Khái quát về nhóm nitơ

Một số tính chất của các nguyên tố nhóm nitơ P đỏ và P trắng Antimon Bitmut Asen Nhiễm độc asen Nhiễm độc antimon... Chú ý: tính độc của các nguyên tố nhóm Nitơ - Photpho

BÀI GIẢNG 1 KHÁI QUÁT VỀ NHÓM NITƠ

Biên tập : Nguyễn Thị Thọ

I - VỊ TRÍ CỦA NHÓM NITƠ TRONG BẢNG TUẦN HOÀN

Nhóm nitơ – photpho thuộc nhóm V A trong bảng hệ thống tuần hoàn Gồm các nguyên tố:

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

Bảng 2.1 Một số tính chất của các nguyên tố nhóm nitơ

P đỏ và P trắng Antimon Bitmut

Asen Nhiễm độc asen Nhiễm độc antimon

Chú ý: tính độc của các nguyên tố nhóm Nitơ

- Photpho trắng: Đây là nguyên tố có độc tính với 50 mg là liều trung bình gây chết người

(phốtpho trắng nói chung được coi là dạng độc hại của phốtpho trong khi phốtphat và orthophốtphat lại là các chất dinh dưỡng thiết yếu) Thù hình phốtpho trắng cần được bảo quản dưới dạng ngâm nước do nó có độ hoạt động hóa học rất cao với ôxy trong khí quyển

và gây ra nguy hiểm cháy và thao tác với nó cần được thực hiện bằng kẹp chuyên dụng do việc tiếp xúc trực tiếp với da có thể sinh ra các vết bỏng nghiêm trọng Ngộ độc mãn tính phốtpho trắng đối với các công nhân không được trang bị bảo hộ lao động tốt dẫn đến chứng chết hoại xương hàm Nuốt phải phốtpho trắng có thể sinh ra tình trạng mà trong y tế gọi là "hội chứng tiêu chảy khói" Các hợp chất hữu cơ của phốtpho tạo ra một lớp lớn các chất, một số trong đó là cực kỳ độc Các este florophốtphat thuộc về số các chất độc thần kinh có hiệu lực mạnh nhất mà người ta đã biết Một loạt các hợp chất hữu cơ chứa phốtpho được sử dụng bằng độc tính của chúng để làm các thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, thuốc diệt nấm v.v Phần lớn các phốtphat vô cơ là tương đối không độc và là các chất dinh dưỡng thiết yếu

- Asen: Ngộ độc asen là các bệnh kinh niên do sử dụng nước uống có chứa asen ở nồng độ cao

trong một khoảng thời gian dài Các hiệu ứng bao gồm sự thay đổi màu da, sự hình thành của các vết cứng trên da, ung thư da, ung thư phổi, ung thư thận và bàng quang cũng như có thể dẫn tới hoại tử Tổ chức y tế thế giới (WHO) đề nghị mức giới hạn của asen là 0,01 mg/L trong nước uống; việc hấp thụ một lượng lớn asen trong một thời gian dài có thể dẫn tới ngộ độc asen Nồng độ asen cao trong nước uống có thể tìm thấy ở một số khu vực sử dụng các nguồn nước tự tạo, chẳng hạn như trong nước của các giếng khoan không qua tinh chế và thẩm định chất lượng bởi các cơ quan y tế có thẩm quyền

- Antinmon: Antimon và nhiều hợp chất của nó là độc hại Về mặt lâm sàng, ngộ độc antimon

tương tự như ngộ độc asen Ở các liều lượng nhỏ, antimon gây ra đau đầu, hoa mắt, trầm cảm Các liều lượng lớn gây ra buồn nôn nhiều và thường xuyên và có thể gây tử vong sau vài ngày

II - TÍNH CHẤT CHUNG CỦA CÁC NGUYÊN TỐ NHÓM NITƠ

1 Cấu hình electron nguyên tử

Lớp electron ngoài cùng của nguyên tử là ns2

np3 (có 5 electron) Cấu hình electron biểu diễn theo ô lượng tử:

ns2 np3 nd0

- Ở trạng thái cơ bản các nguyên tố đều có 3 elctron độc thân ở ba orbital px, py và pz nêncác nguyên tố đều có cộng hóa trị 3

- Các nguyên tố P, As, Sb, Bi có n ≥ 3 nên có phân lớp phụ nd do đó khi bị kích thích, 2 electron ở phân lớp ns2

có thể lên chiếm lớp nd tạo ra 5 orbital độc thân và có cộng hoá trị = 5

↑↓ ↑ ↑ ↑

+ Riêng nguyên tử 7N có cấu hình lớp vỏ ngoài cùng là 2s2

2p3 tức là không có phân lớp d nên khi bị kích thích electron ở lớp 2s không thể vượt lên lớp chính n = 3 → Do đó N chỉ có cộng hoá trị = 3 Tuy nhiên nguyên tử N còn một cặp electron ở lớp vỏ ngoài cùng chưa tham gia liên kết nên nó có thể tạo liên kết phối trí với nguyên tử khác như nguyên tử oxi chẳng hạn khi đó số oxi hoá của N là +5 nhưng vì liên kết phối trí là không bền nên HNO3, N2O5, ion NO3- có tính oxi hoá rất mạnh

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

- Đối với nguyên tử của các nguyên tố P,As,Sb và Bi ở trạng thái kích thích, một electron trong cặp electron của phân lớp ns có thể chuyển sang obitan d trống của phân lớp nd

Như vậy, ở trạng thái kích thích nguyên tử của các nguyên tố này có 5 electron độc thân nên có thể có hóa trị năm trong các hợp chất

2 Sự biến đổi tính chất của các đơn chất

a) Tính oxi hóa - khử

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

có các số oxi hóa +3 và −3 Riêng nguyên tử nitơ nên có thêm các số oxi hóa +1,+2,+4 → Số oxi hóa của các nguyên tố trong nhóm có thể tăng từ -3, 0, +1, +2, +3, +5

- Các đơn chất có số oxi hóa 0 nên có thể tăng hay giảm, nghĩa là tùy theo đối tượng tham gia phản ứng mà mỗi nguyên tố có thể cho (khử) hay nhận (oxi hóa) electron

- Khả năng oxi hóa giảm dần từ nitơ đến bimut, phù hợp với chiều giảm độ âm điện của nguyên

tử các nguyên tố trong nhóm

b) Tính kim loại - phi kim

Đi từ nitơ đến bimut, tính phi kim của các nguyên tố giảm dần, đồng thời tính kim loại tăng dần Nitơ, photpho là các phi kim Asen thể hiện tính phi kim trội hơn tính kim loại Antimon thể hiện tính kim loại và tính phi kim ở mức độ gần như nhau, còn ở bitmut tính kim loại trội hơn tính phi kim

3 Sự biến đổi tính chất của các hợp chất

a) Hợp chất với hiđro

Tất cả các nguyên tố nhóm nitơ đều tạo được hợp chất khí với hiđro (hiđrua), có công thức

chung là RH3 Độ bền nhiệt của các hiđrua giảm dần từ NH3 đến BiH3 Dung dịch của hợp chất với hidro có công thức RH3 có thể thu H+ (tạo ra một liên kết phối trí giữa R và H+) nên RH3 có tính bazơ:

RH3 + H+ → RH4+

b) Oxit và hiđroxit

- Từ nitơ đến bitmut, tính axit của các oxit và hiđroxit tương ứng giảm dần đồng thời tính bazơ của chúng tăng dần

- Độ bền của các hợp chất với số oxi hóa tăng, còn độ bền của các hợp chất với số oxi hóa +5 nói chung giảm

- Các oxit của nitơ và photpho với số oxi hóa +5(N2O5,P2O5) là oxit axit, hiđroxit của chúng là

các axit (HNO3,H3PO4) Trong các oxit với số oxi hóa +3 thì As2O3 là oxit lưỡng tính

+ Tính axit: Cho H+ hay tan trong dung dịch OH

Bi2O3 là oxit bazơ không tan trong nước và trong dung dịch kiềm nhưng tan nhanh trong dung dịch H+

nên Bitmut có tính kim loại rõ rệt

BÀI TẬP VẬN DỤNG

Câu 1 Từ các phương trình ion thu gọn (1) và (3) trong bài học trên hãy viết một mạch các

phương trình phân tử sau:

Sb2O3 + dung dịch KOH

Sb2O3 + dung dịch nước vôi

Sb2O3 + dung dịch HCl

Sb2O3 + dung dịch H2SO4

Câu 2 Số oxi hoá của N trong dãy trên theo chiều từ trái sang phải là:

NH  NH  N  N O NO NO HNO N O

A -3, -4, 0, +1, +2, +4, +5, +3 B -3, -3, 0, +1, +2, +4, +5, +5

C -3, -2, 0, +1, +2, +3, +4,+5 D Tất cả đều sai

Câu 3 Các chất vừa có tính khử vừa có tính oxi hoá là:

A NH4+, N2, N2O, NO, NO2 B N2, N2O, NO, NO2

C NH3, N2, NO, NO2 D Tất cả đều sai

Câu 4 Các chất chỉ có tính khử hoặc tính oxi hoá là:

A NH4+, HNO3, N2O5, N2 B.NH3, NH4+, N2O5, N2O

C NH4+, NH3, HNO3, N2O5 D.N2, NH3, NO2, HNO3

Câu 5 Lập các phương trình hoá học sau và cho biết As, Bi, Sb2O3 thể hiện tính chất gì?

a As + HNO3 → H3AsO4 + NO2 + H2O

b Bi + HNO3 → Bi(NO3)3 + NO2 + H2O

c Sb2O3 + HCl → SbCl3 + H2O

d Sb2O3 + NaOH → NaSbO2 + H2O

Câu 6 Những oxit nào sau đây là oxit axit:

A N2O5,P2O5 B N2O5,P2O5, Sb2O3 C Bi2O3 D

As2O3

Câu 7 Oxit nào là oxit có tính bazơ

A N2O5,P2O5 B N2O5,P2O5, Sb2O3 C Bi2O3 D

As2O3

Câu 8 Hãy cho biết HNO3 có những tính chất gì:

A Tính axit, tính oxi hóa C Tính axit

B Tính axit, tính oxi hóa, tính khử D Tính oxi hóa và tính khử

Câu 9 Thứ tự tính kim loại tăng theo chiều nào

A N2, P, As, Sb, Bi C Bi, Sb, As, P, N2

B P, N2 , As, Sb, Bi D Bi, Sb, P, N2 , As

Câu 10 Oxit nào là oxit lưỡng tính

A N2O5,P2O5 B N2O5,P2O5, Sb2O3 C Bi2O3 D

As2O3

HƯỚNG DẪN GIẢI MỘT SỐ BÀI TẬP VẬN DỤNG

Câu 1 Hướng dẫn

Sb2O3 + 2KOH → KSbO2 + H2O

Sb2O3 + Ca(OH)2 → Ca(SbO2)2 + H2O

Sb2O3 + 6HCl → 2SbCl3 + 3H2O

Sb2O3 + 3H2SO4 → Sb2(SO4)3 + 3H2O

Câu 2 Hướng dẫn:

Để xác định số oxi hoá của N trong dãy trên theo chiều từ trái sang phải ta xác định số oxi hóa của N trong các hợp chất theo quy tắc xác định số oxi hóa đã học ở lớp 10

NH  NH  N  N O NO NO HNO N O

→ ta có đáp án B -3, -3, 0, +1, +2, +4, +5, +5

Câu 3 Hướng dẫn:

Để xác định chất vừa có tính khử vừa có tính oxi hoá ta xác định số oxi hóa củ a N trong từng hợp chất Ta biết N có các số oxi hóa -3, 0, +1, +2, +4, +5 → Nếu ta xác định số oxi hóa của N

là số oxi hóa trung gian giữa 2 số oxi hóa nào đó như: 0, +1, +2, +4 thì hợp chất đó vừa có tính oxi hóa, vừa có tính khử do vừa có khả năng nhận electron để giảm số oxi hóa , vừa có khả năng nhường electron để tăng số oxi hóa

→ đáp án B N2, N2O, NO, NO2

Câu 4 Để xác định chất chỉ có tính khử hoặc tính oxi hoá ta cũng đi xác định số oxi hóa của N

trong hợp chất Hợp chất nào N có số oxi hóa cao nhất → chỉ có tính oxi hóa, hợp chất nào N

có số oxi hóa thấp nhât → chỉ có tính khử

→ ta có đáp án C NH4+, NH3, HNO3, N2O5

Câu 5 Các phương trình hoá học sau

a As + 5HNO3 → H3AsO4 + 5NO2 + H2O

As0 → As+5 + 5e

→ As thể hiện tính khử

b Bi + HNO3 → Bi(NO3)3 + NO2 + H2O

Bi0 → Bi+3 + 3e

→ Bi thể hiện tính khử

c Sb2O3 + HCl → SbCl3 + H2O

Sb+3 → Sb+3 → đây là phản ứng trao đổi, Sb không thể hiện tính oxi hóa và khử

d Sb2O3 + NaOH → NaSbO2 + H2O

tương tự PTPƯ c