Thực hành hóa học vô cơ giáo trình cao đẳng sư phạm

Các nhà Hoá học không thể hạ thấp lượng tạp chất xuống được nữa do sự hạn chế của các phương pháp tinh chế và các phương pháp xác định độ tinh khiết.. Trong phòng thí nghiệm hoá học với

(Giáo trìn h Cao đ ă n g Sư P ham )

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC s ư PHẠM

Mã sô: 01.01 19/411 ĐH 2005

Mục lụcm m

Phần I MỘT SỐ VẤN Đ Ể CHUNG TRONG THỰC HÀNH HOÁ HỌC 7

i Bài 5: Các oxit và oxiaxit của lưu huỳnh 61 Bài 6: Nitơ, photpho, amoniac, muối amoni 67

Bài 8: Cacbon, silic, hợp chất của cacbon 86 Bài 9: Kim loại kiềm và hợp chất của chúng 96 Bài 10: Kim loại kiềm thổ và muối của chúng 105

Bài 12: Thiếc, chì và hợp chất của thiếc, chì 118 Bài 13: Crom, mangan và hợp chất của chúng í V 126 Bài 14: Sắt và hợp chất của sắt Ọý 'ù,- \_ J 132 Bài 15: Đồng, kẽm và hợp chất của chúng 136

142

143 146

1 Viết tường trình thí nghiệm

2 Các biện pháp an toàn khi tiến hành thí nghiệm

3 Sơ cứu khi có tai nạn trong phòng thí nghiệm

4 Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học

5 Nồng độ một số dung dịch quan trọng thường sử dụng trong phòng

6 Bảng khối lượng riêng (g/cm3 ở 20°C) và nồng độ (%) của một số

7 Bảng tích số tan của một số hợp chất khó tan trong nước ở 25°c 151

Lời n ó i đẩu

Sách Thực h à n h Hoá học Vô cơ (Hoá học Vô cơ 3) được biên soạn

theo chương trình thực hành Hoá học Vô cơ dùng cho sinh viên các trường Cao đẳng Sư phạm do Bộ Giáo dục và Đào tạo ban hành năm 2002 Điều

kiện cần để thực hiện các bài thí nghiệm trong sách Thực h à n h Hoá học

Vô cơ là nắm vững một loạt các động tác cơ bản và kĩ năng thực hành được

trình bày trong sách Thực hành Hoá học Đại cương Hai giáo trình này có quan hệ mật thiết với nhau

Hoá học là một khoa học thực nghiệm, vì vậy lí thuyết và thực nghiệm cần được coi trọng như nhau Hoá học phát triển mạnh mẽ nhờ dựa vào thực nghiệm, trong đó có sự cải tiến và hiện đại hoá các thiết bị thí nghiệm Ngày nay, Hoá học vẫn phát triển theo hướng đó và trong tương lai cũng chắc chắn như vậy Trong những năm gần đây, Hoá học lí thuyết đạt được những tiến bộ rất cơ bản, nhưng sự phát triển sẽ có nhiều hạn chế nếu chúng ta giảng dạy chay và chỉ cung cấp cho sinh viên toàn những kiến thức lí thuyết Thực nghiệm có thể đem lại cho sinh viên mới vào ngành sự thích thú về các biến đổi và hiện tượng xảy ra trong các phản ứng hoá học, đồng thời góp phần rèn luyện cho họ khả năng quan sát các quá trình diễn biến trong khi tiến hành thí nghiệm

Các bài thí nghiệm được lựa chọn có hệ thông về điều chế, chứng

minh tính chất của các đơn chất và hợp chất thuộc các nguyên tố hoặc

nhóm nguyên tố Trong mỗi bài có nhiều thí nghiệm gồm những thí nghiệm không đánh dấu sao và đánh dấu sao (*):

— Những thí nghiệm không đánh dấu * là các thí nghiệm cơ bản, cần

thực hiện trong phòng thí nghiệm Tuy nhiên tuỳ điều kiện về cơ sở vật chất, trang thiết bị, dụng cụ hoá chất của từng trưồng, cán bộ giảng dạy có thể vận dụng một cách linh hoạt, miễn là không làm mất tính cơ bản và tính hệ thống

— Các thí nghiệm có đánh dấu * là phần thí nghiệm mở rộng Các

trường Cao đẳng Sư phạm có thể thực hiện các thí nghiệm này nếu thấy

đủ điều kiện Nếu muốn chuẩn hoá Đại học Sư phạm sau này, sinh viên cần tự thực hiện đầy đủ các thí nghiệm đó

Nói chung khối lượng các thí nghiệm Hoá học Vô cơ rấ t lớn, phương

án lựa chọn rất đa dạng Phương án nào tối ưu còn là một vấn đề khó khăn trong nhiều cách lựa chọn Tuy nhiên, các cách lựa chọn khác nhau đều nhằm mục đích giúp sinh viên có được các kĩ năng cần thiết để thực hiện

có kết quả các thí nghiệm về chứng minh tính chất lí - hoá học, tổng hợp chất, tinh chế chất Qua hoạt động thực hành trong phòng thí nghiệm, sinh viên có thể củng cố được các phần lí thuyết đã học, vận dụng tốt trong các thí nghiệm chứng minh khi lên lớp ở trường Phổ thông cơ sở và phát huy trong các thí nghiệm nghiên cứu khoa học khi có cơ hội phát triển

Trong biên soạn cuốn Thực h à n h H oá học Vô cơ, chắc chắn còn

nhiều thiếu sót Rất mong bạn đọc và các đồng nghiệp góp ý và chỉ dẫn những khiếm khuyết còn tồn tại trong cuốn sách này

TÁC GIẢ

Phẩn I

TRONG THỰC HÀNH HOÁ HỌC

§1 H Ệ TH Ố N G KH ÁI NIỆM ĐỘ TINH K H IẾ T

1.1 Độ tinh khiết hoá học và độ tinh khiết vật lí

Các hoá chất không thể có độ tinh khiết tuyệt đốì Việc, loại trừ tạp chất trong hoá chất hiện nay chỉ đạt được giới hạn 10“6% mol, như vậy trong 1 mol chất vẫn tồn tại 1015 nguyên tử hay phân tử lạ (tạp chất) Các nhà Hoá học không thể hạ thấp lượng tạp chất xuống được nữa do sự hạn chế của các phương pháp tinh chế và các phương pháp xác định độ tinh khiết Phần lớn các hoá chất được tinh chế đến mức cần thiết cho mục đích

sử dụng như tinh khiết phân tích, tinh khiết, tinh khiết kĩ thuật Các loại

chất tinh khiết trên được quy tụ trong khái niệm tinh khiết hoá học.

Độ siêu tinh khiết của các chất có ý nghĩa rất lớn trong ngành công

nghiệp bán dẫn và trong kĩ thuật hạt nhân Sự sai lệch so với cấu trúc tinh thể lí tưởng có tính chất quyết định đối với một loạt các hiệu ứng quan trọng của các chất kết tinh, ví dụ những chất bán dẫn đặc trưng chỉ hình thành khi thêm vào các chất bán dẫn siêu tinh khiết một lượng rất nhỏ nhưng xác định các chất khác Do vậy khi sản xuất chất ban đầu, yêu cầu

về độ tinh khiết phải rất cao Liên quan đên các vấn đề tương tự, người ta

thường đề cập đến độ tinh khiết vật lí.

1.2 Sự phân loại các chất

Khi phân loại các chất theo thành phần cấu tạo thì khái niệm về

nguyên tố có ý nghĩa quyết định Trong phản ứng hoá học tồn tại quy luật

hảo toàn các nguyên tổ Ở tất cả các phản ứng hoá học, nguyên tô và sô

lượng các nguyên tử của từng nguyên tô" không thay đổi Các nguyên tử chỉ

thay đổi lại cách sắp xếp Quy luật bảo toàn này chỉ có giá trị khi không xảy ra các biến đổi hạt nhân trong quá trình phản ứng hoá học Các phản ứng hạt nhân trở nên quen thuộc qua sự phân rã phóng xạ tự nhiên và phân rã các đồng vị phóng xạ nhân tạo là một phần của bộ môn Hoá học phóng xạ, trước đây ít được đề cập tới Nếu cho các đồng vị phóng xạ tác dụng với các chất, bên cạnh phản ứng hoá học còn xảy ra các phản ứng hạt nhân Loại phản ứng kết hợp này sẽ có các sản phẩm phức tạp Các phản ứng hạt nhân cũng được mô tả bằng các phương trình, được bổ sung bằng các hiệu ứng năng lượng đế cân bằng về m ặt khối lượng.

Nguyên tô" bao gồm các nguyên tử được đặc trưng bằng sô" thứ tự nguyên tử Nguyên tô" chưa có tính chất của các chất Chỉ khi có tập hợp lốn các nguyên tử (tiểu phân) mới tạo ra các trạng thái của vật châ"t ở các trạng thái tập hợp lớn, các chất thể hiện được các tính chất vĩ mô xác định như khôi lượng riêng, màu sắc, độ dẫn điện, entanpi hình thành, v.v

Các c h ấ t được c h ia th à n h h a i lo ạ i:

- Đơn chất chỉ chứa các nguyên tử của một nguyên tô".

- Hợp chất chứa các nguyên tử hoặc ion của các nguyên tô' khác

nhau, do đó các hệ hoá học được phân chia như sau:

Hỗn hợp đồng thể (ví dụ: dung dịch)

<Hợp chất

Đơn châ'tMột nguyên tố có thể hình thành các đơn chất khác nhau ví dụ oxi

có thể hình thành hai đơn chất: oxi (0 2) và ozon ( 0 3) Chúng khác nhau

cơ bản về tính chất vật lí và hoá học, do có sự khác nhau trong liên kết giữa các nguyên tử Các đơn chất khác nhau của một nguyên tô' được gọi

là các dạng thù hình Lưu huỳnh tạo được nhiều dạng th ù hình hơn oxi

Các đơn chất thể hiện tính kim loại hoặc phi kim tuỳ theo loại liên kết nào trội hơn

Các hợp chất có sự tồn tại đa dạng hơn Sự kết hợp của các nguyên tử khác nhau dẫn đến các cấu trúc phân tử hợp chất khác nhau Liên kết giữa các nguyên tử của các nguyên tô" khác nhau thường phân cực Liên kết phân cực mạnh yếu khác nhau và trường hợp giới hạn có thể xảy ra sự cho và nhận electron để hình thành các ion.

§2 T Á C H C Á C C H Ấ T

2.1 Hệ dị thể và hệ đồng thể

Phần lớn các chất trong thiên nhiên không tinh khiết Chúng thưòng

là các hỗn hợp ít phức tạp hoặc rất phức tạp Các chất có trong thiên nhiên

là nguồn nguyên liệu quan trọng nhất đối với Hoá học và công nghiệp hoá học như than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên, quặng, muối khoáng, nước, không khí Việc tách các hỗn hợp này thành các sản phẩm tinh khiết bằng các phương pháp hoá học và vật lí là một trong những nhiệm vụ chủ yếu của ngành Hoá học và công nghệ hoá học Trong phòng thí nghiệm hoá học với các thí nghiệm phân tích, tổng hợp chất, tinh chế, v.v , các phương pháp tách chất được sử dụng thường xuyên

Hệ dị thể gồm các phạ khác nhau Một pha chứa tấ t cả các thành

phần có trạng thái tồn tại giống nhau, tách biệt với các thành phần khác của hệ bằng các bề m ặt giối hạn, ví dụ dầu ăn nổi trên mặt nưdc Một pha không nhất thiết phải hợp thành từ một chất và ngược lại một chất không nhất thiết phải tồn tại trong một pha Đe minh hoạ, chúng ta quan sát dung dịch muôi bão hoà, phía trên những tinh thể muôi là dung dịch trong suốt Hệ này hợp thành từ hai pha Pha rắn là một chất, gồm các tinh thể muôi không hoà tan hết; pha lỏng là một hỗn hợp đồng thể gồm hai chất muối và nước Nếu làm lạnh sâu dung dịch muôi, sẽ có muôi kết tinh thêm

và một phần nước hoá rắn dưới dạng nước đá Như vậy hệ sẽ có hai pha rắn (muôi kết tinh, nước đá) và một pha lỏng (dung dịch muối)

Hệ đồng thể trông bề ngoài hoàn toàn đồng nhất Trong hệ tồn tại

một chất hay hỗn hợp các chất khác nhau nhưng không phân biệt được bằng mắt hoặc kính hiển vi bình thường Không khí, nước biển là những

hệ đồng thể tự nhiên, hợp thành từ nhiều chất khác nhau

2.2 Tách các hệ dị thể thành các phần đồng thể

Cô lập thành phần các hệ dị thể có thể tiên hành bằng các phương pháp vật lí, trong đó lợi vận dụng các tính châ"t khác nhau của từng pha như khối lượng riêng, sự thấm ưổt, cỡ hạt, v.v

Dưới đây trình bày một sô phương pháp thường dùng

- Phương pháp tuyển nổi

Đây là phương pháp được dùng để tuyển quặng Hỗn hợp chất rắn, ví

dụ các loại quặng, được nghiền nhỏ Các h ạt nhỏ được thả vào một chất lỏng và sục không khí để tạo bọt dày đặc Chỉ có những tiểu phần không thấm ướt mối có khả năng bám vào bọt khí và nổi lên trên Hầu hết các tiểu phần không thấm ưổt được tập trung trong lớp bọt và được tách ra khỏi hỗn hợp Thêm vào chất lỏng một sô" châ"t thâ"m ướt các h ạt quặng phù hợp và các châ"t tạo bọt, người ta có thể tăng hiệu ứng tách của phương pháp này và tạo ra các hệ tách đặc trưng

- Phương pháp hoà tan

Phương pháp tách thường được dùng trong phòng th í nghiệm là phương pháp dựa vào độ tan khác nhau của các chất trong hỗn hợp vào các

hệ dung môi, ví dụ hỗn hợp Na2C03 và C aC 03 được tách bằng cách hoà tan

Na2C03 trong nước, CaC03 không tan Lọc kết tủa và cô dung dịch để có

Na2C03 tinh thể

Độ tan phụ thuộc vào nhiệt độ cũng được dùng để tách các hỗn hợp chất rắn, ví dụ trong Hoá học Phân tích, người ta cho kết tủa ion Ag+ và Pb2+ dưối dạng muối clorua ở nhiệt độ thấp, sau đó hoà tan PbCl2 bằng nưốc nóng, AgCl không tan

b Tách hệ rắn lỏng

- Phương pháp lắng và gạn

Do lực hấp dẫn, các tiểu phân rắn vối khối lượng riêng lớn hơn so với chất lỏng sẽ lắng xuống đáy bình Tốc độ lắng phụ thuộc vào đường kính của tiểu phân, vào sự khác nhau về khối lượng riêng của hai pha và phụ thuộc vào độ nhớt của chất lỏng Sau khi kết tủa đã lắng xuống, gạn hoặc hút chất lỏng ra Nếu tiểu phân chất rắn nhẹ hơn chất lỏng, chúng sẽ nổi lên trên và được vớt ra khỏi chất lỏng

- Phương pháp li tâm

Quá trình tách pha rắn - lỏng xảy ra nhanh hơn do lực li tâm Lực li tâm lớn hơn trọng lực nhiều lần Trong trường hợp này, tốc độ lắng không những phụ thuộc vào các yếu tô" được nêu lên ỏ trên mà còn phụ thuộc vào

số vòng quay trong một phút (n), khoảng cách từ trục quay đến kết tủa (r, đo bằng cm) Dưới cùng điều kiện, tỉ sô" giữa lực li tâm (Ki.) và trọng lực (Kg) có quan hệ sau:

c Tách hệ lỏng - lỏng

Hai chất lỏng không trộn lẫn vào nhau có thể tách ra được bằng phễu chiết, ví dụ hệ nước - ete, nhờ sự khác nhau về khối lượng riêng, nưốc là pha nặng ỏ phía dưới và ete là pha nhẹ nổi lên trên

d Tách hệ rắn - khí

Quá trình tách hệ rắn - khí có thể dựa vào sự khác nhau về khôi lượng riêng, vể kích thước của tiểu phân, ví dụ lọc bụi trong không khí bằng cách thổi không khí hoặc hút không khí qua một màng lọc Tách hệ này cũng có thể dùng màng lọc tĩnh điện, ví dụ khử bụi trong khí S 02

dùng để điều chế axit suíuric Khí S 02 thô được thổi qua một lưới lọc tích điện âm Các hạt bụi được tích điện âm khi đi qua lưới này và được giữ lại khi đi qua lưới lọc tích điện dương Bằng phương pháp này, tôc độ tách bụi

ra khỏi khí được tăng lên rất nhiều

2.3 Tách các hỗn hợp đồng thể

Các pha đồng thể được tách ra từ các hệ dị thể có thể là các chất hay các hỗn hợp đồng thể của các chất khác nhau Sự phân biệt giữa các pha đồng thể này đôi khi không phải đơn giản và cần phải sử dụng đến các đại lượng đặc trưng về độ tinh khiết của chất Nếu hệ là hỗn hợp đồng thể, cần tách ròi các chất trong hệ và xác định độ tinh khiết của từng chất Tuỳ theo trạng thái tồn tại của các chất trong hỗn hợp đồng thể, các hệ có thể

là dung dịch rắn, dung dịch lỏng hay hỗn hợp khí (dung dịch khí) Các phương pháp tách được sử dụng với các hệ này đều dựa trên một nguyên tắc: Pha đồng thể ban đầu được chuyển thành các pha khác nhau bằng sự thay đổi nhiệt độ, bằng thêm các dung môi hay bằng các phản ứng hoá học Các pha mới chứa các thành phần mối với tỉ lượng các chất khác nhau Nếu có sự hình thành hệ dị thể mới, hệ sẽ được tách pha theo các phương pháp đã nêu Quá trình tách này tạo ra được sự làm giàu chất trong các pha và trong một sô' trưồng hợp tạo ra được các chất tinh khiết

a Tách các thành phẩn không bay hơi ra khỏi dung dịch

Ví dụ: Tách muối từ dung dịch được tiến hành bằng cách cho bay hơi dung môi Phương pháp này cũng được dùng để tinh chế dung môi, ví dụ: cất nước hai lần trong phòng thí nghiệm Nước cất một lần còn chứa tạp chất C 02, NH3 và các chất hữu cơ Để điều chế nước đặc biệt tinh khiết, chẳng hạn để sử dụng trong chuẩn độ complexon, người ta phải dùng nước cất hai lần hoặc nước cất nhiều lần Tiến hành cất nước lần thứ hai phải cho thêm các hoá chất vào nước đã cất lần thứ n h ất để loại trừ khí C02, NH3 và oxi hoá các chất hữu cơ Mỗi lít nưốc cần thêm 3g NaOH'

0,5g KM n04 Để loại bỏ hoàn toàn NH3, phải cất lại một lần nữa với 3g

thạch anh Nước cất hai lần hay nhiều lần cần được bảo quản cẩn thận,

vì khi tiếp xúc với không khí, nước tinh khiết hấp thụ C 02 và NH3 rấ t

dễ dàng

b Tách các chất lỏng có nhiệt độ sôi cách nhau xa

Hệ hỗn hợp chất lỏng này được tách bằng phương pháp cất thuận dòng vối điều kiện không có tương tác mạnh giữa các chất lỏng Điều kiện này rấ t khó đạt được trừ một sô" trưòng hợp ngoại lệ (dung dịch lí tưởng) Đối với các dung dịch không phải lí tưởng, các phân đoạn chất lỏng ngưng

tụ trong quá trình cất rất khác nhau về thành phần cũng như nhiệt độ sôi

Ví dụ cất dung dịch HC1 10%, người ta nhận được phân đoạn đầu là nưóc

nguyên chất mặc dù HC1 có nhiệt độ sôi -85°c và nước có nhiệt độ sôi 100°c Nguyên nhân của quá trình này là có tương tác hoá học giữa HC1

và nước tạo thành dung dịch axit clohiđric

Bộ cất chất lỏng được trình bày trong hình 1.1

Bình cầu và ổng sinh hàn được lắp đặt th ật kín nhưng không gò ép, dùng mỡ Silicon bôi vào các đoạn nối được mài nhám Ong nôi đặt trên miệng bình cầu có hai nhánh, nhánh thẳng đứng và nhánh nghiêng Cho chất lỏng vào bình cầu sau khi đã lắp đặt xong các phần chính Đặt phễu vào miệng nhánh thẳng đứng của ống nối; cuống phễu phải vượt quá nhánh nghiêng Chất lỏng cho vào bình cầu không vượt qua 2/3 thể tích bình Cho vào bình cầu ba, bốn viên thuỷ tinh nhỏ hay vài ba mảnh xương

sứ chưa tráng men và lắp nhiệt kế (nhám) vào nhánh thẳng đứng của ông nôi để theo dõi nhiệt độ sôi Nối ống sinh hàn vào nguồn nước và cho nước từ ốhg sinh hàn chảy vào hệ thống thoát nước bằng các ống cao su hoặc polietilen Sau khi đã hoàn tất các công việc trên, bình cầu được đun nóng

từ từ Nhiệt độ ở nhiệt kế phải được quan sát thường xuyên Thông thường, nhiệt độ lúc đầu tăng rất chậm Nguồn nhiệt được khống chế theo nhiệt độ sôi của chất lỏng Nếu chất lỏng chứa các tạp chất có nhiệt độ sôi thấp, người ta phải tách phân đoạn đầu này ra và thay bình hứng khác trước khi đạt được nhiệt độ sôi của phân đoạn chính Chat lỏng nguyên chất có nhiệt

độ sôi xác định và được giữ cố định trong khi cất Khi cất phân đoạn chính, nguồn nhiệt được điều chỉnh để trong một hoặc hai giây có một giọt chất lỏng chảy vào bình hứng Nếu cất quá nhanh sẽ có tạp chất kéo theo Quá trình cất nên kết thúc khi trong bình cầu còn một ít chất lỏng Nếu cất khô cạn hoàn toàn có thể làm vổ bình cầu Trong quá trình cất thấy nhiệt độ tăng cần đổi bình hứng và cất riêng phân đoạn nhiệt độ cao Trong phân đoạn đầu (nhiệt độ sôi thấp) và phân đoạn cuốỉ (nhiệt độ sôi cao) có chứa một phần đáng kể sản phẩm chính Nếu lượng của hai phân đoạn này đủ lớn, cần tiến hành cất lại lần thứ hai để tách sản phẩm chính ra

c Tách các chất lỏng có nhiệt độ sô i gần nhau

Khi cất hai chất lỏng trong hỗn hợp có nhiệt độ sôi chênh lệch ít, trong pha khí (hơi) luôn có mặt cả hai chất Chất dễ bay hơi có lượng lớn hơn Cất một lần thì quá trình tách giữa hai chất không đáng kể Để tách rời hai chất, cần phải lặp đi lặp lại nhiều lần cất các phân đoạn đã thu được Vối sự hỗ trợ của cột cất phân đoạn và các chất nhồi trong đó có thể thực hiện tách các chất trong một lần cất Phương pháp này được gọi là

phương pháp cất ngược dòng hay phương pháp cất phân đoạn.

Hơi bốc lên từ bình cất được ngưng tụ theo từng đoạn của cột cất do tác dụng làm nguội của không khí Đoạn thấp nhất ưu tiên cho sự ngưng

tụ của chất khó bay hơi nhất Các phân đoạn tiếp theo chứa các chất có nhiệt độ sôi thấp hơn Các phân đoạn chất lỏng chứa trong chất nhồi tưới lên hơi các chất có nhiệt độ sôi thấp đang đi lên và làm ngưng tụ một phần hơi đó Mặt khác, do cung cấp nhiệt thường xuyên trong quá trình cất nên chất có nhiệt độ sôi thấp đang tồn tại theo chiều dài cột phân đoạn lại bốc hơi Ở đây xảy ra quá trình cất nhiều lần trong từng phân đoạn của cột Thành phần dễ bay hơi nhất ngưng tụ trên đỉnh cột, một phần chảy vào bình hứng, một phần chảy trở lại cột Tác dụng của cột cất được lặp lại một lần nữa nhò sự hồi lưu này Tỉ lệ dòng hồi lưu được khống chế bằng khoá ỏ đầu cột Để tránh th ấ t thoát nhiệt, ngưòi ta dùng vật liệu cách nhiệt quấn xung quanh cột phân đoạn như bông thuỷ tinh, sợi amiăng Tách các chất

có nhiệt độ sôi gần nhau có thể thực hiện được bằng quá trình cất chậm và

sử dụng cột có chiều cao hợp lí Các loại cột cất phân đoạn và cách lắp đặt dụng cụ cất phân đoạn được trình bày ỏ hình 1.2

Ngưồi ta chọn cột cất và xác định tỉ lệ hồi lưu theo các dự định trưốc đối với các hỗn hợp khó tách Tách hỗn hợp hai chất có nhiệt độ sôi gần nhau thường không hoàn toàn và thu được ba phân đoạn P hân đoạn thứ nhâ't là chất có nhiệt độ sôi thấp, được cất ở nhiệt độ không đổi Khi nhiệt

độ sôi bắt đầu tăng lên cần đổi bình hứng để tiếp nhận phân đoạn giữa là phân đoạn chứa cả hai chất Khi đạt được nhiệt độ sôi cao của chất thứ hai phải đổi bình hứng để thu nhận chất thứ hai tinh khiêt Các phân đoạn có lẫn hai chất được cất phân đoạn lần thứ hai và nhập các phân đoạn tinh khiết tương ứng lại với nhau Độ tinh khiết của các chất lỏng thu được cần qua kiểm tra và xác định bằng các tín h chất vật lí đặc trưng như khối lượng riêng, chỉ số khúc xạ, v.v Bằng phương pháp cất phân đoạn

có thể dễ dàng tách được các hỗn hợp như S0C12 — P0C13, rượu metylic - nước, v.v

Tuy nhiên, có những hỗn hợp các chất lỏng không thể tách được bằng cất phân đoạn mặc dù chúng có nhiệt độ sôi khác nhau Đó là do chúng tạo

thành hỗn hợp azeotropic (hỗn hợp sôi ở nhiệt độ không đổi).

d Tách chất rắn dễ thăng hoa

Có thể áp dụng nguyên tắc cất phân đoạn đối với các chất rắn dễ thăng hoa, ví dụ thăng hoa phân đoạn iot ra khỏi các tạp chất

đ Phương pháp kết tinh phân đoạn

Phương pháp kết tinh phân đoạn có ý nghĩa lớn trong Hoá học Vô cơ

vì nhiều hợp chất vô cơ bị phân huỷ khi cất Trong quá trình này, các dung dịch được làm lạnh dần dần và các phân đoạn kết tủa được lọc ra Kết tinh một lần chưa thu được chất tinh khiết Muôn thu được chất tinh khiết cần

kết tinh lặp lại nhiều lần Phương pháp này được gọi là kết tinh phân đoạn

(giống như cất phân đoạn) Các hỗn hợp ơtecti của dung dịch rắn và của

tinh thể có thành phần cố định không thể tách được bằng phương pháp kết

tinh phân đoạn

Một phương pháp tương tự nhưng số lần lặp lại ít hơn dùng để tinh

chế hoá chất là phương pháp kết tinh lại Người ta loại bỏ được các tạp

chất trong tinh thể bằng cách hoà tan và cho kết tinh lại một sô' lần trong dung môi phù hợp Nguyên tắc chung của phương pháp là điều chế một dung dịch nóng bão hoà, lọc những chất không hoà tan và làm lạnh từ từ

Nếu cô đặc nhanh hay làm lạnh quá nhanh sẽ tạo điều kiện hình thành nhiều mầm tinh thể và kết tinh thành nhiều tinh thể nhỏ có tiết diện tổng cộng rấ t lớn và chúng hấp phụ nhiều tạp chất trên bề mặt .Ngược lại, sự hình thành tinh thể quá lón cũng không thuận lợi, vì khi đó tinh thể có thể tạo thành những khoảng trông chứa dung dịch mang tạp chất Điều kiện

để tách tốt nhất là tạp chất tồn tại trong dung môi, kể cả khi làm lạnh cũng tan tốt trong nưốc lọc

Những tạp chất có màu trong dung dịch có thể tách ra trước bằng cách cho hấp phụ vào than hoạt tính Đối với dung môi dễ bay hơi, khi điều chế dung dịch phải dùng ống sinh hàn hồi lưu và đun trên nồi cách thuỷ hay đun bằng đèn hồng ngoại Tinh thể tinh khiết được tách ra khỏi dung dịch bằng phễu lọc xốp hay chén lọc xốp Quá trình lọc có thể thực hiện trong chân không Tinh thể trên phễu lọc được rửa bằng lượng nhỏ dung môi dùng ban đầu hoặc các dung môi khác với điều kiện những dung môi này đẩy được các phân tử dung môi ban đầu, hoà tan ít các tinh thể trong phễu lọc và dễ bay hơi trong quá trình sấy khô tinh thể Gác tinh thể thu được phải qua kiểm tra độ tinh khiết bằng các phương pháp hoá học

và vật lí khác nhau Hiệu suất của quá trình tinh chê được tính so vối lượng chất ban đầu

e Phương pháp chiết

Phương pháp chiết là phương pháp có hiệu quả trong Hoá học Vô cơ Phương pháp này được dùng để tách các chất trong hệ đồng thể bằng các dung môi phù hợp Dung môi dùng để chiết không hoà tan trong dung mồi của dung dịch và tạo thành hai pha lỏng Pha nặng ở dưối, pha nhẹ nổi lên trên và được tách ra bằng phễu chiết (xem hình 1.3) Các chất trong dung dịch ban đầu có độ tan chọn lọc vào hai loại dung môi này; nói cách khác, chúng phân bô" trong hai pha khác nhau Quá trình chiết như trên là

phương phấp chiết đơn giản.

Lặp đi lặp lại quá trình chiết nhiều lần, người ta có thể tách được các hỗn hợp chất phức tạp như các nguyên tô" đất hiếm, các nguyên tô" actinit Phương pháp này ngày càng được dùng phổ biến để tách các

hỗn hợp chất trong các thiết bị tự động hoá và được gọi là phương pháp

phân bô'nhiều bậc.

2.THHH-A

- Sắc kí cột: phần chính của thiết bị là cột sắc

kí Trường hợp đơn giản là một cột thủy tinh Phần

dưới cột được gắn một màng thủy tinh xốp Cuối cột

được thu nhỏ thành một vòi có khóa điều chỉnh dòng

chảy Cột này được chứa gần đầy một chất hấp phụ

trơ ngâm trong nưôc hay hỗn hợp dung môi (hình

1.4) Dung dịch các chất cần tách được cho vào đầu

cột và mỏ khóa vòi điều chỉnh dòng chảy Sau khi

các chất trong dung dịch đã được hấp phụ trên đầu

cột, quá trình hiện sắc phổ được tiến hành bằng

cách dùng dung môi tinh khiết hay hỗn hợp dung

môi để chuyển các vùng sắc kí dần dần ra khỏi cột

Dung dịch rửa giải này được hứng vào các ống

2.THHH-B

nghiệm có dung tích bằng nhau (các phân đoạn) và xác định định lượng chất trong đó bằng các phương pháp phân tích hóa học hay vật lí Vẽ giản

đồ nồng độ chất phụ thuộc vào số các phân đoạn (các ống nghiệm được đánh số), ta th u được sắc phổ của quá trình tách Hiện nay, sắc kí cột đã được tự động hóa với các thiết bị điện tử và phân tích đi kèm

— sắc k í giấy Giấy sắc kí là loại giấy cấu tạo đặc biệt vối sự nối tiếp

đồng đều các sợi xenlulozơ Thông thường, người ta dùng băng giấy dài 30cm, rộng 5cm và thực hiện sắc kí chuyển dịch từ dưới lên Khoảng 0,lml dung dịch hỗn hợp chất được nhỏ vào vị trí cách đầu phía dưới của băng giấy 5cm Vị trí này được đánh dấu bằng bút chì trước khi nhỏ giọt dung dịch Dung môi được chứa trong bình thủy tinh có nút nhám, phía dưới nút gắn các cặp giấy Băng giấy được nhúng vào dung môi ngập khoảng 0,5cm Bình được đậy kín để giấy trong bầu không khí luôn bão hòa hơi dung môi Thòi gian chạy sắc kí khoảng 8 tiếng Khi lấy giấy sắc kí ra khỏi bình phải dùng bút chì đánh dấu ngay tiền lưu của dung môi Phun các hóa chất phù hợp lên băng giấy để tạo thành các vùng màu khác nhau Qua đó có thể xác định định tính và định lượng các chất Nhiều nhóm ion vô cơ đã được xác định nhanh chóng bằng sắc kí giấy

- Sắc kí lớp mỏng: Tướng cô" định của phương pháp này là một lớp

mỏng bột silicagel, bột nhôm oxit, bột xenlulozơ, v.v được tráng lên những tấm kính Thực hiện sắc kí lớp mỏng giống sắc kí giấy nhưng có một sô" ưu điểm như thòi gian chạy sắc kí ngắn (chỉ vài giò), hiệu ứng tốt

2.4 Tính chất của các chất và phương pháp xác định độ tinh khiết

a Tính chất của các chất

Các chất tinh khiết có tính chất vật lí và hoá học đặc trưng

Các tính chất vật lí có thể dùng để xác định độ tinh khiết gồm: nhiệt

độ sôi, nhiệt độ nóng chảy, khối lượng riêng, độ tan, chỉ sô" khúc xạ, độ dẫn điện, hấp thụ các bức xạ, v.v Các giá trị này của nhiều châ"t đã được xác định và lập thành bảng trong các sách tra cứu Nhiều thông sô" về tính chất vật lí chỉ đặc trưng cho chất khi kèm theo các điều kiện áp suất, nhiệt

độ, dạng thù hình

Các tính chất hoá học được dùng để xác định độ tinh khiêt gồm: phân

tích thành phần, các loại phản ứng hoá học đặc trưng ở các điều kiện khác nhau Tất cả các tính chất hoá học phụ thuộc nhiều hay ít vào các điêu kiện bên ngoài, phụ thuộc vào cấu trúc của chất, phụ thuộc vào các chất khác tham gia trong hệ phản ứng

Để đánh giá khả năng tách của một phương pháp và xác định xem sản phẩm thu được là chất tinh khiết hay còn có tạp chát, người ta cần đên

một sô tiêu chí cho độ tinh khiết Nói chung một chât được coi là tinh khiết

khi nó có hàm lượng tạp chất rất bé và lượng tạp chât này không ảnh hưởng đến tính chất vật lí và hoá học của chất đó.

b Các phương pháp xác định độ tinh khiết

- P h ư ơ n g p h á p p h â n tíc h th à n h p h ầ n

Các yêu cầu về độ tinh khiết cho phép tồn tại một lượng tạp chất tối

đa nào đấy Lượng tạp chất này được xác định bằng một số phương pháp phân tích theo quy định của từng nước (Cơ quan Đo lường và Tiêu chuẩn Quốc gia) Quy định về độ tinh khiết của các hoá chất trên thị trường gồm: tinh khiết phân tích (p.a), tinh khiết (p) và tinh khiết kĩ thuật Đặc biệt quan trọng với người làm thí nghiệm là cần kiểm tra lại độ tinh khiết của những hoá chất thường dùng, nhất là các hoá chất dùng cho phân tích thành phần; đôi khi phải tiên hành tinh chế lại, ví dụ kết tinh lại

+ Phương pháp nhiễu xạ tia X (phương pháp Debye - Scherrer)

Người ta dùng phương pháp nhiễu xạ tia X để xác định độ tinh khiết của chất rắn trong Hoá học Vô cơ Ưu việt của phương pháp này là chỉ dùng một lượng nhỏ chất cần xác định dưới dạng bột Vị trí và cường độ của các vạch nhiễu xạ đặc trưng cho từng loại tinh thể Phương pháp này cũng xác định được dạng thù hình khác nhau của cùng một nguyên tố

+ Phương pháp phân tích kích hoạt

Bằng phương pháp phân tích kích hoạt, người ta xác định được lượng tạp chất nhỏ hơn phương pháp quang phổ phát xạ Phương pháp này dựa vào sự chiếu xạ các đồng vị bằng nơtron chậm để biến chúng thành những dãy đồng vị phóng xạ và sử dụng các phương tiện đo độ phóng xạ hay đo năng lượng bức xạ đặc trưng để xác định định lượng các chất

2NH4N 0 2(dd) — »N2T + 2H20

Tuỳ thuộc vào nhiệt độ phản ứng và các sản phẩm tạo thành mà sử dụng các dụng cụ điều chê khí khác nhau: bình cổ cong, ông nghiệm có nhánh, bình cầu có nhánh

b Cho các chất lỏng tác dụng lên chất rắn hoặc chất lỏng khác

Phương pháp này được sử dụng phổ biến hơn trong phòng thí nghiệm

Điều chế cấc chất kh í từ chất rắn và chất lỏng có gia nhiệt:

Người ta sử dụng ống nghiệm có nhánh, bình nhỏ giọt được lắp ráp trên nút để đựng chất lỏng đối với lượng khí nhỏ (hình 1.5)

Điều chế lượng khí lổn hơn, ngưòi ta dùng bình cầu có nhánh, phễu chiết được lắp ráp trên nút để đựng được lượng chất lỏng lớn hơn

Điều chế các chất khí từ chất rắn và chất lỏng ỏ nhiệt độ thường được thực hiện trong bình Kíp (hình 1.6) Mô tả và cách sử dụng bình Kíp được trình bày chi tiết trong sách Hoá học đại cương 3: Thực hành trong phòng thí nghiệm Chẳng hạn điều chế khí C 02 bằng đá vôi và axit clohiđric:

CaC03(r) + 2HCl(dd) -> CaCl2 + H20 + C 0 2í

3.2 Thu khí và bảo quản khí trong bình chứa khí

Thu khí và bảo quản khí trong phòng thí nghiệm, người ta thường sử dụng bình chứa khí Bình này được mô tả và hướng dẫn sử dụng trong sách Hoá học đại cương 3: Thực hành trong phòng thí nghiệm Nếu không

có dụng cụ này, ngưòi ta có thể dùng hai lọ thuỷ tinh lớn đặt trên giá cao thấp khác nhau, nối với nhau bằng ống cao su Chất lỏng dùng làm lớp ngăn khí là nước (hình 1.7 và 1.8)

a Tinh ch ế và làm khô các khí bằng chất lỏng

Tinh chế và làm khô khí được thực hiện trong các loại bình rửa khí (hình 1.9) Loại bình rửa khí này còn có tác dụng để quan sát tốc độ dòng khí bằng đếm các bong bóng khí thoát ra trong đơn vị thòi gian Chẳng hạn tinh chế khí hiđro được điều chế từ bình Kíp bằng cách mắc hai bình rửa nôi tiếp Bình thứ nhất chứa nưốc cất để loại hơi HC1 và bình thứ hai chứa H2S 04 đặc để loại hơi nước!

Hình 1.9: Các loại bình rửa khí

b Tinh ch ế và làm khô các chất khí bằng chất rắn

Ngưồi ta thường dùng các ống dạng thẳng, dạng chữ Ư (hình 1.10) hay bình làm khô, còn gọi là cột làm khô (hình 1.11)

Những điều cần chú ý khi sử dụng chất hút ẩm lỏng, rắn:

- Chất lỏng dùng làm khô các khí trong phòng thí nghiệm chủ yếu là

H2S04 nhưng không dùng làm khô khí NH3 và các khí có tính khử mạnh như HI, HBr, H2S

Các chất rắn dùng làm khô khí gồm:

+ CaCl2 khan, không dùng làm khô NH3

+ Mg(C104)2, CaO, CaO + NaOH, NaOH viên hay KOH viên dùng làm khô NH3

+ Silicagel được pha trộn một lượng nhỏ muối coban (II), dạng viên khan có màu xanh, khi silicagel đã h út ẩm có màu hồng; khi đó silicagel có

thể được tái sinh ở 150°C trong tủ sấy.

+ P4O10 là chât làm khô các khí có hiệu quả nhát, nhưng vối những chất khí có độ ẩm cao nên mắc một cột làm khô chứa chất h ú t ẩm khác vào phía trước cột làm khô chứa P4O10; không dùng P4O10 làm khô các hợp chất hiđro halogenua

c Phương pháp làm lạnh sâu để làm khô khí và tinh ch ế khí

Nếu làm lạnh khí có độ ẩm cao, hơi nưâc sẽ hoá lỏng hoặc hoá rắn tuỳ theo nhiệt độ làm lạnh và được loại ra khỏi dòng khí Một số các tạp chất dễ hoá lỏng và dễ hoá rắn so với chất khí đa lượng cũng được tách ra bằng phương pháp này Các chất được dùng làm lạnh sâu thưồng là hỗn hợp C 02 rắn và axeton hay không khí lỏng Hiệu quả làm khô và tinh chế các chất khí bằng không khí lỏng cao hơn

d Rây phân tử

Rây phân tử là mạng tinh thể các anion alumosilicat được dùng để tinh chế và làm khô các chất khí Rây phân tử có thể hấp phụ được nhiều hợp chất phân cực như H20, H2S, NH3, S 0 2, CS2, c o

3.4 Cách sử dụng các khí được nén trong bình thép

Phòng thí nghiệm có thể mua một sô" khí thông dụng chứa trong bình thép Lượng khí đủ lớn để sử dụng lâu dài, nhất là để tổng hợp chất (xem hình 1.12)

Một số khí được hoá rắn hoặc hoá lỏng và nạp vào bình thép: C02

(rắn), Cl2, NH3, S 02 (hoá lỏng) Sô" khí khác được nén vào bình thép dưới áp suất lớn (150atm) như: Ho, 0 2, N2, c o , axetilen (dưới áp suất lón được hoà tan trong axeton) Vì tấ t cả các khí trong bình thép đều tồn tại dưới áp suất lớn nên cần quan tâm đặc biệt đến các biện pháp an toàn sau:

a Các bình thép chứa khí không được để gần các nguồn nhiệt

b Để bảo vệ trước các chấn động và đổ bình thép gây nguỳ hiểm, cần phải xích bình vào móc sắt ở tường hoặc xích vào giá đỡ đặc biệt

Hình 1.12: Bình thép chứa khí nén với van giảm áp

c Để tránh nhầm lẫn các loại khí, ngưòi ta sơn bình thép với các mâu khác nhau, ví dụ bình thép chứa hiđro sơn màu đỏ, chứa oxi sơn màu xanh, chứa ni tơ sơn màu lục, v.v

d Để bảo đảm an toàn khi sử dụng, các bình thép chứa khí được đóng kín bằng các van Van chính của bình chứa khí dễ cháy, nổ được tiện ren trái chiều Các bình chứa khí không cháy nổ có van chính với ren thuận chiều (quay phải như quy ước) Van chính được gắn đồng hồ đo áp suất tổng (áp suất cao) Van giảm áp gắn đồng hồ đo áp su ất thấp Van giảm áp và hai đồng hồ đo được chế tạo chung một khối để có thể lắp ráp vào các bình khí khác nhau mỗi khi hết khí phải đổi bình Ngoài ra, cần phải có van bảo hiểm đặt giữa van giảm áp và dụng cụ thí nghiệm Trưòng hợp không có sẵn van này, ngưòi ta dùng ống chữ T; hai nhánh trên đầu chữ T nối với các ống dẫn khí, thân chữ T là một ống dài hơn, được nhúng vào một bình có chứa thuỷ ngân, nước hay một chất lỏng khác phù hợp với chất khí được dẫn trong ống (hình 1.13)

Hình 1.13: Sơ đồ dẫn khí từ bình thép vào dụng cụ thi nghiệm

Chú ý: Đôi với những bình thép chứa khí nén và axetilen hoà tan

trong axeton, lượng khí dự trữ trong bình được theo dõi qua đồng hồ đo áp suất Đôi với các khí hoá rắn hoặc hoá lỏng đồng hồ đo áp suất chỉ cho biết

áp suất hơi của chất rắn hay chất lỏng, không phụ thuộc vào lượng dự trữ trong bình

BÀI 1: HIĐRO, OXI, OZON, H IĐ R O PEO X IT

A Mỏ đầu

- Ở các trạng thái rắn, lỏng, khí, hiđro (H2) tồn tại dưới dạng phân tử hai nguyên tử Đây là phân tử có liên kết cộng hoá trị không phân cực điển hình Phân tử hiđro rấ t bền Khi phản ứng, phân tử hiđro phải được tách

ra bằng một năng lượng lớn hình thành hiđro nguyên tử:

Phân tử hiđro có tác dụng là chất khử hay chất oxi hoá

- Phân tử oxi (0 2) ở nhiệt độ thường tương đối trơ Khả năng oxi hoá không mạnh bằng ion iođat, brom, axit nitric đặc hay ion Fe3+ trong dung dịch nước Nếu tách oxi phân tử thành hai nguyên tử thì khả năng phản ứng của oxi (khả năng oxi hoá) xấp xỉ khả năng phản ứng của flo nguyên tử.Ngưồi ta chiếu tia tử ngoại sóng ngắn vào khí oxi bình thường (hoặc cũng có thể sử dụng một loại năng lượng khác) sẽ nhận được một dạng thù hình khác của oxi là ozon (0 3) Ozon dễ bị phân huỷ ngược lại phản ứng hình thành, vì vậy ozon có khả năng oxi hoá mạnh

- Hiđro và oxi kết hợp với nhau tạo ra hai hợp chất, đó là nước (H20)

và hiđropeoxit (H20 2) Các số oxi hoá của oxi trong các hợp chât là -2

(H20), -1 (H20 2) Trong phân tử H20 2, oxi có số oxi hoá trung gian giữa -2

(H20) và 0 của phân tử oxi (02) Vì vậy hiđro peoxit là chât có cả tính oxi hoá và tính khử, phân tử không bền có thể nhận hoặc cho electron để chuyển sang những phân tử bền hơn (H20 hoặc 02)

Bài thí nghiệm 1 của chương trình 2 giống bài thí nghiệm 1 của chương trình 1, chỉ bớt đi thí nghiệm 6 và 11, nhưng thực ra chỉ bớt đi thí nghiệm 11, vì bằng cách này hay cách khác vẫn phải điều chê ozon

B Nội dung

1 Dụng cụ và hoá chất

1.1 Dụng cụ

- Giá sắt, cặp sắt, vòng sắt, đèn cồn hay đèn khí, cặp gỗ, đinh ghim,

thìa kim loại

- Bình Kíp, bình rửa khí, bình chứa khí, phễu thuỷ tinh, ống nghiệm

có nút, ống dẫn thu khí qua nước, ống dẫn khí một đầu vuốt nhọn, chậu thuỷ tinh, lọ để thu khí oxi, ống nghiệm có nhánh hay bình cầu có nhánh, phễu brom

1.2 Hoá chất

Nhôm vụn, kẽm hạt, đồng oxit (CuO), dung dịch H2S 04 (10%), dung dịch NaOH (2N), dung dịch KM n04 (0,1M), dung dịch FeCl3 (loãng), tinh thể KMn04, tinh thể KC103, M n02, than gỗ, lưu huỳnh, vỏ bào magie, (NH4)2S2 8 rắn, HNO3 (đặc 65%), giấy tẩm KI, giấy quỳ xanh, phenolphtalein, dung dịch chàm loãng, dung dịch M nS 04 loãng

2 Các thí nghiệm

2.1 Điều chế hiđro

Thí n g h iệm 1 Ị/

ĐIỂU CHẾ HIĐRO BẰNG CÁCH CHO KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI AXIT

Trong một ống nghiệm đựng khoảng lm l dung dịch H2SO410%, cho vào một viên kẽm (cần nghiêng ông nghiệm để viên kẽm chạy trượt theo thành ống), đậy ống bằng nút có cắm ống thuỷ tinh vuốt nhọn (hình II 1)

Quan sát hiện tượng Viết phương trình phản ứng.

Lấy ông nghiệm nhỏ hơn ống dùng điều chế

hiđro úp lên trên ống dẫn trong khoảng 5 giây;

nâng ông nghiệm lên, dùng ngón tay cái bịt

nhanh miệng ống, đưa miệng ống nghiệm vào

gần ngọn lửa đèn cồn và mỏ ống nghiệm ra Tiếp

tục làm như th ế theo thòi gian tăng dần cho đến

khi nào không còn tiếng nổ thì thôi Cất ống

nghiệm, châm lửa đốt đầu ống dẫn khí Quan sát

màu ngọn lửa Lấy một bình cầu nhỏ đựng nước Hình 11.1: Điều chế hiđro

(khoảng 1/4 thể tích), đưa đáy bình cầu lên phía

trên ngọn lửa

Giải thích quá trình làm thí nghiệm.

T hí n g h iệm 2 ì/u ĩ- '

ĐIỀU CHẾ HIĐRO BẰNG CÁCH CHO NHÔM TÁC DỰNG

VỚI DUNG DỊCH KIỀM

Cho vài miếng nhôm nhỏ vào ống nghiệm đựng khoảng lm l dung dịch kiềm

Quan sát quá trình tương tác Viết phương trình phản ứng Cho biết vai trò của dung dịch kiềm trong thí nghiệm này; có thể thay dung dịch kiềm bằng dung dịch sođa (Na2C 0 3) được không?

■ T hí n g h iệ m 3

ĐIỂU CHẾ HIĐRO TỪ BÌNH KÍP VÀ TINH CHẾ HIĐRO

Các kim loại hoạt động tác dụng với axit là phản ứng trao đổi electron giữa các ion hiđro và kim loại Điều chế hiđro từ axit và kim loại thông thường được thực hiện trong bình Kíp (xem hình II.2)

Viết phương trình phản ứng khi điều chế hiđro bằng axit clohiđric và kẽm Cho biết nguyên tắc vận hành bình Kíp.

T in h c h ế h iđ r o tr o n g p h ò n g t h í n g h iệ m

Độ tinh khiết của hiđro được điều chế từ axit và kim loại hoạt động phụ thuộc vào độ tinh khiết của các chất ban đầu (axit và kim loại) Những tạp chất phổ biến là asen, photpho, cacbon và lưụ huỳnh Asen dễ chuyển thành asen hiđrua (AsH3) do có m ặt hiđro mới sinh; các tạp chẫt dưói dạng sunfua chuyển thành hiđro sunfua; dạng photphua chuyển thành hiđro photphua và kim loại cacbua chuyển thành các hợp chất hiđro cacbua Để có được hiđro hoàn toàn tinh khiết tương đối khó

Để tinh chế hiđro trong phòng thí nghiệm, thường dẫn khí điều chế được qua một dãy bình rửa khí Muốn loại trừ asen hiđrua và hiđro photphua, người ta dùng dung dịch KM n04 Dung dịch này oxi hoá hai hợp chất trên thành axit asenic và axit photphoric không bay hơi Dung dịch KMn04 cũng tác dụng với hiđro sunfua cho sản phẩm phản ứng là lưu huỳnh trong môi trường axit Hơi axit hoặc sa mù axit do hiđro kéo theo được trung hoà bằng dung dịch kiềm hay N aH C 03 Hơi nước được loại trừ bằng axit sunfuric đặc Tuy nhiên để loại trừ hơi nước triệt để hơn, người

ta thường dùng canxi clorua khan hay photpho pentoxit (P4O10) hoặc làm lạnh khí bằng không khí lỏng Ngoài các tạp chất trên, hiđro còn lẫn một ít khí oxi và nitơ của không khí Để loại trừ lượng nhỏ hai khí này, người ta dẫn hiđro qua bột titan hay urani nung đỏ, vì hai kim loại này rấ t dễ tạo

thành các oxit và nitrua bền Nếu dẫn hiđro có lẫn oxi và nitơ như trên qua ông dẫn có chứa palađi phân bố trong amiăng nung nóng thì chỉ loại

bỏ được oxi, trong đó oxi kết hợp với hiđro tạo thành nưốc Hiđro siêu tinh khiết được điều chế bằng cách cho hiđro thô đi qua một màng kim loại palađi hay màng hợp kim palađi - bạc nung nóng Trong trưồng hợp này, chỉ có khí hiđro khuếch tán được qua màng kim loại, còn các khí khác bị giữ lại

Thực tế phòng thí nghiệm thực hành của các học viên không cần đến hiđro tinh khiết hoặc siêu tinh khiết mà chỉ cần có hiđro tinh khiết kĩ thuật, vì vậy hiđro chỉ được dẫn qua vài ba bình rửa khí là đủ tiêu chuẩn

HIĐRO PHẤN ÚNG VỚI OXI

Điều chê hiđro từ kẽm và axit

clohiđric nửa đậm đặc trong bình Kíp

Dẫn khí qua một bình rửa khí chứa

dung dịch N aH C 03 Bình này có hai

chức năng: vừa rửa khỉ, vừa xác định

được lượng khí thoát ra mạnh hay yêu

Dùng ông nghiệm (hay lọ nhỏ) thu khí

hiđro đến 2/3 thể tích (thu khí lội qua

nước, chậu thuỷ tinh đựng nước và ông

dẫn có đầu cong) Sau đó tiếp tục thu

khí oxi đến đầy ống nghiệm (thu khí oxi

từ bình chứa khí; xem hình II.3)

Dùng ngón tay cái bịt chặt miệng lọ hay miệng ông nghiệm Đưa miệng lọ hay miệng ông nghiệm lại gần ngọn lửa đèn cồn hay đèn khí, đồng thòi mỏ ngón tay ra Phản ứng nổ xảy ra.

Giải thích thí nghiệm Viết phương trình phản ứng.

Chú ý: Khi thực hiện phản ứng này phải bảo vệ tay bằng khăn mặt

để tránh gây thương tích do ống nghiệm chẳng may bị vỡ

Thí n g h iệ m 2

PHẨN ỨNG CỦA HIĐRO VỚI CuO

Cho một ít bột đồng oxit (CuO) vào đáy ống hình chữ V hay ông thẳng chịu nhiệt (hình II.4) Cho dòng khí hiđro từ bình Kíp, đã được tinh chế và làm khô, đi qua ống Để khí hiđro đi qua ống vài ba giây Sau

đó dùng đèn cồn hay đèn khí nung CuO trong đáy ống cho đến khi phản ứng xong Tắt đèn, rú t ống chứa đồng ra khỏi hệ thống điều chế và tinh chế khí hiđro

Quan sát hiện tượng và giải thích thí nghiệm Cho biết khi nào phản ứng kết thúc?

ở thí nghiệm này cần chú ý đặc biệt đến những quy định về an toàn, phòng chống cháy, nổ

2.3 So sánh tính khử của hiđro phân tử và hiđro mới sinh

T h í n g h iệ m 1

Lấy khoảng 2mì dung dịch sắt (III) clorua cho vào một ống nghiệm, thêm vào đó 5 giọt dung dịch axit suníuric 10% Chia dung dịch thành hai ông

- Ong 1: cho vào một viên kẽm;

- Ông 2: dẫn dòng khí hiđro với tốc độ chậm đi qua dung dịch

S o sánh màu sắ c ở hai ống nghiệm và giải thích Cho vài giọt NaOH 10% vào mỗi ống Giải thích hiện tượng xảy ra.

T h í n g h iệ m 2

Lấy 3ml dung dịch H2S 0410% và lm l dung dịch KMn040,1M cho vào một ông nghiệm, lắc đều rồi chia thành ba phần bằng nhau chứa trong

ba ông nghiệm:

- Ống 1: để nguyên ở giá ống nghiệm để so sánh;

- Ống 2: cho vào một viên kẽm;

- Ống 3: dẫn dòng khí hiđro với tốc độ chậm từ bình Kíp đi qua.Quan sát hiện tượng, giải thích quá trình thí nghiệm và từ đó giải thích các hiện tượng đã quan sát được.

Cho kết luận về tính chất hoạt động của hiđro phân tử và hiđro mới sinh.2.4 Điếu chế oxi băng phương pháp nhiệt phân K C I0 3, KMnOậ Nhận biết khí oxi]/

T h í n g h iệ m 1

Lấy hai ống nghiệm chịu nhiệt đã được sấy khô, ống thứ nhất đựng một ít tinh thể KC103; ống thứ hai đựng một ít tinh thể KC103 có trộn thêm ít M n02 Mắc hai ống nghiệm vào giá sắt sao cho hai đáy ống nghiệm sát vào nhau (xem hình II.5) Dùng đèn khí hay đèn cồn đun hai đáy ống nghiệm cùng một lúc

Nhận biết khí oxi thoát ra ở hai ống nghiệm Nhận xét, giải thích thí nghiệm Cho biết vai trò của mangan đioxit (M n02).

3.THHH-A

Thí n g h iệ m 2

ĐIỂU CHẾ OXI BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT PHÂN KMnO,

Lấy một ống nghiệm chịu nhiệt khô, cho vào một ít tinh thể KMnO.| Dùng cặp gỗ giữ ốhg nghiệm, đun nhẹ ông nghiệm trên ngọn lửa đèn cồn.Làm thí nghiệm nhận biết khí oxi Nhận xét, viết phương trình phản ứng.

2.5.' Tác dụng của oxi với sắt, lưu huỳnh và photpho

Điều chế oxi dùng trong các th í nghiệm chứng minh:

Điều chế lượng oxi tương đối lớn tốt n h ất là nhiệt phân KC103 Trộn đều khoảng 5g KCIO3 với 0,5g M n02, cho vào một ông nghiệm chịu nhiệt khô Lắp ốhg nghiệm vào giá sắt theo tư th ế nghiêng Nút ống nghiệm được khoan lỗ để lắp vào đó một ống dẫn khí có đầu cong lên Đầu cong của ống dẫn được đ ặt trong một chậu nước (thu khí bằng phương pháp dời chỗ nước) Sau khi đã nút kín ống nghiệm, dùng đèn cồn hay đèn khí đun nóng phần hoá chất Khi phản ứng nhiệt phân b ắt đầu xuất hiện, cần có thòi gian vài giây để khí oxi đẩy hết không khí trong ống nghiệm

và ông dẫn khí ra ngoài Sau đó th u khí oxi vào ba bình có đậy nút (xem hình II.6)

3.THHH-B

Mô tả các hiện tượng; giải thích; viết các phương trình phản ứng.

T h í n g h iệ m 3

Lấy một ít photpho đỏ bằng khoảng hạt đậu xanh, cho vào thìa sắt cán dài Đưa thìa tiếp xúc vối ngọn lửa đèn cồn Khi photpho bắt lửa, đưa ngay vào bình đựng oxi số 3 Photpho cháy xong, để bình nguội, cho vào một ít nưốc, lắc đều Thử tính axit của dung dịch trong lọ

Mô tả các hiện tượng, giải thích, viết các phương trình phản ứng.

2.6 Điều chế ozon từ (NH4)2S 2Oe

Lắp đặt dụng cụ như hình II.7 vào giá sắt Trong bình cầu có nhánh chứa khoảng 5g (NH4)2S20 8 Trong phễu chiết (hay phễu brom) chứa khoảng 15ml H N 03 đặc (65%) Đun bình cầu có nhánh, mỏ phễu chiết chứa HNO3 cho chảy từ từ Khí ozon thoát ra theo ống dẫn được cắm vào dung dịch KI Khi cần lấy khí ozon, ngưòi ta nâng ống lên khỏi dung dịch KI

2.7 Tác dụng của ozon với dung dịch KI, dung dịch chàm, dung dịch M nS04

Thí n g h iệm 1

Lấy miếng giấy lọc tẩm dung dịch KI, đưa vào dòng ozon điều chê ở trên Nhỏ vào miếng giấy lọc đó một giọt hồ tinh bột và một giọt phenolphtalein ở hai chỗ khác nhau

Nhận xét, giải thích và viết phương trình phản ứng.

2.8 Điều chế H20 2 từ B a 0 2 và H 2S 0 4 loãng, Na20 2 và H2S 0 4 loãng

T h í n g h iệ m 1

ĐIỀU CHẾ H2 2 Từ Ba02 VÀ H2S04 LOÃNG

Lấy một bình cầu cổ ngắn dung tích lOOml, cho vào 25ml H2S04 10%

và đ ặt vào chậu thuỷ tinh đựng nưốc đá để làm lạnh Cần 5g B a02 và cho

từ từ từng lượng nhỏ vào bình cầu chứa axit đã được làm lạnh Trong quá trìn h phản ứng phải cho thêm những viên nước đá vào chậu để tăng cường làm lạnh Bari sunfat là chất khó tan, kết tủa ngay khi xảy ra phản ứng Axit dư trong dung dịch được trung hoà bằng BaC03 rắn Để kết tủa lắng đọng hết xuống đáy bình, lọc dung dịch qua giây lọc gấp nhiều nếp Lấy dung dịch H2 2 này để làm các thí nghiệm chứng minh tính chất

Viết phương trình điều chế H20 2 từ Na20 2 và H2S 0 4 loãng.

2.9 Tác dụng của H20 2 với dung dịch KM n04, KI í /

ỵ T hí n g h iệ m 1

TUƠNG tá c g iữ a dung d ịc h H2 2vói dung dịch KMn04

Cho vào ống nghiệm lml dung dịch KMn040,1M (cho thêm vài giọt

H2S04 loãng để tạo môi trường axit nếu dung dịch H2 2 điều chế như ở trên đã được trung hoà) Nhỏ giọt từ từ khoảng lml dung dịch H2 2 đã

được điều chế ỏ trên vào dung dịch K M n04 Theo dõi sự thay đổi màu sắc của dung dịch.

Giải thích, viết phương trình phản ứng Cho biết vai trò của H20 2 trong thí nghiệm này.

Thí n g h iệ m 2

TƯƠNG TÁC GIỮA DUNG DỊCH H2 2 VỚI DUNG DỊCH KI

Cho vào ống nghiệm lm l dung dịch KI 0,1M (cho thêm vài giọt H2S 04

loãng để tạo môi trường axit nếu dung dịch H2 2 điều chế như ỏ trên đã được trung hoà, không cần thêm axit nếu dung dịch Ho02 còn axit dư) Nhỏ giọt từ từ khoảng lml dung dịch H2 2 đã được điều chế ở trên vào dung dịch KI

Theo dõi sự thay đổi màu sắ c của dung dịch Giải thích, viết phương trình phản ứng Cho biết cách nhận biết sản phẩm phản ứng này và vai trò của H20 2.

TÁC DỤNG CỦA H2 2 VỚI DUNG DỊCH FeS04

Cho vào ống nghiệm lm l dung dịch F eS 0 4, thêm vài giọt H,SO„ loãng, nhỏ từ từ từng giọt H20 2vào dung dịch (khoảng lml)

Quan sát hiện tượng, viết phương trình phản ứng.

Thí n g h iệm 2

Lấy 5 giọt dung dịch Pb(CH3COO)2 cho tác dụng với 5 giọt (NH4)2S Ị trong một ốhg nghiệm Đun sôi nhẹ Để yên cho kết tủa đen lắng xuống, ỉ

Gạn lấy kêt tủa Nhỏ khoảng 5 giọt H2 2 vào kết tủa PbS Nếu phản ứng chậm có thể đun nhẹ.

Viết phương trình phản ứng của kẽm vói:

a Axit suníuric loãng

b Axit suníuric nửa đậm đặc (thể tích axit đậm đặc : nước =1:1

c Axit suníuric đặc

Từ các phản ứng này rút ra được kết luận gì?

2 Nêu ra sự khác nhau giữa phản ứng khử với khí hiđro (H2) và vối hiđro mới sinh

Cho biết một số ứng dụng hiđro mối sinh làm chất khử trong phản ứng hoá học

3 Nêu các phương pháp được dùng phổ biến để điều chế oxi trong phòng thí nghiệm

4 Hợp chất nào trong dãy oxit sau đây khi nung nóng:

a Giải phóng toàn bộ oxi chứạ trong hợp chất?

b Giải phóng một phần oxi có trong hợp chất?

c Không giải phóng oxi có trong hợp chất?

Ồ20, H20 2, PbO, P b 0 2, B a02, M n02, KNOa, CaC03) KC103) K2SO„,

K2Cr20 7, HgO

4 Cần bao nhiêu gam kali pemanganat phản ứng với hiđro peoxit để

có 10 lít khí oxi ở điều kiện thường (101,32kPa và 298K)?

- Đám mây electron của các nguyên tử và các ion có m ật độ tương đôi cao.

- Sự khác nhau đáng kể trong phản ứng của các halogen là do sự khác nhau về phân bô" của các mức năng lượng electron trực tiếp tham gia vào các mức năng lượng liên kết Clo có 8 electron, brom và iot có 18 electron

- Các obitan d có thể được sử dụng cho sự hình th àn h liên kết hoá học

- Các halogen hình thành phân tử hai nguyên tử do dung lượng liên kết của các nguyên tử halogen kém thuận lợi nhất

- Kha năng phan ứng của các halogen nói chung râ"t cao do sự phân

li của phân tử hai nguyên tử với năng lượng phân li tương đối thấp

- Tính chất của các halogen biến đổi tu ần tự từ trên xuống dưới theo chiều tăng dần sô' thứ tự nguyên tử, chẳng hạn nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của các đơn chất tăng dần khi sô' thứ tự nguyên tử tăng; màu của đơn chất đậm dần theo chiều trên Cũng theo chiều tăn g dần của sô' thứ tự nguyên tử, ái lực hoá học của các halogen đốì với hiđro và kim loại giảm dần; độ tan của bạc halogenua giảm dần Tuy nhiên, flo là nguyên tô' đầu nhóm có một sô' tính chất khác với các nguyên tô' còn lại trong nhóm