BÀi giảng hóa học vô CƠ Người soạn : ĐẶng kim triếT

+ Các hợp chất X(+1)

- Đặc trưng là Ag⁺¹, đối với Cu⁺¹, Au⁺ kém bền.

- Các Oxyt X₂O đều là chất rắn, Cu₂O : đỏ, Ag₂O : nâu xẫm, Au₂O : tím màu, ít tan trong nước.

- Các Hydroxýt XOy, không bền, bị phân hủy ngay, do tác động phân cực mạnh của ion X⁺.

- X₂O thể hiện tính bazơ trung bình.

- Các muối X⁺¹ (Ag⁺, Cu⁺) không tan trong nước, ở trạng thái ẩm chúng không bền nên phân hủy.

- Các muối Cu⁺, Au⁺ dễ bị oxi hóa  Cu⁺², Au⁺³

- Các muối Ag⁺ dễ bị phân hủy khi có ánh sáng tác dụng.

+ Các hợp chất X(+2)

- Hợp chất X⁺² chỉ đặc trưng đối với Cu⁺².

- Thường gặp là CuO, Cu(OH)₂ và các muối của nó.

- CuO không tan trong nước, dễ tan trong axit, nung nóng đến 800⁰C nó phân hủy thành Cu₂O và Oxy.

- Ở 250⁰C có mặt Hydro CuO bị khử đến Cu.

- Cu(OH)₂ là hydroxyt lưỡng tính nhưng cả hai tính đều yếu. Trong axít nó tạo muối Cu⁺². Trong kiềm mạnh, đặc, dư nó cho muối cuprit màu xanh.

- Các muối Cu⁺² rất dễ tạo phức.

+ Hợp chất X(+3) :

- Trạng thái X(+3) đặc trưng là Au⁺³.

- Các hợp chất thường gặp Au₂O₃, Au(OH)₃, AuHal₃.

- Au₂O₃ điều chế bằng cách đun nóng (100⁰C), Au(O)₃.

- Au(OH)₃ điều chế bằng cách cho kiềm tác dụng lên dung dịch A₄Cl₃ đặc.

- Oxýt và Hydroxyt Au⁺³ có tính chất lưỡng tính, chức axit mạnh hơn (gọi là axít Auric) tạo muối Aurat.

- Tất cả các muối Au⁺³ dễ bị nhiệt phân hủy, cho ra Au kim loại.

Chương 3 :
NHÓM II TRONG BẢNG HỆ THỐNG TUẦN HOÀN
3.1. CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM II^A

3.1.1. Đặc tính của các nguyên tố nhóm II^A

- Gồm các nguyên tố : Berili (Be), Magie (Mg), Canxi (Ca), Stronti (Sr), Bari (Ba), Rađi (Ra), nó có trong tự nhiên. Ra là nguyên tố hiếm, phóng xạ.

- Nguyên tố họ s, cấu hình electron, lớp ngòai cùng ns².

- Có tính khử và tạo ion X⁺².

- Bán kính nguyên tử R_K (Å) tăng từ trên xuống dưới.

- Từ Ca có thêm các orbitan lớp d hoặc f có thể tham gia tạo liên kết hóa học.

- Tính kim loại tăng từ Be  Ra.

- Hình thành 3 nhóm : Be lưỡng tính giống Al, còn Mangan là kim loại hoạt động mạnh, nhưng tính chất không giống kim loại kế tiếp, các kim loại Ca, Sa, Ba hoạt động mạnh được goi là kim loại kiềm thổ.

- Chỉ có Be, Mg có khả năng tạo phức, còn lại tạo ionX⁺².

- Các hợp chất XO, X(OH)₂ đều có tính bazơ mạnh tăng từ Be - Ra.

- Kim loài màu trắng, nhẹ, rất cứng n0 dòn.

- Be gần giống Al, có ái lực lớn với Oxi, nhưng bền nhờ màng BeO.

- Be phản ứng với nhóm Halogen, Oxi, Lưu huỳnh, Nitơ. Trong điều kiện thường không tác dụng với Hydro.

- Tan trong axít và kiềm (kim loại lưỡng tính), thụ động trong HNO₃, H₂SO₄ đặc nguội.

- Tác dụng với nhiều kim loại tạo thành Berilua.

- Dễ tạo hợp kim, 1 lượng nhỏ trong hợp kim làm cho hợp kim cứng, bền.

- Cho tia Rơngen X đi qua nên làm cửa sổ cho ống Rogen.

- Dùng làm chất hãm, chất phản xạ nơtron trong các lò nguyên tử.

- Là nguyên tố hiếm. Trong thiên nhiên dưới dạng quặng Beryl.

- Điều chế bằng điện phân BeCl₂ nóng chảy hay nhiệt phân BeF₂.

+ Magie :

- Kim loại màu trắng bạc, nhẹ, t_nc và t_s thấp, dẫn nhiệt, dẫn điện tốt, mềm và dẻo hơn Be.

- Ứng dụng quan trọng nhất là điều chế hợp kim nhẹ, nhưng ít bền hóa, kém chịu nhiệt.

- Nguyên tố họ s song có orbian nguyên tử họ d.

- Magie dễ dàng phản ứng hdo, tạo được MgH₂ (Hydnua Magie).

- Magie dễ dàng phản ứng với nhóm Halogen, Oxi, Lưu huỳnh, Nitơ, Na ...

- Đốt Magie cháy tạo ngọn lửa sáng và phát nhiệt.

- Là chất khử mạnh, khử được những hợp chất bền : H₂O, CO₂, SiO₂, P₂O₅, B₂O₃.

- Magie tan nhanh trong axit, nhưng không tác dụng với bazơ.

- Magie tác dụng với hợp chất hữu cơ Alkyl Halogen và trong dung dịch este tạo hợp chất cơ Magie.

- Là nguyên tố phổ biến trong tự nhiên.

- Tồn tại ở dạng hợp chất.

- Điều chế bằng điện phân Cacnalit KCl.MgCl₂.6H₂O hoặc MgCl₂ nóng chảy hoặc bằng nhiệt kim loại hay khử C.

+ Canxi, Stronti, Bari :

- Đều là kim loại trắng, bạc, mềm, nhẹ, dẫn nhiệt, điện tốt, dễ dát mỏng, dễ kéo sợi.

- Khá mềm và hoạt động mạnh nên không thể dùng ở trạng thái đơn chất hoặc hợp kim như nhẵng kim loại khác.

- Khi đốt có màu đặc trưng Ca : đỏ da cam, Sv : đ3o rực, Ba : lục hơi vàng.

- Kim loại rất hoạt động, hoạt tính tăng, kết hợp hầu hết phi kim ở điều kiện thường. Khi đun nóng tác dụng được với các nguyên tố khi hoạt động như cacbon, silic, hydro ...

- Trong không khí dễ dàng tạo thành MO.

- Khi đun nóng chúng tác dụng với Hydro tạo thành Hydrua rắn được dùng làm chất khử mạnh.

- Ở nhiệt độ cao tạo thành các peoxyt nhưng kém bền tính bền tăng từ Ca  Ba.

- Trong điều kiện thường ba nguyên tố đều tác dụng với H₂O tạo thành Hydroxyt và thoát H₂.

- Chúng đều tan trong axít tạo thành muối và giải phóng H₂.

- Trong thiên nhiên canxi là nguyên tố phổ biến, Be khá phổ biến, còn Strenti khá hiếm và thường gặp ở dạng hợp chất.

- Điều chế bằng điện phân muối clorua khan nóng chảy.

+ Hợp chất Be (+2)

- Các hợp chất ở dạng đơn giản (BeO, BeS ...) hay phức ([Be(H₂O)₄]⁺², [Be(OH)₄]^–2 ...) là tinh thể màu trắng, dễ tan trong nước.

- Hợp chất Be⁺² có tính lưỡng tính.

- BeO có cấu trúc đặc, khít, chịu lửa, dẫn nhiệt, nung nóng không hoạt động hóa học.

- Là hợp chất lưỡng tính, BeO tan trong axit, kiềm. Khi đốt nóng hay nấu chảy với các oxyt axit, oxyt bazơ.

- Hydro beri Be(OH)₂ là hợp chất Polime, không tan trong nứơc có tính lưỡng tính.

- Be⁺ có tác dụng phân cực cao nên muối bị thủy phân.

+ Hợp chất Mg(+2) :

- Thường gặp ở dạng muối, phức cation.

- Muối Mg⁺² khan hút ẩm đặc biệt Mg(ClO₄)₂ dùng làm chất sấy khô.

- Muối Mg²⁺ có đặc trưng đa dạng là muối kép.

- Oxýt MgO màu trắng, xốp, khó nóng chảy (t_nc = 2.800⁰C) có tính bazơ dễ tan trong axit, nung nóng mất hoạt tính.

- Mg(OH)₂ có cấu trúc lớp, ít tan trong nước lạnh, bazơ mạnh trung bình.

- Khi đun nóng dung dịch MgCl₂ hay muối MgCl₂.6H₂O  thủy phân tạo thành Oxoclorua và bị polime hóa.

Cl–Mg–O–Mg . . . O–Mg–Cl

Trên cơ sở đó tạo ra xi măng Magie.

- MgSO₄ được dùng làm thuốc tẩy nhẹ.

+ Hợp chất Ca(+2), Sr(+2), Ba(+2)

- Các hợp chất X(+2) đều bền.

- Kích thước nguyên tử lớn có sự tham gia của orbitan nguyên tử nhóm f.

- Các hợp chất X(+2) tan trong nước. Các muối cacbonat, sunfat khó tan.

- Các oxyt và hydroxyt có tính bazơ mạnh.

- Các oxyt là chất bột màu trắng có t_nc cao, phản ứngmãnh liệt với nước tạo X(OH)₂ và tỏa nhiệt.

- X(OH)₂ bị nhiệt phân lại trở về XO và H₂O.

- Các hydroxyt có tính tán, tính bazơ, tính bền nhiệt tăng từ Ca  Ba.

- Ca, Sr, Ba còn có khả năng tạo peoxyt XO₂ màu trắng và peoxyt bậc cao XO₄ màu vàng.

- Peoxyt tác dụng axít cho H₂O₂, peoxyt bậc cao cho H₂O₂ và O₂ độ bền peoxyt tăng từ Ca  Ba.

- Deoxyt đều khó tan trong n7ớc.

- XO₂ được điều chế bằng cách trung hòa bazơ bằng axit.

Ca(OH)₂ + H₂O₂ = CaO₂ + 2H₂O

- BaO₂ là peroxyt phổ biến nhất, ngòai cách điều chế như trên còn cách nung nóng BaO trong không khí ở 500⁰C.

- BaO₂ dùng để tẩy trắng lụa, sợi thực vật, tẩy màu thủy tinh, điều chế H₂O₂, Pecabonat Bari, dùng tẩy uế.

- Muối halogenua dễ tan trong nước (trừ XF₂) đặc biệt CaCl₂ được dùng hút ẩm, sấy khô, tải lạnh ...

- Muối XCO₃, XSO₄ khó tan trong nước giảm dần từ Be  Ba.

- Các muối XCO₃ bị nhiệt phân cho XO và CO₂ khả năng nhiệt phân giảm từ Ca  Ba.

- Muối XSO₄ không bị nhiệt phân.

- Thông dụng nhất là CaCO₃ và CaSO₄.

- CaCO₃ nguyên liệu để điều chế Ca(OH)₂ và CaO.

- CaSO₄ dùng làm thạch cao, tượng, vách ngăn.

- X(OH)₃ kết tủa vô định hình. Không tan trong nước.

- Các muối X(+3) tan được trong nước là : Clorua, nitrat, Sufat, muối khó tan : Sunfua, Florua, Photphat, Cacbonat ...

- Ứn dụng trong kỹ thuật chân không và tạo hợp kim, làm xúc tác trong các phản ứng hóa học, chế tạo gốm, thủy tinh, vật liệu kỹ thuật điện, điện tử.

+ Các hợp chất X(+4), X(+2)

- Đặc trưng là CeO₂, CeF₄, Ce(OH)₄ ...

- CeO₂ màu vàng sáng, khó nóng chảy sau khi nung, trơ về mặt hóa học.

- Muối Ce⁺⁴ không bền, thủy phân mạnh.

- Trong axit thể hiện chất oxi hóa mạnh.

- Trạng thái +2 đặc trưng là : Eu(+2), Sn (+2), Yb (+2) dưới dạng oxyt, hydroxýt giống nhóm Ca.

- Hợp chất X(+2) có tính khử.

- Gồm kẽm (Zn), cadini (Cd), Thủy ngân (Hg)

- Cấu hình electron (n-1)s² (n-1)p⁶(n-1)d¹⁰ns^2.

- Có hai electron ở lớp ngoài cùng ns² và số oxi hóa +2.

- Tính kim loại kém hơn kim loại kiềm thổ.

- Tính tạo phức tăng dần từ Zn đến Hg.

- Zn : trắng, hơi xanh ; Cd, Hg : màu trắng bạc, dễ nóng chảy, dễ bay hơi.

- Đều có khả năng tạo hợp kim. Hợp kim của Hg gọi là hỗn hợp.

- Bền với không khí khô, tác dụng với CO₂ trong không khí ẩm.

- Zd, Cd phản ứng với S nóng, Hg torng điều kiện thường tạo HgS.

- Zn dễ tan trong axít HCl, H₂SO₄ loãng, Hg thì không.

- Cả ba đều tan trong HNO₃ loãng.

- Zn có tính lưỡng tính tan cả trong axít và kiềm.

- Trong thiên nhiên tồn tại dưới dạng quặng, riêng Hg tồnt ại dạng mỏ Hg nguyên chất.

- Điều chế quặng XS : đốt sunfua thành oxyt rồi khử oxyt ở nhiệt độ cao.

- Muốn điều chế Hg : nung quặng HgS ở nhiệt độ = 500⁰C.

3.2.3. Các hợp chất của phân nhóm II^B

+ Các hợp chất X(+2)

- Là chất rắn ZnO : trắng ; CdO : nâu ; HgO : đỏ.

- Độ bền oxýt XO giảm theo chiều Zn - CD - Hg.

- Không tan trong nước nhưng tan trong axit.

- Các cation X⁺² không màu.

- Muối có màu HgI₂ : đỏ ; CDs : vàng ; HgS : đỏ, đen

- Các Halogenua, Sunfat, Nitrat tan trong nước.

- Khi tan các hợp chất X⁺² tạo phức.

+ Các hợp chất Hg(+1)

- Không có ion H⁺ mà chỉ có ion cấu trúc [–Hg–Hg–]⁺².

- Nhóm không phân ly.

- Hg(+1) không màu, khó tan trong nứơc.

- Tùy theo điều kiện mà có tính khử hoặc oxy hóa.

- Hợp chất dị phân cho Hg và hợp chất Hg(+2).

- Một số hợp chất bền : Hg₂Cl₂, Hg₂SO₄.

- Gồm các nguyên tố : Bo (B), Nhôm (Al), Gali (Ga), Indi (In), Tali (Tl), Bo và Nhôm phổ biến.

- Cấu hình electrn ns²np¹.

- Thể hiện tính khử chuyển sang trạng thái X⁺³.

- Chỉ có B là phi kim, từ Al trở đi là kim loại.

- Ngòai ra còn số oxy hóa X⁺ độ bền tăng từ Ga  Tl.

- Nguyên tố phi kim loại có vài dạng thù hình, bền là dạng tứ phương.

- Bo là chất bán dẫn, có màu đen, khó nóng chảy.

- Có cấu hình electron hóa trị 2s²2p¹.

- Hoạt tính hóa học giống Silic (theo đường chéo).

- Điều kiện thường chỉ tác dụng với flo ở 400  500⁰C, phản ứng với O₂, S, Cl₂. Ở 1200⁰C tác dụng với Nitơ.

- Ở nhiệt độ cao Bo có tính khử.

- Tác dụng với Axít mạnh  axít Boric, tan trong dung dịch kiềm.

- Tác dụng với Hydro tạo thành Boran.

- Kimlọaitác dụng với Bo thành Borua.

- Bo ít phổ biến trong thiên nhiên. Tồn tại dưới dạng muối và axit.

- Điều chế bằng phân hủy cracking các boran.

- Bo dùng để chế tạo vật liệu bền nhiệt, bền hóa và kềm hãm quá trình phản ứng hạt nhân.

+ Nguyên tố Nhôm :

- Nhôm màu trắng bạc, dẫn nhiệt, dân điện tốt, bền, dai và nhẹ.

- Cấu hình electron 1s²2s²2p⁶3s²3p¹.

- Là nguyên tố lưỡng tính điển hình, tạo thành cả cation và anion.

- Phản ứng mãnh liệt với Halogen, Oxy, Lưu huỳnh ... là chất khử mạnh.

- Tan trong axít và dung dịch kiềm.

- Không tác dụng với HNO₃ và H₂SO₄ đặc vì bị thụ động.

- Bền trong không khí vì có lớp Al₂O₃ bảo vệ.

- Al phổ biến trong tự nhiên gặp Al ở dạng hợp chất.

- Phương pháp điều chế nhôm là điện phân Al₂O₃ khan sạch.

- Nhân được sửdụng làm đồ gia dụng và hợp kim để dùng trong công nghiệp.

+ Các nguyên tố Gali, Indi, Tali :

- Ga có trạng thái đặc trưng là Ga⁺³, cònTali là Te⁺¹.

- Cả ba đều là kim loại trắng, dễ nóng chảy.

- Đều bền trong không khí vì có lớp màng oxyt bảo vệ.

- Tác dụng với Cl₂, Br₂ ở nhiệt độ thường. Khi đốt óng phản ứng với O₂, S, I₂.

- Hòa tan trong axít loãng tạo muối Ga⁺³, In⁺³, Tl⁺¹ (riêng Tl bị thụ động trong HCl).

- Ga tan trong kiềm giống nhôm Al, In, Te chỉ tan khi có chất oxi hóa mạnh.

- Trong thiên nhiên các nguyên tố này phân tán, không có quặng độc lập.

- Điều chế từ quặng chuyển thành oxyt hay clorua rồi bằng hóa học hoặc điện phân để tách kim loại.

- Các kim loại dùng để chế tạo hợp kim có độ nóng chảy thấp.

+ Hợp chất Bo (+3)

- Điển hình là các Oxyt, Halogenua, Sunfua, Nitrua, Hydrua và các phức ion.

- Các Halogenua có thể là khí (BF₃), lỏng (BCl₃), rắn, (BI₃). Theo chiều tăng bán kính nguyên tử  độ bền giảm  hoạt tính hóa học tăng.

- Các muối halogenua điều chế trực tiếp từ nguyên tố khí đốt nóng.

- BN có hai dạng : Gia phít là chất bán dẫn và Barazon có cấu trúc kim cương : cứng, bền nhiệt, bền cơ, cách điện.

- Oxít B₂O₃ bền nhiệt nhưng hút ẩm, dễ tan trong nước thành axit boric.

- H₃BO₃ là axit bền, kết tin hdạng vảy, không màu, tan ít trong nước lạnh, tan nhiều trong nước nóng.

- Axít Metaboric HBO₂ là axit yếu.

- Muối của axit boric la borat, ngậm nước, không màu, chảy rửa trong không khí, ít tan và bị thủy phân.

- Borat nóng chảy có khả năng hòa tan các oxyt kim loại tạo thành ngọc Borat có màu đặc trưng của ion kim loại.

- Được dùng trong hóa phân tích so màu, hoặc thủy tinh chịu nhiệt.

+ Hợp chất của nhôm (+3)

- Hợp chất Al (+3) đa dạng : oxyt, hydroxyt, halogenua ... và các phức.

- Trong điều kiện thường các hợp chất Al(+3) thường là chất rắn màu trắng.

- Các Halogenua các nhôm là tinh thể không màu, dễ nóng chảy, hút ẩm, tan trong nước và dung môi hữu cơ (trừ AlF₃), hoạt động hóa học mạnh.

- Al₂O₃ tinh thể rắn, nhiệt độ nóng chảy cao, chịu lửa tốt, rất cứng không tan trong nước. Có nhiề dạng đa hình. Trong thiên nhiên dưới dạng khoáng corumđum : trong suốt không màu lẫn tạp chất cho màu đẹp gọi là ngọc.

- Al₂O₃ không tác dụng với nước và axít. Kiềm đun nóng lâu bị phá hủy.

- Ở dạng vô định hình oxyt nhôm hoạt đọng thể hiện lưỡng tính.

- Hydroxyt nhôm Al(OH)₃ là hợp chất lưỡng tính điển hình dùng để hồ giấy, làm torng nước, điều chế phèn nhôm, thuộc da ...

- Người ta tổng hợp được các chất của Bo và Al giống như hydrocacbon tương ứng. Các hợp chất này bền dầu, bền nhiệt, có thể làm nhiên liệu tên lửa.

+ Các hợp chất của Ga, In, Tl :

- Các hợp chất Ga (+3), In(+3), Te(+3) đều giống Al(+3).

- Oxyt X₂O₃ điều chế trực tiếp từ nguyên tố : Ga₂O₃ : trắng nóng chảy không phân hủy ở 1740⁰C ; In₂O₃ : vàng ở 850⁰C chuyển In₂O ; Tl₂O₃: nâu ở 90⁰C  Tl₂O₃ và Tl₂O.

- X₂O₃ là tinh thể, không tan trong nước, độ bền giảm, tính bazơ tăng từ Ga  Tl.

- X(OH)₃ không tan trong nước, có tính lưỡng tính. Tính axít giảm, bazơ tăng từ Ga  Tl.

- Hòa tan X₂O₃ hay X(OH)₃ trong axít được phức cation.

- Hòa tan X₂O₃ hay X(OH)₃ trong kiềm được phức anion.

- Các hợp chất +1 chỉ đặc trưng với Tl(+1), các hợp chất Ga(+1), In(+1) không đặc trưng không bền là chất khử mạnh.