BÀI GIẢNG NITO

Năng lượng liên kết lớn, giải thích độ bền của phân tử Nitơ... *Do độ phân cực của NH3 lớn nên giữa các phân tử NH3 rắn, lỏng có liên kết hyđrô làm nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và nh

GV: Ngô Thị Lan

HÓA HỌC VÔ CƠ

HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ

CHƯƠNG V

CÁC NGUYÊN TỐ

NHÓM VA

LOGO

1772 1772

LOGONGUYÊN TỐ NHÓM V

LOGOI.ĐẶC ĐIỂM CHUNG

  - N, P là nguyên tố không kim loại điển hình, Bi là kim loại rõ rệt, As

và Sb phi kim

 - Từ N đến Bi: Tính axit của các oxit giảm, tính bagơ tăng

 - Độ bền của số oxi hoá +3 tăng lên, còn của số oxi hoá +5 giảm xuống. 

PHẦN 1.NITƠ

LOGOI.NITƠ ĐƠN CHẤT

Vẽ giản đồ MO của phân tử N2, tính bậc liên kết.

1 Cấu tạo phân tử

LOGOI.NITƠ ĐƠN CHẤT

I.NITƠ ĐƠN CHẤT

Câu hỏi:

Tại sao nitơ có độ âm điện lớn(3,04) nhưng ở điều kiện

thường kém hoạt động hóa học?

Trả lời:

Phân tử N 2 có một liên kết 3(N≡N), năng lượng liên kết 942 kJ/mol, độ dài liên kết 1,095Å) Năng lượng liên kết lớn, giải thích độ bền của phân tử Nitơ

I.NITƠ ĐƠN CHẤT

4 Điều chế, ứng dụng

Trong công nghiệp,

N2 được điều chế bằng chưng cất phân đoạn không khí lỏng N2 thu được còn chứa một ít khí hiếm và vết O2 Để loại tạp chất oxi, cho khí

N2 thu được cho đi qua Cu kim loại đốt nóng hoặc trộn với một ít khí H2rồi cho đi qua chất xúc tác Pt

 Trong phòng thí nghiệm

NH4NO2 N2 + 2H2O đun nóng

LOGOI.NITƠ ĐƠN CHẤT

4 Điều chế, ứng dụng

II CÁC HỢP CHẤT CỦA NITƠ

1 Nitrua

- Là hợp chất của nitơ và nguyên tố khác (kim loại hoặc phi kim)

-Tùy theo bản chất liên kết mà chia thành nitrua ion và nitrua cộng hoá trị, còn theo tính chất thì chia thành nitrua axit, nitrua bazơ, nitrua lưỡng tính

 - Nitơrua kim loại kiềm, kiềm thổ (Na, Ca, Mg, H) là bazơ vì chúng

thuỷ  phân tạo bazơ

*Tỷ khối của dung dịch NH3 đậm đặc nhất (25%) là 0,91.

 *Do độ phân cực của NH3 lớn nên giữa các phân tử NH3 rắn, lỏng có liên kết hyđrô làm nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và nhiệt hoá hơi

H0

bh=5,6kcal/mol) cao bất thường so với những hợp chất tương tự

 - Làm thay đổi độ mạnh của axit - bazơ,

- NH3 lỏng cũng tự điện ly như nước (tự ion hoá):

NH3 + NH3  NH4+ + NH2- 

K NH3 ( 500 C) = [NH4+ ].[NH2- ] = 2.10-33

 - Làm thay đổi độ mạnh của axit - bazơ,

- NH3 lỏng còn làm thay đổi độ tan của một số muối nên làm dịch

chuyển cân bằng phản ứng ngược lại khi phản ứng trong nước

- NH3 lỏng còn làm thay đổi độ tan của một số muối nên làm dịch

chuyển cân bằng phản ứng ngược lại khi phản ứng trong nước

   Ví dụ: 2AgNO3 + BaBr2  2AgBr + Ba(NO3)2

Trong nước, AgBr ít tan nên cân bằng chuyển sang phải Trong NH3 lỏng thì BaBr2 ít tan nên cân bằng chuyển sang trái

  Ví dụ: 2AgNO3 + BaBr2  2AgBr + Ba(NO3)2

Trong nước, AgBr ít tan nên cân bằng chuyển sang phải Trong NH3 lỏng thì BaBr2 ít tan nên cân bằng chuyển sang trái

 Phản ứng kết hợp: Nhờ cặp electron hoá trị chưa liên kết trên N mà

NH3 tham gia phản ứng kết hợp dễ dàng với nhiều chất

- Khi tan trong nước, NH3 kết hợp với ion H+ của nước :

NH3 + H2O = NH3 H2O  NH4+ + OH-

K b(250 C ) = 1,8.10-5 (bazơ yếu)

  2KMnO4 + 2NH3.H2O = 2MnO2 + N2 + 2KOH + 4H2O

  -Thể hiện tính khử khi phản ứng với các chất oxy hoá mạnh như O2,

Cl2, Br2, KMnO4 (N-3chuyển thành N0 hay N+2)

  - Khi đốt NH3 trong oxi cho ngọn lửa màu vàng tạo khí N2 và H2O:

4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O

4NH3 + 5O2  4NO + 6H2O

(xúc tác Pt hay Pt-Rh(Rodi) ở 800-9000C)

   Trong công nghiệp

Tổng hợp NH3 theo phương pháp F.Haber-Bosch từ các nguyên tố trong điều kiện nhiệt độ, chất xúc tác và áp suất cao phù hợp

  3 H 2 + N 2 2NH 3

• Khi nhiệt độ thấp và áp suất cao thì hiệu suất tổng hợp tăng Tuy

nhiên, nhiệt độ tháp vận tốc phản ứng thấp, áp suất cao thiết bị khó chế tạo

Trong thực tế, điều kiện phản ứng tổng hợp (HS 25%) được chọn như sau:

II CÁC HỢP CHẤT CỦA NITƠ

3 Các oxit của nitơ

N2O; NO; N2O3; NO2; N2O5

II CÁC HỢP CHẤT CỦA NITƠ

2O

II CÁC HỢP CHẤT CỦA NITƠ

3 Các oxit của nitơ

Xây dựng giản đồ các mức năng lượng gần đúng theo thuyết

MO của NO+; N2; NO; NO

II CÁC HỢP CHẤT CỦA NITƠ

3 Các oxit của nitơ

Giản đồ các mức năng lượng gần đúng theo thuyết MO

Câu hỏi: Khuynh hướng của các phân tử có số lẻ electron là gì?

Ở trạng thái rắn hoặc lỏng NO có khuynh hướng tạo đime N2O2

Phân tử NO2 dễ trùng hợp tạo đime N2O4

II CÁC HỢP CHẤT CỦA NITƠ

Câu hỏi: Tại sao nói N 2 O là chất có khả năng duy trì sự cháy, không duy trì sự sống, điều này có mâu thuẫn không?

 - Trong điều kiện thường N2O không phân hủy

 - Ở 500 oC và lớn hơn N2O bị phân hủy

2N2O 2N2 + O2

II CÁC HỢP CHẤT CỦA NITƠ

4 Axit nitrơ HNO2

• Cấu tạo: Tồn tại hai dạng cấu trúc

H N

O

O

II CÁC HỢP CHẤT CỦA NITƠ

4 Axit nitrơ HNO2

Tính chất vật lý

Axit HNO2 chỉ tồn tại ở trạng khí và trong dung dịch loãng Dung dịchHNO2 loãng không màu nhưng HNO2 đặc có màu lam

II CÁC HỢP CHẤT CỦA NITƠ

4 Axit nitrơ HNO2

3HNO2 1000 C HNO3 + 2NO + H2O

- Dung dịch HNO2 không bền, nhanh chóng bị phân hủy

- Khí NO nhanh chóng bị oxi không khí oxi hoá tạo khí NO2 tan trở lại trong nước làm dung dịch có màu nâu

3NO2+ H2O 2HNO3 + HNO2

II CÁC HỢP CHẤT CỦA NITƠ

4 Axit nitrơ HNO2

2HI + 2HNO2 I2 + 2NO + H2O

2KMnO4 +3H2SO4+ 2HNO2 2MnSO4+5HNO3 +K2 SO4 +3H 2O

- Axit HNO2 thể hiện tính khử

II CÁC HỢP CHẤT CỦA NITƠ

4 Axit nitrơ HNO2

* Điều chế: theo phản ứng trao đổi:

Ba(NO2)2 + H2SO4 = 2HNO2 + BaSO4

HNO+5 3 0,94V HNO+3 2 0,996V NO+2

0,96V

Môi trường axit

Môi trường kiềm

NO+53- 0,01V NO+3 2- -0,46V NO+2

0,15V

Câu hỏi:

Phản ứng tự oxi hóa tự khử của NO 2 - xảy ra trong môi trường nào?

NO 2 - bền trong môi trường nào?

II CÁC HỢP CHẤT CỦA NITƠ

Trả lời: Trong môi trường axit

Câu hỏi:

Phản ứng tự oxi hóa tự khử của NO 2 - xảy ra trong môi trường nào?

NO 2 - bền trong môi trường nào?

II CÁC HỢP CHẤT CỦA NITƠ

Trả lời: Trong môi trường axit HNO 2 có thể tự phân hủy

Trả lời: Trong môi trường kiềm

Câu hỏi:

Phản ứng tự oxi hóa tự khử của NO 2 - xảy ra trong môi trường nào?

NO 2 - bền trong môi trường nào?

II CÁC HỢP CHẤT CỦA NITƠ

Trả lời: Trong môi trường kiềm NO 2 - bền, phản ứng 3 không tự xảy ra.

II CÁC HỢP CHẤT CỦA NITƠ

5 Muối nitrit

II CÁC HỢP CHẤT CỦA NITƠ

5 Muối nitrit

*Tính chất hóa học

-Muối nitrit kim loại kiềm bền với nhiệt: không phân huỷ khi nóng

chảy, chỉ phân huỷ ở t0>5000C

- Nitrit các kim loại khác kém bền hơn, bị phân huỷ khi đun nóng như AgNO2 phân huỷ ở 1400 C , Hg(NO2 )2 phân huỷ ở 750C

 - Trong môi trường axit, muối nitrit cũng vừa có tính oxi hoá, vừa có tính khử như axit HNO2

  NaNO2+ 6Ho Zn/NaOH đặcNH3 + NaOH+ H2O

2KMnO4 +5NaNO2+ 3H2SO4loãng 2MnSO4+5NaNO3 +K2 SO4 +3H 2O

2NaNO2+ 3H2SO4đặc Na 2 SO4+NO +NO 2 +H 2O

-Dễ tạo phức: Phức thường gặp là natri cobantinitrit Na3 [Co(NO2)6],

dùng để nhận biết K nhờ tạo kết tủa K3[Co(NO2 )6] màu vàng

 -Tan trong nước bất kỳ tỷ lệ nào Nó tạo với nước một hỗn hợp đồng sôi (đẳng phí) chứa 68,4% HNO3, có d = 1,41 g/ml

Khả năng tự ion hoá:

Axit HNO3 tinh khiết tự ion hoá:

2HNO3  NO2+ + NO3- + H2O

HNO3 thể hiện tính oxi hoá mạnh.

- Phản ứng với hầu hết các kim loại (trừ Au, Pt, Rh, Ta , Ir) và phi kim như C, P, As, S

- HNO3 bị khử về những hợp chất của nitơ ở tất cả các số oxi hoá thấp

hơn như HNO2 , NO2 , NO, N2O, N2 , NH 2OH , NH3 ; phụ thuộc vào nồng độ axit HNO3, nhiệt độ và bản chất của chất khử

3Pb + 8HNO3 loãng 3Pb(NO3)2 + 2NO + 4H2O

Pb + 4HNO3 đặc Pb(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

- Phản ứng với phi kim cũng cho sản phẩm tương tự :

S+ 2HNO3 loãng Đun sôi H 2 SO 4 + 2NO

- Axit đặc gây thụ động hoá cho 1 số kim loại như Al, Fe, Cr, Co, Be, Bi 

S+ 6HNO3 đặc Đun sôi H 2 SO 4 + 6NO 2 + 2H 2 O

 Sau khi đã được nhúng vào axit đặc nhưng kim loại này sẽ không tương tác với nhưng axit mà trước đó chúng tương tác dễ dàng

Nước cường thuỷ: là hỗn hợp của 1 thể tích HNO3 đặc và 3 thể tích HCl

đặc, có tính oxi hoá mạnh hơn axit HNO3 nhiều, do tạo ra clo nguyên tử

  Phân biệt HNO 3 và HNO 2:

HNO3 loãng không oxi hoá được HI đến I2 như HNO2

2HI + 2HNO2 loãng 2NO + I2 + 2H2O

  - HNO3 loãng oxi hoá Fe2+ đến Fe3+ và bản thân bị khử về NO

 Khi có dư ion Fe2+, NO sẽ kết hợp với Fe2+ tạo hợp chất màu nâu, kém bền:

6FeSO4 + 2HNO3 + 3H2SO4  3Fe2(SO4)3 + 2NO + 4H2O

FeSO4 dư + NO[Fe(NO)]SO4 nâu

- Trong NO3-, N ở trạng thái lai hoá sp2

, 3(AO)sp 2 tham gia tạo thành 3liên kết với 3 nguyên tử O Obitan 2p còn lại ở N tạo 1liên kết không định chỗ với 3 nguyên tử O

www.themegallery.com Company Logo

II CÁC HỢP CHẤT CỦA NITƠ

7 Muối nitrat

-Hầu hết các muối nitrat đều dễ tan trong nước Một vài muối như

NaNO3, NH4NO3 hút ẩm trong không khí

- Muối nitrat của kim loại hoá trị 2 và 3 thường ở dạng hiđrat

- Các nitrat của kim loại khác dễ phân huỷ của các muối nitrat phụ

thuộc vào bản chất của cation kim loại

- Nitrat của những kim loại hoạt động đứng trước Mg trong dãy điện

hoá (Li, K, Ba, Ca, Na) phân huỷ cho nitrit và O2

Trong môi trường axit thì có tính oxi hoá như axit nitric và trong môi

trường kiềm có thể bị Al, Zn khử đến NH 3

Ví dụ: NaNO3 + 4Zn + 7NaOH + 6H2O 4Na2[Zn(OH)4] + NH3

II CÁC HỢP CHẤT CỦA NITƠ

a) Viết phương trình chứng tỏ HNO 2 vừa có tính oxi hóa vừa có tính

khử?

b) Cho dãy thế khử sau, cho biết NO 2 - bền trong môi trường nào:

Trong môi trường axit

PHÔT PHO

I ĐƠN CHẤT PHÔT PHO

  1 Cấu tạo phân tử và tính chất vật lý - Thù hình

- Phốt pho có cấu hình electron hoá trị: 3s 2 3 p3 3d 0 tương tự cấu hình electron hoá trị của nitơ, nhưng P là nguyên tố có tính chất quan trọng khác xa nitơ

 P có orbital 3d nên có khả năng lai hoá sp3d 2, sp3d Nhưng trạng thái

lai hoá sp3 là đặc trưng nhất của P

 Trạng thái oxy hoá của P là -3, 0, +1, +3, +5, trong đó +5 là đặc trưngnhất

- Photpho có nhiều dạng thù hình: P4 trắng, P n đỏ, P m đen, P8 tím

  - P trắng hoạt động nhất và P đen kém hoạt động nhất

P trắng tự bốc cháy trong không khí ở 400C, P đỏ trên 2500C và P đen – trên 4000C:

  2 Tính chất hóa học

  Tính khử của P4 còn thể hiện khi phản ứng với những hợp chất oxi hoá mạnh như P đỏ bốc cháy, nổ khi va chạm mạnh với KClO3, K2Cr2O7, KNO3

12Pđỏ + 10 KClO3 10KCl + 3P4O10

I ĐƠN CHẤT PHÔT PHO

  2 Tính chất hóa học

 - P 4 còn thể hiện tính khử khi phản ứng với dung dịch muối vàng, bạc,

đồng, chì trong đó các cation là chất oxi hoá

P 4 tác dụng với hiđro và nước

I.ĐƠN CHẤT PHÔT PHO

  2 Tính chất hóa học

 - Phôtpho rất phổ biến trong thiên nhiên nhưng tổng lượng không

nhiều, khoảng 0,04% tổng số nguyên tử vỏ trái đất

-Trong đất, phôtpho tập trung dưới 2 khoáng vật chính là photphorit

Ca3(PO4)2 và aptit Ca5X(PO3)3 (với X là F, Cl, OH)

Nước ta có mỏ apatit ở Lào Cai với trữ lượng lớn Quặng giàu nhất chứa 35-38% P2O5, loại nghèo chứa 7-10% P2O5

 Trong cơ thể người, phôtpho chiếm 1,16% khối lượng cơ thể và ở dạng hợp chất Chủ yếu tồn tại trong xương và lượng nhỏ trong protein nhưng giữ vai trò quan trọng trong hoạt động sống Thực phẩm có nhiều

phôtpho là phomat, các loại đậu, lòng đỏ trứng

I ĐƠN CHẤT PHÔT PHO

  3 Điều chế

  Trong công nghiệp

- P4 trắng được điều chế từ phôtphorit, SiO2, lò điện với điện cực bằng than

2Ca3(PO4)3 + 6SiO2 1500 o C 6CaSiO 3 + P 4 O 10

II HỢP CHẤT CỦA PHÔT PHO

  1 Phot phin PH 3

Cấu tạo

 - Phân tử PH3 có cấu hình không gian tương tự như NH3 Nhưng lai hóa

sp3 trong PH3 không đặc trưng như trong NH3

+ Tương tác với halogen tạo photpho pentahalogenua

+ Bị H2SO4 đặc, HNO3 đặc, H2O2, NaOCl oxy hóa :

II HỢP CHẤT CỦA PHÔT PHO

  2 Photpho (III) oxit (P 2 O 3 ) 2 hay P 4 O 6

a.Cấu tạo

 Photpho (III) oxit ở trạng thái hơi, cũng như dung dịch có công thức

P4O6

II HỢP CHẤT CỦA PHÔT PHO

  2 Photpho (III) oxit (P 2 O 3 ) 2 hay P 4 O 6

II HỢP CHẤT CỦA PHÔT PHO

  2 Photpho (III) oxit (P 2 O 3 ) 2 hay P 4 O 6

II HỢP CHẤT CỦA PHÔT PHO

  2 Photpho (III) oxit (P 2 O 3 ) 2 hay P 4 O 6

II HỢP CHẤT CỦA PHÔT PHO

  2 Photpho (III) oxit (P 2 O 3 ) 2 hay P 4 O 6

II HỢP CHẤT CỦA PHÔT PHO

  2 Photpho (III) oxit (P 2 O 3 ) 2 hay P 4 O 6

II HỢP CHẤT CỦA PHÔT PHO

  2 Photpho (III) oxit (P 2 O 3 ) 2 hay P 4 O 6

II HỢP CHẤT CỦA PHÔT PHO

  3 Axit Photphorơ H 3 PO 3 hay H 2 (PHO 3 )

a.Cấu tạo: Phân tử gồm 2 nhóm OH, một nguyên tử H liên kết trực tiếp

với P, là axit hai nấc

b.Tính chất vật lý

 H3PO3 là chất dạng tinh thể không màu, nóng chảy ở 740C, hút ẩm

mạnh, chảy rửa trong không khí, tan nhiều trong nước

II HỢP CHẤT CỦA PHÔT PHO

  3 Axit Photphorơ H 3 PO 3 hay H 2 (PHO 3 )

II HỢP CHẤT CỦA PHÔT PHO

  3 Axit Photphorơ H 3 PO 3 hay H 2 (PHO 3 )

khác, với dO-P = 1,39Å, góc liên kết O=P-O bằng 1170.

   Độ dài liên kết đơn dP-O = 1,62Å< 1,84Å (độ dài liên kết đơn thuần

túy), chứng tỏ liên kết P-O trong P4O10 có mức độ đáng kể liên kết được tạo nên theo cơ chế cho - nhận :O P

  - (P4O10)n là chất ở dạng tinh thể lục phương màu trắng, thăng hoa ở

3590C dưới áp suất 1atm Mạng tinh thể gồm những phân tử P4O10 liên kết với nhau bằng lực Van de van

Ở t0= 670 - 14000C, tinh thể bị phá vỡ và bay hơi gồm những phân tử

P4O10 độc lập

 Khi đun nóng thì dạng tinh thể thăng hoa

- Có dư áp suất và đun nóng mạnh thì nóng chảy thành chất lỏng linh động, đun nóng mạnh hơn thì trùng hợp thành (P2O5)n dạng thuỷ tinh. 

P4O10 + 2H2O 4HPO 3

Lạnh

P4O10 + 6H2O Nóng 4H 3 PO 4

P

O O

O H

H

O

O

H H

O H

II HỢP CHẤT CỦA PHÔT PHO

  5 Muối photphat

Viết phương trình phản ứng thủy phân của các muối Na 3 PO 4 , Na 2 HPO 4

và NaH 2 PO 4 giải thích tại sao pH của các dung dịch muối này thay

đổi?