Nh ng ng i th c hi nữ ườ ự ệ

Nguyễn Viết Kỳ Long

Võ Cao Tiến

Trần Thanh Thủy

Nguyễn Thanh Thư

Trần Diễm Quỳnh Anh

Võ Văn Quốc Cường

Lê Xuân Nam

211

L i nói đ uờ ầ

ác nhóm nguyên tố IVA và VA trong bảng tuần hoàn hóa học là một phần chương trình học môn hóa chuyên lớp 10 và hóa học phổ thông lớp 11, dung lượng kiến thức được truyền tải qua hai phân nhóm này cũng khá lớn, với

một lượng bài tập phong phú. Nội dung của tập san này là các kiến thức liên quan đến hai phân nhóm trên, kèm theo đó là phần bài tập, có thể chia phần nội dung này ra làm hai phần:

CPhần lí thuyết, như vừa giới thiệu, trình bày những kiến thức ở mức nâng cao

đối với các nguyên tố thuộc hai nhóm này, các đặc điểm, tính chất vật lý, hóa học... của từng nguyên tố và nhóm hợp chất đều được trình bày theo hệ thống xác định, thông qua phần này, chúng tôi hy vọng các bạn có thể nắm được những kiến thức cơ bản và bồi dưỡng thêm những kiến thức nâng cao đối với đề tài này.

Phần bài tập được chia theo từng phân nhóm, ở mỗi phân nhóm lại có chia thành nhiều dạng với hướng dẫn giải chung và các bài tập ví dụ, bài tập củng cố, nâng cao, bài tập tự giải... phần nhiều những bài tập trong tập san này được trích từ các sách tham khảo hóa học, các đề thi olympic... số ít còn được sưu tầm từ mạng internet.

Hoàn thành tập san gấp rút trong thời gian ngắn, vì thế, những sai sót trong phần nội dung là không thể tránh khỏi, cũng chính như thế, chúng tôi luôn mong nhận được sự góp ý về tất cả các phần nội dung và hình thức của các bạn, xin chân thành cảm ơn các bạn đã quan tâm theo dõi tập san này.

Những người thực hiện.

M c L cụ ụPhần lí thuyết

Nhóm Cacbon - Silic 5

Cacbon.......................................................................................................................6

Cacbon monooxit.......................................................................................................17

Cacbon đioxit.............................................................................................................23

Cacbua kim loại..........................................................................................................26

Axit cacbonic và muối cacbonat.................................................................................31

Silic.............................................................................................................................35

Silic monooxit và Silic đioxit.......................................................................................38

Axit Silixic...................................................................................................................42

Nhóm Nito - Photpho 46

Nito............................................................................................................................48

Amoniac.....................................................................................................................51

Muối amoni và gốc amoni tự do................................................................................57

Hợp chất của nito với oxi: Các oxit và oxiaxit.............................................................57

Axit nitric....................................................................................................................62

Muối nitrat.................................................................................................................66

Chu trình nito trong tự nhiên.....................................................................................67

Photpho.....................................................................................................................70

Axit photphoric..........................................................................................................73

Các nguyên tố asen, antimon và bitmut..........................................................75

Phần bài tập

Nhóm Cacbon - Silic 89

Nhóm Nito - Photpho 133

Trắc nghiệm tổng hợp..................................................................................................................183

211

Nhóm IVA gồm các nguyên tố cacbon (C), silic (Si), gemani (Ge), thiếc (Sn) và chì (Pb).

Trong nhóm IVA, cacbon là nguyên tố cơ sở của giới sinh vật, còn silic là nguyên tố cơ sở của các khoáng vật

1. Cấu hình e Các nguyên tố nhóm IVA đều có cấu hình electron lớp ngoài cùng đặc

trưng là ns2np2.

↑↓ ↑ ↑

ns2 np2

Do cấu hình này, ta có thể thấy các nguyên tố trong nhóm thể hiện được các số oxi hóa -2, +2, -4, +4 tùy thuộc vào độ âm điện của các nguyên tố liên kết với chúng.

2. Sự biến đổi tính chất của các nguyên tố trong nhóm

Nguyên tố

Số hiệu nguyên tử

Khối lượng

nguyên tử (đvC)

Nhiệt độ

nóng chảy (oC)

Khối lượng riêng

(g/cm3)

Bán kính nguyên tử

(Å)

Cấu hình electron

Năng lượng ion

hóa (kJ/mol)

Độ âm

điện

Tính dẫn điện

C 6 12,01 3550 2,26 0,772

s22p2 1086 2,55

Không dẫn (kim cuơng),

dẫn điện tốt (than

chì)

Si 14 28,08 1410 2,33 1,17 3 786 1,9 Bán dẫn

156

s23p2

Ge 32 72,61 937 5,32 1,224

s24p2 762 2,0 Bán dẫn

Sn 50 118,71 232 7,30 1,405

s25p2 708 1,8Dẫn điện

Pb 82 207,2 328 11,34 1,466

s26p2 715 2,1Dẫn

điện tốt

Cacbon1. Cấu hình electron:

1s22s22p2

Cacbon không có ion C4+ vì năng lượng để tách cả bốn electron ra khỏi nguyên tử là rất lớn. Ngoài ra cacbon cũng không có ion C4- vì không thể nhận cả bốn e, tuy nhiên nguyên tố này cũng thể hiện số oxi hóa -4 như trong metan, +4 như trong CO2, các số oxi hóa khác: -2, +2

Cacbon là nguyên tố có số hợp chất rất lớn, đến mức phải có riêng ngành nghiên cứu các hợp chất của nó là hóa học hữu cơ

2. Trạng thái tự nhiên, các dạng thù hình Cacbon chiếm khoảng 0,08% vỏ quả đất và khí quyển

211

Sơ lược chu trình cacbon trong thiên nhiên

Cacbon tồn tại dưới 4 dạng thù hình là kim cương, than chì, than muội và fuleren.

Lượng rất lớn cacbon nằm trong hai khoáng vật là canxi (CaCO3) và đolomit (CaCO, MgCO3). Than mỏ và dầu khí cũng là khoáng cật của cacbon có trong không khí hơn so với canxi và đolomit. Khí cacbonic là hợp chất của cacbon có trong không khí của khí quyển từ 0.03 đến 0.04 % và có trong nước với lượng nhiều gấp bội. Cacbon còn có trong hợp chất hữu cơ của mô sinh vật. Chính than mỏ và dầu mỏ là sản phẩm phân hủy của những hợp chất hữu cơ đó ở trong điều kiện thiếu không khí.

Cacbon thiên nhiên gồm chủ yếu một hỗn hợp của hai đông vị bền: 12C với tỉ lệ 98.89% và 13C với tỉ lệ 1.11%. Ngoài ra trong Cacbon còn có những vết của đồng vị phóng xạ 14C. Đồng vị 14C có trong khí quyển ở dạng khí CO2 vớ nồng độ không đổi. Nhờ có chu kì bán hủy khá lớn, 5770 năm, nên 14C ở trong khí CO2 của khí quyển được phát hiện trong mọi chất có chưa cacbon nằm cân bằng với khí CO2 cảu khí quyển. Khi sinh vật chết, nó thôi không đồng hóa những lượng mới của 14C giảm xuống do sự phân hủy phóng xạ. Như vậy biết nồng độ của 14C trong một vật có nguồn gốc hữu cơ đã tónh được khi căn cứ vào đọ phóng xạ và biết ăhngf số nông độ 14C ở trong khí quyển, người ta có thể xác

156

định được thòi diểm mà sinh vật đã chết. đây là phương pháp cho phép xác định tuổi của sinh vật thời cổ xưa với sai số 5%.

a. Tinh thể kim cương

Tinh thể kim cương thuộc hệ lập phương. Trong tinh thể, mỗi nguyên tử cacbon ở trạng thái lai hóa sp3 liênkết cộng hóa trị cới bốn nguyên tử cacbon khác bao quanh kiểu hình tứ diện. Khoảng cách giữa các nguyên tử cacbon là 1.54Å .Tinh thể

kim cương có mạng lưới nguyên tử điển hình. Toàn bộ tinh thể có kiến trúc rất đều đặn cho nên thực tế tinh thể là một phân tử khổng lồ. Kiến trúc như thế giải thích nhiều tính chất vật lí của kim cương.

Tuy nhiên kương lại dòn và có thể nghiền nát trong cối sắt thành bột. nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của kim cương chưa xác định được nhưng rất cao. Kim cương không dẫn điện vì tất cả electron háo trị đều đươc liên kết bền vững trong liên kết C-C

Tinh thể kim cương hoàn toàn trong suốt, không màu, có chỉ số khúc xạ ánh sáng rất lớn nên trông lấp lánh và đẹp. Bởi vậy kim cương sau khi được gia công càng lâp slánh và đepk hơn nhiều nên được dùng làm trang sức quý. Khi chứa tạp chất, tinh thể kim cương có màu đục. Lọai kim cương này được dùng làm mũi khoan để khoan thép và khoan mỏ, làm dao cắt kim loại và thủy tinh. Bột kim cương được dùng làm đánh bóng hạt kim cương và những vật liệu rất cứng khác.

b. Than chì

Than chì có kiến trúc lớp, trong đó mỗi nguyên tử cacbon ở trạng thái lai hóa sp2 liên kết cộng hóa trị với ba nguyên tử cacbon bao quanh cùng nằm trong một lớp tạo thành còng sú cạn; những vòng này liên kết với nhau thành một lớp vô tận

211

Sau khi tạp thành liên kết, mỗi nguyên tử cacbon còn có một electron trên obitan nguyên tử 2p không lai hóa sẽ tạo nên liên kết л với một trong ba nguyên tử cacbon bao quanh. Độ dài của liên kết C-C trong các lớp là 1.415Ao, như vậy là jơi lớn hơn so với liên kết C-C(1.39Ao) trong vòng benzen có độ bội là 1.33. Nhưng khác cới benzen, liên kết л trong than chì là không định chỗ trong toàn lớp tinh thể, than chì có màu xám, có ánh kim, dẫn nhiệt và dẫn điện. Trên thực tế, than chì được dùng làm điện cực.

Tùy theo cách sắp xếp của các lớp đối vơi nhau, than chì có hai dạng tinh thể: lục phưong và mặt thoi. Than chì lục phương thường có trong thiên nhiên. Trong tinh thể than chì lục phương, mỗi nguyên tử cacbon của lớp trên không nằm đúng ở trên nuyên tử cacbon của lớp dưới mà nữa, nghĩa là lớp thứ nhất trùng với lớp thứ ba, lớp thứ năm…. Và lớp thứ hai trùng với lớp thứ tư thứ sáu . Trong tinh thể than chì mặt thoi, nguyên tử cacbon của lớp thư nhất nằm dúng nguyên tử nguyên tử cacbon của lớp thứ tư, lớp thứ bảy …. khoảng cáh giữa các lớp (than chì lục phưong và than chì thoi) là 3.35Ao, nghĩa là gần bằng tổng bán kính Van de Van của hai nguyên tử cacbon. Như vậy các lớp trong tinh thể than chì liên kết với nhau bằng lực Va de van nên than chì rất mềm và sờ vào thấy trơn. Lấy một cục than chì vạch một đường trên tờ giấy trắng, than chì để lại một vạch đen gồm rất nhiều nlớp tinh thể. Bột than chì trộn vơí đất sét được dùng làm ruột bút cì đen. Bút chì mềm chứa nhiều đất sét và bút chì cứng chứa ít đất sét. Một mình bột than chì hợăc hỗn hợp của bột than chì và dầu nhờn được dùng để là chất bôi trơn các ổ bi.

156

Do có kiến truc lớp, một số tính chất lú học của tha chì phụ thuộc vào phương ở trong tinh thể, ví dụ như độ dẫn điện và độ cứng của than chì theo phương song song với lớp tinh thể lớn hơn so với phương vuông góc với lớp.

Giống như kim cương, than chì có nhiệt độ nóng chảy rất cao. Lợi dung tính chất này người ta dùng than chì đẻ làm chén nung và nồi nấu chảy kim loại. Than chì có tỉ khối là 2.22 bé hơn kim cưong cho nên muốn biết than chì thành kim cương, cần có áp suất rất cao. Tuy vậy than chì bền hơn kim cương, nhiệt chuyển của kim cương sang than chì là -1.828 kJ/mol ở nhiệt độ và áp suất thưòng . Quá trình chuyển kim cương sang than chì xảy ra rất chậm ở nhiệt độ thường cho nên kim cương cỏ thể tồn tại lâu dài ở điều kiện thường. Khi đun nóng ở 1500oC, trong điều kiện không có không khí, kim cương biến thành than chì.

c. Fuleren

Trong những năm 90 của thế kỉ trước rộ lên rất nhều công trình nghiên cứu về fuleren. Fuleren được khám phá ra năm 1985 khi chiếu tia laze

vào than chì, là những lọai phân tử cacbon được tạo nên bởi cùng một số nguyên tử C liên kết với nhau thành một khung rỗng và kín . Tên gọi này được lấy từ tên của kiến trúc sư người Mĩ là Fule (R. Buckmíntir Fuller), người đề ra vòm đo rỗng vào năm 1947.

211

Những phân tử Fuleren đó có từ 40 đến 100 nguyên tử cacbon. Fuleren đơn giản và bền nhất là C60. Phân tử C60 là một khung rỗng có dạng giống quả bóng bầu dục. ngưòi ta cũng đã tiếp tục nghiên cứu đặc tính của fuleren. Mỗi nguyên tử C có lai hóa sp2 tạo thành 2 liên kết đôi với các nguyên tử C lân cận, nguyên tử C này nằm ở điểm nối của một vòng 5 cạnh và 2 vòng 6 cạnh.

Với kích thước rất bé fuleren sẽ là vật liệu tốt để làm giá đỡ cho những chất xúc tác là kim loại. Năm 1992 cá nhà khoa học Pháp thông báo khả năng dùng áp suất cao để nén C60 thàn kim cưong ở nhiệt độ thưòng. Thành tựu này mở ra một phương pháp mưói để điều chế kim cương nhân tạo trong tương lai. Cacbon vô định hình. Nhiều dạng "vô định hình " của cabon như than gỗ, than muội than cốc v.v...thực tế là những dạng vi tinh thể của than chì.

Ống nano – một biến dạng của fuleren:

Người đầu tiên phat hiện ra ống than nano là hai nhà khoa học nga Raduskevich và Lukyanovich vào đầu thập niên 50 của thế kỉ trước nhưng bị lãng quên. Năm 1991 nhà khoa học Nhật Bản là Dumio Ligima thông báo đã chế được một fuleren có kiến trúc mới dạng ống và có kích thước vài nanomet, sau báo cáo này, việc nghiên cứu ống than nano bùng phát như bão hỏa do nhiều tính năng ưu việt của loại biến dạng này như độ cứng, độ dẫn điện và tiềm năng thay thế silic trong các chi tiết máy tính

Ngoài kim cương và than chì ra, ngày nay người ta đã tổng hợp được một dạng tinh thể nữa của cacbon gọi là cacbin. Đó là chất bột màu đen chứa đến 99% cacbon, tinht hể thuộc hệ lục phương và có kiến trúc mạch thẳng (=C=C=)n, trong đó mỗi nguyên tử câcbon tạo nên hai liên kết δ và hai liên kết л . Độ dài của liên kết C-C ở trong mạch là 1.284Ao và giữa các mạch alf 2.95Ao. Cacbin là chất bán dẫn.Khi đun nóng đến 2300o , cacbin thành than chì.

Cần chú ý rằng dạng thù hình của cacbon với lien kết C-C càng bền khi được đốt cháy trong không khí oxi sẽ phát ra càng ít nhiệt vì phải tiêu thụ một lượng nhiệt để làm đứt liên kết C-C. Ví dụ khi được đốt cháy trong khí oxi, lượng nhiệt phát ra của kim cương, than chì và cacbon là

156

tương ứng. Cacbon vô định hìn, một dạnh thù hình khác của cacbon sắp được đề cập đến dưới đây, có liên kết C-C kém bền nhất, khi ssược đốt cháy sẽ phát nhiệt nhều nhất.

Những năm gần đây khhi than hóa một số chất hữu xơ như xenlulxơ, nhựa tổng hợp, người ta thu ssược một dạng bền chắc và không thấm khí của cacbon gọi là cacbon thủy tinh. Nó dấn nhiệt, chịu được nhệt đến 4000oC và chịu được sự thay đổi đột ngột nhệt độ. Bởi vậy cacbon thủy tinh ssợc dùng làm vật liệu chế tạo trong nhiều ngành kĩ thuật khác nhau, ví dụ như vỏ của pin nhiên liệu trong lò phản ứng hạt nhân. Người ta cho rằng cacbon thuỷ tinh có kiến trúc thủy tinh vừa của kim cương, vừa của than chì.

d. Cacbon vô định hình (than muội) Cacbon vô định hình như than gỗ, mồ hóng, muội,... gồm những tinh thể

than chì rất nhỏ.Tính chất đặc biệt của than vô định hình là khả năng hấp phụ lớn, nghĩa là

nó có khả năng hút và giữ lại trên bề mặt của nó các khí hay các chất tan.Người ta làm than hoạt tính bằng cách đun nóng than gỗ trong hơi nước ở

khoảng 1000oC không cho không khí lọt vào. Nhờ tác dụng của hơi nước, các chất bịt kín các mạch dẫn bên trong của than bị cuốn đi làm cho than trờ nên xốp hơn và tăng thêm khả năng hấp phụ

e. Than đá Than đá được tạo thành do cây cối bị vùi lấp dưới đất qua các thời đại địa

chất kéo dài hàng triệu năm và bị hóa thạch. Mạng tinh thể của than đá không đều đặn giống mạng than chì, trong đó một số nguyên tử cacbon liên kết với hidro. Than đá chứa trên 90% cacbon, ngoài ra còn có một số tạp chất khác như lưu huỳnh.

Khi cháy, than đã tỏa ra nhiều nhiệt nên được dùng làm nhiên liệu

3. Tính chất hóa học:

Ở nhiệt độ thường cacbon rất trơ về mặt hóa học nhưng ở nhiệt độ cao, trở nên hoạt động. Nó có thể tương tác ở nhiệt độ cao với nhiều nguyên tố không lim loại và kim loại. Cacbon vô định hình rất hoạt động hơn cacbon dạng tinh thể và trong dạng tinh thể, than chì hoạt động hơn kim cương. Ví dụ như cacbon vô định hình cháy mãnh liệt khi được đốt trong không khí, còn than chì và nhất là kim cương chỉ cháy trong oxi tinh khiết ở nhiệt độ khá cao (700-800oC).

TÝnh chÊt ho¸ häc c¬ b¶n cña cacbon lµ tÝnh khö.

211

T¸c dông víi oxi: C + O2 CO2 (1)

Phản ứng này phát ra nhiều nhiệt cho nên đã từ lâu, than được dùng làm

nhiên liệu. ngoài khí CO2, trong sản phẩm của phản ứng luôn luôn có một lượng

ít khí CO

2C + O2 2CO (2)

Đối cới các hợp chất, cacbon thể hiện tính khử. Ở nhiệt độ cao, cacbon khử được những hợp chất như nước, clorat, nitrat, axit nitric, axit sunfuric tạo nên khí cacbonic. đặc biệt nó khử được nhiều oxit kim loại giải phóng kim loại tự do nên trong luyện kim người ta sử dụng phản ứng đó để điều chế các kim loại nặng. Trường hợp cần có than với độ tinh khiết cao, ví dụ như trong việc tinh chế đồng, người ta dùng than gỗ để làm chất khử.

C + 2CuO 2Cu + CO2 (3)

C + CO2 2CO (4)

T¸c dông víi h¬i níc ë nhiÖt ®é cao:

C + H2O CO + H2 (5)

C¸c ph¶n øng ho¸ häc (4) vµ (5) lµ c¬ së ®Ó chuyÓn ho¸

nhiªn liÖu r¾n thµnh nhiªn liÖu khÝ.

T¸c dông víi c¸c axit cã tÝnh chÊt oxi ho¸ m¹nh nh HNO3,

H2SO4 ®Æc, nãng.

C + 4HNO3 CO2 + 4NO2 + 2H2O

4. Điều chế các dạng thù hình cacbon

Trước kia kim cương được khai thác bằng cách rửa đất đá có chứa kim

cương rồi dùng tay nhặt từng tinh thể kinh cương. Ngày nay người ta đập vụn

đất đá có chứa kim cương, rửa trong máy li tâm rồi lấy phần nặng trong máy

156

cho đi qua máy sàng rung được tra dầu. Máy sàng giữ lại những hạt kim cương

không bị thấm nước mà được tra dầu.

Để thỏa mản nhu cầu về kim cương cho kỹ thuật, gần đây người ta

thường điều chế nhân tạo kim cương trên quy mô công nghiệp bằng cách nung

nóng than chì ở nhiệt độ khoảng 1800 – 3800oC và dưới áp suất 60.000 –

120.000 atm khi có các kim loại chuyển tiếp như sắt, niken, crom … làm chất xúc

tác.

Kim cương nhân tạo, về phẩm chất kỹ thuật, không những đạt mà có

khi còn vượt kim cương thiên nhiên. Tuy nhiên kim cương thiên nhiên có kích

thước tinh thể nhỏ bé và màu không đẹp nên không thể dùng làm đò trang sức

được.

Than chì cũng có thể điều chế nhân tạo bằng cách kết tinh cacbon “vô

định hình” ở nhiệt độ cao. Thực tế người ta thường nung nóng than antraxit

hay than cốc ở nhiệt độ 2500 – 3000oC trong lò điện đặc biệt. Than chì nhân tạo

có phẩm chất không kém than chì thiên nhiên.

Loại than chì dùng trong là phản ứng hạt nhân đòi hỏi có độ tinh khiết

rất cao. Nó được điều chế bằng cách nung hỗn hợp nhựa than đá và cốc dầu

mỏ lúc dầu ở nhiệt độ 1500oC sau đến 2750oC rồi để nguội dần sản phẩm thu

được.

Gần đây người ta chế biến được than chì ở dạng sợi mềm để dệt áo

quần bảo hộ lao động, làm những thiết bị đốt nóng và làm pin nhiệt điện.

Than gỗ được tại nên khi đốt cháy gỗ ở diều kiện thiếu không khí.

Than muội được tạo nên khi nhiệt phân một số hợp chất hữu cơ dễ bay

hơi ở trong pha khí. Than muội còn được tạo nên khi đốt cháy không hoàn toàn

nhựa hắc in, naphtalen và một số sản phẩm khác cảu dầu mỏ. Than muội loại

tốt nhất được chế từ khí metan. Chĩa ngọn lửa của khí metan vào những tấm

211

kim loại được làm lạnh thường xuyên bằng nước, than muội sẻ bám lên tấm

kim loại.

Than cốc được chế bằng cách nung than đá ở nhiệt độ 1000 – 1200 oC

trong điều kiện thiếu không khí. Trong quá trình nung, than đá tách ra những

hợp chất dễ bay hơi và để lại những khối rắn kết dính với nhau gọi là than cốc.

Trung bình mọt tấn than đá cho khoảng 600 – 700kg than cốc. Trong khí lò cốc

có khí H2, CH4 và khí CO. Chưng cất nhựa than đá người ta thu được benzen,

toluen, naphtalen, phenol và hắn in.

Ở tại khu liên hợp gang thép Thái Nguyên có một phân xưởng luyện cốc

riêng để phục vụ cho lò cao.

Đọc thêm: Đặc điểm của một số loại than

Than mỏ. Than mỏ được tạo nên do cây cối bị vùi lấp ở dưới đất qua các thời đại địa chất dài đến hàng triệu năm. Quá trình hóa than xảy ra trước hết nhờ tác dụng của một số vi sinh vật ở trong điều kiện thiếu không khí và sau nhờ những phản ứng hóa học xảy ra ở nhiệt độ và áp suất cao trong vỏ Trái Đất. Kết quả là những nguyên tố H, O, N và S liên kết với C trong hợp chất hứu cơ của mô thực vật được dần dần tách ra để lại phần có giàu cacbon gọi là than mỏ. Than mỏ hay còn gọi là than đá gồm có nhiều loại.

Than antraxit là loại than già về mặt địa chất, trong đó những nguyên tố liên kết với cacbon đã được tách ra hoàn toàn hợp nhất. Nó chứa trên 90% cacbon và có màu từ đen đến xám. Khi cháy antrxit cho nhiều nhiệt nên được dùng làm nhiên liệu

Nước ta có giàu than antrixit. Bể than Đong Bắc nưwcs ta là một bểt than lớn, kéo daòi 200km từ đảo cái Bàu qua Cẩm pPhả, hông Gai đến Uông Bí, Đong Tiều ( Quảng Ninh), Phả Lại, Bắc Giang lên tận Quán Triều, Cổ Lũng, Làng Cẩm và Phấn Mễ( Thái Nguyên).bể than này chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của động đất và núi lửa thuộc vành đai Thái Bình dương nên bị biến hóa mạnh và thành antrixit. Nh ững mỏ than antrixit. lớn nhất nằm trong tỉnh Quảng Ninh là mỏ Hà Lầm, Hà Tu, Uông Bí, Vàng danh, Mạo Khê ….Ngoài ra còn có một số mỏ than nhỏ hơn ở cá tỉnh khác như mỏ Yên Duyệt( Thanh Hóa ), mỏ Khe Bố (Nghệ An), mỏ Nông Sơn (Quảng Nam- Đà Nẵng)

156

Than đá ( với nghĩa hẹp)trẻ hơn antraxit. Nó chứa từ 75% đến 90% cacbon. Người ta chia than đá ra làm một số loại: than béo hay than mỡ, than gầy, than dính….Than đá cũng có màu đen nhưng khác với antraxit ở chỗ trông có vẻ béo hơn, giống nhựa và khi cháy cho nhiều khói và cho ít nhiệt hơn antraxit. Khi được nhiệt phân, than đá tách ra một số chất bay hơi và để lại than cốc. Những chất bay hơi này là nguyên liệu để tổng hợp nên nhiều hợp chất hữu cơ.

Những mỏ than Núi Hồng và Làng Cẩm (Thái Nguyên) chứa phần lớn là than mỏ.

Than nâu là loại than trẻ hơn nhiều. Nó chứa từ 65% đến 70% cacbon, nó có màu nâu, mềm hơn than đá và than antraxit. Nế độ cững của antraxit là vào khoảng 2:2.5 5 thì độ cứng của than nâu là 1.1 ;1.4 %. Nhìn vào than nâu, người ta còn thấy rõ cấu tạo của gỗ.

Than bùn trẻ nhất trong các loại than mỏ. Nó chứa từ 55 đến 60% cacbon. Nó là một vật liệu màu hung, xốp và chứa một lượng lớn nước. Thành phần nguyên tố của than bùn rất gần với thành phần nguyên tố của gỗ.

Gần đây người ta thấy nhiều điểm than bùn ở nước ta : Sơn La, Vĩnh Phú, Hà Nội, Thanh Hóa, Quảng Nam- Đà Nẵng, Uminh (Nam Bộ).Vùng mỏ ở U Minh có diện tích 150.000 ha với bề dày từ 1,5 dến 4m.

Bảng so sánh các loại than mỏ và gỗ.

Vật liệuHàm lượng % Thành Phần các nguyên tố Năng suất tỏa

nhiệt (kJ/kg)Nước Tro C H O

Gỗ

Than bùn

Than nâu

Than đá

antrixit

30-50

75-80

30-60

2-4

2

0.5

0.5

3-8

2-20

2

50

55-60

65-70

75-90

94

44

35-40

20-25

4-15

2-3

1600

21-25000

25-29000

29-33000

33-37000

Trên đây là thành phần và khả năg tỏa nhiệt (tính trên 1kg) của các kim loại than mỏ và gỗ

211

Dầu mỏ. Đá mỏ là sản phẩm phân hủy trong điều kiện thiếu không khí của các hợp chất hữu cơ chủ yếu là có nguồn gốc động vật. Nó là chất lỏng có màu từ nâu đến đen và thưòng ó tỉ lhối vào khỏng 0.75-0.95%. Về thành phần nguyên tố, dầu mỏ có 83-87%, 11-14% và một lượng N,O,S ( đôi khi cả P). Thành phần đó cho thấy dầu mỏ là hỗn hợp cảu các hiđrocacbon mạch thẳng và mạch vòng.

Dầu thô sau khi đã được khai thác được xử lí bằng những quá trình kĩ thuật phức tạp:

Chưng cất phân đoạn dầu thô ở áp suất thường và ở trong chân không, người ta thu được những sản phẩm chính như etxăng, dầu hỏa, dầu bôi trơn, vazơli, parafin, nhựa đường,… Những quá trình biến đổi lí học đó được gọi chung là quá trình lọc dầu.

Chế hóa những sản phẩm dầu mỏ đó bằng những phương pháp crackinh nhiệt, crackinh xúc tác, rifominh, cốc hóa người ta thu được những hóa chất hữu cơ bản dùng làm những nguyên liệu chủ chốt cho các ngành công nghệp hóa học. Những quá trình này làm thay đổi bản chất của những phân tử hiđrocacbua của dầu thô được gọi chung là quá trình hóa dầu.

Những nước khai thác nhiều dầu mỏ trên thế giới là Liên Xô, Mĩ, Ả rập Xê-út, Vênêzuêla, Cô-oét, Iran, Irăc, Canada, Iinđonêxia…

Nước ta có một tiếm lực dầu mỏ khá lớn ở thềm lục địa miền Nam . Mấy năm gần đây nhất đẫ bắt đầu khai thác ba mỏ dầu lớn : Bạch Hổ, Đại Hùg và Rồng. Hiện nay dầu mỏ là một trong những nuồn thu nhậ lớn nhất của nưứoc ta. Một thời gian không xa nữa, công nghiệp lọc dầu và hóa chất chắc chắn sẽ phát triển ở nước ta.

Ngoài những dạng tồn tại trên đây, cacbon tự do, như đã biết, có trong thiên nhiên dưới dạng kim cương và than chì.

Tinh thể kim cương thường gặp trong sa khoáng ở các nứoc Ấn Độ, Liên Xô, Braxin, Mêxicoo, Côngô, Nam Phivà Autralia. Những mỏ kim cưong có giá trị công nghiệp trung bình chỉ có khoảng 0.5g kim cưong trên một tấn đa. Tinh thể kim cương lớn nhất trên thế giướ đã khai thác được trước đay ở Nam Phi cân nặng 621,2 g tinh thể kim cương khai thác được gần đây ở Autraylia cân nặng 396,5g.

Than chì tạo nên những mỏ lớn hàng triệu tấn. Mỏ than chì lứon có ở nhiều nước như Xâylan, Magađaxatca, Tâytâylan, Liên Xô, Mĩ, Triều Tiên,….

156

Nước ta có một số mỏ than chì nhỏ Nậm Tị và mỏ Phố Lu ơ lào Ai, mỏ Cổ Phúc Và mỏ Minh Quang, trong đó mỏ Nậm Tị là lớn nhất.

Cacbon monoxit1. Cấu tạo phân tử, tính chất vật lí

Phân tử cacbon oxit (CO) có cấu hình electron:

(σslk)2 ( σs

*)2 (πxlk)2 (πy

lk)2 (σzlk)2

Hay cấu tạo :

Bởi vậy liên kết C – O có liên kết rất lớn, 1070 kJ/ mol, lớn nhất trong

các liên kết, độ dài bé 1,12 Aovà momen lưỡng cực cảu phân tử là không đáng

kể, μ=0,118D.

Cacbon oxit có khối lượng phân tử, tổng sồ electron và cấu tạo phân tử

giống với nitơ nên có một sồ tính chất li hòa gióng nitơ.

Giống nitơ, cacbon oxit là khí không màu, không mùi, khó hóa lỏng (nđs

là -191,5oC), khó hóa rắn ( nđns. là -204oC) và ít tan trong nước. Nó rất bền với

nhiệt, ở 6000oC chưa phân hủy.

2. Tính chất hóa học

Giống nitơ, cacbon oxit ít hoạt độ nhiệt độ thường nhưng ở nhiệt độ cao

có khả năng khử tăng lên mạnh có lẻ do sự biến đổi kiến trúc electron bền của

phân tử.

a. Phản ứng với oxi

Ở khoảng 700oC, cacbon oxit cháy trong không khí cho ngọn lửa màu lam

và phát nhiệt nhiều nên hỗn hợp của CO và O2 cũng là hỗn hợp nổ giống như

hỗn hợp của H2 và O2:

2CO + O2 = 2CO2 ΔHo = - 283kJ/mol

211

Do phản ứng phát ra nhiều nhiệt, khi CO được dùng làm nhiên liệu. Những

nhiên liệu khí thông dụng như khí than, khí lò ga và khí hỗn hợp đều chứa khí

CO. Phản ứng cháy của CO trong không khí chỉ xảy ra khi có mặt những vết

nước. Ở nhiệt độ thường, CO không tương tác với oxi. Nhưng tương tác đó xảy

ra ở trên bề mặt của một số chất xúc tác, ví dụ như hỗn hợp MnO2 và CuO.

b. Phản ứng cộng

Ngoài khả năng oxi hóa – khử, nhờ cặp electron tự do của cacbon, phân tử

cacbon oxit có khả năng kết hợp với một số chất.

Ở 500oC và trong bóng tối, CO tương tác với Clo tạo thành photgen:

CO + Cl2 = COCl2 ΔHo = - 111,3 kJ

Nếu được chiếu sáng, phản ứng này xảy ra ở nhiệt độ thường. Chính tên

gọi photgen ( phot là ánh sáng, gen là sinh ra) nói lên đặc điểm của phản ứng

tạo thành đó. Ngày nay để nâng cao hiệu suất phản ứng, người ta dùng thêm

than hoạt tính làm chất xúc tác. Photgen dễ điều chế như vậy hết sức độc và

nặng hơn không khí cho nên đã được dùng làm bam hơi ngạt trong chiến tranh

thế giới lần thứ nhất. Về mặt hóa học, photgen khà hoạt động nên được dùng

nhiều trong tổng hợp chất hữu cơ. Bởi vậy ngày nay photgen được sản xuất

lượng lớn trong công nghiệp.

Trong những điều kiện thích hợp về nhiệt độ, áp suất và chất xúc tác ( sắt,

coban, niken, ruteni ) cacbon oxit có thể tạo nên etxang tổng hợp:

nCO + (2n + 1)H2 = CnH2n+2 + nH2O

2nCO + (n + 1)H2 = CnH2n+2 + nCO2

nCO + 2nH2 = CnH2n + nH2O

2nCO + nH2O = CnH2n + nCO2

156

Ở 3500C , dưới áp suất 250atm và với chất xúc tác ZnO được hoạt hóa

bởi Cr2O3 cacbon oxit kết hợp với hydro tạo nên rượi metylic

CO + H2 = CH3OH

CO phản ứng cộng với một số kim loại, đặc biệt là kim loại họ sắt, coban,

niken, crom,... tạo thành những cacbonyl kim loại.

Ví dụ: 4CO + Ni = Ni(CO)4

(Niken tetracacbonyl)

Cacbon oxit kết hợp với chất Hemoglobin (Hb) ở trong máu tạo thành hợp

chất bền

Hb + CO = HbCO

Làm cho hemoglobin (hồng cầu) không làm được nhiệm vụ truyền tải oxy

từ phổi đến các mao quản của các cơ quan động vật, bởi vậy khí CO hết sức

độc. nó lại không có màu và mùi nên lại càng nguy hiểm đối với con người. Đặc

biệt nó ít bị than hoạt tính hấp phụ cho nên đẻ trừ khí độc CO , trong mặt nạ

phòng độc CO người ta không dùng than hoạy tính mà dùng MnO2 và CuO.

Người hút thuốc lá cần biết trong khói thuốc có từ 0,5- 1% CO.

c. Phản ứng với các oxit kim loại

Cacbon oxit có thể khử được oxit cỉa một số kim loại. Ví dụ như phản ứng

xảy ra ở trong lò cao:

Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2

Cacbon oxit khử được I2O5 đến I2:

I2O5 + 5CO = I2 + 3CO2

Đây là phản ứng dùng để định lượng khí CO trong hóa học phân tích.

211

Ở trong dung dịch, khí Cốc thể khử muối cảu kim loại quý như vàng, platin,

paladi đến kim loại tự do.

Ví dụ:

PdO3 + H2O + CO = Pd + HCl + CO2

Nhờ phản ứng này, người ta phát hiện ra được những vết khí CO ở trong

hổn hợp khí, những hạt rất nhỏ của paradi tach ra trong dung dịch làm cho màu

đỏ ở trong dung dịch PbCl2 trở nên đậm hơn.

Nhưng tương tác của CO với những chất tương tác khác ở trong dung dịch

thường chỉ xảy ra khi có mắt chất xúc tác, ví dụ như khi nó khử KMnO4 khi có

mặt bột mịn của bạc kim loại,khử K2Cr2O7 khi có mặt muối thủy ngân.

d. Cacbon mono oxit là andrihit của axit fomic HCOOH

Cacbon oxit không tác dụng với nước và kiềm ở điều kiện thường, nhưng

ở nhiệt độ cao và áp suất cao, tương tác đó sẻ xảy ra. Chẳng hạn như ở 2000C

và 15atm , cacbon oxit phản ứng với kiềm tạo thành muối fomiat:

CO + NaOH = HCOONa

( fomiat natri )

Như vậy về hình thức cacbon oxit là anhidrit của axit fomic, ở nhiệt độ cao

và không mất nước, axit đó tạo nên cacbon oxit. Tuy nhiên khác với anhidrit

thông thường trong anhirit fomic nguyên tử C có hóa trị ba nhưng trong axit

fomic nguyên tử C có hóa trị bốn.

3. Điều chế

Trong phòng thí nghiệm, người ta điều chế cacbon oxit bằng cách cho axit

sunfurit đặc và axit fomic lỏng và đun nóng.

HCOOH = CO + H2O

156

hoặc cho axit fomic tác dụng với axit closunfumic ở nhiệt độ thường.

HCOOH + HSO3Cl = H2SO4 + HCl + CO

Trong công nghiệp, cacbon oxit được sản xuất lượng lớn để làm nhiên liệu

ở dạng khí lò ga, khí than nước và khí hổn hợp.

Trong khí lò ga thường có trung bình 25% CO, 70%Na, 4%CO2 ( về thể

tích), và một ít khí khác. Khí lò ga được tạo ra khi đốt cháy không hoàn toàn

than antraxit trong lò đặc biệt, gọi là lò ga.

Trong khí than nước thường có trung bình 44%CO,45%H2, 5%CO2 và 6%N2

nó được tạo nên khi cho hơi nước đi qua than đốt nóng đỏ (xem phương pháp

điều chế H2).

Trong khí hổn hợp thường có trung bình 305CO, 15% H2,5%CO2, và 50%N2.

nó được tạo nên khi cho đồng thời không khí và hơi nước đi qua than đốt nóng.

4. Ứng dụng

Trong khí thải của ô tô có các khi CO, hidrocacbon chưa cháy hết và NO.

khí NO không phải là sản phẩm của phản ứng đốt cháy nhiên liệu mà sinh ra do

tác dụng của O2 và N2 của không khí ở nhiệt độ cao trong động cơ ô tô. Các khí

CO và NO đều độc hại đối với con người. Để baaor vệ môi trường trong sạch

của không khí ở các đo thị, người ta lắp vào ô tô, giữa các động cơ và ống xả

một thiết bị gọi là thiết bị chuyển hóa xúc tác(hình 50). Thiết bị gồm có những

tầng kiểu “tổ ong” làm bằng kim loại, bề mặt kim loại được phủ lớp chất xúc tác

gồm có Pt, Pd và Al2O3. qua thiết bị đó, các loại khí độc hại trở nên vô hại.

2CO + 2NO2 = 2CO2 + N2

Điều kiện quan trọng để đảm bảo cho hoạt tính của chất xuc tác là ô tô

phải chạy băng etxang không chứa chì vì chì là chất độc hại cho xúc tác.

211

Khí CO là một trong những chất gây ô nhiễm môi trường. Những nguồn

sinh ra khí đó là khí núi lửa, khí lò cao, khí lò cốc, khói của nhà máy nhiệt điện,

khí thải của các phương tiện tham gia giao thông vận tải do đót nhiên liệu, khí

sinh ra do đốt rừng.

Cacbon oxit củng có thể kết hợp với mọt số clorua kim loại tạo thành

phức chất. chẳng hạn như phức chất CuCl.CO.H2O tạo nên khí cho khí CO đi qua

dung dich CuCl trong dung dich amoniac. Phức chất này không bền, khi đun

nóng sẻ phân hủy tạo thành khí CO. tính chất này dùng để định lượng CO trong

phân tích khí.

Cacbon đioxit1. Cấu tạo phân tử

Phân tử CO2 có cấu tạo đường thẳng:

O = C = O

với độ dài liên kết của C – O là 1,162 0A và năng lượng trung bình của liên

kết đó là 803kJ/mol.

2. Tính chất vật lí

Cacbon dioxit là một khí,gọi là khí cacbonic,không có màu, có mùi và vị

hơi chua. Nó nặng hơn không khí và dể hóa lỏng và dể hóa rắn ( nđnc là -5 0C ở

156

5atm ), Ở áp suất 60atm và ngay ở nhiệt độ thường nó biến thành chất lỏng

không màu và linh động. Khi được làm lạnh đột ngột chất lỏng đó biến thành

khối rắn màu trắng giốn ngư tuyết, gọi la tuyêt Cacbonic.

Do có điểm ba nằm cao hơn áp suất của khí quyển, tuyết Cacbonic không

nóng chảy dưới áp suất thườngà thăng hoa ở -780C.

Vì lý do thăng hoa, CO2 lỏng khi giản nở tạo thành tuyết Cacbonic, tuyết

Cacbonic sau khi nến lại thì bay hơi tương đối chậm nên làm cho không gian

xung quanh bị lạnh xuống rất nhiều. Dựa vào đó người ta dung tuyết Cacbonic

hay còn gọi là “nước đá khô” để bảo quản và chuyên chở những đồ chóng

hỏng. Nước đá khô trộn với axeton hay clofom được dung làm hổn hợp làm

lạnh ( gần -780C ). Nước đá khô được dùng làm phương tiện để thử thách các

đồ dung trước khi được đem khi sử dụng ở Bắc cực và Nam cực. Ngày nay

người ta có thể tạo ra mưa nhân tạo bằng cach phun CO2 lỏng đẻ tạo thành tuyết

Cacbonic ở trên những tầng mây làm cho mây lạnh hóa thành mưa.

Cacbon dioxit rất bền với nhiệt, ở 15000C chỉ mới phân hủy thành CO và

O2 với tỷ lệ 1.5 % và ở 20000C tỷ lệ 75%:

2CO2 = 2CO + O2

3. Tính chất hóa học

Về mặt hóa học Cacbon đioxit củng khá bền. Nó không duy trì sự sống. Tuy

không có tác dụng độc nhưng với nồng độ trên 3% ở trong không khí, trung

ương thần kinh của ngườ ta đả bị rối loạn và đén 10% có thể bị mất trí nhớ và

đi đến chết vì sự hô hấp ngừng lại.

Khí Cacbonic không cháy và không duy trì sự cháy. Trên thực tế, người ta

dung Cacbon dixoit dạng khí nến hay dạng lỏng để chữa cháy. Đối với những

đám cháy gây nên bởi kim loại có ái lực lớn hơn oxy ngư Mg, K, Al, Zn cacbon

211

dioxit mất hiệu lực vì những kim đó vẩn tiếp tục cháy trong CO2 ví dụ như Nhôm

cháy trong CO2 theo phản ứng :

4Al + 3CO2 = 2Al2O3 + 3C

Khí CO2 tan tương đối nhiều trong nước, 1l nước ở 00C hòa tan 1,7l khí CO2

Khi tan trong nước phần lớn CO2 ở dưới dạng được hydrat hóa và một

phần nhỏ tương tác với nước tạo thành axit cacbonic:

CO2 (k) + H2O = CO2 (dd) = H2CO3

Như vậy CO2 là anhidrit của axit cacbonic nên thường gọi là cacbonic ,

dung dịch axit cacbonic ở điều kiện thường co độ pH ~ 4

4. Điều chế

Trong công nghiệp, khí CO2 được sản xuất bằng cách đốt cháy hoàn toàn cacbon trong oxi hay không khí. Khí CO2 cũng là sản phẩm phụ của quá trình nung vôi trong quá trình lên men rượu của đường glucozơ.

Ví dụ:

C6H12O6 2CO2 + 2C2H5OH

Trong phòng thí nghiệm, khí CO2 được điều chế bằng tác dụng của axit clohidric với đá vôi trong bình Kíp:

CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2

Hoặc có thể dùng trực tiếp ở dạng khí nén hay lỏng đựng trong bình bằng thép.

5. Ứng dụng

Một lượng lớn CO2 được dùng ở trong công nghiệp hóa học để sản xuất soda, ure, axit salixilic, ở trong công nghiệp thực phẩm để nén vào các loại nước giải khát như bia, nước hoa quả …. Khí CO2 có nhiệt dung lớn và ít hấp thụ notron nên được dùng để làm nguội một số lò phản ứng hạt nhân.

Hàm lượng của khí CO2 ở trong khí quyển Trái Đất là vào khoảng 0.03% (về thể tích). Đây là nguồn dự trữ rất lớn của cacbon để thực vật tổng hợp nên

156

những chất hữu cơ cho bản thân rồi những chất đó đi vào động vật do động vật ăn thực vật. Khí CO2 được sinh ra trong quá trình hô hấp của sinh vật, quá trình thối rữa cả các xác sinh vật và quá trình đốt cháy nhiên liệu. Cây xanh hấp thụ liên tục khí CO2 của khí quyển và giải phóng ra oxi trong quá trình quang hợp:

6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2

Khí CO2 trong khí quyển cân bằng với một lượng khổng lồ khí CO2 tan trong nước đại dương và sông ngòi. Một lượng nhỏ CO2 tan đó được động vật biển chuyển hóa thành CaCO3 là thành phần chính của vỏ động vật. Những vỏ động vật này cuối cùng biến thành đá vôi. Khi đá vôi chịu tác dụng của nước mưa, một lượng nhỏ CO2 có thể được giải phóng. Đó là chu trình cacbon trong thiên nhiên.

Cacbua kim loạiCacbua kim loại là hợp chất của cacbon với kim loại. Nó được tạo nên khi

hai nguyên tố tương tác trực tiếp với nhau ở nhiệt độ trên 2000oC hoặc khi than

tác dụng với oxit kim loại hay kim loại tác dụng trực tiếp với hidrocacbon ở

nhiệt độ cao.

Nếu cacbua của một số kim loại không kim lại nhi Si, B … là cacbua cộng

hóa trị thì cacbua kim loại là cacbua ion hoặc cacbua xâm nhập.

Cacbua ion được tạo nên chủ yếu bởi kim loại thuộc các nhóm IA, IIA và

IIIA. Những cacbua này, trong mức độ rõ rệt, là hợp chất ion nên gọi là cacbua

ion. Tinh thể của chúng không có màu, trong suốt và không dẫn điện ở nhiệt độ

bình thường. Cacbua ion bị phân hủy dể dàng bởi nước và axit loãng. Đây là

kiểm căn bản để phân biệt cabua ion điển hình và cacbua xâm nhập điển hình.

Dựa vào sản phẩm được tạo nên khi phân hủy người ta phân chia cacbua ion

làm các nhóm sau đây:

211

Nhóm cacbua tạo nên metan khi bị phân hủy. Nhóm này bao gồm Be2C

và Al4C3. hững cacbua này ở dạng tinh thể và khó nóng chảy. Trong tinh thể có

cation kim loại và anion C4-. Khi tương tác với nước. anion C4- bih thủy phân giải

phóng metan:

C4- + 4H2O = 4OH- + CH4

Ví dụ

Al4C3 + 12H2O = 4Al(OH)3 + 3CH4

Bởi vậy nhóm cacbua này được gọi là metanit. Kiến trúc tinh thể của

Be2C là tương đối đơn giản, kiến trúc kiểu florit ngược ; trong đó nguyên tử Be

thay F trong CaF2 và nguyên tử C thay Ca. Kiến trúc của Al4C3 khá phức tạp vì

trong đó người ta tìm thấy những nguyên tử cacbon riêng rẽ.

Nhóm cacbua tạo nên axetilen khi bị thủy phân. Nhóm này gồm những

cacbua có công thức chung M2C2 ( trong đó M là kim loại kiềm, Cu, Ag và Au,

chúng dễ phân hủy nó), MC2 ( trong đó M là kim loại kiềm thổ, Zn và Cd) và

M2(C2)3 ( trong đó M là Al và Fe). Trong tinh thể của những cacbua nhóm này có

ion C22- với khoảng cách C –C là 1,19 và 1,24 Ă. Khi tương tác với nước, ion C2

2-

bị thủy phân giải phóng axetilen:

C22- + 2H2O = 2OH- + C2H2

Ví dụ:

CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2 + C2H2

Bợi vậy nhóm cacbua này được gọi là axetilen. Những cacbua Cu2C2 và

Ag2C2 tuy không bị thủy phân nhưng tương tác với axit clohidric giải phóng

axetilen. Chính chúng được kết tủa khi cho khí axetilen sục vào dung dịch muối

của kim loại truognw ứng trong amoniac. Hai cacbua này không bền, dể nổ khi

đun nóng hoặc va chạm

156

Tất cả các cacbua nhóm axitilenit đều có mạng lưới tinh thể kiêu NaCl,

đại đa số có kiến trúc giống CaC2.

Nhóm cacbua tạo nên axetilen và hidrocacbua khác khi bị phân hủy.

nhóm này bao gồm các cacbua: YC2, LaC2, TbC2, YbC2, LuC2, Ce2C2, Pr2C2, và Tb2C2.

trog những cacbua có công thức MC2 đó, người ta thấy kim loại M chủ yếu ở

trạng thái hóa trị ba và khoảng cách C – C là 1,28 – 1.34 A o. Như vậy ở đây

nguyên tử kim loại không những chỉ mất hai electron cho ion C22- mà còn

chuyển electron thứ ba cho obitan phân tử phản liên kết của ion C 22- làm cho

khoảng cách C – C bị kéo dài hơn (so với 1,19 trong CaC2). Trong các trường

hợp M2C3, kim loại cũng ở trạng thái hóa trị ba, độ dài của liên kết C – C là 1,24

– 1.28 Ao và ngoài ra còn tương tác trực tiếp giữa các nguyên tử kim loại.

Những cacbua này không thể coi một cách đơn giản là có chứa ion C22- và những

kim loại có số hóa trị không bình thường. khi bị thủy phân chúng chỉ cho 50 –

70% C2H4, CH4 và H2 có lẻ theo phản ứng:

2C23- + 6H2O = 6OH- + C2H2 + C2H4

Ví dụ:

2LaC2 + 6H2O = 2La(OH)2 + C2H2 +

C2H4

và các phản ứng khác nữa.

Cacbua xâm nhập được tạo nên chủ yếu bởi các kim loại chuyển tiếp.

Những cacbua xâm nhập điển hình có công thức MC (trong đó M là Ti, Zn, Hf, V,

Nb và Ta) và M2C ( trong đó M là Mo và W). Trong tinh thể của các cacbua xâm

nhập điển hình đó, những nguyên tử C xâm nhập vào lỗ trống bát diện cảu

mạng lưới kim loại đã không làm biến đổi căn bản kiến trúc electron tự do và

những đặc khác của kim loại tinh khiết mà không làm bền thêm mạng lưới tinh

thể của kim loại.

211

Do kiến trúc như vậy, cacbua xâm nhập điển hình có những đặc điểm

như có ánh kim, dẫn điện, rất cứng và khó nóng chảy. Độ cứng của cacbua xâm

nhập thường khoảng 9 – 10, nhiệt độ nóng chảy của chúng (3000 – 4000oC) cao

hơn cả những kim loại khó nóng chay như Be, W và cả hơn cacbon nữa. Cacbua

xâm nhập điển hình còn rất bền về mạt hóa học, chẳng hạn như chúng không

tác dụng với cường thủy mà chỉ bị phân hủy khi đun nóng với hỗn hợp axit HF

và HNO3.

Ví dụ :

3WC + 9HNO3 + 18HF = 3HWF6 + 3CO2 + 9NO + 12H2O

Nhưng kim loại chuyển tiếp có bán kính nguyên tử hơi bé hơn 1,3 Ao

như Cr, Mn, Fe, Co và Ni không có khả nawg giữ nguyên kiến trúc mạng lưới kim

loại khi những nguyên tử C xâm nhập điển hình. Trong những trường hợp này,

mạng lưới kim loại bị sai lệch đi rõ rệt và những nguyên tử C liên kết với nhau

tạo thành mạch – C – C- . Có thể coi một cách gần đúng rằng kiến trúc của

cacbua này bao gồm những mạch cacbon xuyên qua mạng lưới rất sai lệch của

kim loại kim loại. Do kiến trúc như vậy, nhưng cacbua Cr2C3 và M3C (trong đó M

là Mn, Fe, Co và Ni) về mặt hóa học kém bền hơn các cacbua kim loại điển hình.

Chúng bị nước và axit loãng phân hủy tương đối dễ dàng giả phòng hidro và

hidrocacbon (hay cacbon trường hợp Fe3C).

Ví dụ :

Mn3C + 6H2O = 3Mn(OH)2 + CH4 + H2

Như vậy nhưng cacbua của Cr, Mn,

Fe, Co và Ni có tính chất của hợp chất trung

gian giữa cacbua ion và cacbua xâm nhập.

Trong các cacbua kim loại, quan

trọng nhât đối với thực tế là canxi cacbua.

156

Canxi cacbua (CaC2). Canxi cacbua tinh khiết là chất ở dạng tinh thể

không màu thuộc hệ lập phương. Hình 48 trình bày kiến trúc tinh thể của CaC2,

trong đó những ion Ca2+ và ion C22- chiếm cùng những vị trí của những ion Na+

vaf ion Cl- trong tinh thể NaCl

Canxi cacbua có tỉ khối là 2,22 và nóng chảy ở 2300oC. Canxi cacbua kĩ

thuạt là khối màu xám vì còn lẫn cacbon tự do, còn được gọi là đất đèn.

Canxi cacbua tương tác mãnh liệt với nước giả phóng axetilen:

CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2 + C2H2

Khí axetilen thu được có mùi khó chịu có chứa những tạp chất như NH3,

PH3, H2S ….

Khi đun nóng, có thể khử được oxit và clorua của các kim loại.

Ví dụ:

CaC2 + MgO = CaO + Mg + 2C

Canxi cacbua tinh khiết được tổng hợp

từ nguyên tố ở nhiệt độ 900 -1000oC trong khí

quyển agon.

Canxi cacbua kĩ thuật được sản xuất

trong công nghiệp bằng cách nung hỗn hợp vôi

và than cốc hay than gỗ ở nhiệt độ 2500oC tong

lò điện cực rất lớn làm bằng than ( hinh 49)

211

Axit cacbonic và các muối cacbonatI. Axit cacbonic

Axit Cacbonic không bền và thể tách ra ở điều kiện thường. trong nước nó

phân li theo hai nấc:

H2CO3 + H2O = H3O+ + HCO3- K1 = 4,16.10-7

HCO3- + H2O = H3O+ + CO3

2- K2 = 4,84.10-11

Ở đây hắng số thứ nhất K1 đả được tính với giả thiết là toàn bộ khí CO2 tan

trong H2O đều ở dạng H2CO3 nghĩa là :

K1= = 4,16.10-7

Nếu tính nồng độ thật của axit cacbonic, hằng số đó phải là:

Nghĩa là giá trị đó của hằng số phù hợp với công thức (HO)2CO của axit cacbonit. Tuy vậy axit cacbonic vẫn là axit yếu.

Ở điều kiện thường, khí cacbonic khô có thể kết hợp với khí amoniac khô tạo thành amoni cacbamat:

Muối này không bền, khi đun nóng trong khí quyển phân hủy thành CO 2

và NH3. Khi đun nóng đến 180oC dưới áp suất 2000 atm, amoni cabamat sẽ mất nước biến thành urê:

CCO2 + CH2CO3

CH3O+ . CHCO3-

156

Đây là phương pháp hiện đại dùng để điều chế ure và đang được áp dụng ở nhà máy phân đạm Hà Bắc. Ngoài việc dùng làm phân đạm, ure còn được dùng làm thức ăn gia súc, tổng hợp chất dẻo, thuốc nhuộm và dược phẩm.

II. Muối cacbonat và hidrocacbonat

Axit cacbonic tạo nên hai loại muối: cacbonat (muối trung hoà) và

hiđrôcacbonat (cacbonat axit). Muối cacbonat chứa anion và muối

hiđrôcacbonat chứa anion .

Anion cacbonat có cấu hình tam giác đều, tương tự với phân tử BF3, nguyên tử C nằm ở trọng tâm còn ba nguyên tử O ở 3 đỉnh của tam giác đều.

Ngoài ba liên kết , giữa C và 3 nguyên tử O còn có một liên kết không định chỗ:

Độ dài liên kết C – O là 1,29Å. Các góc OCO bằng 120o.

Trong anion , độ dài của liên kết giữa C với hai O là 1,26Å, góc OCO giữa hai liên kết là 125o và độ dài liên kết giữa C và O thứ ba là 1,35Å.

Ion và ion không có màu nên các muối hidrocacbonat và cacbonat của cation không có màu đều không có màu.

Trong các muối cacbonat, chỉ cacbonat kim loại kiềm và amoni là dễ tan. Dung dịch của muối tan có phản ứng kiềm vì muối bị thuỷ phân. Muối hidrocacbonat nói chung dễ tan hơn so với cacbonat. Hiện nay người ta chỉ mới biết được muối hidrocacbonat của kim loại kiềm, kiềm thổ và một vài kim loại

211

hoá trị ba. Tất cả hidrocacbonat của kim loại kiềm, kiềm thổ và một vài kim loại hoá trị ba. Tất cả những muối đó tan nhiều trong nước trừ NaHCO3 hơi ít tan. Ở nhiệt độ thường, muối hidrocacbonat tan bị thuỷ phân không đáng kể; khi đun nóng độ thuỷ phân tăng lên rõ rệt.

Cacbonat kim loại kiềm bền với nhiệt, khi đun nóng chúng nóng chảy mà không phân huỷ, chẳng hạn như Na2CO3 nóng chảy ở 853oC và K2CO3 ở 984oC. Những muối cacbonat khác phân huỷ giải phóng CO2 khi đun nóng. Muối hidrocacbonat khi đun nóng dễ chuyển thành cacbonat.

Khi cho muối cacbonat kim loại kiềm hay amoni vào dung dịch chứa ion Sr2+, Cd2+, Pb2+ hay Ag2+, muối cacbonat trung tính của kim loại tương ứng sẽ kết tủa, ví dụ như PbCO3 và CaCO3 lắng xuống dưới dnạg kết tủa màu trắng. Nhưng khi cho vào dung dịch chứa ion Be2+, Mg2+, Fe2+, Co2+, Ni2+, muối cacbonat bazơ sẽ kết tủa, ví dụ như (MgOH)2CO3 màu trắng, (CoOH)2CO3 màu đỏ nhạt. Khi đun nóng với dung dịch NaHCO3 , muối cacbonat bazơ chuyển thành muối cacbonat trung hoà. Những muối cacbonat của kim loại hoá trị ba như Al, Fe, Cr và của kim loại hoá trị bốn như Ti, Zr, Th không thể tồn tại. Khi cho cacbonat kim loại kiềm hay amoni vào dung dịch của những kim loại này, cacbonat sẽ không kết tủa mà hidroxit kết tủa.

Muối cacbonat kim loại kiềm M2CO3 tác dụng với dung dịch H2O2 đậm đặc tạo nên M2CO4 và MHCO4 là muối trung hoà và muối axit của axit peoxicacbonic không bền H2CO4.

Dung dịch đậm đặc của M2CO3 khi được oxi hoá ở dương cực tạo nên muối M2C2O6 là muối của axit peoxiđicacbonic không bền H2C2O6.

Đọc thêm: Xian

Ở trạng thái khí, xian hay xianogen gồm những phân tử kép (CN)2 nên thường được gọi là đixian. Phân tử xian có cấu tạo đường thẳng.

với độ dài liên kết C – C là 1,37Å và của liên kết C – N là 1,13Å.

Xian là một khí không màu, mùi xốc, dễ hoá lỏng và hoá rắn (nđnc là -34,4oC, nđs là -20,7oC) tan trong nước và rất độc. Xian tinh khiết khá bền với nhiệt, trên 1000oC mới phân huỷ theo phản ứng:

(CN)2 = 2CN

156

trong khi khí Cl2 phân huỷ ở 800oC. Những gốc CN cũng hết sức bền với nhiệt.

Khi chịu tác dụng lâu của tia tử ngoại hoặc khi đun nóng đến gần 500oC, xian trùng hợp thành một khối rắn, vô định hình, màu đen, không tan trong nước, có thành phần (CN)n và được gọi là paraxian. Phân tử paraxian có cấu tạo mạch vòng chưa no:

Điaxian rất hoạt động hoá học. Nhiều phản ứng của điaxian tương tự với phản ứng của halogen nên điaxian được gọi là halogen giả.

Ví dụ:

(CN)2 + H2 = 2HCN

(CN)2 + Cl2 = 2CNCl (xianua clorua)

Trong không khí, xian dễ bốc cháy cho ngọn lửa có màu hồng viền xanh và có nhiệt độ rất cao (vào khoảng 4500oC). Trong vùng màu hồng của ngọn lửa đó xảy ra phản ứng:

(CN)2 + O2 = 2CO + N2

và trong vùng màu xanh xảy ra phản ứng cháy của khí CO.

Khi để lâu trong nước, xian bị thuỷ phân dần tạo nên một số sản phẩm theo hai cơ chế sau:

(CN)2 + H2O HCN + HCNO

rồi axit này bị thủy phân tạo nên fomiat amoni và ure.

Cơ chế thứ hai là:

(CN)2 + 2H2O H2N – C – C – NH2 (oxamiđua)

O O

211

Rồi oxamidua bị thủy phân tạo nên amoni oxalat. Cơ chế này xác nhận cấu tạo N – C – C – N của phân tử đixian. Sự thuỷ phân của xian cũng cho thấy sự giống nhau giữa xian và halogen, nhất là trong môi trường kiềm.

Ví dụ:

(CN)2 + 2NaOH = NaCN + NaOCN + H2O

Bởi vậy xian còn được gọi là halogen giả. Về tính chất của halogen, xian nằm giữa brom và iot.

Trong khói thuốc lá có những vết xian. Xian cũng được tạo nên khi cho nitơ đi qua hồ quang điện sinh ra ở giữa hai cực bằng than.

Xian có thể điều chế bằng cách đun nóng hỗn hợp gồm hai muối Hg(CN)2 và HgCl2 ở 400oC.

Hg(CN)2 + HgCl2 = Hg2Cl2 + (CN)2

hoặc trộn dung dịch CuSO4 với dung dịch NaCN:

2CuSO4 + 4NaCN = 2Na2SO4 + 2CuCN + (CN)2

SilicI. Tính chất vật lí

Silic tinh khiết ở dạng tinh thể lập phương có kiến trúc tương tự kim cương. Trong mạng lưới tinh thể đó, mỗi nguyên tử Si liên kết cộng hoá trị với bốn nguyên tử Si bao quanh kiểu hình tứ diện. Độ dài của liên kết Si – Si là 2,34Å. Giống như kim cương, silic tinh thể cũng cứng (độ cứng bằng 7), rất khó nóng chảy, khó sôi (nđnc là 1428oC và nđs là -3280oC) và có tỉ khối là 2,33. Trong tinh thể có một phần nào đó sự không định chỗ của liên kết nên silic tinh thể có màu xám, có ánh kim và là chất bán dẫn. Silic bán dẫn chịu được nhiệt độ cao hơn gecmani bán dẫn.

Silic không có dạng tinh thể giống với than chì. Silic “vô định hình” là chất bột màu hung, thực tế cũng gồm những vi tinh thể silic lập phương. Ngày nay bằng áp suất rất cao, người ta điều chế được một dạng tinh thể lập phương khác của silic có tỉ khối lớn hơn và trong mạng lưới gồm những tứ diện lệch, với liên kết Si – Si có độ dài 2,3 và 2,39Å.

156

Silic không tan trong các dung môi mà chỉ tan trong một số kim loại nóng chảy như nhôm, bạc, kẽm, thiếc, chì (không có tương tác hoá học). Khi để nguội những dung dịch đó, silic sẽ kết tinh và tính chất này được sử dụng để điều chế silic tinh thể.

II. Tính chất hóa học 1. Tác dụng với halogen

Nói chung, ở điều kiện thường, silic khá trơ về mặt hoá học vì có mạng lưới tinh thể bền. Silic “vô định hình” hoạt động hơn silic tinh thể. Ở nhiệt độ thường, silic tương tác với flo tạo nên tetraflorua SiF4 và phát ra nhiều nhiệt.

Si + 2F2 = SiF4

Với clo và brom, nó tương tác ở 500oC tạo thành silic tetrahalogenua tương ứng. Nó cháy trong oxi và phản ứng cháy phát ra nhiều nhiệt:

2. Tác dụng với oxi

Si + O2 = SiO2 (thạch anh α)

Cũng tại nhiệt độ đó, silic tương tác với lưu huỳnh tạo thành SiS2, tương tác với nitơ ở 100oC tạo thành silic nitrua (Si3N4).

3. Tác dụng với các kim loại

Ở khoảng 800 – 900oC, silic tác dụng với một số kim loại như Mg, Ca, Fe, Cu … tạo thành silixua

Giống với cacbua, silixua của kim loại chuyển tiếp thường là hợp chất kiểu xâm nhập, thành phần của chúng không ứng với hoá trị bình thường của các nguyên tố.

4. Tác dụng với axit

Ở điều kiện thường, silic bền đối với các axit và cường thuỷ, chỉ tan trong hỗn hợp hai axi HF và HNO3.

3Si+ 4HNO3 + 18HF = 3H2SìF6 + 4NO + 8H2O

Bột mịn silic tác dụng với hơi HF nóng theo phản ứng:

Si + 4HF = SiF4 + 2H2

211

5. Tác dụng với Kiềm

Silic tương tác mãnh liệt với dung dịch kiềm giải phóng H2:

Si + 2KOH + H2O = K2SiO3 + 2H2

Phản ứng này cũng xảy ra với dung dịch có nồng độ của ion OH - rất bé. Vì muối silicat kim loại kiềm do phản ứng sinh ra bị thủy phân gần như hoàn toàn ở trong dung dịch loãng cho nên nồng độ của ion OH - trong quá trình phản ứng không giảm xuống. Như thế dẫn đến sự phân huỷ hơi nước bởi silic mà ion OH -

là chất xúc tác. Lợi dụng phản ứng của silic với dung dịch kiềm, trước đây người ta dùng hợp kim ferosilic để điều chế nhanh khí hiđro ở mặt trận.

III. Điều chế - Ứng dụng

Trong công nghiệp, silic kĩ thuật, với độ tinh khiết từ 95 đến 98% được điều chế ở dạng khối lớn khi dùng than cốc hoặc canxi cacbua khử thạch anh trong lò điện ở nhiệt độ cao:

SiO2 + 2C→Si + 2CO

3SiO2 + 2CaC2 → 3Si + 2CaO + 4CO

Nếu cho thêm quặng sắt vào hỗn hợp phản ứng thì thu được hợp kim ferosilic. Hợp kim này có thể chứa 40 – 90% Si, được dùng trong luyện kim để đưa silic vào các loại thép đặc biệt khác nhau và gang silic, gang silic chứa 12 – 17% Si, rất bền đối với axit nên thường được dùng để chế tạo các chi tiết máy chịu axit. Trong luyện kim, người ta thường dùng silic kĩ thuật để làm chất khử oxi, chẳng hạn như khi cho thêm vào đồng nóng chảy, silic khử đồng oxit thành đồng kim loại.

Trong phòng thí nghiệm, Silic được điều chế bằng cách đốt cháy hỗn hợp gồm có bột magie và cát nghiền mịn:

SiO2 + 2Mg → Si + 2MgO

Cho hỗn hợp sản phẩm thu được lần lược tác dụng với dung dịch HCl, dung dịch HF, MgO và SiO2 dư sẽ tan còn silic ở dạng bột vô định hình. Silic thu được còn chứa nhiều tạp chất, cho kết tinh lại trong những kim loại nóng chảy sẽ được silic tinh thể tinh khiết hơn.

156

Silic dùng trong kĩ thuật bán dẫn cần phải đặc biệt tinh khiết với hàm lượng tạp chất dưới 9 – 10% nguyên tử. Silic tinh khiết hóa học được điều chế bằng cách dùng hơi kẽm khử silic tetraclorua ở 1000oC trong ống thạch anh

SiCl4 + 2Zn → Si + 2ZnCl2

Hoặc nhiệt phân monosilan ở trên 780oC:

SiH4 → Si + 2H2

Từ silic tinh khiết hóa học, bằng phương pháp nóng chảy người ta thu được silic tinh khiết đặc biệt (đến 99,9999%), rồi từ silic tinh khiết đặc biệt này, bằng phương pháp nuôi tinh thể, người ta đã chế được những đơn tinh thể silic dài tới 24cm và có đường kính 2cm.

Silic là nguyên tố phổ biến, đứng thứ 3 sau oxi và hidro, nó chiếm 16,7% tổng số nguyên tử ở trong vỏ trái đất. Nếu cacbon là nguyên tố chủ chốt của thế giới hữu cơ thì silic cũng có vai trò tương tự như vậy đối với thế giới vô cơ: vỏ rắn của trái đất gồm chủ yếu các silicat, là hợp chất của silic với một số nguyên tố khác. Ngoài ra silic thường gặp ở dạng oxit SiO2, chủ yếu là cát. Silic lần đầu tiên được Berzelius điều chế vào năm 1823.

Silic monooxitỞ trạng thái hơi, silic monooxit tồn tại dưới dạng những phân tử SiO riêng

rẽ. Khi được làm lạnh nhanh, hơi đó ngưng tụ thành bột mịn màu nâu có cấu tạo polime (SiO)n. Sự polime hóa được thực hiện nhờ liên kết Si – Si có độ dài ngắn hơn (2,25 Å) so với liên kết trong tinh thẻ silic (2,35 Å) và có lẽ là liên kết đôi (trong CO có liên kết ba).

Silic monooxit dạng rắn thăng hoa ở 1700oC. Ở trong không khí, nó bị oxi hóa dần nhưng dạng bột mịn có thể tự bốc cháy biến thành SiO2. SiO tan dễ trong kiềm và dung dịch nóng của cacbonat kim loại kiềm tạo thành silicat và giải phóng khí H2. SiO cũng tan trong dung dịch HF.

Hơi SiO được tạo nên khi đun nóng hỗn hợp SiO2 và Si ở 1000 – 1300oC trong chân không:

SiO2 + Si → 2SiO

Hoặc khi dùng khí H2 hay than khử SiO2 ở nhiệt độ trên 1000oC.

211

Silic đioxitI. Tính chất lí học

Silic đioxit tuy có công thức phân tử giống với cacbon đioxit nhưng không tồn tại ở dạng từng phân tử riêng rẽ mà dưới dạng tinh thể, nghĩa là một phân tử khổng lồ

Ba dạng tinh thể của silic đioxit ở áp suất thường là thạch anh, tridimit và cristobalit. Mỗi một dạng thù hình này lại có hai dạng: Dạng α bền ở nhiệt độ thấp và dạng β bền ở nhiệt độ cao. Dưới đây là sơ đồ biến đổi dạng tinh thể của silic đioxit

Tất cả những dạng tinh thể này đều bao gồm những nhóm tứ diện SiO4 nối với nhau qua những nguyên tử O chung. Trong tứ diện SiO4, nguyên tử Si nằm ở tâm của tứ diện liên kết cộng hóa trị với bốn nguyên tử O nằm ở các đỉnh của tứ diện. Như vậy, mỗi nguyên tử O liên kết với hai nguyên tử Si ở hai tứ diện khác nhau và tính trung bình cứ trên một nguyên tử Si có hai nguyên tử O và công thức kinh nghiệm của silic đioxit là SiO2.

Ba dạng đa hình của silic đioxit có cách sắp xếp khac nhau của các nhóm tứ diện SiO4 ở trong tinh thể. Trong thạch anh, những nhóm tứ diện được sắp xếp sao cho các nguyên tử Si nằm trên một đường xoắn ốc. Nếu chiếu kiến trúc tinh thể của thạch anh β lên trên mặt phẳng đáy của đường xoắn ốc thì được hình 56a. Tùy theo chiều của đường xoắn ốc đó mà có thạch anh quay trái và thạch anh quay phải. Còn trong tridimit, các nguyên tử Si chiếm vị trí của các nguyên tử S và Zn trong mạng lưới vuazit (56b) và trong cristobalit, các nguyên tử Si chiếm vị trí của các nguyên tử S và Zn trong mạng lưới sphalerit (56c), liên

156

kết giữa các nguyên tử Si với nhau đều được thực hiện qua nguyên tử O.

Tỉ khối của thạch anh là 2,56, của tridimit là 2,3 và của cristobalit là 2,2. Sự khác nhau giữa dạng α và β của mỗi dạng thù hình đó là do sự quay một ít của các tứ diện đối với nhau nhưng cách sắp xếp chung của các tứ diện không biến đổi. Do vậy chúng ta có thể hiểu dễ dàng tại sao sự biến đổi giữa các dạng α và β xảy ra nhanh chóng và ở nhiệt độ thấp hơn so với sự biến đổi từ dạng đa hình này sang dạng đa hình kia, trường hợp thứ nhất không đòi hỏi sự phá vỡ kiên kết còn trường hợp thứ 2 đòi hỏi sự phá vỡ và xây dựng lại tất cả các liên kết. Vì quá trình biến đổi từ dạng đa hình này sang dạng đa hình khác của silic đioxit xảy ra chậm và cần năng lượng hoạt hóa cao cho nên thạch anh, tridimit và cristobalit đều tồn tại ở trong thiên nhiên mặc dù ở nhiệt độ thường chỉ có thạch anh α là bên nhất và các dạng tinh thể khác chỉ là bền giả.

Ngoài ba dạng tinh thể đa hình ở trên, ở trong thiên nhiên còn có một số dạng khác nữa của silic đioxit có kiến trúc vi tinh thể. Một trong những dạng đó đã được sử dụng trong thực tế là mã não. Mã não là chất rắn trong suốt, gồm có những vùng có màu sắc khác nhau và rất cứng. Mã não thường được dùng làm cối, chày để nghiền những vật liệu cứng và để làm đồ trang trí.

Opan là một loại đá quý không có kiến trúc tinh thể. Nó gồm những hạt cầu SiO2 liên kết với nhau tạo nên những lỗ trống chứa khí, nước hay hơi nước. Do chứa các tạp chất, opan có các màu khác nhau: vàng, nâu, đỏ, lục, đen. Dạng mở đục có màu trắng sữa nên khoáng vật này được gọi là opan (opal tiếng anh có nghĩa là màu trắng đục).

211

Gần đây người ta chế tạo được 2 dạng tinh thể mới của silic đioxit nặng hơn thạch anh là coesit (được tạo nên ở áp suất 3500 atm và nhiệt độ 250oC) và stishovit (được tạo nên ở áp suất 120 000 atm và 1300oC. Hai dạng này về sau mới được phát hiện ra ở các thiên thạch. Khi đung nóng ở 1200oC (Coesit) và 400oC (stishovit), chúng biến thành silic đioxit dạng bình thường.

Khi để nguội chậm silic đioxit đã nóng chảy hoặc khi đun nóng bất kì dạng nào của silic đioxit đến nhiệt độ hóa mềm, thu được một vật liệu vô định hình giống như thủy tinh. Những vật liệu dạng thủy tinh như vậy, về một số mặt giống với chất rắn và về một số mặt giống với chất lỏng. Ở nhiệt độ khá thấp, chẳng hạn như ở nhiệt độ thường, vật liệu dạng thủy tinh tạo nên khối rắn có hình dạng xác định, đổi khi có độ bền cơ học cao, độ cứng lớn... Nhưng ở nhiệt độ cao hơn, vật liệu dạng thủy tinh có tình chất giống như một chất lỏng chậm đông có độ nhớt rất lớn. Khác với dạng tinh thể, chất dạng thủy tinh có tính đẳng hướng và không nóng chảy ở nhiệt độ không đổi và hóa mềm ở nhiệt độ thấp hơn nhiều so với khi chảy lỏng ra. Thạch anh nóng chảy ở 1600 – 1670oC. Nhiệt độ nóng chảy của nó không thể xác định được vì có sự biến hóa một phần sang những dạng thù hình khác với tỉ lệ khác nhau tùy theo điều kiện bên ngoài.

Thạch anh tinh khiết nhất gặp trong thiên nhiên gồm những tinh thể trong suốt không màu được gọi là pha lê thiên nhiên. Khi có lẫn tạp chất, thạch anh có các màu khác nhau: hồng, tím, nâu, lục. Những dạng này được gọi là đá quý.

Những tinh thể nhỏ của thạch anh được dùng trong những đầu đọc máy thu thanh và máy quay đĩa. Khi kim lướt tren đĩa hát, kim sẽ truyền các dao động cơ học (gây nên bởi những dấu vết ở trên đĩa) đến tinh thể thạch anh. Tinh thể có tính áp điện nên biến được những dao động cơ học thành dao động điện, những dao động điện năng nhờ một sơ đồ điện năng được truyền đến loa phóng thanh.

II. Tính chất hóa học

156

Về mặt hóa học, silic đioxit rất trơ, nó không tác dụng với oxi, brom, clo, axit kể cả khi đun nóng. Nó chỉ tác dụng với F2 và HF ở điều kiện thường, ngoài ra còn tan trong kiềm hay cacbonat kim loại kiềm nóng chảy:

SiO2 + 2NaOH → Na2SiO3 + H2O

SiO2 + Na2CO3 → Na2SiO3 + CO2

Những phản ứng này cũng xảy ra chậm ở trong dung dịch khi đun sôi silic đioxit ở dạng bột mịn.

III. Trạng thái thiên nhiên, điều chế, ứng dụng

Thạch anh thuộc loại khoáng vật lớn và rất phổ biến. Người ta thường gặp những tinh thẻ thạch anh lớn và phát triển rất hoàn hảo. Có tinh thể nặng đến 70 tấn. Tinh thể thạch anh tinh khiết được dùng để làm thấu kính và lăng kính. Đá quaezit và cát là loại thạch anh kém tinh khiết hơn. Cát thạch anh là sản phẩm chủ yếu của sự phân hủy các nham thạch dưới tác dụng lâu đời của khí CO2 và nước. Lượng cát rất lớn được dùng làm vật liệu xây dựng cùng với vôi và xi măng. Ngoài ra cát cũng là nguyên liệu để làm xi măng. Cát thạch anh tinh khiết được dùng để chế thủy tinh, sứ. Dọc theo bờ biển miền trung nước ta có rất nhiều loại cát trắng này để nấu thủy tinh.

Trong phòng thí nghiệm, ngoài những dụng cụ bằng thủy tinh người ta còn dùng những dụng cụ như chén, bát, ống thử, ống, thuyền làm bằng thạch anh (hay còn gọi là thủy tinh thạch anh). Ưu điểm của thủy tinh thạch anh là có hệ số dãn nở rất bé và hầu như không thay đổi theo nhiệt độ nên chịu được sự thay đổi nhiệt độ đột ngột. Loại thủy tinh này hầu như không ngăn giữ tia tử ngoại nên được dùng trong các máy phát tia tử ngoại.

Trước đây vài chục năm, 80 – 85% nhu cầu về thạch anh được thỏa mãn bằng nguồn thiên nhiên, ngày nay 80% nhu cầu đó là thạch anh điều chế nhân tạo. Những đơn tinh thể lớn của thạch anh tinh khiết được điều chế bằng cách nuôi nhân tạo.

Sợi cáp quang hay còn gọi là sợi quang học được làm bằng thủy tinh thạch anh rất tinh khiết. Những tạp chất như canxi và sắt chỉ chiếm dưới một phần chục tỉ. Loại thủy tinh này được điều chế bằng tác dụng ở trong pha khí của O2 và SiCl4 hết sức tinh khiết. Để sợi cáp quang có thể truyền ánh sáng và các dạng năng lượng khác đi rất xa mà cường độ không giảm, người ta mạ sợi thủy tinh thạch anh bằng màng mỏng silicon hay polime hữu cơ có chỉ số khúc xạ bé đến

211

mức không cho ánh sáng thoát ra. Sợi cáp quang được dùng để truyền chương trình truyền hình, tín hiệu điện thoại và tín hiệu máy tính. Một cặp sợi cáp quang mảnh bằng sợi tóc người có thể truyền được 10 000 cuộc nói chuyện điện thoại trong một lúc. Trong các máy nội soi ở bệnh viện, các bác sĩ có thể qan sát phía bên trong của các cơ quan con người nhờ ánh sáng truyền bằng cáp quang. Những thiết bị tương tự có những bó sợi cáp quang được kĩ sư dùng để kiểm tra lò phản ứng hạt nhân và động cơ máy bay.

Ở trong phòng thí nghiệm, silic đioxit vô định hình ở dạng bột trắng có thể điều chế bằng cách nung nóng kết tủa axit silixic.

Axit SilixicCấu tạo phân tử của axit silixic chưa được xác định. Nó có thể ứng với 2

công thức: H2SiO4 (axit orthosilixic) và H2SiO3 (axit metasilixic). Trước kia người ta thường hay dùng công thức thứ hai vì nó giống với công thức của axit cacbonic. Thực ra công thức đó là không đáng tin cậy vì thực tế không tồn tại ion đơn giản SiO3

2- mà ngược lại on SiO44- rất phổ biến. Ngoài ra trong mọi hợp

chất của silic với oxi, silic luôn luôn có số phối trí bằng 4 chứ không phải 3. Bởi vậy có lẽ ngày nay công thức H4SiO4 đáng tin cậy hơn.

Axit silixic có thể tồn tại dưới dạng đơn phân tử do H4SiO4 ở trong dung dịch, nhưng phân tử đó dễ ngưng tụ với nhau mất bớt nước tạo thành những hạt lớn hơn của dung dịch keo (sol):

Dung dịch keo của axit silixic là một hợp chất lỏng trong suốt đặc biệt, dùng kính hiển vi cũng không thể phát hiện được hạt keo. Nhưng dung dịch này chỉ tồn tại trong một thời gian nhất định vì ở trong đó phản ứng ngưng tụ vẫn tiếp diễn. Những nhóm OH nằm ở giữa các mạch có thể tương tác với nhau để tạo nên những phân tử 3 chiều lớn hơn, chúa ít nước hơn và có mạch nhánh. Khi kích thước của những hạt keo vượt quá một giới hạn nào đó, dung dịch keo đông tụ. Tùy theo những điều kiện xảy ra của quá trình đông tụ đó, axit silixic hoặc lắng xuống dưới dạng kết tủa thô, không tan, có công thức chung là

156

SiO2.nH2O hoặc đông lại thành khối trông giống như thạch gọi là gel. Quá trình ngưng tụ trên đây tiếp tục xảy ra cho đến khi tạo nên sản phẩm cuối cùng là SiO2 vô định hình.

Gel axit silixic sau khi được sấy khô ở trong không khí, trở thành một vật liệu xốp gọi là silicagel. Do có tổng bề mặt trong rất lớn, silicagel có khả năng hấp phụ lớn. Nghiên cứu một silicagel có thành phần SiO2.nH2O bằng phương pháp phổ hồng ngoại, nhận thấy 19% hàm lượng H2O ở trong đó liên kết hóa học còn 80% nữa ở trạng thía được hấp phụ. Trong thực tế người ta dùng silicagel để hút ẩm, làm khô các khí và kéo các chất dễ bay hơi ra khỏi các khí. Những hạt silicagel đã hút ẩm được sấy khô để dùng lại.

Axit silixic là axit rất yếu, hằng số phân li nấc thứ nhất vào khoảng 10-10. Bởi vậy axit đó rất dễ tạo nên khi cho muối natri silicat tác dụng với axit, kể cả axit rất yếu như axit cacbonic, hoặc khi thủy phân hợp chất của silic như SiH4, SiCl4.

Đọc thêm: Silan

Trong thí nghiệm điều chế silic “vô định hình” nếu lấy thừa magia thì khi chế hóa hỗn hợp sản phẩm của phàn ứng với dung dịch HCl người ta sẽ nghe những tiếng nổ lốp đốp và thấy khói trắng bay lên. Hiện tượng đó được giải thích như sau: magia dư đã tác dụng với silic tạo thành magie silixua rồi magie silixua tác dụng với axit giải phóng một hỗn hợp khí gọi là silan. Hỗn hợp silan đó tự bốc cháy trong không khí tạo thành khói trắng và đốt cháy khí hidro sinh ra bởi tương tác của magie với axit mà gây ra tiếng nổ.

Silan là dãy hợp chất hidro silixua có cấu tạo phân tử tương tự những hidro cacbua dãy metan. Chúng có công thức chung là SinH2n+2. Hiện nay người ta biết được những silan sau đây: monosilan (SiH4), đisilan (Si2H6), trisilan (Si3H8), tetrasilan (Si4H10), pentasilan (Si6H14), trong đó biết kĩ hơn hết là bốn silan đầu.

Tất cả các silan đều không có màu, có mùi đặc trưng và rất độc. Chúng không tan trong nước nhưng tan trong dung mỗi hữu cơ. Nhiệt độ nóng chay và nhiệt độ sôi của chúng tăng lên theo khối lượng phân tử. Dưới đây là nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của 4 silan đầu:

SiH4 Si2H6 Si3H8 Si4H10

to nc (oC) -185 -129 -117 -91

211

to s (oC) -112 -14 53 107

Do năng lượng của các liên kết Si – Si và Si – H bé hơn năng lượng của các liên kết C – C và C – H, các silan kém bền với nhiệt và hoạt động hơn nhiều về mặt hóa học so với hidro cacbua no. Về những mặt này, silan giống với boran.

Khi đung nóng trông điều kiện thiếu không khí, SiH4 phân hủy thành Si và H2 ở 400oC, Si2H6 phân hủy ở 300oC và các silan khác phân hủy còn dễ dàng hơn.

Các silan tự bốc cháy và gây nổ trong không khí, riêng monosilan chỉ bốc cháy trong oxi tinh khiết. Phản ứng cháy của silan tương tự như phản ứng cháy của hidro cacbua, nghĩa là tạo nên SiO2, H2O và phát ra nhiều nhiệt.

Ví dụ:

SiH4 + 2O2 → SiO2 + 2H2O ∆Ho=-1288 kJ

Silan không tương tác với nước và axit, nhưng trong nước có dấu vết của ion OH-, silan bị thủy phân tạo thành SiO2 và H2 giống như boran.

Ví dụ:

Si2H6 + (4+2n)H2O → 2SiO2.nH2O + 3H2

Silan là chất khử mạnh, những chất oxi hóa chuyển silan thành SiO2 và H2O. Ở nhiệt độ thường, silan tương tác mãnh liệt với halogen và gây nổ. Halogen có thể thế lần lượt hidro trong silan tạo thành những dẫn xuất thế của silan halogenua giống như phản ứng thế hidro bằng halogen trong hidro cacbua no, khi có mặt AlCl3 hay chất xúc tác, HCl có thể tác dụng với Silan tạo nên nhưng dẫn xuất thế:

SiH4 + HCl → SiH3Cl + H2

Người ta đã biết được nhiều dẫn xuất thế khác nhau của silan, trong đó được nghiên cứu nhiều nhất là dẫn xuất thế chứa nhóm SiH3

-, ví dụ như SiH3HS, SiH3CN, SiH3NCS, ...

Hỗn hợp silan được điều chế bằng cách cho magie silixua tác dụng với dung dịch axit sunfuric loãng.

Ví dụ:

Mg2Si + 2H2SO4 → SiH4 + 2MgSO4

156

Với hiệu suất của phản ứng là 25%, tương tác của Mg2Si và H2SO4 cho một hỗn hợp có thành phần gần đúng là 40% SiH4, 30% Si2H6, 15% Si3H8, 10% Si4H10, 5% Si5H12 và Si6H14.

Để nâng cao hơn nữa hiệu suất của phản ứng, cho Mg2Si tương tác với NH4Cl ở trong amoniac lỏng

Ví dụ:

Mg2Si + 4NH4Cl → SiH4 + 2MgSO4

Để tách riêng từng silan một, người ta hóa lỏng hỗn hợp silan thu được bằng không khí lỏng rồi chưng cất phân đoạn ở trong chân không, trong điều kiện không có không khí và hơi nước hoặc dùng phương pháp sắc kí khí – lỏng.

211

Nhóm VA bao gồm những nguyên tố: Nitơ (N), photpho (P), Asen (As), Atimon (Sb) và Bitmut (Bi). Dưới đây là một số đặc điểm của nguyên tử của chúng (Bảng 27).

Bảng 27: Một số đặc điểm của nguyên tử nguyên tố nhóm VA

Nguyên tố Số thứ tự nguyên tử Cấu hình electronNăng lượng Ion hóa, eV Độ âm điện

I1 I2 I3 I4 I5

N

P

As

Sb

Bi

7

15

33

51

83

[He]2s22p3

[Ne]3s23p3

[Ar]3d104s24p3

[Kr]4d105s25p3

[Rn]4f145d106s26p3

14.5

10.9

10.5

8.5

8.0

29.6

19.6

20.1

18.0

16.6

47.4

30.0

28.0

24.7

25.4

77.4

51.6

49.9

44.0

45.1

97.8

65.0

62.5

55.5

55.7

3.0

2.1

2.0

1.9

1.9

Nguyên tử của các nguyên tố nhóm VA có lớp Electron hóa trị là ns2np3. Để đạt được cấu hình Electron bền của nguyên tử khí hiếm đứng sau, nguyên tử Nitơ có khả năng kết hợp thêm ba electron của những kim loại hoạt động tạo nên ion N3-; đối với các nguyên tố khác, nitơ và những nguyên tố cùng nhóm tạo nên những cặp electron và cho những hợp chất trong đó chúng có số oxi hóa +3 hoặc -3. Hai electron còn lại thường tạo nên liên kết cho – nhận với những nguyên tố có độ âm điện lớn. Khác với nitơ, các nguyên tố P, As, Sb và Bi vì có obitan d trống nên còn có khả năng tạo nên hai liên kết cộng hóa trị nữa. Như vậy số õi hóa cao nhất của các nguyên tố nhóm VA là +5. Đây là số oxi hóa đặc biệt quan trọng đối với các hợp chất có chứa oxi.

Mặt khác do năng lượng ion hóa cao, các nguyên tố nhóm VA khó mất electron biến thành cation. Thực vậy không có ion mang điện tích +5, chỉ Sb và Bi có thể cho cation có điện tích 3+.

156

Như trong nhóm IV, sự biến đổi tính chất cảu các nguyên tố trong nhóm này cũng xảy ratuaanf tự từ N đến Bi. Nitơ và photpho là những nguyên tố không – kim loại điển hình, bitmut là kim loại rõ rệt, còn asen và atimon ở dạng đơn chất và dạng hợp chất đều có tính chất vừa của kim loại vừa của không – kim loại, nghĩa là chung là nguyên tố nửa – kim loại. Từ nitơ đến bitmut, tính axit của các oxit giảm xuống còn tính bazơ tăng lên, độ bền của số oxi hóa +3 tăng lên còn độ bền của số oxi hóa +5 nói chung giảm xuống.

Giống như trong nhóm IV A, nitơ có khả năng tạo thành liên kết π cho kiểu p→p, nghĩa là tạo nên liên kết bội giống như cacbon, còn các nguyên tố P, As, Sb và Bi không có khả năng tạo nên liên kết π kiểu đó mà có thể tạo thành liên kết π cho kiểu p→d nhờ những obitan d trống của chúng. Bởi vậy nitơ tồn tại ở dạng phân tử N2 với liên kết 3 N≡N, còn các nguyên tố khác ở dạng phân tử E4 với những liên kết đơn E – E (ở đây E là P, As, Sb và Bi). Nitơ còn tạo nên những liên kết bội với C trong –C ≡ N và O trong N ≡ O.

Khả năng tạo mạch E – E là khôngđặc trưng đối với nitơ nhưng rất thường có ở các nguyên tố còn lại của nhóm dưới dạng đơn chất và hợp chất; khả năng đó giảm xuống nhanh từ P đên Sb. Người ta giải thích điều này bằng sự biến đổi năng lượng của liên kết đơn: N – N 169; P – P 214.6; As – As 133.3; Sb – Sb 126.3 và Bi – Bi 104.6 kJ/mol.

Như trong nhóm IVA, số phối trí của các nguyên tố nhóm VA tăng lên từ N đên Bi. Nitơ tạo nên anion Sb(OH)6

-. Những số phối trí cao của P, As, Sb có thể được làm bền thêm nhờ khả năng tạo thành lên kết π cho kiểu p→d của các nguyên tố đó.

Nit ơ 1. Cấu tạo phân tử

Nitơ thiên nhiên là hỗn hợp của hai đồng vị 14N và 15N với tỉ lệ 272:1. Đồng vị 15N thường được dùng trong phương pháp đánh dấu nguyên tử và có thể đưa vào axit nitric với tỉ lệ là 99.8%. Axit nitric H15NO3 là chất đầu để điều chế nên bất cứ hợp chất nào của nitơ đánh dấu.

Nitơ tồn tại trong thiên nhiên chủ yếu dưới dạng phân tử hai nguyên tử N2.

Phân tử đó có cấu hình electron:

211

Nghĩa là trong phân tử có một liên kết ba:

:N ≡ N :

Liên kết ba đó có năng lượng là 942 kJ/mol và độ dài là 1.095Å.

Năng lượng liên kết rất lớn đó giải thích tính trơ của phân tử N2 và giải thích tại sao đa số hợp chất đơn giản của nitơ, mặc dù trong đó có liên kết bền, đều là hợp chất thu nhiệt.

So sánh năng lượng (kJ/mol) của các liên kết sau đây:

C – C 348 N – N 169

C = C 635 N = N 409

C ≡ C 830 N ≡ N 945

Ta nhận thấy liên kết ba N ≡ N bền gấp sáu lần liên kết đơn N – N, trong khi đó liên kết ba C ≡ C chỉ bền gấp 2.5 lần liên kết đơn C – C. Cho nên nitơ đặc biệt trơ hơn nhiều so với axetilen có liên kết ba – C ≡ C -. Chẳng hạn nitơ không có khả năng tham gia phản ứng kết hợp như axetilen.

2. Tính chất vật lí Như đã nhận xét trước đây, N2 có tổng sô electron, khối lượng và cấu tạo

phân tử giống như CO nên nhiều tính chất lí hóa học của chúng khá giống nhau. Tuy nhiên vì CO là phân tử có cực còn N2 là phân tử không có cực nên CO là chất cho electron còn N2 hầu như không có khả năng đó.

Nitơ là một khí không màu, không vị và hơi nhẹ hơn không khí. Nó không duy trì sự sống, chính một tên gọi khác của nó là azot tiếng Hy Lạp có nghĩa là không duy trì sự sống. Nó rất khó hóa lỏng (nđs. Là -195.8oC) và khó hóa rắn (nđnc. là -210oC). Do có nhiệt độ sôi rất thấp, nitơ hóa lỏng được sử dụng trong công nghiệp và phòng thí nghiệm để tạo ra nhiệt độ rất thấp. Nitơ rất ít tan trong nước (100ml nước ở 0oC hòa tan 2.35ml khí nitơ) và các dung môi khác.

Có năng lượng liên kết rất lớn, phân tử N2 rất bền với nhiệt, ở 3000oC chưa phân hủy rõ rệt thành nguyên tử. Chính cũng vì vậy nitơ phân tử ở nhiệt độ thường là một trong những chất trơ nhất nhưng ở nhiệt độ cao, nó trở nên hoạt động hơn, nhất là khi có xúc tác.

3. Tính chất hóa học

156

Ở nhiệt độ thường, nitơ chỉ có thể tương tác với liti kim loại tạo thành nitrua:

6Li + N2 = 2Li3N

Ở nhiệt độ thường, nitơ được đồng hóa trực tiếp bởi một số vi sinh vật, ví dụ như azotobacte có nhiều ở trong đất được cày xới và đất chứa nhiều mùn. Một số vi khuẩn đó sống trong nốt sần của rễ cây họ đậu. Dưới tác dụng của các vi khuẩn, lượng nitơ đồng hóa được của đất hàng năm tăng lên đến 48kg/ha; nếu đất được trồng cây họ đậu thì lượng đó đạt đến 200kg/ha.

Ở nhiệt độ cao, nitơ có thể tương tác với hiđro, oxi, một số kim loại và một số ít hợp chất.

Lợi dụng hoạt tính kém của nitơ, người ta thường dúng nitơ để làm khí quyển trơ trong luyện kim, công nghiệp điển tử và công nghiệp thực phẩm.

Một dạng đặc biệt của nitơ, gọi là nitơ hoạt động, được tạo nên khi phóng điện mạng qua khí nitơ dưới áp suất thấp. Sự phóng điện đó cho một khí màu vàng có thể tồn tại trong vài giờ sau khi đã ngưng phóng điện. Nitơ hoạt động gồm những nguyên tử N ở trạng thái cơ bản, chúng chỉ kết hợp lại rất chậm tạo thành phân tử N2 ở trạng thái spin cao được kích động. Trạng thái này phát ra bức xạ màu vàng khi trở về trạng thái cơ bản. Nitơ hoạt động tương tác dễ dàng với nhiều nguyên tố kim loại (Hg, As, Zn, Cd, Na) và nguyên tố không kim loại (P, S) tạo nên nitrua. Một vài kim loại như đồng và vàng không tạo thành nitrua mà xúc tác cho quá trình chuyển nitơ hoạt động về nitơ phân tử. Nitrua của kim loại hoạt động là nitrua ion, chúng bị thủy phân mạnh. Nitrua của một số nguyên tố không-kim loại ví dụ như BN, Si3N4 là nitrua cộng hóa trị, chúng bền với nước và axit ở nhiệt độ thường.

4. Trạng thái thiên nhiên và phương pháp điều chế

Nitơ chiếm 78.09% thể tích của không khí, một cách gần đúng có thể coi thể tích không khí gồm có bốn phần N2 và một phần O2. Một khoáng vật có chứa nitơ là diêm tiêu natri (NaNO3). Nitơ có trong mọi sinh vật dưới dạng hợp chất hữu cơ phức tạp như protein, axit nucleic, một số sinh tố và kích thích tố, chất màu của máu, clorophin.v.v. Nitơ là một trong những nguyên tố dinh dưỡng chính đối với thực vật, bởi vậy những lượng lớn hợp chất của nitơ được thường xuyên cung cấp cho đất dưới dạng phân đạm để nuôi cây trồng. Trong nước mưa có một lượng nhỏ axit nitrơ (HNO2), được tạo nên nên do hiện tượng phóng điện trong khí quyển.

211

Nitơ đã được Rơzơpho (1749 - 1819) phát hiện năm 1772. Cũng trong thời gian đó nitơ đã được các ông Cavendisơ (ở Anh) và Dilơ (C. Sheele, 1742 - 1786, ở Thuỵ Điển) độc lập với nhau và tách ra nghiên cứu.

Một lượng rất lớn nitơ được sản xuất dùng để tổng hợp amoniac (NH3) và từ hợp chất này người ta điều chế ra các loại phân đạm, axit nitric, thuốc nổ, v.v...

Trong công nghiệp, nitơ tinh khiết được điều chế bằng cách nhiệt phân dung dịch bão hoà muối amoni nitric theo phản ứng:

NH4NO2 = N2 + 2H2O

Có thể thay thế NH4NO2 bằng hỗn hợp muối NH4Cl và NaNO2.

Nitơ rất tinh khiết điều chế được khi nhiệt phân muối natri azit theo phản ứng:

2NaN3 = 2Na + 3N2

Amoniac1. Cấu tạo phân tử

Cấu tạo phân tử. Phân tử amoniac có cấu tạo hình chóp mà đáy là một tam giác đều:

Trong đó mguyên tử nitơ ở đỉnh của hình chóp, ba nguyên tử hiđro ở các đỉnh của đáy tam giác đều. Góc HNH bằng 107o. Liên kết N – H có độ dài là 1,014Å và năng lượng trung bình là 385kJ/mol.

Phân tử NH3 có cấu hình electron ở trạng thái cơ bản là : , phù hợp với công thức cấu tạo:

156

Do có cấu tạo như vậy amoniac là phân tử có cực tính lớn, momen lưỡng cực µ = 1.48D (so với 1.86D của H2O).

2. Tính chất lí học.

Amoniac là một khí không màu, mùi khai và xốc, nhẹ hơn không khí. Nó có nhiệt độ nóng chảy là -77,75oC và nhiệt độ sôi là -33,35oC. Là phân tử có cực, amoniac tan rất dễ trong nước, 1 lít nước ở 0oC hoà tan 1200l khí NH3, ở 20oC là 700l NH3. Hiện tượng tan nhiều của NH3 ở trong nước được giải thích bằng sự tạo thành liên kết hiđro giữa phân tử NH3 và phân tử H2O. Dung dịc amoniac đậm đặc bán trên thị trường thường có nồng độ 25% (về khối lượng) và tỷ khối 0,91.

Do có cực tính lớn, những phân tử amoniac có khả năng kết hợp với nhau nhờ liên kết hiđro cho nên nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và nhiệt hoá hơi của nó (22,82kJ/mol) quá cao so với những hợp chất tương tự.

3. Tính chất hóa học

Amoniac lỏng có hằng số điện môi tương đối lớn nên là một dung môi ion hoá tốt đối với nhiều chất. Cũng như nước, amoniac lỏng tự nhiên phân li theo quá trình:

2NH3 NH4+ + NH2

-

Hằng số điện li rất bé, tích số ion của amoniac lỏng ở -50oC: K-50o

C = CNH4+ .CNH2-=2.10-33. Tương tự với nước, những chất nào khi tan trong amoniac lỏng mà làm tăng nồng độ NH4

+ là axit và làm tăng nồng độ NH2

- là bazơ. Ví dụ như trong amoniac lỏng NH4Cl, NH4NO3 là axit mạnh và KNH2, Ba(NH2)2 là bazơ. Phản ứng trung hoà giữa axit và bazơ trong amoniac lỏng là:

KNH2 + NH4Cl = KCl + 2NH3

Những tính chất như Zn(NH2)2, Al(NH2)3 vừa tan trong axit vừa tan trong bazơ sẽ là chất lưỡng tính.

Ví dụ:

Zn(NH2)2 + 2NH4Cl = [Zn(NH3)4]Cl2

Zn(NH2)2 + 2KNH2 = K2[Zn(NH2)4]

Lợi dụng tính tan khác nhau của các muối ở trong amoniac và ở trong nước, đôi khi người ta có thể làm đảo ngược những phản ứng trao đổi ion thường thấy. Ví dụ như cân bằng của phản ứng:

2AgNO3 + BaBr2 2AgBr + Ba(NO3)2

ở trong nước chuyển dịch thực tế hoàn toàn sang bên phải (vì AgBr rất ít tan trong nước) và ở trong amoniac lỏng, sang bên trái (vì BaBr2 rất ít tan trong amoniaclỏng).

211

Amomiac lỏng có khả năng hoà tan các kim loại kiềm và kiềm thổ tạo nên dung dịch có màu lam thẫm.

Khi tan trong nước, amoniac kết hợp với ion H+ của nước tạo thành ion NH4+ và dung dịch trở nên có

tính bazơ:

NH3 + H+ = NH4+

H2O H+ + OH-

Và phản ứng tổng quát có thể viết là:

NH3(dd) + H2O NH4+ + OH-

Hằng số phân li của NH3 ở trong dung dịch 25oC là:

Như vậy dung dịch amoniac trong nước là một bazơ yếu. Trước đây người ta gán tính bazơ đó cho phân tử NH4OH là sản phẩm kết hợp của NH3 với H2O nhưng thực ra không có những bằng chứng chứng minh sự tồn tại của phân tử đó. Khảo sát nhiệt độ hoá rắn của dung dịch amoniac, nhận thấy trong dung dịch đó có ba hiđrat bền ở nhiệt độ thấp là 2NH3.H2O (nđnc. là -78,8oC), NH3.H2O (nđnc. là -79oC), và NH3.2H2O (nđnc. là -98oC). Trong các hiđrat đó, phân tử NH3 liên kết với phân tử H2O bằng liên kết hiđro chứ không có các ion NH4

+, OH- và phân tử NH4OH.

Khi thêm axit mạnh như HCl, HNO3, H2SO4 vào dung dịch amoniac, cân bằng trên đây chuyển dịch hoàn toàn sang bên phải. Đem cô dung dịch mới này sẽ được muối amoni như NH4Cl, NH4NO3, (NH4)2SO4.

Khí NH3 kết hợp dễ dàng với khí HCl tạo nên muối NH4Cl ở dạng khói trắng:

NH3 + HCl = NH4Cl

Trong hoá học phân tích, người ta có thể dựa vào phản ứng này để nhận ra khí HCl.

Amoniac có thể kết hợp với nhiều muối kim loại tạo thành những amoniacat dạng tinh thể như CaCl2.8NH3, CuSO4.4NH3 v.v...Về sự tạo thành và về độ bền, amoniacat giống như hiđrat. Cũng như H2O, nhờ có cặp electron tự do, phân tử NH3 rất dễ tạo nên nhiều phức chất bền với ion kim loại chuyển tiếp.

Amoniac còn có tính khử tuy không đặc trưng bằng khả năng kết hợp.

Khí amoniac có thể cháy khi đốt trong oxi cho ngọn lửa màu vàng, tạo nên khí nitơ và nước:

4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O

Khi có platin hay hợp kim platin - rođi làm chất xúc tác ở 800 - 900oC, khí amoniac bị oxi không khí oxi hóa thành nitơ oxit:

156

4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O

Trong trường hợp này người ta thổi nhanh hỗn hợp khí đi qua chất xúc tác. Nếu cho hỗn hợp khí đi chậm qua sợi amiăng chứa muội platin, phản ứng xảy ra khác:

2NH3 + 2O2 = NH4NO3 + H2O

Clo và brom oxi hoá mãnh liệt amoniac ở trạng thái khí và trạng thái dung dịch.

Ví dụ:

2NH3 + 3Cl2 = N2 + 6HCl

Flo tác dụng với khí NH3 tạo thành khí nitơ triflorua:

4NH3 + 3F2 = NF3 + 3NH4F

Iot tác dụng với dung dịch NH3 tạo nên kết tủa màu đencó thành phần là NI3.NH3, ở trạng thái khô, hợp chất này dễ nổ khi va chạm nhẹ. Chất lỏng NCl3 được tạo nên khi khí clo tác dụng với dung dịch NH4Cl:

NH4Cl + 3Cl2 = NCl3 + 4HCl

Đối với các chất oxi hoá khác, amoniac bền ở điều kiện thường. Khi đun nóng nó khử được oxit của một số kim loại.

Ví dụ:

3CuO + 3NH3 = N2 + 3H2O +3Cu

Ở nhiệt độ cao, những nguyên tử hiđro trong phân tử amoniac có thể lần lượt thế bằng các kim loại hoạt động tạo thành amiđua (chứa nhóm NH2

-), imiđua (chứa nhóm NH2-) và nitrua (chứa ion N3-).

Ví dụ như khí amoniac tương tác với kim loại natri ở 300oC tạo nên natri amiđua và hiđro:

2Na +2NH3 = 2NaNH2 + H2

Các amiđua của kim loại kiềm khác cũng được tạo nên tương tự như vậy. CHúng tác dụng với nước giải phóng khí NH3.

Ví dụ:

NaNH2 + H2O = NaOH + NH3

Ở 800-900oC, nhôm tương tác với khí amoniac tạo thành nhôm nitrua và hiđro:

2Al + 2NH3 = 2AlN + 3H2

4. Trạng thái thiên nhiên và phương pháp điều chế.

Ở trong thiên nhiên khí amoniac được sinh ra trong quá trình thối rữa của các protit trong xác sinh vật và quá trình phân huỷ ure có trong chất bài tiết của sinh vật dưới tác dụng của một số vi khuẩn.

211

Khí amoniac là sản phẩm phụ trong quá trình sản xuất than cốc.

Trong công nghiệp, amoniac được dùng để sản xuất axit nitric, muối amoni, ure và sođa. Bản thân amoniac có thể dùng trực tiếp làm phân đạm.

Trước đây amoniac được điều chế bằng cách cho canxi xianamit tác dụng với hơi nước trong nồi áp suất:

Ca(CN)2 + 3H2O = CaCO3 + 2NH3

Ngày nay người ta dùng phương pháp hiện đại hơn rất nhiều là tổng hợp NH 3 từ các nguyên tố có trong những điều kiện nhất định về nhiệt độ, áp suất và chất xúc tác:

N2 + 3H2 2NH3 ∆Ho = -46,2kJ/mol

∆So = -96,3 kJ/mol.độ

Nitơ được chế bằng cách chưng cất phân đoạn không khí lỏng, hiđro được chế ra từ khí than hoặc khí thiên nhiên.

Phương thức tổng hợp NH3 từ nguyên tố với sắt là chất xúc tác do Habe (F.Haber) đề ra năm 1904 và đã được tặng giải thưởng Noben năm 1913, còn công nghệ sản xuất NH3 được Bosơ (C.Bosch) phát triển và cũng đã được tặng giải thưởng Noben năm 1931.

Áp dụng quy tắc pha của Gip:

F + P = C + 2

ở đây số cấu tử độc lập C bằng 2, số pha bằng 1, nên số độ tự do bằng F = 2 + 2 – 1 = 3, nghĩa là có thể chọn 3 yếu tố tác dụng lên cân bằng để làm cho nó chuyển dịch về phía tạo nên NH3 với hiệu suất cực đại. Ba yếu tố đó là: nhiệt độ, áp suất chung và tỉ lệ các chất phản ứng.

Về yếu tố nhiệt độ:

Ở áp suất 1atm, khi hệ đạt đến cân bằng thì:

∆G = ∆H - T∆S = 0

Giả thiết ∆Ho và ∆So ở đây không biến đổi theo nhiệt độ, ta có:

-46.200 + T.96,3 = 0

T = 479

to≈ 200oC

Trên 200oC, ∆G > 0, nghĩa là cân bằng chuyển dịch sang bên trái. Nhiệt độ 200oC gọi là nhiệt độ nghịch chuyển, tức là nhiệt độ cực đại có thể dùng được ở áp suất 1atm. Nhưng nhiệt độ một mặt làm chuyển dịch cân bằng, mặt khác làm biến đổi tốc độ phản ứng, tức là tốc độ đạt đến cân bằng. Ở 200oC hoặc ở nhiệt độ thấp hơn, tốc độ đạt đến cân bằng là rất bé.

156

Để vượt khó khăn này người ta phải dùng chất xúc tác, ở đây là sắt kim loại được hoạt hoá bằng hỗn hợp Al2O3 và K2O. Để tránh gây ô nhiễm độc chất xúc tác, cần phải tinh chế khí H2 trước khi đưa vào tổng hợp.

Về yếu tố áp suất:

Áp suất càng tăng, cân bằng càng chuyển dịch sang bên phải.

Người ta tính được rằng ở áp suất 300atm, quá trình tổng hợp tiến hành được ở 450oC. Thực tế quá trình tổng hợp được thực hiện ở nhiệt độ 400 - 600oC và dưới áp suất 200 - 1000atm. Nhà máy phân đạm Hà Bắc tổng hợp NH3 ở áp suất 320atm và nhiệt độ 500oC. Trong tổ hợp khí - điện - đạm Phú Mỹ ( Bà Rịa - Vũng Tàu) có nhà máy phân đạm Phú Mỹ đã xây dựng xong.

Về yếu tố tỉ lệ của các chất phản ứng:

Ngưòi ta đã tính được rằng áp suất tạo thành NH3 là cực đại khi tỉ lệ của N2 vah H2 được lấy đúng bằng tỉ lệ các hệ số của chúng trong phương trình phản ứng, nghĩa là bằng 1/3.

Trong những điều kiện thích hợp như trên, hiệu suất chuyển hoá NH3 cũng chỉ tới 20 - 30%. Hoá lỏng amoniac và đưa hỗn hợp khí N2 và H2 trở lại chu trình sản xuất. Sơ đồ của các thiết bị tổng hợp amoniac được trình bày trên hình 64 (trang 203). Amoniac lỏng thu được có độ tinh khiết 99,9%.

Ngày nay do kĩ thuật áp suất cao được phát triển người ta có thể tổng hợp NH3 từ các nguyên tố ở nhiệt độ 850oC và dưới áp suất 4500atm với hiệu suất của phản ứng là 97% mà không cần xúc tác.

Song song với những hướng phát triển đó, một hướng khác đang được nghiên cứu là tìm phương pháp tổng hợp amoniac trong những điều kiện nhẹ nhàng như của thiên nhiên. Ví dụ tạo nên những phức chất có khả năng kết hợp với nitơ phân tử của khí quyển rồi thuỷ phân những sản phẩm kết hợp này để giải phóng khí amoniac.

Trong phòng thí nghiệm, khí amoniac có thể điều chế bằng cách đun sôi dung dịch đậm đặc của amoniac hoặc cho vôi bột tác dụng với muối amoni.

Ví dụ:

2NH4Cl + Ca(OH)2 = 2NH3 + CaCl2 + 2H2O

Để làm khô khí NH3, cho khí đi qua KOH rắn hoặc CaO mới nung.

Muối amoni và gốc amoni tự doIon amoni NH4

+ có cấu tạo hình tứ diện đều với bốn nguyên tử H ở đỉnh và nguyên tử nitơ ở trung tâm:

211

Ion amoni có bán kính là 1,43Å, gần tương đương với các ion kim loại Rb+ = 1,48 và K+ = 1,44Å. Do đó muối amoni giống với các kim loại kiềm. Muối amoni cũng đồng hình với muối kim loại kiềm. Chúng thường có kiến trúc kiểu NaCl hay kiểu CsCl. Hầu hết muối amoni đều dễ tan và phân li mạnh ở trong nước. Axit cloroplatinic đều tạo nên muối tan ít với các ion kim loại kiềm cũng như với ion NH4

+.

Chỗ khác với muối kim loại kiềm là muối amoni bị thuỷ phân trong dung dịch cho môi trường axit:

NH4+ + H2O NH3 + H3O+, K = 5,5.10-10

Có những muối bị thuỷ phân hoàn toàn, ví dụ như (NH4)2S.

Các muối amoni còn khác với muối kim loại kiềm là đều kém bền với nhiệt. Tuỳ thuộc vào bản chất của axit tạo nên muối, phản ứng nhiệt phân của muối amoni xảy ra một cách khác nhau.

Muối của axit có tính oxi hoá như những axit nitrơ (HNO2), axit nitric (HNO3) khi được đun nóng, axit được giải phóng sẽ bị oxi hoá NH3 thành N2 hay oxit của nitơ.

NH4NO2 = N2 + 2H2O

NH4NO3 = N2O + 2H2O

Hợp chất của nito với oxi: Các oxit và oxiaxit

Nitơ tạo ra nhiều hợp chất trong đó nito có số oxh từ +1 đến +5

Đinito oxit (N2O)

Là chất khí không màu, có mùi dễ chịu, vị ngọt, tan trong nước nhưng không tạo axit nào, nó có khả năng oxi hóa tương tự như oxi nguyên chất: một que diêm gần tắt bùng cháy trong N2O. Nó có tác dụng gây mê, làm giảm bớt càm giác đau đớn nên được dùng làm chất gây mê trong các phẫu thuật nhỏ như nhổ răng, nó có tác dụng kích thích gây cười nên còn gọi là khí cười

Người ta điều chế N2O bằng cách đun cẩn thận NH4NO3

Nito oxit (NO)

156

Trong phân tử NO có tổng cộng 11 electron hóa trị cho nên cả hai nguyên tử trong phân tử không thể cùng có đủ 8 electron.

Vì độ âm điện của nito nhỏ hơn oxi nên xung quanh nguyên tử oxi có 8 electron, còn electron lẻ ở gần nito hơn.

Trong phòng thí nghiệm, NO được điều chế bằng cách cho đồng tác dụng với axit nitric loãng:

Trong công nghiệp, người ta điều chế khí NO bằng cách oxi hóa NH3 có xúc tác Pt

Đây là phản ứng quan trọng để điều chế NO, một hợp chất quan trọng trong quá trình sản xuất axit nitric.

Nito oxit là một khí không màu, ít tan, không tạo axit, tính chất hóa học đặc trưng của nó là phản ứng với oxi ở nhiệt độ thường tạo ra nito đioxit

Khí NO cũng là một trong những khí có tác động không tốt tới môi trường.

Nito đioxit (NO2)

Phân tử NO2 có cấu trúc góc, trong phân tử có số electron lẻ.

Nito đioxit được điều chế trong phòng thí nghiệm bằng cách cho đồng tác dụng với axit nitric đặc nóng.

Nito đioxit là một khí màu nâu, rất độc

Vì trong phân tử, electron lẻ chủ yếu thuộc về nito nên hai phân tử NO2 có thẻ trùng hợp thành O2N – NO2

Khi tan trong nước nó tạo thành axit nitric và khí nito oxit

211

Nito đioxit được ngưng tụ thành N2O4, là chất đốt tên lửa. Mặc khác, nó cũng là thủ phạm gây ô nhiễm không khí

Đinito terraoxit (N2O4)

Khác với NO2, phân tử N2O4 không có màu và là nghịch từ.

Như đã biết, hỗn hợp hai oxit NO2 và N2O4 cân bằng với nhau:

2NO2 N2O4 ∆H = -61.5kJvà cân bằng đó phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ.

Ở trạng thái rắn, oxit tồn tại hoàn toàn dưới dạng phân tử N2O4; ở trạng thái lỏng, N2O4 phân li một phần: ở nhiệt độ nóng chảy (-11,2oC) chất lỏng chưa 0,01% NO2 và có màu vàng nhạt, ở nhiệt độ sôi (21,15oC) chất lỏng chứa 0,1% NO2 và có màu nâu đỏ. Ở 100oC, hơi chưa đến 90% NO2 và đến 140oC N2O4 phân li hoàn toàn.

Ở 150oC khí NO2 phân hủy rõ rệt theo phản ứng:

2NO2 = 2NO + O2

và ở 600oC phân hủy hoàn toàn. Bởi vậy than, lưu huỳnh và photpho có thể cháy tiếp tục trong khí NO2.

Các oxit NO2 và N2O4 tương tác với nước tạo thành axit nitrơ và axit nitric:

2NO2 + H2O = HNO2 + HNO3

cho nên nó tương tác với dung dịch kiềm tạo thành muối nitrit và muối nitrat:

2NO2 + 2NaOH = NaNO2 + NaNO3 + H2O

Như vậy các oxit NO2 và N2O4 có thể coi là một anhiđrit hỗn hợp của axit nitrơ và axit nitric.

Khí NO2 vừa có tính oxi hóa vừa có tính khử.

Nó có thể tương tác với một số nguyên tố không – kim loại, hiđro và kim loại.

Ví dụ:

Cl2 + 2NO2 = 2NO2Cl (nitroni clorua)

7H2 + 2NO2 = 2NH3 + 4H2O

2Cu + NO2 = Cu2O + NO

Nó oxi hóa CO thành CO2, SO2 thành SO3:

156

CO + NO2 = CO2 + NO

SO2 + NO2 = SO3 + NO

Nó gây nổ với hơi của các hợp chất hữu cơ.

Nhưng với những chất oxi hóa mạnh, NO2 thể hiện tính khử:

O3 + 2NO2 = N2O5 + O2

H2O2 + 2NO2 = 2HNO3

Mặt khác tuy không phải là dung môi tốt vì có hằng số điện môi bé (Є = 2,47), N2O4 lỏng có khả năng hòa tan một số chất nhờ tương tác với những chất đó. Nó hòa tan hiđro cacbua, rượu, ete và những hợp chất hữu cơ khác. Nó tương tác với một số kim loại, muối clorua, clorat:

M + N2O4 = MNO3 + NO (ở đây M là kim loại kiềm, bạc)

M + 2N2O4 = M(NO3)2 + 2NO (ở đây M là đồng, chì)

KCl + N2O4 = KNO3 + NOCl

NaClO3 + N2O4 = NaNO3 + NO2 + ClO2

Trong nhiều phản ứng của N2O4 lỏng hoặc dung dịch của nó trong ete, nhận thấy nó như là muối nitrozoni của axit nit ric NO+NO3

-, nghĩa là có thể ion hóa như sau:

N2O4 NO+ + NO3-

và tương tác của N2O4 lỏng với natri kim loại chẳng hạn có thể biểu diễn là:

Na + NO+NO3- = NO + NaNO3

Coi hợp chất nitrozoni là một nitrat của một hợp chất phân li rất yếu là HNO2 (hay HONO), chúng ta dễ dàng hiểu được tương tác của N2O4 với nước và kiềm.

Ví dụ:

NO+NO3- + H2O = HONO + HNO3

Trong công nghiệp, NO2 là sản phẩm trung gian để điều chế HNO3. Nó được tạo nên khi cho khí NO tương tác với oxi. Trong phòng thí nghiệm, NO2 có thể điều chế bằng tương tác của đồng kim loại với axit nitric đặc:

Cu + 4HNO3 = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

211

Chú ý: Các khí NO và NO2 là những chất gây ô nhiễm môi trường không khí. Chúng cũng có tác dụng bào mòn tầng ozon. Những khí này thường sinh ra do hoạt động tự nhiên của vi khuẩn và do phản ứng đốt cháy các nhiên liệu như than, củi, xăng, dầu.

Đinitrơ trioxit (N2O3). Đinitrơ trioxit ở trạng thái rắn có màu lam nhạt, nóng chảy ở -102oC, sôi ở -26oC và phân hủy ở -10oC.

Ở trạng thái lỏng và hơi, nó phân hủy mạnh theo phản ứng:

N2O3 NO + NO2

Về hình thức có thể coi N2O3 là một anhiđrit của axit nitrơ.

Đinitơ pentaoxit (N2O5). Ở trạng thái khí cũng như khi tan trong dung môi CCl-4, đinitơ pentaoxit ở dạng phân tử.

Ở trạng thái rắn, nó ở dưới dạng nitroni nitrat NO2+NO3

-. Gần đây người ta đã xác định được rằng ion NO2

+ có cấu tạo đường thằng và đối xứng, với độ dài của liên kết N – O là 1,15Å (so với CO2 là phân tử có cùng số electron cũng có cấu tạo đường thẳng và đối xứng, với độ dài liên kết C – O là 1,16Å). Công thức của N2O5 ở trạng thái rắn cũng phù hợp với sự phân li của nó trong các axit khan như HNO3, H2SO4, H3PO4:

N2O5 NO2+ + NO3

-

Ở điều kiện thường, đinitơ pentaoxit là chất ở dạng tinh thể trong suốt, không màu, dễ chảy rữa trong không khí. Nó nóng chảy ở 30oC và sôi ở 45oC (có phân hủy). Nó kém bền, phân hủy chậm thành NO2 và O2 ở nhiệt độ thường:

2N2O5 = 4NO2 + O2

Khi đun nóng, nó có thể phân hủy nổ. Quá trình phân hủy của N2O5 thực ra có cơ chế phức tạp hơn. Phản ứng phân hủy của N2O5 trong pha khí đã được nghiên cứu rất nhiều và là phản ứng căn bản mà trên đó người ta phát triển lí thuyết về tốc độ phản ứng.

Đinitơ pentaoxit là chất oxi hóa mạnh. Nhiều phản ứng của N2O5 trong pha khí của nó phụ thuộc vào sự phân hủy của nó thành NO2 và NO3.

Là anhiđrit axit, đinitơ pentaoxit tan trong nước tạo thành axit nitric:

N2O5 + H2O = 2HNO3

156

Khi tác dụng với H2O tinh khiết ở nhiệt độ -80oC, N2O5 tạo nên axit penitric (HNO4) là hợp chất rất dễ nổ.

Ở trong phòng thí nghiệm, nó có thể được điều chế bằng cách dùng photpho pentaoxit làm mất nước của axit nitric:

2HNO3 + P2O5 = 2HPO3 + N2O5

Axít này còn được sử dụng trong ngành luyện kim và tinh lọc vì nó phản ứng với phần lớn kim loại và trong các tổng hợp chất hữu cơ. Khi kết hợp với axít clohyđric, nó tạo thành nước cường toan, một trong những chất phản ứng có thể hòa tan vàng và bạch kim (platinum).

Axít nitric là một thành phần của mưa axít.

Axít Nitric là một chất ôxi hóa mạnh, và các phản ứng của axít nitric với các hợp chất như cyanit, carbit, và bột kim loại có thể gây nổ. Các phản ứng của axít nitric với nhiều hợp chất vô cơ như turpentine, rất mãnh liệt và tự bốc cháy.

Axít đặc làm cho màu da người chuyển qua màu vàng do phản ứng với chất protein keratin. vết màu vàng này sẽ chuyển thành màu cam khi được trung hòa.

Một trong những ứng dụng của axit nitric là một chất thử màu (colorometric test) để phân biệt heroin và morphine.

Axit nitric cũng được sử dụng trong phòng thí nghiệm trường học để tiến hành các thí nghiệm liên quan đến việc thử clorit. Cho axit nitric tác dụng với mẫu thử, sau đó cho dung dịch bạc nitrat vào để tìm kết tủa trắng của bạc clorua

Axit nitric Axit Nitric là một hợp chất hóa học có công thức hóa học (HNO3), là một dung dịch

nitrat hyđrô (axít nitric khan). Nó là một chất axít độc và ăn mòn có thể dễ gây cháy. Axit nitric tinh khiết không màu sắc còn nếu để lâu sẽ có màu hơi vàng do sự tích tụ của các ôxít nitơ. Nếu một dung dịch có hơn 86% axít nitric, nó được gọ là axít nitric bốc khói. Axít nitric bốc khói có đặc trưng axít nitric bốc khói trắng và axít nitric bốc khói đỏ, tùy thuộc vào số lượng điôxít nitơ hiện diện.

Sự tổng hợp axít nitric đã được ghi nhận lần đầu vào khoảng năm 800 AD bởi một nhà giả kim người Ả Rập tên là Jabir ibn Hayyan.

1. Tính chất vật lí

211

Axít nitric khan tinh khiết (100%) là một chất lỏng với tỷ trọng khoảng 1522 kg/m3

đông đặc ở nhiệt độ -42 °C tạo thành các tinh thể trắng, sôi ở nhiệt độ 83 °C. Khi sôi trong ánh sáng, kể cả tại nhiệt độ trong phòng, sẽ xảy ra một sự phân hủy một phần với sự tạo ra nitơ điôxít theo phản ứng sau:

4HNO3 → 2H2O + 4NO2 + O2 (72 °C)

điều này có nghĩa axít nitric khan nên được cất chứa ở nhiệt độ dưới 0 °C để tránh bị phân hủy. Chất nitơ điôxít (NO2) vẫn hòa tan trong axít nitric tạo cho nó có màu

vàng, hoặc đỏ ở nhiệt độ cao hơn. Trong khi axít tinh khiết có xu hướng bốc khói trắng khi để ra không khí, axít với điôxít nitơ bốc khói hơi có màu nâu hơi đỏ cho nên mới có tên axít bốc khói trắng và axít bốc khói đỏ như nêu trên.

Axít nitric có thể pha trộn với nước với bất kỳ tỷ lệ nào và khi chưng cất tạo ra một azeotrope một nồng độ 68% HNO3 và có nhiệt độ sôi ở 120,5 °C tại áp suất 1 atm. Có

hai chất hydrat được biết đến; monohydrat (HNO3·H2O) và trihydrat (HNO3·3H2O).

Ôxít nitơ (NOx) tan được trong axít nitric và đặc điểm này ảnh hưởng ít nhiều đến tất

cả các đặc trưng lý tính phụ thuộc vào nồng độ của các ôxít này, chủ yếu bao gồm áp suất hơi trên chất lỏng và nhiệt độ sôi cũng như màu sắc được đề cập ở trên. Axít nitric bị phân hủy khi có nhiệt độ cao hoặc ánh sáng với nồng độ tăng lên mà điều này có thể làm tăng lên sự biến đổi tương đối áp suất hơi trên bề mặt chất lỏng do các ôxít nitơ tạo ra một phần hoặc toàn bộ trong axít.

2. Tính chất hóa học

Axít nitric là một monoaxít mạnh, một chất ôxi hóa mạnh có thể nitrat hóa nhiều hợp chất vô cơ và là một axít monoproton vì chỉ có một sự phân ly.

Các tính chất axít

Là một axít điển hình, axít nitric phản ứng với chất kiềm, ôxít basơ và cacbonat để tạo thành các muối, trong số đó quan trọng nhất là muốis amoni nitrat. Do tính chất ôxi hóa của nó, axít nitric không (ngoại trừ một số ngoại lệ) giải phóng hiđrô khi phản ứng với kim loại và tạo ra các muối thường có trạng thái ôxi hóa cao hơn. Vì lý do này, tình trạng ăn mòn nặng có thể xảy ra và cần phải bảo vệ thích hợp bằng cách sử dụng các kim loại hoặc hợp kim chống ăn mòn khi chứa axít này.

156

Axít nitric là một axít mạnh với một hắng số cân bằng axít (pKa) = −2: trong dung dịch

nước, nó hoàn tòan điện ly thành các ion nitrat NO3− và một proton hydrat, hay còn

gọi là ion hiđrôni, H3O+.

HNO3 + H2O → H3O+ + NO3

-

Các đặc tính ôxi hóa

Phản ứng với kim loại

Là một chất ôxi hóa mạnh, axít nitric phản ứng mãnh liệt với nhiều chất hữu cơ và phản ứng có thể gây nổ. Tùy thuộc vào nồng độ axít, nhiệt độ và tác nhân gây giảm liên quan, sản phẩm tạo ra cuối cùng có thể gồm nhiều loại. Phản ứng xảy ra với tất cả kim loại, ngoại trừ dãy kim loại quý và một số hợp kim. Trong phần lớn các trường hợp, các phản ứng ôxi hóa chủ yếu với axít đặc thường tạo ra điôxít nitơ (NO2).

Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

Tính chất axít thể hiện rõ đối với axít loãng, đi đôi với việc tạo ra ôxít nitơ (NO).

3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

Do axít nitric là một chất ôxi hóa, hiđrô (H) thường hiếm khi được tạo ra. Cho nên khi kim loại phản ứng với axít nitric loãng và lạnh ( gần 0°C ) thì mới giải phóng hiđrô:

Mg(rắn) + 2HNO3 (lỏng) → Mg(NO3)2 (lỏng) + H2 (khí)

Sự thụ động hóa

Dù Crôm (Cr), sắt (Fe) và nhôm (Al) dễ hòa tan trong dung dịch axít nitric loãng, nhưng đối với axít đặc nguội lại tạo một lớp ôxít kim loại bảo vệ chúng khỏi bị ôxi hóa thêm, hiện tượng này gọ là sự thụ động hóa.

Phản ứng với phi kim

Khi phản ứng với các nguyên tố á kim, ngoại trừ silic và halogen, các nguyên tố này thường bị ôxi hóa đến trạng thái ôxi hóa cao nhất và tạo ra điôxít nitơ đối với axít đặc và ôxít nitơ đối với axít loãng.

C + 4HNO3 → CO2 + 4NO2 + 2H2O

211

hoặc

3C + 4HNO3 → 3CO2 + 4NO + 2H2O

3. Điều chế

Axit nitric được tạo ra bằng cách pha trộn điôxit nitơ (NO2) với nước với sự có mặt

của ôxi hay sử dụng không khí để ôxi hóa axít nitrơ cũng tạo ra axit nitric. Axit nitric loãng có thể cô đặc đến 68% axit với một hỗn hợp azeotropic với 32% nước. Việc cô đặc hơn được thực hiện bằng cách chưng cất với axit sulphuric với vai trò là chất khử nước. Trong quy mô phòng thí nghiệm, cách chưng cất như thế phải được tiến hành bằng dụng cụ thủy tinh với áp suất thấp để tránh phân hủy axit này. Các mối nối bằng thủy tinh và nút bần cũng nên tránh dùng do axit nitric tấn công các chất này. dung dịch axit nitric cấp thương mại thường có nồng độ giữa 52% và 68% axit nitric. Việc sản xuất axit nitric được thực hiện bằng công nghệ Ostwald do Wilhelm Ostwald phát minh. Trong phòng thí nghiệm, axit nitric có thể điều chế bằng cách cho nitrat đồng (II) hoặc cho phản ứng những khối lượng bằng nhau nitrat kali (KNO3) vơi axit

sulfuric (H2SO4) 96%, và chưng cất hỗn hợp này tại nhiệt độ sôi của axit nitric là 83

°C cho đến khi còn lại chất kết tinh màu trắng, potassium hydrogen sulfate (KHSO4),

còn lưu lại trong bình. Axit nitric bốc khói đỏ thu được có thể chuyển thành axit nitric màu trắng. Cần lưu ý khi thí nghiệm thì phải dùng các trang thiết bị bằng thủy tinh, hay nhất là bình cổ cong nguyên khối do axit nitric khan tấn công cả nút bần, cáou và da và sự rò rỉ có thể cực kỳ nguy hiểm.

H2SO4 + KNO3 → KHSO4 + HNO3

Chất NOx hòa tan được loại bỏ bằng cách sử dụng áp suất giảm tại nhiệt độ phòng

(10-30 phút với áp suất 200 mmHg hay 27 kPa). Axit nitric bốc khói trắng thu được có tỷ trọng 1.51 g/cm³. Quy trình này cũng được thực hiện dưới áp suất và nhiệt độ giảm trong một bước để tạo ra ít khí điôxit nitơ hơn.

axit này cũng có thể được tổng hợp bằng cách ôxi hóa ammoniac, nhưng sản phẩm bị pha loãng bởi nước do phản ứng tạo ra. Tuy nhiên, phương pháp tổng hợp này quan trọng trong việc sản xuất nitrat ammoni từ amôniăc theo công nghệ Haber, do sản phẩm cuối cùng có thể sản xuất từ nitơ,hyđrô và ôxi là nguyên liệu đầu vào chính.

Axit nitric bốc khói trắng, cũng gọi là axit nitric 100% hay WFNA, rất gần giống với sản phẩm axit nitric khan. Một đặc tính kỹ thuật của axit nitric bốc khói trắng là nó có tối đa 2% nước và tối đa 0,5% NO2 hòa tan. Axit nitric bốc khói đỏ hay RFNA, chứa một

lượng điôxit nitơ (NO2) đáng kể thoát khỏi dung dịch với màu nâu đỏ. Một công thức

156

của RFNA thể hiện ít nhất 17% NO2, nhóm khác là 13% NO2. Trong trường hợp, axit

nitric bị ức chế bốc khói (hoặc IWFNA, hoặc IRFNA) có thể làm tăng khi cho thêm thêm khoảng 0,6 đến 0,7% hiđro florit, HF. Chất florit này được bổ sung vào để chống ăn mòn trong các bồn chứa kim loại (chất florit tạo ra một lớp florit kim loại bảo vệ kim loại đó).

Muối nitrat1. Khi trung hòa axit nitric bằng các bazo, các oxit bazo hay các cacbonat

thì tạo ra muối nitratVí dụ:

2. Tất cả các muối nitrat đều tan trong nước và là những chất điện li mạnh3. Khi đun nóng, muối nitrat của các kim loại kiềm bị phân hủy thành muối

nitrit và oxi:

Muối nitrat của các kim loại nặng bị phân hủy thành oxit kim loại, khí NO2 và O2:

Phản ứng này được dùng để điều chế nito đioxit trong phòng thí nghiệmMuối nitrat của các kim loại quý bị phân hủy thành kim loại, khí NO và O2:

Như vậy, các muối nitrat ở nhiệt độ cao đều dễ giải phóng oxi vì vậy chúng là những chất oxi hóa mãnh liệt, do tính chất đó, chúng có ứng dụng quan trọng trong thực tế: dùng chế thuốc nổ. Thuốc nổ đen là hỗn hợp muối KNO3(70%), than (15%) và lưu huỳnh (15%)Ngoài ra một số muối như NH4NO3 còn được dùng làm phân bón hay chất nổ trong công nghệ khai thác dầu mỏ

Đọc thêm: Axit hiponitrơ (H2N2O2)

Người ta đã biết được những oxitaxit sau của nitơ: axit hiponitrơ (H2N2O2), axit hiponitric (H2N2O3), axit nitrơ (HNO2), axit nitroxilic (H2NO2), axit

211

nitric (HNO3) và axit penitric (HNO4). Quan trọng hơn hết trong thực tế là axit nitrơ và axit nitric.

Axit hiponitrơ. H2N2O2 về hình thức được coi là hiđrat N2O.H2O. Nó có cấu tạo:

H – O –N = N – O – H

Axit hiponitrơ là chất dạng tinh thể không màu, không bền, dễ phân hủy nổ khi va chạm nhẹ. Ở nhiệt độ thường nó phân hủy dần theo phản ứng:

H2N2O2 = N2O +H2Onhưng phản ứng ngược không thể xảy ra, nghĩa là N2O không phải là anhiđrit của axit đó.

Axit hiponitrơ tan nhiều trong nước, rượu, ete và là axit rất yếu (K1 = 9.10-8 và K2 = 1.10-11). Nó có khả năng oxi hóa và khả năng khử nhưng đều rất yếu.

Muối hiponitrit bền hơn axit, Na2N2O2 tan trong nước còn Ag2N2O2 là kết tủa màu vàng không tan trong nước.

Axit hiponitrơ được tạo nên khi muối của nó tác dụng với axit clohiđric:

Ag2N2O2 + 2HCl = H2N2O2 + 2AgCl

Chu trình nito trong tự nhiênNitơ là một nguyên tố có nguồn dự trữ khá giàu trong khí quyển, chiếm gần

80% thể tích, gấp gần 4 lần thể tích khí oxy. Nitơ là thành phần quan trọng cấu thành nguyên sinh chất tế bào, là cấu trúc của protein... Nitơ phân tử (Nitơ tự do - N2) có nhiều trong khí quyển, nhưng chúng không có hoạt tính sinh học đối với phần lớn các loài sinh vật, chỉ một số rất ít các loài sinh vật có khả năng đồng hoá được nitơ ở dạng này. Các loài thực vật có thể sử dụng được nitơ ở dạng muối như nitrat - đạm dễ tiêu (NO3-) hoặc ở dạng ion amon (NH4+), NO2....

Chu trình nitơ về cơ bản cũng tương tự như các chu trình khí khác, được sinh vật sản xuất hấp thụ và đồng hoá rồi được chu chuyển qua các nhóm sinh vật tiêu thụ, cuối cùng bị sinh vật phân huỷ trả lại nitơ phân tử cho môi trường. Tuy nhiên quá trình này diễn ra phức tạp hơn nhiều, tuy vậy chu trình nitơ là chu trình xảy ra nhanh và liên tục. Do tính chất phức tạp của chu trình bao gồm nhiều công đoạn theo từng bước: sự cố định đạm, sự amôn hoá, nitit hoá, nitrat hoá và phản nitrat.

+ Sự cố định đạm (Nitrogen fixation)

156

Cố định đạm trước hết đòi hỏi sự hoạt hoá phân tử nitơ để tách nó thành 2 nguyên tử (N2 => 2N), trong cố định nitơ sinh học thì đó là bước đòi hỏi năng lượng là 160 Cal/mol. Khi kết hợp nitơ với hydro tạo thành amoniac (N +H => NH3). Tất cả các sinh vật cố định nitơ đều cần năng lượng từ bên ngoài, mà các hợp chất cacbon đóng vai trò đó để thực hiện những phản ứng nội nhiệt (Endothermic). Trong quá trình cố định đạm, vai trò điều hoà chính là 2 loại enzym: nitrogenase và hydrogenase; chúng đòi hỏi nguồn năng lượng rất thấp.

Trong tự nhiên, cố định đạm xảy ra bằng con đường hoá - lý và sinh học, trong đó con đường sinh học có ý nghĩa nhất và cung cấp 1 khối lượng lớn đạm dễ tiêu cho môi trường đất. Sự cố định đạm bằng điện hoá và quang hoá trung bình hàng năm tạo ra 7,6 triệu tấn (4-10kg/ha/năm), còn bằng con đường sinh học khoảng 54 triệu tấn .

Những sinh vật có khả năng cố định đạm là vi khuẩn và tảo. Chúng gồm 2 nhóm chính: Nhóm sống cộng sinh (phần lớn là vi khuẩn, một số ít tảo và nấm) và nhóm sống tự do (chủ yếu là vi khuẩn và tảo). Vi khuẩn cố định đạm sống cộng sinh gặp nhiều trong đất, ngược lại các loài cố định đạm sống tự do lại gặp nhiều trong nước và trong đất. Song nhóm cộng sinh về mặt số lượng có vai trò quan trọng hơn, gấp trăm lần nhóm sống tự do.

Ngoài những vi khuẩn cố định đạm cần năng lượng lấy từ nguồn cacbon bên ngoài, còn có loài vi khuẩn tía (Rhodopseudomonas capsulata) có thể sinh sống bằng nitơ phân tử trong điều kiện kỵ khí mà ánh sáng được sử dụng như một nguồn năng lượng (Madigan và nnk, 1979).

Những vi khuẩn có khả năng cố định nitơ gồm các loài của chi Rhizobium sống cộng sinh với các cây họ Đậu để tạo nên các nốt sần ở rễ, cố định được một lượng lớn nitơ. Ví dụ, cỏ 3 lá (Trifolium sp.) và đậu chàm (Medicago sp.) cố định được 150 - 400kg/ha/năm. Ngoài ra gần đây, người ta còn phát hiện ra một số các loài xạ khuẩn (Actinomycetes) (nhất là các nấm nguyên thuỷ) cộng sinh trong rễ của chi Alnus và một số loài cây khác cũng có khả năng cố định đạm, tuy hiệu suất thấp hơn so với Rhizobium. Đến nay, người ta đã biết được xạ khuẩn sống cộng sinh trong rễ của 160 loài cây thuộc 8 chi của 8 họ thực vật khác nhau. Ngoài các loài của chi Alnus, các loài khác đều thuộc các chi Ceanothus, Comptonia, Eleagnus, Myrica, Casuarina, Coriaria, Araucaria và Ginkgo (Torrey, 1978) và chúng sống tập trung ở vùng ôn đới.

Trong môi trường nước, vi sinh vật cố định nitơ khá phong phú. Ở đây thường gặp những loài vi khuẩn kỵ khí thuộc các chi Clostridium, Methano, Bacterium, Methanococcus, Desulfovibrio và một số vi sinh vật quang hợp khác. Ở những nơi thoáng khí thường gặp các đại diện của Azotobacteriaceae (như Azotobacter) và các loài tảo (vi khuẩn lam) thuộc các chi Anabaena, Aphanozinemon, Nostoc, Microcystis, Nodularia, Gloeocapsa ... Để hoạt hoá nitơ,

211

những sinh vật tự dưỡng sử dụng năng lượng của quá trình quang hoá hoặc hoá tổng hợp, còn các vi sinh vật dị dưỡng sử dụng năng lượng chứa trong các hợp chất hữu cơ có sẵn trong môi trường.

- Quá trình amon hoá (Ammoniafication) hay khoáng hoá (Mineralization).

Sau khi gắn kết hợp chất nitơ vô cơ (NO3-) thành dạng hữu cơ

(thường là nhóm amin - NH2) thông qua sự tổng hợp protein và acid nucleic thì phần lớn chúng lại quay trở về chu trình như các chất thải của quá trình trao đổi chất (urê, acid uric...) hoặc chất sống (protoplasma) trong cơ thể chết. Rất nhiều vi khuẩn dị dưỡng, Actinomycetes và nấm trong đất, trong nước lại sử dụng các hợp chất hữu cơ giàu đạm, cuối cùng chúng thải ra môi trường các dạng nitơ vô cơ (NO2

-, NO3- và NH3). Quá trình đó được gọi là amôn hoá hay khoáng hoá.

Quá trình này là các phản ứng giải phóng năng lượng hay phản ứng ngoại nhiệt. Chẳng hạn nếu protein là glyxin baz thì quá trình amôn hoá sẽ giải phóng ra 176 Cal/mol. Năng lượng này được vi khuẩn sử dụng để duy trì các hoạt động sống của mình. Tại những nơi yếm khí, nhiều vi khuẩn, nấm, xạ khuẩn đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong sự phân giải protein để giải phóng NH3 và H2S... trong đó, một số vi sinh vật amôn hoá khá “hẹp thực”, chỉ sử dụng pepton mà không phân huỷ các acid amin, sử dụng urê mà không phân huỷ uric; ngược lại nhiều loài sử dụng rất rộng rãi nguồn chất hữu cơ chứa nitơ, từ dạng đơn giản nhất đến cả dạng phức tạp nhất.

- Quá trình nitrat hoá (Nitrification)

Quá trình biến đổi của NH3, NH4+ thành NO2

-, NO3- được gọi là quá trình

nitrit hoá và nitrat hoá hay gọi chung là quá trình nitrat hoá. Quá trình này phụ thuộc vào pH của môi trường và xảy ra chậm chạp, Trong điều kiện pH thấp, tuy không phải tất cả, quá trình nitrat trải qua hai bước:

- Bước đầu: Biến đổi amôn hay amoniac thành nitrit

2NH4+ + 3O2 ----- Oxi hoá -----> 2NO2 + 4H+ + Năng lượng

- Tiếp theo: Biến đổi nitrit thành nitrat

2NO2 +O2 ---- Oxi hoá------> 2NO3 + Năng lượng

Những đại diện của chủng vi sinh vật Nitrosomonas có thể biến đổi amoniac thành nitrit, một chất độc thậm chí với hàm lượng rất nhỏ. Những vi sinh vật khác như Nitrobacter lại dinh dưỡng bằng nitrit, tiếp tục biến đổi nó thành nitrat . Những vi sinh vật nitrit hoá đều là những sinh vật tự dưỡng hoá tổng hợp, lấy năng lượng từ quá trình oxy hoá. Chẳng hạn, Nitrosomonas khi chuyển hóa amoniac thành NO2

- sinh ra năng lượng 65 Cal/mol, còn Nitrobacter tạo ra năng lượng 17 Cal/mol. Chúng sử dụng một phần năng lượng này để kiếm nguồn cacbon từ việc khử

156

CO2 hay HCO3- Như vậy, khi thực hiện điều này để tự tăng trưởng, chúng đã sản sinh ra một lượng đáng kể nitrit hoặc nitrat cho môi trường.

Nitrat (cũng như nitrit) dễ dàng lọc khỏi đất, đặc biệt trong đất chua. Nếu không được thực vật đồng hoá, chúng có thể thoát ra khỏi hệ sinh thái này để đến hệ sinh thái khác qua sự chu chuyển của nước ngầm.

- Quá trình phản nitrat hoá (Denitrification)

Con đường chuyển hoá của nitrat qua các quá trình đồng hoá - dị hoá để trở về các dạng như N2, NO, N2O được gọi là quá trình phản nitrat. Những đại diện của vi khuẩn đóng vai trò quan trọng trong quá trình này là Pseudomonas, Escherichia và nấm. Chúng sử dụng nitrat như nguồn oxy với sự có mặt của glucose và photphat. Phần lớn những vi khuẩn phản nitrat chỉ khử nitrat đến nitrit, các loài khác lại khử nitrit đến amoniac. Trong điều kiện kỵ khí, sự phản nitrat đến dạng N2O khi có mặt của glucose là 1 phản ứng ngoại nhiệt, giải phóng 1 lượng nhiệt 545 Cal/mol. Còn phản nitrat đến nitơ phân tử cho 570 Cal/mol. Ngược lại, các phản ứng oxy hoá glucose trong điều kiện hiếu khí cho 686 Cal/mol. Trừ khi bị bắt trở lại trong quá trình cố định nitơ. Nitơ phân tử được giải phóng trong quá trình phản nitrat hoá có thể trở lại nguồn dự trữ trong khí quyển, song dù là 1 dạng oxyt hay nitơ phân tử có được tạo thành hay không đều tuỳ thuộc vào pH của môi trường. Sự gia tăng oxyt nitơ (NO) xuất hiện ở pH < 7. Nếu pH > 7,3 thì dinitơ oxyt (N2O) có xu hướng bị tái hấp thụ và tiếp theo bị khử trong quá trình phản nitrat trở thành nitơ phân tử.

Do quá trình phản nitrat đến nitơ phân tử chỉ xảy ra trong điều kiện kỵ khí hay kỵ khí một phần, nên quá trình này thường gặp trong đất yếm khí và trong đáy sâu của các hồ, các biển...không có oxy hoặc giàu các chất hữu cơ đang bị phân huỷ.

PhotphoPhốtpho, (từ tiếng Hy Lạp: phôs có nghĩa là "ánh sáng" và phoros nghĩa là "người/vật mang"), là một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn có ký hiệu P và số nguyên tử 15. Là một phi kim đa hóa trị trong nhóm nitơ, phốtpho chủ yếu được tìm thấy trong các loại đá phốtphat vô cơ và trong các cơ thể sống. Do độ hoạt động hóa học cao, không bao giờ người ta tìm thấy nó ở dạng đơn chất trong tự nhiên. Nó phát xạ ra ánh sáng nhạt khi bị phơi ra trước ôxy (vì thế có tên gọi của nó trong tiếng Latinh để chỉ "ngôi sao buổi sáng", từ tiếng Hy Lạp có nghĩa là "ánh sáng" và "mang"), và xuất hiện dưới một số dạng thù hình. Nó cũng là nguyên tố thiết yếu cho các cơ thể sống. Sử dụng quan trọng nhất trong thương mại của nó là để sản xuất phân bón. Nó cũng được sử dụng rộng rãi trong các loại vật liệu nổ, diêm, pháo hoa, thuốc trừ sâu, thuốc đánh răng và chất tẩy rửa.

211

Các đặc trưng nổi bật

Dạng phổ biến của phốtpho là chất rắn dạng sáp có màu trắng có mùi đặc trưng khó ngửi tương tự như tỏi. Dạng tinh khiết của nó là không màu và trong suốt. Phi kim này không hòa tan trong nước nhưng hòa tan trong đisulfua cacbon. Phốtpho tinh khiết bắt cháy ngay trong không khí và tạo ra khói trắng chứa pentôxít phốtpho.

Thù hình

Phốtpho tồn tại dưới ba dạng thù hình cơ bản có màu: trắng, đỏ và đen. Các dạng thù hình khác cũng có thể tồn tại. Phổ biến nhất là phốt pho trắng và phốt pho đỏ, cả hai đều chứa các mạng gồm các nhóm phân bổ kiểu tứ diện gồm 4 nguyên tử phốtpho. Các tứ diện của phốt pho trắng tạo thành các nhóm riêng; các tứ diện của phốtpho đỏ liên kết với nhau thành chuỗi. Phốtpho trắng cháy khi tiếp xúc với không khí hay khi bị tiếp xúc với nguồn nhiệt và ánh sáng.

Phốtpho cũng tồn tại trong các dạng ưa thích về mặt động học và nhiệt động lực học. Chúng được tách ra ở nhiệt độ chuyển tiếp -3,8 °C. Một dạng gọi là dạng "alpha", dạng kia gọi là "beta". Phốtpho đỏ là tương đối ổn định và thăng hoa ở áp suất 1 atm và 170 °C nhưng cháy do va chạm hay nhiệt do ma sát. Thù hình phốtpho đen tồn tại và có cấu trúc tương tự như graphit – các nguyên tử được sắp xếp trong các lớp theo tấm lục giác và có tính dẫn điện.

Lịch sử

Phốtpho (từ tiếng Hy Lạp phosphoros, có nghĩa là "vật mang ánh sáng" và nó cũng là tên gọi cổ đại của Sao Kim) đã được nhà giả kim thuật người Đức là Hennig Brand phát hiện năm 1669 thông qua việc điều chế nước tiểu. Làm việc ở Hamburg, Brand đã cố gắng chưng cất các muối bằng cách cho bay hơi nước tiểu, và trong quá trình đó ông đã thu được một khoáng chất màu trắng phát sáng trong bóng đêm và cháy sáng rực rỡ. Kể từ đó, chữ lân quang, liên quan đến các ánh sáng lân tinh của phốtpho, đã được sử dụng để miêu tả các chất phát sáng trong bóng tối mà không cần cháy. Tuy nhiên bản chất vật lý của hiện tượng lân quang không trùng với cơ chế

156

phát sáng của phốtpho: Brand đã không nhận ra rằng thực tế phốtpho cháy âm ỉ khi phát sáng.

Các loại diêm đầu tiên sử dụng phốtpho trắng trong thành phần của chúng, nó là nguy hiểm do độc tính của phốtpho trắng. Các trường hợp giết người, tự sát và các vụ ngộ độc ngẫu nhiên là hậu quả của việc sử dụng chất này. Ngoài ra, sự phơi nhiễm trước hơi phốtpho đã làm cho nhiều công nhân bị mắc chứng bệnh chết hoại xương hàm. Khi phốtpho đỏ được phát hiện, khả năng cháy kém hơn cũng như độc tính thấp hơn của nó đã làm cho dạng phốtpho này được nhanh chóng chấp nhận như là chất thay thế cho phốtpho trắng trong sản xuất diêm.

Sự phổ biến

Do độ hoạt động hóa học cao đối với ôxy trong không khí và các hợp chất chứa ôxy khác nên phốtpho trong tự nhiên không tồn tại ở dạng đơn chất, mà nó phân bổ rộng rãi trong các loại khoáng chất khác nhau. Các loại đá phốtphat, trong đó một phần cấu tạo là apatit (khoáng chất chứa phốtphat tricanxi dạng không tinh khiết) là một nguồn quan trọng về mặt thương mại của nguyên tố này. Các mỏ apatit lớn có ở Nga, Maroc, Florida, Idaho, Tennessee, Utah v.v. Tại Việt Nam có mỏ apatit tại Lào Cai. Tuy nhiên, đang có các e ngại là các mỏ apatit sẽ nhanh chóng cạn kiệt. Hoa Kỳ sẽ không còn các mỏ apatit vào khoảng năm 2035. Trung Quốc và Maroc sở hữu các mỏ apatit lớn nhất đã biết hiện nay, nhưng rồi chúng cũng sẽ cạn kiệt. Cùng với sự cạn kiệt các mỏ này thì sẽ nảy sinh các vấn đề nghiêm trọng đối với việc sản xuất lương thực, thực phẩm của thế giới do phốtpho là một thành phần cơ bản trong các loại phân bón.

Thù hình màu trắng của phốtpho có thể được sản xuất theo nhiều cách khác nhau. Trong một quy trình, phốtphat tricanxi thu được từ các loại đá phốtphat, được nung nóng trong các lò nung với sự có mặt của cacbon và silica. Phốtpho dạng nguyên tố sau đó được giải phóng dưới dạng hơi và được thu thập lại dưới dạng axít phốtphoric.

Axit PhotphoricAxit photphoric, hay đúng hơn là axit orthophotphoric là một axit trung bình có công thức hóa học H3PO4.

1. Tính chất vật lý

Axit photphoric là chất rắn tinh thể không màu, khối lượng riêng 1,87 g/cm3; nhiệt

độ nóng chảy = 42,350C (dạng H3PO4.H2O có nhiệt độ nóng chảy = 29,320C); phân

211

huỷ ở 2130C. Tan trong etanol, nước (với bất kì tỉ lệ nào). Trong cấu trúc tinh thể của nó gồm có những nhóm tứ diện PO4, liên kết với nhau bằng liên kết hidro. Cấu trúc

đó vẫn còn được giữ lại trong dung dịch đậm đặc của axit ở trong nước và làm cho dung dịch đó sánh giống như nước đường.

Axit orthophotphoric tan trong nước đó được giải thích bằng sự tạo thành liên kết hidro giữa những phân tử H3PO4 và những phân tử H2O.

2. Tính chất hóa học

Trong phân tử axit photphoric P ở mức oxi hóa +5 bền nên axit photphoric khó bị

khử, không có tính õi hóa như axit nitric. Khi đun nóng dần đến 260oC, axit

orthophotphoric mất bớt nước, biến thành axit điphotphoric (H4P2O7); ở 3000C,

biến thành axit metaphotphoric (HPO3). Axit photphoric là axit ba nấc có độ mạnh

trung bình, hằng số axit ở 250C có các giá trị K1 = 7.10–3, K2 = 8.10–6, K3 = 4.10–13. Dung dịch axit photphoric có những tính chất chung của axit như đổi mà quỳ tím thành đỏ, tác dụng với oxit bazo, bazo, muối, kim loại. Khi tác dụng với oxit bazo hoặc bazo, tùy theo lượng chất tác dụng mà sản phẩm là muối trung hòa, muối axit hoặc hỗn hợp muối.

3. Điều chế :

Trong phòng thí nghiệm, axit photphoric được điều chế bằng cách dùng HNO3 đặc

oxi hóa photpho :

P + 5 HNO3(đặc) (nhiệt)==>H3PO4 + 5 NO2 + H2O

Trong công nghiệp, điều ché H3PO4 bằng phương pháp trích li (phân hủy quặng photphat bằng axit sunfuric) hay bằng phương pháp nhiệt khử (khử quặng bằng photphat đến P, oxi hóa P thành P2O5, hấp thụ bằng nước)

Axit photphoric trên thị trường

Dung dịch đậm đặc của axit photphoric thường bán trên thị trường có nồng độ 85%.

Axit photphoric là bán thành phẩm trong quá trình sản xuất phân bón, dược phẩm, thức ăn gia súc; làm chất xúc tác trong tổng hợp hữu cơ, chất tẩm gỗ chống cháy, chất chống ăn mòn kim loại.

156

211

Các nguyên tố asen, antimon và bitmut

1. Tính chất lí hóa

Giống với P, các nguyên tố As và Sb có một vài dạng thù bình, dạng không

kim loại và dạng kim loại.Rieng Bi chỉ có dạng kim loại.

Dạng không kim loại của As và Sb được tạo nên khi làm ngưng tụ hơi của

chúng là những chất rắn màu vàng được gọi là asen vàng, antimon

vàng.Chúng có mạng lưới phân tử như photpho trắng, tại các mắt của mạng

lưới là các phân tử tứ diện As4 , Sb4. Chúng cũng tan trong CS2 cho dụng

dịch gồm những phân tử As4, Sb4. So với photpho trắng, asen vàng kém bền

hơn nhiều , ở nhiệt độ thường dưới tác dụng của ánh sáng nó chuyển nhanh

thành bột. Chúng không tan trong CS2 . Dưới đây là những tính chất vật lý

quan trong của chúng:

Tính chất As Sb Bi

Nhiệt độ nóng chảy, oC817(36

atm)620 271

Nhiệt độ sôi, oC 610 1635 1564

Tỉ khối 5,7 6,7 9,8

Bi có nhiệt độ nóng chảy chênh lếch nhiệt độ sôi nhiều nên được dùng làm

chất mang nhiệt và dung môi của uran trong kĩ thuật hạt nhân.

Hơi của As, Sb và Bi đều gồm những phân tử tứ diện E4 giống như P4. Phân

tử As bắt đầu phân hủy ở nhiệt độ 1325oC và phân hủy hoàn toàn ở nhiệt độ

1700oC. Ở nhiệt độ 2000oC, Sb và Bi có cân bằng ở E4 2E2 4E và trên

nhiệt độ đó chỉ có phân tử 1 nguyên tử.

156

Trong điều kiện thường Sb không biến đổi còn As và Bi bị oxi hóa trên bề

mặt nhưng khi bị đun nóng ,chúng đều cháy tạo thành oxi.

Ví dụ:

4Bi + 3O2 = 2Bi2O3

Ở dạng bột cả 3 kim loại điều cháy trong khí clo tạo thành triclorua.

Ví dụ:

2As + 3Cl2 = 2AsCl3

Khi đun nóng, chúng tương tác với Brom , Iốt và lưu huỳnh.

Với kim loại kiềm, kiềm thổ và một số kim loại khác , As, Sb, Bi tương tác tạo

nên Asenua, Antimonua và Bitmutua (đa số những chất này bị axit phân hủy

dễ dàng).Với các kim loại còn lại, chúng tạo nên hợp kim. Sb khi cho thêm

vào Sn và Pb làm tăng độ cứng và độ bền axit của hợp kim. Hợp kim quan

trọng của Sb là hợp kim chữ in. Bitmut tạo nên những hợp kim dễ nóng

chảy. Những hợp kim này chủ yếu được dùng trong thiết bị cứu hỏa tự

động., thiết bị bào hiêu và dùng để hàn. Hợp kim quen thuộc của Bi là hợp

kim Udơ 50%Bi, 25%Pb , 12,5% Cd nóng chảy ở 71oC.

Có thế điện cực dương, các kim loại As, Sb , Bi không tan trong dd axit

clohidric nhưng tan trong axit nitric, trong đó asen biến thành axit asenic

H3AsO4 , Sb thành axit metaantimonic HSbO3 ( đúng ra là ySb2O5.xH2O) còn

Bi thành bitmut nitrat Bi(NO3)3.

3As + 5HNO3 + 2H2O = 3H3AsO4 + 5NO

3Sb + 5HNO3 = 3HSbO3 + 5NO + H2O

Bi + 4HNO3 = Bi(NO3)3 + NO + 2H2O

Riêng As có thể tan trong kiềm nóng chảy giải phóng H2 :

2As + 6 NaOH = 2Na3AsO3 + 3H2

211

2. Trạng thái thiên nhiên và phương pháp điều chế

Cả 3 nguyên tố As, Sb và Bi đều có tương đối phổ biến trong tự nhiên. As

chiếm khoảng 1.10-4 %, Sb chiếm khoảng 5.10-6% và Bi chiếm khoảng 2.10-

6% tổng số nguyên tử trong vỏ Trái Đất. Chúng tồn tại chủ yếu dưới dạng

khoáng vật sunfua: reanga (As4S4) oripimen (As3S3) antimonit ( Sb2S3) và

bitmutin (Bi2S3).Ngoài ra chúng thường ở lẫn trong các kim loại khác.

Để điều chế As, Sb và Bi thì người ta thường đốt cháy khoáng vật sunfua

trong không khí rồi chuyển nó thành oxi rồi dùng than khử oxi thành kim loại.

2E2S3 + 9O2 = 6SO2 + 2E2O3

E2O3 + 3C = 3CO + E

(trong đó E là As, Sb và Bi )

Hidrua của asen, antimon và bitmut

Ba nguyên tố As, Sb và Bi chỉ tạo nên hidrua kiểu EH3 có cấu tạo giống với

NH3 ,PH3 ,AsH3( asin) và SbH3 (stibin) là chất khí không có màu. AsH3 có mùi

tỏi còn SbH3 có mùi trứng thối. Tất cả đều rất độc. Dưới đây là 1 số đặc điểm

của các hidrua đó so với NH2 và PH3 (bảng 29)

Năng lượng xung quanh liên kết E-h giảm dầm làm cho độ bền nhiệt của các

hidrua giảm xuống từ NH3 đến BiH3 ; NH3 và PH3 khá bền , AsH3 tương đối

bền ( phân hủy ơ 300oC) còn SbH3 và BiH3 rất kém bền. Trên thực tế BiH3 bị

phân hủy ngay khi vừa tạo nên chỉ phát hiện ở những vết của nó. Sự biến đổi

đó phù hợp với sự biến đổi nhiệt tạo thành các hidrua. Là hợp chất thu nhiệt

mạnh, AsH3 và SbH3 dễ phân hủy khi đun nóng tạo nên thành binh chất kết

tủa màu đen lấp lánh như gương.

Sự giảm góc HEH đến gần 90o và sự giảm momen lưỡng cực của các EH3 là

kết quả của sự giảm khả năng lại hóa sp3 của các nguyên tố từ N đến Bi,

nghĩa là sự tham gia của các obitan s vào sự lại hóa sp3 giảm dần.

156

Bảng 29. Một số đặc điểm của các hidrua EH3

Đặc điểm NH3 PH3 AsH3 SbH3

Độ dài liên kết E-H, Å 1,01 1,4 1,52 1,7

Năng lương trung bình của liên kết

kJ/mol380 323 281 256

Góc HEH 1070 930 920 910

Momen lưỡng cực,D 1,48 0,58 0,22 0,12

Nhiệt độ nóng chảy,oC -78 -133,8 -116 -88

Nhiệt độ sôi, oC -33 -87,8 -68 -18

Nhiệt tạo thành ΔHo ,kJ/mol -46,4 +9,6 +67 +144,6

Cũng vì lý do đó, tính chất cho cặp electron của các hidrua yếu dần. Một ví dụ

là NH3 có khả năng kết hợp dễ dàng không những với các axit mà còn cả với

nước,PH3 kết hợp với những axit mạnh nhất như HNO3,HclO4 còn AsH3 kết

hợp với HI ở nhiệt độ thấp(phát hiện bằng phương pháp phổ hồng ngoại ) và

SbH3 hoàn toàn không có khả năng đó.

Ngược lại tính khử tăng lên nhanh chóng từ NH3 đến SbH3. Trong khi NH3

không phải là chất khử đặc trưng thì PH3,AsH3 và SbH3 là những chất khử rất

mạnh ,chẳng hạn như chúng dễ bắt cháy trong không khí, chúng khử được

muối của các kim loại như Cu, Ag đến kim loại.

Ví dụ như AsH3 khử được Ag+ đến Ag theo phản ứng :

211

6AgNO3 + AsH3 + 3H2O = 6Ag + 6HNO3 + 6H3AsO3

Asin và stinbin có thể điều chế bằng cách cho muối của chúng tác dụng với

axit:

Ví dụ:

Mg3Sb2 + 6HCl = 3MgCl2 + 2SbH3

Cách điều chế dễ dàng hơn là cho kem trong axit clohidric tác dụng với 1 hợp

chất tan được của As và Sb

Ví dụ:

As2O3 + 6Zn + 12HCl = 6 ZnCl2 + 2AsH3 + 3H2O

Người ta lợi dụng phản ứng này và tính kém bền nhiệt của AsH3 để phát hiện

ra một số trường hợp bị đầu độc bởi asen bằng 1 dụng cụ rất đơn giản (hình

74). Lấy vật phẩm xét nghiệm ( nghĩ là có asen) cho vào bình cầu với những

hạt kẽm tinh khiết (không có As) và mở khóa phểu để dd HCl nhỏ dần xuống

bình cầu. Nếu có asen thì có khí AsH3 bay lên và khi đốt nóng thủy tinh , AsH3

phân hủy tạo nên ở trên thành ống thủy tinh 1 lớp gương mù màu đen của

asen kim loại .Gương asen tan trong nước Javen trong khi gương antimon

không tan. Cần chú ý rằng, kẽm ở thị trường chứa 1 lượng rất bé asen,cho

nên không được ngửi khí H2 điều chế bằng tác dụng của kẽm với axit clohiric

vì trong đó có lẫn 1 ít AsH3.

Oxit của As,Sb và Bi với số oxi hóa là +3

Ở trạng thái khí, các oxit của As(III) và Sb(III) tồn tại dưới dạng phân tử kép

As4O6 và Sb4O6 có cấu tạo giống như phân tử P4O6. Còn oxit của Bi ở dưới

dạng phân tử đơn Bi2O3. Ở nhiệt độ rất cao (trên 1800oC) các phân tử kép

phân li thành phân tử đơn.

156

Ở trạng thái rắn, cả 3 oxit có 1 vài dạng tinh thể, các oxit của As(III) và Sb(III)

có màu trắng. Bi2O3 có màu vàng. Khi đun nóng Sb(III) chuyển sang màu

vàng và Bi2O3 đổi sang màu hung và khi để nguội chúng trở lại như cũ.

Dạng lập phương của asen(III) oxit bền ở nhiệt độ thường , thăng hoa ở nhiệt

độ 135oC ( nđnc 275oC, nđs là 565oC). Tuy nhiên ở nhiệt độ thường, dạng lập

phương dần chuyển sang dạng đơn tà (nđnc 135oC) dạng này bền ở 200oC .

Khi làm nguội chậm hơi, sẽ thu được dạng thủy tinh bền ở 310oC . Dạng lập

phương gồm những phân tử như As4O6 như trong trạng thái khí còn dạng đơn

tà gồm những chóp AsO3 liên kết với nhau tạo thành lớp với độ dài của liên

kết As-O là 1,80 Å.

Dạng lập phương của antimon(III) oxit bền ở nhiệt độ dưới 270oC. Dạng tà

phương bền ở nhiệt độ đó, nóng chảy ở 650oC và sôi ở 156oC. Dạng lập

phương gồm những phân tử Sb4O6 như trong trạng thái khí còn dạng tà

phương gồm những chóp SbO3 liên kết với nhau thành mạch dài vô tận.

Dạng lập phương của Bi2O3 có kiến trúc ion ( hình 75)

Ba oxit tan rất ít trong nước, trừ asen(III) oxit tan nhiều hơn chút ít ( khoảng

2% ở 25oC) cho dd có tính axit yếu gọi là axit asenơ:

As4O6 + 6H2O = 4H3AsO3

Trong dd axit asenơ có thể có cả axit metaasenơ (HasO2). Dd axit này không

tách được ở trạng thái tự do, khi khô cạn chỉ được oxit.

Trong các oxit trên , tính oxit giảm xuống và tính bazơ tăng lên từ As đến Bi.

Asen(III) oxit dễ tan trong dung dich kiềm tạo thành muối asenit và

hidroxoasenit. Antimon(III) oxit không tan trong dd loãng của axit nitric và axit

sunfuric mà tan trong axit clohdric và axit hữu cơ. Mặt khác antimon(III) oxit

tan trong dd kiềm tạo thành hidroxoantimonit.

Ví dụ:

Sb4O6 + 4NaOH + 6H2O = 4 Na[Sb(OH)4]

211

Bi2O3 dễ tan trong dd axit tạo thành muối Bi3+ và không tan trong dd kiềm.

Khi đun nóng , các oxit bị C và H khử dễ dang đến kim loại.

Asen(III) oxit thể hiện tính khử khi tác dụng với O3, H2O2 , FeCl3 ,HNO3 ,

K2Cr2O7 trong đó nó bị oxit hóa đến ion AsO43- .

Ví dụ:

3 As4O6 + 8HNO3 + 14H2O = 12 H3AsO4 + 8NO

Asen(III) oxit rất độc , với liều lượng chết người là 0,1g. Nó được dùng để chế

thuốc trừ sâu nông nghiệp ,chế thủy tinh trong suốt và chế chất màu.

Các oxit của As, Sb và Bi ở mức oxi hóa +3 được điều chế bằng cách đốt

nguyên tố hoặc sunfua trong không khí.

Ví dụ:

2 Sb2S3 + 9O2 = Sb4O6 + 6SO2

Hidroxit của As,Sb và Bi với số oxi hóa là +3

As(OH)3 chỉ biết trong dd còn Sb(OH)3 và Bi(OH)3 là kết tủa màu trắng , dạng

bông, rất ít tan trong nước và dễ mất nước biến thành antimontyl hidroxit

SbO(OH) và bitmutyl BiO(OH).

Trong các hidroxit này , tính axit giảm xuống còn tính bazơ tăng lên từ As đến

Bi. As(OH)3 là axit yếu (axit asenơ) , Sb(OH)3 chất lưỡng tính tan được trong

dd axit và dd kiềm.

Ví dụ:

Sb(OH)3 + 3HCl = SbCl3 + 3H2O

Sb(OH)3 + NaOH = Na[Sb(OH)4]

Còn Bi(OH)3 là chất bazơ, dễ tan trong axit tạo nên muối của cation Bi3+ và

hầu như không tan trong dd kiềm.

156

Theo chiều tăng của tính bazơ trong các hidroxit, độ bền của muối cation E3+

tăng lên, axit asenơ là chất khử mạnh ( tuy nhiên kém hơn H3PO4) trong môi

trường kiềm, trong khi Bi(OH)3 chỉ thể hiện tính khử khi tác dụng với những

chất oxi hóa mạnh nhất trong môi trường kiềm mạnh.

Axit asenơ được điều chế bằng cách hòa tan asen(III) oxit vào nước còn các

hidroxit Sb(OH)3 ,Bi(OH)3 được điều chế từ muối clorua tương ứng và dd

kiềm. Riêng Sb(OH)3 bằng tương tác của axit mạnh và muối antimonit.

Na[Sb(OH)4] + HCl = NaCl + Sb(OH)3 +H2O

Trihalogenua EX3 của As, Sb và Bi

Các nguyên tố tạo nên 2 loại halogenua chính là trihalogenua EX3 và

pentahalogenua EX5 (trong đó E=As, Sb và Bi , X = F ,Cl và I)

Cả 3 nguyên tố tạo nên trihalogenua EX3 với tất cả các nguyên tố

halogen.Chúng có cấu tạo phân tử và tính chất lí hóa giống PX3. Phân tử

trihalogenua có cấu tạo hình chóp tam giác với nguyên tố E nằm ở đỉnh, góc

XEX xấp xỉ bằng 100o,nghĩa là trong các phân tử đó, nguyên tử As, Sb và Bi

đều ở trạng thái lai hóa sp3.

Trừ BiF3 là chất khó nóng chảy, tất cả các trihalogenua là hợp chất cộng hóa

trị, nghĩa là chúng là chất lỏng hoặc chất rắn dễ tan chảy và tan trong dung

môi hữu cơ.

Dưới đây là bảng nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của 1 các trihalogenua:

Chất AsF3 SbF3 BiF3 AsCl3 SbCl3 BiCl3 AsBr3 SbBr3 BiBr3 AsI3 SbI3 BiI3

Nđnc,oC -6 292 730 -16 73 234 31 97 218 144 171 408

Nđs,oC 57 319 - 130 221 411 221 288 461 403 401 439

211

Trừ AsI3 và SbI3 có màu trắng, BiI3 màu nâu và BiBr3 có màu vàng, tất cả các

trihalogenua còn lại đều có màu trắng.

Các trihalogenua đều tan trong nước và bị thủy phân mạnh. Phản ứng thủy

phân của AsX3 không xảy ra hoàn toàn như trong trường hợp của PX3.

Ví dụ:

AsCl3 + 3H2O As(OH)3 + 3 HCl

SbX3 và BiX3 cũng bị thủy phân mạnh nhưng tạo nên muối bazơ , muối bazơ

này dễ bị mất nước tạo thành oxihalogenua ( antimontyl halogenua, bitmutyl

halogenua).

SbCl3 + 2H2O Sb(OH)2Cl + 2HCl

Sb(OH)2Cl SbOCl + H2O

Phản ứng chung là:

SbCl3 + H2O SbOCl + H2O

(antimontyl halogenua)

Các trihalogenua EX3 dễ dàng kết hợp với halogenua kim loại kiềm MX tạo

nên những phức hợp có công thức có công thức chung là M[EX4] , M2[EX5]

với một số hợp chất khác tạo nên những sản phẩm như

AsCl3.4NH3 ,BiCl3.NO, BiCl3.NO2 ….

Các triflorua EF3 có thể điều chế bằng cách cho oxit tương ứng tác dụng với

axit flohidric:

E4O6 + 12HF = 4EF + 6H2O

Các trihalogenua khác được điều chế trực tiếp từ các nguyên tố:

4E + 6X2 = 4EX3

Oxit của As, Sb và Bi với số oxi hóa +5

156

Asen (V) oxit là chất ở dạng vô khối định hình giống thủy tinh và antimon

(V)oxit là chất ở dạng bột màu vàng nhạt . Kiến trúc của chúng người ta chưa

biết rõ nên người ta thường gán cho chúng nhưng công thức kinh nghiệm là

As2O5 ,Sb2O5. Bitmut(V) oxit là chất ở dạng bột màu thẩm , rất dễ phân hủy

thành B2O3 và O2 . Các oxit kia phân hủy ở nhiệt độ cao hơn ( trên 400oC)

thành oxi và oxit thấp hơn.

2As2O5 = As4O6 + 2O2

2Sb2O5 = 2Sb2O4 + O2

As2O5 dễ tan trong nước tạo thành axit asenic:

As2O5 + 3H2O = 2H3AsO4

nên khi để trong không khí , nó bị chảy rửa, còn Sb2O5 và Bi2O5 rất ít tan

trong nước. Sb2O5 tan dễ trong dd kiềm tạo thành hexahidroxoantimonat.

Ví dụ:

Sb2O5 + 2KOH +5H2O = 2K[Sb(OH)6]

Khác với P4O10 , các oxit của As, Sb và Bi (V) có tính oxi hóa mạnh ,

chúng giải phóng khí clo khi tương tác với axit clohidric.

Các oxit As2O5 và Sb2O5 có thể điều chế bằng cách làm mất nước của

oxiaxit tương ứng, riêng Bi2O5 có thể điều chế bằng cách dùng chất oxi hóa

mạnh như Cl2, O3, KMnO4 oxi hóa Bi2O3 ở trong dung dich kiềm đặc.

Ví dụ:

Bi2O3 + 4KOH + 2Cl2 = Bi2O5 + 4KCl + 2H2O

Ngoài hai loại oxit trên, 3 nguyên tố As, Sb và Bi còn cho oxit có công

thức chung là E2O4, nhưng chỉ có Sb2O4 là đặc trưng hơn. Sb2O4 là chất rắn ,

không nóng chảy, không bay hơi và không tan trong nước. Một sô tính chất

hóa học của nó cho thấy nó ứng với công thức SbSbO4 , nghĩa là muối

211

antimon antimonat . Oxit đó được tạo nên khi đun nóng Sb hay bất kì oxit ,

sunfua của Sb trong không khí từ nhiệt độ 300-900oC.

Oxiaxit As, Sb và Bi với số oxi hóa +5

Axit asenic H3AsO4 là chất rắn, dễ tan trong nước cho dd axit. Axit

antimonic là kết tủa vô định hình màu trắng, hầu như không tan trong nước và

có thành phần xSb2O5.yH2O biến đổi tùy ý theo cách điều chế. Axit asenic

(K1=5,6.10-3, K2= 1,7.10-7, K3= 5,6.10-12) có độ mạnh gần bằng ortphotphoric,

axit antimonic là axit khá yếu. Giống H3PO4, axit asenic khi đung nóng cũng

mất nước biến thành axit điasenic H4As2O7 rồi axit metaasenic HasO3.

Muối của axit asenic là asenat, của axit antimonic là antimonat. Asenat

tương tự và đồng hình với photphat. Asenat ngưng tụ kém bền hơn photphat

ngưng tụ. Muối antimonat thường dẫn xuất của axit hexahidroxoantimonic

H[Sb(OH)6] ứng với antimonat của axit metaasenic HSbO3.3H2O. Muối

Na[Sb(OH)6] là một trong những muối khó tan nhất của natri nên được dùng

để nhận ra ion Na+. Giống với photphat, các asenat và antimonat thường

không có màu và khó tan trong nước.

Người ta không biết được axit bimutic nhưng biết được muối bitmutat

của kim loại kiềm và kiềm thổ, ví dụ như NaBiO3 (màu vàng), KbiO3 (màu

vàng) , Ca(BiO3)2 .4H2O( màu da cam). Khác với H3PO4 ,tính chất hóa học đặc

trưng của oxiaxit của As, Sb và Bi ở số oxi hóa +5 và các muối của chúng là

khả năng oxi hóa, khả năng đó tăng lên từ môi trường axit, còn bitmutat oxi

hóa cả trong môi trường kiềm. Axit asenic chỉ oxi hóa được những chất khử

mạnh như HCl, đến clo, còn bitmutat oxi hóa được ion Mn2+ đến ion MnO4- :

H3AsO4 + 2HI H3AsO3 + I2 + H2O

H[Sb(OH)6] +8HCl H3[SbCl6] + Cl2 + 6H2O

2Mn(NO3)2 + KbiO3 + 16 HNO3 = 5Bi(NO3)3 + 2HMnO4 + 5KNO3 +7 H2O

156

Axit asenic và axit antinomic có thể điều chế bằng cách cho As, Sb tác dụng

với axit nitric đặc và nóng .Muối bitmutat được điều chế bằng tương tác của

chất oxi hóa mạnh nhất với huyền phù Bi(OH)3 trong dd kiềm đặc đun sôi.

Ví dụ:

Bi(OH)3 + 3NaOH + Cl2 = NaBiO3 + 2NaCl +3 H2O

Pentahalogenua EX5 của As, Sb và Bi

Ngày nay người ta biết được 4 Pentahalogenua AsF5 ,SbF5 , BiF5, bà

SbCl5.Phân tử của chúng có cấu tạo hình chóp kép tam giác, giống như phân

tử PX5 ,với các nguyên tử halogen ở các đỉnh và các nguyên tử As,Sb hay Bi

ở trung tâm. Trong các phân tử As, Sb và Bio ở trang thái lai hóa dsp3 .

Ơđiều kiên thường , AsF5 là chất khí, SbF5 là chất lỏng nhớt, SbCl5 là

chất lỏng màu vàng bốc khói và BiF5 là chất rắn dạng tinh thể. Dưới đây là

nhiệt độ nóng chảy va nhiệt độ sôi của chúng

AsF5 SbF5 BiF5 SbCl5

Nđnc ,oC -90 +8 151 3

Nđs, oC -53 143 230 140

Từ AsF5 đến SbF5, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tăng đột ngột vì ở

trong antimon pentaflorua có hiện tượng trùng hợp phân tử, những phân tử

SbF5 liên kết với nhau qua cầu F tạo thành phân tử polime trong đó Sb có

phối trí 6: Hình trang 256

Các pentaflorua EF5 là chất flo hóa mạnh , SbCl5 là chất clo hóa mạnh

trong hóa học hữu cơ.

Tính chất hóa học đặc trưng của các Pentahalogenua EX5 là dễ kết hợp

với 1 số chất tạo nên những sản phẩm như SbF5.NO2, SbF5.SO2, AsF5.IF7 .

211

Chúng cũng kết hợp với halogenua kim loại kiềm MX tạo thành phức chất có

công thức chung M(EX6).

Ví dụ:

KF + SbF5 = K(SbF6)

Các Pentahalogenua AsF5, SbF5 và BiF5 có thể điều chế bằng cách cho

dư halogen tác dụng với kim loại, ví dụ khí Flo tác dụng với bitmut lỏng ở

nhiệt độ 600oC và dưới áp suất :

2Bi + 5F2 = 2BiF5

Riêng AsF5 có thể điều chế được bằng tác dụng của AsF3 với hỗn hợp

SbF5 và Br2:

2SbF3 + AsF3 + Br2 = 2SbF2Br + AsF5

Sunfua của As, Sb và Bi

As, Sb và Bi tạo nên những sunfua có thành phần tương tự những oxit.

As và Sb tạo nên hai loại sunfua chung là E4S6 (hay E2S3) và E2S5 (E là As,

Sb). Bi chỉ tạo nên những sunfua Bi2S3. Những sunfua E2S3 của ba nguyên tố

đó còn tồn tại tự do trong thiên nhiên dưới dạng khoáng vật. Ngoài ra As còn

tạo nên những sunfua As4S4, gọi là reanga (hung hoàng). Sb tạo nên sunfua

Sb2S4.

Các sunfua As4S6 và As2S5 là chất ở dạng bột màu vàng, As4S4 và Sb2S3

vô định hình có màu đỏ da cam, Sb2S3 tinh thể và Bi2S3 cò màu nâu đen.

As4S6 nóng chảy ở 280ºC và sôi ở 707ºC, hơi của nó gồm những phân tử

As4S6 có cấu tạo giống như phân tử As4O4. As4S4 nóng chảy ở 307ºC và sôi ở

565ºC. Hơi của nó gồm những phân tử As4S4 chứa tứ diện As4 (hình 76 trang

257) với độ dài của liên kết As-As là 2,49Ǻ, của liên kết As-S là 2,23 Ǻ, Sb2S3

tinh khiết nóng chảy ở 550 ºC và sôi ở 118 ºC. Nó có kiến trúc khác thường,

156

bao gồm những mạch cài vào nhau của hai loại nguyên tử Sb khác nhau về

sô phối trí và về độ dài của liên kết (hình 77 trang 257)

Các pentasunfua kếm bền hơn so với các pentaoxit, khi đun nóng trong

điều kiện không có không khí, chúng dễ chuyển thành trisunfua E2S3. Trong

trường hợp của Sb2S5, trước khi chuyển sang trisunfua, nó chuyển sang

sunfua trung gian Sb2S4:

Sb2S5→Sb2S4→Sb2S3

Khi đun nóng trong không khí các sunfua của As, Sb và Bi dễ bị cháy chuyển

thành oxit.

Tất cả các sunfua của As, Sb và Bi đều ít tan trong nước và dung dịch axit

loãng. Giống như oxit, sunfua của As và Sb có thể tan trong dung dịch kiềm.

Ví dụ:

As4S6 + 12NaOH = 2Na3AsO3 + 2Na3AsS3 + 6H2O

Chúng cũng tan trong dung dịch sunfua kim loại kiềm hay amoni tạo thành

muối.

Ví dụ:

As4S6 + 6(NH4)2S = 4(NH4)3AsS3

Khi axit hóa dung dịch của các muối đó, sunfua tương ứng sẽ lắng xuống.

Ví dụ:

2(NH4)3AsS4 + 6HCl = As2S5 + 6NH4Cl + 3H2S

Sunfua của Asen không tan trong axit clohidric đặc nhưng sunfua của Sb và

Bi tan được.

Ví dụ: Sb2S3 + 6HCl = 2SbCl3 + 3H2S

Sb2S5 + 6HCl = 2SbCl3 + 2H2S + 2S

211

Tất cả các sunfua của As, Sb và Bi đều tan trong axit nitric đặc.

Ví dụ:

2Bi(NO3)3 + 3H2S = Bi2S3 + 6HNO3

Riêng reanga As4S4 có thể điều chế bằng cách đun nóng mạnh As4S6 trong

dung dịch NaHCO3.

BÀI TẬP CHƯƠNG CACBON – SILIC

A. TÓM LƯỢC KIẾN THỨC1. Cacbon có một số dạng thù hình

Kim cương, than chì, than vô định hình, khi đun nóng kim cương trong điều kiện không có oxi, kim cương chuyển thành than chì.

2. Tính chất hóa họca. Tác dụng với oxi

Cacbon cháy trong không khí tỏa nhiệt:

b. Tác dụng với oxit:

c. Tác dụng với hidro:

156

d. Tác dụng với kim loại:

e. Cacbon có tính khử:Tác dụng với chất oxi hóa

3. Cacbon monooxit (CO)Cacbon monooxit còn gọi là oxit cacbon có phân tử khối và cấu tạo gần giống

nitơ nên tính chất tương tự như nitơCO là khí không màu, khó hóa lỏng, ít tan trong nước, là một khí độc.a. Rất trơ ở nhiệt độ thường, nhiệt độ cao rất hoạt động

b. Tác dụng với oxi: c. Với clo: CO cho phản ứng với clo ở nhiệt độ thường dưới ánh sáng và than

hoạt tính xúc tác cho phosgen là một khí độc

d. Với các oxit kim loại trung bình và yếu: nó khử oxi của các oxit ấy ở nhiệt độ cao

e. Một số phản ứng đặc biệt:

CO làm dung dịch PdCl2 đổi màu

4. Cacbon đioxit và axit cacbonic (CO2 và H2CO3)a. CO2 là khí không màu, vị hơi chua, hóa rắn -76oC

b. Axit cacbonic kém bền và dễ bị phân hủy khi đun nóng

c.

d. e. CO2 được điều chế

211

f. NaHCO3 và Na2CO3 đều bị thủy phân và nhiệt phân

5. Silic và các hợp chấta. Silic có nhiều dạng thù hình, trong đó

Silic vô định hình hoạt động hơn silic tinh thể, silic nóng chảy ở 1420oC, dẫn điện được

b. Tác dụng với phi kim:

Ở nhiệt độ cao Si có thể kết hợp với C và N2

c. Với kim loại: Silic tác dụng được với Mg, Ca, Cu, Fe

d. Với kiềm

e. Điều chếDùng Mg, Al, C khử oxi của silic đioxit

Nhiệt phân SiH4

f. SiO2 và H2SiO3

- Silic đioxit SiO2

Nóng chảy 1713oC, không tan trong nước, tan chậm trong dung dịch kiềm

SiO2 rất dễ tan trong axit HF

- H2SiO3 là chất kết tủa nhầy

156

Không bền, khi đun nóng có SiO2

Yếu hơn H2CO3

B. HƯỚNG DẪN GIẢI TOÁN

Loại I: Bổ túc phản ứng chuỗi biến hóa

Bài 1: Viết các phương trình phản ứng chuyển hóa các chất trong sơ đồ sau

Giải:

a.

b.

Bài 2: Viết phương trình của các phản ứng thực hiện biến đổi:

a.Cát thạch anh → Na2SiO3 → H2SiO3 → SiO2

b. Na2CO3 → NaHCO3 → CO2 → CO → I2

211

Loại II: Viết phương trình phản ứng giải thích hiện tượng

Bài 1: Tại sao điều chế khí CO2 trong phòng thí nghiệm người ta dùng dung dịch NaHCO3 và H2SO4 đặc để được CO2 sạch và khô

Giải:

Trong phòng thí nghiệm người ta điều chế khí CO2 từ axit HCl với đá vôi theo phương trình phản ứng:

Hỗn hợp khí được dẫn qua dung dịch NaHCO3 để giữ lại HCl (khí) có thể bị kéo theo. Sau đó hỗn hợp khí còn lại được dẫn qua H2SO4 đậm đặc để giữ hơi nước. Sau cùng còn lại CO2 khô và sạch.

Bài 2: Vì sao hàm lượng khí CO2 trong khí quyển của hành tinh chúng ta được giữ gần như không đổi?

Giải:

Trong khí quyển có 0,03% khí CO2, hô áp của người thải ra khoảng 4% trong số đó. Ngoài ra còn có sự đốt cháy nhiên liệu và các động vật khác cũng thải ra CO 2. Bên cạnh đó quá trình quang hợp của cây xanh hấp thụ khí CO2 và thải ra khí O2 và quá trình chuyển hóa thánh hidrat cacbon làm cho cây cối phát triển. PTPỨ:

Bài 3: Hãy viết các phương trình phản ứng sau:

2

2

2

2000

2

2

2 3

1. ?

2. ? ?

3. ? ?

4. ? ?

5. ?

6. ?

7. ?

8. ?

o C

CO C

H O C

CaO C

CO Mg

Si C

Si KOH H O

SiO NaOH

Fe O CO

156

Giải:

2

2 2

2

2

2000

2 2 3

2 2 3 2

2 3 2

1. 2

2.

3.

4. 2

5.

6.

7.

8. 2 3

o C

CO C CO

H O C H CO

CaO C CaC CO

CO Mg MgO C

Si C SiC

Si KOH H O K SiO

SiO NaOH Na SiO H O

Fe O CO Fe CO

Loại III: Toán hỗn hợp

Bài 1: Hòa tan 3,5 g hỗn hợp Na2CO3 và K2CO3 và 46,5ml nước. Nhỏ từ từdung dịch HCl 36,5% vào dung dịch trên cho đến khi thoát ra 0,44g khí, dung dịch còn lại cho tác dụng hết với nước vôi trong thì được 2 gam kết tủa

a. Tình khối lượng dung dịch axit clohidric đã phản ứng

b. Tính khối lượng từng muối trong hỗn hợp

c. Tính nồng độ % của nước muối trong dung dịch ban đầu

Giải:

a. Phương trình phản ứng:

b. Dung dịch còn lại gồm muối cacbonat dư và muối clorua thì muối clorua không phản ứng với Ca(OH)2 chỉ có cacbonat dư mới tạo kết tủa với nước vôi

211

Tổng số mol hai muối cacbonat:

Bài 2: Hòa tan 11,2 lit CO2 (đkc) vào 0,8 lit dung dịch NaOH 1M, tính nồng độ mol/lit của dung dịch tạo thành

Giải:

Vậy có 2 phản ứng xảy ra tạo 2 muối

Gọi x, y là số mol của NaHCO3 và Na2CO3

156

Bài 3: a. Hòa tan 5,6 lit CO2 (đkc) vào 400ml dung dịch KOH 1M. Tình nồng độ mol/l dung dịch tạo thành.b. Hòa tan 896ml CO2 (đkc) vào 2,25 l dung dịch Ca(OH)2 0,01M

Đáp số:

Bài 4: Cho 2,464 lit CO2 (đkc) qua dd NaOH sinh ra 11,44g hỗn hợp 2 muối Na2CO3

và NaHCO3

Hãy xác định số gam muối thu được

Giải:

Loại IV: Khử oxit kim loại

Bài 1: Cho hỗn hợp Fe và Fe2O3, người ta thực hiện thí nghiệm sau:Thí nghiệm 1: cho luồng khí CO qua a gam hỗn hợp trên thì thu được 11,2 gam sắtThí nghiệm 2: Ngâm a gam hỗn hợp trên vào dung dịch HCl phàn ứng xong thu được 2,24 lit H2 (đkc)Tính % khối lượng mỗi chất trong hỗn hợp ban đầu

Giải:

211

Phản ứng: TN1: Fe2O3 + 3CO → 2Fe +3CO2

TN2: Fe + 2HCl → FeCl2 + H2

Fe2O3 + 6HCl → 2FeCl3 + 3H2O

Bài 2: Khử một oxit sắt bằng CỞ nhiệt độ cao, phản ứng xong người ta thu được0,84g Fe và 448ml CO2 (đktc)a.Hãy xác định công thức oxit đã dùngb.Tính khối lượng oxit sắt tham gia phản ứngc.Suy ra thể tích CO (đktc) cần dùng cho phản ứng

Giải:a. Tìm công thức oxit sắt (FexOy)

Phản ứng: FexOy + yCO → xFe + yCO2

1 y x y

0,015 0,02

b. Tính khối lượng Fe3O4 tham gia phản ứngCứ 1 mol Fe3O4 → 3 mol Fe

x? → 0,015 mol

156

c.

Bài 3: Ngườita dùng một loại than có lẫn tạp chất để điều chế một khí có thành phần như sau: 2% CH4, 29% CO và 2% CO2, còn lại là khí khác không chứa cacbon. Cứ 205,4 g than điều chế được 1 m3 khí trên và thể tích mol là 22,4 lit ở đkc. Hãy tính % cacbon trong loại than trên.

Giải:

Trong 1 m3 khí có

2% CH4 hay 20 lit CH4

29% CO hay 290 lit CO

2% CO2 hay 20 lit CO2

Khối lượng cacbon trong các khí trên:

Tống khối lượng cacbon trong 205,4 gam than trên là:

10,71+155,35+10,71=176,77g

Bài 4: Người ta đốt than cốc bằng lượng không khí thích hợp để toàn bộ than chuyển thành CO.

211

a. Hãy tính thành phần % V các khí có trong hỗn hợp khí than A thu đượcb. Phải trộn khí A với không khí theo tỉ lệ thể tích nào để được hỗn hợp khí B đủ đốt cháy hoàn toàn CO.

c. Đốt cháy hoàn toàn 38,5 lit hỗn hợp B (đkc) rồi cho sản phẩm sinh ra đi qua dung dịch KOH đậm đặc thì khối lượng bình chứa KOH sau phản ứng nặng thêm 13,9 gTính hiệu suất phản ứng cháy khí than.

Giải:

a. Gọi V là thể tích O2 tham gia phản ứng cháy thì 4V là thể tích N2 và thể tích CO sinh ra là 2V

2C + O2 → 2CO 1V 2V

b. Trộn khí than và không khí theo tỉ lệ:

c.

ÔN TẬP VÀ NÂNG CAO

Bài 1: Cho dung dịch Ba(OH)2 có pH = 13 (dung dịch A) và dung dịch HCl có pH = 1 (dung dịch B)

1. Tính nồng độ mol/l của dung dịch A và B

2. Trộn 2,75 lit dung dịch A với 2,25 lit dung dịch B

Xác định nồng độ mol/l của các chất trong dung dịch tạo thành và suy ra độ pH của dung dịch này.

Giải:

1. Tình nồng độ mol/l của dung dịch A và B

156

- pH=13 → pOH = 14 – pH = 14 – 13 = 1pOH = 1 → [OH-] = 10-1 = 0,1 mol/litCM dd Ba(OH)2 = 0,5[OH-] = 0,05 mol/l

- Dung dịch có pH = 1 → [H+] =10-1 mol/l[HCl] = [H+] = 0,1 mol/l

2. Tính CM trong dung dịch tạo thànhSố mol Ba(OH)2 = 2,75.0,05 = 0,1375 molSố mol HCl = 2,25.0,1 = 0,225 mol2HCl + Ba(OH)2 → BaCl2 + 2H2O 2 1 10,225→ x? Yx= 0,225/2 = 0,1125 = ySố mol Ba(OH)2 dư = 0,1375 – 0,1125 = 0,025 molCM BaCl2 = 0,1125/(2,75+2,25) = 0,0205CM Ba(OH)2 = 0,025/5 = 0,005 MDung dịch có tính kiềm:[OH-] = 0,05.2 = 0,01 mol/l → pH = 12

Bài 2: Người ta đốt cháy 2,24 lit H2 đktc trong khí Clo để được khí hidro clorua. Dẫn khí này vào 250 g dung dịch Ca(OH)2 3%a. Cho biết thành phần các chất thu được và khối lượng sản phẩm tạo thànhb. Nếu pha loãng dung dịch tạo thành với nước để được 1 lit dung dịch thì pH của dung ịch ấy là bao nhiêuc. Tính thể tích dung dịch HCl hoặc NaOH nồng độ 0,1 mol/l cần để trung hòa lượng Ca(OH)2 hoặc axit còn dư trong dung dịch thu được

Bài 3: Cho 5,2 gam kim loại M có hóa trị chưa biết tác dụng vừa đủ với axit HNO3 thì thu được 1,008 lit hỗn hợp hai khí NO và NO2 đkc, sau phản ứng khối lượng bình giảm 1,42 gam.

Xác định lim loại MĐS: M = 65 (Zn)

Bài 4: Trong bình kín đã rút hết không khí ra, người ta bơm vào bình ấy 5,13 lit khí X chưa biết, cân bình xong thay khí X bằng khí SO2 với thể tích bằng thể tích khí X ở trên, thấy bình SO2 nặng hơn 5 gamThí nghiệm trên tiến hành ở 27oC và 1 atmHãy xác định khí X, biết X gồm 2 nguyên tố N và O

211

Giải:

x 1 2y Lẻ 1

Vậy X là N2O

Bài 5: Cho hỗn hợp A gồm CO và CO2. Trộn hỗn hợp A với kk. Sau đó đốt cháy hết khí CO thì hàm lượng % theo thể tích của ni tơ trong hỗn hợp thu được tăng 3,36% so với hỗn hợp trước phản ứng. Biết rằng trộn khí A và không khí theo tỉ lệ VA:Vkk = 1:4Tính % thể tích 2 khí trong hỗn hợp AĐS:

%VCO=50%%VCO2=50%

Bài 6: Trong bình kín dung dịch 20 lit N2và 10 lit H2 ở 0oC và 1 atm. Sau khi tiến hành tổng hợp NH3 rồi đưa về 0oC thì có 60% hidro tham gia phản ứng1. Tính áp suất trong bình sau phản ứng2. Nếu áp suất trong bình là 9 atm thì có bao nhiêu % khí tham gia phản ứng.ĐS:

1. P2=8atm2. Với N2: 10%

Với H2: 30%

Bài 7: Trong bình kín thể tích 5 lit chứa một ít cacbon và nước (không có kk) nung nóng bình đến nhiệt độ cao. Gả sử chỉ xảy ra hai phản ứng:

C + H2O → CO + H2 (1)C + 2H2O → CO2 + 2H2 (2)

Sau đó làm lạnh đến 0oC thì áp suất trong bình là p

156

a. Nếu cho hai khí trong bình qua dung dịch Ba(OH)2 dư thì tạo thành 1,97 gam kết tủa. Tính khối lượng CO2 có trong bình

b. Để đốt cháy các khí trong bình cần 2,464 lit O2 đktc, tình thành phần % mỗi khí trong bình.

c. Tính áp suất p? Biết thể tích khí không đổi. Chất rắn và hơi nước có thể tích không đáng kể.

ĐS:

a. m CO2 = 0,44 gam

b. %CO2 = 4,3%

%CO = 43%

%H2 = 52,7%

c. p = 1,03 atm

Bài 8: Nung 25,9 gam muối của kim loại hóa trị 2 khan có hơi nước và khí CO 2 bay ra. Thể tích CO2 cho qua than nóng đỏ tăng thêm 2,24 lit

Xác định thành phần của muối đem nung.

ĐS: Muối đem nung là Ba(HCO3)2

Bài 9:

a. Hòa tan hoàn toàn 19.75g một muối hidrocacbonat vào nước. Dung dịch thu được cho tác dụng với H2SO4 vừa đủ, sau đó cô cạn dung dịch sau phản ứng được 16.5g muối sunfat trung hòa khan. Tìm công thức muối?

b. Trong bình kín dung tích 2.8 lít chứa 3.95g muối trên. Nung bình để muối bị phân hủy hoàn toàn rồi giữ bình ở 3000C thì áp suất trong bình là bao nhiêu?

(Trích “Những bài toán biện luận” của Nguyễn Đình Độ)

Giải

a. Gọi công thức muối đã cho là X(HCO3)n với n là hoá trị của X

Gọi a là số mol muối đã dùng, ta có phản ứng

211

2X(HCO3)n + n H2SO4 → X2(SO4)n + 2n H2O + 2n CO2

a a/2

Suy ra ta có hệ : a(X + 61n) = 19,75 (1)

a/2 ( 2X + 96n) = 16,5 (2)

(1) – (2) => 13na = 3,25 na = 0,25 . Thế vào (1) rút ra:Xa = 4,5

Vậy X = 18n

Chỉ có n = 1, ứng với X = 18 (NH4) là phù hợp

Vậy muối trên là NH4HCO3

b. Số mol muối = 3,95 : 7,9 = 0,05

Phản ứng xảy ra :

NH4HCO3 → NH3 + H2O + CO2

0,05 mol 0,05 mol 0,05 mol 0,05 mol

=> Số mol khí có trong bình sau khi nung = 0,05 . 3 = 0,15

=> P =

nRTV

=0 , 15.0 , 082 .5732,8

=2 , 517 atm

Bài 10: Một hỗn hợp A nặng 7.2g gồm 2 muối cacbonat của hai kim loại kiềm thổ thuộc hai chu kì liên tiếp. Hòa tan hết A bằng H2SO4 loãng được khí b cho B hấp thụ hết vào 450ml dung dịch Ba(OH)2 0.2M được khí 15.76g kết tủa.

a. Xác định 2 muối cacbonat và tính % theo khối lượng của chúng.b. Lấy 7.2g A và 11.6g FeCO3 cho vào bình có thể tích không đổi 10lit . Cho không

khí (20% oxi và 80% nito) vào bình ở 27.30 C đến khi áp suất trong bình là 1.232atm. Nung bình ở nhiệt độ cao để phản ứng xảy ra hoàn toàn. Đưa nhiệt độ bình về ban đầu thì áp suất trong bình là bao nhiêu?

(Trích “Những bài toán biện luận” của Nguyễn Đình Độ)

Giải

156

a. Gọi công thức trung bình 2 muối cacbonat là MCO3

Gọi x là tổng số mol 2 muối này

Ta có phản ứng :

MCO3 + H2SO4 → MSO4 + CO2 + H2O

x x

x mol CO2 hấp thụ vào dung dịch chứa 0,45 .2 = 0,09 mol Ba(OH)2 tạo ra 15 , 76197

=0 ,08 mol BaCO3 cho thấy có 2 khả năng

Ba(OH)2 dư nên chỉ tạo BaCO3

CO2 + Ba(OH)2 → BaCO3 + H2O

0,08mol 0,08mol

Suy ra x(M + 60) = 7,2

x = 0,08

=> M = 30

=> 2 kim loại là Mg(24) và Ca(40)

Đặt a, b lần lư ợt là số mol của MgCO3 và CaCO3 , ta có hệ

a + b = 0,08

84a + 100b = 7,2

Giải ta được a = 0,05 mol v à b = 0,03 mol

Vậy % MgCO3 =

0 ,05. 847,2

=58 ,3%

% CaCO3 = 41,7%

- CO2 dư nên tạo ra Ba(HCO3)2 và BaCO3 Giả sử đã tạo ra n mol Ba(HCO3)2 và m mol BaCO3 theo các phương trình :

CO2 + Ba(OH)2 → BaCO3 + H2O

211

n n n

2CO2 + Ba(OH)2 → Ba(HCO3)2

2m m m

Suy ra : n + m = 0,09

n = 0,08

=> m = 0,01

=> x = s ố mol CO2= n + 2m = 0,1

=> x(M + 60) = 7,2

=> M = 12

=> 2 kim loại đã cho là Be(9) và Mg(24)

Đặt e, d là số mol BeCO3 và MgCO3 đã dùng, ta có hệ :

c + d = 0,1

69c + 84d = 7,2

Giải ra ta được : c =0,08 và d = 0,02

Vậy %BeCO3 =

%MgCO3 = 23,4%

b. Số mol FeCO3 đã dùng =

Số mol không khí có trong bình =

Suy ra trong bình có mol O2 và 0,4 mol N2

Theo trên ta cũng xét 2 khả năng

MgCO3 : 0,05mol

A gồm

156

CaCO3 : 0,03mol

Các phản ứng xảy ra :

MgCO3 = MgO + CO2

0,05 mol 0,05mol

CaCO3 = CaO + CO2

0,03mol 0,03mol

FeCO3 = FeO + CO2

0,1mol 0,1mol

4FeO + O2 = 2Fe2O3

0,1mol 0,025mol

Vậy sau khi nung chứa các khí :

CO2 : 0,18mol

N2 : 0,4mol

O2 : 0,075mol

P = atm

A gồm BeCO3 : 0,08mol, MgCO3 ; 0,02mol

Các phản ứng xảy ra:

BeCO3 = BeO + CO2

0,08 mol 0,08mol

MgCO3 = MgO + CO2

0,02mol 0,02mol

FeCO3 = FeO + CO2

0,1mol 0,1mol

4FeO + O2 = 2Fe2O3

211

0,1mol 0,025mol

Vậy sau khi nung chứa các khí:

CO2 : 0,2 mol

N2 : 0,4 mol

O2 : 0,075mol

=>P= atm

Bài 11: Hòa tan m1 gam kim loại A hóa trị 1 vào nước, được dung dich X và V 1 lít khí bay ra. Cho V2 lít khí CO2 hấp thụ hoàn toàn vào dung dịch X, được dung dịch Y chứa m2 gam chất tan. Cho dung dịch Y tác dụng hết với dung dịch HCl thấy thoát ra V3 lít khí. Các thể tích đều đo ở điều kiện tiêu chuẩn.

a. Cho V2 =V3 ,hãy biện luận thành phần các chất tan trong dung dịch Y theo V1 và V2

b. Cho V2 = 5/3V1 - Lập biểu thức tính m1 theo m2 và V1 - Cho m2= 4.42g ,V1 = 0.672 lít.Hãy tính m1 và khối lượng nguyên tử của

kim loại A(Trích “Phương pháp giải toán hóa vô cơ” của Nguyễn Phước Hoàng Tân)

Giải

Chú ý: Tìm hiểu thật kỹ lời giải sau đây, bạn đọc sẽ thấy bản chất của phản ứng sục khí CO2 (hay SO2) vào môi trường kiềm (OH-) là phản ứng trung hoà :

H+ + OH- →H2O

1. Kim loại A hoá trị I tan được trong nước \, giải phóng khí H2 nên A là kim loại kiềm, ta có:

A + H- OH- → A+ + OH- + ½ H2

V1 thoát ra hay mol Hoàn toàn thoát ra, đồng thời trong dung dịch cũng xuất hiện n1 mol OH-

156

Cho V2 lít (CO2) hay mol CO2 sục vào dung dịch kiềm, CO2 phản ứng như một axit:

CO2 + H2O → 2H+ + CO32-

n 2 2n2 n2(mol)

Khi cho Y tác dụng hết với HCl sẽ xảy ra phản ứng :

2H+ + CO32- → CO2 + H2O

V3 (lít)

Cho V2 =V3 có nghĩa là V2 lít CO2 lúc đầu đã bị dung dịch OH- hấp thụ hết thành CO3

2- hay HCO3- không có CO2 thoát ra. Nếu có CO2 thoát ra thì V3 < V2

Biện luận : Với số mol OH- = n1 = mol

Số mol H+ = 2n2 = 2 mol

Ta có các trường hợp sau :

a. n1 > 2n2 ↔ V1 > V2 : môi trường dư OH-

dung dịch Y chứa n2 mol muối A2CO3 hay mol A2CO3

và (n1 – 2n2 ) mol OH- ứng với mol AOH

b. n1 = 2n2 ↔ V1 = V2 : môi trường trung tính chứa n2 mol A2CO3 hay mol A2CO3

c. n1 < 2n2 ↔ V1< V2 : môi trường dư H+ nên có tính axit .Số mol H+ ở dạng muối axit

∆H+ = 2n2 – n1= mol H+

Nếu ∆H+ = 2n2 – n1 ≥ n2 ↔V2 ≥ 2V1 : tức là số mol H+ dư ≥ số mol CO32- thì môi

trường chỉ có muối AHCO3

211

Nếu ∆H+ = 2n2 – n1 < n2 ↔ V1< V2 < 2V1 thì m2 gam là hỗn hợp 2 muối AHCO3 và A2CO3

Số mol AHCO3 = 2n2 – n1 = mol AHCO3

Số mol A2CO3 = n2 –(2n2 – n1) = n1 – n2 = mol A2CO3

2. a. Khi cho V2 =

Số mol HCO3- = Số mol AHCO3

- = mol

Số mol CO32- = Số mol A2CO3 = mol CO3

2-

Theo định luật bào toàn khối lượng :

M2 = m1 + khối lượng HCO3- + khối lượng CO3

2-

b. Khi cho m2 = 4,42g, V1 = 0,672 lít thì:

g

Số mol A+ = số mol A = số mol HCO3- + 2. số mol CO3

2-

= mol

Vậy A= (=MNa )

156

Bài 12: Hòa tan a gam hỗn hợp Na2CO3 và KHCO3 vào nước để được 400ml dung dịch A. Cho từ từ 100ml dung dịch HCl 1.5M vào dung dịch A, thu được dung dịch B và 1.008 lít khí (đktc). Cho B tác dụng với Ba(OH)2 dư thu được 29.55 gam kết tủa.

1. Tính a

2. Tính nồng độ mol của các ion rong dung dịch A (bỏ qua sự cho nhận proton của các ion HCO3

- và CO32-)

3. Người ta lại cho từ từ dung dịch A vào bình đựng 100ml dung dịch HCl 1.5 M. Tính thể tích khí CO2 (đktc) được tạo ra.

(Trích “Phương pháp giải toán hóa vô cơ” của Nguyễn Phước Hoàng Tân)

Giải

1. Phương trình phản ứng điện ly của a gồm hỗn hợp Na2CO3 và KHCO3

Na2CO3 → 2Na+ + CO32- ( 1 )

KHCO3 → K+ + HCO3- ( 2 )

Trong 400ml dung dịch A có chứa các ion : Na + , K+, CO32-, HCO3

-. Theo 2 phản ứng trên ta có:

Số mol Na2CO3 = số mol CO32-

Số mol KHCO3 = số mol HCO3-

Mặt khác dung dịch HC chứa 0,1.1,5 = 0,15 mol HCl sẽ điện ly thành 0,15mol H + và 0,15 mol Cl-

Khi cho từ từ 0,15mol H + vào A sẽ xảy ra các phản ứng :

H+ + CO32- → HCO3

- ( 3 )

H+ HCO3- → H2O + CO2 ( 4 )

Khi đã có CO2 bay lên thì trong dung dịch không còn CO32- nữa, vì khi đã kết

thúc ( 3) thì toàn bộ CO32- của dung dịch đã biến thành HCO3

-, lúc này trong dung dịch chứa HCO3

- có sẵn và HCO3- mới tạo thành từ (3) mà số mol HCO3

- tạo ra từ (3) = số mol CO3

2-

(4) => số mol H+ ở (4) = số mol HCO3- ở (4) = số mol CO2 = mol

211

Vì HCO3- còn dư nên số mol H+ tham gia (3)= 0,15 -0,045 = 0,105 mol

(3) => CO32- =số mol H+ tham gia (3) =0,105 mol

=> số mol Na2CO3 = 0,105 mol

Số mol HCO3- dư sẽ bị trung hoà bởi Ba(OH)2 dư theo phương trình ion thu

gọn:

HCO3- + Ba2+ + OH- → BaCO3 + H2O ( 5 )

(5) => số mol HCO3- dư = số mol BaCO3 = mol HCO3

-

Vậy sau khi kết thúc (3): trong dung dịch có : 0,045+ 0,15 = 0,195 mol HCO 3-

trong đó gồm : 0,105mol HCO3- và CO3

2- sinh ra và 0,195 – 0,105 =0,09 mol HCO3- lúc

đầu => số mol KHCO3 =0,09 mol

Vậy a = (0,15.106 + 0,09.100) = 20,13 g

2. Nồng độ mol/l của các ion trong dung dịch A:

[HCO3-] = [K+] = M

[CO32-] = M

[Na+] = 2.[CO32-] = 2 . 0,2625 = 0,525 M

3. Khi rót ngược dung dịch A vào dung dịch axit HCl chứa 0,15mol H + thì rất nguy hiểm, có thể dung dịch sẽ phụt vào mặt , dung dịch sẽ sôi lên do nóng quá và sủi khí CO2 , nên khó có thể xác định được lượng CO2 thoát ra một cách chính xác mà chỉ có thể xác định được giới hạn của thể tích CO2 . Với 0,15mol H+ sẽ đẩy ra được lượng CO2 ít nhất khi H+, chỉ phản ứng với CO3

2- theo phản ứng :

2H+ + CO32- → H2O + CO2 (6)

0,15 mol 0,075mol 0,075mol

Và như vậy trong dung dịch vẫn còn dư 0,105 - 0,075 = 0,03mol CO32-

Với 0,15 mol H+ sẽ đẩy ra được nhiều CO2 nhất khi H+ tác dụng HCO3- trước, tiếp

theo đó mới tác dụng với CO32-

H+ + HCO32- → H2O + CO2 (7)

156

0,09 0,09 0,09

2H+ + CO32- → H2O + CO2 (6’)

(0,15 – 0,09) =0,03

Tổng số mol CO2 phản ứng (7) và (6) là 0,09 + 0,03 = 0,12mol

Vậy 0,075 . 22,4 ≤ VCO2 ≤ 0,12 . 22,4 hay

1,681 ≤ VCO2 ≤ 2,688 lít

Bài 13: Hòa tan 115.3 gam hỗn hợp X gồm MgCO3 và RCO3 bằng 500ml dung dịch H-2SO4 ta thu được dung dịch A, chất rắn B và 4.48 lít CO2 (đktc). Cô cạn dung dịch A thì thu được 12.2 gam muối khan. Mặt khác đem nung chất răn B tới khối lượng khồn đổi thì thu được 11.2lits CO2(đktc) và chất rắn B1

a. Tính nồng độ mol dung dịch H2SO4 loãng đã dùng b. Tính khối lượng của B và B1 c. Tính khối lượng nguyên tử của R1 , biết trong hỗn hợp ban đầu số mol của

RCO3 gấp 2.5 lần số mol của MgCO3

Trích “Phương pháp giải toán hóa vô cơ” của Nguyễn Phước Hoàng Tân)

Giải

1. Dung dịch H2SO4 loãng phản ứng trao đổi với hỗn hợp X ( RCO3 ; MgCO3 ) theo các phản ứng :

RCO3 + H2SO4 → RSO4 + H2O + CO2 (1)

MgCO3 + H2SO4 → MgSO4 + H2O + CO2 (2)

Theo giả thiết số mol CO2 sinh ra do (1) và (2) :

mol CO2

Nhưng khi nung các chất rắn B còn lại vẫn còn có mol CO2 thoát ra chứng tỏ X dư nên khi nung B, có một hay cả hai phản ứng nhiệt phân sau:

RCO3 RO + CO2↑

211

MgCO3 MgO + CO2↑

Và một lượng muối sunfat tan trong nước có khối lượng 12g. Như thế H2SO4 đã phản ứng hết theo (1) và (2)

Từ (1) và (2) rõ ràng là :

Số mol H2SO4 = số mol CO2 thoát ra = 0,2mol

[H2SO4] = 2. Từ (1) và (2) => tổng số mol hai muối cacbonat tham gia phản ứng = số mol CO2 = 0,2mol. Và 1 mol muối cacbonat nào cũng có thể chuyển thành 1 mol muối sufat làm cho hkoois lượng tăng thêm : 96 – 60 = 36(g)

=> 0,2 mol muối cacbonat phản ứng làm cho khối lượng muối tăng 0,2 . 36 = 7,2 gam

Do đó theo định luật baỏ toàn khối lượng ta có : 115,3 + 7,2 = mB + 12

khối lượng B : mB = 115,3 + 7,2 + 12 = 110,5 (g) Và khối lượng B1 : mB1 = mB – 0,5 . 44 = 88,5 (g)

3. Rõ ràng là toàn bộ CO32- trong X ban đầu đã lần lượt chuyển thành CO2 qua

hai bước khác nhau :

(1), (2) : dùng dung dịch H+

(3), (4) : dùng tác dụng nhiệt

Theo (1), (2) ,(3) ta có :

∑nX = ∑ nCO2 = 0,2 + 0,5 = 0,7 mol

Gọi Mx là khối lượng mol phan tử trung bình của X, ta có :

Mx = (g)

Đặt M = RCO3

Theo giả thiết ta có tỉ lệ mol :

Số mol RCO3 : số mol MgCO3 = 2,5 = 5 : 2 nên ta có phương trình

156

Mx = 165 =

Vậy R là nguyên tố Ba(137)

Bài 14: Cho hơi nước qua than nung đỏ thu được 2.24 lít hỗn hợp khí A (dktc) gồm CO, H2, CO2. Cho hỗn hiựp khí A khử 40.14 gam PbO dư nung nóng (hiệu suất 100%) thu được hỗn hợp khí B và hỗn hợp chất rắn C.

Hoà tan hoàn toàn hỗn hợp C trong HNO3 2M thu được 1.344 lít khí NO(dktc) và dung dịch D. Khí B được hấp thu bởi dung dịch nước vôi, thu được 1.4 gam kết tủa E, lọc tách kết tủa, đun nóng dung dịch nước lọc lại tạo ra m gam kết tủa E. Cho dung dịch Dung dịch tác dụng với lượng dư K2SO4 và Na2SO4 tạo ra kết tủa màu trắng G

1. Tính % thể tích các khí trong A2. Tính thể tích dung dịch HNO3 tối thiểu để hoà tan hoàn toàn hỗn hợp C3. Tính khối lượng m4. Tính khối lượng kết tủa G. Gỉa thiết các phản ứng tạo ra kết tủa E và G xảy ra

hoàn toàn. (Trích “Phương pháp giải toán hoá vô cơ” của Nguyễn Phước Hoà Tân)

Giải

1. Phản ứng tạo ra khí than ướt :

C + H2O → CO + H2 (1)

C + 2H2O → CO2 + 2H2 (2)

Theo giả thiết số mol hỗn hợp khí A là : mol A và số mol PbO =

Phản ứng khử:

PbO + CO Pb + CO2 (3)

PbO + H2 Pb + H2O (4)

Sau 2 phản ứng trên ta thu được hỗn hợp chất rắn C chứng tỏ PbO còn dư và CO, H2 hết và hỗn hợp khí B gồm CO2 và hơi nước.

211

Phản ứng hoà tan PbO và Pb trong dung dịch HNO3

3Pb + 8HNO3 → 3Pb(NO3)2 + 2NO + 4H2O (5)

PbO + 2HNO3 → Pb(NO3)2 + H2O (6)

Phản ứng hấp thụ B bởi Ca(OH)2 :

CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O (7)

CO2 + Ca(OH)2 → Ca(HCO3)2 (8)

Phản ứng nung nóng nước lọc :

Ca(HCO3)2 → CaCO3 + CO2 + H2O (9)

chứng tỏ có phản ứng (8)

Phản ứng tạo kết tủa G :

Pb2+ + SO42- → PbSO4↓ (10)

Theo (3) và (4) ta thấy tổng cố mol (CO,H2) = số mol Pb tạo thành

Theo (5) => số mol Pb = . số mol NO = mol

Tổng số mol (CO, H2) = 0,09 mol

Nên số mol CO2 trong A = 0,1 – 0,09 =0,01

Theo (2) số mol H2 = 2 . 0,01 = 0,02 mol

Theo (1) số mol CO ở (1) là số mol H2 ở (1) = mol

Vậy thành phần % theo số mol hay thoe thể tích của các khí trong A :

%CO =

%CO2 =

%H2 =

2. Theo (3) và(4) ta thấy số mol PbO phản ứng = số mol Pb tạo ra = 0,09 mol

156

Số mol PbO dư là 0,18 – 0,09 = 0,09 mol

Theo (5) (6) số mol HNO3 tối thiểu để hoà tan hết 0,09 mol Pb và 0,09 mol PbO :

mol HNO3

Vậy thể tích dung dịch HNO3 2M tối thiểu phải dùng là :

V = lít = 210 ml

3. Theo (3) số mol CO2 sinh ra bằng số mol CO = 0,035 mol => số mol CO2 trong

B = số mol CO2 có sẵn + số mol CO2 tạo ra do (3) = mol

Khi sục 0,045mol CO 2 vào nước vôi thu được 1,4 gam CaCO3 ↓ hay

mol trong đó có 0,014 mol CO2 . Còn lại 0,045 – 0,014 = 0,031 mol CO2

[hair ở dạng muối axit Ca(HCO3)2 tan theo sơ đồ chuyển hoá:

2CO2 → Ca(HCO3)2

0,031

Số mol Ca(HCO3)2 = khi đun sôi sẽ thu được mol CaCO3 hay

kết tủa E

4. Khối lượng G chính là khối lượng PbSO4 ở (10)

Theo định luật bảo toàn nguyên tố và khối lượng thì 0,18 mol PbO ban đầu sẽ biến thành 0,18 mol Pb2+ trong dung ịch HNO3 tối thiểu (Nếu HNO3 dư có thể ta không thu được PbSO4 ↓ vì PbSO4 tan trong HNO3)

Sau đó chuyển thành PbSO4 ↓ cũng có số mol là 0,18 mol PbSO4 ↓

Vậy khối lượng G là g

211

Bài 15: Đốt cháy hoàn toàn m gam chứa 4% tạp chất không cháy ta thu được hỗn hợp khí A gồm CO và CO2. Cho khí A đi từ từ qua ống sứ đựng 46.4 gam Fe3O4 nung nóng. Khí ra khỏi ống sứ bị hấp thụ hoàn toàn bởi 2 lít dung dịch Ba(OH)2 tạo thành 39.4 gam kết tủa. Đun nóng tiếp dung dịch lại thấy tạo thành thêm 29.55 gam kết tủa.

Chất rắn còn lại trong ống sứ được chia thành 2 phần bằng nhau. Hoà tan hết phần 1 dung dịch HCl thấy tốn 330ml dung dịch HCl 2M và có 672ml khí(dktc) thoát ra.Phần thứ 2 hoà tan hết bằng dung dịch HNO3 loãng thì thu được khí NO(khí duy nhất thoát ra)

1. Tính m 2. Tính tỉ khối của hỗn hợp khí A so với H2

3. Tính thể tích khí NO(dktc)4. Tính nồng độ mol của dung dịch Ba(OH)2 đã dùng

(Trích “Phương pháp giải toán hoá vô cơ” của Nguyễn Phước Hoà Tân)

Giải

1. Phản ứng cháy của G trong m gam than (C + tạp chất)

C + O2 → CO (1)

C + O2 → CO2 (2)

Phản ứng khử oxi của mol Fe3O4 bởi hỗn hợp A:

Fe3O4 + CO → 3FeO + CO2 (3)

x x 3x

FeO + CO → Fe + CO2 (4)

0,06 0,06 0,06 0,06

Khi ra khỏi ống ứ bị hấp thụ hoàn toàn bởi Ba(OH) 2 chứng tỏ CO đã hết và toàn bộ C ban đầu đã hoàn toàn chuyển thành CO2 qua (1) , (2), (3) ,(4) .

Theo giả thiết số mol BaCO3 thu được là : mol BaCO3 trong đó có 0,2 mol C

Khi đun nhẹ lại có kết tủa chứng tỏ trong dung dịch có Ba(HCO3)2 tan:

156

Ba(HCO3)2 BaCO3 ↓ + CO2 + H2O

0,15

Theo giả thiết và (5) số mol Ba(HCO 3)2 = số mol BaCO3↓ = mol

Ba(HCO3)2 trong đó có mol C

Theo định luật bảo toàn nguyên tố và khối lượng , ta có số mol C ban đầu là

mol C hay g C

Vậy khối lượng m cua mẫu than là :

m = gam than

2. Theo (1) và (2) ta thấy rằng 0,5 mol C ban dầu hoàn toàn biến thành 0,5 mol hỗn hợp CO, CO2 với tỉ lệ mol chưa xác định được nên t chưa tính được MA để tính dA/H2

Theo giả thiết nếu hoà tan hoàn toàn hỗn hợp rắn sau khi nung thì phải

tiếu tốn hết mol HCl, nhưng để đơn giản và khỏi nhầm lẫn trong tính oán ta cho rằng hoà tan hoàn toàn hỗn hợp rắn sau khi nung phải tiêu tốn hết

mol HCl trong đó có :

1,32 mol H+ và sẽ sinh ra mol H2

Ta có các phương trình phản ứng hoà tan:

Fe + 2H+ → Fe2+ + H2 ↑ (6)

0,06 0,12 0,06 0,06

FeO + 2H+ → Fe2+ + H2O (7)

Nếu dư Fe3O4 thì có thêm phản ứng :

Fe3O4 + 8H+ → 2Fe3+ + Fe2+ + 4H2O (8)

211

Theo (6) => số mol Fe = số mol H2 = 0,06 mol Fe

Theo (4) => số mol FeO đã bị khử = số mol Fe =0,06

Số mol Fe3O4 ban đầu là mol

Gọi x là số mol Fe 3O4 tham gia (3) thif số mol FeO tạo ra từ (3) là 3x mol nhưng chỉ có 0,06 mol FeO bị khử thành 0,06 mol Fe ở (4) => số mol FeO còn dư là

. Mặt khác số mol Fe3O4 dư là

Từ (7) ,(8) ,(9) ta có phương trình theo tổng số mol H+ :

Vậy Fe3O4 dư là đúng

Theo (3) => số mol CO = x= 0,14 mol

Vậy tổng số mol thamgia cả (3) và (4) cũng chính là

số mol CO trong A là

số mol CO2 trong A là

Vậy dA/H2 =

3. Vì NO là sản phẩm oxi hoá khử của phản ứng oxi hoá khử giữa HNO3 và ( Fe, FeO, Fe3O4) nên ta có thể tính NO theo bán phản ứng :

Fe → Fe3+ + 3e (9)

(9) => 0,06 mol Fe phóng ra 3 . 0,06 = 0,18 mol

FeO → Fe3+ + 1e (10)

(10) => ( ) mol FeO hay 0,36 mol FeO phóng ra 0,36 mol e

Và FeO.Fe2O3 hay Fe3O4 → 3Fe3+ + 1e (11)

(11) 0,06 mol Fe3O4 cũng phóng ra 0,06 mol e

156

Vậy tổng số mol e đã được phóng ra là : mol

Phản ứng nhận 0,6 mol e của NO3- :

NO3- + 3e → N (12)

0,6

Từ (12) => số mol NO = mol NO

Vậy thể tích NO là : VNO = lít

4. Ta có số mol Ba(OH)2 = số mol Ba2+ có trong BaCO3 và Ba(HCO3)2

Số mol Ba 2+ = số mol BaCO3 + số mol Ba(HCO3)2 = mol

Vậy [Ba(OH)2] = [Ba2+] = M

Bài 16: Hỗn hợp A gồm M2CO3 và BaCO3 (M là kim loại kiềm). Cho 10 gam A tác dụng vừa đủ với HCl 0.4 M thấy thoát ra 1.467 lít khí(250C ,1atm). Cô cạn dung dịch thu được hỗn hợp muối B. Điện phân B nóng chảy đến khi ở anot không còn khí thoát ra thì thu được 2 kim loại ở catot. Cho hỗn hợp 2 kim loại này hoà tan vào nước, sau đó cho tác dụng với dung dịch (NH4)2SO4 dư thu được khí C và 9.32 gam kết tủa .

1. Tính khối lượng nguyên tử của M2. Tính thể tích của dung dịch HCl đã dùng3. Tính % về khối lượng các chất trong A4. Người ta nén lượng khí C thu được ở trên vào bình dung tích 5 lít có chứa sẵn

O2 ở 250C, sau khi nén hết về nhiệt đọ ban đầu (250C) thì áp suất trong bình là 1.0268 atm. Nung nóng bình một thời gian, giả sửlúc đó 90%NH3 bị cháy thành N2 và H2O sau đó đưa nhiệt độ bionhf về 136.50C

a. Tính % theo thể tích các khí trong bình sau khi cháy b. Tình áp suất trong bình (ở 136.50C)sau khi cháy

(Trích “Phương pháp giải toán hoá vô cơ” của Nguyễn Phước Hoà Tân)

Giải

1. Phản ứng của 10 gam A với HCl :

211

M2CO3 + 2H2+ → 2M2+ + H2O + CO2↑ (1)

BaCO3 + 2H2+ → Ba2+ + H2O + CO2 ↑ (2)

Theo (1) và (2) : tổng số mol 2 muối = tổng số mol CO 32- = tổng số mol CO2 ↑

=

mol

Dung dịch B là dung dịch 2 muối BaCl2 và MCl

Khi điện phân 2 muối ta thu được Ba, M ở catot và khí Cl2 ở anot

BaCl2 Ba + Cl2 ↑ (3)

MCl M + Cl2 ↑ (4)

(Ba, M ) tác dụng với dung dịch (NH4)2SO4 xảy ra các phản ứng:

Ba + 2H2O → ( Ba2+ + 2OH- ) + H2 ↑ (5)

M + H2O → M + OH- + H2↑ (6)

OH- + NH4+ → H2O + NH3 ↑ (7)

Ba2+ + SO42- → BaSO4 (8)

Theo dõi quá trình phản ứng ta thấy BaCO 3 trong 10 gam A đã chuyển thành hoá từ

BaCO3 → Ba → Ba(OH)2 → BaSO4 với tỷ lệ 1:1

Do đó số mol BaCO3 = nBa = nBa(OH)2) = nBASO4 = mol

Số mol M2(CO3) = mol Nên ta có phương trình :

(Na, với số mol 0,02 . 2 = 0,04 mol)

2. Dung dịch B chứa 0,04 mol BaCl2 và 0,04 mol NaCl ứng với mol Cl- = 0,12 mol Cl- cung cấp khi ta hoà tan 10 gam A

156

Vì [HCl] = [Cl-] = 0,4 M

Nên thể tích dung dịch HCl đã dùng:

VHCl = lít

3. Từ các kết quả trên ta tính được :

%BaCO3 =

%Na2CO3 =

4. Theo (5) và (6) số mol OH- = số mol H được giải phóng = mol

Vì cho hỗn hợp Ba, Na vào nước trước rồi mới lấy dung dịch + dung dịch (NH4)2SO4 dư nên C là NH3 tạo ra:

OH- + NH4- → NH3↑ + H2O

0,12 0,12

Tổng số mol khí trong bình sau hki nen thêm 0,12 mol NH3 là

Nd = trong đó có 0,21-0,12=0,09 mol O2

Pphản ứng cháy NH3 trong oxy:

2 NH3 + 2 N2 + 3H2O (9)

Ta trộn hỗn hợp NH3 : O2 = 0,12:0,09 = 4:3 vừa đủ nhưng do điều kiện nhiệt độ, phản ứng cháy chỉ đạt 90% nên sau phản ứng còn

0,12 .0,1=0,012 mol NH3

0,09.0,1=0,009 mol O2

0,9 . .0,12 =0,054 mol N2

211

.0,9.0,12=0,162 mol H2O

Tổng mol khí và hơi sau khi cháy (ở 136,50)

ns= 0,012 + 0,009 + 0,054 + 0,162 =0,237 mol

a, vậy % theo V của các khí khi cháy :

% NH3 = .100%=5,06%

% O2 = .100%= 3,8%

% N2 = .100% = 22,785%

v à % H2O = 68,355%

b, Áp suất Ps:

ta có: = . => Ps= = 1,59 atm

Vậy áp suất trung bình sau khi cháy (ở 136,50C) là 1,59 atm.

BÀI TẬP TỰ GIẢI

Câu1. a. Bằng phương pháp hóa học nhận biết các chất rắn sau: BaCO3, BaSO4, Na2CO3

b. Chỉ dùng CO2, H2O nhận biết các chất rắn: Na2CO3, NaCl, BaCO3, BaSO4

Câu 2. Bằng phương pháp hóa học chứng minh sự có mặt của NH4+, NO3

-, CO32- trong

dung dịch

Câu 3. Chứng minh sự có mặt của NH4+, SO4

2-, CO32-, HCO3

- trong cùng 1 dung dịch

156

Câu 4. Từ than đá, không khí, muối ăn, nước thiết bị đầy đủ cho biết phương pháp điều chế NaHCO3, NH4HCO3, NH4NO3, ure

Câu 5. Một dd X có chứa các ion : NH+4, NO-

3, Cl-, HCO-3 và CO2-

3. Nêu cách nhận biết các ion có trong dung dịch đó.

Câu 6. a/ Viết các phương trình phản ứng xảy ra khi cho dung dịch Ba(HCO3)2 vào các dung dịch sau: Ca(OH)2, NaHSO4, Na2CO3, HCl, NaOH.

b/ Có 5 lọ mất nhãn, mỗi lọ đựng 1 trong 5 dung dịch sau: NaHSO 4, KHCO3, Mg(HCO3)2, Na2SO3 và Ba(HCO3)2.Trình bày cách nhận biết từng dung dịch, chỉ được dùng thêm cách đun nóng.

c/ Chỉ sử dụng dung dịch H2SO4 loãng, nêu cách nhận biết các chất rắn sau: Na2CO3, MgCO3, BaCO3, BaSO4 và NaCl.

d/ Cho các dung dịch sau : BaCl2, Na2CO3, NaHCO3, NaNO3 và Na2SO4. Nêu cách nhận biết các dung dịch đó, chỉ được phép đun nóng. Không được dùng thêm hóa chất.

e/ Cho các dung dịch sau: Na2CO3, Na2S, Na2SO3, Na2SO4, NaNO3, NaCl. Chỉ sử dụng các dung dịch HCl, BaCl2 và Cu kim loại. Nhận biết các dung dịch đó. Viết các phương trình phản ứng xảy

Câu 7. Cho rất từ từ dd chứa x mol HCl vào dd chứa y mol Na2CO3 thu được dd A. A tác dụng với dd BaCl2 dư thu được 1,97 gam kết tủa. Cho A tác dụng với dd Ba(OH)2

dư thu được 3,94 gam kết tủa. Tính số mol các ion có trong dd A. Bỏ qua sự thủy phân

Câu 8. Dung dịch X có chứa: 0,1mol Na2CO3 ; 0,15 mol K2CO3 và 0,3 mol NaHCO3 . Thêm từ từ V ml dung dịch HCl 1M vào dung dịch X thu được dung dịch Y và 2,24 lít khí (đktc). Cho dung dịch Ba(OH)2 đến dư vào dung dịch Y thu được m gam kết tủa.

a/ Tính V và m.

b/ Hãy cho biết nếu cho từ từ dung dịch X vào V ml dung dịch HCl trên. Tính thể tích khí bay ra

Câu 9. Cho từ từ, từng giọt V ml dung dịch HCl 1M vào 100 ml dung dịch K 2CO3

1M, khuấy liên tục được dung dịch X. Dung dịch X phản ứng vừa đủ với 100 ml dung dịch NaOH 0,5 M. Tính V.

Câu 10. Cốc A đựng dung dịch chứa 0,5 mol HCl

Cốc B đựng dd chứa 0,2 mol Na2CO3 và 0,3 mol NaHCO3 .

Thí nghiệm I : Đổ rất từ từ dung dịch A và dung dịch B.

Thí nghiệm II : Đổ rất từ từ dung dịch B và dung dịch A.

Thí nghiệm III : Trộn 2 dung dịch A và dung dịch B vào nhau.

Khuấy đều các dung dịch trong quá trình thí nghiệm.

211

a/ Tính thể tích khí thoát ra ở mỗi thí nghiệm (đktc ) sau khi đổ hết dung dịch từ cốc này vào cốc kia.

ĐA TN 1:6,72; TN 2:8 TN 3:6,72 < V(CO2) < 8,96

Câu 11. Hòa tan hết 4,25 gam hỗn hợp X gồm 2 muối cacbonat của 2 kim loại A và B thuộc 2 chu kì kế tiếp nhau trong phân nhóm chính nhóm II bằng 200 ml dung dịch HCl 0,5 M. Sau phản ứng thu được dung dịch C và 1,54 lít CO2 ( ở 27,30C và 0,8 atm).

a/ Xác định tên của 2 kim loại và % khối lượng các muối trong hỗn hợp X.

b/ Tính tổng khối lượng muối trong dung dịch C.

c/ Cho toàn bộ lượng khí CO2 thu được ở trên hấp thụ hoàn toàn bởi 200 ml dung dịch Ba(OH)2. Tính nồng độ mol/l dung dịch Ba(OH)2 để:

- Thu được lượng kết tủa lớn nhất.

- Thu được 1,97 gam kết tủa.

Câu 12. Dẫn khí CO đi qua 5,76 gam FexOy nung nóng, sau một thời gian thu được chất rắn A và hỗn hợp khí B. Cho chất rắn A tác dụng với dung dịch HNO 3

loãng dư thu được dung dịch C và 1,12 lít NO (đktc) Cô cạn dung dịch C thu được 19,36 gam một muối sắt (III) khan duy nhất.

a/ Xác định công thức của oxit và tính % khối lượng các chất trong hỗn hợp A.

b/ Tính thể tích các khí trong hỗn hợp B (đktc) biết tỷ khối của B so với H2 là 17,2.

Câu 13.`A là một oxit sắt. Cho khí CO đi qua 5,76 gam A nung nóng thu được m gam chất rắn B và khí CO2. Hấp thụ hoàn toàn khí CO2 bằng dung dịch nước vôi trong dư thu được 3 gam kết tủa. Hòa tan hoàn toàn B trong 400 ml dung dịch HNO 3 thu được dung dịch C và V lít NO (đo ở 27,30C và 1 atm) và dd C có chứa 19,36 gam muối Fe(NO3)3. NO là sản phẩm khử duy nhất.

a/ Xác định công thức của oxit sắt .

b/ Xác định thể tích khí NO.

c/ Cho 200 ml dung dịch KOH 4M vào dung dịch C thu được 5,35 gam kết tủa. Tính nồng độ dung dịch HNO3 ban đầu.

Câu 14. Hòa tan hoàn toàn 25,52g hỗn hợp A gồm FeCO3 và FexOy trong dung dịch HCl dư thu được khí CO2 và dung dịch B. Cho khí CO2 hấp thụ hết vào 400ml dung dịch NaOH 1,5M thu được dung dịch C. Cô cạn dung dịch C thu được 27,12 gam chất rắn. Cho dung dịch NaOH đến dư vào dung dịch B thu được kết tủa, lọc lấy kết tủa nung ngoài không khí thu được 21,6 gam một oxit duy nhất của sắt.

a/ Viết các phương trình phản ứng xảy ra.

b/ Xác định công thức của FexOy.

156

c/ Hòa tan hoàn toàn 25,52g hỗn hợp A trong dung dịch HNO3 loãng, nóng thu được hỗn hợp khí D gồm NO và CO2. Tính tỷ khối của D so với H2 .

Câu 15. Cho 40,32 gam hỗn hợp X gồm Na2CO3 , K2CO3 và NaHCO3 vào nước rồi chia dung dịch thu được thành 3 phần bằng nhau:

Phần I : cho dung dịch CaCl2 dư vào thu được 8 g kết tủa.

Phần II: tác dụng với nước vôi trong dư thu được 12 g kết tủa.

a/ Tính khối lượng các chất trong hỗn hợp X.

b/ Cho từ từ 100ml dung dịch HCl vào phần 3 sau đó cho dung dịch Ba(OH)2 dư vào thì thu được 9,85g kết tủa. Tính nồng độ dung dịch HCl

Câu 16. Dẫn khí CO đi qua 40 gam CuO nung nóng thu được chất rắn X và khí CO 2. Hấp thụ hoàn toàn khí CO2 sinh ra bằng 300 ml dung dịch Ba(OH)2 1M thì thu được 39,4 gam kết tủa. Cho chất rắn X vào dung dịch AgNO3 dư. Tính khối lượng kết tủa thu được sau phản ứng.

Câu 17. Đốt cháy hoàn toàn m gam than chứa 4% tạp chất trơ ta thu được hỗn hợp khí A gồm CO và CO2. Cho khí A đi từ từ qua ống sứ đựng 46,4 gam Fe3O4 nung nóng. Khí đi ra khỏi ống sứ được hấp thụ hoàn toàn bởi 2 lít dung dịch Ba(OH)2 tạo thành 39,4 gam kết tủa. Đun nóng tiếp dung dịch nước lọc thấy tạo thêm 29,55 gam kết tủa.

1/ Tính nồng độ mol/l của dung dịch Ba(OH)2 và m.

2/ Chia chất rắn còn lại trong ống sứ thành 2 phần bằng nhau:

Phần I : tan hoàn toàn trong dung dịch HCl thấy tốn hết 330 ml dung dịch HCl 2M.

Phần II: Hòa tan hoàn toàn trong dung dịch HNO3 loãng thu được V lít NO (đktc), NO là sản phẩm khử duy nhất. Tính tỉ khối của A đối với H2

Câu 18. a/ Dẫn V lít CO2 (đktc) vào 400 ml dung dịch A gồm Ba(OH)2 0,4M và KOH 0,6M. Vẽ đồ thị của sự phụ thuộc giữa khối lượng kết tủa và V.

b/ Dẫn V lít khí CO2 (đktc) vào 400 ml dung dịch A gồm Ba(OH)2 0,4M và KOH 0,6M thu được 23,64g kết tủa. Tính V

Câu 19. Hoà tan 35,2 gam hỗn hợp 2 muối cacbonat của 2 kim loại thuộc 2 chu kì liên tiếp trong phân nhóm chính nhóm II bằng dung dịch HCl dư thu được 3,36 lít khí E và dung dịch D. Cho toàn bộ E hấp thụ vào dung dịch Ba(OH)2 được 19,7 gam kết tủa và dung dịch F. Lọc lấy dung dịch F.Dung dịch F có thể hoà tan tối đa 200ml dung dịch NaOH 1,5 M.

a- Tính số gam 2 muối có trong dung dịch D.

211

b- Xác định A, B.

c- Tính khối lượng mỗi muối trong hỗn hợp ban đầu.

ĐS: CaCO3 = 10 g, MgCO3 = 25,2 g

Câu 20. Hoà tan hoàn toàn 4,24 gam Na2CO3 vào nước được dung dịch A. Cho từ từ từng giọt 20 gam dung dịch HCl 9,125% vào A và khuấy mạnh. Tiếp theo cho vào đó dung dịch chứa 0,02 mol Ca(OH)2 .

a. Hãy cho biết các chất gì được hình thành và khối lượng các chất đó bằng bao nhiêu? Chất nào trong các chất đó còn lại trong dung dịch.

b. Nếu cho từ từ từng giọt dung dịch A vào 20 gam dung dịch HCl 9,125 % và khuấy mạnh, sau đó thêm dung dịch chứa 0,02mol Ca(OH)2 vào dung dịch trên. Hãy giải thích hiện tượng xảy ra và Tính khối lượng các chất tạo thành sau phản ứng.

Câu 21. Nếu hoà tan hoàn toàn 28,1 gam hỗn hợp MgCO3 và BaCO3 có thành phần thay đổi, trong đó có a%MgCO3 bằng dung dịch axit HCl và cho tất cả khí thoát ra hấp thụ hết vào dung dịch A thì thu được kết tủa D. Hỏi a có giá trị bằng bao nhiêu thì lượng kết tủa D là nhiều nhất và ít nhất? Tính các lượng kết tủa đó.

Câu 22. Trong một bình kín chứa đầy không khí ( 20% O2 , 80% N2) cùng với 21,16 gam hỗn hợp chất rắn A gồm MgCO3 ,FeCO3 . Nung bình đến phản ứng hoàn toàn được hỗn hợp chất rắn B và hỗn hợp khí D. Hoà tan B vừa hết 200ml dung dịch HNO3 2,7M thu được 0,85 lít NO ở 27,3oC và 0,2897 atm.

1. Hãy tính khối lượng của mỗi chất trong hỗn hợp A.

2. Tính áp suất của khí trong bình sau khi nung ở 136,5oC. Cho biết V bình là 10 lít và thể tích chất rắn không đáng kể

Câu 23. Cho luồng không khí khô ( 20%O2 , 80% N2 ) đi qua than đốt nóng đỏ thu được hỗn hợp khí A.

1- Xác định thành phần % về thể tích của hỗn hợp khí A, biết rằng trong đó có chứa 5% CO2 và giả sử không còn O2 .

2- Nếu lượng than đã dùng là 1kg than có chứa 2,8% tạp chất trơ, thì thể tích khí A thu được là bao nhiêu ?

3- Với một lượng không khí loại trên, vừa đủ để đốt cháy hoàn toàn một lượng hỗn hợp khí A tạo ra một hỗn hợp khí B. Xác định thành phần % theo thể tích của hỗn hợp khí B.

Câu 24. a. Bằng phương pháp hóa học nhận biết các chất rắn sau: BaCO3, BaSO4, Na2CO3

b. Chỉ dùng CO2, H2O nhận biết các chất rắn: Na2CO3, NaCl, BaCO3, BaSO4

Câu 25. Bằng phương pháp hóa học chứng minh sự có mặt của NH4+, NO3

-, CO32- trong

dung dịch

Câu 26. Chứng minh sự có mặt của NH4+, SO4

2-, CO32-, HCO3

- trong cùng 1 dung dịch

156

Câu 27. Từ than đá, không khí, muối ăn, nước thiết bị đầy đủ cho biết phương pháp điều chế NaHCO3, NH4HCO3, NH4NO3, ure

Câu 28. Một dd X có chứa các ion : NH+4, NO-

3, Cl-, HCO-3 và CO2-

3. Nêu cách nhận biết các ion có trong dung dịch đó.

Câu 29. a/ Viết các phương trình phản ứng xảy ra khi cho dung dịch Ba(HCO 3)2 vào các dung dịch sau: Ca(OH)2, NaHSO4, Na2CO3, HCl, NaOH.

b/ Có 5 lọ mất nhãn, mỗi lọ đựng 1 trong 5 dung dịch sau: NaHSO 4, KHCO3, Mg(HCO3)2, Na2SO3 và Ba(HCO3)2.Trình bày cách nhận biết từng dung dịch, chỉ được dùng thêm cách đun nóng.

c/ Chỉ sử dụng dung dịch H2SO4 loãng, nêu cách nhận biết các chất rắn sau: Na2CO3, MgCO3, BaCO3, BaSO4 và NaCl.

d/ Cho các dung dịch sau : BaCl2, Na2CO3, NaHCO3, NaNO3 và Na2SO4. Nêu cách nhận biết các dung dịch đó, chỉ được phép đun nóng. Không được dùng thêm hóa chất.

e/ Cho các dung dịch sau: Na2CO3, Na2S, Na2SO3, Na2SO4, NaNO3, NaCl. Chỉ sử dụng các dung dịch HCl, BaCl2 và Cu kim loại. Nhận biết các dung dịch đó. Viết các phương trình phản ứng xảy

Câu 30. Cho rất từ từ dd chứa x mol HCl vào dd chứa y mol Na2CO3 thu được dd A. A tác dụng với dd BaCl2 dư thu được 1,97 gam kết tủa. Cho A tác dụng với dd Ba(OH)2

dư thu được 3,94 gam kết tủa. Tính số mol các ion có trong dd A. Bỏ qua sự thủy phân

Câu 31. Dung dịch X có chứa: 0,1mol Na2CO3 ; 0,15 mol K2CO3 và 0,3 mol NaHCO3 . Thêm từ từ V ml dung dịch HCl 1M vào dung dịch X thu được dung dịch Y và 2,24 lít khí (đktc). Cho dung dịch Ba(OH)2 đến dư vào dung dịch Y thu được m gam kết tủa.

a/ Tính V và m.

b/ Hãy cho biết nếu cho từ từ dung dịch X vào V ml dung dịch HCl trên. Tính thể tích khí bay ra

Câu 32. Cho từ từ, từng giọt V ml dung dịch HCl 1M vào 100 ml dung dịch K2CO3

1M, khuấy liên tục được dung dịch X. Dung dịch X phản ứng vừa đủ với 100 ml dung dịch NaOH 0,5 M. Tính V.

Câu 33. Cốc A đựng dung dịch chứa 0,5 mol HCl

Cốc B đựng dd chứa 0,2 mol Na2CO3 và 0,3 mol NaHCO3 .

Thí nghiệm I : Đổ rất từ từ dung dịch A và dung dịch B.

Thí nghiệm II : Đổ rất từ từ dung dịch B và dung dịch A.

Thí nghiệm III : Trộn 2 dung dịch A và dung dịch B vào nhau.

211

Khuấy đều các dung dịch trong quá trình thí nghiệm.

a/ Tính thể tích khí thoát ra ở mỗi thí nghiệm (đktc ) sau khi đổ hết dung dịch từ cốc này vào cốc kia.

ĐA TN 1:6,72; TN 2:8 TN 3:6,72 < V(CO2) < 8,96

Câu 34. Hòa tan hết 4,25 gam hỗn hợp X gồm 2 muối cacbonat của 2 kim loại A và B thuộc 2 chu kì kế tiếp nhau trong phân nhóm chính nhóm II bằng 200 ml dung dịch HCl 0,5 M. Sau phản ứng thu được dung dịch C và 1,54 lít CO2 ( ở 27,30C và 0,8 atm).

a/ Xác định tên của 2 kim loại và % khối lượng các muối trong hỗn hợp X.

b/ Tính tổng khối lượng muối trong dung dịch C.

c/ Cho toàn bộ lượng khí CO2 thu được ở trên hấp thụ hoàn toàn bởi 200 ml dung dịch Ba(OH)2. Tính nồng độ mol/l dung dịch Ba(OH)2 để:

- Thu được lượng kết tủa lớn nhất.

- Thu được 1,97 gam kết tủa.

Câu 35. Dẫn khí CO đi qua 5,76 gam FexOy nung nóng, sau một thời gian thu được chất rắn A và hỗn hợp khí B. Cho chất rắn A tác dụng với dung dịch HNO 3

loãng dư thu được dung dịch C và 1,12 lít NO (đktc) Cô cạn dung dịch C thu được 19,36 gam một muối sắt (III) khan duy nhất.

a/ Xác định công thức của oxit và tính % khối lượng các chất trong hỗn hợp A.

b/ Tính thể tích các khí trong hỗn hợp B (đktc) biết tỷ khối của B so với H2 là 17,2.

Câu 36. A là một oxit sắt. Cho khí CO đi qua 5,76 gam A nung nóng thu được m gam chất rắn B và khí CO2. Hấp thụ hoàn toàn khí CO2 bằng dung dịch nước vôi trong dư thu được 3 gam kết tủa. Hòa tan hoàn toàn B trong 400 ml dung dịch HNO 3 thu được dung dịch C và V lít NO (đo ở 27,30C và 1 atm) và dd C có chứa 19,36 gam muối Fe(NO3)3. NO là sản phẩm khử duy nhất.

a/ Xác định công thức của oxit sắt .

b/ Xác định thể tích khí NO.

c/ Cho 200 ml dung dịch KOH 4M vào dung dịch C thu được 5,35 gam kết tủa. Tính nồng độ dung dịch HNO3 ban đầu.

Câu 37 . Hòa tan hoàn toàn 25,52g hỗn hợp A gồm FeCO3 và FexOy trong dung dịch HCl dư thu được khí CO2 và dung dịch B. Cho khí CO2 hấp thụ hết vào 400ml dung dịch NaOH 1,5M thu được dung dịch C. Cô cạn dung dịch C thu được 27,12 gam chất rắn. Cho dung dịch NaOH đến dư vào dung dịch B thu được kết tủa, lọc lấy kết tủa nung ngoài không khí thu được 21,6 gam một oxit duy nhất của sắt.

a/ Viết các phương trình phản ứng xảy ra.

156

b/ Xác định công thức của FexOy.

c/ Hòa tan hoàn toàn 25,52g hỗn hợp A trong dung dịch HNO3 loãng, nóng thu được hỗn hợp khí D gồm NO và CO2. Tính tỷ khối của D so với H2 .

Câu 38. Cho 40,32 gam hỗn hợp X gồm Na2CO3 , K2CO3 và NaHCO3 vào nước rồi chia dung dịch thu được thành 3 phần bằng nhau:

Phần I : cho dung dịch CaCl2 dư vào thu được 8 g kết tủa.

Phần II: tác dụng với nước vôi trong dư thu được 12 g kết tủa.

a/ Tính khối lượng các chất trong hỗn hợp X.

b/ Cho từ từ 100ml dung dịch HCl vào phần 3 sau đó cho dung dịch Ba(OH)2 dư vào thì thu được 9,85g kết tủa. Tính nồng độ dung dịch HCl

Câu 39. Dẫn khí CO đi qua 40 gam CuO nung nóng thu được chất rắn X và khí CO 2. Hấp thụ hoàn toàn khí CO2 sinh ra bằng 300 ml dung dịch Ba(OH)2 1M thì thu được 39,4 gam kết tủa. Cho chất rắn X vào dung dịch AgNO3 dư. Tính khối lượng kết tủa thu được sau phản ứng.

Câu 40. Đốt cháy hoàn toàn m gam than chứa 4% tạp chất trơ ta thu được hỗn hợp khí A gồm CO và CO2. Cho khí A đi từ từ qua ống sứ đựng 46,4 gam Fe3O4 nung nóng. Khí đi ra khỏi ống sứ được hấp thụ hoàn toàn bởi 2 lít dung dịch Ba(OH)2 tạo thành 39,4 gam kết tủa. Đun nóng tiếp dung dịch nước lọc thấy tạo thêm 29,55 gam kết tủa.

1/ Tính nồng độ mol/l của dung dịch Ba(OH)2 và m.

2/ Chia chất rắn còn lại trong ống sứ thành 2 phần bằng nhau:

Phần I : tan hoàn toàn trong dung dịch HCl thấy tốn hết 330 ml dung dịch HCl 2M.

Phần II: Hòa tan hoàn toàn trong dung dịch HNO3 loãng thu được V lít NO (đktc), NO là sản phẩm khử duy nhất. Tính tỉ khối của A đối với H2

Câu 41. a/ Dẫn V lít CO2 (đktc) vào 400 ml dung dịch A gồm Ba(OH)2 0,4M và KOH 0,6M. Vẽ đồ thị của sự phụ thuộc giữa khối lượng kết tủa và V.

b/ Dẫn V lít khí CO2 (đktc) vào 400 ml dung dịch A gồm Ba(OH)2 0,4M và KOH 0,6M thu được 23,64g kết tủa. Tính V

Câu 42. Hoà tan 35,2 gam hỗn hợp 2 muối cacbonat của 2 kim loại thuộc 2 chu kì liên tiếp trong phân nhóm chính nhóm II bằng dung dịch HCl dư thu được 3,36 lít khí E và dung dịch D. Cho toàn bộ E hấp thụ vào dung dịch Ba(OH)2 được 19,7 gam kết tủa và dung dịch F. Lọc lấy dung dịch F.Dung dịch F có thể hoà tan tối đa 200ml dung dịch NaOH 1,5 M.

211

a- Tính số gam 2 muối có trong dung dịch D.

b- Xác định A, B.

c- Tính khối lượng mỗi muối trong hỗn hợp ban đầu.

ĐS: CaCO3 = 10 g, MgCO3 = 25,2 g

Câu 43. Hoà tan hoàn toàn 4,24 gam Na2CO3 vào nước được dung dịch A. Cho từ từ từng giọt 20 gam dung dịch HCl 9,125% vào A và khuấy mạnh. Tiếp theo cho vào đó dung dịch chứa 0,02 mol Ca(OH)2 .

a. Hãy cho biết các chất gì được hình thành và khối lượng các chất đó bằng bao nhiêu? Chất nào trong các chất đó còn lại trong dung dịch.

b. Nếu cho từ từ từng giọt dung dịch A vào 20 gam dung dịch HCl 9,125 % và khuấy mạnh, sau đó thêm dung dịch chứa 0,02mol Ca(OH)2 vào dung dịch trên. Hãy giải thích hiện tượng xảy ra và Tính khối lượng các chất tạo thành sau phản ứng.

Câu 44. Nếu hoà tan hoàn toàn 28,1 gam hỗn hợp MgCO3 và BaCO3 có thành phần thay đổi, trong đó có a%MgCO3 bằng dung dịch axit HCl và cho tất cả khí thoát ra hấp thụ hết vào dung dịch A thì thu được kết tủa D. Hỏi a có giá trị bằng bao nhiêu thì lượng kết tủa D là nhiều nhất và ít nhất? Tính các lượng kết tủa đó.

Câu 45. Trong một bình kín chứa đầy không khí ( 20% O2 , 80% N2) cùng với 21,16 gam hỗn hợp chất rắn A gồm MgCO3 ,FeCO3 . Nung bình đến phản ứng hoàn toàn được hỗn hợp chất rắn B và hỗn hợp khí D. Hoà tan B vừa hết 200ml dung dịch HNO3 2,7M thu được 0,85 lít NO ở 27,3oC và 0,2897 atm.

1. Hãy tính khối lượng của mỗi chất trong hỗn hợp A.

2. Tính áp suất của khí trong bình sau khi nung ở 136,5oC. Cho biết V bình là 10 lít và thể tích chất rắn không đáng kể

Câu 46. Cho luồng không khí khô ( 20%O2 , 80% N2 ) đi qua than đốt nóng đỏ thu được hỗn hợp khí A.

1- Xác định thành phần % về thể tích của hỗn hợp khí A, biết rằng trong đó có chứa 5% CO2 và giả sử không còn O2 .

2- Nếu lượng than đã dùng là 1kg than có chứa 2,8% tạp chất trơ, thì thể tích khí A thu được là bao nhiêu ?

3- Với một lượng không khí loại trên, vừa đủ để đốt cháy hoàn toàn một lượng hỗn hợp khí A tạo ra một hỗn hợp khí B. Xác định thành phần % theo thể tích của hỗn hợp khí B.

Câu 47: Hoàn thành các phản ứng sau:

156

a. Silic đioxit natri silicat axit silisic silic đioxit silic

b. Cát thạch anh Na2SiO3 H2SiO3 SiO2 c. Si Mg2Si SiH4 SiO2 Si

Câu 48: Từ silic đioxit và các chất cần thiết viết phương trình hoá học để điều chế axit silixic

Câu 49: Khi đốt cháy hỗn hợp SiH4 và CH4 thu được sản phẩm rắn cân nặng 6g và sản phẩm khí. Cho sản phẩm khí đi qua dung dịch Ca(OH)2 lấy dư thu được 30g kết tủa. Xác định phần trăm về thể tích của hỗn hợp ban đầu.

Câu 50: Viết phương trình hóa học cuả phản ứng mô tả thủy tinh bị axit HF ăn mòn. Biết rằng thành phần chủ yếu của thủy tinh là Na2SiO3( Na2O.SiO2) và CaSiO3(CaO.SiO2)

Câu 51: Tính hàm lượng % CaF trong florit, biết rằng khi cho 80g khoáng vật florit tác dụng với H2SO4 thu được 1 lượng khí có thể tác dụng với SiO2 tạo thành 5,6 lít(đktc) khí SiF4

Câu 52: Khi cho 14,9 gam hỗn hợp Si, Zn và Fe tác dụng với dung dịch NaOH thu được 6,72lít khí(đktc). Cũng lượng hỗn hợp đó khi tác dụng với dư dung dịch HCl sinh ra 4,48 lít khí(đktc). Xác định thành phần của hỗn hợp trên. Biết Zn tan theo phản ứng: Zn + NaOH Na2ZnO2 + H2

Câu 53: Một loại thủy tinh dùng để chế tạo dụng cụ nhà bếp có thành phần khối lượng như sau: SiO2 75%, CaO 9%, Na2O 16%. Trong loại thủy tinh này có 1 mol CaO kết hợp với bao nhiêu mol Na2O và bao nhiêu mol SiO2.

211

BÀI TẬP CHƯƠNG NITƠ – PHOTPHOA. TÓM LƯỢC GIÁO KHOA

I. NI-TƠ VÀ HỢP CHẤT1. Tính chất ni tơ

- Ni tơ là chất khí không màu, không mùi, hóa lỏng ở -195,8oC; ít tan trong nước

- Là phân tử khí rất bền, chỉ phân tích ở 3000oC Với kim loại:

Với hidro:

Với oxi:

2. Điều chế:a. Chưng cất phân đoạn không khí lỏngb.

3. Các oxit ni tơ:

4. Amoniac:a. Tính chất:

- Là khí không màu, mùi khai, dễ hóa lỏng (-33oC)- Dung dịch: NH3 + H2O → NH4

+ + OH-

- Với axit:

Dung dịch amoniac hòa tan được một số hidroxit hoặc muối ít tan (khả năng tạo phức):

- Amoniac có tính khử:

156

b. Điều chế:

5. Muối amoni:

- Điện li: - Trao đổi ion

- Nhiệt phân

6. Tính chất của NO và NO2

a. NO: Ni-tơ oxit khí không màu khó hóa lỏng, ít tan trong nước, vừa có tính khử vừa có tính oxi hóa

b. NO2: Chất khí độc, có màu nâu

NO2 vừa có tính khử vừa có tính oxi hóa

211

7. Axit nitric:

- Tính axit: - Tính oxi hóa:

- Với hợp chất:

8. Muối nitrat: nhiệt phân

(kim loại trước Mg)

(kim loại từ sau Mg đến Cu)

(kim loại sau Cu)9. Điều chế HNO3:

II. PHOTPHO VÀ HỢP CHẤT

1. Photpho có 3 dạng thù hìnhPhotpho trắng, photpho đỏ và photpho đen.

- Photpho trăng : tinh thể phân tử trong suốt giống sáp, công thức P4

- Photpho đỏ: Bột đỏ gồm những phân tử P4, không độc2. Tính chất

a. Tác dụng với phi kim:

Nếu dư oxi và clo:

axit photphoro

axit photphoric

156

b. Với kim loại: canxi photphua

photphinc. Với hợp chất: P có tính khử mạnh hơn S có thể bốc cháy khi va chạm

với KclO3, K2Cr2O7...

3. Hợp chấtH3PO4, tinh thể trong suốt, nóng chảy ở42,5oC, tan vô hạn trong nước

4. Điều chế:

a.

b.5. Phân lân:

a. Supephotphat đơn: (20% P2O5)

b. Supephotphat kép: (40% P2O5) chỉ có Ca(H2PO4)2

B. CÁC DẠNG BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪNLoại I: Phương trình phản ứng và giải thích

Bài 1: a. Vì sao dung dịch amoniac có thể hòa tan những kết tủa của Cu(OH)2, AgCl?b. Lần lượt cho khí NH3 tiếp xúc với O2, khí Cl2, có hiện tượng gì xảy ra?

Giải:a. Khi cho sung dịch amoniac tác dụng với đồng (II) hidroxit tạo ra đồng amoniacat

tan tạo thành dung dịch màu xanh thẩm theo phản ứng:

Tương tự AgCl cũng tan trong dung dịch NH4OH

211

Sở dĩ những kết tủa hòa tan được trong dung dịch amoniac do phân tử NH3 kết hợp với ion Cu2+ và ion Ag+ bằng liên kết cho nhận giữa cặp electron tự do trên ni tơ của NH3 đến ion kim loại.b. Khi cho NH3 tiếp xúc với oxi, nó cháy với ngọn lửa màu vàng, nếu NH3 tiếp xúc

với clo sẽ cho khói trắng vì:NH3 có tính khử gặp O2 và Cl2 có tính oxi hóa mạnh, phản ứng xảy ra:

(khói trắng amoni clorua)

Loại II: nhận biết các chất

Hướng dẫn:1. Nhận biết các chất phải dựa vào các phản ứng đặc trưng tạo ra:

- Chất kết tủa- Sủi bọt khí- Chất có mùiHoặc phản ứng đổi màu (không nên dùng các phản ứng có xảy ra nhưng

không cho một hiện tượng rõ ràng)2. Các muối và các khí thường gặp chủ yếu chứa

ANIONa. Ion Cl-, Br-: Dùng thuốc thử AgNO3 cho kết tủa trắng hóa đen ngoài ánh

sángb. Ion SO4

2-: Dùng thuốc thử BaCl2, Ba(OH)2..., cho kết tủa trắng không tan trong axit mạnh

c. NO3-: Dùng miếng đồng+HNO3 đặc cho NO2 màu đỏ nâu

Phản ứng chứng minh:

d. CO32-, SO3

2-, S2-: dùng axit mạnh hoặc Pb(NO3)2

- Tác dụng với axit mạnh cho sủi bọt khíCO2: Mùi chuaSO2: Mùi cayH2S: Mùi trứng thối

- Tác dụng với Pb(NO3)2 cho kết tủa đenCATION

a. NH4+: Dùng thuốc thử là kiềm mạnh, có khí NH3 bay ra mùi khai

b. Cation kim loại kiềm: Dùng đũa thủy tinh nhúng vào muối ấy đưa vào ngọn lửa đèn, nếu lửa thành:

156

* Màu vàng rực là Na+

* Màu tím hồng là K+

* Màu đỏ tía là Li+

* Màu đỏ huyết là Rb+

* Màu xanh da trời là Cs+

c. Cation nhóm IIA:- Có thể thử lửa như kim loại kiềm, lửa có màu đỏ da cam là ion canxi,

màu đỏ son là ion Sr2+, màu vàng lục là Ba2+

- Cho dung dịch NaOH vào mẫu chứa các muối, nếu có kết tủa trắng đục là Mg(OH)2

Cho H2SO4 vào mẫu, kết tủa trắng không tan trong axit là BaSO4, SrSO4

d. Cation Zn2+, Al3+:Cho tác dụng với dung dịch NaOH ban đầu có kết tủa keo trắng, sau đó

tan trong lượng dư của NaOH

Loại III: Phản ứng oxi hóa khử của HNO3

Loại IV: Tìm nồng độ dung dịch

Hướng dẫn cơ bản1. Nếu đề bài cho nồng độ mol/l thì phải tìm số mol chất tan trong dung dịch (chất

hình thành) và tìm thể tích dung dịch (đổi ra lit)2. Nếu đầu bài cho nồng độ % thì phải tìm lượng chất tan (nguyên chất trong dung

dịch) và khối lượng dung dịch

Loại V: Thành phần hỗn hợp

Hướng dẫn cơ bản1. Thành phân thể tích hỗn hợp A, B, C

2. Thành phần khối lượng

211

Loại VI: Nhiệt phân muỗi nitrat

Hướng dẫn:Bước 1: Viết phương trình nhiệt phân

- Kim loại mạnh hơn Mg cho muối nitrit và O2

- Kim loại mạnh hơn Cu, yếu hơn Mg cho oxit kim loại và NO2+O2

- Muối kim loại yếu hơn Cu cho kim loại tự do và NO2+O2

Bước 2: Tính khối lượng muối giảm:m giảm = m khí = m muối ban đầu – m rắn còn lại

Bước 3: lập tỉ lệ suy ra khối lượng muối

ÔN TẬP VÀ NÂNG CAO:

Bài 1:a. Để điều chế NH3 người ta đun 40 gam (NH4)2SO4 (có chứa x% (NH4)2SO4

nguyên chất) với một dung dịch NaOH 2M. Tính x biết rằng ta thu được 11,2 lít khí NH3 (đktc). Tính thể tích dung dịch NaOH 2M cần thiết cho thí nghiệm trên.

b. Đưa toàn bộ khí NH3 trên vào một bình co V = 1 lít và nung một thời gian ở t0 không đổi.Khi đến cân bằng có 40% khí NH3 bị phân li thành N2 và H2. Tính hằng số cân bằng của phản ứng.

c. Nếu ở t0 này người ta lấy hết NH3 ra khỏi bình, cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều nào ? Tính số mol N2, H2, NH3 khi đến cân bằng mới.

Giải

a.

n = = 0,5 (mol) n = 0,25 (mol)

Khối lượng (NH4)2SO4 nguyên chất :

156

0,25 . 132 = 33 gam

%(NH4)2SO4 = = 82,5%

naOH = n = 0,5 (mol) V = .1000 = 250ml

b. Khi nung, NH3 bị phân li theo phản ứng:

2NH3 N2 + 3H2

n bị phân li = 0,5 . 0,4 = 0,2 (mol)

Khi đến cân bằng, ta có: n = n = 0,1 (mol)

n = 0,3 mol, n còn lại = 0,5 – 0,2 = 0,3mol

Hằng số cân bằng

Vì V = 1 lít, nồng đọ mol = số mol

K = = 0,03

c. Nếu lấy hết NH3 ra khỏi bình, cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều tạo ra NH3.

Ban đầu: = 0 , = 0,1M , = 0,3M

Giả sử có x mol N2 phản ứng với 3x mol H2 cho ra 2x mol NH3.

Khi đến cân bằng mới, ta có:

= 0,1 – x

= 0,3 – 3x = 3(0,1 – x)

= 2x

Vì t0 không đổi, hắng số cân bằng vẫn là 0,03. Vậy các nồng độ mới phải thỏa mãn điều kiện:

211

= 0,03 = 0,03

27 = 0,03

=

3(0,1 – x) = 0,2x

3x2 – 0,8x + 0,03 = 0 chỉ lấy nghiệm dương x = 0,045 mol.

Vậy số mol ở trạng thái cân bằng mới là:

n = 2 . 0,045 = 0,09 mol

n = 0,1 – 0,045 = 0,055 mol

n = 3 . 0,055 = 0,165 mol

Bài 2:

Một hỗn hợp X gồm Al, Fe, Cu cân nặng 68,7 gam. Khi cho X td với HNO 3 đặc nguội có 26,88 lít NO2 (đktc) bay ra. Còn khi cho X td với V lít H2SO4 0,5M thì thu được 23,52 lít khí (đktc).

a. Xác định khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp X và thể tích V của dung dịch H2SO4 0,5M đã dùng.

b. Tính thể tích dd HNO3 0,8M phải dùng để hòa tan hết hh 3 lim loại trên, biết rằng Al tạo ra N2, Fe và Cu tạo ra NO.

Giải

a. mX = 27a + 56b + 64c = 68,7 (1)Với a = nAl, b = nFe, c = nCu

Với HNO3 đặc nguội, Al, Fe không phản ứng. Chỉ có Cu td

156

c 2c

c = nCu = n = . = 0,6 (mol) (2)

Với H2SO4 0,5M chỉ có Fe và Al phản ứng:

b b b

a

n = b + = = 1,05

2b + 3a = 2,1 (3)

Thay c = 0,6 vào (1)

27a + 56b = 68,77 – 64 . 0,6 = 30,3 (1’)

(1’) và (3) a = 0,5 mol, b = 0,3 mol

Khối lượng kim loại trong X:

mAl = 27 . 0,5 = 13,5 gam

mFe = 56 . 0,3 = 16,8 gam

mCu = 0,6 . 64 = 38,4 gam

Số mol H2SO4 phải dùng:

b + = 1,05

V = = 2,1 lít

b. Nếu dùng HNO3 loãng thì cả 3 kim loại đều tan

211

1,8 0,5

1,2 0,3

1,6 0,6

Tổng số mol HNO3 phải dùng:

1,8 + 1,2 + 1,6 = 4,6 mol

V lít

Bài 3:

Một bình có V = 10 lít. Cho vào bình 0,5 mol N2 và 1,5 mol H2 và 1 xúc tác thích ứng. Nung ở nhiệt độ t1 không đổi cho đến khi hệ thống đạt đến trạng thái cân bằng thì áp suất P = P1 atm. Nếu thêm vào bình một ít H2SO4 đặc (thể tích không đáng kể) thì áp suất còn lại là P2 với P1 = 1,75P2 (P1 và P2 đo ở cùng nhiệt độ t1)

a. Tính hiệu suất của phản ứng tổng hợp NH3.b. Tính nồng độ mol của N2, H2, NH3 khi đến cân bằng ở nhiệt độ t1. Tính

hằng số cân bằng của phản ứng.

Giải

a. Gọi x là số mol của N2 phản ứng:

N2 + 3H2 2NH3

x 3x 2x

Khi đến cân bằng còn lại (0,5 – x) N2 mol , (1,5 – 3x) mol H2 và 2x mol NH3.

Tổng số mol n1 của hệ thống:

n1 = 0,5 – x + 1,5 – 3x + 2x = 2(1 – x) mol

156

Nếu thêm H2SO4 đặc, NH3 bị giữ lại hết:

H2SO4 + 2NH3 (NH4)2SO4

Còn lại ở thể khí N2 và H2 với tổng số mol là:

n2 = 0,5 – x + 1,5 – 3x = 2 – 4x

Vì ở cùng T và V nên ta có:

2 – 2x = 3,5 – 7x 1,5 = 5x

x = 0,3 mol N2 và 3x = 0,9 mol H2

Hiệu suất phản ứng

Do n bđ = 3n bđ theo đúng tỉ lệ 3 : 1 của phương trình, ta có thể tính hiệu suất phản ứng theo N2 hoặc H2.

Tính theo N2, hiệu suất phản ứng bằng:

= 60%

c. Nồng độ mol

=

=

=

Hằng số cân bằng ở t = t1

K =

211

Bài 4 :

Một hỗn hợp X gồm NH3 và O2 theo tỉ lệ 2 : 5 chiếm thể tích là 62,72 lít ở 00C, 2,5 atm.

a. Tính số mol NH3 và O2.b. Cho hỗn hợp này qua lưới Pt xúc tác. Biết rằng hiệu suất phản ứng oxi

hóa NH3 là 90%, xác định thành phần hỗn hợp khí Y sau phản ứng (ở t0

này, H2O ở thể hơi và NO chưa kết hợp với O2).c. Cho hỗn hợp Y qua H2SO4 đặc. Hỗn hợp khí Z còn lại được hòa tan trong

480ml nước thì thu được 500ml dung dịch HNO3. Tính nồng độ mol và nồng độ % của dung dịch axit này.

Giải

a. Số mol hỗn hợp:

mol

Do tỉ lệ số mol NH3 và O2 là 2 : 5, NH3 chiếm số mol hỗn hợp

n = . 7 = 2 mol

n = 7 – 2 = 5 mol

b. Khi qua Pt xúc tác, NH3 bị oxi hóa tạo ra NO

2NH3 + O2 2NO + 3H2O

Số mol NH3 bị oxi hóa là:

= 1,8 mol

n pư = n = .1,8 = 2,25 mol

Ta thu được 1,8 mol NO và 2,7 mol H2O.

156

Thành phần hỗn hợp khí sau phản ứng:

2 – 1,8 = 0,2 mol NH3

5 – 2,25 = 2,75 mol O2

1,8 mol NO

2,7 mol H2O

c. Qua H2SO4 đặc, H2O và NH3 bị giữ lại. Còn lại 1,8 mol NO và 2,25 mol O2. Với sự hiện diện của H2O, ta có các phản ứng:

2NO + O2 2NO2

2NO2 + O2 + H2O 2HNO3

2NO + O2 + H2O 2HNO3

Để oxi hóa hết 1,8 mol NO, ta cần 1mol O2 là:

n = nNO = .1,8 = 1,35 mol < 2,75

Vậy dư O2. toàn bộ 1,8 mol NO bị oxi hóa thành HNO3

Nồng độ mol của HNO3 là:

CM = = 3,6M

Nồng độ % của HNO3

C% =

mdd = mnước + mNO + = 480 + 1,8 . 30 + 1,35 . 32 = 577,2 gam

C% = = 19,64%

Bài 5:

211

Trong một bình kín thể tích V = 56 lít chứa N2 và H2 theo tỉ lệ mol 1 : 4 ở 00C và 200 atm và một ít xúc tác. Nung bình một thời gian, sau đó đưa về 00C thì áp suất trong bình giảm 10% so với áp suất ban đầu.

a. Tính hiệu suất phản ứng điều chế NH3.

b. Nếu lấy lượng NH3 tạo thành có thể điều chế được bao nhiêu lít dung dịch NH3 25% (d = 0,907 gam/ml).

c. Nếu lấy lượng NH3 tạo thành có thể điều chế được bao nhiêu lít dung dịch HNO3 67% (d = 1,40 gam/ml) biết hiệu suất điều chế HNO3 từ NH3 là 80%.

d. Lấy V ml dung dịch HNO3 điều chế ở trên pha loãng bằng nước được dung dịch có thể hòa tan 4,5 gam Al, giải phóng hỗn hợp khí NO và N2O có tỉ khối so với H2 là 16,75.Tính thể tích các khí NO, N2O và thể tích V của dung dịch HNO3.

Giải

a. Tổng số mol khí trước khi phản ứng:

n1 = n + n = mol

n = n1 = = 100 mol

n = 400 mol

N2 + 3H2 2NH3

x 3x 2x

với x = n pứ

Tổng số mol khí sau phản ứng:

n2 = n dư + n dư + n = 100 – x + 400 – 3x + 2x = 500 – 2x

Vì cùng V, T nên ta có:

n2 = 500 . 0,9 = 450 mol

156

n2 = 500 – 2x = 450 2x = 50 mol

x = 250 mol

n = 2x = 50 mol

Hiệu suất phản ứng :

Do tỉ lệ N2 : H2 = 1 : 4 so với tỉ lệ theo phương trình phản ứng là 1 : 3, ta

dùng thiếu N2 nên hiệu suất tính theo n

H = = = 25%

b. n = 25 mol

Gọi V là thể tích dung dịch NH3

n trong V lít = = 25 mol

V = = 1,874 lít

c. Với hiệu suất 80%, 25 mol NH3 tạo ra0,8 . 25 = 20 mol HNO3

Gọi V’ là thể tích dung dịch HNO3 67%

n trong V’ lít dd 67% = = 20 mol

V’ = 1,343 lít

d. Al phản ứng với HNO3

Al + 4HNO3 Al(NO3)3 + NO + 2H2O

x 4x x

8Al + 30HNO3 8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O

211

10y y

Với x = nNO; y = n

nAl = x + =

3x + 8y = 0,5 (1)

= = 2 . 16,75 = 33,5

3,5x = 10,5y x = 3y (2)

(1),(2) x = mol ; y = mol

VNO = . 22,4 = 1,9764 lít

V = . 22,4 = 0,6588 lít

mol

Vdd = ml

Bài 6:

Cho một khối Ag vào 50 ml dung dịch HNO3 5M thì Ag tan hết và khối lượng

dung dịch tăng thêm 6,2 gam. Biết rằng phản ứng chỉ tạp ra NO hay NO2.

156

a. Tính khối lượng Ag đã sử dụng. Cho biết nồng độ HNO3 giảm trên 50% sau

phản ứng trên.

b. Trung hòa HNO3 dư bằng NaOH vừa đủ. Cô cạn dung dịch, đem nung đến

khối lượng không đổi. Tính khối lượng của A.

c. Hòa tan A trong nước và đem điện phân. Tính thể tích khí thu được (đktc)

khi điện phân với cường độ I = 19,3A trong thời gian 2000s.

Giải

a. Xét 2 trường hợp:

Ag phản ứng tạo NO

3Ag + 4HNO3 3AgNO3 + NO + 2H2O

Ag phản ứng tạo NO2

Ag + 2HNO3 AgNO3 + NO2 + H2O

Gọi a = nAg sử dụng

Độ tăng khối lượng của dung dịch

Trường hợp (1): mAg tan – mNO = a . 108 - . 30 = 98a = 6,2

Trường hợp (2): mAg tan – m = 108a – 46a = 62a

Ta để ý rằng trong trường hợp (2) cứ 1 mol Ag thì tiêu thụ 2 mol HNO3

nhiều hơn so với trường hợp (1), với 1 mol Ag chỉ tiêu thụ mol HNO3.

Vậy là trường hợp (2)

62a = 6,2 a = 0,1 mol

mAg = 0,1 . 108 = 10,8 gam

Kiểm chứng rằng nồng độ %HNO3 giảm trên 50% sau phản ứng tạo NO2.

211

n bđ = 5 . 0,05 = 0,25 mol

n pứ = 2 . a = 0,2 mol

%HNO3 phản ứng

Nếu phản ứng cho ra NO

98a = 6,2 a = 0,0633 mol

n pứ =

%HNO3 pứ =

b. Số mol HNO3 dư

0,25 – 0,2 = 0,05 mol

Trung hòa bằng NaOH ta thu được 0,05 mol NaNO3. Dung dịch chứa 0,1

mol AgNO3 và 0,05 mol NaNO3.

Khi nung ta thu được một chất rắn A

AgNO3 Ag + NO2 + O2

0,1 0,1

NaNO3 NaNO2 + O2

0,05 0,05

Vậy A gồm 0,1 mol Ag và 0,05 mol NaNO2

156

mA = 0,1 . 108 + 0,05 . 69 = 14,25 gam

c. Khi hòa tan A trong nước chỉ có NaNO2 tan

Điện phân, ở catot H2O bị điện phân

nH =

n = lít

Bài 7:

Nung nóng muối A(NO3)2 trong 1 bình kín có V = 11,2 lít (bình khi đầu trống

không) cho đến khi phản ứng hoàn toàn còn lại 1 chất rắn B cân nặng 16 gam. Áp

suất trong bình khi đó là 1,1 atm (27,30C).

a. Xác định kim loại A và thành phần % theo thể tích của hỗn hợp khí

trong bình.

b. Thêm vào 16 gam chất rắn B một kim loại C có hóa trị I, sau đó cho tác

dụng với HNO3 dư. Phản ứng tạo ra 5,6 lít khí NO2 (đktc) và hỗn hợp

tổng 2 muối có khối lượng 80,1 gam. Xác định kim loại C và khối lượng

C đã dùng.

c. Nung 1 hỗn hợp X gồm A(NO3)2 và CNO3 (A, C là 2 kim loại trên) trong

bình có V = 11,2 lít (bình khi đầu trống không). Sau khi nung và đưa về

00C thì áp suất trong bình là 1,3 atm. Hỗn hợp khí trong bình tan trong

nước tạo ra 0,5 lít dung dịch axit 1M. Tính khối lượng muối nitrat.

Giải

a. A(NO3)2 AO + 2NO2 + O2

211

a a 2a a

Với a =

Tồng số mol khí (NO2 + O2)

= 0,5

a = 0,2 mol

mAO = 0,2(A + 16) = 16 A = 64

Vậy A là Cu.

b. Gọi b = nCu

CuO + 2HNO3 Cu(NO3)2 + H2O

0,2 0,2

C + 2HNO3 CNO3 + NO2 + H2O

b b

n = b = = 0,25 mol

Ta có: + = 80,1

= 80,1 – 0,2 . 188 = 42,5 gam

0,25(C + 62) = 42,5 C = 108

Vậy C là kim loại Ag.

Khối lượng Ag :

156

mAg = 0,25 . 108 = 27 gam

c. Gọi c = , d = trong hỗn hợp X.

Cu(NO3)2 CuO + 2NO2 + O2

c 2c c

AgNO3 Ag + NO2 + O2

d d d

Tổng số mol khí:

5c + 3d = 1,3 (1)

Khi hòa tan hỗn hợp gồm NO2 và O2 trên vào nước ta thu được HNO3

2NO2 + O2 + H2O 2HNO3

Ta để ý rằng với (2c + d) mol NO2 chỉ cần

n = = mol

211

Số mol O2 hiện có là :

Vậy dư O2 và toàn thể NO2 biến thành HNO3

n = 2c + d = 0,5 (2)

Từ (1) và (2) c = 0,2 mol

d = 0,1 mol

= 0,2 . 188 = 37,6 gam

= 0,1 . 170 = 17 gam

Bài 8:

Cho 30 gam hỗn hợp bột Al và Mg vào 2 lít dung dịch HNO3. Hai kim loại tan

hết và không có khí bay ra. Thêm 200ml dung dịch NaOH 2M vào dung dịch đó đồng

thời đun nhẹ cho đến khi khí ngừng thoát ra thu được khí B và dung dịch keo A.

Đốt cháy hoàn toàn B trong O2 dư có Pt xúc tác rồi cho sản phẩm cháy (đã loại

hết O2 dư) tác dụng hết với nước trong bình kín không có O2 ta thu được dung dịch C

và khí D không màu. Cho C phản ứng hết với Cu thu được 0,9184 lít khí D.

Thêm 270 ml dung dịch HNO3 0,2M vào dung dịch keo A thì được thì dung dịch

này vừa đủ để biến dung dịch keo thành dung dịch trong suốt. Sau đó thêm tiếp dung

dịch KOH đến khi được lượng kết tủa lớn nhất. Lọc kết tủa rồi đem nung đến khối

lượng không đổi thu được 52,4 gam chất rắn.

a. Cho biết tên gọi của D và B.

b. Tính nồng độ mol của dung dịch HNO3 ban đầu.

Giải

a. Gọi a = nAl, b = nMg

156

Mhh = 27a + 24b = 30 (1)

Với HNO3, phản ứng không tạo ra khí.

Vậy bị khử tạo ra NH3, khí này ở môi trường axit tạo ra NH4NO3.

8Al + 30HNO3 8Al(NO3)3 + 3NH4NO3 + 9H2O

a a

4Mg + 10HNO3 4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

b b

Thêm NaOH (n = 0,2 . 2 = 0,4 mol) vào dung dịch chứa HNO3 dư, 3 muối

nitrat, ta có các phản ứng:

HNO3 + NaOH NaNO3 + H2O (I)

z z

Với z = n dư

NH4NO3 + NaOH NaNO3 + NH3 + H2O (II)

Al(NO3)3 + 3NaOH Al(OH)3 + 3NaNO3 (III)

Mg(NO3)2 + 2NaOH Mg(OH)2 + 2NaNO3 (IV)

Chú ý: Phản ứng (1) xảy ra trước tiên, 3 phản ứng sau xảy ra đồng thời

nên chỉ có 1 phần NH4NO3, Al(NO3)3, Mg(NO3)2 tác dụng tạo thành dung

dịch keo A chứa các hidroxit.

Khi đốt NH3 (khí B) trong O2 dư với Pt xúc tác, ta có:

211

3NO2 + O2 2NO2 + 3H2O

Khi NO2 tác dụng với H2O tạo HNO3 theo phương trình phản ứng

3NO2 + H2O 2HNO3 + NO

Khi D là NO

HNO3 với Cu

3Cu + 8HNO3 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

nNO = mol

n = 4 . 0,041 = 0,164 mol

= n = . 0,164 = 0,246 mol

n = = 0,246 mol = 0,246 mol

Sau khi thêm 0,27 . 0,2 = 0,054 mol HNO3 vào dung dịch keo A, dung

dịch trở thành trong suốt vậy 0,054 mol HNO3 này dùng để hòa tan

Al(OH)3 và Mg(OH)2.

Nếu gọi x = , y = (x a, y b vì chỉ có 1 phần Al(OH)3

và Mg(OH)2 kết tủa), ta có theo 2 phương trình (III) và (IV) :

nNaOH = (3x + 2y) mol

Để hòa tan Al(OH)3 và Mg(OH)2 cần số mol HNO3 là :

Al(OH)3 + 3HNO3 Al(NO3)3 + 3H2O

x 3x

156

Mg(OH)2 + 2HNO3 Mg(NO3)2 + 2H2O

y 2y

Vậy n = 3x + 2y = nNaOH

Vậy nNaOH dùng để kết tủa Al(OH)3 và Mg(OH)2 bằng 0,054mol.

Khi thêm KOH cào dung dịch trong suốt, lúc có lượng kết tủa lớn nhất,

toàn thể Al(OH)3 và Mg(OH)2 kết tủa và sau khi nung ta được mol

Al2O3 và b mol MgO.

51a + 40b = 52,4 (2)

Từ (1) và (2) a = 0,4 mol ; b = 0,8 mol

b. Nồng độ mol của dung dịch HNO3

0,4 mol NaOH dùng để:

Trung hòa z mol HNO3 dư

Tạo ra 0,246mol NH3

Kết tủa Al(OH)3, Mg(OH)2

0,4 = z + 0,246 + 0,054 z = 0,1 mol

Số mol HNO3 tác dụng với Al, Mg :

mol

Vậy nếu kể thêm 0,1 mol HNO3 dư

3,5 + 0,1 = 3,6 mol

211

Bài 9:

Cho hỗn hợp X được tạo thành bởi 2 nguyên tố. Lấy 3,6 gam X cho tác dụng

với HNO3 đặc đun nóng thu được dung dịch A. Pha loãng A bằng nước cất rồi chia

dung dịch thu được thành 2 phần bằng nhau. Thêm vào phần 1 lượng dư dung dịch

NH3, sau phản ứng lọc, rửa kết tủa được tạo thành, nung nóng ở nhiệt độ cao tới khi

có khối lượng không đổi, thu được 1,2 gam chất rắn oxit của một kim loại. Để hòa tan

hoàn toàn lượng oxit đó cần dùng 30 ml dung dịch HNO3 1,5M ( phản ứng không giải

phóng ra khí nào). Thêm vào phần 2 lượng dư dung dịch BaCl2 loãng, thu được 6,99

gam kết tủa trắng không tan trong HNO3 con dư trong dung dịch A. Xác định công

thức phân tử của X, biết rằng các phản ứng đều xảy ra hoàn toàn.

Giải

Đặt công thức phân tử của oxit thu được sau khi nung là M2On (n là hóa trị của

M).

M2On + 2nHNO3 2M(NO3)n + nH2O (1)

Theo (1) để hòa tan (2M + 16n) gam oxit cần 2n mol HNO3

Theo đầu bài để hòa tan 1,2 gam oxit đó cần 0,03 . 1,5 = 0,045 mol HNO3

Từ đó, ta có:

n 1 2 3 4 5 6 7 8

M 18,667 37,33 56 74,68 93,35 112,02 130,69 149,36

Fe Cd

Với n = 3; M = 56 : Fe: đúng. Oxit là Fe2O3.

156

Với n = 6; m = 112 : Cd : loại, vì Cd không có hóa trị 6. Vậy trong X có

chứa Fe.

Dung dịch thu được sau khi hòa tan X trong HNO3 đặc nóng tạo kết tủa trắng

với Ba2+, kết tủa đó không tan trong axit dư, nó chính là BaSO4 và trong X có

chứa S. X được tạo thành bởi Fe và S: X = FexSy

mFe trong X = gam

mS trong X = gam

Vậy CTPT của X là FeS2 : pirit sắt.

Bài 10:

Hòa tan hết 4,08 gam hỗn hợp A gồm kim loại và oxit của nó chỉ có tính bazo

trong lượng vừa đủ V ml HNO3 4M thu được dung dịch B và 0,672 lít khí NO duy nhất

(đktc). Thêm vào B lượng dư dung dịch NaOH lọc, rửa kết tủa. Nung kết tủa ở nhiệt

đọ cao đến khi có khối lượng không đổi thu được m gam chất rắn C. Lấy 1 gam C, để

hòa tan hết nó phải dùng lượng vừa đủ là 25 ml HCl 1M.

1. Xác định kim loại và oxit của nó trong A. Tính % theo khối lượng mỗi

chất.

2. Tính V và m.

Giải

Kim loại M + oxit của nó dd B M(NO3)n + NO

Mn+ + nOH- M(OH)n

2M(OH)n M2On + nH2O

211

M2On + 2nHCl 2MCln + nH2O

(2M +16)g 2n mol

1 gam 0,025 . 1 = 0,025mol

Ta có :

Suy ra : M = 32n

n = 1 M = 32 (loại)

n = 2 M = 64 (Cu)

n = 3 M = 96 (loại)

n = 4 M = 128 (loại)

1. Vậy kim loại là Cu. Oxit của nó có thể là Cu2O hoặc CuO

a. Trường hợp Cu + Cu2O

Đặt số mol của kim loại Cu là x và số mol oxit của nó là y

3Cu + 8HNO3 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O (1)

x x x

3Cu2O + 14HNO3 6Cu(NO3)2 + 2NO + 7H2O (2)

y y y

156

Giải hệ ta được:

x = 0,03 mol Cu : 47,06%

y = 0,015 mol Cu2O : 52,94%

Số mol HNO3 đủ để hòa tan A:

mol

Thể tích HNO3 4M đã dùng:

V = l hay 37,5 ml

b. Trường hợp Cu + CuO:

3Cu + 8HNO3 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

x x x

CuO + 2HNO3 Cu(NO3)2 + H2O

x = . 0,03 = 0,045 mol

mol

Số mol HNO3: 0,45 . + 0,015 . 2 = 0,15 mol

+HCl, O2 dư+ CO dư, t0 cao+ O2 dư, t0 cao

1 2 3X X X X t0

211

Thể tích HNO3 đã dùng: V = = 0,0375 l

2. Tính m:

Trong cả 2 trường hợp số mol CuO thu được sau khi nung Cu(OH)2 là

0,06mol; m = 0,06 . 80 = 4,8 gam.

Bài 11:

Hòa tan hoàn toàn 2,16 gam một oxit kim loại X trong dung dịch HNO3 2M

(loãng) thu được dung dịch A và 0,224 lít NO (đktc).

a) Xác định oxit X. Tính thể tích HNO3 2M ít nhất phải dùng để hòa tan

2,16 gam oxit đó.

b) Viết PTPU biễu diễn dãy biến hóa sau:

Giải

a) HNO3 là chất oxi hóa mạnh, Oxit X của kim loại hóa trị m (M2Om) là chất khử vì nó khử HNO3 thành NO. Giả sử oxit kim loại hóa trị m đó bị oxi hóa thành ion kim loại hóa trị n, n > m.

Phương trình phản ứng hòa tan:

(6M + 48m) gam oxit giải phóng ra 2(n – m) mol NO

2,16 gam oxit giải phóng ra 0,01 mol NO

Từ dó, ta có: (1)

156

Từ (1) ta có:

1. Nếu m = 1 n = 2 M = 64 = Cu Oxit Cu2O

2. Nếu m = 2 n = 3 M = 56 = Fe Oxit FeO

Nếu m = 3 n = 4 M = 48 loại

Tính thể tích HNO3 hóa tan oxit X.

Với Cu2O:

Số mol HNO3 cần hòa tan 2,16g Cu2O:

Với FeO:

b) Các phương trình phản ứng của dãy biến hóa:

* Với Cu2O:

* Với FeO:

211

Bài 12:

Cho 220 ml dung dịch HNO3 tác dụng với 5 gam hỗn hợp Zn và Al. Phản ứng giải phóng ra 0,896 lít (đktc) hỗn hợp khí gồm NO và N2O. Hỗn hợp khí đó có tỉ khối hơi so với hidro là 16,75. Sau khi kết thúc phản ứng đem lọc, thu được 2,013 gam kim loại. Hỏi sau khi cô cạn cẩn thận dung dịch A thì thu được bao nhiêu gam muối khan? Tính nồng độ HNO3 trong dung dịch ban đầu.

Giải

Khi kim loại hóa trị III (Al) và kim loại hóa trị II (Zn) tác dụng với HNO3 giải phóng khí NO:

M + 4HNO3 M(NO3)3 + NO + 2H2O (1)

3M’ + 8HNO3 3M’(NO3)2 + 2NO + 4H2O (2)

Thì theo các ptpu, không phụ thuộc vào hóa trị của kim loại, số mol tạo muối luôn luôn bằng 3 số mol khí NO giải phóng ra.

Khi kim loại hóa trị III và hóa trị II tác dụng với HNO3 giải phóng ra khí N2O:

8M + 30HNO3 8M(NO3)3 + 3N2O + 15H2O (3)

4M’ + 10HNO3 4M’(NO3)2 + N2O + 5H2O (4)

Cũng theo các ptpu, không phụ thuộc vào hóa trị của kim loại, số mol của

tạo muối luôn luôn bằng 8 lần số mol khí N2O.

156

Do đó, nên biêts số mol khí NO và khí N2O giải phóng ra ta tính được số mol

tạo muối với kim loại.

Đặt số mol NO là x, số mol N2O là y:

Giải hệ ta được:

x = 0,03 mol

y = 0,01 mol

Số mol tạo muối kim loại: 0,03 . 3 + 0,01 . 8 = 0,17 mol

Theo đầu bài, lượng axit hết, lượng kim loại tan trong axit tạo muối:

5 – 2,013 = 2,987

Khối lượng muối = khối lượng kim loại tan ra + khối lượng tạo muối

M = 2,987 + 0,17 . 62 = 13,527 gam

Số mol HNO3 trong 220 ml dung dịch HNO3:

0,17 + 0,03 + 0,01 . 2 = 0,22

= mol/lít

Bài 13: Cho 21.52 gam hỗn hợp A gồm kim loại M hóa trị 2 và muối nitrat của kim loại đó vào bình kính dung tích không đổi là 3 lít (không chứa không khí) rồi nung bình đến nhiệt độ cao để phản ứng xảy ra hoàn toàn, sản phẩm thu được là oxit kim loại hóa trị 2. Sau đó đưa bình về 54.60C thì áp suất trong bình là p. Chia chất rắn trong bình sau phản ứng thành 2 phần bằng nhau:

-Phần 1 phản ứng vừa hết với 2/3 lít dung dịch HNO3 0.38M có khí NO

211

-Phần 2 phản ứng vừa hết với 0.3 lít dung dịch H2SO4 0.2M (loãng) được dung dịch B.

a. Xác định khối luwowbngj nguyên tử của M

b. Tính % khối lượng các chất trong A

c. Tính áp suất

(Trích “Những bài toán biện luận” của Nguyễn Đình Độ)

Giải

a. Gọi a và b là số mol ban đầu của M(NO3)2 và M. Vì sản phẩm nung là oxit nên ta có phản ứng nhiệt phân của M(NO3)2

M(NO3)2 → 2MO + 4NO2 + O2

a a 2a 0.5a

0.5a mol O2 sinh ra sẽ phản ứng tiếp với M tạo MO. Do chất rắn sau khi nung tác dụng được với HNO3 giải phóng khí, chứng tỏ M còn dư sau khi nung. Vậy 0.5a mol oxi phản ứng hết với M theo phương trình :

2M + O2 → 2MO

a 0.5a a

Chất rắn sau phản ứng gồm 2a mol MO và (b-a) mol M. Chia làm 2 phần bằng nhau nên mỗi phần có a mol MO và ½(a-b) mol M.

Các phản ứng ở phần I:

MO + 2HNO3 → M(NO3)2 + H2O

a 2a

3M + 8HNO3 → 3M(NO3)2 + 2NO + 4H2O

1/2(b-a) 4/3(b-a)

Suy ra: 2a + 4/3(b-a) = 0,38 . 2/3 = 0,76/3

Rút ra a + 2b = 0,76/2 = 0,38 (1)

Giả sử M là kim loại hoạt động đứng trước H trong dãy điện hoá kim loại, các phản ứng của phần II:

MO + H2SO4 → MSO4 + H2O

156

a a

M + H2SO4 → MSO4 + H2

½(b-a) ½(b-a)

Suy ra : a+1/2(b-a) = 0,2 .0,3 = 0,06

Rút ra : a+b=0,12 (2)

Nhưng hệ (1),(2) cho a = -0,14 vô lý. Vậy M phải là kim loại đứng sau H (không phản ứng được với H2SO4 loãng)

Do đó phần II chỉ có phản ứng :

MO + H2SO4 → MSO4 + H2O

a a a

=> a = 0,06

(1) => b = 0,16

Như vậy hỗn hợp ban đầu có 0,06 mol M(NO3)2 và 0.16 mol M, suy ra:

0,06(M + 124) + 0,16M = 21,52

=> M = 64 => là Cu

b. Lượng Cu trong A = 0,16 . 64 = 10,24 g

Vậy %Cu =

10 , 2421 , 52 = 47,5%

% Cu(NO3)2 = 100% - 45,7% = 52,5%

c. Sau khi nung, bình chứa 2a = 0,12 mol NO2

Vậy P = nRT

V=

0 , 082(273+54 , 6 )3

=1 ,07 atm

Bài 14: Cho một thể tích không khí (chứa 80% nito và 20% oxi về thể tích ) cần thiết đi qua bột than đồng đốt nóng thu được khí than A chỉ chứa cacbon oxit và nito. Trộn khí than A vói một lượng không khí gấp đôi lượng cần thiết để đốt cháy cacbon oxit

211

được hỗn hợp khí B. Đốt khí B được hỗn hợp khí D trong đó nito chiếm 79.47% thể tích.

b. Tính hiệu suất phản ứng đốt cháy cacbon oxitc. Tính lượng nhiệt (theo kj) tỏa ra khi đốt cháy 1 m3 khí than A (ở đktc) , biết

rằng lượng nhiệt tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn 1 mol cacbon oxit là 284.24 Kjd. Tính % của thể tích các khí trong De. Tính tỉ khối của hỗn hợp khí D so với khí than A

Giải

1. Theo giả thiết lượng không khí và than chỉ cần vừa đủ để gây phản ứng, nên để đơn giản trong tính toán ta có thể cho lúc đầu có 1 mol C được nung thành CO theo phản ứng :

C + O2 → CO (1)

(1) cho thấy 1 mol C cần mol O2 có kèm theo 2 mol N2 của không khí, sau khi cháy ta thu được khí than A chỉ gồm 1 mol CO và 2 mol N2 , tức là 3 mol hỗn hợp .

Phản ứng cháy của khí than A trong không hkis

CO + O2 → CO2

N2 : không cháy

Theo (2) muốn đốt cháy 1 mol CO chỉ cần O2 của không khí, nhưng muốn cho phản ứng chấy xảy ra hoàn toàn người ta phải dùng 1 lượng oxi gấp đôi tức là a mol O2 kem thoa 4 mol N2 của không khí. Như vậy trước khi nẹt lửa hỗn hợp khí gồm 1 mol CO, 2 + 4 = 6 mol N2 và 1 mol O2 => tổng số mol là 8 mol B.

Tuy nhiên nếu nẹt lửa không đúng cách hoặc yếu lửa phản ứng cháy cũng không đạt 100%

Thật vậy, gọi 0 < x ≤ 1 là số mol CO tham gia phản ứng cháy thì theo (2) sẽ cần

mol O2 biến đi và tạo ra x mol CO2 . Rõ ràng là phản ứng cháy đã làm giảm tổng số mol 1 lượng hỗn hợp là :

156

mol

Vậy sau khi cháy tổng số mol khí còn lại là ( ) mol trong đó vẫn có 6 mol N2 . Theo giả thiết , ta có :

mol CO tham gia phản ứng . Vậy hiệu

suất phản ứng cháy là h% =

2. 1m3 = 1000dm3 = 1000 l

Số mol CO chứa trong 1 m3 khí B : mol CO

Do theo giả thiết với hiệu suất cháy 90% thì nhiệt lượng toả ra là :

kJ

3. Tổng số mol các khí trong Dung dịch là :

nD = mol

Thành phần % them thể tích hay theo mol của các khí trong Dung dịch :

%CO2 =

%CO =

%N2 = 79,4%

%O 2 = (ứng với 1-0,45 = 0,55 mol O2)

4. Ta có khối lượng mol phân tử trung bình của D là :

211

MD =

Vì CO = N2 = 28 => khối lượng mol phân tử trung bình của A:

MA= 28

Vậy dD/A =

Bài 15: Hỗn hợp khí A gồm cacbon oxit và không khí (4/5 thể tích là N2 và 1/5 thể tích là O2). Biết rằng 3.2 lít hỗn hợp A ở 470C và 2.5 atm cân nặng 8.678 gam

1.Tính thành phần % thể tích khí trong hỗn hợp A

2.Trong một bình kín dung tích 20 lít chứa 1 mol hỗn hợp A và một ít bột CuO. Đốt nóng bình một thời gian để phản ứng xảy ra hoàn toàn, sau đó đưa nhiệt độ bình về 27.30C, áp suất trong bình lúc đó là P. Nếu cho khí trong bình sau nhản ứng lội từ từ qua nước vôi trong dư thì thu được 30 gam kết tủa

a.Tính áp suất P, biết dung tích của bình không đổi, thể tích chất rắn không đáng kể

b.Hoà tan chất rắn còn lại trong bình sau phản ứng bằng axit nitric dư thu được hỗn hợp khí NO2 và NO có tỉ khối so với H2 bằng 21. Tính thể tich hỗn hợp khí đó ở đktc.

(Trích “Phương pháp giải toán hoá vô cơ” của Nguyễn Phước Hoà Tân)

Giải

1.Theo giả thiết ta có số mol hỗn hợp A:

nA = mol

Vậy khối lượng mol phân tử trung bình của A là:

MA =

Gọi x, (với 0 < x < 1) là % theo V của O 2 thì 4x là % theo V của N2 và (1-5x) là % của CO

156

Ta có phương trình theo khối lượng mol phân tử trung bình của hỗn hợp A :

MA = hay 12% O2 và % N2 = 12.4=48%

Và %CO = (100 – 48 – 12 ) = 40%

2. a. Rõ ràng là 1mol khí A có 0,12mol O2, 0,48 mol N2, và 0,4 mol CO. Khi nung bình có thể xảy ra hai phản ứng như sau :

CuO + CO → Cu + CO2 (1)

CO + O2 → CO2 (2)

Nếu cho khí nung (sau hai phản ứng (1) và (2) lội từ từ qua dung dịch Ca(OH)2 dư thì chỉ có CO2 bị hấp thụ theo phản ứng :

CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O (3)

Theo giả thiết và (3) ta có :

nCO2 = nCaCO3 =

Theo (1) và (2) ta thấy ngay rằng 0,4 mol CO tham gia hết thì dù theo phản ứng nào cũng tạo ra 0,4 mol CO2 . Nhưng thực tế chỉ có 0,3 mol CO2 < 0,4 mol => CO còn dư , mà phản ứng xảy ra hoàn toàn nên CuO và O2 đã hết:

Mặt khác, (1) không làm giảm số mol khí, (2) làm giảm tổng số mol khí O2 phản ứng hết=> độ giảm tổng số mol khí = số mol oxit tham gia phản ứng = 0,12 mol

Vậy tổng số mol khí sau phản ứng là : nsau = 1 – 0,12 = 0,88 (mol)

Áp suất P sau phản ứng : atm

b. Theo (1) , (2) số mol CO thamgia cả (1) và (2) = nCO2 = 0,3 mol CO trong đó có 0,12 . 2 = 0,24 mol CO tham gia phản ứng (2) và 0,3 – 0,24 = 0,06 mol CO tham gia (1)

Theo (1) => nCu = 0,06mol

211

Khi hoà tan 0,06 mol Cu vào HNO3 ta được hỗn hợp khí NO2 và NO có

M = 2dH = 2 .21 = 42

Gọi y là số mol NO2 trong 1 mol hỗn hợp thì (1- y) là số mol NO . Ta có phương trình :

M = 42 = 46y + (1 – y) 30 (4)

(4) => y = 0,75 mol NO2 và 0,25 mol NO

=> tỉ lệ mol NO2 : NO = 0,75 : 0,25 = 3 : 1

Vì tỉ lệ mol giữa NO2 : NO đã xác định nên ta chỉ cần viết một phương trình phản ứng và phải cho trước chỉ số mol NO2 là 3, chỉ số mol NO là 1 . Sau đó dùng phương pháp tăng giảm số oxi hoá để điều chỉnh các chỉ số , có khi chỉ số của NO2 và NO có thể thay đổi nhưng phải luôn đúng tỉ lệ 3:1

Ta viết phản ứng tạm thời như sau:

Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + 3NO2 + NO + H2O

Sau đó cân bằng thành

3Cu + 10HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 3NO2 + NO + H2O (5)

(5) => 3 mol Cu phản ứng sinh ra (3+1) = 4 mol hỗn hợp khí nên 0,06 mol

Cu phản ứng sinh ra mol hỗn hợp khí = 0,08 mol hỗn hợp (NO, NO2 )

Vậy thể tích hỗn hợp khí là:

V = 0,08 . 22,4 = 1,702 lít (dktc)

Bài 16: Cho m1 gam hỗn hợp gồm Mg và Al vào m2 gam dung dịch HNO3 24%. Sau khi các kim loại tan hết có 8.96 lít hỗn hợp khí gồm NO, NO2, N2 bay ra (đktc) và được dung dịch A.Thêm một lượng O2 vừa đủ vào X, sau phản ứng được hỗn hợp khí Y.Dẫn Y từ từ qua dung dịch NaOH, có 4.48 lits hỗn hợp khí Z đi ra (đktc). Tỉ khối của Z đối với H2 bằng 20. Nếu cho dung dịch NaOH vào A để được lượng kết tủa lớn nhất thu được 62.2 gam kết tủa

a. Viết các phương trình hoá họcb. Tính m1,m2. Biết lượng HNO3 đã lấy dư 20% so với lượng cần thiết

156

c. Tính C% các chất trong dung dịch(Trích “Các bài toán hoá học chọn lọc trung học phổ thông” của Ngô Ngọc An)

Giải

Số mol hỗn hợp X : =0,4 mol

Khi cho O2 vào hỗn hợp X :

2NO + O2 → 2NO2

Số mol hỗn hợp không đổi nX = nY. dẫn Y vào dung dịch NaOH .

2NO2+ 2 NaOH →NaNO3 + NaNO2 +H2O

Số mol của NO2 và N2 không tác dụng l à : =0,2

Vậy số mol NO là : 0,4-0,2 =0,2

Hỗn hợp Z có =20.2 =40 gồm NO2 và N2 có số mol bằng 0,2. Giải ra ta có số

mol của NO2 bằng 0,15 mol, số mol của N2 là 0,05 mol.

a) phương trình phản ứng của Al và Mg với dung dịch HNO3

Mg – 2e = Mg2+ số mol e nhường: 2x

x mol x mol

Al - 3e = Al3+ số mol e nhường 3y

y mol y mol

Số mol e m à nhận :

+ 3e → (NO) Số mol e nhận 0,2 .3 = 0,6

0,2 0,2

211

+ 4e → O Số mol e nhận :0,3 .4=1,2

0,3 0,15

2 + 5e → Số mol e nhận : 0,1.5=0,5

0,1 0,05

b) Vì không có số mol các chất tham gia phản ứng , nên dù phản ứng xảy ra

như thế nào nhưng vẫn có sự bảo toàn electron.

nh ận =2,3 mol = nhường

Ta có phương trình 2x + 3y = 2,3

Lượng kết tủa là Mg(OH)2 và Al(OH)3

nMg(OH)2 = x nAL(OH) 3= y

m1 = (0,4 .24) + (0.5 .27) = 23,1 gam

Tính số mol HNO3 quy ra khối lượng dung dịch

→ khí : 0,2+ 0,3+ 0,1 = 0,6

trong 2 muối Mg(NO3)2 và Al(NO3)3

0,8 mol 1,5 mol

= 0,6 + 0,8 + 1,5 = 2,9 mol

NHNO3 dùng là 2,9 mol→ mHNO3 = 182.7 gam

m2 : 761,25 + (761,25 .0,2) = 913,5 gam

156

Bài 17: Oxi hoá hoàn toàn 5.6 lít khí NH3(Ở 00C, 1520mmHg) có xúc tác người ta thu được khí A, oxi hoá A thu được khí B màu nâu. Hoà tan toàn bộ khí B vào 146ml H 2O với sự có mặt của oxi tạo thành dung dịch HNO3 .

a. Tính nồng độ phần trăn của dung dịch axitb. Tính nồng độ mol của dung dịch HNO3 biết tỉ khối của dung dịch là 1.2(Trích “Các bài toán hoá học chọn lọc trung học phổ thông” của Ngô Ngọc An)

Giải

4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O (1)

A mol a mol

2NO + O2 → 2NO2 (2)

a mol a mol

4 NO2 +2 H2O + O2 → 4HNO3 (3)

a mol 0,5a mol a mol

nNH3 = nNHO3 = =0,5 mol

→mHN03 =63.0,5=31,5

a, C% HNO3=

Thể tích dung dịch HNO3 =

b, =

Bài 18: Có 2 bình chứa dung dịch HNO3 loãng, cùng nồng độ , cùng thể tích. Người ta cho vào bình thứ nhất một lượng kim loại M, vào bình thứ hai một lượng kim loại N.

211

Cả hai kim loại đều tan hoàn toàn và ở hai bình đều thoát ra khí duy nhất NO và có thể tích bằng nhau ở cùng điều kiện (nhiệt độ , áp suất).Sau đó người ta làm hai thí nghiệm sau:

- Nếu làm thí nghiệm 1: Mắc nối tiếp hai bình rồi điện phân thì thấy khối lượng kim loại bám ở catot bình thứ nhất so với bình thứ hai luôn là 27/14

- Nếu làm thí nghiệm 2: Trộn 2 bình lại. rồi điện phân cho đến khi khối lượng các điện cực không đổi nữa thì thấy tiêu hao một điện lượng 7720 Coulomb và hiệu số khối lượng hai điện cực là 6.56 gam

a. Tính khối lượng ban đầu của mỗi kim loại, xác định tên kim loại M,N.Biết rằng điện phân điện cực có vách ngăn, điện cực trơ khối lượng các điện cực bằng nhau và tất cả các quá trình hiệu suất là 100 %

b. Trước hki điện phân người ta cho vào dung dịch vài giọt quỳ tím, quỳ tím không đổi màu trong quá trình điện phân màu của quỳ tím có thay dổi không?Vì sao?

(Trích “Các bài toán hoá học chọn lọc trung học phổ thông” của Ngô Ngọc An)

Giải

a, Gọi M là khối lượng nguyên tử của kim loại M, m là hoá trị của kim loại M, m’

là khối lượng kim lọai báo vào catot và cũng là khối lượng hoà tan.

Gọi N là khối lượng của nguyên tử của kim loại N, n là hoá trị của kim loại N,

n’ là khối lượng kim loại bám vào catot và cũng là khối lượng hoà tan.

3M + 4m HNO3 → 3M(NO3)m + m NO +2m H2O

3M gam m mol

m’ gam

3N +4n HNO3 →3N(NO3)n + n NO +2n H2O

3N gam n mol

n’

156

- Theo đầu bài sau phản ứng thể tích khí được giải phóng bằng nhau trong

cùng điều kiện tức là số mol NO bằng nhau.

Ta có : = (a)

- Khi cho dòng điện qua 2 bình mắc nối tiếp thì điện lựợng qua hai bình là

như nhau, khối ượng kim loại giải phóng ở hai điện cực có tỉ lệ:

- Khi trộn 2 bình, rồi điện phân đến khối lượng điện cực không đổi và hiệu số

khối lượng 2 điện là 6,56 gam tức là tổng khối lượng kim loại được giải phóng và

bằng 6,56 gam.

- Khi điện phân 2 bình riêng lẻ thì lượng điện tiêu thụ ở 2 bình là như nhau 2

bình mắc nối tiếp, vì khi trộn 2 bình rồi điện phân hoàn toàn thì lượng điện tiêu thụ ở

2 bình ban đầu. Do đó lượng điện để giải phóng mỗi kim loại là

- Ta tính khối lượng ban đầu các kim loại như sau :

Giải hệ phương trình 2 ẩn ta có: m’=4,32g , n’ =2,24g.

Gheo (a) = → = (b)

- Theo định luật Faraday:

m’=

Thay m’ vào ta có:

211

M= 108m

Nếu m=1 → M=108(Ag)

m=2→ M=216 (loại)

m=3→M=324(loại)

Thay M=108 vào (b) ta có :

N=56n

Nếu n=1→N =56 (loại vì Fe không có hoá trị 1)

n=2→ N=112 (cd)

n=3→ N=169 (loại)

VẬY hai kim loại là Ag và Cd.

b, Màu quỳ tím đổi thành màu hồng vì dung dịch sau điện phân cho axit HNO3

2AgNO3 + H2O 2Ag + 2 HNO3 + O2

Cd(NO3)2 + H2O Cd + 2 HNO3 + O2

BÀI TẬP TỰ GIẢI

Câu 1: hãy lập thành một dãy biến hóa rồi viết phương trình theo dãy:

Ag3PO4, Ca3(PO4)2, H3PO4, P2O5, P, PH3, Ca3P2 và Na3PO4

Câu 2: Quặng chứa hàm lượng 35% Ca3(PO4)2. tính hàm lượng P2O5 trong 10 tấn quặng trên.

Câu 3: bằng phản ứng hóa học hãy nhậ biết các chất sau:

Na2SO4, NaNO3, Na2S và Na3PO4

156

Câu 4: Cho 40g dung dịch NaOH 10% tác dụng với 10g H3PO4 39,2%. Tính khối lượng muối tạo thành.

Câu 5: Phân kali KCl sản xuất được từ quặng sinvinit thường chỉ chứa 50% K2O. Tính hàm lượng % của KCl trong phân bón đó

Câu 6: Phân lân suphephotphat kép thực sản  xuất được thường chỉ chứa 40% P2O5. Tính hàm lượng % của Ca(HPO4)2 trong phân đó.

Câu 7 Trộn lẫn 100ml dung dịch NaOH 1M với 50ml dung dịch H3PO4 1M. Tính nồng độ mol/l của muối trong dung dịch thu được.

Câu 10: Từ 6.2 kg có thể điêu chế được bao nhiêu kg H3PO4 giả sử hiệu suất các giai đoạn lần lược là 70% và 90%.

Câu 11: Viết phản ứng xãy ra khi quẹt que diêm.

Câu 12: Nhiệt phân 29,78g hỗn hợp gồm An(NO3)3 và AgNO3 được 8,4 lít hỗn hợp khí đktc và chất rắn A.

a)     viết phương trình phản ứng xảy ra.

b)    Tính phần trăm các chất trong hỗn hợp đầu.

c)     Nếu cho chất rắn trên tác dụng với HNO3 (l) thì thu được bao nhiêu lít khí NO(đktc)

Câu 13: Hoàn thành các chuyển hóa sau:

a. Ca3(PO4)2

+⃗SiO2+C , 12000

A +⃗Ca , to

B +⃗HCl

C +⃗Ot o

D

b. Quặng photphorit Photpho điphôtpho pentaoxit axit phophoric amoni photphat axit photphoric canxi photphat

c. H2PO4- + ? HPO4

2- + ? HPO42- + ? H2PO4

- + ?

Câu 14: Hãy lập thành một dãy biến hóa rồi viết phương trình theo dãy:

Ag3PO4, Ca3(PO4)2, H3PO4, P2O5, P, PH3, Ca3P2 và Na3PO4

Câu 15: Quặng chứa hàm lượng 35% Ca3(PO4)2. tính hàm lượng P2O5 trong 10 tấn quặng trên.

Câu 16: bằng phản ứng hóa học hãy nhận biết các chất sau: Na2SO4, NaNO3, Na2S và Na3PO4

Câu 17: Cho 40g dung dịch NaOH 10% tác dụng với 10g H3PO4 39,2%. Tính khối lượng muối tạo thành.

211

Câu 18: Phân kali KCl sản xuất được từ quặng sinvinit thường chỉ chứa 50% K2O. Tính hàm lượng % của KCl trong phân bón đó

Câu 19: Phân lân suphephotphat kép thực sản xuất được thường chỉ chứa 40% P2O5. Tính hàm lượng % của Ca(HPO4)2 trong phân đó.

Câu 20: Trộn lẫn 100ml dung dịch NaOH 1M với 50ml dung dịch H3PO4 1M. Tính nồng độ mol/l của muối trong dung dịch thu được.

Câu 21: Từ 6,2 kg có thể điêu chế được bao nhiêu kg H3PO4 giả sử hiệu suất các giai đoạn lần lược là 70% và 90%.

Câu 22: Đốt cháy hoàn toàn 6,2g photpho trong oxi dư. Cho sản phẩm tạo thành tác dụng vừa đủ với dung dịch NaOH 32%, tạo thành muối Na2HPO4

a. Viết phương trình phản ứng

b. Tính khối lượng NaOH cần dùng

c. Tính nồng độ phần trăm của muối trong dung dịch thu được.

Câu 23: Để trung hòa hoàn toàn dung dịch thu được khi thủy phân 4,54g photpho halogenua cần dùng 55ml dung dịch NaOH 3M. Xác định công thức của phốtpho trihalogen đó, biết rằng phản ứng thủy phân tạo ra hai axit, trong đó có axit H3PO3 là axit hai nấc.

Câu 24: Thêm 6g P2O5 vào 25ml dung dịch H3PO4 6,0%( d=1,03g/ml). Tính khối lượng phần trăm của H3PO4 trong dung dịch thu được.

Câu 25: Nhận biết HCl, HNO3 và H3PO4

Câu 26: Cho dung dịch chứa 11,76g H3PO4 vào dung dịch chứa 16,80g KOH. Tính khối lượng muối thu được và phần trăm của dung dịch sau phản ứng.

Câu 27: Từ không khí than và nước, các chất vo cơ cần thiết viết phản ứng điều chế NH4NO3

Câu 28: Hoàn thành các phản ứng sau và cân bằng:

a. Fe + HNO3(đđ, nóng)

b. HNO3(l) + Fe NO

c. HNO3(l) + Al N2O

d. P + HNO3 NO2 + H3PO4

e. Cu + HNO3(l) NO + N2O

f. Zn + HNO3 không có khí

156

g. Cu2S + HNO3(l) Cu(NO3)2 + NO + CuSO4 + ?

h. FeS + HNO3 Fe(NO3)3 +NO + H2SO4 + ?

Câu 29: Hoàn thành các chuyển hóa sau:

a.NH3

+⃗CuO .to A(khí)

+⃗H 2 , t , p, xt NH 3 +⃗O2 , to .xtC +⃗O2 D

+⃗O+H 2OE

+⃗NaO G t⃗ H( rắn)

+⃗ X (1) NO +⃗X (2 )NO2⃗ +X+ HO(3)Y +⃗Z ( 4 )Cu( NO3 )2

b. N2

+⃗H 2(5 )M +⃗X (6) NO +⃗X (7 ) NO2+⃗ X+HO( 8)Y +⃗M ( 9) NH 4 NO3

c. Cu 1⃗0CuO 9⃗Cu( NO3 ) 8⃗ HNO3 6⃗,7 NO2 5⃗ NO 4⃗ NH 2⃗,3 N2 1⃗ NO

Câu 30: Cho 13,5 gam nhôm tác dụng vừa đủ với 2,2 lít HNO3, phản ứng tạo muối nhôm và một hỗn hợp khí NO và N2O. Tính nồng độ mol của dung dịch HNO3. Biết rằng tỉ khối của hỗn hợp khí đối với H2 là 19,2.

Câu 31: Trình bày phương pháp hóa học để phân biệt: NH3, (NH4)2SO4, NH4Cl, Na2SO4.

Câu 32: Hòa tan hoàn toàn 12,4 gam hổn hợp A gồm Fe và Cu bằng dung dịch HNO 3

dư thu được 3,36 lít khí NO( sản phẩm khử duy nhất) ở điều kiện tiêu chuẩn và dung dịch B.

a) Tính phần trăm khối lượng mỗi kim loại trong hổn hợp A.

b) Tính khối lượng muối trong B.

c) Tính thể tích dung dịch HNO3 0,2M đã dùng.

Câu 33: Hòa kẽm trong dung dịch HNO3 loãng dư, thu được dung dịch A và hỗn hợp khí N2 và N2O. Sau phản ứng kết thúc, thêm NaOH dư vào dung dịch A, thấy có mùi khai bay ra. Hãy viết các phản ứng xảy ra.

Câu 34: Đốt cháy hoàn toàn 4,4g một sunfua kim loại có công thức MS( M là kim loại có hóa trị +2 và + 3 trong các hợp chất) trong lượng oxi dư. Chất rắn thu được sau phản ứng được hòa tan trong một lượng vừa đủ dung dịch HNO3 37,8%. Nồng độ phần trăm của muối trong dung dịch thu được là 41,7%.

a. Xác định công thức của sunfua kim loại

b. Tính khối lượng dung dịch HNO3 đã dùng

211

Câu 35: Chất khí A có mùi khai, phản ứng với khí clo theo hai cách káhc nhau sau đây, tùy theo điều kiện phản ứng.

1. Trong trường hợp dư khí A thì xảy ra phản ứng sinh ra chất rắn C và khí D.

8A + 3Cl2 6C + D

2. Trong trường hợp dư khí Cl2 thì phản ứng sinh ra khí D và khí E

2A + 3Cl2 D + 6E

Chất rắn C màu trắng, khi đốt bị phân hủy thuận nghịch, biến thành chất A và chất E. Khối lượng riêng của D là 1,25g/ml(đktc). Hãy xác định A,B,C và D, viết phương trình phản ứng

Câu 36: Phân kali clorua sản xuất từ quặng xinvinit thường chỉ ứng với 50% K2O. Tính hàm lượng % của KCl trong phân bón trên.

Câu 37: Tính khối lượng H2SO4 65% dùng để điều chế được 500kg supephotphat kép?

Câu 38: Tính khối lượng NH3 và dung dịch HNO3 45% đủ để điều chế 100kg phân đạm NH4NO3?

Câu 39: Cho 1,98gam (NH4)2SO4 tác dụng hết với dd NaOH thu được một sản phẩm khí. Hòa tan khí này vào dd chứa 5,88g H3PO4. Tính khối lượng muối thu được.

Câu 40: Một lượng 8,32g Cu tác dụng vừa đủ với 240ml dung dịch HNO3, cho 4,928 lít khí (đktc) hỗn hợp gồm 2 khí là NO vag NO2 bay ra.

a. Tính số mol mỗi khí

b. Tính nồng độ mol/l của dung dịch axit ban đầu

Câu 41: Cho 60g một kim loại nhóm IIA khi tác dụng hoàn toàn với Nitơ tạo thành chất rắn( nitrua). Chất rắn này tác dụng với nước tạo thành NH3 và hiđrôxit kim loại. Oxi hóa khí này bằng O2 không khí ở 900oC có xức tác, thu được 21,96 lít(đktc) khí không màu. Hiệu suất phản ứng oxi hóa này là 98%. Xác định tên kim loại.

156

Trắc nghiệm tổng hợpBÀI TẬP TRẮC NGHIỆM 1

1. Kh¸i niÖm nµo sau ®©y lµ kh¸c lo¹i?

A. §ång vÞ. B. Thï h×nh.

C. C«ng thøc ph©n tö. D. §¬n chÊt.

2. Cho s¬ ®å biÓu diÔn chu tr×nh cña cacbon trong tù nhiªn:

Quan s¸t s¬ ®å vµ cho biÕt nhËn ®Þnh nµo

sau ®©y lµ ®óng nhÊt? Lîng CO2 trong

kh«ng khÝ ®îc ®iÒu tiÕt bëi:

A. c©y xanh.

B. c©n b»ng ho¸ häc gi÷a CO2, CaCO3 vµ

Ca(HCO3)2 trong níc biÓn.

C. h¹n chÕ sö dông c¸c nhiªn liÖu ho¸ th¹ch theo c«ng íc quèc tÕ.

D. c¶ A, B vµ C ®Òu ®óng.

3. HiÖu øng nhµ kÝnh lµ hiÖn tîng Tr¸i ®Êt ®ang Êm dÇn lªn, do c¸c

bøc x¹ cã bíc sãng dµi trong vïng hång ngo¹i bÞ gi÷ l¹i, mµ kh«ng

bøc x¹ ra ngoµi vò trô. ChÊt khÝ nµo sau ®©y lµ nguyªn nh©n g©y

ra hiÖu øng nhµ kÝnh?

A. H2. B. N2.

C. CO2. D. O2.

4. HËu qu¶ cña viÖc Tr¸i ®Êt ®ang Êm dÇn lªn lµ hiÖn tîng b¨ng tan

ë hai cùc. C¸c nói b¨ng xa kia, nay chØ cßn lµ c¸c chám b¨ng

Xem ¶nh:

211

H·y lùa chän nh÷ng ¶nh hëng cã thÓ x¶y ra khi Tr¸i ®Êt Êm lªn,

trong sè c¸c dù b¸o sau:

A. NhiÒu vïng ®Êt thÊp ven biÓn sÏ bÞ nhÊn ch×m trong níc biÓn.

B. KhÝ hËu Tr¸i ®Êt thay ®æi.

C. Cã nhiÒu trËn b·o lín nh b·o Katrina.

D. A, B, C ®Òu ®óng.

5. Kim c¬ng vµ than ch× lµ c¸c d¹ng thï h×nh cña nguyªn tè

cacbon. Kim c¬ng cøng nhÊt trong tù nhiªn, trong khi than ch×

mÒm ®Õn møc cã thÓ dïng ®Ó s¶n xuÊt lâi bót ch× 6B, dïng ®Ó kÎ

m¾t. §iÒu gi¶i thÝch nµo sau ®©y lµ ®óng?

A. Kim c¬ng cã cÊu tróc tinh thÓ d¹ng tø diÖn ®Òu, than ch×

cã cÊu tróc líp, trong ®ã kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c líp kh¸ lín.

B. Kim c¬ng cã liªn kÕt céng ho¸ trÞ bÒn, than ch× th× kh«ng.

C. §èt ch¸y kim c¬ng hay than ch× ë nhiÖt ®é cao ®Òu t¹o

thµnh khÝ cacbonic.

D. Mét nguyªn nh©n kh¸c.

6. Cacbon v« ®Þnh h×nh ®îc ®iÒu chÕ tõ than gç hay g¸o dõa cã

tªn lµ than ho¹t tÝnh. TÝnh chÊt nµo sau ®©y cña than ho¹t tÝnh

gióp cho con ngêi chÕ t¹o c¸c thiÕt bÞ phßng ®éc, läc níc?

A. §èt ch¸y than sinh ra khÝ cacbonic.

B. HÊp phô c¸c chÊt khÝ, chÊt tan trong níc.

C. Khö c¸c chÊt khÝ ®éc, c¸c chÊt tan trong níc.

D. TÊt c¶ c¸c ph¬ng ¸n A, B, C.

7. Khi xÐt vÒ khÝ cacbon ®ioxit, ®iÒu kh¼ng ®Þnh nµo sau ®©y

lµ sai?

A. ChÊt khÝ kh«ng mµu, kh«ng mïi, nÆng h¬n kh«ng khÝ.

156

B. ChÊt khÝ chñ yÕu g©y ra hiÖu øng nhµ kÝnh.

C. ChÊt khÝ kh«ng ®éc, nhng kh«ng duy tr× sù sèng.

D. ChÊt khÝ dïng ®Ó ch÷a ch¸y, nhÊt lµ c¸c ®¸m ch¸y kim lo¹i.

8. ChÊt khÝ cacbon monoxit cã trong thµnh phÇn lo¹i khÝ nµo sau

®©y?

A. Kh«ng khÝ.

B. KhÝ tù nhiªn.

C. KhÝ má dÇu.

D. KhÝ lß cao.

9. Mïa ®«ng, khi mÊt ®iÖn líi quèc gia, nhiÒu gia ®×nh ph¶i sö

dông ®éng c¬ ®iezen ®Ó ph¸t ®iÖn, phôc vô nhu cÇu th¾p s¸ng,

ch¹y tivi...T¹i sao kh«ng nªn ch¹y ®éng c¬ ®iezen trong phßng

®ãng kÝn c¸c cöa? Bëi v×

A. tiªu thô nhiÒu khÝ O2 sinh ra khÝ CO2 lµ mét khÝ ®éc.

B. tiªu thô nhiÒu khÝ O2, sinh ra khÝ CO lµ mét khÝ ®éc.

C. nhiÒu hi®rocacbon cha ch¸y hÕt lµ nh÷ng khÝ ®éc.

D. sinh ra khÝ SO2.

10. Trong c¸c ph¶n øng ho¸ häc sau, ph¶n øng nµo sai?

A. 3CO + Fe2O3 3CO2 + 2Fe

B. CO + Cl2 COCl2

C. 3CO + Al2O3 2Al + 3CO2

211

D. 2CO + O2 2CO2

11. HÊp thô hoµn toµn 2,24 lit CO2 (®ktc) vµo dung dÞch níc v«i

trong cã chøa 0,075 mol Ca(OH)2. S¶n phÈm thu ®îc sau ph¶n øng

gåm:

A. ChØ cã CaCO3.

B. ChØ cã Ca(HCO3)2

C. C¶ CaCO3 vµ Ca(HCO3)2

D. Kh«ng cã c¶ hai chÊt CaCO3 vµ Ca(HCO3)2.

12. Mét cèc thuû tinh ®ùng kho¶ng 20ml níc cÊt. Cho mét mÊu giÊy

quú tÝm vµo cèc níc, mµu tÝm kh«ng thay ®æi. Sôc khÝ cacbon

®ioxit vµo cèc níc, mÈu giÊy chuyÓn sang mµu hång. §un nãng cèc

níc, sau mét thêi gian mÈu quú l¹i chuyÓn thµnh mµu tÝm. Gi¶i

thÝch nµo sau ®©y lµ ®óng?

A. Níc cÊt cã pH = 7.

B. Dung dÞch axit H2CO3 cã pH < 7.

C. Axit H2CO3 kh«ng bÒn, khi ®un nãng ph©n huû thµnh CO2

vµ níc.

D. A, B, C ®Òu ®óng.

13. Trong mét b×nh kÝn dung tÝch 16 lit chøa hçn hîp CO, CO2 vµ

O2 d. ThÓ tÝch O2 nhiÒu gÊp ®«i thÓ tÝch CO. BËt tia löa ®iÖn ®Ó

®èt ch¸y hoµn toµn hçn hîp, thÓ tÝch khÝ trong b×nh gi¶m 2 lÝt

(c¸c thÓ tÝch khÝ trong b×nh ®îc ®o ë cïng ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é vµ

¸p suÊt). Thµnh phÇn % theo thÓ tÝch cña CO, CO2 vµ O2 trong hçn

hîp ban ®Çu lµ gi¸ trÞ nµo sau ®©y:

A. 25%, 50% vµ 25%. B. 15%, 30% vµ 55%.

C. 20%, 40% vµ 40%. D. 25%, 25% vµ 50%.

14. Cho 24,4g hçn hîp Na2CO3, K2CO3 t¸c dông võa ®ñ víi dung dÞch

BaCl2 . Sau ph¶n øng thu ®îc 39,4g kÕt tña. Läc t¸ch kÕt tña, c« c¹n

156

dung dÞch thu ®îc m(g) muèi clorua. VËy m cã gi¸ trÞ lµ:

A. 2,66g B. 22,6g C. 26,6g D. 6,26g

15. C«ng thøc ph©n tö CaCO3 t¬ng øng víi thµnh phÇn ho¸ häc

chÝnh cña lo¹i ®¸ nµo sau ®©y:

A. ®¸ ®á . B. ®¸ v«i.

C. ®¸ mµi. D. ®¸ tæ ong.

16. Tªn gäi chÊt nµo sau ®©y chøa CaCO3 trong thµnh phÇn ho¸

häc?

A. §«l«mit. B. C¸cnalit.

C. Pirit. D. Xi®erit.

17. XÐt c¸c muèi cacbonat, nhËn ®Þnh nµo sau ®©y lµ ®óng?

A. TÊt c¶ c¸c muèi cacbonat ®Òu tan trong níc.

B. TÊt c¶ c¸c muèi cacbonat ®Òu bÞ nhiÖt ph©n t¹o ra oxit

kim lo¹i vµ cacbon ®ioxit.

C. TÊt c¶ c¸c muèi cacbonat ®Òu bÞ nhiÖt ph©n, trõ muèi

cacbonat cña kim lo¹i kiÒm.

D. TÊt c¶ c¸c muèi cacbonat ®Òu kh«ng tan trong níc.

18. Cho c¸c ion vµ chÊt sau:

1. HCO3- 2. K2CO3 3. H2O 4. Cu(OH)2

5. HPO4- 6. Al2O3 7. NH4Cl 8. HSO3

-

Theo Bronsted, chÊt, ion lìng tÝnh lµ:

A. 1, 2, 3

B. 4, 5, 6

211

C. 1, 3, 5, 6, 8

D. 2, 4, 6, 7

19. HiÖn tîng x¶y ra khi trén dung dÞch Na2CO3 víi dung dÞch FeCl3

lµ:

A. XuÊt hiÖn kÕt tña mµu ®á n©u.

B. Cã c¸c bät khÝ tho¸t ra khái dung dÞch.

C. XuÊt hiÖn kÕt tña mµu lôc nh¹t.

D. A vµ B ®óng.

20. ChÊt nµo díi ®©y gãp phÇn nhiÒu nhÊt vµo sù h×nh thµnh ma

axit?

A. Cacbon ®ioxit.

B. Lu huúnh ®ioxit.

C. Ozon.

D. DÉn xuÊt clo cña hi®rocacbon.

21. XÐt c¸c cÆp chÊt nµo sau ®©y:

1. CH3COOH + CaCO3 2. C17H35COONa + H2SO4

3. CO2 + dd NaCl 4. C17H35COONa + Ca(HCO3)2

CÆp kh«ng x¶y ra ph¶n øng ho¸ häc lµ cÆp nµo trong sè sau:

A. 1 B. 2 C. 3 D. 4

22. Bª t«ng cèt thÐp lµ lo¹i vËt liÖu x©y dùng rÊt quan träng, cã

øng dông rÊt réng r·i. LÝ do nµo khiÕn cho viÖc øng dông bª t«ng

cèt thÐp trë nªn phæ biÕn trong c«ng nghiÖp x©y dùng ?

A. ThÐp vµ bª t«ng cã hÖ sè gi·n në nhiÖt b»ng nhau.

B. Bª t«ng cèt thÐp lµ lo¹i vËt liÖu x©y dùng rÊt bÒn.

C. Bª t«ng cèt thÐp lµ lo¹i vËt liÖu x©y dùng rÊt ®¾t tiÒn.

156

D. A, B ®Òu ®óng.

23. ChÊt nµo sau ®©y kh«ng ph¶i lµ nguyªn liÖu cña c«ng nghiÖp

s¶n xuÊt xi m¨ng ?

A. §Êt sÐt. B. §¸ v«i.

C. C¸t. D. Th¹ch cao.

24. Thuû tinh lµ chÊt r¾n cã cÊu tróc v« ®Þnh h×nh. TÝnh chÊt nµo

sau ®©y kh«ng ph¶i lµ cña thuû tinh?

A. Trong suèt.

B. Kh«ng cã ®iÓm nãng ch¶y cè ®Þnh.

C. Cho ¸nh s¸ng mÆt trêi ®i qua, nhng gi÷ l¹i bøc x¹ hång

ngo¹i.

D. Thuû tinh r¾n, dÎo.

25. C«ng nghiÖp silicat lµ ngµnh c«ng nghiÖp chÕ biÕn c¸c hîp chÊt

cña silic. Ngµnh s¶n xuÊt nµo sau ®©y kh«ng thuéc vÒ c«ng

nghiÖp silicat?

A. S¶n xuÊt ®å gèm (g¹ch, ngãi, sµnh, sø).

B. S¶n xuÊt xi m¨ng.

C. S¶n xuÊt thuû tinh.

D. S¶n xuÊt thuû tinh h÷u c¬.

26. Boxit nh«m cã thµnh phÇn chñ yÕu lµ Al2O3 lÉn c¸c t¹p chÊt lµ

SiO2 vµ Fe2O3. §Ó lµm s¹ch Al2O3 trong c«ng nghiÖp cã thÓ sö dông

c¸c ho¸ chÊt nµo sau ®©y:

A. Dung dÞch NaOH ®Æc vµ khÝ CO2.

B. Dung dÞch NaOH ®Æc vµ axit HCl.

C. Dung dÞch NaOH ®Æc vµ axit H2SO4.

D. Dung dÞch NaOH ®Æc vµ axit CH3COOH.

211

27. Trong c¸c ph¶n øng ho¸ häc sau, ph¶n øng nµo sai?

A. SiO2 + 4HF SiF4 + 2H2O

B. SiO2 + 4HCl SiCl4 + 2H2O

C. SiO2 + 2C Si + 2CO

D. SiO2 + 2Mg 2MgO + Si

28. Cho c¸c oxit: SiO2, CaO, Fe2O3, CuO, Al2O3. §Ó ph©n biÖt tõng

oxit trªn, chØ ®îc dïng mét thuèc thö trong sè c¸c chÊt sau:

A. Dung dÞch NaOH.

B. H2O.

C. Dung dÞch HCl.

D. C¸c ph¬ng ¸n trªn ®Òu sai.

29. Ngêi ta thêng dïng c¸t (SiO2) lµm khu«n ®óc kim lo¹i. §Ó lµm

s¹ch hoµn toµn nh÷ng h¹t c¸t b¸m trªn bÒ mÆt vËt dông lµm b»ng

kim lo¹i cã thÓ dïng dung dÞch nµo sau ®©y?

A. Dung dÞch HCl.

B. Dung dÞch HF.

C. Dung dÞch NaOH lo·ng.

D. Dung dÞch H2SO4.

Híng dÉn tr¶ lêi vµ ®¸p sè

1. A 6. D 11. C 16. D 21. A 26. B

2. D 7. D 12. B 17. C 22. C 27. D

3. D 8. C 13. B 18. A 23. C 28. C

4. D 9. B 14. C 19. D 24. C 29. D

156

5. D 10. A 15. B 20. C 25. B

BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM 2

1. Cacbon phản ứng được với nhóm chất nào sau đây:

A. Fe2O3, Ca, CO2, H2, HNO3 đặc, H2SO4 đặc.B. CO2, Al2O3, Ca, CaO, HNO3 đặc, H2SO4 đặc.C. Fe2O3, MgO, CO2, HNO3 đặc, H2SO4 đặc.D. CO, H2O, CaO, HNO3 đặc, H2SO4 đặc.

2. SiO2 (silic đioxit) phản ứng được với tất cả các chất nào sau đây:

A. Mg, C, HF, Na2CO3, NaOH.B. C, NaOH, MgO.C. Mg, CO2, MgCO3, HCl.D. MgO, C, Na2CO3, NaOH.

3. Trong mạng tinh thể của than chì có (các) loại liên kết:

A. Liên kết cộng hóa trịB. Liên kết ion, liên kết cộng hoá trịC. Liên kết cộng hóa trị, liên kết Van der Waals.D. Liên kết ion.

4. 3MgO.2SiO2.2H2O là công thức của khoáng vật nào?

A. XecpentinB. MagiezitC. FenspatD. Magiesilixua

5. Cho một ít dung dịch phenolphtalein vào dung dịch NH3 loãng ta thu được dung dịch A. Cho vào dung dịch A một ít dung dịch thì màu của dung dịch A thay đổi như thế nào?

A. Không đổi màu

B. Màu hồng nhạt dần rồi mất đi

C. Màu hồng đậm hơn

211

D. Màu hồng chuyển sang màu vàng

6. Chất nào sau đây có thành phần phần trăm khối lượng Silic cao nhất?

A. Thủy tinh thườngB. Cao lanhC. FenspatD. Xecpentin

7. Công thức của khoáng vật đolomit và fenspat là:

A. CaCO3.MgCO3; .CaO.6SiO2

B. CaCO3.MgCO3; .Al2O3.6SiO2

C. MgCO3; Al2O3.2SiO2.2H2OD. MgCO3, .Al2O3.6SiO2

8. Loại than nào sau đây không có trong thiên nhiên?

A. Than chì B. Than cốc C. Than antraxit D. Than nâu

9. Cho các chất sau:

(1) Magie oxit(2) Cacbon(3) Acid flohidric(4) Natri cacbonat(5) Magie cacbonat(6) Natri hidroxit(7) MagieSilic phản ứng với tất cả các chất trong nhóm nào sau đây:

A. (1), (2), (3), (4), (5).B. (2), (6), (7).C. (2), (3), (6), (7).D. (1), (2), (4), (6).

10. Kim cương và than chì là các dạng thù hình của nguyên tố cacbon. Kim cương cứng nhất trong tự nhiên, trong khi than chì mềm đến mức có thể dùng để sản xuất lõi bút chì 6B, dùng để kẻ mắt. Điều giải thích nào sau đây là đúng?

A. Kim cương có cấu trúc tinh thể dạng tứ diện đều, than chì có cấu trúc lớp, trong đó khoảng cách giữa các lớp khá lớn.

156

B. Kim cương có liên kết cộng hoá trị bền, than chì thì không.C. Đốt cháy kim cương hay than chì ở nhiệt độ cao đều tạo thành khí cacbonicD. Một nguyên nhân khác.

11. Mùa đông, khi mất điện lưới quốc gia, nhiều gia đình phải sử dụng động cơ điezen để phát điện, phục vụ nhu cầu thắp sáng, chạy tivi...Tại sao không nên chạy động cơ điezen trong phòng đóng kín các cửa? Bởi vì:

A. Tiêu thụ nhiều khí O2 sinh ra khí CO2 là một khí độc.B. Tiêu thụ nhiều khí O2, sinh ra khí CO là một khí độc.C. Nhiều hiđrocacbon chưa cháy hết là những khí độc.D. Sinh ra khí SO2.

12. Sứ là vật liệu cứng xốp, có màu trắng, gõ kêu. Phối liệu để sản xuất sứ gồm:

A. Cao lanh, fenspat, thạch anh, một số oxit kim loại.B. Đất sét, cát, men, thuỷ tinhC. Canxi aluminat, canxi silicat, oxit kim loại.D. Bột samốt, CaO, SiO2, đất sét.

13. Silic phản ứng được với các chất nào sau?

A.O2 , C, F2 , Mg, HCl, NaOH.B.O2 , C, Cl2, Mg, NaOH, HF.C.O2 , C, F2, Mg, HCl, MgCO2.D.O2, C, Cl2, Mg, HBr, NaOH.

14. Trong nhóm IVA:

A. Tính kim loại giảm dần từ Pb đến C.B. Ngoài khả năng tạo liên kết cộng hoá trị với nguyên tử của các nguyên tố khác, các nguyên tử cacbon silic gecmani còn có thể hiện liên kết với nhau tạo thành mạch.C. Gecmani vừa thể hiện tính kim loại vừa có phi kim.D. Sn, Pb là kim loại nên tuy có 4 electron lớp ngoài cùng nhưng chỉ có 2 electron hoá trị.

Tìm câu sai.

15. Làm sạch dung dịch HNO3 có lẫn HCl bằng dung dịch chất nào sau đây :

A. BaCl2

B. Ba(NO3)2

C. CaCl2

D. AgNO3

211

16. Công thức đúng của magiê photphua là :

A. Mg3P2

B. Mg2P2O7

C. Mg3P4

D. Mg3(PO4)2

17. Có 4 dung dịch đựng trong 4 lọ mất nhãn : (NH4)2SO4 , NH4Cl , Na2SO4, HNO3, có thể dùng thuốc thử nào sau đây để phân biệt 4 dung dịch trên :

A. Dung dịch AgNO3

B. Dung dịch NaOHC. Dung dịch BaCl2

D. Dung dịch Ba(OH)2

18. Từ NH3 điều chế HNO3 qua bao nhiêu giai đoạn :

A. 2B. 3C. 4D. 5

19. Cho 0,3 mol NaOH tác dụng với 0,2 mol H3PO4 muối thu được là :

A. Na3PO4 , NaHPO4

B. NaH2PO4 , NaHPO4 , Na3PO4

C. NaH2PO4 , NaHPO4

D. Na3PO4

20. Cho kim loại Cu vào dung dịch HNO3 đặc thấy hiện tượng :

A. Dung dịch không màu có khí màu nâu bay raB. Có khí màu nâu bay ra, dung dịch có màu xanhC. Dung dịch có màu xanh, có khí mùi khai bay raD. Dung dịch không màu, có khí không màu bay ra

21. Ở điều kiện thường photpho có độ hoạt động hóa học mạnh hơn nitơ vì :

A. Nguyên tử photpho có độ âm điện nhỏ hơn nitơB. Nguyên tử photpho có obitan 3d còn trống, nguyên tử nitơ thì không cóC. Liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử photpho kém bền hơn liên kết gữa các nguyên tử trong phân tử nitơD. Photpho ở trạng thái rắn, nitơ ở trạng thái khí

156

22. Dung dịch NH3 có màu đỏ khi được hòa tan với dung dịch phenolphtalein :

A. Dung dịch mất màu khi đun nóngB. Dung dịch có màu đậm hơn khi đun nóngC. Dung dịch mất màu khi thêm dung dịch Na2CO3 vàoD. Dung dịch không đổi màu khi đun nóng

23. Mệnh đề nào sau đây là không đúng :

A. Tất cả muối nitrat đều tanB. Tất cả muối amôni đều tanC. Muối amôni clorua không có tính thăng hoaD. Khi nhiệt phân muối amôni thu được khí amôniac

24. Thuốc nổ đen là hỗn hợp của các chất :

A. KNO3 , C , S B. KClO3 , CC. KClO3 , C , S D. KNO3 , S

25. Để phân biệt 3 axit HCl , HNO3 , H3PO4 đựng riêng trong 3 lọ mất nhãn có thể dùng thuốc thử :

A. Dung dịch AgNO3, CuB. CuC. BaCl2

D. Qùi tím

26. Phương trình hóa học của phản ứng Pb với HNO3 đặc , tổng các hệ số cân bằng phản ứng là :

A. 20

B. 8C. 18D. 10

27. Trong phòng thí nghiệm , khí NH3 có thể điều chế bằng cách :

A. Đun nóng muối amôni với Ca(OH)2

B. Nhiệt phân muối amôni

C. Đun nóng hỗn hợp NH4Cl với NaNO3

D. Tổng hợp N2 và H2 ở nhiệt độ , áp suất , xúc tác thích hợp

211

28. Để đề phòng bị nhiễm độc CO , người ta sử dụng mặt nạ với chất hấp phụ là :

A. CuO và MnO2

B. Cuo và than hoạt tính

C. CuO và MgO

D. Than hoạt tính

29. Silic phản ứng được với nhóm chất nào sau đây :

A. O2 , C , F2 , Mg , HCl , NaOHB. O2, C , F2 , Mg , NaOH C. O2 , C , F2 , Mg , HCl , KOHD. O2 , C , Mg , NaOH , HCl

30. Cho dung dịch các muối NH4HCO3 , Na2CO3 , (NH4)2CO3 có cùng nồng độ mol. Sắp xếp các dung dịch này theo thứ tự tăng dần :

A. (NH4)2CO3 < NH4HCO3 < Na2CO3

B. NH4HCO3 < (NH4)2CO3 < Na2CO3

C. Na2CO3 < NH4HCO3 < (NH4)2CO3

D. (NH4)2CO3 < Na2CO3 < NH4HCO3

31. So sánh độ tan trong nước của CH4 , CO2 và SO2. Sắp xếp theo thứ tự độ tan tăng dần

A. CH4 < SO2 < CO2

B. CH4 < CO2 < SO2

C. CO2 < SO2 < CH4

D. SO2 < CO2 < CH4

32. Trong các đơn chất được tạo thành bởi các nguyên tố nhóm cacbon. Các kim loại là:

a. C và Si b. Sn và Pb

c. Si và Ge d. Si và Sn

33. Điều nào sau đây không đúng đối với pảhn ứng giữa cacbon monoxit và oxi:

a. Tỏa nhiệt c. Kèm theo sự giảm thể tích

b. Thu nhiệt d. Không xảy ra ở nhiệt độ thường.

34. Tính oxi hóa của cacbon thể hiện ở phản ứng nào?

a. C + O2 CO2 c. C + CuO Cu + CO2

156

b. 3C + 4Al Al4C3 d. C + H2O CO + H2

35. Để loại khí CO2 có lẫn trong hỗn hợp CO ta dùng phương pháp nào sau đây:

a. Cho qua dung dịch HCl

b. Cho qua dung dịch H2O

c. Cho qua dung dịch Ca(OH)2

d. Cho hỗn hợp qua Na2CO3

36. Cacbon phản ứng với dãy nào sau đây:

a. Na2O, NaOH và HCl

b. Al, HNO3 và KClO3

c. Ba(OH)2, Na2CO3 và CaCO3

d. NH4Cl, KOH và AgNO3

37. Tủ lạnh dùng lâu có mùi hôi, ta có thể cho vào tủ lạnh một ít cục than gỗ (xốp) để khử mùi hôi đó là do.

a. Than gỗ có thể hấp thụ mùi hôi

b. Than gỗ tác dụng với mùi hôi để biến thành chất khác

c. Than gỗ sinh ra chất hấp thụ mùi hôi

d. Than gỗ sinh ra mùi khác hấp thụ mùi hôi.

38. Từ một tấn than chứa 92% cacbon có thể thu được 1460m3 khí CO(đktc) theo sơ đồ sau: 2C + O2 2CO . Hiệu suất phản ứng là:

a. 80% b. 85% c. 70% d. 75%

39. Khí CO không khử được khí nào sau đây:

a. CuO b. CaO c. Al2O3 d. cả b và c

40. Khí CO2 không thể dập tắt đám cháy chất nào sau đây:

a. Magie b. Cacbon c. Photpho d. Metan

41. Khi xục khí CO2 vào nước và cho vào đó vài gịot quỳ tím thì quỳ có màu gi:

a. Xanh b. Tím c. Đỏ d. Mùa hồng

42. Hòa tan muối cacbonat vào nước được dung dịch A. pH của dung dịch A là:

a. 7 b. < 7 c. > 7 d. Không xác định

43. Thổi khí CO2 vào dung dịch Ca(OH)2 dư thì muối thu đựơc là:

211

a. Ca(HCO3)2 b. CaCO3 c. Cả a và b d. Không xác định.

44. Thổi khí CO2 dư vào dung dịch NaOH ta thu được muối gì?

a. Na2CO3 c. cả hai muối

b. NaHCO3 d. không xác định

45. Để loại bỏ khí SO2 có lẫn khí CO2 có thể dùng hóa chất nào sau đây:

a. Dung dịch Ca(OH)2 b. CuO

c. dd Brom d. Dung dịch NaOH

46. Để tách khí CO2 ra khỏi hỗn hợp với HCl và hơi nước, có thể cho hỗn hợp lần lược qua các bình đựng:

a. NaOH và H2SO4 đặc b. Na2CO3 và P2O5

c. H2SO4 đặc và KOH d. NaHCO3 và P2O5

47. Tìm câu sai trong các câu sau:

a. dd muối Na2CO3 có pH>7 b. dd muối Na2CO3 có pH = 7

c. dd muối Na2SO4 có pH = 7 d. dd KOH có pH > 7

48. Sục 1,12 lít khí CO2(đktc) vòa 200ml dung dịch Ba(OH)2 0,2M. Khối lượng kết tủa thu được là:

a. 78,8g b. 98,5g c. 5,91g d. 19,7g

49. Cho 455g hỗn hợp hai muối cacbonat của hai kim loại kiềm ở hai chu kỳ liên tiếp tác dụng hết với HCl 1M vừa đủ tạo ra 1,12lít CO2(đktc)

1. Hai kim loại trên là:

a. Li và Na b. Na và K c. K và Rb d. Rb và Cs

2. Thể tích HCl cần dùng là:

a. 0,05lit b. 0,1lit c. 0,2 lit d. 0,15lit

50. Sục 2,24lít CO2(đktc) vào 400ml dung dịch A chứa NaOH 1M và Ca(OH)2 0,01M thu được kết tủa có khối lượng là:

a. 10g b. 0,4g c. 4g d. 12,6g

51. Cho hỗn hợp gồm CuO, MgO, PbO và Al2O3 qua than nung nóng thu được hỗn hợp rắn A. Chất rắn A gồm:

a. Cu, Al, MgO và Pb b. Pb, Cu, Al và Al

c. Cu, Pb, MgO và Al2O3 d. Al, Pb, Mg và CuO

156

52. Oxit cao nhất của cacbon có công thức là:

a. CO b. C2O3 c. CO2 d. C2O4

53. Cho 115g hỗn hợp ACO3, B2CO3 và R2CO3 tác dụng hết HCl dư thì thu được 0,896 lít CO2(đktc). Cô cạn dd sau phản ứng thu được chất rắn có khối lượng là:

a. 120g b. 115,44g c. 110g d. 116,22g

54. Có hiện tượng gì xảy ra khi nhỏ từ từ tới dư dung dịch NaOH vào dung dịch Ba(HCO3)2?

a. Không có hiện tượng gì

b. Có kết tủa trắng xuất hiện không tan trong NaOH dư

c. Có kết tủa trắng xuất hiện trong tan NaOH dư

d. Có sủi bột khí không màu thoát ra.

55. Thành phần chính của quặng đolômit là:

a. CaCO3.Na2CO3 b. MgCO3.Na2CO3

c. CaCO3.MgCO3 d. FeCO3.Na2CO3

56. Thuốc Nabica dùng chữa bệnh dạ dày chứa chất nào sau đây:

a. NaHCO3 b. Na2CO3

c. CaCO3 d. MgCO3

57. Loại than nào dùng làm chất độn khi lưu hóa cao su, sản xuất mực in, xi đánh dày:

a. Than chì b. Than cốc

c. Than gỗ d. Than muội

58. Trong các phản ứng hóa học cacbon thể hiện tính gì:

a. Tính khử b. Tính oxi hóa

c. Vừa khử vừa oxi hóa d. Không thể hiện tính khử và oxi hóa.

59. Dung dịch A làm quỳ tím hóa xanh, còn dung dịch nước của B không làm đổi màu quỳ tím. Trộn hai dung dịch lại thì xuất hiện kết tủa. A và B là:

a. NaOH và K2SO4 b. K2CO3 và Ba(NO3)2

c. KOH và FeCl3 d. Na2CO3 và KNO3

60. Cho khí CO2 tan vào nước cất có pha vài giọt quỳ tím. Màu quả dung dịch chuyển thành:

211

a. Xanh b. Tím

c. Đỏ d. Không màu

Sau khi đun nóng dung dịch một thời gian thì màu quả dung dịch là:

a. Xanh b. Tím

c. Đỏ d. Không màu

61. trong phòng thí nghiệm CO2 được điều chế bằng cách:

a. Nung CaCO3 b. Cho CaCO3 tác dụng HCl

c. Cho C tác dụng O2 d. Tất cả các phương án trên.

62. Vì sao người ta không dùng CO2 để dập các đốm cháy của kim loại có tính khử mạnh như( Mg. Al, Ca...)

a. Do không thể dập tắc được

b. Do CO2 tác dụng với các kim loại có tính khử mạnh

c. Do sau phản ứng tạo ra oxi cung cấp cho quá trình cháy

d. Cấu A và C đúng

63. Cho 5,6 lít CO2(đktc) đi qua 164ml dd NaOH 20%(d=1,22) thu được dd X. Cô cạn dd X thì thu được bao nhiêu gam muối:

a. 26,5g b. 15,5g c. 46,5g d. 31g

64. Cho từ từ dd Na2CO3 đến dư vào dung dịch HCl thu được dd có pH là:

a. 7 b. <7 c. > 7 d. Không xác định

65. Khử hoàn toàn 24g hỗn hợp CuO và Fe2O3 có tỉ lệ mol là 1:1 cần 8,96 lít CO(đktc). Phần trăm khối lượng của CuO và Fe2O3 trong hỗn hợp là:

a. 33,33% và 66,67% b. 66,67% và 33,33%

c. 40,33% và 59,67% d. 59,67% và 40,33%

66. Khi cho khí CO đi qua hỗn hợp CuO, FeO, Fe3O4, Al2O3 và MgO, sau phản ứng chất rắn thu được là:

a. Al và Cu b. Cu, Al và Mg

c. Cu, Fe, Al2O3 và MgO d. Cu, Fe, Al và MgO

67. Cho khí Co khử hoàn toàn hỗn hợp gồm FeO, Fe2O3, Fe3O4 thấy có 4,48 lít khí CO2(đktc) thoát ra. Thể tích khí CO(đktc) tham gia phản ứng là:

a. 1,12lít b. 2,24 lít

156

c. 3,36 lít d. 4,48 lít

68. Số oxi hóa cao nhất của Silic thể hiện ở hợp chất nào trong các chất sau đây:

a. SiO b. SiO2 c. SiH4 d. Mg2Si

69. Để khắc chử lên thủy tinh người ta dựa vào phản ứng nào sau đây:

a. SiO2 + Mg 2MgO + Si b. SiO2 + 2MaOH Na2SiO3 + CO2

c. SiO2 + HF SiF4 + 2H2O d. SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2

70. Phản ứng nào dùng để điều chế silic trong cồng nghiệp.

a. SiO2 + 2Mg Si + 2MgO b. SiO2 + 2C Si + 2CO

c. SiCl4 + 2Zn 2ZnCl2 + Si d. SiH4 Si + 2H2

71. Để sản xuất 100kg loại thủy tinh có công thưc Na2O.CaO.6SiO2 cần phải dùng bao nhiêu kg natri cacbonat, với hiệu suất là 100%.

a. 22,17kg b. 27,12kg

c. 25,15kg d. 20,92kg

72. Natri silicat có thể được tạo thành bằng cách nào sau đây:

a. Đun SiO2 với NaOH nóng chảy

b. Cho SiO2 tác dụng với dung dịch NaOH loãng

c. Cho K2SiO3 tác dụng với NaHCO3

d. Cho Si tác dụng với dung dịch NaCl

73. Nghiền thủy tinh loại thông thường rồi cho vào nước đã pha vài giọt qùy tím, thì nước có màu gì:

a. Màu tím b. Màu đỏ

c. Màu xanh d. không màu

74. Có hỗn hợp gồm Si và Al. Hỗn hợp này phản ứng được với dãy các dung dịch nào sau đây:

a. HCl, HF b. NaOH KOH

c. Na2CO3 và KHCO3 d. BaCl2 và AgNO3

75. Silic phản ứng với dãy chất nào sau đây:

a. CuSO4, SiO2 H2SO4 (l)

b. F2, Mg, NaOH

211

c. HCl, Fe(NO3)2, CH3COOH

d. Na2SiO3, Na3PO4, NaCl

76. Các silicat có thành phần CaO 73,7%, Sio2 26,3% và CaO 65,1% SiO2 34,9%. Trong mỗi chất silicat trên 1mol SiO2 kết hợp với bao nhiêu mol CaO

a. 3 và 2 mol CaO

b. 2 và 3 mol CaO

c. 3 và 1,5mol CaO

d. 2,8 và 2 mol CaO

77. Cho các axit sau H2CO3(1), H2SiO3 và HCl, dãy được sắp xếp đúng theo thứ tự tăng dần tính axit là:

a. 1<2<3 b. 2<1<3

c. 3<2<1 d. 2<1<3

BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM 3

1. Trong phân tử HNO3 có các loại liên kết là

A. liên kết cộng hoá trị và liên kết ion.              

B. liên kết ion và liên kết phối trí.

C. liên kết phối trí và liên kết cộng hoá trị. 

D. liên kết cộng hoá trị và liên kết hiđro.

2. Hoà tan hoàn toàn 12 gam hỗn hợp Fe, Cu (tỷ lê mol 1:1) bằng HNO3, thu được V lít (đktc) hỗn hợp khí X (gồm NO và NO2) và dung dịch Y (chỉ chứa 2 muối và axit dư). Tỉ khối của X so với H2 bằng 19. Giá trị của V là

            A. 3,36.                       B. 2,24.                             C. 5,60.                       D. 4,48.

3. HNO3 tinh khiết là chất lỏng không màu, nhưng dung dịch HNO3 để lâu thường ngả sang màu vàng là do.

            A. HNO3 tan nhiều trong nước.                        

B. khi để lâu thì HNO3 bị khử bởi các chất của môi trường.

            C. dung dịch HNO3 có tính oxi hóa mạnh.

            D. dung dịch HNO3 có hoà tan một lượng nhỏ NO2.

4. Các tính chất hoá học của HNO3 là

            A. tính axit mạnh, tính oxi hóa mạnh và tính khử mạnh.

            B. tính axit mạnh, tính oxi hóa mạnh và bị phân huỷ.

156

            C. tính oxi hóa mạnh, tính axit mạnh và tính bazơ mạnh.

            D. tính oxi hóa mạnh, tính axit yếu và bị phân huỷ.

5. HNO3 chỉ thể hiện tính axit khi tác dụng với các chất thuộc dãy nào dưới đây?

            A. CaCO3, Cu(OH)2, Fe(OH)2, FeO.              B. CuO, NaOH, FeCO3, Fe2O3.

            C. Fe(OH)3, Na2CO3, Fe2O3, NH3.                 D. KOH,  FeS, K2CO3, Cu(OH)2.

6. Khi cho hỗn hợp FeS và Cu2S phản ứng với dung dịch HNO3 dư sẽ thu được dung dịch chứa các ion

            A. Cu2+, S2-, Fe2+, H+, NO3-.                            B. Cu2+, Fe3+, H+, NO3

-.

           C. Cu2+, SO42-, Fe3+, H+, NO3

-.                         D. Cu2+, SO42-, Fe2+, H+, NO3

-.

7. HNO3 chỉ thể hiện tính oxi hóa khi tác dụng với các chất thuộc dãy nào dưới đây?

            A. Mg, H2S, S, Fe3O4, Fe(OH)2.                      B. Al, FeCO3, HI, CaO, FeO.

            C. Cu, C, Fe2O3, Fe(OH)2, SO2.                       D. Na2SO3, P, CuO, CaCO3, Ag.

8. Khi cho Mg tác dụng với dung dịch HNO3 loãng thu được Mg(NO3)2, H2O và

            A. NO2.                       B. NO.                         C. N2O3.                      D. N2.

9. Hoà tan hoàn toàn 24,3g Al vào dung dịch HNO3 loãng dư thu được V lít hỗn hợp khí (đktc) gồm NO và N2O có tỷ khối hơi so với H2 là 20,25. Giá trị của V là

            A. 6,72.                       B. 2,24.                             C. 8,96.                       D. 11,20.

10. Hoà tan 62,1g kim loại M trong dung dịch HNO3 2M (loãng) được 16,8lít hỗn hợp khí X (đktc) gồm 2 khí không màu, không hoá nâu ngoài không khí. Tỉ khối của X so với H2 là 17,2. Kim loại M là

            A. Fe.                          B. Cu.                                C. Zn.                          D. Al.

11. Hoà tan hoàn toàn 5,94g kim loại R trong dung dịch HNO3 loãng thu được 2,688lít (đktc) hỗn hợp khí gồm NO và N2O có tỷ khối so với H2 là 18,5. Kim loại R là

A. Fe.                          B. Cu.                                C. Mg.          D. Al.

Dùng cho câu 12, 13, 14: Hỗn hợp X gồm FeS2 và MS có số mol như nhau (M là kim loại có hoá trị không đổi). Cho 6,51g X tác dụng hoàn toàn với dung dịch HNO3 dư, đun nóng thu được dung dịch A và 13,216 lít hỗn hợp khí B (đktc) có khối lượng là 26,34 gam gồm NO2 và NO. Cho A tác dụng với dung dịch BaCl2 dư thu được m gam kết tủa.

12. Kim loại M là

            A. Mg.             B. Zn.                               C. Ni.                           D. Ca

13. Giá trị của m là

          A. 20,97.              B. 13,98.                           C. 15,28.                     D. 28,52.

14. Phần trăm khối lượng của FeS2 trong X là

         A. 44,7%.                  B. 33,6%.                         C. 55,3%.                    D. 66,4%.

211

15. Cho 6g hợp kim Mg và Al vào dung dịch HNO3 đặc, nguội, dư thu được 4,48 lít khí NO2 (đktc). Phần trăm khối lượng của Al trong hợp kim là

         A. 40%.                     B. 60%.                            C. 80%.                        D. 20%.

16. Hoà tan hoàn toàn 0,9 gam kim loại M bằng dung dịch HNO3 thu được 0,28 lít khí N2O (đktc). Kim loại M là

         A.Fe.                          B. Al.                               C. Cu.                          D. Mg.

17. Ba dung dịch axit đậm đặc: HCl, H2SO4, HNO3 đựng trong ba lọ bị  mất nhãn. Thuốc thử duy nhất có thể nhận được 3 axit trên là

         A. CuO.                   B. Cu.                               C. dd BaCl2                 D. dd AgNO3.

18. Hoà tan hoàn toàn m gam Cu trong dung dịch HNO3 thu được 1,12 lít hỗn hợp khí NO và NO2 (đktc) có tỉ khối hơi đối với H2 là 16,6. Giá trị của m là

         A. 8,32.                    B. 3,90.                              C. 4,16.                       D. 6,40.

19. Nung m gam Fe trong không khí, thu được 104,8g hỗn hợp A gồm Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4. Hoà tan hoàn toàn A trong dung dịch HNO3dư, thu được dung dịch B và 12,096 lít hỗn hợp khí C gồm NO và NO2 (đktc) có tỉ khối so với He là 10,167. Giá trị của m là

A.78,4.                      B. 84,0.                              C. 72,8.                       D. 89,6.

20. Đốt cháy 5,6g bột Fe nung đỏ trong bình O2 thu được 7,36 gam hỗn hợp A gồm Fe2O3,  Fe3O4, FeO và Fe. Hoà tan hoàn toàn hỗn hợp A bằng dung dịch HNO3 thu được Vlit hỗn hợp khí B (đktc) gồm NO2 và NO có tỉ khối so với H2 là 19. Giá trị của V là

A. 0,672.               B. 0,224.                       C. 0,896.                     D. 1,120.

Dùng cho câu 21, 22, 23: Cho a gam hỗn hợp A gồm Mg, Al vào b gam dung dịch HNO3  24% đủ thu được 8,96 lít hỗn hợp khí X gồm NO, N2O, N2(đktc) và dung dịch B. Thêm một lượng O2vừa đủ vào X, sau phản ứng được hỗn hợp Y. DẫnY từ từ qua dung dịch NaOH dư thu được 4,48 lít hỗn hợp  khí Z (đktc) có tỷ khối hơi so với H2 là 20. Nếu cho dung dịch NH3 dư vào B thì thu được được 62,2 gam kết tủa.

21. Phần trăm thể tích của NO trong X là

           A. 50%.                    B. 40%.                         C. 30%.                      D. 20%.

22. Giá trị của a là

A. 23,1.                    B. 21,3.                          C. 32,1.                       D. 31,2.

23. Giá trị của b là           

A. 761,25.             B. 341,25.                     C. 525,52.                   D. 828,82.

24. Nhiệt phân hoàn toàn 4,7 gam muối nitrat của kim loại M thu được 2 gam chất rắn. Công thức của muối là.

            A. Pb(NO3)2.   B. Fe(NO3)2.                  C. Cu(NO3)2.   D. AgNO3.

25. Trong phòng thí nghiệm có thể điều chế HNO3 từ

156

                     A. NaNO3 rắn và H2SO4 đặc.                          B. NaNO3 rắn và HCl đặc.

                     C. NaNO2 rắn và H2SO4 đặc.                          D. NH3 và O2.

26. Cho 2,91 gam hỗn hợp X gồm Mg, Cu, Al tác dụng hết với dung dịch HNO3 loãng thu được 1,12 lít khí NO (đktc) và dung dịch Y. Cho Y tác dụng với dung dịch NaOH thì thu được lượng kết tủa lớn nhất là m gam. Giá trị của m là

            A. 6,31.                       B. 5,46.                         C. 3,76.                       D. 4,32.

27. Cho 25,9 gam hỗn hợp X gồm Mg, Al, Fe2O3 tác dụng hết với dung dịch HNO3

loãng thu được 6,72 lít khí NO (đktc). Nếu cho 25,9 gam X tác dụng hết với O2 thì thu được m gam chất rắn. Giá trị của m là

A. 28,3.                     B. 40,3.                          C. 29,5.                       D. 33,1.

28. Hoà tan hoàn toàn hỗn hợp gồm 0,12 mol FeS2 và a mol Cu2S và axit HNO3 (vừa đủ), thu được dung dịch X (chỉ chứa 2 muối sunfat) và khí NO duy nhất. Giá trị của a là

            A. 0,06.                      B. 0,04.                           C. 0,075.                     D. 0,12.

29. Nung m gam bột sắt trong oxi, thu được 3 gam hỗn hợp chất rắn X. Hoà tan hết hỗn hợp X trong dung dịch HNO3 (dư) thoát ra  0,56 lít (đktc) khí NO (là sản phẩm khử duy nhất). Giá trị của m là

            A. 2,62.                    B. 2,32.                            C. 2,22.                      D. 2,52.

30. Trong phòng thí nghiệm, người ta điều chế HNO3 từ

            A. NH3 và O2.                                                  B. NaNO3 và HCl đặc.           

            C. NaNO3 và H2SO4 đặc.                                D. NaNO2 và H2SO4 đặc.

31. Công thức háo học của magie photphua là:

A. Mg2P2 B. Mg3P2 C. Mg5P2 D. Mg3(PO4)2

32. Trong phương trình phản ứng H2SO4 + P  H3PO4 + SO2 + H2O. Hệ số của P là:

A. 1                    B. 2                      C. 4          D. 5

33. Cho phốt phin vào nước ta được dung dịch có môi trường gì?

A. Axit B. Bazơ  C. Trung tính                  D. Không xác định

34. Thuốc thử dùng để biết: HCl, HNO3 và H4PO3

A. Quỳ tím                 B. Cu           C. dd AgNO3                  D. Cu và AgNO3

35. Trong dung dịch H3PO4 có bao nhiêu ion khác.

A. 2              B. 3                 C. 4      D. vô số

36 Hòa tan 1mol Na3PO4 vào H2O. Số mol Na+ được hình thành sau khi tách ra khỏi muối là:

A. 1                 B. 2                        C. 3                                D. 4

37. Hóa chất nào sau đây để điều chế H3PO4 trong công nghiệp:

A.Ca3(PO4)2 và H2SO4(l)                                      B. Ca2HPO4 và H2SO4(đđ) 

211

C. P2O5 và H2SO4đ                                                D. H2SO4(đặc) và Ca3(PO4)2

38. Khi cho a mol H3PO4 tác dụng với b mol NaOH, khi b= 2a ta thu được muối nòa sau đây:

A. NaH2PO4                  B. NaH2PO4         

C. Na3PO4             D. NaH2PO4 và Na3PO4

39. Trộn 50 ml dung dịch H3PO4 1M với V ml dung dịch KOH 1M thu được muối trung hòa. Giá trị của V là.

A. 200ml                         B. 170ml                C. 150ml                        D. 300ml

40. Cho Cu tác dụng với Hno3 đặc tạo ra một khí nào sau đây:

A. Không màu                 B. Màu nâu đỏ      

C. Không hòa tan trong nước    D. Có mùi khai

41. Nhiệt phân KNO3 thu được các chất nào sau đây:

A. KNO3, NO2 và O2       B. K, NO2, O2      

C. KNO2, NO2 và O2                D. KNO2 và O2

42. Phân lân được đánh giá bằng hàm lượng nào sau đây:

A. P                                B. P2O3                          

C. P2O5                           D. H3PO4

43. Phân bón nào sau đây có hàm lượng nitơ cao nhất:

A. NH4Cl                        B. NH4NO3                      

C. (NH4)2SO4                 D. (NH4)2CO

44. Kim loại nào sau đây phản ứng với nitơ ở điều kiện thường.

A. Li                               B. Na                              C. Mg                              D. Al

45. Công thức hóa học của đạm một lá là:

A. NH4Cl                      B. (NH4)2SO4              

C. NH4NO3                     D. NaNO3

46. Trong các câu sau câu nào sai:

A. NH3 có thể hiện tính oxi hóa                

B. Tất cả các muối amoni đều dể tan trong nước. 

C. Có thể dùng dung dịch kiềm đặc để nhận biết muối amoni với các muối khác 

D. Ở điều kiện thường nitơ hoạt động hoá học hơn phốtpho

47. Cho 300 ml dung dịch NaOH 1M tác dụng với 200ml dung dịch H3PO4 1M. Muối thu được sau phản ứng là:

156

A.NaH2PO4                                                           B. NaH2PO4 và Na2HPO4         

C. Na2HPO4 và Na3PO4                                        D. Na3PO4

48. Cho các chất FeO, Fe2O3, Fe(NO3)2, CuO, FeS. Số chất tác dụng được với HNO3

giải phóng khí NO là:

A. 3                                B. 4                                C. 5                                 D. 6

49. Dùng thuốc thử ở phương án nào để nhận biết được muối nitrat?

A. Cu, H2SO4                           B. Cu, NaOH         

C. Fe và KCl        D. Cu và HCl

50. Trong phòng thí nghiệp để làm khô khí NH3 người ta dùng hóa chất nào sau đây:

A. H2SO4 đặc                           B. CaO                  

C. P2O5                         D. CuSO4

51. Khí N2 tác dụng với dãy chất nào sau đây:

A. Li, CuO và O2            B. Al, H2 và Mg      

C. NaOH, H2 và Cl2       D. HI, O3 và Mg

52. Khối lượng dung dịch H2SO4 65% dùng để điều chế được 500kg supephotphat kép là:

A. 677kg                         B. 700kg                        

C. 650kg                      D. 720kg

53. Dung dịch nào sau đây không hòa tan được Cu kim loại:

A. dd HNO3          B. dd hỗn hợp NaNO3 + HCl               

C. dd FeCl3          D. dd FeCl3

54. Để điều chế HNO3 trong phòng thí nghiệm, hóa chất nào sau đây được chọn làm nguyên liệu chính:

A. NaNO3, H2SO4 đặc                          B. N2 và H2          

C. NaNO3, N2, H2 và HCl                     D. AgNO3 và HCl

55. Cho Fe(III) oxit tác dụng với axit nitric thì sản phẩm thu được là:

A. Fe(NO3)2, NO và H2O                 B. Fe(NO3)2, NO2 và H2O 

C. Fe(NO3)2, N2 D. Fe(NO3)3 và H2O

56. Khí N2 có lẫn khí CO2, có thể dùng chất nào sau đây để loại bỏ CO2.

A. Nước Br2          B. Nước vôi trong          

C. Dung dịch thuốc tím             D. Nước clo

57. Cho 2mol axit H3PO4 tác dụng với dung dịch chứa 5 mol NaOH thì sau phản ứng thu được muối nào:

A. NaH2PO4  và Na2HPO4                  B. Na2HPO4 và Na3PO4 

211

C. Na3PO4, NaH2PO4 và NaH2PO4                 D. Na3PO4

58. Hòa tan 14,2g P2O5 trong dung dịch 250g H3PO4 9,8%. Nồng độ dung dịch axit H3PO4 mới là:

A. 5,4%                  B. 14,7%                     C. 16,8%                         D. 17,6%

59. Cho dung dịch KOH đến dư vào 50ml (NH4)2SO4 1M. Đun nóng nhẹ, thu được thể tích khí thoát ra (đktc) là:

A. 2,24 lít                B. 1,12 lít                    C. 0,112 lít                      D. 4,48 lít

60. Để điều chế 2 lít NH3 từ N2 và H2 với hiệu suất 25% thì thể tích N2 cần dùng ở điều kiện tiêu chuẩn là:

A. 8 lít                     B. 2 lít                      C. 4 lít                              D. 1 lít

61. Trong phòng thí nghiệm N2 tinh khiết được điều chế từ:

A. Không khí                  B. NH3 và O2                 

C. NH4NO2                     D. Zn và HNO3

62. Dùng 56m3 NH3 để điều chế HNO3. Biết rằng chỉ có 92% NH3 chuyển hóa thành HNO3, khối lượng dung dịch HNO3 40% thu được là:

A. 36,22kg                        B. 362,2kg                    

C. 3622kg                 D. Kết quả khác

63. Khối lượng quặng photphorit chứa 65% Ca3(PO4)2 cần lấy để điều chế 150kg photpho là. Biết rằng trong quá trình điều chế có 3% P bị hao hụt.

A. 1,189 t nấ                     B. 0,2 t nấ                        

C. 0,5 t nấ                         D. 2,27 t nấ

64. Phân đạm ure thường chứa 46% N. Khối lượng kg ure đủ cung cấp 70 kg N là:

A. 152,2                          B. 145,5                         

C. 160,9                            D. 200,0

65. Một nguyên tố R có hợp chất khí với hidro là RH3. Oxit cao nhất của R chứa 43,66% khối lượng R. Nguyên tố R là:

A. Nitơ                           B. Phốtpho                              

C. Vanađi        D. Một nguyên tố khác

66. Đem nung nóng Cu(NO3)2 một thời gian, để nguội, đem cân lại thấy khối lượng giảm 54g. Khối lượng Cu(NO3)2 đã bị nhiệt phân là:

A. 50g                            B. 49g                            

C. 94g                            D. 98g

67. Cho HNO3 đậm đặc vào than nung đỏ có khí bay ra là:

A. CO2                                                 B. NO2       

156

C. Hỗn hợp khí CO2 và NO2               D. không có khí nào bay ra

68. Những kim loại nào sau đây không tác dụng với HNO3 đặc nguội:

A. Fe và Al                     B. Cu, Ag và Pb             

C. Zn, Pb và Mn                       D. Fe

69.Phân lan supeơhotphat đơn có thành phần háo học là:

A. Ca(H2PO4)2   và Ca3(PO4)3            B. Ca(H2PO4)2 và CaSO4.2H2O 

C. Ca(H2PO4)2                                     D. Ca3(PO4)2

70. Đưa tàn đốm còn than hồng vào bình đựng KNO3 ở nhiệt độ cao thì cơ hiện tượng nào ?

A. Tàn đóm tắt ngay                           B. Tàn đóm cháy sáng 

C. Không có hiện tượng gì                  D. Có tiếng nổ

71. Cho phản ứng sau: N2(k) + 3H2(k) 2NH3(k) H<0. Cân bằng trên chuyển dịch theo chiều thuận khi nào:

a. Giảm nồng độ nitơ

b. lấy NH3 ra khỏi hệ

c. tăng áp suất và giảm nhiệt độ

d. b và c đúng

72. Khi cho HNO3(l) tác dụng với Cu thu được khí NO. tổng hệ số cân bằng là:

a. 12 b. 27 c. 20 d. 21

73. Trong phòng thí nghiệm người ta điều chế nitơ từ chất nào?

a. NH3NO4 b. NH4NO3 c. NH4NO2 d. HNO3

74. Trong công nghiệp nitơ điều chế từ:

a. HNO3 b. không khí c. CO2 d. NH4NO3

75. Khi cho Mg tác dụng với HNO3 tạo khí A hóa nâu ngaòi không khí. A là khí nào:

a. NO2 b. NO c. N2O d. NH3

76. Phản ứng nào sau đây viết sai( không kể hệ số cân bằng)

a. Cu(NO3)2 CuO + NO2 + O2 b. AgNO3 Ag + NO2 + O2

c. Ca(NO3)2 Ca(NO2)2 + O2 d. Al(NO3)3 Al2O3 + NO + O2

77. Để nhận biết muối nitrat ta có thể dùng:

a. dùng quỳ tím b. kim loại Cu

c. Dùng Cu + H2SO4 d. AgNO3

211

78. Dung dịch NH3 có thể hòa tan được Zn(OH)2 là do:

a. Zn(OH)2 là một hiđroxit lưỡng tính

b. Zn(OH)2 là một bazơ ít tan

c. NH3 là một chất có cực là là một bazơ yếu

d. Zn(OH)2 có khả năng tạo phức với NH3

79. Muối amoni là chất điện li thuộc loài nào:

a. Yếu b. Trung bình c. Mạnh d. Không xác định

80. Dùng 4,48 lít khí NH3(đktc) sẽ khử được bao nhiêu gam CuO:

a. 48g b. 12g c. 6g d. 24g

81. Vàng kim loại có thể phản ứng với:

a. dd HCl đặc b. HNO3 loãng

c. HNO3 đậm đặc d. nước cường toan

82. Phản ứng HNO3 với FeO tạo ra khí No. Tổng hệ số cân bằng là:

a. 22 b. 16 c. 20 d. 12

83. Khí nào sau đây không tạo ra khi cho HNO3 tác dụng kim loại:

a. NO b. NO2 c. NH3 d. N2O5

84. Khi nhiệt phân Mg(NO3)2 ta thu được:

a. Mg(NO3)2, NO và O2 b. Mg(NO2)2, NO2 và O2

c. Mg(NO3)2, NO2 và O2 d. MgO, NO2 và O2

85. Cho 3,2 gam Cu tác dụng với HNO3, thể tích khí NO2 thu được ở đktc là:

a. 2,24 lít b. 0,1 lít c. 4,48lít d. 2 lít

86. Khi cho HNO3 đặc tác dụng với C nung nóng, khí bay ra là:

a. CO2 b. NO2 c. CO2 và NO2 d. NH3

87. Hiện tượng nào xảy ra khi cho kim loại Cu vào HNO3 đặc, nóng.

a. Không có hiện tượng

b. Dung dịch có màu xanh và có khí không màu bay ra

c. Dung dịch có màu xanh và khí màu nâu bay ra

d. Dung dịch màu xanh và khí không màu bay ra và hóa nâu ngoaì không khí

156

88. Câu nào sau đây sai khi nói về muối nitrat?

a. Đều tan trong nước b. đều là chất điện li mạnh

c. Đều không màu d. Đều kém bền với nhiệt.

89. Thuốc thử dùng để nhận biết 3 dd HCl, HNO3 và H3PO4:

a. Quỳ tím b. Cu c. dd AgNO3 d. Cu và AgNO3

90. Cặp chất nào sau đây tồn tại trong dung dịch:

a. Axit nitric và đồng nitrat b. Đồng (II) nitrat và amoniac

c. amoniac và kẽm nitrat d. bari hiđroxit và axit photphoric

91. Hiện nào xảy ra khi dẫn khí NH3 vào bình chứa khí Clo:

a. Không có hiện tượng gì

b. NH3 bốc cháy tạo ngọn lửa màu vàng

c. NH3 bốc cháy và tạo ta ngọn lửa có khói trắng

d. NH3 bốc cháy và tạo ra ngọn lửa màu nâu.

92. Nếu toàn bộ qúa trình điều chế HNO3 có hiệu suất là 80% thì 1 mol NH3 sẽ thu được một hàm lượng HNO3 là:

a. 63kg b. 50,4g c. 78,75g d. 43,7g

93. Khi có sấm sét trong khí quyển chất nào được tạo ra:

a. CO b. H2O c. NO d. NO2

94. Công dụng nào sau đây không phải là của HNO3:

a. Dùng để điều chế phân đạm b. Dùng để sản xuất thuốc nổ

c. Làm dược phẩm d. Dùng làm thuốc thuốc tẩy đồ

95. Trong phòng thí nghiệm HNO3 điều chế từ:

a. NaNO2 + H2SO4 b. NaNO3 + H2SO4(l)

c. NaNO3 + H2SO4(đđ) d. b và c

96. Cho dd KOH đến dư vào 50ml dd (NH4)2SO4 1m. Đun nhẹ, thu được thể tích khí thoát ra ở đktc là:

a. 22,4 lít b. 1,12lít c. 0.112 lít d. 4,48 lít

97. Cho 1,5 lít khí NH3(đktc) qua ống 16g CuO nung nóng thu được chất rắn X. Thể tích dung dịch HCl 2M đủ để tác dụng hết với X là:

211

A 1 lít b. 0,1 lít c. 0,01 lít d. 0,2 lít

98. Cần bao nhiêu gam HNO3 để có thể điều chế được 6,72 lít khí N2O(đktc) khi cho Al tác dụng với HNO3

a. 18,9g b. 189g c. 1,89g d. 45,8g

99. Khi đốt khí NH3 trong clo, khói trắng bay ra là:

a. NH4Cl b. HCl c. N2 d. Cl2

100. Một oxit NOx có công thức trong đó N chiếm 30,43% về khối lượng. Công thức của oxit nitơ đó là:

a. NO b. NO2 c. N2O3 d. N2O5

--------------------