Bài giảng Hóa vô cơ - Chương 4: Phân nhóm IVa

[email protected] Chương 4 1 CHƯƠNG 4 – PHÂN NHÓM IVA NHẬN XÉT CHUNG I. ĐƠN CHẤT II.HỢP CHẤT CÓ SỐ OXH (-4) III. HỢP CHẤT CÓ SỐ OXH (+2), (+4) [email protected] Chương 4 2 - Phân nhóm IVA gồm có: C, Si, Ge, Sn, Pb - Cấu trúc electron hóa trị: ns2np2 Có khả năng dùng chung 2 e- hay 4e- hóa trị:  X(+2) và X(+4) : thể hiện tính khử Hoặc X(-4) : thể hiện tính oxihóa - Từ đầu đến cuối nhóm: - Tính oxihóa  tính khử  - Khuynh hướng tạo (+4), (+2) C, Si là phi kim – Ge lưỡng kim – Sn, Pb là kim loại Có khả năng tạo mạch dài X-X, giảm dần từ C  Pb NHẬN XÉT CHUNG [email protected] Chương 4 3 - Các dạng thù hình của cacbon: I. ĐƠN CHẤT Kim cương (a); Graphit (b); Cacbin: (=C=C=)n Lonsdaleit (c); Fullerenne (d-C60, e-C540, f-C70); Carbon nanotube (h); Carbon vô định hình (g) (than gỗ, than cốc, muội hóng). 1.Cacbon 0 2000 4000 60.000 120.000 2800 K atm C Pt Cacbin Graphit    Xuùc taùc: Kim cöông 1000 – 15000C -graphite [email protected] Chương 4 4 - Ở nhiệt độ cao C phản ứng với nhiều chất thể hiện tính khử mạnh, tính oxyhóa yếu: C + O2  CO2 ; C + 2S  CS2 C + ZnO  Zn + CO ; C + H2O  CO + H2 C + 2H2SO4đặc,nóng  CO2 + 2SO2 + 2H2O C + NaOHđặc  Na2CO3 + CO + H2 + 2C + 4Al Al 4 C 3 1.Cacbon t0 cao 8000C t0 cao 10000C 10500C I. ĐƠN CHẤT t0sôi [email protected] Chương 4 5 – Dạng thù hình tinh thể lập phương (sp3) bền:  chất rắn có mạng tinh thể giống kim cương  rất cứng, khó nóng chảy, khó bay hơi  có màu xám, ánh kim  có tính bán dẫn. - Dạng thù hình vô định hình lục phương (giống grafit) kém bền hơn 2. Silic I. ĐƠN CHẤT [email protected] Chương 4 6 – Tan trong hỗn hợp HNO3 + HF, dễ tan trong dd kiềm: 4HNO3 + 18HF + 3Si = 3H2SiF6 + 4NO + 8H2O Si + 2KOH + H2O = K2SiO3 + 2H2 H2 + Si  SiH4 + Si2H6 + Si3H6 (hồ quang điện) 2Mg + Si  Mg2Si (800-900 0C) 2. Silic I. ĐƠN CHẤT - Trơ về mặt hóa học, thể hiện tính khử và oxi hóa: Si + 2F2  SiF4  (t 0 thường) Si + O2  SiO2 (600 0 C) Si + C  SiC (20000C) [email protected] Chương 4 7 3. Gecmani, thiếc, chì I. ĐƠN CHẤT - Ở nhiệt độ thường, bền trong KK và nước. Ở nhiệt độ cao, hoạt động hơn Ge + O2  GeO2 Sn + O2  SnO2 2Pb + O2  2PbO - Ge không tác dụng với kiềm, chỉ tác dụng với axit có tính oxi hóa mạnh (vd HNO3) Ge + 4HNO3  H2GeO3 + 4NO + 2H2O - Sn, Pb tác dụng với axit và kiềm như kim loại Sn + 2NaOH  Na 2 SnO 2 + H 2 - Các oxit, hydroxit đều ít tan, có tính lưỡng tính. [email protected] Chương 4 8 1. Hợp chất C (-4): Cacbua - Cacbua cộng hóa trị: hyđrocacbon, SiC, B4C3... - Cacbua kim loại, gồm: • Cacbua ion: chất tinh thể, khó nóng chảy, bị nước, axit phân hủy: metanit (Be2C, Al4C3); axetylenit – cacbua KL nhóm I và II (Ag2C2, CaC2); axetylen và hydro cacbon khác (YC2, LaC2, Ce2C3 ...) Be2C + 4H2O  2Be(OH)2 + CH4  CaC2 + 2HCl  CaCl2 + C2H2  2LaC2 + 6H2O  2La(OH)3 + C2H2  + C2H4  II.HỢP CHẤT CÓ SỐ OXI HÓA (-4) [email protected] Chương 4 9 1. Hợp chất C (-4): Cacbua • Cacbua xâm nhập: cacbua nguyên tố d: TiC, W2C, Fe3C, VC0,58-1,0  có ánh kim, dẫn điện, dẫn nhiệt, rất cứng, bền nhiệt, bền hóa, khó nóng chảy. 3WC + 9HNO3 + 18HF = 3HWF6 + 3CO2 + 9NO + 12H2O II.HỢP CHẤT CÓ SỐ OXI HÓA (-4) 2. Hợp chất Si (-4): Silixua - Các silixua có liên kết cộng hóa trị, ion, kim loại. - Là những chất bán dẫn. Silixua của nguyên tố s, d nhóm I, II bị nước và axit thủy phân: Ca2Si + 4HCl  SiH4 + 2CaCl2 [email protected] Chương 4 10 CO - Có một số tính chất giống N2:  khí không màu, không mùi, khó hóa lỏng, ít tan trong nước, rất bền nhiệt, độc.  kém hoạt động ở nhiệt độ thường  ở nhiệt độ cao khả năng khử tăng lên 2CO + 1O2  2CO2 , H 0 = -283 kj/mol CO + Cl2  COCl2 (chiếu sáng hoặc 500 0C) Photgen: rất độc  CO được dùng làm nhiên liệu III. HỢP CHẤT CÓ SỐ OXI HÓA (+2), (+4) 1. Hợp chất C (+2) 7000C nổ t0cao3CO + Fe2O3  2Fe + 3CO2 [email protected] Chương 4 11  CO có khả năng tạo phức cacbonyl với các kim loại d Ni + 4CO  Ni(CO)4 Cr + 6CO  Cr(CO)6  Dễ bị nhiệt phân giải phóng KL: tinh chế KL HCN và CN- :  Rất độc - Tan vô hạn trong nước, rượu, ete (Ka HCN = 2.10 -9) - Có tính khử mạnh và khả năng tạo phức Dùng trong tổng hợp hữu cơ, khai thác vàng 4Au + 8NaCN + 2H2O + O2  4Na[Au(CN)2] + 4NaOH 2Na[Au(CN)2] + Zn  2Au + Na2[Zn(CN)4] III. HỢP CHẤT CÓ SỐ OXI HÓA (+2), (+4) t0 p t0 p [email protected] Chương 4 12 CO 2 : -Khí không màu, có vị chua -Dễ hóa lỏng, hóa rắn (đá khô) -Không cháy và không duy trì sự cháy  Chữa cháy, trừ trường hợp cháy KL như Mg, Al, Zn 4Al + 3CO2  2Al2O3 + 3C 2Mg + CO2  2MgO + C Hiệu ứng nhà kính: III. HỢP CHẤT CÓ SỐ OXI HÓA (+2), (+4) 2. Hợp chất C (+4) NaOH + CO2  Na2CO3 + H2O CaCO3 + CO2 +H2O  Ca(HCO3)2 [email protected] Chương 4 13 Hiệu ứng nhà kính [email protected] Chương 4 14 H2CO3 và muối CO3 2- : -H2CO3 là axit 2 lần rất yếu: H2O + CO2 ⇌ H2CO3 ⇌ H  + HCO3 ̅ ⇌ 2H+ + CO3 2– K1 = 4,5.10 -7 K2 = 5,6.10 -11 III. HỢP CHẤT CÓ SỐ OXI HÓA (+2), (+4) – muối CO3 2- của KL kiềm (trừ Li2CO3) và muối HCO3 - của KL kiềm thổ đều tan và thủy phân cho dd kiềm. - muối CO3 2- đều bị nhiệt phân trừ cacbonat KL kiềm [email protected] Chương 4 15 H2C2O4 và muối C2O4 2- : (axit oxalic và muối oxalat)  H2C2O4: Ka1 = 10 -1,23; Ka2 = 10 -4,19  Có tính khử mạnh  sử dụng làm chất gốc trong phân tích Na2C2O4 + KMnO4 + H2SO4  MnSO4 + K2SO4 + Na2SO4 + CO2 + H2O III. HỢP CHẤT CÓ SỐ OXI HÓA (+2), (+4) [email protected] Chương 4 16 3. Hợp chất Si (+4) Có 3 dạng đa hình chính: -thạch anh (lục phương, tnc 1713 0C) -crixtobalit (lập phương, tbền >1470 oC) -triđimit (lục phương, tbền 870–1470 oC) - Khác nhau về cách sắp xếp các tứ diện SiO4 - SiO2 dễ chuyển sang trạng thái thủy tinh. SiO2 : III. HỢP CHẤT CÓ SỐ OXI HÓA (+2), (+4) [email protected] Chương 4 17 - Bền về mặt hóa học:  phản ứng trực tiếp với F2, HF (khí và dung dịch) SiO 2 + 2F 2  SiF 4 + 2O SiO 2 + 4HF(k)  SiF 4 + 2H 2 O  tan trong kiềm hay cacbonat kiềm nóng chảy SiO2 + Na2CO3  Na2SiO3 + CO2 H2SiO3 : - Các axit silixic có công thức chung xSiO2.yH2O. - Là axit yếu, không tan, khi mất nước  silicagen (SiO2 mịn) Chất hút ẩm III. HỢP CHẤT CÓ SỐ OXI HÓA (+2), (+4) [email protected] Chương 4 18 Muối silicat: - Na2SiO3 : thủy tinh lỏng  ứng dụng nhiều trong thực tế - Thủy tinh thường dùng là hỗn hợp của Na2SiO3 và CaSiO3 có thành phần : Na2O.CaO.6SiO2 III. HỢP CHẤT CÓ SỐ OXI HÓA (+2), (+4) [email protected] Chương 4 19 4. Hợp chất Ge, Sn, Pb (+4) III. HỢP CHẤT CÓ SỐ OXI HÓA (+2), (+4) - Có tính lưỡng tính - Ge  Pb: Độ bền giảm dần, tính oxi hóa tăng dần 3PbO2 + 2Cr(OH)3 + 10KOH 2K2CrO4 + 3K2 [Pb(OH)4] + 2H2O - Pb3O4 (2PbO.PbO2) chất oxi hóa mạnh, tác dụng với axit, dùng làm sơn chống gỉ, matit chịu nhiệt. Pb 3 O 4 + H 2 O 2 + 3H 2 SO 4  3PbSO 4 + 4H 2 O + O 2 Pb 3 O 4 + 4HNO 3  2Pb(NO 3 ) 2 + PbO 2 + 2H 2 O Pb 3 O 4 + 2H 2 SO 4  2PbSO 4 + PbO 2 + 2H 2 O [email protected] Chương 4 20 III. HỢP CHẤT CÓ SỐ OXI HÓA (+2), (+4) 5. Ứng dụng trong ngành dược  Germani - 2-Carboxyethyl Germanium sesquioxide (Ge- 132), các nhà nghiên cứu Nhật Bản đã chỉ ra rằng Ge-132 có thể có hiệu quả trong điều trị một số bệnh như ung thư, viêm khớp và loãng xương. Ge-132 có khả năng thuyên giảm hoàn toàn bệnh ung thư phổi. Ge-132 không có tác dụng phụ đáng kể, không gây quái thai, không gây đột biến. [email protected] Chương 4 21 III. HỢP CHẤT CÓ SỐ OXI HÓA (+2), (+4) 5. Ứng dụng trong ngành dược  Germani SpiroGermanium: 2-(3-dimetylaminopropyl)-8,8- diethyl-2-aza-8-germaspiro [4,5] decane (spirogermanium) là hợp chất germani hữu cơ có khả năng chống ung thư trên phạm vi rộng các dòng tế bào ung thư ở người như buồng trứng, cổ tử cung, ung thư vú, ung thư tế bào thận và những dạng ung thư khác. [email protected] Chương 4 22 Người ta lại lấy 0,75g muối Na2C2O4 có độ tinh khiết là 97% cho phản ứng vừa đủ với 50mL dung dịch KMnO4 đã được axit hóa bằng H2SO4. Tính nồng độ đương lượng của dung dịch KMnO4 đã dùng. BÀI TẬP