Bài giảng Hóa vô cơ A - Chương VI: Các nguyên tố phân nhóm VA(E) - Nguyễn Văn Hòa

Chương VI nvhoa102@gmail.com 1 CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E) Chương VI nvhoa102@gmail.com 2 CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E) NỘI DUNG NHẬN XÉT CHUNG I. ĐƠN CHẤT II. HỢP CHẤT 1. Hợp chất của nitơ 2. Hợp chất của photpho III. PHÂN BÓN TÀI LIỆU [1] – Tập 2, Chương 6: trang 161 – 217 [2] – Chương 5: trang 105 – 141 [3] – Phần II, Chương 3: trang 179 – 273 [4] – Chapter 15: page 485 – 545 Chương VI nvhoa102@gmail.com 3 NHẬN XÉT CHUNG - Cấu hình electron hóa trị: ns2np3.  E + 3e- = E3- thể hiện tính oxi hóa.  E – ne-  E(+1) đến E(+5) thể hiện tính khử. - Từ N  Bi: Tính PK, tính oxihóa, tính axit của oxit, độ bền (+5) Tính KL, tính khử, tính bazo của oxit, độ bền (+3)  Trừ N2, khả năng tạo mạch E – E  từ P  Bi. N2, P: phi kim – As, Sb: lưỡng kim – Bi là kim loại. CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E) Chương VI nvhoa102@gmail.com 4 I ĐƠN CHẤT 1 Nitơ (χ = 3,04) Elk = 942 kJ/mol  N2 trơ ở điều kiện thường. 1.1 Tính chất vật lý - Khí không màu, không mùi, không vị. - Ít tan trong nước và các dung môi hữu cơ. - Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp. - Không duy trì sự cháy, sự sống. CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E) Chương VI nvhoa102@gmail.com 5 1.2 Tính chất hóa học - Ở điều kiện thường chỉ tác dụng với Li: 6Li + N2  2Li3N - Ở nhiệt độ cao nitơ có tính oxi hóa và khử:  Tính oxi hóa: N2 + 3H2 ⇌ 2NH3 (350 – 550 oC, 150 – 1000 at, -Fe.K2O/Al2O3) N2 + 3Mg  Mg3N2 (800 0C)  Tính khử: N2 + 3F2  2NF3 (phóng điện) N2 + O2 ⇌ 2NO (2000 0C, Pt/MnO2) CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E) Chương VI nvhoa102@gmail.com 6 1.3 Trạng thái tự nhiên, điều chê ́, ứng dụng • Trong không khí nitơ chiếm 78,03 %. • Các hợp chất chứa nitơ bao gồm khoáng diêm tiêu natri (NaNO3); các hợp chất hữu cơ phức tạp trong cơ thể động thực vật. Điều chế: Trong công nghiệp: Chưng cất phân đoạn KK lỏng Trong PTN: NH4NO2  N2 + 2H2O (nhiệt phân) NH4Cl + NaNO2  N2 + NaCl + 2H2O 2NaN3  3N2 + 2Na CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E) Chương VI nvhoa102@gmail.com 7 2 Photpho (χ = 2,19) 2.1 Tính chất vật lý: Photpho có 3 dạng thù hình:  Photpho trắng (P4): Không bền  P đỏ; phát quang; độc; không tan trong nước; tan trong CS2, benzene. CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E) Chương VI nvhoa102@gmail.com 8  Photpho đỏ - P∞: Bền; không độc; thăng hoa khi đun nóng; không tan trong CS2 CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E) Chương VI nvhoa102@gmail.com 9 0 200 300 12000 C atm    0250 C,khoâng co ùKK P P Pñoû ñentraéng  Photpho đen - P∞: Rất bền; không độc; bán dẫn (1,5 eV). 600 oC, P CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E) Chương VI nvhoa102@gmail.com 10 2.2 Tính chất hóa học • Hoạt tính hóa học: Ptrắng > Pđỏ > Pđen P4 + 5O2  P4O10 ; 4Pđỏ + 5O2  P4O10 4Pđen + 5O2  P4O10 • Có tính khử (đặc trưng) và tính oxi hóa: 8P + 8O2 thiếu  P4O6 + P4O10 ; 4P + 5O2 dư  P4O10 2P + 8H2O  2H3PO4 + 5H2 P4 + 3NaOH + 3H2O  PH3 + 3NaH2PO2 3P4 + 9Mg  4Mg3P3 40 oC 250 oC 400 oC 800 oC CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E) Chương VI nvhoa102@gmail.com 11 2.3 Trạng thái tự nhiên, điều chê ́, ứng dụng  Trạng thái tự nhiên: Khoáng photphorit: Ca3(PO4)2 Quặng apatit: Ca5X(PO4)3 (X = F -, OH- ) Phân chim, xương động vật.  Điều chế trong CN: 2Ca3(PO4)2 + 10C + 6SiO2  3CaO.2SiO2 + 10CO + P4  Ứng dụng: diêm, axit photphoric CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E) Chương VI nvhoa102@gmail.com 12 II HỢP CHẤT 1 Các hợp chất của nitơ pH = 0: 1.1 Hợp chất N (-3): Nitrua Đốt nóng KL, PK (trừ O2, F2) với N2  nitrua Na3N Mg3N2 AlN Si3N4 P3N5 S4N4 Cl3N Li3N + 3H2O  3LiOH + NH3 Cl3N + 3H2O  3HClO + NH3 axitbaz lưỡng tính CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E) Chương VI nvhoa102@gmail.com 13  Amoniac (NH3)  Tính chất vật lý: • Chất khí, không màu, mùi khai, momen lưỡng cực  = 1,48 D. • Tan nhiều trong nước. Dung dịch đậm đặc 25% NH3 có d = 0,91 g/mL. • Dễ bị nén. • Dung môi ion hóa tốt đối với nhiều chất NH3 + NH3 ⇌ NH4 + + NH2 - K -50oC = 2.10 -33 CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E) Chương VI nvhoa102@gmail.com 14  Tính chất hóa học: • Phản ứng cộng hợp (đặc trưng): NH3+ HCl  NH4Cl 2NH3 + AgCl  [Ag(NH3)2]Cl • Phản ứng khử khi đốt nóng: 4NH3 + 3O2  2N2 + 6H2O 4NH3 + 5O2  4NO + 6H2O 2NH3 + 3CuO  3Cu + 2H2O + N2 800 - 900 oC Pt/Rh CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E) Chương VI nvhoa102@gmail.com 15 • Phản ứng thế ở nhiệt độ cao: Na + NH3  ½H2 + NaNH2 2Na + NH3  H2 + Na2NH 3Na + NH3  3/2H2 + Na3N • Bazo yếu: NH3 + H2O ⇌ NH4 + + OH ̅ Kb = 1,8.10 -5  Điều chế NH3 PTN: NH4Clrắn + NaOHđậm đặc  NaCl + NH3  + H2O CN: 1N2 + 3H2 ⇌ 2NH3 (350500 oC, 1501000 atm, xúc tác Fe,K2O/Al2O3) CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E) Chương VI nvhoa102@gmail.com 16  Amoni (NH4 +) • Dễ tan trong nước, bị thủy phân. NH4 + + H2O ⇌ NH3 + H3O + Ka = 5,6.10 -10 • Dễ kết tinh: (NH4)2SO4.Al2(SO4)3 .24H2O; (NH4)2SO4.Fe2(SO4)3 .24H2O; (NH4)2SO4.FeSO4.6H2O • Dễ phân hủy nhiệt: [NH4HCO3; NH4Cl; NH4NO3] • Tính khử: 2NH4Cl + 4CuO  3Cu + CuCl2 + N2 + 4H2O • 2NH4Cl + ZnO  ZnCl2 + 2NH3 + H2O R = 1,43 Å CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E) Chương VI nvhoa102@gmail.com 17 1.2 Hợp chất N (+3): N2O3, HNO2, NO2 -  N2O3 • Không bền: N2O3 ⇌ NO + NO2 • Anhydrit axit nitrơ, oxit axit: N2O3 + H2O ⇌ 2HNO2 N2O3 + 2NaOH  2NaNO2 + H2O  HNO2 • Axit yếu (Ka = 4,5.10 -4), không bền: 3HNO2  HNO3 + 2NO + H2O CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E) -100 oC Chương VI nvhoa102@gmail.com 18  NO2 - • Đa phần dễ tan trong nước. • Bền hơn axit, tính bền nhiệt: Muối với Me: bền nhiệt. Muối với kim loại đứng trước Cu  oxit kim loại: Cu(NO2)2  CuO + NO + NO2 Muối với kim loại đứng sau Cu  kim loại: AgNO2 Ag + NO2 • Có khả năng tạo phức chất, vd: K3[Co(NO2)6] CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E) Chương VI nvhoa102@gmail.com 19  N2O3, HNO2, NO2 - : có tính oxi hóa và khử • Tính oxi hóa: 2HNO2 + 2FeSO4 + H2SO4  Fe2(SO4)3 + 2NO + 2H2O 2NaNO2 + 2HI  I2 + 2NO + 2NaOH • Tính khử: 5HNO2 + 2KMnO4 + 3H2SO4  5HNO3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O 5NaNO2 + 2KMnO4 + 3H2SO4  5NaNO3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E) Chương VI nvhoa102@gmail.com 20 1.3 Hợp chất N (+4): NO2 • Khí màu nâu đỏ, mùi khó chịu và độc. • Không bền nhiệt: 2NO2  2NO + O2 ; 2NO2  N2 + 2O2 • Anhydrit của hỗn hợp axit nitrơ và axit nitric: 2NO2 + H2O ⇌ HNO2 + HNO3 2NO2 + 2NaOH  NaNO2 + NaNO3 + H2O 150 oC 600 oC CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E) Chương VI nvhoa102@gmail.com 21 • Có tính oxi hóa và khử: Tính oxi hóa: 2NO2 + 7H2  2NH3 + 4H2O NO2 + 2Cu  Cu2O + NO NO2 + CO  CO2 + NO NO2 + SO2  SO3 + NO Tính khử: 2NO2 + O3  N2O5 + O2 2NO2 + H2O2  2HNO3 CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E) Chương VI nvhoa102@gmail.com 22 1.4 Hợp chất N (+5): N2O5, HNO3, NO3 -  N2O5 • Không bền: 2N2O5  4NO2 + O2 • Anhydrit axit nitric: N2O5 + H2O  2HNO3  HNO3 • Chất lỏng không màu, bốc khói mạnh trong không khí, tan vô hạn trong nước và tỏa nhiều nhiệt: HNO3 + nH2O  HNO3.nH2O + Q (n = 1; 3) CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E) Chương VI nvhoa102@gmail.com 23 • Không bền bởi ánh sáng và nhiệt: 4HNO3  4NO2 + O2 + 2H2O • Dung dịch loãng có tính axit tương đối mạnh: HNO3 + H2O ⇌ H3O + + NO3 - Ka = 24 • Oxi hóa mạnh ở mọi nồng độ: 8HNO3 loãng + 3Cu  3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O 10HNO3 đặc + 3I2  6HIO3 + 10NO + 2H2O 5HNO3 đặc + 3P + 2H2O  3H3PO4 + 5NO 2HNO3 + 6FeSO4 + 3H2SO4  3Fe2(SO4)3 + 2NO + 4H2O FeSO4 + NO  [Fe(NO)]SO4 CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E) Chương VI nvhoa102@gmail.com 24 • Hỗn hợp gồm 1V HNO3đặc và 3V HClđặc được gọi là nước cường toan (cường thủy), có tính oxi hóa rất mạnh do tạo thành clo nguyên tử: Au + HNO3 + 4HCl  H[AuCl4] + NO + 2H2O 3Pt + 4HNO3 + 18HCl  3H2[PtCl6] + 4NO + 8H2O • HNO3 đặc nguội làm thụ động Fe, Al, Cr, Be • Điều chế: - PTN: KNO3 + H2SO4 đặc  KHSO4 + HNO3 - CN: 4NH3 + 5O2(kk)  4 NO + 6H2O (850 oC, Pt/Rh) 4NO + 2O2(kk)  4NO2 3NO2 + H2O  2HNO3 + NO CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E) Chương VI nvhoa102@gmail.com 25  NO3 - • Dễ tan trong nước. • Bền hơn axit, nhưng không bền nhiệt, khi to: Muối với Me  muối nitrit: KNO3  KNO2 + ½O2 Muối với kim loại đứng trước Cu  oxit kim loại: Zn(NO2)2  ZnO + 2NO2 + ½O2 Muối với kim loại đứng sau Cu  kim loại: AgNO3 Ag + NO2 + ½O2 CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E) Chương VI nvhoa102@gmail.com 26 • Tính oxi hóa: NaNO3 + 4Zn + 7NaOH + 6H2O  4Na2[Zn(OH)4] + NH3 2NaNO3 + 3Cu + 4H2SO4  3CuSO4 + Na2SO4 + 2NO + 4H2O • Diêm tiêu kali (KNO3): KNO3 dùng làm phân bón, chất bảo quản, công nghiệp thủy tinh. NaNO3 + KCl ⇌ NaClkết tinh ~ 30oC + KNO3 kết tinh ~ 22oC CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E) Chương VI nvhoa102@gmail.com 27 2 Các hợp chất của phopho 2.1 Hợp chất P (-3): Photphua Các đặc điểm tương tự như nitrua.  Photphin – PH3 • Chất khí , mùi trứng thối, rất độc. • Tham gia phản ứng cộng hợp: PH3 + HI  PH4I • Có tính khử mạnh: PH3 + 2O2  H3PO4 CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E) Chương VI nvhoa102@gmail.com 28 2.2 Hợp chất P (+3): P4O6, H3PO3  Photpho (III) oxit – P4O6 • Không bền nhiệt: 4P4O6  3P4O8 + 4P(đỏ) • Anhydrit axit photphorơ: P4O6 + 6H2O  4H3PO3 • Chất khử mạnh: P4O6 + 2O2  P4O10 • Điều chế: P4 + 3O2 thiếu  P4O6 440 oC 50 - 60 oC CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E) Chương VI nvhoa102@gmail.com 29  Axit photphorơ – H3PO3 • Là axit trung bình, phân ly 2 nấc H+, đúng ra nên viết H2PHO3 H3PO3 + H2O ⇌ H3O + + H2PO3 ̅ K1 = 10 -2 H2PO3 ̅ + H2O ⇌ H3O + + HPO3 2– K2 = 3.10 -7 H3PO3 + 2NaOHđặc  Na2HPO3 + 2H2O • Phân hủy nhiệt: 4H3PO3  3H3PO4 + PH3 • Là chất khử mạnh: 2H3PO3 + O2  2H3PO4 CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E) Chương VI nvhoa102@gmail.com 30 2.3 Hợp chất P (+5)  Photpho (V) oxit – P4O10 • P4O10 tác dụng với nước tạo nhiều loại axit photphoric: • Đơn giản có 3 loại axit sau: P2O5 + H2O  2HPO3 ; P2O5 + 2H2O  H4P2O7 P2O5 + 3H2O  2H3PO4 CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E) Chương VI nvhoa102@gmail.com 31  Axit photphoric – H3PO4 • Là axit 3 lần, có độ mạnh trung bình: H3PO4 + H2O ⇌ H3O + + H2PO4 ̅ K1 = 7,52.10 -3 H2PO4 ̅ + H2O ⇌ H3O + + HPO4 2– K2 = 6,31.10 -8 HPO4 2– + H2O ⇌ H3O + + PO4 3– K3 = 2,2.10 -13 • Axit bị nhiệt phân mất nước dần: H3PO4  H4P2O7  HPO3 • Rất bền, chỉ thể hiện tính oxi hóa yếu ở to > 400 oC. t 0 t 0 CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E) Chương VI nvhoa102@gmail.com 32 Muối photphat • Muối photphat rất đa dạng, có tính tan khác nhau: H2PO4 ̅ tan trong nước, các photphat còn lại đa số không tan. • Các muối photphat bị nhiệt phân khử nước như sau: NaH2PO4 → Na2H2P2O7 → (NaPO3)x → (NaPO3)3 → (NaPO3)6 Viết đơn giản: Na2HPO4  Na4P2O7 ; NaH2PO4  NaPO3 CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E) Chương VI nvhoa102@gmail.com 33 III PHÂN BÓN 1 Phân đạm: (NH4)2SO4 – SA (đạm 1 lá) NH4NO3 – NA (đạm 2 lá) (NH2)2CO – Urê NH4Cl 2 Phân lân – Ca(H2PO4)2 Super photphat đơn Super photphat kép CHƯƠNG VI: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM VA (E)