Chủ biên: Thầy giáo : Nguyễn Xuân Trường Sách giáo khoa hoá học 10 I Cấu tạo nguyên tử Thành phần cấu tạo nguyên tử Kích thước, khối lượng nguyên tử a) Thành phần cấu tạo nguyên tử Lớp vỏ Gồm hạt mang điện âm gọi electron (hay điện tử) Khối lượng electron xấp xỉ 1/1840 khối lượng nguyên tử hiđro nguyên tử nhẹ nhất, tức bằng: me = 9,1095.10-31 kg hay 0,00055 đơn vị Cacbon (đv.C) Điện tích electron -1,6.10-19 Culơng Đó điện tích nhỏ nhất, gọi điện tích ngun tố Hạt nhân Hạt nhân nguyên tử gồm hạt proton nơtron Proton Proton có điện tích điện tích electron ngược dấu tức +1,6.10-19 Culông Như proton electron mang điện tích ngun tố, có dấu ngược Để thuận tiện, người ta quy ước lấy điện tích nguyên tố làm đơn vị, coi điện tích electron 1- điện tích cảu proton 1+ Nơtron Hạt nơtron khơng mang điện, có khối lượng xấp xỉ khối lượng proton bằng: mp = mn = 1,67.10-27 kg hay xấp xỉ đv.C b) Kích thước, khối lượng ngun tử Kích thước: Nếu hình dung ngun tử khối cầu có đường kính khoảng 10-10 m Để biểu thị kích thước nguyên tử, người ta dùng đơn vị Angxtrom kí hiệu Å 1Å = 10-10 m hay 1Å = 10-8 cm Nguyên tử nhỏ hiđro có bán kính khoảng 0,53 Å Đường kính hạt nhân nguyên tử nhỏ hơn, vào khoảng 10-4 Å, đường kính nguyên tử lớn đường kính hạt nhân khoảng 10.000 lần Ta tưởng tượng phóng đại nguyên tử vàng lên 109 lần (một tỉ lấn !) có đường kính 30 cm nghĩa nguyên tử vừa bóng rổ Trong hạt nhân ngun tử vàng có đường kính nhỏ 0,003 cm nghĩa có kích thước hạt cát nhỏ Bảng - Khối lượng điện tích hạt cấu tạo nên nguyên tử Tên Electron Proton Nơtron Kí hiệu e p n Khối lượng me = 9,1095 × 10 kg me ≈ 0,549 × 10−3 đv.C mp = 1,6726 × 10−27 kg mp ≈ 1đv.C −27 mn = 1,6750 × 10 kg mn ≈ 1đv.C −31 Điện tích -1,602.10-19 C +1,602.10-19 C Đường kính electron proton lại nhỏ nhiều : khoảng 10-7 Å Electron chuyển động xung quanh hạt nhân Giữa electron hạt nhân chân khơng : từ ta thấy ngun tử có cấu tạo rỗng ! Khối lượng : Khối lượng nguyên tử vào khoảng 10-26 kg Nguyên tử nhẹ hiđro có khối lượng 1,67.10-27 kg Khối lượng nguyên tử cacbon 1,99.10-26 kg Một lượng chất nhỏ chứa số nguyên tử lớn tới mức ta khó mà hình dung Ví dụ : Trong gam cacbon có1023 nguyên tử cacbon Một lít nước chứa tới khoảng 9.1025 nguyên tử hiđro oxi Hạt nhân nguyên tử - Nguyên tố hoá học - Đồng vị a) Hạt nhân nguyên tử Điện tích hạt nhân Vì điện tích proton đơn vị điện tích dương (1+) nên hạt nhân có Z proton, điện tích hạt nhân Z+ Thực nghiệm cho biết nguyên tử trung hoà điện nên số proton hạt nhân số electron chuyển động quanh hạt nhân Như vật, nguyên tử: Điện tích hạt nhân = Số proton = Số electron Ví dụ: Điện tích hạt nhân nguyên tử oxi 8+, nguyên tử oxi có proton có electron Biết điện tích hạt nhân nguyên tử (cũng biết số proton số electron) tức nắm chìa khóa để nhận biết nguyên tử Số khối Tổng số hạt proton (kí hiệu Z) tổng số hạt hạt nơtron (kí hiệu N) hạt nhân gọi số khối hạt nhân (kí hiệu A) A=Z+N Ví dụ: Trong hạt nhân nguyên tử clo có 17 proton 18 nơtron, số khối hạt nhân nguyên tử clo là: 17 + 18 = 35 Khối lượng nguyên tử Khối lượng nguyên tử tổng khối lượng proton, nơtron electron có ngun tử Nhưng khối lượng electron nhỏ so với khối lượng proton nơtron nên khối lượng nguyên tử coi khối lượng proton nơtron hạt nhân ngun tử Ví dụ: Hạt nhân ngun tử nhơm có 13 proton 14 nơtron, xung quanh hạt nhân có 13 electron Xác định khối lượng ngun tử nhơm Khối lượng nguyên tử nhôm coi khối lượng 13 proton 14 nơtron Khối lượng proton nơtron xấp xỉ đv.C Vậy khối lượng nguyên tử nhôm 27 đv.C Như vậy, hạt nhân nhỏ so với nguyên tử lại tập trung tồn khối lượng nguyên tử b) Nguyên tố hoá học Định nghĩa Tất nguyên tử có điện tích hạt nhân thuộc nguyên tố hoá học Như vậy, nguyên tử ngun tố hố học có số proton số electron Ví dụ : Tất nguyên tử có điện tích hạt nhân 17+ thuộc nguyên tố clo Các nguyên tử nguyên tố clo có 17 proton 17 electron Cho đến nay, người ta biết 92 nguyên tố tự nhiên khoảng 17 nguyên tố nhân tạo (tổng số khoảng 109 nguyên tố) Các nguyên tố nhân tạo chưa phát thấy Trái Đất hay nơi khác vũ trụ mà điều chế phịng thí nghiệm Tính chất ngun tố hố học tính chất tất ngun tử nguyên tố Số hiệu nguyên tử Điện tích hạt nhân nguyên tử nguyên tố gọi số hiệu nguyên tử nguyên tố Số hiệu nguyên tử đặc trưng cho nguyên tố hố học thường kí hiệu Z Ví dụ : Số hiệu nguyên tử nguyên tố urani 92 Vậy : điện tích hạt nhân nguyên tử urani 92+ ; có 92 proton hạt nhân 92 electron ngồi lớp vỏ Kí hiệu nguyên tử Để đặc trưng đầy đủ cho ngun tố hố học, bên cạnh kí hiệu thường dùng, người ta ghi dẫn sau A Z X X : kí hiệu nguyên tố Z : số hiệu nguyên tử A : số khối A = Z + N Ví dụ : Từ kí hiệu ta biết : - Số hiệu nguyên tử nguyên tố clo 17 ; điện tích hạt nhân nguyên tử 17+ ; hạt nhân có 17 proton (35 - 17) = 18 nơtron - Nguyên tử clo có 17 electron chuyên động quanh nhân - Khối lượng nguyên tử clo 35 đv.C c) Đồng vị Khi nghiên cứu nguyên tử nguyên tố hoá học, người ta thấy hạt nhân nguyên tử đó, số proton số khối khác số nơtron khác Người gọi nguyên tử có số proton khác số nơtron đồng vị Chẳng hạn oxi có ba đồng vị : Cả ba đồng vị có proton hạt nhân số nơtron 8, 9, 10 Hầu hết nguyên tố hoá học hỗn hợp nhiều đồng vị, có vài ngun tố có đồng vị Ngồi đồng vị tồn tự nhiên (khoảng 300), người ta điều chế đồng vị nhân tạo (khoảng 1000) Cịn nhiều đồng vị có ứng dụng quan trọn việc sử dụng lượng hạt nhân nguyên tử đồng vị hiđro (gọi đơteri) đồng vị urani (gọi urani 235) Các đồng vị ngun tố có tính chất hố học giống Đối với nguyên tố hiđro, người ta biết ba đồng vị Khối lượng nguyên tử trung bình ngun tố hố học Vì hầu hết ngun tố hoá học hỗn hợp nhiều đồng vị nên khối lượng nguyên tử nguyên tố khối lượng nguyên tử trung bình hỗn hợp đồng vị có kể đến tỉ lệ phần trăm đồng vị Vỏ nguyên tử a) Sự chuyển động electron nguyên tử Lúc đầu người ta cho electron chuyển động xung quanh hạt nhân ngun tử theo quỹ đạo hình trịn hay bầu dục quỹ đạo hành tinh chuyển động xung quanh Mặt trời mẫu hành tinh nguyên tử Rơzơfo-Bo (Rutherford-Bohr) Mẫu Rơzơfo-Bo có ảnh hưởng lớn đến phát triển lí thuyết cấu tạo ngun tử, tỏ khơng đầy đủ để giải thích tính chất nguyên tử Về sau, nhờ cơng trình nghiên cứu nhiều nhà bác học người ta biết chuyển động electron nguyên tử không theo quỹ Nguyên tử hiđro Electron đạo xác định chuyển động nhanh khu vực xung quanh Electron phân tử mang điện, lại chuyển động nhanh (tốc độ hành nghìn km/s) khu vực xung quanh hạt nhân tạo thành đám hạt nhân tạo thành đám mây electron mây electron Mật độ điện tích đám mây khơng đều, khu vực có mật độ điện tích lớn khu vực khả có mặt electron lớn Người ta gọi khu vực obitan nguyên tử Chẳng hạn ngun tử hiđrơ, electron có mặt khắp nơi vùng bao quanh hạt nhân tạo thành đám mây electron, mật độ điện tích đám mây electron lớn bên hình cầu có đường kính 1Å (hạt nhân tâm) Ở khu vực đó, khả có mặt electron lớn (tới 90%) Ta tưởng tượng giây ta chụp 1000 ảnh nguyên tử hiđro 900 ảnh electron có mặt khu vực Vị nguyên tử, electron lại có khu vực tồn ưu tiên mình? Đó ngun tử, electron có lượng riêng b) Lớp electron Trong nguyên tử, hạt nhân mang điện tích dương hút electron mang điện tích trái dấu Muốn tách electron khỏi vỏ nguyên tử cần cung cấp lượng cho Thực nghiện chứng tỏ electron liên kết với hạt nhân chặt chẽ Những electron gần hạt nhân liên kết với chặt chẽ Người ta nói: chúng mức lượng thấp Ngược lại, electron xa hạt nhân có mức lượng cao ; chúng dễ bị tách khỏi nguyên tử electron khác Chính electron quy định tính chất hố học nguyên tố Tuỳ theo mức lượng cao hay thấp mà electron phân bố theo lớp electron (hay mức lượng) Các electron có mức lượng gần thuộc lớp Các lớp electron từ đánh số n = 1, 2, 3, 4, kí hiệu dãy chữ lớn: K, L, M, N c) Phân lớp electron (hay phân mức lượng) Mỗi lớp electron lại phân chia thành phân lớp electron Các electron phân lớp có mức lượng Các phân lớp kí hiệu chữ thường s, p, d, f Số phân lớp số thứ tự lớp Lớp thứ có phân lớp, phân lớp 1s Lớp thứ có phân lớp, phân lớp 2s phân lớp 2p Lớp thứ có phân lớp, phân lớp 3s, 3p phân lớp 3d, v.v Các electron phân lớp s gọi electron s ; phân lớp p, gọi electron p, v.v d) Obitan Ở trên, nói chuyển động electron nguyên tử, ta biết obitan khu vực không gian xung quanh hạt nhân khả có mặt electron lớn (khu vực có mật độ đám mây electron lớn nhất) Số dạng obitan phụ thuộc vào đặc điểm phân lớp electron Phân lớp s có obitan có dạng hình cầu Obitan s Obitan p Phân lớp p có obitan có dạng hình số Phân lớp d có obitan phân lớp f có obitan Obitan d obitan f có dạng phức tạp Mỗi obitan chứa tối đa electron Khi obitan có đủ electron, người ta nói electron ghép đơi Các electron ghép đôi thường không tham gia vào việc tạo thành liên kết hố học Khi obitan có electron, người ta gọi electron độc thân Trong đa số trường hợp, có electron độc thân tham gia vào tạo thành liên kết hoá học Số electron tối đa phân lớp, lớp Từ số electron tối đa obitan, ta suy số electron tối đa phân lớp lớp - Phân lớp s có obitan nên có tối đa electron Phân lớp p có obitan nên có tối đa electron Phân lớp d có tối đa 10 electron phân lớp f có 14 electron - Lớp thứ có phân lớp s nên có tối đa electron Lớp thứ có phân lớp s phân lớp p nên có tối đa electron Lớp thứ có phân lớp s, p, d, nên có tối đa 18 electron Từ suy lớp thứ có tối đa 32 electron v.v Một lớp chứa đủ số electron tối đa gọi lớp electron bão hào e) Số electron tối đa lớp phân lớp (từ n = đến n = 3) Số thứ tự lớp Số electron tối đa lớp n = (lớp K) n = (lớp L) n = (lớp M) 18 Số electron phân bố vào phân lớp 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 f) Cấu trúc electron nguyên tử nguyên tố Nguyên lí vững bền : Trong nguyên tử, electron chiếm mức lượng từ thấp đến cao Càng xa hạt nhân, lớp phân lớp electron nõi chung có mức lượng cao Cụ thể mức lượng lớp tăng theo thứ tự từ đến phân lớp tăng theo thứ tự s, p, d, f Sau thứ tự xếp phân lớp theo chiều tăng mức lượng xác định thực nghiệm : 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s v.v Dựa vào nguyên lí vững bền, đồng thời ý đến số electron tối đa phân lớp, ta viết sơ đồ phân bố electron nguyên tử nguyên tố náo biêt số hiệu nguyên tử Z ngun tố Ví dụ: - Nguyên tử hiđro : Z = 1, có electron Electron chiếm phân mức lượng thấp 1s - Nguyên tử heli : Z = 2, có electron Cả electron chiếm phân mức 1s Như vậy, nguyên tử hiđro nguyên tử heli có lớp electron, lớp K - Nguyên tử liti : Z = 3, có electron Hai electron đầu chiếm phân mức 1s : phân mức 1s nhận tối đa electron nên electron thứ chiếm phân mức 2s Như nguyên tử liti có lớp electron, lớp K gồm electron lớp L, electron v.v Cấu hình electron Muốn biểu diễn phân bố electron theo lớp phân lớp, người ta dùng cấu hình electron ghi theo cách sau: - Lớp electron ghi chữ số - Phân lớp ghi chữ thường s, p, d - Số electron ghi số phía bên phải chữ phân lớp, phân lớp khơng có electron khơng ghi Ví dụ: Cấu hinh electron nguyên tử 1H, 2He, 3Li, 13Al ghi sau: 1H : 1s 2He : 1s 3Li : 1s 2s 2 13Al : 1s 2s 2p 3s 3p Ngồi cách viết cấu hình electron trên, muốn biểu diễn phân bố electron theo cac obitan, người ta làm sau : Kí hiệu obitan ô vuông, electron mũi tên, electron ghép đơi kí hiệu hai mũi tên ngược chiều Sau sơ đồ phân bố electron vào obitan nguyên tử 10 nguyên tố g) Đặc điểm lớp electron - Đối với nguyên tử tất nguyên tố, lớp ngồi có tối đa electron - Các ngun tử có electron lớp ngồi bền vững, chúng không tham gia vào phản ứng hố học Đó ngun tử khí - Các nguyên tử có 1, 2, electron lớp nguyên tử kim loại - Các ngun tử có 5, 6, electron lớp ngồi nguyên tử phi kim Các electron lớp (gọi tắt electron cùng) định tính chất hố học ngun tố Biết phân bố electron nguyên tử, biết số electron lớp cùng, người ta dự đốn tính chất hố học tiêu biểu nguyên tố Hệ thống tuần hồn ngun tố hố học a) Ngun tắc xếp - Các nguyên tố xếp theo chiều tăng điện tích hạt nhân - Các ngun tố có số lớp electron nguyên tử xếp thành hàng - Các ngun tố có số electron ngồi xếo thành cột Một bảng nguyên tố xếp gọi hệ thống tuần hoán nguyên tố hoá học (hay bảng tuần hoàn) b) Bảng tuần hoàn A - Số thứ tự Trong bảng tuần hoàn, số thứ tự nguyên tố số hiệu nguyên tử ngun tố Đó điện tích hạt nhân, số proton số electron nguyên tử ngun tố Ví dụ : Urani chiếm 92 hệ thống tuần hoàn, số hiệu nguyên tử urani 92, điện tích hạt nhân 92+ hạt nhân có 92 proton lớp vỏ ngun tử có 92 electron B - Chu kì Bảng tuần hoàn (dạng bảng ngắn) gồm 10 hàng ngang, ứng với chu kì Các chu kì 1, 2, (chu kì chưa đầy đủ) gồm hàng Các chu kì cịn lại gồm hàng Chu kì gồm nguyên tố mà nguyên tử chúng có số lớp electron Số thứ tự chu kì (đánh số từ đến 7) số lớp electron Chu kì Gồm nguyên tố hiđro (Z = 1) heli (Z = 2) Nguyên tử hai nguyên tố có lớp electron : lớp K Chu kì Gồm nguyên tố liti (Z = 3) tận neon (Z = 10) Nguyên tử nguyên tố có lớp electron : lớp K (gồm electron) lớp L Số electron lớp L tăng dần từ đến Z tăng từ đến 10 Lớp electron đạt tới kiến trúc bền vững nguyên tử nguyên tố neon Z Kí hiệu ngun tố Số electron lớp ngồi Li Be B C N Chu kì Gồm nguyên tố natri (Z = 11) tận agon (Z = 18) O F 10 Ne Nguyên tử nguyên tố có lớp electron : lớp K (gồm electron), lớp L (gồm electron) lớp M Số electron lớp M tăng dần từ đến Z tăng từ 11 đến 18 Lớp electron lớp đạt tới kiến trúc bền vững nguyên tử nguyên tố agon Chu kì Gồm 18 nguyên tố kim loại kiềm kali (Z = 19) tận khí kripton (Z = 36) Chu kì Cùng gồm 18 nguyên tố kim loại kiềm rubiđi (Z = 37) tận khí xenon (Z = 54) Chu kì Gồm 32 nguyên tố kim loại kiềm xesi (Z = 55) tận khí rađon (Z = 86) Chu kì Chưa đầy đủ Hiện chu kì có 22 ngun tố Các chu kì 1, 2, gọi chu kì nhỏ Mỗi chu kì nhỏ hàng Các chu kì 4, 5, gọi chu kì lớn Mỗi chu kì lớn (hàng dài) cắt thành hàng : hàng 10 nguyên tố hàng nguyên tố Nhận xét Chu kì mở đầu kim loại kiềm tận khí Trong chu kì, số electron lớp ngồi tăng từ đến 8, hóa trị cao nguyên tố hợp chất với oxi tăng tương ứng từ đến (trừ khí có 8e ngồi cùng, khơng tham gia phản ứng) C - Nhóm phân nhóm Nhóm Bảng tuần hoàn gồm cột, cột nhóm Nhóm đánh số chữ số La Mã từ I đến VIII Nguyên tử nguyên tố nhóm có số electron hố trị (và số thứ tự nhóm) Như nhóm gồm ngun tố có hố trị cao oxi (và số thứ tự nhóm) Phân nhóm Mỗi nhóm lại chia thành hai phân nhóm : phân nhóm phân nhóm phụ Phân nhóm gồm ngun tố thuộc chu kì nhỏ chu kì lớn Phân nhóm phụ gồm ngun tố thuộc chu kì lớn Ví dụ : Nhóm VII gồm hai phân nhóm : phân nhóm phân nhóm halogen, phân nhóm phụ phân nhóm mangan Nguyên tử nguyên tố phân nhóm có số electron ngồi nhau, có tính chất hố học giống Nguyên tử nguyên tố thuộc phân nhóm có số electron lớp ngồi số thứ tự nhóm D - Giới thiệu vài phân nhóm Phân nhóm nhóm VIII Cịn gọi nhóm khí hiếm, gồm ngun tố sau : Z 10 18 36 54 Tên Heli Neon Agon Kripton Xenon Kí hiệu He Ne Ar Kr Xe Electron lớp 1s2 - 2s2 2p6 - 3s2 3p6 - 4s2 4p6 - 5s2 5p6 Trừ heli ra, nguyên tử tất nguyên tố nhóm có lớp ngồi gồm electron (cả electron ghép đơi) : cấu hình electron bền vững Thực tế cho thấy nguyên tố khí khơng tham gia vào phản ứng hố học (vì cịn gọi khí trơ) Dưới dạng đơn chất, phân tử khí gồm có nguyên tử trạng thái khí điều kiện thường Phân nhóm nhóm I Cịn gọi nhóm kim loại kiềm, gồm nguyên tố sau : Z 11 19 37 55 Tên Liti Natri Kali Rubiđi Xesi Kí hiệu Li Na K Rb Cs Electron lớp - 2s1 - 3s1 - 4s1 - 5s1 - 6s1 Nguyên tử tất kim loại kiềm có electron lớp So với vỏ nguyên tử khí gần bảng tuần hồn, nguyên tử kim loại kiềm có dư electron Vì phản ứng hố học, kim loại kiềm có khuynh hướng nhường electron để đạt tới cấu hình electron khí Do đó, hợp chất, kim loại kiềm có hố trị 1+ Ở dạng đơn chất, kim loại điển hình - Tác dụng mạnh với oxi tạo thành oxit bazơ tan nước, ví dụ Li2O, Na2O v.v - Tác dụng mạnh với nước nhiệt độ thường tạo thành hiđro hiđroxit kiềm mạnh : NaOH, KOH v.v - Tác dụng với phi kim khác tạo thành muối : NaCl, K2S Phân nhóm nhóm VII Cịn gọi nhóm halogen, gồm nguyên tố sau : Z 17 35 53 Tên Flo Clo Brom Iot Kí hiệu F Cl Br I Electron lớp - 2s2 2p5 - 3s2 3p5 - 4s2 4p5 - 5s2 5p5 Nguyên tử nguyên tố halogen có electron lớp So với nguyên tử khí gần bảng tuần hồn ngun tử halogen cịn electron Vì vậy, phản ứng hố học, halogen có khuynh hướng thu thêm electron để đạt tới cấu hình electron bền vững khí Do hợp chất với kim loại, halogen có hố trị 1- Ở dạng đơn chất, halogen gồm phân tử hai nguyên tử : F2, Cl2, I2 Đó phi kim điển hình : Brom iot phản ứng trực tiếp với nhiều kim loại, có trường hợp cần đun nóng, có trường hợp xảy nhiệt độ thường, phản ứng toả nhiều nhiệt Ví dụ : Brom phản ứng với hiđro đun nóng : H2 + Br2 = 2HBr Ở nhiệt độ cao iot phản ứng với hiđro : H2 + I2 = 2HI Hiđro iotua không bền, điều kiện tạo thành phần bị phân huỷ thành hiđro iot : 2HI = H2 + I2 Do vậy, phản ứng hiđro iot không thực đến Hiđro bromua hiđro iotua tan nước tạo thành axit tương ứng có công thức : axit bromhiđric HBr axit iothiđric HI HBr HI axit mạnh, tương tự axit HCl, axit HI mạnh axit HBr HBr mạnh HCl Iot tạo thành hợp chất có màu xanh với tinh bột Do vậy, iot I2 thuốc thử tinh bột ngược lại Brom đẩy iot khỏi dung dịch NaI, clo lại đẩy đươch brom khỏi dung dịch NaBr : Br2 + 2NaI = 2NaBr + I2 Cl2 + 2NaBr = 2NaCl + Br2 Điều chứng tỏ clo hoạt động hoá học brom, brom hoạt động hoá học iot c) Ứng dụng brom iot Phần lớn brom iot dùng để sản xuất dược phẩm khác Trong thể người, iot có tuyến giáp trạng, dạng hợp chất hữu phức tạp Nếu thiếu iot, người thường bị bệnh bướu cổ Flo Kí hiệu hố học :F Khối lượng nguyên tử : 19 Số thứ tự :9 Cấu hình electron : 1s2 2s2 2p5 Cơng thức phân tử : F2 a) Tính chất vật lí, Flo tự nhiên Flo chất khí màu lục nhạt, độc Flo có hợp chất tạo nên men người động vật, số chất khoáng dạng muối florua : CaF2 AlF3 3NaF (criolit) Flo chiếm 0,08% khối lượng vỏ Trái Đất, nghĩa nhiều đồng, kẽm, kền số nguyên tố tương đối phổ biến khác b).Tính chất hố học Flo Flo chất oxi hố mạnh Nó phản ứng trực tiếp với hầu hết kim loại phi kim, bao gồm vàng, bạch kim Flo phản ứng với hiđro bóng tối nhiệt độ thấp : H2 + F2 = 2HF Hiđro florua HF khí tan nước khơng có giới hạn, tạo thành axit flohiđric HF axit yếu có tính chất riêng tác dụng với silic đioxit (có thành phần thuỷ tinh) : SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O Silic tetraflorua Do vậy, axit flohiđric dùng để khắc chữ, khắc hình lên thuỷ tinh, tẩy vết cát mặt kim loại Axxit flohiđric đựng bình chì, polietilen, cao su Nếu cho luồng khí flo qua nước nóng nước bốc cháy giải phóng oxi : 2F2 + 2H2O = 4HF + O2 Ngày flo có ứng dụng rộng rãi việc chế tạo chất dẻo, bền học hoá học, chẳng hạn teflon polime chứa flo, không bị axit kiềm phá huỷ V Oxi - Lưu huỳnh lí thuyết phản ứng hố học Phân nhóm nhóm VI Phân nhóm nhóm VI hệ thống tuần hồn ngun tố hố học gồm ngun tố : oxi, lưu huỳnh, selen, telu poloni (poloni nguyên tố phóng xạ) Nguyên tử nguyên tố phân nhóm có electron lớp ns2 np4 Trong electron phân lớp p có electron cặp đơi electron độc thân Do có electron lớp ngồi nên nhận thêm electron, nguyên tử trở thành ion mang hai đơn vị điện tích âm Khi kích thích, chẳng hạn, với lưu huỳnh cặp electron phân lớp 3p cặp electron phân lớp 3s tham gia liên kết hố học Do ngun tố phân nhóm nhóm VI có số oxi hoá -2 (trong hợp chất với hiđro kim loại), +4 +6 (trong hợp chất với oxi phi kim có độ âm điện lớn hơn) Oxi thường có số oxi hố -2 riêng hợp chất OF2, oxi có số oxi hố +2 Hợp chất với hiđro nguyên tố phân nhóm có dạng H2R : H2O, H2S, H2Se, H2Te Khi tan nước, chúng tạo thành axit (có cơng thức) đọ mạnh axit tăng theo chiều tăng số thứ tự nguyên tố Lưu huỳnh, selen telu tạo oxit RO2 RO3, axit tương ứng với oxit có dạng H2RO3 H2RO4 Độ mạnh axit giảm theo chiều tăng số thứ tự nguyên tố Tính chất hố học ngun tố phân nhóm biến đổi theo quy luật : tính phi kim giảm dần, tính kim loại tăng dần theo chiều tăng điện tích hạt nhân nguyên tử nguyên tố Oxi phi kim điển hình, cịn telu phi kim sáng kim loại dẫn điện Oxi lưu huỳnh hai nguyên tố phổ biến có nhiều ứng dụng Oxi Kí hiệu hoá học :O Khối lượng nguyên tử : 16 Số thứ tự :8 Cấu hình electron : 1s2 2s2 2p2 Cơng thức phân tử : O2 a) Tính chất vật lí oxi Oxi chất khí khơng màu, khơng mùi, khơng vị, nặng khơng khí Oxi ta nước (ở 20oC, lít nước hồ tan 31 ml oxi) Dưới áp suất khí quyển, oxi hố lỏng 183oC Oxi lỏng có màu xanh da trời, bị nam châm hút Trong tự nhiên, oxi có đồng vị : b) Tính chất hố học oxi Oxi phi kim hoạt động Độ âm điện lớn (3,50, flo) nên tất dạng hợp chất, trừ hợp chất với flo, oxi thể số oxi hoá -2 Oxi tạo oxit với hầu hết nguyên tố Nó phản ứng trực tiếp với tất kim loại, trừ vàng bạch kim Ví dụ : 2Ca + O2 = 2CaO 4Al + 3O2 = 2Al2O3 Oxi phản ứng trực tiếp với phi kim, trừ halogen tạo thành oxit axit Ví dụ : S + O2 = SO2 Hoặc tạo thành oxit không tạo muối Ví dụ : Những phản ứng mà oxi tham gia oxi hố - khử, oxi chất oxi hoá : Sự cháy, gỉ, hơ hấp thối rữa q trình xảy với tham gia oxi Oxi có vai trị quan trọng cơng nghiệm luyện kim c) Dạng thù hình oxi : ozon Phân tử ozon gồm nguyên tử oxi O3 Tuy có ngun tố tạo nên ozon có tính chất khác oxi Ozon chất khí có mùi xốc Nó phá huỷ chất hữu có, oxi hố nhiều kim loại, có bạc Ozon chất oxi hố mạnh oxi Chẳng hạn, đẩy iot khỏi dung dịch kali iotua (O2 khơng có phản ứng này) : Dung dịch KI sử dụng để nhận ozon.ư Ozon có tính oxi hố mạnh phân tử bền vững, dễ bị phân huỷ thành oxi nguyên tử : O3 = O2 + O Là chấy oxi hoá mạnh nên ozon diệt vị khuẩn dùng để diệt trùng nước khử trùng khơng khí Lưu huỳnh Kí hiệu hố học :S Khối lượng ngun tử : 32 Số thứ tự : 16 Cấu hình electron : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 a) Tính chất vật lí cấu tạo phân tử lưu huỳnh Lưu huỳnh chất rắn màu vàng, giịn, thực tế khơng tan nước, không thấm nước tan nhiều dung môi hữu : rượu, benzen , dẫn điện dẫn nhiệt Lưu huỳnh sôi 444,6oC tạo thành màu đỏ nâu Nếu làm nguội nhanh lưu huỳnh chuyển thành bột mịn, gồm tinh thể nhỏ, gọi lưu huỳnh hoa Ở trạng thái rắn, phân tử lưu huỳnh gồm nguyên tử (S8) khép kín thành vịng Do mạng tinh thể lưu huỳnh mạng phân tử nên lưu huỳnh nóng chảy nhiệt độ tương đối thấp 112,8oC, cao hơp nhiệt độ sơi nước Nếu tiếp tục đun nóng đến 187oC lưu huỳnh lỏng trở nên sẫm, có màu vàng nâu đặc lại, gọi lưu huỳnh dẻo Đó dạng thù hình lưu huỳnh Trong lưu huỳnh dẻo phân tử lưu huỳnh có cấu tạo mạch dài giống phân tử cao su nên lưu huỳnh có tính đàn hồi Như vậy, tồn phân tử lưu huỳnh có thành phần khác Để đơn giản, ta viết phân tử lưu huỳnh gồm nguyên tử : S b) Tính chất hố học lưu huỳnh Là phi kim hoạt động, lưu huỳnh dễ tạo hợp chất với nhiều kim loại, thường đu nóng Chẳng hạn, hỗn hợp gồm bột sắt bột lưu huỳnh đun nhẹ lúc đầu phản ứng xảy mạnh, toả nhiều nhiệt : Fe + S = FeS Phản ứng lưu huỳnh với nhôm với kẽm xảy mãnh liệt kèm theo loé sáng Những sợi dây đồng mảnh cháy lưu huỳnh tạo CuS màu đen Thuỷ ngân phản ứng với lưu huỳnh nhiệt độ thường : Hg + S = HgS Hợp chất lưu huỳnh với kim loại thuộc loại muối, gọi sunfua (FeS - sắt sunfua, Al 2S3 nhôm sunfua, .) Lưu huỳnh phản ứng trực tiếp với hiđro Khi dẫn hiđro vào ống nghiệm đứng lưu huỳnh sơi đầu ống dẫn khí xuất khí mùi trứng thối, hiđro sunfua : H2 + S = H2S Phản ứng không thực đến Từ sản phẩm phản ứng nêu, ta thấy oxi lưu huỳnh tạo hợp chất có thành phần giống oxi lưu huỳnh có số oxi hố -2 : Lưu huỳnh tác dụng với tất phi kim, trừ nitơ iot Khi bị đốt, lưu huỳnh cháy khơng khí với lửa màu xanh, tạo lưu huỳnh (IV) oxit : S + O2 = SO2 Trong oxit SO2 SO3, độ âm điện lưu huỳnh (2,5) nhỏ oxi nên liên kết cộng hoá trị oxi lưu huỳnh có cực, số oxi hố lưu huỳnh oxit +4 +6 Tóm lại, phản ứng với kim loại hiđro lưu huỳnh chất oxi hố, cịn phản ứng với phi kim hoạt động hơn, chẳng hạn oxi, lưu huỳnh chất khử c) Lưu huỳnh tự nhiên - Ứng dụng lưu huỳnh Lưu huỳnh thuộc loại nguyên tố phổ biến, chiếm 0,05% khối lượng vỏ Trái Đất Trong tự nhiên, lưu huỳnh trạng thái tự (Italia, Mĩ, Nhật Bản, Liên Xơ cũ nước có mỏ lưu huỳnh lớn) thành phần hợp chất Những quặng chứa lưu huỳnh : pirit FeS2, xfalerit SnS, galen PbS, muối Na2SO4.10H2O, thạch cao CaSO4.2H2O, muối chát MgSO4.7H2O Lưu huỳnh có thể động vật thực vật (trong thành phần protein) Lưu huỳnh có nhiều ứng dụng Trong công nghiệp, lưu huỳnh dùng chủ yếu để sản xuất axit sunfuric Một lượng lớn lưu huỳnh dùng để luyện cao su : làm tăng độ bền tính đàn hồi cao su Nếu cho nhiều lưu huỳnh vào cao su chất dẻo ebonit dùng làm chất cách điện Lưu huỳnh dùng để trừ sâu cho số loại cây, để chế thuốc súng đen, thuốc đầu que diêm, chế mỡ chữa bệnh da v.v Hiđro sunfua a).Tính chất vật lí hiđro sunfua H2S Hiđro suafua chất khí khơng màu, nặng khơng khí ít, mùi trứng thối Ở 20oC, lít nước hoà tan khoảng 2,5 lít hiđro sunfua Dung dịch hiđro sunfua nước gọi nước hiđro sunfua hay axit sunfuhiđric Hiđro sunfua độc Nếu ngửi nhiều hiđro sunfua đau đầu, buồn nôn, không phân biệt mùi khác Do vậy, thí nghiệm với hiđro sunfua thực dụng cụ có độ kín đảm bảo b) Tính chất hố học hiđro sunfua H2S Hiđro sunfua chất khử mạnh Hiđro sunfua chấytrong khơng khí với lửa xanh, tạo thành lưu huỳnh (IV) oxit: Khi bị oxi hố chận tạo thành lưu huỳnh tự Phản ứng xảy để hở lọ đựng nước hiđro sunfua không khí, làm lạnh lửa hiđro sunfua cháy, làm cho hiđro sunfua cháy khơng hồn tồn (hình vẽ) Khi gặp chất oxi hố mạnh Cl2, H2S bị oxi hố đến H2SO4 Nước hiđro sunfua có tính axit yếu Khi tác dụng với axit bazơ, axit sunfuhiđric tạo muối axit NaHS natri hiđro sunfua, tạo muối trung hoà, Na2S natri sunfua Muối sunfua kim loại phân nhóm nhóm I Na2S, K2S, kim loại phân nhóm nhóm II CaS, BaS tan nước Muối sunfua kim loại khác khơng tan, số lại có màu đặc trưng: CuS, PbS có màu đen, CdS (cađimi sunfua) - vàng, MnS (mangan sunfua) - hồng, SnS (thiếc sunfua) - gạch, v.v Do vậy, để nhận biết H2S muối sunfua dung dịch, người ta dùng dung dịch muối chì, chẳng hạn Pb(NO3)2, kết tuủaPbS màu đen xuất : H2S + Pb(NO3)2 = PbS ↓ + 2HNO3 Na2S + Pb(NO3)2 = PbS ↓ + 2NaNO3 Muối chì thuốc thử khí hiđro sunfua, axit sunfuhiđric muối tan Có thể dùng giấy thấm dung dịch muối chì thay cho dung dịch muối chì c) Điều chế hiđro sunfua H2S Trong phịng thí nghiệm hiđro sunfua điều chế phản ứng axit clohiđric với muối sắt sunfua : FeS + 2HCl = FeCl2 + H2S Trong tự nhiên, hiđro sunfua tạo thành chất protein bị thối rữa Hiđro sunfua cịn có nước số suối, loại nước suối dùng vào mục đích chữa bệnh Các oxit lưu huỳnh a) Lưu huỳnh (IV) oxit SO2 Lưu huỳnh (IV) oxit cịn gọi lưu huỳnh đioxit, khí sunfurơ SO2 chất khí khơng màu, có mùi xốc đặc trưng, tan nhiều nước (ở 20oC, liứt nước hồ tan 40 lít SO2) Lưu huỳnh (IV) oxit osit axit : SO2 + CaO = CaSO3 SO2 + 2NaOH = Na2SO3 + H2O Khi tan nước, phần SO2 tác dụng với H2O tạo axit sunfurơ : H2O + SO2 = H2SO3 Nếu axit sunfurơ nước tạo SO2 Vì SO2 cịn gọi anhiđrit sunfurơ Axit sunfurơ axit yếu, không bền, tồn dung dịch Muối axit sunfurơ gọi sunfit : NaHSO3 - natri hiđro sunfit, Na2SO3 - natri sunfit Khí sunfurơ chất oxi hoá gặp chất khử mạnh chất khử gặp chất oxi hố mạnh Ví dụ, đun nóng có mặt chất xúc tác, SO2 bị oxi hố : Nếu trộn khí sunfurơ với khí hiđro sunfua, tạo lưu huỳnh : SO2 kết hợp với nhiều chất màu hữu cơ, tạo thành hợp chất không màu Do vậy, SO2 dùng để tẩy trắng nhiều phẩm vật khác tơ, len Cánh hoa hồng bị tẩy màu SO2 Trong phịng thí nghiệm, SO2 điều chế phản ứng axit sunfuric đặc nóng với natri sunfit tinh thể, với đồng : Na2SO3 + H2SO4 = Na2SO4 + H2O + SO2 Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + 2H2O + SO2 b) Lưu huỳnh (VI) oxit SO3 SO3 gọi lưu huỳnh trioxit, anhiđric sunfuric SO3 chất lỏng khơng màu, chuyển thành tinh thể 16,8oC Lưu huỳnh trioxit oxit axit Nó hút nước mạnh, tạo axit sunfuric, phản tứng toả nhiều nhiệt : SO3 + H2O = H2SO4 SO3 khơng có ứng dụng thực tiễn Nó sản phẩm trung gian trình sản xuất axit sunfuric Axit sunfuric a) Tính chất vật lí axit sunfuric H2SO4 Axit sunfuric chất lỏng không màu, sánh dầu thực vật, không bay hơi, không mùi, khối lượng riêng 1,86g/ml, sôi 337oC Axit sunfuric đặc hút nước mạnh, làm toả lượng nhiệt lớn Do vậy, để pha loãng axit sunfuric, người ta phép cho chảy từ từ dịng nhỏ axit đặc vào nước mà khơng làm ngược lại b) Tính chất hố học axit sunfuric H2SO4 Axit sunfuric lỗng có tất tính chất axit mạnh : làm đỏ quỳ tím, tác dụng với bazơ, với occit bazơ, với nhiều muối 2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O CuO + H2SO4 = CuSO4 + 2H2O BaCl2 + H2SO4 = BaSO4 ↓ + 2HCl Na2SO3 + H2SO4 = Na2SO4 + H2O + SO2 Axit sunfuric lỗng oxi hố kim loại đứng trước hiđro dãy hoạt động hoá học kim loại : Nếu kim loại có nhiều số oxi hố tác dụng với axit sunfuric lỗng, kim loại đạt đến số oxi hố thấp ví dụ : Khác với dung dịch lỗng, axit sunfuric đặc, nóng oxi hoá số kim loại đứng sau hiđro dãy hoạt động hoá học kim loại (như Cu, Ag, Hg) nhiều phi kim (như C, S, P) Ví dụ : Ở nhiệt độ thường, axit H2SO4 đặc khơng tác dụng với sắt, nên người ta vận chuyển axit sunfuric đặc xitec thép Axit sunfuric đặc chiếm nước nhiều chất hữu chứa hiđro oxi đường, gỗ, sợi bông, đồng thời giải phóng cacbon dạng muội than Quá trình gọi than hố axit sunfuric đặc Sự than hố đường biểu diễn sơ đồ sau : Như vậy, tính chất axit sunfuric lỗng thể tính chất ion H+, cịn axit sunfuric đặc thể tính chất tồn phân tử H2SO4 c) Muối axit sunfuric Axit sunfuric tạo hai loại muối : muối trung hoá muối axit Muối trung hoà gọi sunfat, muối axit hiđro sunfat : Na2SO4 natri sunfat NaHSO4 natri hiđrosunfat Dưới muối suafat có nhiều ứng dụng Na2SO4 kết tinh dạng Na2SO4.10H2O Muối natri sunfat khan dùng công nghiệp nấu thuỷ tinh MgSO4 kết tinh dạng MgSO4.7H2O ; MgSO4 có biển, dùng làm thuốc xổ y tế (NH4)2SO4 (amoni sunfat) phân bón chứa nitơ (phân đạm) K2SO4 phân bón chứa kali (phân kali) CaSO4 gặp tự nhiên dạng CaSO4.2H2O gọi thạch cao Khi đun nóng đến 150oC thạch cao bớt nước biến thành 2CaSO4.H2O gọi thạch cao nung nhỏ lửa hay alebat Khi nhào với nước, alebat biến thành khối nhão hố rắn, trở lại dạng CaSO4.2H2O Thạch cao có ứng dụng rộng rãi xây dựng (trát tường), điêu khắc (nặn tượng) y tế (bó bột chữa xương bị gẫy) CuSO4.5H2O có màu xanh, độc, CuSO4 dùng việc mạ đồng kim loại, chế tạo số chất màu vô Trong nông nghiệp, dung dịch loãng CuSO4 dùng để phun trừ sâu cho khử trùng hạt trước gieo ZnSO4.7H2O dùng làm phân vi lượng, sản xuất chất màu vô d) Nhận biết axit sunfuric muối sunfat Đại đa số muối sunfat tan nước, canxi sunfat CaSO4 chì sunfat PbSO4 tan, bari sunfat BaSO4 thực tế không tan nước axit Khi cho dung dịch muối bari, thí dụ BaCl2, vào dung dịch axit sunfuric dung dịch muối sunfat tạo thành kết tủa trắng BaSO4 : H2SO4 + BaCl2 = BaSO4 ↓ + 2HCl Na2SO4 + BaCl2 = BaSO4 ↓ + 2NaCl Vì dung dịch muối bari thuốc thử axit sunfuric dung dịch muối sunfat Khi cho dung dịch muối bari vào dung dịch mà có chất kết tủa trắng xuất chất kết tủa không bị tan axit nitric axir clohiđric khẳng định rằng, dung dịch cho có gốc sunfat SO42ˉ Hiệu ứng nhiệt phản ứng Các trình hố học ln ln kèm theo thay đổi lượng Năng lượng toả ra, hấp thụ dạng khác : nhiệt năng, điện quang Nếu dẫn clo vào luồng hiđro cháy, clo chấy hiđro, tạo thành hiđro clorua Phản ứng toả lượng dạng nhiệt ánh sáng Thuỷ ngân oxi tạo thành Nếu đặt ống khí vào cốc nước để theo dõi trình phản ứng oxi ngừng thoát ngừng đun (bọt khí khơng xuất hiện) Hiện tượng cho thấy, phản ứng xảy hấp thụ nhiệt Năng lượng toả hay thu vào phản ứng hoá học gọi hiệu ứng nhiệt phản ứng Giải thích nào, phản ứng tảo lượng, phản ứng khác lại hấp thụ lượng ? Ta nhớ lại rằng, phản ứng hoá học tạo thành chất từ chất ban đầu với phá vỡ liên kết hoá học chất tham gia phản ứng tạo thành liên kết sản phẩm phản ứng Sự phá vỡ liên kết phải tiêu hao lượng, tạo thành liên kết toả lượng Năng lượng cần thiết để phá vỡ liên kết hoá học gọi lượng liên kết Năng lượng liên kết tính kJ với mol chất (kJ/mol) Nếu liên kết chất tham gia phản ứng bền vững liên kết tạo thành sản phẩm phản ứng toả lượng Ngược lại, liên kết chất tham gia phản ứng bền vững chất tạo thành phản ứng hấp thụ lượng Tính hiệu ứng nhiệt phản ứng ? Lấy ví dụ phản ứng tạo thành HCl : H2 + Cl2 = 2HCl Năng lượng liên kết chất tham gia tạo thành sau phản ứng : H2 Cl2 HCl E, kJ/ mol : 435,9 242,4 432 Năng lượng để phá vỡ chất tham gia phản ứng : 435,9 + 242,4 = 678,3 (kJ) Năng lượng toả tạo thành mol HCl : 432 = 864 (kJ) Năng lượng toả lượng tiêu hao : 864 - 678,3 = 185,7 (kJ) Phản ứng tỏa lượng Tính hiệu ứng nhiệt phản ứng phân hủy thủy ngân oxit 2HgO = 2Hg + O2 Năng lượng liên kết chất : HgO Hg O2 E, kJ/ mol : 355,7 61,2 498,7 Trong phản ứng này, lượng tiêu hao lớn lượng tỏa : 355,7 - (2 61,2 + 498,7) = 90,3 (kJ) Phản ứng hấp thụ lượng Những phản ứng toả lượng gọi phản ứng toả nhiệt Những phản ứng hấp thụ lượng gọi phản ứng thu nhiệt Phương trình phản ứng có ghi hiệu ứng nhiệt phản ứng gọi phương trình nhiệt hố học Với phản ứng nói đến, phương trình nhiệt hố học ghi sau : H2 + Cl2 = 2HCl + 185,7 kJ 2HgO = 2Hg + O2 - 90,3 kJ Tận dụng nhiệt phản ứng, cung cấp lượng cần thiết để phản ứng hoá học xảy phải dựa xác định hiệu ứng nhiệt phản ứng Do vậy, xác định hiệu ứng nhiệt phản ứng nhiệm vụ quan trọng hoá học Tốc độ phản ứng hoá học Các phản ứng hoá học xảy nhanh chậm khác nhau, ta nói phản ứng xảy với tốc độ khác Có phản ứng xảy hàng nghìn năm, chuyển hố đá granit thành đất sét Tốc dộ phản ứng hóa học đo thay đổi nồng độ chất tham gia phản ứng đơn vị thời gian, thường biểu thị sôốmol/l giây (mol/l.s) Ví dụ phản ứng oxi hố SO2 thành SO3 : 2SO2 + O2 = 2SO3 Nếu nồng độ ban đầu SO2 0,03 mol/l, sau 30 giây nồng độ 0,01 mol/l tốc độ phản ứng khoảng thời gian : Một cách tổng quát, tốc độ phản ứng hoá học tính theo cơng thức : đó, v : tốc độ phản ứng C1 : nồng độ ban đầu chất tham gia phản ứng (mol/l) C2 : nồng độ chất (mol/l) sau t giây (s) xảy phản ứng ∆C = C1 - C2 Tốc dộ phản ứng hoá học phụ thuộc vào chất chất tham gia phản ứng điều kiện tiến hành phản ứng, quan trọng : nồng độ chất tham gia phản ứng, nhiệt độ, có mặt chất xúc tác Khi tăng nồng độ chất tham gia phản ứng, phân tử va chạm với nhiều đơn vị thời gian nên tốc độ phản ứng tăng lên Tốc độ phản ứng tỉ lệ thuận với nồng độ chất tham gia phản ứng Ví dụ tốc độ phản ứng tạo thành hiđro iotua từ hiđro iot tính sau : v = k [H2] [I2] Trong v : tốc độ phản ứng [H2] : nồng độ hiđro, mol/l [I2] : nồng độ iot, mol/l k : hệ số tỉ lệ đặc trưng cho phản ứng, gọi số tốc độ Ở dạng tổng quát, với phản ứng : A + B = AB v = k [A] [B] Để xảy phản ứng, phân tử phải va chạm nhau, va chạm gây phản ứng Khi tăng nhiệt độ, số va chạm có hiệu (gây phản ứng tăng lên, số lần va chạm phân tử đơn vik thời gian tăng lên, dẫn đến tăng tốc độ phản ứng Thông thường, tăng nhiệt độ 10oC tốc độ phản ứng tăng - lần Ở phản ứng có chất rắn tham gia, phản ứng sắt với lưu huỳnh, cacbon với oxi, kẽm với dung dịch axit sunfuric thid tốc độ phản ứng tỉ lệ thuận với độ lớn bề mặt chất tham gia phản ứng Do vậy, để thực phản ứng, chất rắn thường nghiền nhỏ để tăng diện tích tiếp xúc chất phản ứng Tốc độ phản ứng tăng lên có mặt chất xúc tác Có thể thấy rõ điều qua phản ứng oxi hoá SO2 thành SO3 Nếu đun nóng hỗn hợp gồm SO2 O2 phản ứng xảy chậm Nếu có mặt chất xúc tác (crom oxit Cr2O3 mangan đioxit MnO2) phản ứng xảy nhanh Nếu làm thí nghiệm mơ ta hình vẽ, ta trơng rõ anhiđrit sunfuric vào bình cầu dạng mù (đó SO3 gặp nước bình cầu, tạo thành giọt nhỏ axit sunfuric) Dụng cụ lắp hình vẽ Khi bắt đầu thí nghiệm, ta đốt nóng mạnh crom oxit, sau dùng bóp cao su để đẩy khơng khí vào, khơng khí mang theo khí sunfurơ Khi hỗn hợp khí qua chất xúc tác đun nóng khí sunfurơ bị oxi khơng khí oxi hố anhiđrit sunfuric tạo thành Cân hố học Có phản ứng xảy theo hai chiều ngược nhau, ví dụ phản ứng phân huỷ tạo thành nước, phản ứng phân huỷ tạo thành thuỷ ngân oxit, phản ứng phân huỷ tạo thành anhiđrit sunfuric v.v Ta xét phản ứng oxi hoá anhiđric sunfurơ để tạo thành anhiđrit sunfuric : 2SO2 + O2 = 2SO3 Nếu ta cho anhiđrit sunfuric qua chất xúc tác sử dụng để oxi hoá anhiđric sunfurơ, nhiệt độ oxi hố anhiđric sunfurơ thấy rằng, phần anhiđrit sunfuric bị phân huỷe thành anhiđric sunfurơ oxi, nghĩa xảy phản ứng : 2SO3 = 2SO2 + O2 Như vậy, phản ứng tạo thành SO3 phản ứng phân huỷ SO3 xảy điều kiện Hai phản ứng thuận nghịch Những phản ứng hoá học xảy theo hai chiều ngược điều kiện gọi phản ứng thuận nghịch Phản ứng thuận nghịch biểu thị phương trình với mũi tên hai chiều ngược : 2SO2 + O2 2SO3 Lúc đầu, trộn SO2 với O2 tốc độ phản ứng thuận lớn (phản ứng tạo thành SO3), tốc độ phản ứng nghịch không Theo mức độ xảy phản ứng, chất đầu bị tiêu thụ, nồng độ chúng giảm xuống nên tốc độ phản ứng thuận giảm Đồng thời với giảm nồng độ chất tham gia phản ứng xuất tăng nồng độ sản phẩm phản ứng Do vậy, phản ứng nghịch (phản ứng phân huỷ SO3) bắt đầu xảy tốc độ tăng dần Đến lúc chất tham gia tạo thành sau phản ứng đạt đến tỉ lệ xác định, có phân tử SO3 tạo có nhiêu phân tử SO3 bị phân huỷ thành SO2 O2 đơn vị thời gian Lúc tốc đọ phản ứng thuận tốc độ phản ứng nghịch Ta nói, phản ứng đạt đến trạng thái cân Cân hoá học trạng thái hỗn hợp chất phản ứng tốc độ phản ứng thuận tốc độ phản ứng nghịch : vt = (vt : tốc độ phản ứng thuận, : tốc độ phản ứng nghịch) Cân hoá học cân động, nghĩa hệ đạt tới trạng thái cân bằng, phản ứng thuận nghịch tiếp tục xảy ra, tốc độ chúng nhau, không nhận thấy biến đổi hệ Cân hoá học phản ứng bị thay đổi ta thay đổi điều kiện tiến hành phản ứng nhiệt độ, áp suất nồng độ chất tham gia phản ứng Phản ứng oxi hoá SO2 thành SO3 đạt đến trạng thái cân nhiệt độ xác định, cho thêm oxi tốc độ phản ứng thuận tăng, làm tăng nồng độ SO3 làm giảm nồng độ SO2 O2 Nhưng tăng nồng độ SO3 kéo theo tăng nồng độ phản ứng thuận nghịch Sau thời gian đó, tốc độ phản ứng thuận nghịch lại nhau, cân lập, nồng độ SO3 lớn so với trước thêm oxi, nồng độ SO2 nhỏ Quá trình biến đổi nồng độ chất hỗn hợp phản ứng từ trạng thái cân đến trạng thái cân khác thay đổi điều kiện môi trường gọi chuyển dịch cân hoá học Thực nghiệm cho thấy rằng, phản ứng xảy làm giảm thể tích hỗn hợp chất phản ứng (làm giảm số phân tử khí) tăng áp suất làm cho cân chuyển dịch phía giảm số phân tử khí, nghĩa sang phía giảm áp suất; giảm áp suất cân chuyển dịch sang phía tăng số phân tử khí, nghĩa sang phía tăng áp suất Trong trường hợp phản ứng xảy khơng có biến đổi số phân tử khí áp suất khơng ảnh hưởng đến chuyển dịch cân Nhiệt độ ảnh hưởng đến chuển dịch cân hoá học theo quy luật : đun nóng, cân phản ứng toả nhiệt chuyển dịch phía tạo thành chất ban đầu, cân phản ứng thu nhiệt chuyển dịch phía tạo thành sản phẩm phản ứng Các chất xúc tác ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng thuận tốc độ phản ứng nghịch, chất xúc tác không làm chuyển dịch cân hoá học 10 Sản xuất axit sunfuric a) Điều chế lưu huỳnh (IV) oxit Trong công nghiệp, lưu huỳnh (IV) oxit cần cho sản xuất axit sunfuric điều chế phương pháp khác Phương pháp thường gặp đốt pirit không khí : 4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2 + Q Quặng nghiện nhỏ cho vào phía hơng lị (hình vẽ) Khơng khí nén bơm qua dãy lỗ đáy lò để đốt cháy quặng Do quặng nghiền nhỏ, khơng khí thổi từ phía dưới, làm cho quặng bị phun lên giống trạng thái sôi chất lỏng, mà phương pháp gọi phương pháp "tầng sôi" Ở nhiệt độ thường phản ứng không xảy Chỉ nhận rõ tốc độ phản ứng 400oC tốc độ phản ứng tăng lên tăng nhiệt độ Phản ứng toả nhiệt Do vậy, cần đốt nóng ban đầu để gây phản ứng, nhiệt độ để trì phản ứng lấy từ nhiệt phản ứng b) Oxi hoá lưu huỳnh (IV) oxit thành lưu huỳnh (VI) oxit 2SO2 + O2 2SO3 + Q Phản ứng thuận nghịch, toả nhiệt Ở nhiệt độ thấp phản ứng xảy chậm, nhiệt độ cao cân chuyển dịch phía phân huỷ SO3 Để làm tăng tốc độ phản ứng oxi hoá SO2, để cân chuyển dịch phía tạo thành SO3, phản ứng thực lớp xúc tác V2O5 (vanadi oxit), nhiệt độ thích hợp với lượng dư oxi Ở 450oC điều kiện dư oxi mức độ chuyển hoá SO2 thành SO3 đạt đến 95 - 97% Hỗn hợp khí (SO2 + O2 + N2) vào tháp tiếp xúc phải thật sạch, khô, không chất xúc tác bị "đầu độc" phải sấy nóng Dùng H2SO4 đặc để làm khơ khí, việc khử bụi thực tháp lọc điện Khí từ tháp tiếp xúc nhường nhiệt cho khí vào tháp trao đổi nhiệt Trao đổi nhiệt, tận dụng nhiệt phản ứng hoá học, tiết kiệm chất đốt nguyên tắc tổ chức sản xuất c).Tạo axit sunfuric từ lưu huỳnh (VI) oxit SO3 + H2O = H2SO4 Khí từ tháp tiếp xúc ra, sau qua tháp trao đổi nhiệt dẫn vào tháp hấp thụ để tạo thành axit sunfuric Trong thực tế, không dùng nước mà dùng axit sunfuric 98% để hấp thụ SO3 Nếu dùng nước, nhiệt toả làm nước bay có hồ tan SO3 thành giọt nhỏ H2SO4 dạng mù Nước không hấp thụ H2SO4 dạng mù Axit H2SO4 hoà tan SO3 tạo thành dung dịch SO3 H2SO4, gọi oleum, thành phần biểu diễn công thức H2SO4.nSO3 I Cấu tạo nguyên tử 1 Thành phần cấu tạo nguyên tử Kích thước, khối lượng nguyên tử Hạt nhân nguyên tử - Nguyên tố hoá học - Đồng vị Vỏ nguyên tử 4 Hệ thống tuần hoàn nguyên tố hoá học II Liên kết hoá học 11 Liên kết cộng hoá trị 11 Liên kết ion 13 Hoá trị nguyên tố 15 Các tinh thể 16 Mol .17 Tỉ khối chất khí 19 Sự biến đổi tuần hồn tính chất nguyên tố hoá học .20 Vị trí nguyên tố hệ thống tuần hồn tính chất hố học chúng 23 Định luật tuần hoàn Menđêlêep 24 III Phản ứng oxi hoá - khử 25 IV Phân nhóm nhóm VII - Nhóm halogen 27 Các halogen 27 Clo 28 Hiđro clorua .30 Axit clohiđric muối clorua 31 Một số hợp chất chứa oxi clo .32 Brom iot 33 Flo 34 V Oxi - Lưu huỳnh lí thuyết phản ứng hố học .35 Phân nhóm nhóm VI 35 Oxi 35 Lưu huỳnh 36 Hiđro sunfua .38 Các oxit lưu huỳnh .39 Axit sunfuric .40 Hiệu ứng nhiệt phản ứng 42 Tốc độ phản ứng hoá học 43 Cân hoá học .44 10 Sản xuất axit sunfuric .46 ... nhiệm vụ quan trọng hoá học Tốc độ phản ứng hoá học Các phản ứng hoá học xảy nhanh chậm khác nhau, ta nói phản ứng xảy với tốc độ khác Có phản ứng xảy hàng nghìn năm, chuyển hoá đá granit thành... nguyên tử - Nguyên tố hoá học - Đồng vị Vỏ nguyên tử 4 Hệ thống tuần hoàn nguyên tố hoá học II Liên kết hoá học 11 Liên kết cộng hoá trị ... thông thường, số trường hợp, quy tắc khơng phù hợp Hố trị nguyên tố: * Hoá trị nguyên tố Electron hoá trị electron lớp bên ngồi có khả tham gia vào việc tạo thành liên kết hoá học Hoá trị nguyên