kém hơn so với B3+. Do quá trình này tương tự như hòa tan Al(OH)3 trong NaOH, sau đó thêm vào dung dịch này một axit yếu, ví dụ như sục CO2 vào dung dịch, thì lại tạo thành kết tủa Al(OH)3. Bài 8: 1. Tại sao bo triclorua tồn tại dạng monome (BCl3) trong khi nhôm triclorua lại tồn tại dạng dime (Al2Cl6)? 2. Tại sao AlCl3 ở trạng thái rắn dẫn điện tốt hơn ở trạng thái nóng chảy? Trả lời: 1.* BCl3: B có 3 electron hóa trị. Khi tạo thành liên kết với 3 nguyên tử Cl, ở nguyên tử B chỉ có 6 electron, phân tử không bền. Để có bát tử nguyên tử B sử dụng 1 obitan p không lai hóa để tạo liên kết

với 1 trong 3 nguyên tử Cl. Kết quả là tạo thành phân tử

BCl3 có dạng tam giác đều. * AlCl3: AlCl3 cũng thiếu electron như BCl3, nhưng Al không có khả năng tạo liên kết kiểu

như B. Để có đủ bát tử, 1 trong 4 obitan lai hóa sp3 của nguyên tử Al nhận 1

cặp electron không liên kết từ 1 nguyên tử Cl ở phân tử AlCl3 bên cạnh. Phân tử AlCl3 này cũng xử sự như vậy. Kết quả tạo thành một đime. 2.Ở trạng thái rắn, AlCl3 dẫn điện tốt do có cấu trúc ion, ở trạng thái nóng chảy đã chuyển từ cấu trúc ion sang cấu trúc phân tử dạng dime do đó độ dẫn điện giảm. Bài 9: 1. Phèn là gì? Phèn chua là chất gì? 2.Giải thích câu ca dao: “Anh đứng bắc bậc làm cao, phèn chua em đánh nước nào cũng trong”. 3.Nêu công dụng của phèn và nêu cơ sở khoa học của những ứng dụng đó.

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính Trả lời: 1.Phèn là loại muối kép có công thức chung là M2ISO4.M2II(SO4)3.24H2O trong đó MI là các kim loại Na, K, Rb, Cs, Tl, NH4+. MII là các kim loại Ti, V; Cr, Mn, Fe, Co; Al, Ga, In; Rh, Ir. Trừ Li không có khả năng tạo phèn vì ion Li+ có thể tích quá bé nên không bảo đảm tính bền của mạng tinh thể. Phèn chua là muối sunfat kép của nhôm và kali. Ở dạng tinh thể ngậm 24 phân tử H2O nên có công thức hoá học là K2SO4.Al2(SO4)3.24H2O. 2. Phèn chua không độc, có vị chát chua, ít tan trong nước lạnh nhưng tanrất nhiều trong nước nóng nên rất dễ tinh chế bằng kết tinh lại trong nước. Cũng do tạo ra kết tủa Al(OH)3 khi khuấy phèn vào nước đã dính kếtcác hạt đất nhỏ lơ lửng trong nước đục thành hạt đất to hơn, nặng và chìm xuống làm trong nước. Phèn chua rất cần cho việc xử lí nước đục ở các vùng lũ để có nước trong dùng cho tắm, giặt. 3. Công dụng của phèn: Phèn được dùng rộng rãi trong công nghiệp nhuộm vải, dùng làm chất cắn màu; trong công nghệ thuộc trắng da; trong công nghệ hồ giấy; làm trong nước. Trong y khoa, dùng làm chất sát trùng, nhỏ mắt, bôi họng, cầm máu chân răng... Bài 10: 1.Nhờ đặc điểm cấu tạo nào mà Al2O3 có sinh nhiệt lớn, có nhiệt độ nóng chảy cao (2050oC), có độ cứng lớn? 2. Dựa vào khả năng nào của AlCl3 người ta thường dùng chất này để làm chất xúc tác trong tổng hợp hữu cơ? Trả lời: 1. Vì ion Al3+ có điện tích lớn (3+) và bán kính ion nhỏ (0,048 nm) bằng ½ bán kính ion Na+ hoặc bằng 2/3 bán kính ion Mg2+ nên lực hút giữa ion Al3+ và O2- là rất mạnh, tạo ra liên kết rất bền vững. Do cấu trúc này mà Al2O3 có sinh nhiệt lớn, có nhiệt độ nóng chảy cao và độ cứng lớn. 2. AlCl3 khi hòa tan vào một số dung môi hoặc khi bay hơi ở nhiệt độ không quá cao thì tồn tại ở dạng đime. AlCl3 cho phép phản ứng xảy ra ở nhiệt độ thấp, dễ chế tạo, các chất 38

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính hữu cơ chuyển hóa nhanh hơn. Trong môi trường nước, AlCl3 kết hợp với nước cho proton H+. AlCl3 + H2O

[AlCl3OH]- + H+

Bài 11: 1. Corundum là gì? Ứng dụng của corundum? Corundum có thể tan được trong các chất sau đây không? H2O, HCl, NaOH, Na2CO3, K2S2O7. Nếu có, phản ứng sẽ xảy ra trong điều kiện nào? 2. Alumogen là gì? Ứng dụng của alumogen? Trả lời: 1. Corundum là Al2O3 ở dạng tinh thể có trong tự nhiên. Rất trơ, không tan trong nước, trong axit, trong kiềm. Tan được trong NaOH nóng chảy với Na2CO3, K2S2O7 ở nhiệt độ cao (1000oC) Al2O3 + NaOH (nc)

NaAlO2 + H2O

Al2O3 + Na2CO3

2NaAlO2 + H2O

Al2O3 + 3 K2S2O7

Al2(SO4)3 + 3 K2SO4

2. Alumogen là dạng thù hình

của Al2O3 được điều chế khi khử nước của

Al(OH)3.nH2O ở 550oC; dùng làm chất hấp thụ bề mặt silicagen. Bài 12: 1. Trong hai muối Nhôm clorua và Indi clorua, muối nào dễ bị thủy phân hơn? 2. Muối nào có độ thủy phân cao hơn: TlNO3 hay Tl(NO3)3? 3. Tại sao ion Tl+ lại có khả năng tạo phèn như các ion kim loại kiềm? 4. Tính chất của các muối, các hợp chất hóa trị một của Ga, In và Tl. Trả lời: 1. Muối kim loại yếu hơn dễ bị thủy phân hơn. Cùng một kim loại, ion kim loại với mức oxi hóa cao hơn dễ bị thủy phân hơn. 2. Tl(NO3)3 dễ thủy phân hơn. 3. Vì bán kính của ion Tl+ tương tự bán kính của các ion kim loại kiềm nên dễ kết tinh tạo phèn. 39

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính 4. Tính chất khử là chủ yếu. Các hợp chất Ga(I), In(I) đều là chất khử mạnh. Tl(I) có tính khử kém hơn, chỉ chuyển thành Tl(III) khi tác dụng với chất oxi hóa mạnh. Như vậy hợp chất Tl3+ ít bền hơn, còn hợp chất Tl+ lại bền hơn. Bài 13: 1. Nêu một số dẫn chứng để minh họa: a. Al và Be có tính chất giống nhau. b. Al và B có tính chất không giống nhau. c. B và Si có tính chất giống nhau. 2. Nguyên nhân nào gây ra sự khác nhau về tính chất giữa B và Al mặc dù hai nguyên tố cùng chung nhóm IIIA? Trả lời: 1. a. Mặc dù Be và Al ở 2 nhóm khác nhau nhưng 2 nguyên tố này có những tính chất giống nhau, thể hiện ở tính chất của đơn chất, hợp chất oxit, hiđroxit đều có khả năng tác dụng với axit và kiềm. Be + 2H3O+ + 2H2O

[Be(OH2)4]2- + H2

2Al + 6H3O+ + 6H2O

2[Al(OH2)6]3+ + 3H2

Be + 2OH- + 2H2O

[Be(OH2)4]2- + H2

2Al + 6OH- + 6H2O

2[Al(OH2)6]3+ + 3H2

BeO + 2H3O+ + H2O

[Be(OH2)4]2+

Al2O3 + 6H3O+ + 26 H2O

2[Al(OH2)6]3+

Với hiđroxit Be(OH)2, Al(OH)3 phản ứng xảy ra tương tự. b.Mặc dù ở cùng nhóm A nhưng nhiều tính chất của B và Al lại không giống nhau như: - Nhôm dễ tạo ra cation Al3+, bo lại không tạo ra cation B3+ trong dung dịch nên không xác định được thế điện cực của B. - B là phi kim còn Al là kim loại hoạt động, oxit và hiđroxit của B đều có tính axit, của Al có tính bazơ. 40

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính - Các hỗn hợp của B là hợp chất cộng hóa trị, đa số hợp chất của nhôm có đặc tính ion. c.Về nhiều mặt, B có những tính chất giống Si hơn là giống Al, chẳng hạn các oxit B2O3 và SiO2 đều tan trong kiềm, các halogenua của B và Si đều bị thủy phân, các hợp chất boran và silan đều là chất dễ bay hơi và tự bốc cháy trong khi hợp chất hiđrua của nhôm lại là polime. 2. Sự biến đổi đột ngột về kích thước nguyên tử từ 0,83 Å ở B đến 1,26 Å ở Al đã gây ra tính chất khác biệt giữa Al và B. Mặt khác, năng lượng hi đ rat hóa của ion Al3+ lại khá lớn nên khuynh hướng tạo thành ion Al3+ xảy ra dễ dàng hơn. Bài 14: 1. Phương pháp nhiệt nhôm là gì? 2. Hỗn hợp tecmit là gì? 3. Nhôm có thể khử được oxit kim loại nào bằng phương pháp nhiệt nhôm? Trả lời: 1. Phương pháp nhiệt nhôm là phương pháp dùng nhôm để khử các oxit kim loại khó nóng chảy ở nhiệt độ cao tạo thành kim loại. 2. Tecmit là hỗn hợp gồm bột mịn Al và oxit sắt từ Fe3O4, sau khi đốt cháy bằng mồi lửa phản ứng tự xảy ra và nhiệt phát ra rất lớn, ở nhiệt độ đó sắt sẽ chảy lỏng. 3. Về nguyên tắc, nhôm chỉ khử được những oxit kim loại nào kém bền hơn nhôm oxit, tức là nhiệt tạo thành oxit đó thấp hơn 65,55 kcal/đlg (nhiệt tạo thành Al2O3). Ví dụ có thể khử được Fe2O3 (nhiệt tạo thành 32,53 kcal/ đlg) nhưng không khử được La2O3 (nhiệt tạo thành 76,17 kcal/đlg). Bài 15: Có 5 lọ được đánh số, mỗi lọ chứa một trong các dung dịch sau: natri sunfat, canxi axetat, nhôm sunfat, natri hidroxit, bari clorua. Cho biết hóa chất nào trong từng lọ đã đánh số nếu: Rót dung dịch từ lọ (4) vào lọ (3) có kết tủa trắng. Rót dung dịch từ lọ (2) vào lọ (1) có kết tủa keo, tiếp tục rót thêm thì kết tủa đó bị tan. 41

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính Rót dung dịch từ lọ (4) vào lọ (5), ban đầu chưa có kết tủa, rót thêm thì có lượng nhỏ kết tủa xuất hiện. Viết phương trình phản ứng minh họa. Trả lời: Lọ (2) chứa NaOH, lọ (1) chứa Al2(SO4)3 vì: Lúc đầu: 6NaOH + Al2(SO4)3 Rót thêm: Al(OH)3 + NaOH

2Al(OH)3 + 3Na2SO4 NaAlO2 + 2H2O

Lọ (4) chứa Na2SO4, lọ (5) chứa Ca(CH3COO)2, lọ (3) chứa BaCl2 Na2SO4 + BaCl2

2NaCl + BaSO4

Na2SO4 + Ca(CH3COO)2

2CH3COONa + CaSO4

Bài 16: 1. Từ dung dịch Ba(AlO2)2 hãy viết các phương trình hóa học điều chế 2 kim loại riêng biệt? (ghi các điều kiện của phản ứng) 2. Viết các phương trình phản ứng điều chế nhôm hiđroxit từ các chất sau (ghi các điều kiện của phản ứng) a. Các dung dịch nhôm clorua và bari hiđroxit b. Các dung dịch natri aluminat và axit sunfuric c. Các dung dịch nhôm sunfat và amoniac d. Dung dịch bari aluminat và khí cacbonic e. Các dung dịch kali aluminat và amoni clorua. Trả lời: 1. Ba(AlO2)2 + 2HCl + 2H2O 2Al(OH)3

Al2O3 + 3H2O

2Al2O3 BaCl2

4Al + 3O2 Ba + Cl2

2. a. 2AlCl3 + 3Ba(OH)2 b. 2NaAlO2

2Al(OH)3 + BaCl2

2Al(OH)3 + 3BaCl2

H2SO4(vừa đủ) + 2H2O

2Al(OH)3 + Na2SO4 42

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính c. Al2(SO4)3 + 6NH3 + 6H2O

2Al(OH)3 + 3(NH4)2SO4

d. Ba(AlO2)2 + 2CO2 + 4H2O

2Al(OH)3 + Ba(HCO3)2

e. KAlO2 + NH4Cl + H2O

Al(OH)3 + NH3 + KCl

Bài 17: 1. Phản ứng xảy ra như thế nào khi cho nhôm clorua khan tác dụng với amoniac? Giải thích? 2. Giải thích tại sao khi cho dung dịch nhôm clorua tác dụng với tinh thể kali cacbonat lại có khí CO2 thoát ra? Trả lời: 1. Nhôm clorua khan hút ẩm rất mạnh, bốc khói trong không khí ẩm do bị thủy phân: AlCl3

+ 3H2O

Al(OH)3 + 3HCl

Khói đó chính là hiđroclorua ẩm. Nhôm clorua khan tác dụng với NH3 khô tạo ra [Al(NH3)6]Cl3 là chất bột màu trắng nhưng khi tác dụng với NH3 trong không khí ẩm tạo ra NH4Cl bốc khói trong không khí. NH3 + HCl

NH4Cl

2. Có các cân bằng thủy phân sau: Al3+ + H2O

Al(OH)2+ + H+

CO32- + H2O

HCO3- + OH-

H+ + OH-

H2 O

Do tạo ra nước nên quá trình thủy phân ion Al3+ và ion CO32- được tăng cường nên tạo ta Al(OH)3 và khí CO2: 2AlCl3 + 3K2CO3 + 3H2O

2Al(OH)3 + 3CO2 + 6KCl

Bài 18: Khối lượng riêng nhôm clorua khan được đo ở 200oC, 600oC, 800oC dưới áp suất khí quyển lần lượt là: 6,9; 2,7; 1,5 g/l. a. Tính khối lượng phân tử của nhôm clorua khan ở mỗi nhiệt độ nêu trên (hằng số khí R= 0,082) 43

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính b. Viết công thức phân tử và công thức cấu tạo của hơi nhôm clorua ở 200oC, 800oC. c.

Nêu phương pháp điều chế nhôm clorua khan rắn trong phòng thí nghiệm. Cần chú ý tính chất nào của AlCl3 khi thực hiện phản ứng điều chế ? Trả lời:

a. Thể tích 1 mol khí (n=1) ở các nhiệt độ 200, 600, 800oC V473K = 0,082 x 473 = 38,78lit V873K = 0,082 x 873 = 71,58lit V1073K = 0,082 x 1073 = 87,98lit Khối lượng mol phân tử của nhôm clorua khan ở các nhiệt độ đã cho là : = 37,78 x 6,9 = 267,62 (g) = 71,58 x 2,7= 193,28 (g) = 87,98 x 1,5= 131,87 (g) b. Công thức phân tử và công thức cấu tạo : *Tại 200oC. Khối lượng phân tử của AlCl3 = 133,5  (AlCl3 )n = 267,62  n = 2  CTPT : Al2Cl6

CTCT: Do có liên kết phối trí, lớp vỏ e ngoài cùng

Cl Al

của nhôm đạt tới bát tử bền vững. CTPT : AlCl3 CTCT : * Tại 800oC.

( AlCl3 ) = 131,97.  n = 1 c. Phương trình phản ứng:

t 2Al + 3Cl2 → 2AlCl3

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính AlCl3 là một chất thăng hoa ở 183oC, dễ bốc khói trong không khí ẩm : AlCl3 + 3H2O  Al(OH)3 + 3HCl Bài 19: Ion Al3+ trong nước là một axit yếu: Al3+ + H2O

Al(OH)2+ + H+

Ka = 1,0.10-5

1. Tính pH của dung dịch AlCl3 1/30M 2. Tính nồng độ ban đầu của Al3+ và pH khi bắt đầu xuất hiện kết tủa Al(OH)3? Biết tích số tan của Al(OH)3 là 10-32,5. Trả lời: 1. Al3+ CB

+ H2O

Al(OH)2+ +

(1/30-x)

H+

Ka = 1,0.10-5

= 1,0.10-5

Suy ra Ka =

Vậy x = [H+] = 10-3,24 Do đó pH = 3,24 2. Al3+ + CB Ka =

H2O

Al(OH)2+ +

(c - x)

H+

Ka = 1,0.10-5

= 1,0.10-5

Suy ra [Al3+] = (c – x ) = x2.Ka-1

(1)

Khi bắt đầu kết tủa Al(OH)3 thì [Al3+] =

(2)

Mặt khác [OH-]3 = (10-14/x)3 = 10-42/x3 (3) Từ (2) và (3) ta có [Al3+] = 109,5.x3 (4) Từ (1) và (4) ta có x2.Ka-1 = 109,5.x3 Do đó x = [H+] = 10-4,5 Vậy pH = 4,5 [Al3+] = 109,5.x3 = 10-4 M Vậy

= [Al3+] + x = 10-4 + 10-4,5 = 1,316.10-4 M 45

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính Bài 20: Một vài tính chất của một hợp chất vô cơ chưa biết A được liệt kê dưới đây: A là một chất rắn màu trắng hơi vàng, dễ chảy rữa và thăng hoa khi đun nóng. A có khối lượng phân tử là 266. • A phản ứng mãnh liệt với nước để cho dung dịch B. • Khi một dung dịch hỗn hợp gồm NH4OH và NH4Cl được thêm vào dung dịch B thì nhận được kết tủa keo màu trắng. • Một mẫu dung dịch B phản ứng với dung dịch hỗn hợp nitric axit và bạc nitrat cho kết tủa vón cục màu trắng C. Kết tủa trắng này nhanh chóng tan đi khi thêm vào dung dịch NH4OH mặc dù khi ta cho dư NH4OH thì lại xuất hiện kết tủa trắng D. • Kết tủa D được lọc và hoà tan trong NaOH thu được dung dịch trong suốt E. • Khi cho khí CO2 lội qua dung dịch E thì lại sinh ra kết tủa D. • Chất A hoà tan không điện ly trong ete không lẫn nước. Khi dung dịch này phản ứng với LiH thì sẽ tạo thành sản phẩm F. Nếu dùng dư LiH thì F sẽ chuyển thành G. a. Xác định chất A. b. Xác định các chất từ B đến G và viết tất cả các phương trình phản ứng xảy ra. Trả lời: a. Trong bước thứ ba của phép phân tích ta thu được kết tủa trắng keo, điều này chứng tỏ rằng dung dịch B có chứa Al3+ và dung dịch B cũng tạo kết tủa trắng với AgNO3, kết tủa này tan đi khi ta thêm NH4OH vào chứng tỏ rằng dung dịch B có chứa Cl-. Vậy chất A sẽ là Al2Cl6 (MA = 266). b. Các phản ứng xảy ra: Al2Cl6 + 12H2O 6AgNO3 + 6ClAgCl + 2NH4OH Al3+ + 3NH4OH Al(OH)3

+ NaOH

2[Al(H2O)6]3+ + 6Cl6AgCl + 6NO3[Ag(NH3)2]Cl + H2O Al(OH)3 + 3NH4+ Na[Al(OH)4] 46

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính [Al(OH)4]- + CO2 Al2Cl6 + LiH

Al(OH)3 + HCO3-

(AlH3)n + LiHdư

LiAlH4

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính IV.Các nguyên tố nhóm IVA Bài 1: 1.Vì sao có thể tạo ra dung dịch rắn giữa Si và Ge mà không tạo ra dung dịch rắn giữa Si và Pb? 2. Tại sao Sn tạo thành hợp chất hoá trị (II) dễ hơn Si? Trả lời: 1.Ge và Si có cấu trúc tương tự nhau (cấu trúc tinh thể kim cương); rGe = 1,39 Å , rSi = 1,34 Å nên có thể hoà tan vô hạn vào nhau. Nguyên tử Si có thể thay thế Ge trong mạng lưới tinh thể và ngược lại nên chúng có thể tạo ra được chất rắn. Còn Si và Pb hai nguyên tố này có cấu trúc mạng tinh thể khác nhau. Si cấu trúc tinh thể kim cương (rSi = 1,34 Å ). Pb có cấu trúc mạng lập phương tâm diện (rPb =1,74 Å). 2.Vì hợp chất hoá trị II của Si không bền về mặt nhiệt động nên Sn tạo thành hợp chất hóa trị (II) dễ hơn Si. Bài 2: 1. Tại sao từ Ge đến Sn nhiệt độ nóng chảy lại giảm đột ngột. 2. Tại sao Sn, Pb mềm nhưng Ge lại cứng? Trả lời: 1. Ge có cấu tạo mạng tinh thể giống với kim cương (tinh thể nguyên tử). Vì thế Ge có nhiệt độ nóng chảy, độ cứng cao hơn so với các kim loại khác trong nhóm. Còn Sn, Pb có cấu trúc tinh thể kim loại (cấu trúc lập phương tâm diện nên bền) nên nhiệt độ nóng chảy thấp hơn. Vì vậy nhiệt độ nóng chảy giảm đột ngột từ Ge đến Sn. 2. Cũng chính vì sự khác nhau về kiểu mạng tinh thể của các kim loại mà quyết định đến độ cứng khác nhau. Pb rất dễ dát mỏng thành lớp (độ cứng của Sn và Pb là 1,5) Bài 3: Xét xem các phương trình phản ứng sau có xảy ra không? Nếu có hãy viết phương trình phản ứng. a. Ge + HCl b. Sn + HCl 48

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính c. Pb + HClđ d. Ge + HNO3đ,n e. Sn + HNO3loãng f. Pb + HNO3loãng g. Sn + NaOHđ,n + H2O Trả lời: a.

Ge + HCl

Không phản ứng

Sn + 2HCl

SnCl2

Pb + 2HClđ

PbCl2 + H2

2HCl + PbCl2

H2PbCl4

d. Ge + 4HNO3đ,n

+ H2

GeO2 + 4NO2 + 2H2O

3Sn + 16HNO3loãng

3Sn(NO3)4 + 4NO + 8H2O

3Pb + 8HNO3loãng

Sn + 2NaOHđ,n + 2H2O

3Pb(NO3)2 + 2NO + 4H2O Na2[Sn(OH)4] + H2

Bài 4: 1. Viết phương trình phản ứng điều chế PbO và PbO2 2. PbO2 là một chất oxi hoá mạnh. Lấy ví dụ minh hoạ Trả lời: 1. *Điều chế PbO: Pb(OH)2 PbCO3 2Pb(NO3)2

PbO + H2O PbO + CO2 2PbO + 4NO2 + O2

*Điều chế PbO2: Không điều chế trực tiếp từ Pb và O2 Pb(CH3COO)2 + CaOCl2 + H2O PbO + NaOCl

PbO2 + CaCl2 + 2CH3COOH

PbO2 + NaCl 49

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính Pb(CH3COO)2 + Cl2 + 2Na2CO3

PbO2 + 2CH3COONa + 2CO2 + 2NaCl

2.PbO2 là chất oxihoá mạnh: PbO2 + 4HCl(đăc)

PbCl2 + Cl2 + 2H2O

3PbO2 + 6HNO3+ 2MnSO4

2HMnO4 + 3Pb(NO3)2 + 2PbSO4 + 2H2O

-Oxi hoá SO2 hoặc S trong không khí tạo ra PbSO4 PbO2

SO2

PbSO4

PbO2

S +

PbSO4

-Khi đun nóng với H2SO4đ giải phóng O2 2PbO2 + 2H2SO4đ

2PbSO4 + 2H2O + O2

Bài 5: 1. Nêu quy luật biến đổi tính bazơ từ Ga(OH)2 đến Pb(OH)2 2. Các hiđroxit X(OH)2 đều lưỡng tính. Viết phương trình minh hoạ. 3. Nêu phương pháp điều chế Ge(OH)2, Sn(OH)2, Pb(OH)2 Trả lời: 1.Từ Ge(OH)2 , Sn(OH)2 , Pb(OH)2 tính bazơ tăng dần 2. Các hiđroxit X(OH)2 đều lưỡng tính: X(OH)2 + 2KOH

K2[X(OH)4]

X(OH)2 + 2HCl

XCl2 + 2H2O

3. Các hiđroxit X(OH)2 (X là Ge, S, Pb) được điều chế bằng cách cho muối X2+ của các kim loại trên tác dụng với dung dịch kiềm: X2+ + 2OH-

X(OH)2

Pb(NO3)2 + 2NH3 + 2H2O

Pb(OH)2

+ 2NH4NO3

Bài 6: 1. GeX2 và SnX2 là chất khử mạnh. Lấy ví dụ minh họa. 2. Tại sao đihalogennua của kim loại nhóm IVA có khả năng tan được trong axit halogenhiđric và trong muối halogen của kim loại kiềm.

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính Trả lời: 1.SnCl2 không màu tác dụng chậm với oxi không khí biến thành thiếc oxi clorua màu vàng. 2SnCl2 + O2

2SnOCl2

Khi đun nóng: 2SnCl2 + O2

SnO2 + SnCl4

Trong dung dịch SnCl2 cũng bị oxi hoá bởi oxi không khí. 3SnCl2 + 1/2O2 + H2O

SnCl4 + 2Sn(OH)Cl

GeCl2 dễ bị oxi hoá, nhanh chóng bị clo chuyển thành GeCl4 2GeCl2 + O2 GeCl2 + Cl2

GeO2

+ GeCl4

GeCl4

2.Các đihalogen của kim loại nhóm IVA có khả năng tan được trong axit halogenhiđric và trong muối halogen của kim loại kiềm vì chúng có khuynh hướng tạo thành phức chất [MX3]- và [MX4]2PbI2 + 2KI

K2[PbI4]

SnF2 + KF

K[SnF3]

Bài 7: 1. Bằng phản ứng nào có thể tách SnS ra khỏi PbS 2. Viết phương trình phản ứng khi cho “vàng giả” tác dụng với dung dịch kiềm và dung dịch HNO3 3. PbS, SnS tan được trong axit nào? Trả lời: 1.

Hoà tan hỗn hợp trên vào amonipolisunfua thì SnS dị hoà tan còn PbS không bị hoà tan: SnS + (NH4)2S2

SnS2

+ (NH4)2S

SnS2 + (NH4)2S

(NH4)2SnS3

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính 2.

SnS2 vàng giả.

3SnS2 + 6KOH

2K2SnS3 + K2[Sn(OH)6]

3SnS2 + HNO3

3SnO2 + 6S + 4NO + 2H2O

Tan trong HNO3 và HCl đậm đặc. 3PbS + 8HNO3 PbS + 2HCl SnS + 2HCl

3PbSO4 + 8NO + 4H2O PbCl2 + H2S SnCl2 + H2S

3SnS + 8HNO3

3SnSO4 + 8NO + 4H2O

Bài 8: PbO là một oxit lưỡng tính. Khi hòa tan vào nước xảy ra các cân bằng:  → Pb2+(aq) + 2 OH- (aq) PbO (r) + H2O ← 

T = 8,0.10-16

 → Pb(OH)3- (aq) + H3O+ (aq) PbO (r) + 2 H2O ← 

Ka = 1,0.10-15

(a) Hãy tính giá trị pH của dung dịch tại đó dung dịch Pb2+ 1,00.10-2 M bắt đầu có kết tủa PbO xuất hiện? (b) Từ giá trị pH tính được ở phần (a), người ta tăng pH của dung dịch đến một giá trị nhất định thì kết tủa bắt đầu tan hoàn toàn. Hãy tính giá trị pH này? (c) Hãy viết biểu thức tính độ tan của PbO. (d) Độ tan của PbO đạt giá trị cực tiểu tại pH =9,40. Hãy tính nồng độ của các cấu tử và độ tan của PbO tại giá trị pH này. (e) Hãy tính khoảng pH tại đó độ tan của PbO nhỏ hơn 1,0.10-3 M. Trả lời: [Pb2+][OH-]2 = 8.10-16;

a. 

[OH-] = 2,83.10-7 

pH = 7,45;

[Pb(OH)3-][H3O+] = 1.10-15

b. 

[H3O+]= 1.10-13



pH = 13;

S = [Pb2+] + [Pb(OH)3-];

[Pb2+]= 8.10-16/ [OH-]2 = 1,27.10-6M; [Pb(OH)3-] = 10-15/ [H3O+]= 2,51.10-6 M;  S = 3,78.10-6M; 52

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính Mở rộng: chứng minh rằng Smin tại giá trị pH = 9,40;

8.10-16 10−15 10−15 12 + 2 S = [Pb ] + [Pb(OH) ] = + = 8.10 [ H ] + + [OH - ]2 [ H + ] [H ] 2+



10−15 S ' = 16.10 [ H ] − + 2 = 0 [H ]



[H+]= 3,97.10-10 (pH = 9,40);

S = 8.1012 [ H + ]2 +



8.1012[ H + ]3 − 10−3[ H + ] − 10−15 = 0



[H+]1 = 1,12.10-8; pH1 = 7,95;

10−15 = 10−3 + [H ]

[H+]2 = 1,0.10-12; pH2 = 12,00; 7,95 ≤ pH ≤ 12,00)



Bài 9: Hãy giải thích tại sao PbI2 (chất rắn màu vàng) tan dễ dàng trong nước nóng và khi để nguội lại kết tủa dưới dạng kim tuyến óng ánh ? Trả lời: PbI2 dễ tan trong nước nóng vì quá trình hòa tan PbI2 thu nhiệt lớn: PbI2

Pb2+ + 2I-

∆H

Còn khi để nguội thì xảy ra quá trình ngược lại, tỏa nhiệt ( ∆ H < 0). Vì quá trình nguôi từ từ, số mầm kết tinh ít, nên tinh thể được tạo thành dễ dàng. Nếu làm nguội nhanh sẽ thu được dạng bột vàng PbI2. Bài 10: 1. Viết phương trình phản ứng điều chế Amoni stanat từ SnCl2. Khi axit hóa dung dịch có chứa amoni stanat có hiện tượng gì? 2. “Vàng giả” là gì? Phương pháp điều chế “vàng giả”. 3. Viết phương trình phản ứng khi cho “vàng giả” tác dụng với dung dịch HNO3. 4. PbS, SnS tan trong những axit nào?

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính Trả lời: 1.

Phản ứng điều chế Amoni stanat: SnCl2

H2S

SnS + 2HCl

SnS

(NH4)2S2

(NH4)2SnS3

Khi axit hóa dung dịch có chứa amoni stanat thì tạo ra kết tủa có màu vàng là SnS2 và có khí mùi trứng thối thoát ra là H2S. SnS322.

2H+

SnS2

+ H2S

“Vàng giả” có công thức là SnS2, là những vảy vàng trong suốt, lấp lánh màu và mềm như than chì. Khi đun nóng biến thành nàu đỏ thẫm, khi làm lạnh trở lại màu vàng ban đầu, khi đun nóng rất mạnh bị phân hủy thành SnS và S: SnS2

SnS

+ S

“Vàng giả” được điều chế bằng cách đun nóng dần đến khoảng 300oC một hỗn hợp gồm hỗn hống Sn – Hg với lưu huỳnh hoa và NH4Cl. 3.

“Vàng giả” là SnS2 tan được trong kiềm và trong axit: SnS2

+ 16 HNO3 (đặc)

SnS2

+ 6KOH

H2SnO3 + 2H2SO4 + 16NO2 + 5H2O

2K2SnS2

K2[Sn(OH)6]

PbS và Sn không tan trong những dung dịch axit loãng, tan trong dung dịch HNO3 và HCl đậm đặc.

Bài 11: 1. Tại sao độ bền của các hợp chất ứng với số oxi hóa +4 trong dãy từ Ge đến Pb lại giảm? Giải thích. 2. Từ kết luận trên hãy so sánh tính oxi hóa của dãy GeO2 – SnO2 – PbO2 và tính khử của các chất trong dãy GeCl2 – SnCl2 – PbCl2 Trả lời: 1. Cũng như các nguyên tố khác thuộc họ p, trong phân nhóm Ge khi số thứ tự nguyên tử tăng lên thì các obitan d và f có ảnh hưởng lớn đến việc hình thành liên kết hóa học. Nói cách khác, khi chuyển từ Ge đến Pb tính trơ của các electron ns2 54

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính tăng lên, vai trò tham gia vào việc hình thành liên kết của các elctron ns2 giảm xuống, vì vậy trong dãy đó có khuynh hướng cho mức oxi hóa +4 giảm xuống và khuynh hướng tạo ra mức oxi hóa + 2 tăng lên. 2. Ví dụ: PbO2 là chất oxi hóa mạnh, nhưng tính oxi hóa của GeO2, SnO2 là không đặc trưng; GeCl2, SnCl2 là chất khử mạnh, GeCl2 phản ứng ngay tức khắc với Clo, SnCl2 phản ứng nhanh ở nhiệt độ thường nhưng PbCl2 không phản ứng với Clo ở nhiệt độ đó. Bài 12: 1. Tại sao Sn và Pb lại mềm nhưng Ge lại cứng? 2. Vì sao độ dẫn điện tăng từ Ge đến Pb? 3. Tại sao Pb khó tan trong dung dịch HCl loãng và H2SO4 loãng nhưng lại dễ tan trong dung dịch đậm đặc của axit đó? Trả lời: 1. Tinh thể Ge có cấu trúc kiểu kim cương nên cứng; Sn, Pb có kiểu liên kết kim loại trong tinh thể nên mềm. 2. Trong nguyên tử Ge, Sn, Pb đều có vùng năng lượng ns2np2 chưa được lấp đầy và đều có vùng d còn trống nhưng có cấu trúc tinh thể khác nhau, liên kết trong tinh thể Ge và -Sn là liên kết cộng hóa trị, vùng cấm E = 0,78eV ở Ge, ở α-Sn có E = 0,08eV. Vì vậy ở điều kiện thường các kim loại Ge và α-Sn có độ dẫn điện thấp, khi bị kích thích, electron hóa trị nhanh chóng chuyển sang vùng dẫn nên đều có độ dẫn điện cao (Ge và α-Sn là chất bán dẫn điện, Sn và Pb có hiện tượng siêu dẫn). 3. Vì có phản ứng tạo ra chất tan: PbCl2

+ 2HClđặc

PbSO4 + H2SO4đặc

H2PbCl4 Pb(HSO4)2

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính Bài 13: 1. Tại sao khi điều chế SnCl2 bằng cách cho Sn tác dụng với HCl lại phải cho axit dư? 2. Tại sao quá trình đó lại tạo ra SnCl2 mà không phải là SnCl4? 3. Sản phẩm nào được tạo thành khi cho SnCl2 tác dụng với HgCl2; FeCl3? 4. Tại sao nhiệt độ nóng chảy của SnCl2 cao hơn SnCl4? 5. PbI2 là chất ít tan trong nước nhưng tại sao lại dễ tan trong dung dịch KI? Trả lời: 1. SnCl2 dễ bị thủy phân tạo ra kết tủa trắng: SnCl2 + H2O

Sn(OH)Cl + HCl

2. So sánh thể điện cực chuẩn Eo của Sn2+/Sn và Eo Sn4+/Sn 3. SnCl2 là chất khử mạnh, có thế khử Hg2+ thành Hg; Fe3+ thành Fe2+ 4. SnCl4 tạo ra tinh thể phân tử còn tinh thể SnCl2 ở dạng polime. 5. Vì có tạo ra các chất phức tan: PbI2 + 2KI

K2[PbI4]

Bài 14: 1. Cấu trúc không gian phân tử các hiđrua của Ge, Sn, Pb có đặc điểm gì? 2. Độ bền nhiệt của các hợp chất hi đ rua MH4 thay đổi như thế nào từ GeH4 đến PbH4? 3. Trong các hiđrua đó, chất nào có khả năng tác dụng với dung dịch kiềm? Trả lời: 1. Các nguyên tố Ge, Sn, Pb tạo ra hợp chất với hiđro tương ứng với bậc oxi hóa +4, chủ yếu là hợp chất MH4 có cấu tạo dạng tứ diện đều ứng với trạng thái lai hóa sp3 của nguyên tử trung tâm Ge, Sn, Pb. Đã biết được một số hiđrua của Gecmani GenH2n+2 từ GeH4 đến Ge9H20; hai hiđrua của thiếc là SnH4 và Sn2H6 và một hiđrua của chì là PbH4. 2. Độ bền nhiệt giảm dần từ GeH4 đén PbH4 do khuynh hướng giảm độ bền của trạng thái lai hóa sp3 từ Ge đến Pb. 56

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính 3. GeH4 và SnH4 đều bị H2O và dung dịch kiềm phân hủy: GeH4

+ 3H2O

GeH4

+ 2NaOH

H2GeO3 + H 2O

+ 4H2 Na2GeO3

+ 4H2

Bài 15: Tìm khối lượng riên của Ge, α-Sn, Pb theo các dữ kiện sau: 1. Cạnh tế bào tinh thể Ge = 5,63 Å 2. Cạnh tế bào tinh thể α-Sn = 6,46 Å 3. Cạnh tế bào tinh thể Pb = 4,91 Å Biết nguyên tử khối của Ge = 72,60; Sn = 118,70; Pb = 207,21 Trả lời: 1. Tinh thể Ge và α-Sn có cấu trúc tứ diện đều, mỗi nguyên tử ở tâm tứ diện đều liên kết với 4 nguyên tử khác với khoảng cách bằng nhau. Trong mỗi tế bào tinh thể của Ge, α-Sn đều có 8 nguyên tử. Thể tích tế bào tinh thể Ge = (5,63.10-8)3 = 178,45.10-24 cm3 Khối lượng tế bào tinh thể Ge = Khối lượng riêng của Ge =

= 96,43.10-23 gam = 5,40 g/cm3

2. Cách tính tương tự như trên: Khối lượng riêng của α-Sn =

= 5,85 g/cm3

3. Pb kết tinh theo mạng lập phương tâm diện, mỗi tế bào có 4 nguyên tử: Thể tích tế bào tinh thể Pb = (4,91.10-8)3 = 118,37.10-24 cm3 Khối lượng tế bào tinh thể Pb = Khối lượng riêng của Pb =

= 137,61.10-23 gam = 11,62 g/cm3

Bài 16: Khi pha loãng các dung dịch AlCl3, SnCl2 thì đều thấy kết tủa xuất hiện. Giải thích nguyên nhân. Muốn tránh sự xuất hiện của kết tủa này thì ta phải làm thế nào?

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính Trả lời: Kết tủa xuất hiện vì các muối trên đều bị thủy phân mạnh khi pha loãng. Al3+ + 3H2O

Al(OH)3

+ 3H+

Sn2+ + 2H2O

Sn(OH)2

+ 2H+

Vì đây là phản ứng thuận nghịch nên để ngăn chặn kết tủa xuất hiện thì tạo môi trường axit để cân bằng dịch chuyển theo chiều phải bằng cách thêm axit vào các dung dịch trên. Bài 17: Độ tan của PbI2 ở 18oC là 1,5.10-3 (mol/l) a. Tính nồng độ mol/l của các ion Pb2+ và I- trong dung dịch bão hòa PbI2 ở 18oC. b. Tính tích số tan của PbI2 ở 18oC. c. Muốn giảm độ tan của PbI2 đi 15 lần thì phải thêm bao nhiêu mol KI vào 1 lit dung dịch bão hòa PbI2. d. Tính độ tan của PbI2 trong dung dịch KI 0,1M. Trả lời: a. Trong dung dịch bão hòa PbI2 có độ tan S: Pb2+ + 2I-

PbI2 S

 [Pb2+] = S = 1,5.10-3 mol/l [I-] = 2S = 3.10-3 mol/l b. Ta có

= [Pb2+].[I-]2 = (1,5.10-3).( 3.10-3 )2 = 13,5.10-9

c. Trong dung dịch KI: gọi a là số mol KI thêm, S’ là độ tan của PbI2 I -.

K+

a mol

PbI2

Pb2+ +

2I-

10-4

2. 10-4 + a

Vì nhiệt độ không đổi nên

Ta có: 1,5.10-3 = 15S’  S’ = 10-4

= 13,5.10-9 58

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính = (10-4).( 2. 10-4 + a)2 = 13,5.10-9



a = 1,142.10-2 mol d.Trong dung dịch KI 0,1M, ta có độ tan PbI2 là S” K+

0,1



0,1 -

PbI2

Pb2+ +

S”

2S” + 0,1

= S”.(2S” + 0,1)2 = 13,5.10-9

Điều kiện S”

0,1 nên suy ra S” = 13,5.10-8 mol/l

Bài 18: 1. Cho thế khử chuẩn ở 25oC của các cặp

(Sn4+/Sn2+) = 0,15V,

(Sn2+/Sn) = -

0,14V. Giải thích tại sao khi hòa tan Sn trong dung dịch HCl dư không tạo ra Sn4+ mà chỉ tạo ra Sn2+? 2. Tại sao khi pha dung dịch SnCl2 phải pha trong môi trường HCl và cho ít hạt Sn? 3. Sản phẩm gì được tạo thành khi cho SnCl2 tác dụng với HgCl2, FeCl3? Trả lời: 1. Vì

(Sn2+/Sn) = - 0,14V < Sn + 2H+

(2H+/H2) = 0,00V nên xảy ra phản ứng:

Sn2+ + H2

Sn2+ tạo ra không khử được H+ tiếp vì

(Sn4+/Sn2+) = 0,15 V >

(2H+/H2) = 0,00V.

2. SnCl2 là muối của baz ơ yếu nên ion Sn2+ bị thủy phân: Sn2+ + H2O + Cl-

Sn(OH)Cl

+ H+

Trong môi trường axit hợp chất ít tan Sn(OH)Cl không tạo thành được. Trong không khí O2 sẽ oxi hóa Sn2+ thành thiếc oxiclorua màu vàng. 2Sn2+ + O2 + 4Cl-

2SnOCl2

Khi có mặt Sn, Sn sẽ khử SnOCl2 tạo thành Sn2+: SnOCl2

+ Sn + 2H+

2Sn2+ + H2O + 2Cl59

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính 3.

SnCl2 + HgCl2 SnCl2 + 2FeCl3

SnCl4 + Hg SnCl4

+ 2FeCl2

Bài 19: Trộn 2 dung dịch vừa đủ với nhau: chì axetat và clorua vôi. Một kết tủa màu đen xuất hiện, lọc, rửa sạch rồi đem kết tủa đó vào lượng dư dung dịch MnSO4 có mặt H2SO4 thấy có màu tím xuất hiện. Giải thích. Viết phương trình phản ứng minh họa. Trả lời: Pb(CH3COO)2 + CaOCl2 + H2O 5PbO2 + 2MnSO4 + 3H2SO4

PbO2 + CaCl2 + 2CH3COOH

5PbSO4 + HMnO4 + 2H2O

Bài 20: Dung dịch X gồm Na2S 0,01M; KI 0,06M; Na2SO4 0,05M. 1.Tính pH của dung dịch X. 2.Thêm dần Pb(NO3)2 vào dung dịch X cho đến nồng độ 0,09M thì thu được kết tủa A và dung dịch B. a. Cho biết thành phần hóa học của kết tủa A và dung dịch B. b. Tính nồng độ các ion trong dung dịch B (không kể sự thủy phân các ion, coi thể tích dung dịch không thay đổi khi thêm Pb(NO3)2). c. Nhận biết các chất có trong kết tủa A bằng phương pháp hóa học, viết các phương trình phản ứng nếu có. Trả lời: 1. Tính pH của dung dịch: 2Na+

Na2S

0,01

K+

0,06

Na2SO4

I-

2Na+ + SO42-

0,05 S2 -

S2 -

0,05 +

H 2O

HS-

OH-

Kb(1) = 10-1,1

(1) 60

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính -

SO42 + Kb(1) S2

H2 O

HSO4

+ OH

Kb(2) = 10-12

(2)

Kb(2) nên cân bằng (1) quyết định pH của dung dịch: +

H 2O

Ban đầu

0,01

Phản ứng

Còn lại

0,01 – x

Kb(1) = 10-1,1

(1)

= 10-1,1  x = 8,94.10-3 nên [OH-] = 8,94.10-3  pH = 11,95 2. Pb2+

0,09

S2-

(Ks-1) = 1026

PbS

0,01

Pb2+

0,08

SO42-

PbSO4

(Ks-1) = 107,8

0,05

Pb2+

0,03

2I-

(Ks-1) = 107,6

PbI2

0,06

a. Thành phần hỗn hợp kết tủa A: PbS, PbSO4, PbI2 Dung dịch B: K+ 0,06M; Na+ 0,12M Ngoài ra còn có các ion Pb2+, SO42-, S2- do kết tủa tan ra. = 10-2,7

b. Độ tan của PbI2: S = PbSO4: S = PbS: S =

= 10-3,9 = 10-13

Bởi vì độ tan của PbI2 là lớn nhất nên cân bằng chủ yếu trong dung dịch là cân bằng tan của PbI2. PbI2

Pb2+ + 2I-

Do đó [Pb2+] = 10-47 = 2.10-3 và [I-] = 4.10-3 [SO42-] = [S2-] =

= 5.10-5,8 = 7,9.10-6 M = 5.10-24 = 5.10-24 M

[Pb2+]

[Pb2+] 61

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính Các nồng độ SO42-, S2- đều rất bé so với nồng độ Pb2+, như vậy nồng độ Pb2+ do PbS và PbSO4 tan ra là không đáng kể nên cách giải gần đúng trên là hoàn toàn chính xác. c. Nhận biết các chất có trong kết tủa A: PbS, PbSO4, PbI2. Cho kết tủa hòa tan trong NaOH dư thì kết tủa PbS không tan có màu đen. Dung dịch có PbO22-, SO42-, I-, OHPbSO4

+ 4OH-

PbO22- + SO42- + 2H2O

PbI2

+ 4OH-

PbO22- +

2I-

+ 2H2O

Nhận ra ion SO42-: cho BaCl2 dư thì xuất hiện kết tủa trắng BaSO4: Ba2+

SO42-

BaSO4

trắng

trong dung dịch có PbO22-, OH-, Ba2+, I-. Nhận ra I-, Pb2+: axit hóa dung dịch bằng HNO3 dư sẽ có kết tủa vàng PbI2 xuất hiện. OH-

H+

H2 O

PbO22- +

4H+

Pb2+ + 2H2O

Pb2+

2I-

PbI2

+ +

vàng

Bài 21: 1. Bằng phản ứng nào để minh họa rằng các oxit sau đây đều là lưỡng tính? SnO và SnO2; PbO và PbO2 trong từng cặp một. 2.Các oxit trên được điều chế bằng cách nào? Viết phương trình phản ứng oxi hóa muối chì axetat bằng clorua vôi để tạo ra PbO2? Trả lời: 1. SnO + 2HCl SnO + 2NaOH

SnCl2 + H2O Na2SnO3 + H2O

SnO2 + 2H2SO4(đặc) SnO2 + 2KOH

Sn(SO4)2 + 2H2O K2SnO3 + H2O

PbO + 2HCl

PbCl2 + H2O

PbO + 2KOH

K2PbO2 + H2O

PbO2 + 4HCl

PbCl2 + Cl2 + H2O 62

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính PbO2 + 2NaOH

Na2PbO3 + H2O

2. SnO được điều chế bằng cách đun nóng dung dịch gồm SnCl2 với NaOH hoặc với dung dịch NH3 trong điều kiện không có không khí. Ban đầu tạo ra kết tủa Sn(OH)2, sau đó cho thêm SnCl2 tạo ra oxiclorua SnOHCl là chất dễ bị phân hủy: SnCl2 + 2NH3 + 2H2O SnOHCl

Sn(OH)2 + 2NH4Cl

SnO + HCl

SnO còn được điều chế bằng cách nung muối oxalat Sn(II) trong điều kiện không có không khí. SnO2 được điều chế bằng cách nung chảy thiếc trong luồng khí oxi hoặc không khí: Sn + O2

SnO2

Hoặc cho Sn tác dụng với HNO3 đặc nóng: Sn + 4HNO3 đặc

SnO2 + 4NO2 + 2H2O

Ngoài ra, SnO2 cũng được điều chế bằng cách nung Sn(OH)2 trong không khí ở 800 – 900oC: 2Sn(OH)2 + O2 (COO)2Sn

2SnO2 + 2H2O

SnO + CO + CO2

PbO được điều chế bằng cách nung các hợp chất hiđroxit, cacbonat, nitrat: Pb(OH)2 PbCO3 2Pb(NO3)2

PbO + H2O PbO + CO2 2PbO + 4NO2 + O2

PbO2 được kết tủa khi đun sôi dung dịch Pb(CH3COO)2 với clorua vôi trong môi trường kiềm. 63

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính Pb(CH3COO)2 + CaOCl2 + H2O

PbO2 + CaCl2 + 2CH3COOH

Hoặc dùng hipoclorit oxi hóa PbO: PbO + NaOCl

PbO2 + NaCl

Hoặc cho khí Clo tác dụng với Pb(CH3COO)2 trong môi trường kiềm: Pb(CH3COO)2 + Cl2 + 2Na2CO3

PbO2

+ 2CH3COONa + 2CO2

2NaCl

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính

C. KẾT LUẬN Sau một thời gian tìm hiểu nghiên cứu hoàn thành đề tài, bước đầu tôi đã thu được một số kết quả sau: 1. Đã làm quen và nắm được phương pháp nghiên cứu một đề tài 2. Nghiên cứu các vấn đề lý thuyết về: Tính chất vật lý, tính chất hoá học của các đơn chất và hợp chất vô cơ phần kim loại nhóm A trong chương trình hoá học vô cơ bậc đại học. 3. Vận dụng các vấn đề lý thuyết hoá đại cương nhằm làm sáng tỏ về tính chất vật lý, tính chất hoá học của đơn chất và hợp chất vô cơ liên quan đến hoá học vô cơ phần kim loại nhóm A thuộc chương trình ĐHSP. Vì thời gian và năng lực có hạn, đề tài không tránh những sai sót. Rất mong nhận được sự thong cảm và ý kiến đóng góp xây dựng của quý thầy cô và các bạn để đề tài hoàn thiện hơn. Một lần nữa xin bày tỏ lòng cảm ơn với cô Đinh Quý Hương và các bạn đã tạo điều kiện giúp tôi hoàn thành đề tài này.

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

Xây dựng hệ thống bài tập ở bậc đại học về kim loại nhóm chính

D. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Đức Vận, Hóa học vô cơ tập II- Các kim loại điển hình (2004), Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật 2. PGS. Nguyễn Đức Vận – ThS. Nguyễn Huy Tiến, Câu hỏi và bài tập Hóa Học Vô Cơ (Phần kim loại), Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật Hà Nội. 3. PGS. Nguyễn Đức Vận, Bài tập Hóa Học Vô Cơ, Nhà xuất bản Giáo dục 1983. 4. Hoàng Nhâm, Hóa học vô cơ tập 3 (2005), Nhà xuất bản Giáo Dục 5. PGS.TS. Triệu Thị Nguyệt – Bài tập Hóa Học Vô cơ, Nhà xuất bản Giáo dục. 6. http://dehoa.net. 7. http://www.tailieuvn.com 8. http://www.ngocbinh.dayhoahoc.com

GVHD: Đinh Quý Hương – SVTH: Phạm Thị Hồng Phượng

ĐỀ TÀI XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP Ở BẬC ĐẠI HỌC VỀ KIM LOẠI NHÓM CHÍNH

Articles inside

III.Phương pháp nghiên cứu