Ứng dụng autoit viết về phần mềm hóa học về chương trình hóa học phổ thông

1.1.1.2 Tính chất chung của các nguyên tố nhóm nitơ a Cấu hình electron nguyên tử Lớp electron ngoài cùng của nguyên tử là: ns2np3 có 5 electron... Muối amoni: có một số tính chất

KHOA SƯ PHẠM

ĐỀ TÀI:

Ứng dụng Autoit để viết phần mềm hóa học

Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Mộng Hoàng Sinh viên thực hiện : Võ Phương Đại

Lớp : SP HÓA – K35

MSSV:2096718

Cần Thơ 2012-2013

LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU - 6 -

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI - 7 -

2 CÁC GIẢ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI - 7 -

3 CÁC BƯỚC THỰC HIỆN - 7 -

NỘI DUNG - 8 -

PHẦN 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHẦN VÔ CƠ - 8 -

1 Cơ sở hóa học: - 8 -

1.1 Nhóm VA (nhóm Nitơ) - 8 -

1.1.1 Khái quát về nhóm nitơ - 8 -

1.1.1.1 Vị trí của nhóm nitơ trong bảng tuần hoàn - 8 -

1.1.1.2 Tính chất chung của các nguyên tố nhóm nitơ - 8 -

1.1.2 Nitơ và các hợp chất của nitơ - 9 -

1.1.2.1 Nitơ - 9 -

1.1.2.2 Amoniac (NH 3 ) - 9 -

1.1.2.3 Muối amoni: có một số tính chất sau: - 10 -

1.1.2.4 Axit nitric và muối nitrat - 11 -

1.1.3 Các hợp chất của photpho - 13 -

1.1.3.1 Muối photphat: - 13 -

1.1.3.2 Phân bón hóa học: - 14 -

1.2 Nhóm VIA (Nhóm oxi) - 15 -

1.2.1 Khái quát về nhóm oxi - 15 -

1.2.1.1 Vị trí của nhóm oxi trong bảng tuần hoàn - 15 -

1.2.1.2 Tính chất chung của các nguyên tố nhóm oxi - 15 -

1.2.2 Oxi và hợp chất của oxi - 17 -

1.2.2.1 Oxi - 17 -

1.2.2.2 Ozon - 19 -

1.2.2.3 Hiđro peoxit - 19 -

1.2.3 Lưu huỳnh và hợp chất của lưu huỳnh - 20 -

1.2.3.1 Lưu huỳnh - 20 -

1.2.3.2 Hiđro sunfua - 23 -

1.2.3.3 Muối sunfua - 24 -

1.2.3.4 Lưu huỳnh đioxit - 25 -

1.2.3.5 Lưu huỳnh trioxit - 26 -

1.2.3.6 Axit sunfuric - 27 -

1.2.3.7 Muối sunfat và nhận biết ion sunfat - 29 -

1.3 Nhóm VIIA (nhóm halogen) - 30 -

1.3.1 Khái quát về nhóm halogen - 30 -

1.3.1.1 Vị trí của nhóm halogen trong bảng tuần hoàn - 30 -

1.3.1.2 Cấu hình electron nguyên tử halogen - 30 -

1.3.1.3 Cấu tạo phân tử halogen - 31 -

1.3.2 Tính chất của các đơn chất halogen - 32 -

1.3.2.1 Độ âm điện - 32 -

1.3.2.2 Tính chất vật lí - 32 -

1.3.2.3 Tính chất hóa học - 32 -

1.3.3 Clo và hợp chất của clo - 34 -

1.3.3.1 Clo - 34 -

1.3.3.2 Hiđro clorua Axit clohiđric Muối clorua - 37 -

1.3.3.3 Hợp chất có oxi của clo - 38 -

1.3.4 Flo – brom – iot - 40 -

1.3.4.1 Flo - 40 -

1.3.4.2 Brom - 41 -

1.3.4.3 Iot - 42 -

2 Cơ sở tin học - 44 -

2.1 Khái quát về Autoit: - 44 -

2.2 Tính năng Autoit: - 44 -

2.3 Điểm yếu: - 45 -

2.4 Một số câu lệnh, hàm và toán tử trong Autoit: - 45 -

PHẦN 2: CƠ SỞ THỰC NGHIỆM - 48 -

1 Thiết kế giao diện phần mềm - 48 -

2 Thiết kế nội dung phần mềm: - 54 -

2.1 Bảng tuần hoàn: - 54 -

2.2 Cân bằng hóa học: - 54 -

2.3 Phản ứng hóa học: - 54 -

2.4 Thuật ngữ hóa học: - 54 -

2.5 Tính chất Lý - Hóa: - 54 -

2.6 Hướng dẫn - 54 -

PHẦN 3: KẾT QUẢ - 55 -

1 Giới thiệu về phần mềm Hóa Học: - 55 -

2 Các Tính Năng: - 55 -

2.1 Bảng Tuần Hoàn: - 55 -

2.2 Cân bằng hóa học: - 58 -

2.3 Phản ứng hóa học: - 62 -

2.3.1 Index – Mục lục: - 63 -

2.3.2 Search – Tìm kiếm: - 65 -

2.3.3 Favorites – Đánh dấu: - 70 -

2.4 Thuật ngữ hóa học - 71 -

2.5 Tính Chất Lý – Hóa - 72 -

2.6 Hướng dẫn - 73 -

PHẦN 4: KẾT LUẬN - 75 -

1 Thực nghiệm - 75 -

2 Nhận xét đánh giá - 75 -

2.1 Ưu điểm: - 75 -

2.2 Khuyết điểm: - 75 -

TỔNG KẾT - 76 -

1 Kết quả đạt được: - 76 -

2 Hướng phát triển: - 76 -

TÀI LIỆU THAM KHẢO - 77 -

Danh Mục Các Hình

Hình 1.1 Giao diện chính

Hình 1.2 Cửa sổ hệ thống tuần hoàn

Hình 1.3 Cửa sổ cân bằng phương trình hóa học

Hình 1.4 Cửa sổ từ điển phương trình hóa học

Hình 1.5 Cửa sổ thuật ngữ hóa học

Hình 1.6 Cửa sổ hướng dẫn

Phần mềm được xây dựng trên cơ sở kiến thức hóa vô cơ, chủ yếu là kiến thức phổ thông nhằm đáp ứng nhu cầu học tập cho học sinh THPT

Phần mềm đươc viết trên cơ sở lập trình Autoit, soạn thảo WinCHM, ngoài ra còn sưu tầm thêm các yếu tố khác nhằm phong phú nội dung phần mềm

Nội dung phần mềm chủ yếu là cơ sở dữ liệu, từ điển các phương trình hóa học phổ thông, tóm tắt các tính chất lý – hóa cơ bản của các chất, ngoài ra còn cung cấp thêm bảng tuần hoàn, phần mềm cân bằng hóa học

Mục tiêu của phần mềm là cơ sở dữ liệu giúp học sinh học tập và nghiên cứu môn hóa học một cách dễ dàng và hứng thú hơn

MỞ ĐẦU

Ngày nay, ngành công nghệ thông tin trên thế giới đang trên đà phát triển mạnh mẽ, và ngày càng ứng dụng vào nhiều lĩnh vực: kinh tế, khoa học kĩ thuật, quân sự, y tế, giáo dục… và nó đã đáp ứng ngày càng nhiều yêu cầu của các lĩnh vực này, để phục vụ cho nhu cầu của con người

Ở nước ta, hòa nhập chung với sự phát triển ngành công nghệ thông tin và ứng dụng vào các lĩnh vực của cuộc sống nhằm phục vụ các nhu cầu như: nghiên cứu, học tập, lao động và giải trí… của con người Nhà nước ta đã có những chính sách cần thiết để đưa ngành công nghệ thông tin vào vị trí then chốt trong chiến lược phát triển kinh tế của Đất nước Đặc biệt ngành công nghiệp phần mềm, một lĩnh vực thuộc ngành công nghệ thông tin, được chú trọng phát triển mạnh để sản xuất những phần mềm có giá trị đáp ứng nhu cầu hiện tại: xuất khẩu ra nước ngoài hoặc phục vụ cho các lãnh vực khác trong nước Để góp phần phát triển ngành công nghiệp phần mềm và phục vụ cho các nhu cầu trong nước, trong đó có ngành giáo dục và đào tạo

Song song đó, xã hội ngày càng phát triển, do đó yêu cầu chất lượng giáo dục và đào tạo con người ngày càng cao hơn, để đáp ứng lại yêu cầu hiện có của xã hội Vì thế, hệ thống giáo dục và đào tạo ở nước ta hiện cũng không ngừng đổi mới và hoàn thiện nhằm đào tạo

ra những con người có khả năng chuyên môn cao phục vụ trong mọi lĩnh vực của xã hội Với khả năng ứng dụng rộng rãi của ngành công nghệ thông tin, với chính sách phát triển ngành công nghệ thông tin của nhà nước, với việc nâng cao chất lượng giáo dục ở nước ta Thì việc tin học hóa giáo dục (ứng dụng ngành công nghệ thông tin vào ngành giáo dục) là phù hợp và thiết thực

Để nâng cao chất lượng giáo dục phổ thông Bộ giáo dục đã cải tiến cách dạy và học: tăng cường thiết bị dạy và học, thêm kiến thức vào một số sách giáo khoa, thêm một số môn học mới vào chương trình học Lượng kiến thức cần truyền đạt và đòi hỏi học sinh nắm bắt tăng nhiều hơn Trong khi đó, với lượng kiến thức như thế, việc dạy của giáo viên và sự tiếp thu của một số học sinh ở trường, đôi khi không đạt được những kết quả mong muốn Vì lý do đó, học sinh cần đổi mới phương pháp học tập, và một trong những công cụ giúp học sinh có thể học tập tốt hơn trong thời đại bùng nổ thông tin ngày nay chính là ứng dụng công nghệ thông tin, hay nói cụ thể là ứng dụng những phần mềm tin học cho từng môn học

Song song với việc nâng cao chất lượng giáo dục và đào tạo, ngành công nghệ thông tin đang phát triển mạnh mẽ, đang dần mở rộng hỗ trợ cho nhiều lĩnh vực mới Với khả năng trên, việc đưa tin học hỗ trợ cho lĩnh vực giáo dục, trong đó bao gồm việc hỗ trợ cho học sinh, giáo viên nghiên cứu và học tập Và điển hình là phần mềm nghiên cứu và học tập cho môn học Hóa học mà em đã nghiên cứu và thực hiện

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Phương trình hoá học từ lâu đã là 1 phần không thể thiếu trong bộ môn hoá học, đồng thời đó cũng là 1 sự khó khăn trong việc học môn hoá của học sinh khi không thể nhớ hết tất cả các phương trình hoá học, cũng như những tính chất vật lý - hóa học của nó Do đó em viết phần mềm này nhằm đáp ứng nhu cầu học tập và nghiên cứu môn hóa học

2 CÁC GIẢ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI

- Dựa trên cơ sở kiến thức hóa học vô cơ và cơ sở kiến thức tin học sẵn có và sưu tầm nghiên cứu tài liệu từ sách, báo và internet

3 CÁC BƯỚC THỰC HIỆN

- Đầu tiên nghiên cứu lập trình Autoit

- Sử dụng Autoit để viết giao diện chính cho phần mềm

- Sưu tầm flash bảng tuần hoàn và phần mềm cân bằng hóa học

- Nghiên cứu chương trình soạn thảo WinCHM

- Sử dụng trình soạn thảo WinCHM để nhập dữ liệu: Từ điển phương trình hóa học, từ điển tính chất lý – hóa, từ điển thuật ngữ hóa học

NỘI DUNG PHẦN 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHẦN VÔ CƠ

1 Cơ sở hóa học:

1.1 Nhóm VA (nhóm Nitơ)

1.1.1 Khái quát về nhóm nitơ

1.1.1.1 Vị trí của nhóm nitơ trong bảng tuần hoàn

Nhóm nitơ gồm các nguyên tố: nitơ (N), photpho (P), asen (As), antimon (Sb), và bitmut (Bi) Chúng đều thuộc các nguyên tố p

1.1.1.2 Tính chất chung của các nguyên tố nhóm nitơ

a) Cấu hình electron nguyên tử

Lớp electron ngoài cùng của nguyên tử là: ns2np3 (có 5 electron)

Ở trạng thái cơ bản, nguyên tử của các nhóm nitơ có 3 electron độc thân, do đó trong một số hợp chất chúng có hóa trị ba

Đối với nguyên tử của các nguyên tố P, As, Sb và Bi ở trạng thái kích thích thì nguyên tử của các nguyên tố này có 5e độc thân nên có thể có hóa trị năm trong các hợp chất (trừ nitơ)

b) Sự biến đổi tính chất của các đơn chất

- Tính oxi hóa - khử:

+ Trong các hợp chất, các nguyên tố nhóm nitơ có số oxi hóa cao nhất là +5 Ngoài

ra, chúng còn có các số oxi hóa +3 và -3 Riêng nguyên tử nitơ còn có thêm các số oxi hóa +1, +2, +4

+ Do có khả năng giảm và tăng số oxi hóa trong các phản ứng hóa học, nên các nguyên tố nhóm nitơ thể hiện tính oxi hóa và tính khử

- Tính kim loại - phi kim: đi từ nitơ đến bitmut, tính phi kim của các nguyên tố giảm

dần, đồng thời tính kim loại tăng dần

1.1.2 Nitơ và các hợp chất của nitơ

1.1.2.1 Nitơ

- Tính chất vật lý: ở điều kiện thường, nitơ là chất khí không màu, không mùi, không

vị, hơi nhẹ hơn không khí, hóa lỏng ở -196oC, hóa rắn ở -210oC Khí nitơ tan rất ít trong nước (ở điều kiện thường, 1 lít nước hòa tan được 0,015 lít khí nitơ) Nitơ không duy trì sự cháy và sự hô hấp

- Phương pháp điều chế nitơ trong phòng thí nghiệm:

+ Người ta có thể điều chế một lượng nhỏ nitơ tinh khiết bằng cách đun nóng nhẹ dung dịch bão hòa muối amoni nitrit (muối amoni của axit nitrơ):

+ Phản ứng với nước: NH3  H O2 NH4  OH

+ Phản ứng với axit: NH3(k)  HCl(k)  NH Cl4 (r)

+ Phản ứng với muối: 3  

Al  3NH  3H O  Al OH   3NH

- Tính khử: khi phản ứng với chất oxi hóa mạnh (O2, Cl2, …) và một số oxit kim loại,

NH3 thể hiện tính khử

c) Điều chế amoniac trong phòng thí nghiệm: Khi đun nóng muối amoni với chất

kiềm (CaO, Ca(OH)2…) ta thu được khí amoniac

1.1.2.3 Muối amoni: có một số tính chất sau:

- Tác dụng với dung dịch kiềm: dung dịch đậm đặc của muối amoni tác dụng với

dung dịch kiềm khi đun nóng sẽ cho khí NH3 bay ra

- Phản ứng nhiệt phân: khi đun nóng, các muối amoni dễ bị phân hủy, tạo các sản

phẩm khác nhau tùy thuộc vào bản chất của axit tạo nên muối Muối amoni chứa gốc của axit không có tính oxi hóa khi đun nóng bị phân hủy thành amoniac và axit

Do tạo thành NO2 nên dung dịch HNO3 có màu vàng

+ Axit nitric khan, háo nước, dung dịch đặc bốc khói do kết quả hút hơi nước trong khí quyển của các phân tử axit bốc hơi

 Với kim loại: tùy thuộc vào nồng độ HNO3 và mức độ hoạt động của kim loại ta có: Kim loại + HNO3

(Trừ Au, Pt)

Trong muối nitrat, kim loại có hóa trị cao nhất

Fe, Al, Cr bị thụ động trong HNO3 đặc, nguội

Muối nitrat + NO2 + H2O Muối nitrat + NO/N2O/N2 + H2O Muối nitrat + NH4NO3 + H2O

Đặc Loãng Rất loãng

Ví dụ:

 

3Cu  8HNO3(l)  3Cu NO 32  2NO  4H O2

4Zn  10HNO3(rất loãng)  4Zn NO 32  NH NO4 3  3H O2

 Với phi kim: khi đun nóng HNO3 đặc có thể oxi hóa các phi kim C, S, P đến mức oxi hóa cao nhất

t

1

2

1

2

o

t

1

2

b) Muối nitrat:

Các muối nitrat kém bền với nhiệt, chúng bị phân hủy khi đun nóng

Muối nitrat

Ví dụ:

 Nhận biết ion nitrat: trong môi trường trung tính, ion NO3 không có tính oxi hóa Khi có mặt ion H+, ion NO3 thể hiện tính oxi hóa giống như HNO3 Vì vậy để nhận ra ion NO3 người ta đun nóng nhẹ dung dịch chứa NO3 với đồng kim loại và H2SO4 loãng tạo dung dịch màu xanh và khí màu nâu đỏ thoát ra 3Cu  8H  2NO3  3Cu2  2NO  4H O2 màu xanh không màu 2NO  O2  2NO2

nâu đỏ

1.1.3 Các hợp chất của photpho

1.1.3.1 Muối photphat:

Muối photphat là muối của axit photphoric, được chia làm ba loại:

Muối photphat: Na3PO4, Ca3(PO4)2, …

Muối hidrophotphat: CaHPO4, Na2HPO4, …

to

Kim loại trước Mg

Kim loại từ Mg đến Cu

Kim loại sau Cu

Muối nitrit + O2

Oxit + NO2 + O2

Kim loại + NO2 + O2

Muối đihidrophotphat: Ca(H2PO4)2, …

Tất cả các muối đihidrophotphat đều tan trong nước

Để nhận biết ion photphat ( 3

- Phân đạm amoni

- Phân đạm nitrat

- Phân urê

NH4Cl hoặc NH4NO3 NaNO3 hoặc Ca(NO3)2(NH2)2CO

- Cung cấp nitơ cho cây trồng

- Tan tốt trong nước

+ Supephotphat kép

1.2 Nhóm VIA (Nhóm oxi)

1.2.1 Khái quát về nhóm oxi

1.2.1.1 Vị trí của nhóm oxi trong bảng tuần hoàn

Nhóm oxi bao gồm các nguyên tố oxi (O), lưu huỳnh (S), selen (Se), telu (Te) và poloni (Po) thuộc nhóm VIA của bảng tuần hoàn

1.2.1.2 Tính chất chung của các nguyên tố nhóm oxi

Cấu hình electron nguyên tử của các nguyên tố trong nhóm oxi

- Giống nhau

Nguyên tử của các nguyên tố trong nhóm oxi có 6 electron ở lớp ngoài cùng : obitan

s có 2 electron và obitan p có 4 electron (ns2np4), trong đó có 2 electron độc thân :

Khi tham gia phản ứng với những nguyên tố có độ âm điện nhỏ hơn, nguyên tử của những nguyên tố này có khả năng thu thêm 2 electron để có cấu hình electron bền vững (ns2np6) Các nguyên tố trong nhóm oxi có tính oxi hóa và có thể tạo nên những hợp chất, trong đó chúng có số oxi hóa -2

Do vậy, khi tham gia phản ứng với những nguyên tố có độ âm điện lớn hơn, nguyên tử của các nguyên tố S, Se, Te có khả năng tạo nên những hợp chất có liên kết cộng hóa trị, trong đó chúng có số oxi hóa +4 hoặc +6

Sự biến đổi tính chất của các đơn chất

- Tính chất của đơn chất

Các nguyên tố trong nhóm oxi là những nguyên tố phi kim mạnh (trừ nguyên tố Po), chúng có tính oxi hóa mạnh (tuy nhiên yếu hơn so với những nguyên tố halogen ở cùng chu kì) Tính chất này giảm dần từ oxi đến telu

- Tính chất của hợp chất

+ Hợp chất với hiđro (H2S, H2Se, H2Te) là những chất khí, có mùi khó chịu và độc hại Dung dịch của chúng trong nước có tính axit yếu

+ Hợp chất với hiđroxit (H2SO4, H2SeO4, H2TeO4) là những axit

Cấu hình electron lớp ngoài cùng 2s22p4 3s23p4 4s24p4 5s25p4

1.2.2 Oxi và hợp chất của oxi

1.2.2.1 Oxi

Cấu tạo phân tử Oxi

Nguyên tử oxi có cấu hình electron 1s22s22p4, lớp ngoài cùng có 2 electron độc thân Hai nguyên tử O liên kết cộng hóa trị không cực, tạo thành phân tử O2 Công thức cấu tạo của phân tử oxi có thể viết là:

Dưới áp suất khí quyển, oxi hóa lỏng ở nhiệt độ -183oC

Khí oxi ít tan trong nước (100 ml nước ở 20oC và 1 atm hòa tan được 3,1 ml khí oxi Độ tan S = 0,0043 g/100 g H2O)

- Trạng thái tự nhiên

Oxi trong không khí là sản phẩm của quá trình quang hợp Nhờ sự quang hợp của cây xanh mà lượng khí oxi trong không khí hầu như không đổi:

6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2

Tính chất hóa học

Nguyên tố oxi có độ âm điện lớn (3,44), chỉ đứng sau flo (3,98) Khi tham gia phản ứng, nguyên tử oxi dễ dàng nhận thêm 2e Do vậy, oxi là nguyên tố phi kim hoạt động, có tính oxi hóa mạnh Trong các hợp chất (trừ hợp chất với flo và hợp chất peoxit), nguyên tố oxi có số oxi hóa là -2

Oxi tác dụng với hầu hết các kim loại (trừ Au, Pt, ) và phi kim (trừ halogen)

Oxi tác dụng với nhiều hợp chất vô cơ và hữu cơ

Quá trình oxi hóa các chất đều tỏa nhiệt, phản ứng có thể xảy ra nhanh hay chậm khác nhau phụ thuộc vào các điều kiện: nhiệt độ, bản chất và trạng thái của chất

- Tác dụng với kim loại

ánh sáng

Na và Mg cháy sáng chói trong khí oxi, tạo ra hợp chất ion là oxit

4Na + O0 02 2Nat +1 -22O

o

2Mg + O0 02 2MgOt +1 -2

o

- Tác dụng với phi kim

Nhiều phi kim cháy trong khí oxi tạo ra oxit, là những hợp chất liên kết cộng hóa trị có cực

+ Đun nóng KMnO4 hoặc KClO3 với chất xúc tác là MnO2:

2KMnO4 K2MnO4 + MnO2 + O2

2KClO3 2KCl + 3OMnO2 2

+ Phân hủy H2O2 với chất xúc tác là MnO2:

2H2O2 MnO2 2H2O + O2

- Trong công nghiệp

+ Từ không khí: Chưng cất phân đoạn không khí lỏng, thu được oxi

+ Từ nước: Điện phân nước (nước có hòa tan một ít H2SO4 hoặc NaOH để tăng tính dẫn điện của nước), người ta thu được khí oxi ở cực dương và khí hiđro ở cực âm:

1.2.2.2 Ozon

Ozon là một dạng thù hình của oxi

Khí ozon màu xanh nhạt, mùi đặc trưng, hóa lỏng ở nhiệt độ -112oC Khí ozon tan trong nước nhiều hơn oxi

Ozon là một trong những chất có tính oxi hóa mạnh và mạnh hơn oxi

Ozon oxi hóa hầu hết các kim loại (trừ Au, Pt), nhiều phi kim và nhiều hợp chất vô

cơ, hữu cơ Ở điều kiện thường, oxi không oxi hóa được Ag, nhưng ozon oxi hóa được bạc thành bạc oxit:

2Ag + O3 Ag2O + O2

1.2.2.3 Hiđro peoxit

Cấu tạo phân tử của hiđro peoxit

Hiđro peoxit có công thức phân tử là H2O2 Công thức cấu tạo của phân tử:

- Tính chất hóa học

Hiđro peoxit là hợp chất ít bền, dễ bị phân hủy thành H2O và O2, phản ứng tỏa nhiều nhiệt Sự phân hủy H2O2 sẽ xảy ra nhanh nếu có mặt chất xúc tác:

2H2O2 2HMnO2 2O + O2

H2O2 vừa có tính oxi hóa, vừa có tính khử:

+ H2O2 có tính oxi hóa khi tác dụng với chất khử, thí dụ:

- Hai dạng thù hình của lưu huỳnh

Lưu huỳnh có hai dạng thù hình: Lưu huỳnh tà phương (S) và lưu huỳnh đơn tà (S) Chúng khác nhau về cấu tạo tinh thể và một số tính chất vật lí, nhưng tính chất hóa học giống nhau

Hai dạng lưu huỳnh S và S có thể biến đổi qua lại với nhau theo điều kiện nhiệt độ

Cấu tạo tinh thể

và tính chất vật lí Lưu huỳnh tà phương (S) Lưu huỳnh đơn tà ( 

S )

Cấu tạo tinh thể

Nhiệt độ bền Dưới 95,5oC Từ 95,5oC đến 119oC

- Ảnh hưởng của nhiệt độ đối với cấu tạo phân tử và tính chất vật lí của lưu huỳnh

Ở nhiệt độ thấp hơn 113oC, S và S là những chất rắn màu vàng Phân tử lưu huỳnh có 8 nguyên tử liên kết cộng hóa trị với nhau tạo thành mạch vòng

Ở nhiệt độ 119oC, S và S đều nóng chảy thành chất lỏng màu vàng, rất linh động

Ở nhiệt độ 187oC, lưu huỳnh lỏng trở nên quánh nhớt, có màu nâu đỏ

Ở nhiệt độ 445oC, lưu huỳnh sôi, các phân tử lưu huỳnh bị phá vỡ thành nhiều phân tử nhỏ bay hơi

Tính chất hóa học

Lưu huỳnh là nguyên tố tương đối hoạt động: ở nhiệt độ thường hơi kém hoạt động nhưng khi đun nóng tương tác với hầu hết nguyên tố trừ các khí hiếm, nitơ, iot, vàng và platin

Khi tham gia phản ứng hóa học, lưu huỳnh thể hiện tính oxi hóa hoặc tính khử

 Tác dụng với kim loại hoặc hiđro

Lưu huỳnh tác dụng với kim loại hoặc hiđro ở nhiệt độ cao, sản phẩm là muối sunfua hoặc hiđro sunfua:

Trong những phản ứng trên, lưu huỳnh thể hiện tính oxi hóa

 Tác dụng với phi kim

Ở nhiệt độ thích hợp, lưu huỳnh tác dụng được với một số phi kim như oxi, flo, clo:

Sản xuất lưu huỳnh

- Khai thác lưu huỳnh

Để khai thác lưu huỳnh dạng tự do trong trái đất, người ta dùng hệ thống thiết bị nén nước siêu nóng (170oC) vào mỏ lưu huỳnh để đẩy lưu huỳnh nóng chảy lên mặt đất (phương pháp Frasch)

- Sản xuất lưu huỳnh từ hợp chất

+ Đốt H2S trong điều kiện thiếu không khí:

2H2S + O2 2S + 2H2O

+ Dùng H2S khử SO2:

2H2S + SO2 3S + 2H2O

1.2.3.2 Hiđro sunfua

Cấu tạo phân tử

Cấu tạo phân tử hiđro sunfua (H2S) có cấu tạo tương tự như phân tử H2O Nguyên tử

S có 2 electron độc thân ở phân lớp 3p tạo ra 2 liên kết cộng hóa trị với 2 nguyên tử hiđro Trong hợp chất này, nguyên tố S có số oxi hóa -2

+ Dung dịch axit sunfuhiđric tiếp xúc với không khí, nó dần trở nên vẩn đục màu vàng, do oxi của không khí đã oxi hóa H2S thành S:

2H2S + O2 2S + 2H2O

+ Ở nhiệt độ cao, khí H2S cháy trong không khí với ngọn lửa màu vàng, H2S bị oxi hóa thành SO :

Trạng thái tự nhiên và điều chế

- Trạng thái tự nhiên

Trong tự nhiên, hiđro sunfua có trong một số nước suối, trong khí núi lửa, khí thoát

ra từ chất protein bị thối rữa,…

- Điều chế

+ Trong công nghiệp không sản xuất hiđro sunfua

+ Trong phòng thí nghiệm, điều chế bằng phản ứng của dung dịch axit clohiđric với sắt (II) sunfua:

1.2.3.4 Lưu huỳnh đioxit

Cấu tạo phân tử

Lưu huỳnh ở trạng thái kích thích có 4 electron độc thân ở các phân lớp 3p và 3d:

…3s23p33d1 Những electron độc thân này của nguyên tử S liên kết với 4 electron độc thân của hai nguyên tử O tạo thành bốn liên kết cộng hóa trị có cực

Công thức cấu tạo:

S

Công thức cấu tạo của SO2 còn có thể biểu diễn như sau:

S O O

Trong hợp chất SO2, nguyên tố lưu huỳnh có số oxi hóa +4

- Lưu huỳnh đioxit là oxit axit

SO2 tan trong nước tạo thành dung dịch axit sunfurơ (H2SO3):

- Lưu huỳnh đioxit là chất khử và là chất oxi hóa

Trong hợp chất SO2, nguyên tố S có số oxi hóa +4, là số oxi hóa trung gian giữa các số oxi hóa -2 và +6 Do vậy, khi tham gia phản ứng oxi hóa – khử, SO2 có thể bị khử hoặc

Thu SO2 vào bình bằng cách đẩy không khí

- Trong công nghiệp

SO2 được điều chế bằng cách:

+ Đốt cháy lưu huỳnh

+ Đốt quặng sunfua kim loại, như pirit sắt (FeS2):

4FeS2 + 11O2 2Feto 2O3 + 8SO2

1.2.3.5 Lưu huỳnh trioxit

Tính chất

- Tính chất vật lí

Ở điều kiện thường, SO3 là chất lỏng không màu (nóng chảy ở 17oC, sôi ở 45oC)

SO3 tan vô hạn trong nước và trong axit sunfuric

Cấu tạo phân tử

H2SO4 có công thức cấu tạo

SO

Axit sunfuric tan vô hạn trong nước và tỏa rất nhiều nhiệt Nếu ta rót nước vào

H2SO4, nước sôi đột ngột và kéo theo những giọt axit bắn ra xung quanh gây nguy hiểm Vì vậy, muốn pha loãng axit H2SO4 đặc, người ta phải rót từ từ axit vào nước và khuấy nhẹ bằng đũa thủy tinh mà không được làm ngược lại

Tính chất hóa học

- Tính chất của dung dịch axit sunfuric loãng:

Dung dịch axit sunfuric loãng có những tính chất chung của axit, đó là:

+ Đổi màu quỳ tím hóa đỏ

+ Tác dụng với kim loại hoạt động, giải phóng khí hiđro

+ Tác dụng với oxit bazơ và với bazơ

+ Tác dụng được với muối của những axit yếu

- Tính chất của axit sunfuric đặc

+ Tính oxi hóa mạnh

 Axit sunfuric đặc và nóng có tính oxi hóa rất mạnh, nó oxi hóa được hầu hết các kim loại (trừ Au, Pt), nhiều phi kim như C, S, P,… và nhiều hợp chất:

6H2SO4 + 2Fe Fet 2(SO4)3 + 6H2O + 3SO2

Sản xuất axit sunfuric

Axit sunfuric được sản xuất trong công nghiệp bằng phương pháp tiếp xúc Phương pháp này gồm ba công đoạn chính, có thể tóm tắt như sau:

1.2.3.7 Muối sunfat và nhận biết ion sunfat

Muối sunfat

Muối sunfat là muối của axit sunfuric Có 2 loại muối sunfat:

- Muối trung hòa (muối sunfat) chứa ion sunfat (SO42-) Phần lớn muối sunfat đều tan, trừ BaSO4, PbSO4, không tan

- Muối axit (muối hiđrosunfat) chứa ion hiđrosunfat (HSO4-)

Nhận biết ion sunfat

Dùng dung dịch muối bari hoặc bari hiđroxit để nhận biết ion SO42- trong dung dịch

H2SO4 hoặc trong dung dịch muối sunfat Phản ứng sinh ra kết tủa không tan trong axit hoặc kiềm

H2SO4 (dd) + BaCl2 (dd) BaSO4 (r) + 2HCl (dd)

Na2SO4 (dd) + BaCl2 (dd) BaSO4 (r) + 2NaCl (dd)

1.3 Nhóm VIIA (nhóm halogen)

1.3.1 Khái quát về nhóm halogen

1.3.1.1 Vị trí của nhóm halogen trong bảng tuần hoàn

Nhóm VIIA trong bảng tuần hoàn gồm 5 nguyên tố : Flo (ô số 9, thuộc chu kì 2), clo (ô số 17, thuộc chu kì 3), brom (ô số 35, thuộc chu kì 4), iot (ô số 53, thuộc chu kì 5) và atatin (ô số 85, thuộc chu kì 6)

Cả 5 nguyên tố trên đều đứng ở cuối chu kì, ngay trước khí hiếm Chúng được gọi là các halogen (tiếng La Tinh nghĩa là sinh ra muối)

Atatin không gặp trong thiên nhiên Nó được điều chế nhân tạo bằng các phản ứng hạt nhân Atatin được nghiên cứu trong nhóm các nguyên tố phóng xạ

1.3.1.2 Cấu hình electron nguyên tử halogen

Lớp electron ngoài cùng của nguyên tử các halogen có 7 electron: 2 electron trên obitan s và 5 electron trên các obitan p Cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tử halogen là ns2np5 (n là số thứ tự của lớp ngoài cùng)

Từ flo đến iot, số lớp electron tăng dần và electron lớp ngoài cùng càng xa hạt nhân hơn

Ở trạng thái cơ bản, nguyên tử các halogen đều có một electron độc thân

Lớp electron ngoài cùng của nguyên tử flo là lớp thứ hai nên không có phân lớp d Nguyên tử clo, brom và iot có phân lớp d còn trống, khi được kích thích, 1, 2 hoặc 3 electron có thể chuyển đến những obitan d còn trống:

ns2 np5

…

Hình 1-1 Cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tử halogen

Electron lớp ngoài cùng ở trạng thái cơ bản Electron lớp ngoài cùng ở trạng thái kích thích

Như vậy, ở trạng thái kích thích, nguyên tử clo, brom hoặc iot có thể có 3, 5 hoặc 7 electron độc thân; góp phần giải thích khả năng tồn tại các trạng thái oxi hóa của clo, brom, iot

1.3.1.3 Cấu tạo phân tử halogen

Đơn chất halogen không phải là những nguyên tử riêng rẽ mà là những phân tử: hai nguyên tử halogen X kết hợp với nhau bằng liên kết cộng hóa trị tạo thành phân tử X2:

+

Công thức cấu tạo: X – X

Năng lượng liên kết X – X của phân tử X2 không lớn (từ 151 đến 243 kJ/mol), nên các phân tử halogen tương đối dễ tách thành hai nguyên tử

Hình 1-3 Sự hình thành liên kết cộng hóa trị trong phân tử

1.3.2 Tính chất của các đơn chất halogen

1.3.2.1 Độ âm điện

+ Độ âm điện tương đối lớn

+ Đi từ flo đến iot độ âm điện giảm dần

+ Flo có độ âm điện lớn nhất nên trong tất cả các hợp chất chỉ có số oxi hóa -1, các nguyên tố halogen khác, ngoài số oxi hóa -1 còn có các số oxi hóa +1, +3, +5, +7

1.3.2.2 Tính chất vật lí

Đi từ flo đến iot ta thấy:

+ Trạng thái tập hợp: từ thể khí chuyển sang thể lỏng và thể rắn

+ Màu sắc: đậm dần

+ Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi: tăng dần

+ Tính tan: Flo không tan vì nó phân hủy nước rất mạnh; Clo, brom, iot ít tan

1.3.2.3 Tính chất hóa học

+ Vì lớp electron ngoài cùng có cấu tạo tương tự nhau (ns2np5) nên các đơn chất halogen giống nhau về tính chất hóa học cũng như thành phần và tính chất của các hợp chất do chúng tạo thành

+ Halogen là những phi kim điển hình Đi từ flo đến iot, tính oxi hóa giảm dần + Các đơn chất halogen oxi hóa được hầu hết các kim loại tạo ra muối halogenua, oxi hóa khí hiđro tạo ra những hợp chất khí không màu hiđro halogenua Những chất khí này tan trong nước tạo ra dung dịch axit halogenhiđric

Tác dụng với kim loại

Halogen tác dụng với hầu hết kim loại tạo thành muối halogenua

- Flo, clo, brom tác dụng với kim loại sắt tạo muối sắt (III)

2Fe + 3X2 2FeXto 3 (X: F, Cl, Br)

- Riêng iot tác dụng với kim loại sắt tạo muối sắt (II)

Fe + I2 FeIto 2

Tác dụng với hiđro

Halogen tác dụng với khí hiđro thành hiđro halogenua

- Flo phản ứng ngay trong bóng tối

Tác dụng với nước

- Flo phản ứng mãnh liệt với nước:

+ Ở nhiệt độ thường

Cho khí clo tác dụng với dung dịch NaOH ta thu được dung dịch nước Gia-ven gồm hỗn hợp muối của axit HCl và HClO

Cl2 + 2NaOH NaClO + NaCl + H2O

Cho khí clo qua Ca(OH)2 khan ta được clorua vôi

Cl2 + Ca(OH)2 CaOCl2 + H2O

+ Ở nhiệt độ cao

Cho khí clo qua dung dịch kiềm đun nóng ở 100oC ta được muối clorat

3I2 + 6NaOH 5NaI + NaIOto 3 + 3H2O

1.3.3 Clo và hợp chất của clo

Ở 20oC, một thể tích nước hòa tan 2,5 thể tích khí clo Dung dịch của khí clo trong nước còn gọi là nước clo có màu vàng nhạt

Khí clo tan nhiều trong dung môi hữu cơ như benzen, etanol, hexan, cacbon tetraclorua…

Nguyên tử clo có độ âm điện lớn (3,16), chỉ đứng sau nguyên tử flo (3,98) và nguyên tử oxi (3,44) Vì vậy, trong các hợp chất với các nguyên tố này, clo có số oxi hóa dương (+1, +3, +5, +7), còn trong các trường hợp khác, clo có số oxi hóa âm (-1)

Khi tham gia phản ứng, nguyên tử clo dễ nhận 1 electron để thành ion clorua Cl- Vì vậy, tính chất hóa học cơ bản của clo là tính oxi hóa mạnh, thể hiện qua các phản ứng sau:

- Tác dụng với kim loại

Khí clo oxi hóa trực tiếp được hầu hết các kim loại tạo ra muối clorua, phản ứng xảy

ra ở nhiệt độ thường hoặc không cao lắm, tốc độ nhanh, tỏa nhiều nhiệt

Thí dụ:

2Na + Cl2 2NaCl

Cu + Cl2 CuCl22Fe + 3Cl2 2FeCl3

- Tác dụng với hiđro

Ở nhiệt độ thường và trong bóng tối, clo oxi hóa chậm hiđro Nhưng nếu được chiếu sáng mạnh hoặc hơ nóng, phản ứng xảy ra nhanh Nếu tỉ lệ số mol H2 : Cl2 = 1 : 1thì hỗn hợp sẽ nổ mạnh:

H02 (k) + Cl02 (k) 2HCl (k)

+1 -1

- Tác dụng với nước và dung dịch kiềm

Khi tan vào nước, một phần clo tác dụng chậm với nước theo phản ứng thuận nghịch

Cl02 + 2NaOH NaCl + NaClO + H-1 +1 2OTrong các phản ứng trên, nguyên tố clo vừa là chất oxi hóa, vừa là chất khử Đó là những phản ứng tự oxi hóa – khử

- Tác dụng với muối của các halogen khác

Clo không oxi hóa được ion F- trong các muối florua nhưng oxi hóa dễ dàng ion Brtrong dung dịch muối bromua và ion I- trong dung dịch muối iotua:

Sản xuất khí clo bằng cách điện phân dung dịch bão hòa muối ăn trong nước

Thùng điện phân có màng ngăn cách 2 điện cực để khí clo không tiếp xúc với dung dịch NaOH

Phương trình điện phân có thể viết như sau:

2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2 + Cl2

1.3.3.2 Hiđro clorua Axit clohiđric Muối clorua

Hiđro clorua Axit clohiđric

- Tính chất vật lí

Hiđro clorua là khí không màu, mùi xốc, nặng hơn không khí 1,26

29

5,36

- Tính chất hóa học

Axit HCl là axit mạnh, có đầy đủ tính chất hóa học chung của axit: làm quỳ tím hóa

đỏ, tác dụng với kim loại đứng trước hiđro trong dãy hoạt động hóa học, tác dụng với oxit bazơ, bazơ, muối Thí dụ: