Bài giảng Hóa vô cơ cho Xây dựng - Chương 6: Nguyên tố không chuyển tiếp (Phần 2)

Nội dung text: Bài giảng Hóa vô cơ cho Xây dựng - Chương 6: Nguyên tố không chuyển tiếp (Phần 2)

1. Töø 1 vaø 2 ruùt nhaän xeùt: a) Do coù caáu hình ns2np4 neân trong töøng chu kyø caùc nguyeân toá naøy coù tính phi kim loaïi chỉ đứng sau halogen b) Coù söï bieán ñoåi ñeàu ñaën tính chaát hoùa hoïc vaø vaät lyù trong phaân nhoùm (do söï taêng ñeàu ñaën baùn kính nguyeân töû): b) Trong phaân nhoùm tính phi kim giaûm daàn vaø tính kim loaïi taêng daàn töø treân xuoáng O, S : phi kim loaïi ; Se, Te: AÙ kim; Po: Kim loaïi c) S khaùc O vì coù phaân lôùp 3d troáng. d) Se khaùc S vì coù phaân lôùp 3d10 (hieäu öùng co d taùc ñoäng ñeán caëp electron 4s) e) Po khaùc Tevì coù phaân lôùp 4f14 (hieäu öùng co f taùc ñoäng maïnh ñeán caëp electron 6s) f) möùc oxy hoùa ñaëc tröng (Tuøy vaøo ñieàu kieän ngoaøi chuùng beàn hoaëc keùm beàn): Oxy : -2, 0 S : -2 , 0 , +4 , +6 Se : 0, +4 Te : 0, +4 Po: 0, +2 2
2. d) Se khaùc S vì coù phaân lôùp 3d10 (hieäu öùng co d taùc ñoäng ñeán caëp electron 4s) e) Po khaùc Te vì coù phaân lôùp 4f14 (hieäu öùng co f taùc ñoäng maïnh ñeán caëp electron 6s) Chaát S Se Te Po Theá khöû chuaån (V) 0,17 1,15 1,02 1,51 2- + - XO4 + 2H + 2e → H2XO3 (V) Sự biến đổi thế khử X(VI)/X(IV) của phân nhóm VIA 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 SSeTePo Giaûi thích: Giaûi thích nhö ñoái vôùi Caùc Halogen. Do hieäu öùng co d co f taùc duïng leân nhoùm ns2 I.2 Tính chaát hoùa hoïc cuûa ñôn chaát 4
3. + - o O3 + 2H + + 2e = O2(k) + 2H2O (l) ϕ = 2,07 2Ag + O3 = Ag2O + O2 2) Löu huyønh Hai thuø hình beàn: maët thoi(taø phöông)vaø ñôn taø Caû hai ñeàu coù maïng phaân töû vôùi phaân töû S8 Naêng löôïng lieân keát S – S trong S8 :226 kJ/mol Theá khöû: 0,449 0,14 pH = 0 H2SO3 S H2S 2- −0,68 −0,48 2- pH = 14 SO3 S S Tính khöû troäi hôn tính oxy hoùa. Löu huyønh nguyeân toá khaù keùm hoaït ñoäng hoùa hoïc ôû nhieät ñoä thöôøng (nhöng taùc duïng raát deã vôùi Hg taïo HgS) Hoaït ñoäng hoùa hoïc khi ñung noùng. Dò phaân trong nöôùc noùng: S + H2O ⇌ H2S + H2SO3 Ñieåm khaùc bieät lôùn giöõa löu huyønh vaø oxy laø Elk S −S (226) beàn hôn roõ Elk O − O (146) neân löu huyønh taïo nhieàu hôïp chaát coù maïch −S − S− 6
4. II. HÔÏP CHAÁT II.1 H2O2 & Caùc peroxyt H2O2 coù caáu taïo daïng goùc: Soá oxy hoùa cuûa O: −1 Elk O – O : 210 kJ/mol Do ñoù noù keùm beàn, hoaït ñoäng hoùa hoïc maïnh, tính oxy hoùa raát maïnh. Coù theå bò oxy hoùa vì + - o H2O2 + 2H + 2e = 2H2O ϕ = 1,77 V + - o O2 + 2H + 2e = H2O2 ϕ = 0,682V Giaáy, daêm baøo boác chaùy khi tieáp xuùc vôùi peroxyt hydro ngay ôû nhieät ñoä phoøng. 4H2O2 + PbS = PbSO4 + 4H2O Bò oxy hoùa bôûi chaát oxy hoùa maïnh hôn: 2KMnO4 + 5H2O2 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + 2O2 + K2SO4 + 2H2O H2O2 phaân huûy daàn : 2H2O2 = 2H2O + O2 −12 H2O2 laø moät axit yeáu trong nöôùc KA = 2,24.10 Ñieàu cheá: Ñieän phaân dung dòch H2SO4 50%, nhieät ñoä thaáp, ñieän cöïc Pt − - 2HSO4 − 2e = H2S2O8 H2S2O8 + 2H2O = 2H2SO4 + H2O2 Caùc hôïp chaát peroxyt ñeàu laø chaát oxy hoùa maïnh ngay trong moâi tröôøng kieàm. 8
5. II.3 Caùc hôïp chaát löu huyønh coù soá oxy hoùa aâm 1.Sulfua & persulfua So saùnh sulfua vaø persulfua vôùi oxyt vaø peroxyt: Na2O - NaOH Al3O3 - Al(OH)3 P2O5 - H3PO4 Na2S - NaSH Na2Sn Al2S3 - Al(SH)3 P2S5 – H3PS4 Axit n :2÷9 Löôõng tính Bazô -Coù coâng thöùc vaø caáu taïo töông ñoàng (tröø polysulfua) - Cöôøng ñoä axit bazô yeáu hôn oxyt vaø peroxyt -Tính khöû ñaëc tröng (khaùc oxyt vaø peroxyt) -0,48 2- -0,75 -0,476 2- -0,526 2- SO4 S S2 S ôû pH = 14 2- Deã bò chuyeån leân ñeán SO4 trong moâi tröôøng kieàm Gioáng oxyt, caùc sulfua tan trong nöôùc seõ phaûn öùng vôùi nöôùc: Na2O + H2O = NaOH Na2S + H2O = NaHS + NaOH P2O5 + H2O = H3PO4 P2S5 + 8H2O = 5H2S + 2H3PO4 Tuøy thuoäc vaøo ñoä tan, moät soá sulfua tan trong dung dòch axit loaõng (ví duï: MnS (T = 2,5.10-9,6) ), moät soá chæ tan trong dung dòch axit ñaëc (ví duï: ZnS (T = 2,5.10-22) ), vaø moät soá chæ tan trong axit coù tính oxy hoùa (ví duï : CuS (T = 6.10-36) 10
6. II.4 Caùc hôïp chaát löu huyønh coù soá oxy hoùa döông Do khaû naêng taïo ñoàng maïch cao, S taïo nhieàu hôïp chaát ôû soá oxy hoùa döông khaùc nhau, tuy nhieân beàn nhaát vaø phoå bieán nhaát laø caùc hôïp chaát coù soá oxy hoùa +4 vaø +6 pH = 0 0,40 2- –0,07 2- 0,57 –0,07 2- 0,87 2- 0,60 0,14 SO4 S2O6 H2SO3 S2O4 S2O3 S H2S 0,16 0,50 pH = 14 –0,66 2- –0,94 2- –0,58 2- –0,74 –0,45 2- SO4 SO3 S2O3 S S 1. SO2 vaø H2SO3 1.1 SO2 o o o Dioxyt löu huyønh coù : t nc = −75,5 C; t s = −10,01 Caáu taïo: S lai hoùa sp2. Lieân keát ñoâi vì: Lieân keát S – O S = O Trong SO2 d (Å) 1,5 1,44 1,43 Elk (kJ/mol) 265 525 536,1 (497) o (khaùc bieät vôùi O3 vì S coù phaân lôùp 3d ) 20 Tan khoâng nhieàu trong nöôùc: 11,5 (g/100gH2O) 12
7. 2. SO3 vaø H2SO4 2.1 SO3 Trioxyt löu huyønh coù: o o o 0,234 o o t nc = 16,8 C (γ); 32 C (β); 62,2 (α); t s = 44,7 C Caáu taïo: α- SO3 caáu truùc maïch γ-SO3 caáu truùc ñaûo goàm phaân töû trimer (SO3)3 Hoaù tính: a) Tính oxy hoùa maïnh: SO3 + NH3(k) = 3SO2(k) + N2 + 3H2O b) Tính axit maïnh to 3SO3 (k) + Al2O3 (r) Al2(SO4)3 c) Hôïp nöôùc toûa raát nhieàu nhieät (vì Elk S − O = 265 kJ/mol ; Elk O − H = 463,3 kJ/mol) o SO3 + H2O = H2SO4 coù ΔH 298 = −89,0 kJ/mol Keát hôïp vôùi H2SO4 taïo thaønh oleum (do khaû naêng taïo maïch (−OSO2)n− cao cuûa SO3) 14
8. Ñieàu cheá H2SO4 trong coâng nghieäp Sô ñoà coâng ngheä: a. Buoàng ñoát; b. Buoàng laøm nguoäi; c. Thaùp chuyeån hoùa SO2 thaønh SO3; d. Thaùp haáp thuï trung gian; e. Thaùp haáp thuï cuoái cuøng; f. Beå chöùa Oleum 16
9. Moät soá vaán ñeà löu yù I. Trong chu kyø traïng thaùi oxy hoùa döông cao nhaát cuûa caùc nguyeân toá p keùm beàn daàn Phaân nhoùm Chu kyø 3 ϕo (V) + - VA H3PO4 + H + 2e = H3PO3 + H2O −0,276 2- + - VIA SO4 + 4H + 2e = H2SO3 + H2O 0,17 - + - - VIIA ClO4 + 2H + 2e = ClO3 + H2O 1,19 Chu kyø 4 + - VA H3AsO4 + 2H + 2e = HAsO2 + 2H2O 0,56 2- + - VIA SeO4 + 4H + 2e = H2SeO3 + H2O 1,15 - + - 2- VIA BrO4 + 2H + 2e = BrO3 + H2O 1,853 Nguyeân nhaân laø do söï cheânh leäch naêng löôïng giöõa caùc phaân lôùp ns vaø np taêng daàn: Nguyeân töû Na MgAl Si P S Cl Ar E3p – E3s 203 261 511 675 830 965 1187 1303 (kJ/mol) Nguyeân töû K Ca Ga Ge As Se Br Kr E4p – E4s - - - 791 811 975 1139 1274 (kJ/mol) Cuõng do nguyeân nhaân naøy maø traïng thaùi lai hoùa sp3 keùm beàn daàn khi ñi töø ñaàu ñeán cuoái chu kyø 18