môn hóa vô cơ - giải đáp thắc mắc

môn hóa vô cơ - giải đáp thắc mắc tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất cả các lĩn...

Ở đây là phần giải đáp một số thắc mắc của một số sinh viên, các em khác có thể rút những điều cần thiết cho mình Số câu hỏi quá ít Thầy huy vọng những ngày tới số câu hỏi sẽ nhiều hơn

Câu hỏi 1 Những chất có đặc điểm cấu trúc như thế nào thì khi làm lạnh dễ kết tinh ở dạng

vô định hình và khó kết tinh ở dạng vô định hình?

Giải đáp: Từ đặc điểm của cấu tạo chất vô định hình là tất cả các nguyên tử ở nút mạng hơi bị

chuyển dịch khỏi vị trí nút mạng (dẫn đến chất vô định hình không có tính trật tự xa như ở chất tinh thể), chúng ta có thể rút nhận xét sau:

Chất khó tạo dạng vô định hình là chất có:

a) Ô mạng cơ sở có tính đối xứng cao

b) Nút mạng tinh thể đơn giản, các tiểu phần có kích thước gần bằng nhau

c) Liên kết không định hướng (liên kết ion, liên kết kim lọai, liên kết Van Der Waals) Như vậy chất dễ tạo trạng thái vô định hình là chất có:

a) Ô mạng cơ sở có tính đối xứng thấp

b) Cấu tạo phân tử phức tạp

c) Liên kết có định hướng (liên kết cộng hóa trị)

Câu hỏi 2 Entanpi chuyển pha từ dạng vô định hình sang dạng tinh thể mang dấu gì?

Em nghĩ là Entanpi mang dấu âm vì dạng tinh thể bền hơn dạng vô định hình, quá trình chuyển từ VĐH sang TT có thể tự xảy ra Nhưng trong sách Hóa Đại Cương của Thầy Nguyễn Đình Soa trang 242 có cho ví dụ về quá trình chuyển từ dạng VĐH sang TT của bo oxyt :

B2O3 (vđh) = B2O3 (tt) có ΔHo

298 = 18,39 kJ/mol Thầy giải thích giùm em

Giải đáp: Em đúng Số liệu này trong sách thầy Soa là do in nhầm

Câu hỏi 3 Có hệ tinh thể nào có bậc (trục) đối xứng bậc 5 hay không, tại sao?

Giải đáp: Không có, vì trên một mặt mạng không thể chỉ có các hình 5 cạnh Em thử ghép

các hình 5 cạnh lại với nhau sẽ thấy ngay điều thầy vừa nói

Câu hỏi 4 Nhiệt độ nóng chảy của kim cương hay của Si cao hơn, tại sao?

Giải đáp: Kim cương nóng chảy ở nhiệt độ 3500oC Si (Crystobalite) nóng chảy ở

1420oC.Nguyên nhân là do liên kết C – C bền hơn liên kết Si – Si, Liên kết C – C bền hơn liên kết Si – Si vì mật độ electron của orbitan lai hóa sp3 của C (nguyên tố chu kỳ II) cao hơn mật độ electron của orbitan lai hóa sp3 của Silic (nguyên tố chu kỳ III ) (năng lượng liên kết

C – C trong C2H6 bằng 369 kJ/mol còn Si – Si trong Si2H6 bằng 344 kJ/mol) (em xem lại điều kiện bền vững của liên kết cộng hóa trị trong Hóa Đại Cương)

Câu hỏi 5 Stà phương, đơn tà,vô định hình có cấu trúc khác nhau thế nào? Vì sao Stà phương

không tan trong nuớc, tan tốt trong CS2 và ben zen lỏng (Theo em là vì lk S-S tương tự lk trong CS2 và benzen nên S tan tố hơn khi ở trong nước, đúng không ạ?) Vậy sao S vô định hình không tan trong CS2 lỏng trong khi S tà phương lai tan nhiều trong CS2 lỏng?

Giải đáp: Stà phương và Sđơn tà đều có mạng tinh thể phân tử , cấu trúc đảo với phân tử dạng vòng 8 nguyên tử (S8) Chúng chỉ khác nhau về kiểu ô mạng cơ sở Stà phương có ô mạng cơ sở tà phương, còn Sđơn tà có ô mạng cơ sở đơn tà Lưu huỳnh vô định hình có các mạch S chứa rất nhiều nguyên tử Số nguyên tử trong một mạch có thể đến vài ngàn

Stà phương tan trong CS2 và trong benzen nhiều hơn trong nước vì phân tử S tà phương không có cực và CS2 cũng như benzen là dung môi không có cực Quy tắc chất không cực tan trong dung môi không cực nhiều hơn hẳn trong dung môi có cực và ngược lại đã được học trong phần hóa đại cương S vô định hình có phân tử nằm ở dạng polimer nên khối lượng phân tử quá lớn không thể tan vào các dung môi bằng các tương tác Van Der Waals, trong khi S tà phương có phân tử S8 hữu hạn

Câu hỏi 6 Từ “đảo” trong cấu trúc đảo nghĩa là gì ? Tại sao lại có tên như thế? Nó có mang ý

nghĩa gợi nhớ đến cấu trúc như các từ cấu trúc mạch, cấu trúc lớp, cấu trúc phối trí hay ko?

Giải đáp: Từ đảo gợi nhớ hình ảnh đảo trong đại dương Khỏang cách của các nguyên tử

trong đảo nhỏ rõ rệt (do chúng liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị- một lọai liên kết mạnh) so với khỏang cách giữa các đảo (do liên kết giữa các đảo là liên kết Van Der Waals – nó có độ mạnh chỉ xấp xỉ 1% liên kết cộng hóa trị) (tiếng Anh là : Insular Structure)

Câu hỏi 7 Trong bài 63 giá trị nấc thủy phân cuối cùng không đúng với thực tế Nhờ thầy giải

thích

Bài 63 Tính hằng số thủy phân từng nấc và toàn phần khi hòa tan FeCl3 hoặc FeCl2 vào nước Cho biết tích số tan từng nấc và toàn phần của Fe(OH)3 và Fe(OH)2 là:

(Fe2+ , 2OH-) 10-15,0 (Fe3+ , 3OH-) 10-37,50

(FeOH+, OH-) 10-9,3 (FeOH2+, 2OH-) 10-25,70

Giải đáp: Trước hết cho Thầy đính chính là tích số tan nấc đầu của Fe(OH)3 là 10-16,40 chứ không phải là 1016,40 Như vậy các nấc thủy phân của Fe3+ lần lượt là 10-2,2 , 10-4,7 và 10-2,4 Các số liệu này không có gì trái với thực tế cả Hằng số thủy phân là hằng số axit nó chỉ ra độ mạnh axit, Nó không phải là tích số tan Theo số liệu hằng số thủy phân thì các axit Fe3+.aq, và Fe(OH)2+.aq đều là các axit có độ mạnh trung bình, Fe(OH)2+.aq là axit có độ mạnh trung bình yếu

Thầy cho em hỏi mấy câu sau:

Câu hỏi 8 Trong sách hoá của Ametop ở trang 167úo đoạn nói là: Đối với kim loại, to tăng độ dẫn điện lại giảm Theo em khi nhiệt độ tăng, tốc độ chuyển động của các e tăng lên và do đó số e trên miền dẫn phải tăng, độ dẫn điện phải tăng mới đúng chứ ạ?

Giải đáp: Emdiễn giải không đúng Khi nhiệt độ tăng, mặc dù chuyển động của các electron

tăng nhưng chỉ làm tăng chuyển động hỗn loạn nhưng lại làm giảm khả năng chuyển động có hướng – là chuyển động sinh ra dòng điện Vì vậy, khi nhiệt độ tăng, điện trở tăng

Câu hỏi 9 Làm sao dự đoán 1 liên kết là ion hay cộng hóa trị?

Theo sách thầy Soa hiệu độ âm điện giữa 2 chất x > 1.77 là liên kết ion

Vậy mà SnF4 co x = 4-1.8 =2.2 >1.77 đáng lẽ là liên kết ion thì trong bài tập 22 (đánh số theo phần bài tập cũ) sau khi (thầy) đưa ra một loạt các thông số về bán kính nguyên tử , bán kính ion, số oxi hóa rất phức tạp em không hiểu được, (thầy) lại nói no ùù chủ yếu có bản chất là liên kết cộng hoá trị?

ZnS theo bài là chất có lk cộng hoá trị, mà ta biết là Zn có cấu hình e :3d104s2 ; còn S:3s23p4 Sao lại không có xu hướng Zn - 2e = Zn2+ø, S + 2e = S2- rồi sau đó chúng liên kết ion với nhau? Như ở NaCl?

Giải đáp: Khi bàn về tính ion của liên kết trong hợp chất bậc 2 AX, giá trị Δχ > 1,77 chỉ là

điều kiện cần vì độ âm điện là một đại lượng không chỉ phụ thuộc vào bản chất của nguyên tố mà còn phụ thuộc vào trạng thái của nguyên tố đó trong hợp chất Vì vậy, nguyên tố ở số oxy hóa khác nhau có độ âm điện khác nhau (Có thể em cảm thấy khó hiểu về điều này, nhưng chỉ cần em nhớ lại định nghĩa về độ âm điện thì em sẽ hiểu : Độ âm điện của nguyên tố là khả năng nguyên tử của nó hút điện tử của nguyên tử khác về mình) Số oxy hóa càng cao, khả năng hút điện tử càng tăng thì độ âm điện của nó càng lớn Vì vậy, trong trường hợp SnF4, độ âm điện của Sn(IV) không còn là 1,8 mà lớn hơn nhiều đến mức Δχ < 1,77 Khái niệm khả năng phân cực của cation thực chất là trình bày sự thay đổi giá trị độ âm điện theo số oxy hóa của cation theo một cách khác mà thôi

Có thể giải thích sự tạo thành ZnS theo mô hình khởi phát là nhờ liên kết ion giữa Zn2+ và S

2-cũng được Tuy nhiên do khả năng phân cực mạnh của Zn2+ (do có vỏ 18 e-) và khả năng bị phân cực mạnh của S2-(do điện tích âm quá lớn, bán kính ion lớn) nên hợp chất trở nên có tính cộng hóa trị vượt trội tính ion (thực nghiệm cho thấy điều này) Hay là em dùng giá trị Δχ giải thích cũng được

Thầy nói thêm là giá trị Δχ chỉ có thể dùng để xét tính ion hay công hóa trị cho hầu hết các hợp chất bậc 2 mà số oxy hóa của cation không vượt quá +2 mà không cần bổ sung các dữ liệu khác

Câu hỏi 10 Những chất có liên kết ion thì luôn thuộc mạng ion phải khộng ạ?

Giải đáp: Nói thật chặt chẽ thì các chất rắn được tạo thành chỉ bằng liên kết ion giữa các tiểu

phầ hữu hạn (hay chặt chẽ hơn nữa là phần liên kết ion chiếm ưu thế hơn hẳn phần liên kết cộng hóa trị) thì mạng tinh thể của nó là mạng tinh thể ion Ví dụ NaCl hay K2TiCl6 Còn trong hợp chất có sự góp phần nào của liên kết ion thì không phải là mạng ion (ví dụ các chất có cấu trúc lớp hay cấu trúc mạch)

Câu hỏi 11 Sau khi xác định liên kết hoá học trong một chất là liên kết cộng hoá trị, làm

sao ta có thể biết được nó thuộc mạng nguyên tử hay phân tử?

Ví dụ: Sau khi em biết được SO3 là chất có liên kết cộng hoá trị trong phân tử S lai hoá sp,

em có tới 2 cách nghĩ

a mỗi nguyên tử S và O nằm ở 1 nút mạng, liên kết với nhau bằng liên kết cộng hoá trị tạo nên mang nguyên tử

b Nguyên phân tử SO3 nằm ở 1 nút mạng, các phân tử liên kết vói nhau bằng lực Van Der Waals hình thành mạng phân tử

Vậy 2 cách nghĩ trên của em cái nào đúng? Và SO3 trong thực tế là loại mạng gì?

Giải đáp: Để đi đến được kết luận đúng sai thì em cần nắm vững một số kiến thức Những

kiến thức này thực tế em đã biết rồi nhưng chưa vận dụng được thôi

Như thầy đã giảng, để biết mạng tinh thể của một hợp chất có phải là mạng phân tử hay không thì cần biết nguyên tố trung tâm của hợp chất đã bão hòa phối trí hay chưa Nếu nó chưa bão hòa phối trí thì có khả năng tạo mạng nguyên tử nếu có thể phát triển liên kết cầu nối theo 3 chiều trong không gian Còn trong trường hợp không thể phát triển cầu nối theo ba chiều trong không gian thì không thể tạo thành mạng nguyên tử

Để biết nguyên tử trung tâm đã bão hòa phối trí chưa thì cần phải biết ba điểm sau:

a) Cấu tạo lớp vỏ nguyên tử trung tâm có còn cặp electron hay còn orbital trống không?

b) Nguyên tố trung tâm có trạng thái lai hóa (hay nói cách khác là số phối trí) đặc trưng nào? b) Phối tư û(các nguyên tử bao quanh nguyên tử trung tâm) trong hợp chất đó có khả năng tạo bao nhiêu phối trí?

Với kiến thức đã học, em có thể tự trả lời được ba câu hỏi này

Với câu hỏi a thì lưu huỳnh trong phân tử đơn SO3 còn một orbitan 3p trống (vì S trong

SO3(k) ở trạng thái lai hóa sp2)

Với câu hỏi b thì trong phần hóa đại cương có nhắc đến quy luật: các nguyên tố chu kỳ nhỏ bền với các trạng thái lai hoá giữa s và p (sp, sp2, sp3), các nguyên tố chu kỳ lớn bền với trạng thái lai hóa có cả sự tham gia của d (sp3d2…) Đi từ trên xuống dưới trong một phân nhóm số trạng thái lai hóa bền là trạng thái lai hóa có sự tham gia của càng nhiều orbital Như vậy Lưu huỳnh bền nhất ở trạng thái lai hóa sp3

Với câu hỏi c thì em có thể suy trực tiếp từ công thức SO3 Trong trường hợp S chuyển về trạng thái lai hóa sp3thì S có số phối trí 4 Vậy để thoả mãn tỷ lệ S/O = 1/3 phù hợp công thức

SO3 thì chỉ có hai nguyên tử oxy tạo cầu S – O – S (Hai O này có số phối trí 2), còn 2 nguyên tử O còn lại không tạo cầu nối (hai O này có phối trí 1) vì thế không thể hình thành được mạng nguyên tử

Kết luận: cả hai trường hợp em giả định đều không đúng

Trong thực tế ở trạng thái rắn lưu huỳnh nằm trong 2 dạng sau:

a) Cấu trúc đảo với phân tử trimer (SO3)3 liên kết với nhau bằng lực Van Der Waals.(mạng tinh thể phân tử)

b) Cấu trúc mạch với mạch (SO3)∞

Câu hỏi 12 Thế nào là liên kết cộng hoá trị theo 2,3 chiều trong không gian? 1 hướng trong

không gian? Liên kết cộng hoá trị theo 2,3 chiều trong không gian có thể là liên kết cộng hoá trị theo 1 hướng trong không gian phải không ạ? Nếu đúng thì cấu trúc dạng mạch và cấu trúc dạng lớp phải trùng nhau (cả hai đều có lực Van Der Waals liên kết giữa các mạch (lớp))

Giải đáp: Tinh thể có liên kết cộng hóa trị theo 1 chiều trong không gian có cấu trúc mạch

Tinh thể có liên kết cộng hóa trị theo hai chiều có cấu trúc lớp

Tinh thể có liên kết cộng hóa trị theo 3 chiều trong không gian có cấu trúc phối trí và có mạng tinh thể nguyên tử

Câu hỏi 13 Sao axit có anion phức tạp lại kém bền so với các muối của kim loại kiềm?

(Ví dụ H2CO3 và Na2CO3)

Giải đáp: Vì khả năng phân cực rất cao của H+ (bán kính ion H+ hết sức nhỏ, chỉ bằng khoảng 1/10.000 bán kính của các ion khác nên giá trị z/r của ion H+ lớn hơn rất nhiều so với các cation khác) Do khả năng phân cực rất cao của mình, Hydro tạo liên kết cộng hóa trị với anion phức tạp nên làm lớp vỏ electron của anion bị biến dạng rõ, đưa đến anion trở nên kém bền vững

Câu hỏi 14 Liên kết cộng hoá trị và liên kết ion : độ bền liên kết, to sôi ,to nóng chảy cái nào cao hơn ạ?

Giải đáp: Trong trường hợp một loại liên kết chiếm ưu thế hoàn toàn thì không thể so sánh

được vì cả hai trường hợp này đều là liên kết mạnh Còn trong trường hợp tính cộng hóa trị của hợp chất ion tăng dần thì nhiệt độ nóng chảy giảm và độ bền nhiệt cũng giảm Ví dụ FeCl2 nóng chảy ở nhiệt độ 677oC , sôi ở 1012oC, còn FeCl3 nóng chảy ở 307,5oC, sôi ở

315oC