hidro va nuoc

Lượng lớn hyđrô ở dạng hợp chất rất phổ biến trong vỏ quả đất, như trong nước, dầu mỏ, khí thiên nhiên; trong các tổ chức của cơ thể sinh vật... HIĐRO Điều chế trong phòng thí nghiệm: •

Ch ng 4 ươ

HIĐRO - NƯỚC

HIĐRO

Cấu tạo nguyên tử và một số đặc điểm

• Cấu trúc electron: 1s 1

• Lớp vỏ electron chỉ bao gồm 1 electron và nhân chỉ

có 1 proton (H + hay 11P) Electron hoá trị này tương tác trực tiếp với nhân nên nguyên tử H có 3 khả

Cấu tạo nguyên tử và một số đặc điểm

+ Tạo cặp electron dùng chung trong liên kết cộng hoá trị

còn vỏ electron che chắn sau khi tạo liên kết cộng hoá trị với các nguyên tố có độ âm điện lớn (như χO = 3,5, χN = 3,04; χF = 4) nên

hyđrô này còn có khả năng tạo liên kết bổ

sung với các nguyên tố âm điện lớn đó, gọi là

liên kết hyđrô

• Số oxy hóa có thể có: -1,0,+1, nhưng số oxi

Tính chất vật lý

• Là chất khí không màu, không mùi vị (ở đkt)

• Phân tử gồm 2 nguyên tử; EH - H= -103 kcal/mol;

dH-H=0,74Å.

• t0nc và t 0s thấp: t 0nc = -259,1 0 C; t 0s = -252,6 0 C;

• Tốc độ khuếch tán lớn nhất, lớn hơn không khí 3,5 lần ⇒ H2 dẫn nhiệt rất tốt

• Ít tan trong nước: chỉ tan 21,5 mlH2/lít H2O ở 0 0 C.

• Trạng thái kim loại của hyđrô: Khi nén H2 ở P = 3

triệu atm tại nhiệt độ -270 0 C thì tạo ra trạng thái H2rắn, có độ dẫn điện cao và một số tính chất nữa của kim loại.

HIĐRO

Tính chất hoá học: Tính bền nhiệt

kcal/mol), khó bị phân huỷ thành nguyên tử

được với Cl2, Br2, O2, N2, S, kim loại kiềm,

kiềm thổ

Tính chất hoá học: Tính oxy hóa

• Phản ứng với chất khử mạnh: kim loại kiềm, kiềm thổ.

So sánh hoạt tính hoá học của H nguyên tử (H 0 )

và H 2 phân tử

H 2 = 2H (∆ H = 103 kcal/mol)

H 0 hoạt động hoá học mạnh hơn nhiều so với H2:

ở điều kiện thường, H 0 phản ứng được với O2, S,

P, As khử được nhiều oxyt kim loại, đẩy được

Ag, Cu ra khỏi dung dịch muối bạc, muối đồng, khử được Mn +7 về Mn +2 nhưng H2 không có

những phản ứng trên.

(1) MnO4- + H2 + H + → không phản ứng (không làm mất màu thuốc tím)

(2) MnO4- + 5H 0 + 3H + → Mn 2+ + 4H2O (mất màu tím nhanh chóng)

HIĐRO

Trạng thái thiên nhiên

Trong vũ trụ, hyđrô chiếm một nửa khối lượng mặt trời Trong các vì sao, hyđrô chiếm phần lớn khối lượng

Lượng lớn hyđrô ở dạng hợp chất rất phổ biến trong vỏ quả đất, như trong nước, dầu mỏ, khí thiên nhiên; trong các tổ chức của cơ thể sinh vật

Proti và đơtri là 2 đồng vị bền, còn triti là đồng

vị phóng xạ với chu kỳ bán huỷ là 12,26 năm

1 1

2 1 3 1

1 1

1 1 1 1

1 0 1 0

HIĐRO

Điều chế trong công nghiệp:

• Từ khí thiên nhiên: Cho hỗn hợp metan và hơi nước được

đốt nóng đến 800 ÷ 1000 0 C đi qua xúc tác Ni:

CH4 + H2O  CO + H2 ∆ H = 50 kcal/mol Loại CO khỏi H2: Trộn sản phẩm phản ứng với hơi nước ở

450 - 500 0 C, có xúc tác Fe 2 O 3 được hoạt hoá bằng Cr 2 O 3

hay NiO thì CO sẽ chuyển về CO2:

CO + H2O  CO2 + H2 ∆ H = - 10 kcal/mol (hơi nước phải dư gấp 4 - 5 lần CO)

Tiếp tục loại CO2 khỏi H2 bằng cách nén hỗn hợp ở 25atm → sục vào nước lạnh thì CO 2 sẽ tan nhiều trong nước, còn H 2

ít tan sẽ thoát ra và được thu giữ.

Hoặc có thể oxy hoá không hoàn toàn CH4 bằng không khí giàu oxy rồi loại CO như trên.

2CH4 + O2  2CO + 4H2 ∆ H = - 8,5 kcal/mol

Điều chế trong công nghiệp:

qua than cốc, ta được hỗn hợp than ướt (có

Loại CO như trên

HIĐRO

Điều chế trong phòng thí nghiệm:

• Cho kim loại tác dụng với axít không oxy hóa (thường dùng Zn + axit)

Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2

Tuy nhiên, khi dùng Zn và axit, nếu Zn không

để giữ các khí tạp chất lại, rồi tiếp tục cho

Điều chế trong phòng thí nghiệm:

• Điện phân dung dịch loãng gồm hỗn hợp

HIĐRO

Xe Honda FCX (2006) dùng pin

nhiên liệu hydro

Pin nhiên liệu hydro

Ứng dụng

• Hai đồng vị H và H tương lai sẽ là năng

lượng điện

2 1

3 1

HYĐRUA

Khái niệm

nguyên tố khác Đuôi "ua" gắn với nguyên tố

âm điện hơn

Ví dụ: LiH: Liti hyđrua

NaH: Natri hyđrua

HCl: Hyđrô clorua

NH3: Hyđrô nitrua

Phân loại

Hyđrua ion: là hyđrua của kim loại có tính khử

mạnh (độ âm điện nhỏ) như LiH, NaH

trong những hợp chất này, hyđrô có số oxy hoá -1

• Độ bền nhiệt : Trừ LiH có độ bền cao, còn lại

phân huỷ trước khi nóng chảy

rất mạnh

0

2 /

2 H−

H

CaH2 + 2H2O = Ca(OH)2 + 2H2Hyđrua ion lưỡng tính dễ tạo phức với

hyđrua khác:

AlH3 + 3BH3 = Al [BH4]3

• Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp vì sự phá

vỡ liên kết Van de Waals, liên kết hyđrô, khi nóng chảy, khi sôi tiêu tốn ít năng lượng.

• Một số hyđrua như HF, H2O do có sự tụ hợp phân tử (HF)n, (H2O)5 và liên kết hyđrô mạnh nên

có nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi cao.

Phân loại

Hyđrua kiểu kim loại:

• Các kim loại chuyển tiếp hấp thụ khí H2 tạo nên

chất rắn có thành phần xác định hoặc biến đổi

Ví dụ: Ở điều kiện bình thường, 1VPd hấp thụ 700

-870V và tạo ra Pd2H hoặc có thành phần biến đổi PdHx.

• Tính chất: So với kim loại ban đầu, thì hyđrua kiểu

kim loại phản ứng với oxy và với H2O kém hơn,

hyđrua kiểu kim loại dòn hơn, dẫn điện hoặc bán dẫn điện, bề ngoài giống kim loại (nên gọi là

hyđrua kiểu kim loại).

2

H

24

NƯỚC

Tính chất vật lý

• Nước lỏng, trong suốt, không màu, không mùi,

không vị Lớp nước lỏng dày có màu xanh lam

nhạt.

• Ở áp suất 1atm, t 0 = 3,98 0 C thì d=1, khi t 0 < 3,98 0 C

và t 0 >3,98 0 C: d giảm Nước mưa, nước tuyết tan

có d < 1; nước biển, nước trong cơ thể sinh vật thì

Tính chất vật lý

Liên kết hyđro gây tụ hợp phân tử (H2O)5 mà t 0nc và

t0s của H2O cao hơn những hợp chất tương tự về thành phần cấu tạo (như H2S, H2Se có t0nc lần lượt

là -85,6 0 C và -65,7 0 C, t0s lần lượt là : -60,75 0 C và

H

H H

H H

H

H

H H

NƯỚC

Tính chất vật lý

Nước là dung môi phân cực, độ phân cực

khả năng hoà tan nhiều chất điện ly và

không điện ly

Nước là môi trường phản ứng cho nhiều

phản ứng sinh hoá xảy ra trong cơ thể sinh vật

NƯỚC

Tính chất hoá học Tính oxy hoá - khử:

• Ở điều kiện thường, H2O chỉ phản ứng với F2, Cl2, kim loại kiềm, kiềm thổ

• H2O thể hiện tính oxi hoá với kim loại và tính khử với F2.

Tính chất hoá học Phản ứng thuỷ phân

• Là sự tương tác giữa các ion kim loại hoặc gốc axit của muối với nước làm dịch chuyển cân bằng phân ly của nước:

H2O  H+ + OH

-• Nước có thể thuỷ phân hợp chất vô cơ, hữu

cơ Những chất vô cơ thuỷ phân là những

từ axit mạnh - bazơ yếu hoặc axit yếu - bazơ yếu

NƯỚC

Trạng thái thiên nhiên

• Nước là hợp chất phổ biến nhất trong thiên nhiên: tồn tại trên mặt đất, trong mạch ngầm, trong không khí, trong tế bào sinh vật

• Nước rất cần cho sự sống của con người, thực vật

và động vật

• Tiêu chuẩn nước sinh hoạt dành cho con người, dùng trong công nghiệp thực phẩm phải là nước không màu, không mùi, có vị ngọt tự nhiên, tạp

chất vô cơ, hữu cơ cho phép không quá 0,5g/l và gần như không có khuẩn gây bệnh.

• Trong phòng thí nghiệm, dùng nước cất 1

dnước nặng > dnước thường (10,77%).

Độ tan của đa số chất trong nước nặng bé

độ tan trong nước thường)

Nước nặng không duy trì sự sống của động, thực vật

NƯỚC

Nước nặng: HDO, D 2 O

• Tính chất hoá học: giống với nước thường

nhưng tốc độ phản ứng trong nước nặng

tăng lên hay giảm xuống

trong đó hiđro được thay thế bằng dơteri Tỷ

lệ D:H trong nước sông và hồ ít biến đổi và

Giữa 2 dạng nước có cân bằng:

H2O + D2O  2HDO

The end!