Nguyên tố hóa học có vai trò lớn trong nghiên cứu, trong cấu tạo chất và đặc biệt những bài học về chúng vô cùng có ý nghĩa. Tuy nhiên sách giáo khoa nói chung và hệ thống kiến thức ở Nhà trường phổ thông về nguyên tố hóa học nói riêng chỉ dừng lại ở đặc điểm cấu tạo, tính chất cơ bản, phương pháp điều chế một số nguyên tố bằng những kiến thức cơ bản, chưa có độ sâu cùng với thời lượng giảng dạy ở trên lớn chưa đủ để Thầy và Trò tìm hiểu sâu hơn. Do đó để giúp cho học sinh có cái nhìn sâu lắn hơn về nguyên tố hóa học chúng tôi tiến hành biên soạn, tổng hợp, đua ra các bài tập để bồi dưỡng những học sinh giỏi hóa có kiến thức tốt hơn về Nguyên tố hóa học. Đa số các bài toán về nguyên tử, bài toán vô cơ cũng như hữu cơ đều có liên quan đến tính chất của các nguyên tố hóa học. Do đó người học cần nắm vững về nguyên tố hóa học.
Trang 1CHUYÊN ĐỀ BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI HÓA HỌC
“TÌM HIỂU VỀ CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC NHÓM HALOGEN, OXI - LƯU HUỲNH, NITƠ - PHOTPHO, CACBON - SILIC, KIM LOẠI CÁC NHÓM IA, IIA, Al,
Sn, Pb, Fe, Ni, Cu, Ag, Zn, Hg, Cr, Mn.”
MỞ ĐẦU
Nguyên tố hóa học có vai trò lớn trong nghiên cứu, trong cấu tạo chất và đặc biệt những bài học về chúng vô cùng có ý nghĩa Tuy nhiên sách giáo khoa nói chung và hệ thống kiến thức ở Nhà trường phổ thông về nguyên tố hóa học nói riêng chỉ dừng lại ở đặc điểm cấu tạo, tính chất cơ bản, phương pháp điều chế một số nguyên tố bằng những kiến thức cơ bản, chưa có độ sâu cùng với thời lượng giảng dạy ở trên lớn chưa đủ để Thầy và Trò tìm hiểu sâu hơn Do đó để giúp cho học sinh có cái nhìn sâu lắn hơn về nguyên tố hóa học chúng tôi tiến hành biên soạn, tổng hợp, đua ra các bài tập để bồi dưỡng những học sinh giỏi hóa có kiến thức tốt hơn về Nguyên tố hóa học
Đa số các bài toán về nguyên tử, bài toán vô cơ cũng như hữu cơ đều có liên quan đến tính chất của các nguyên tố hóa học Do đó người học cần nắm vững về nguyên tố hóa học
Trang 2NỘI DUNG
1 Giới thiệu chung về nguyên tố hóa học:
Định nghĩa:
Nguyên tố hóa học là tập hợp các nguyên tử có cùng điện tích hạt nhân.
Hiểu: Nguyên tố hóa học, thường được gọi đơn giản là nguyên tố, là một chất hóa học tinh khiết, bao gồm một kiểu nguyên tử, được phân biệt bởi số nguyên tử, là số lượng proton có trong mỗi hạt nhân
Giới thiệu:
Cho đến hiện tại có khoản 118 nguyên tố hóa học đã được tìm thấy, trong đó 94 nguyên tố có nguồn gốc tự nhiên (trong đó có 88 nguyên tố dễ kiếm trên Trái Đất còn 6 nguyên tố còn lại rất là hiếm), 24 nguyên tố còn lại là nhân tạo Nguyên tố nhân tạo đầu tiên là Tecnêxi tìm thấy năm 1937 Tất cả các nguyên tố nhân tạo đều có tính phóng xạ với chu kỳ bán rã ngắn vì vậy chúng không thể tồn tại tự nhiên trên Trái Đất ngày nay do
sự phóng xạ đã diễn ra ngay từ khi hình thành Trái Đất
Các nguyên tố nhẹ nhất là hyđrô và hêli, là những nguyên tố đầu tiên xuất hiện trong
Vụ Nổ Lớn (the Big Bang) Tất cả các nguyên tố nặng hơn được tìm thấy hay sản xuất một cách tự nhiên hay nhân tạo thông qua hàng loạt phương thức khác nhau của tổng hợp hạt nhân
Mỗi nguyên tố hóa học đều có một tên và ký hiệu riêng để dễ nhận biết Tên gọi chính thức của các nguyên tố hóa học được quy định bởi Hiệp hội quốc tế hóa học lý thuyết và ứng dụng (tiếng Anh: International Union of Pure and Applied Chemistry) (viết tắt: IUPAC) Tổ chức này nói chung chấp nhận tên gọi mà người (hay tổ chức) phát hiện
ra nguyên tố đã lựa chọn Điều này có thể dẫn đến tranh luận là nhóm nghiên cứu nào thực sự tìm ra nguyên tố, là câu hỏi từng làm chậm trễ việc đặt tên cho các nguyên tố với
số nguyên tử từ 104 trở lên trong một thời gian dài (Xem thêm Tranh luận về đặt tên nguyên tố) Các nguyên tố hóa học cũng được cấp cho một ký hiệu hóa học thống nhất, dựa trên cơ sở tên gọi của nguyên tố, phần lớn là viết tắt theo tên gọi La tinh (Ví dụ, cacbon có ký hiệu hóa học 'C', natri có ký hiệu hóa học 'Na' từ tên gọi La tinh natrium)
Trang 3Ký hiệu hóa học của nguyên tố được thống nhất và hiểu trên toàn thế giới trong khi tên gọi thông thường của nó khi chuyển sang một ngôn ngữ khác thì phần lớn không giống nhau
Các nguyên tố có thể kết hợp với nhau để tạo thành các đơn chất hay hợp chất hóa học dưới các trạng thái các khối đơn nguyên tử hay hai nguyên tử hoặc đa nguyên tử Điều này được gọi là tính đa hình Ví dụ nguyên tố ôxy có thể tồn tại dưới các trạng thái sau: ôxy nguyên tử (O), ôxy phân tử (O2), ôzôn (O3) Hợp chất vô cơ (như nước, muối, ôxít v.v) và hợp chất hữu cơ Trong phần lớn các trường hợp các hợp chất này có thành phần, cấu trúc và thuộc tính đặc trưng cố định
Một vài nguyên tố, phần lớn là các kim loại kết hợp với nhau để tạo thành một cấu trúc mới với các thành phần có thể thay đổi (như hợp kim) Trong trường hợp này có lẽ tốt nhất là nói về trạng thái liên kết hơn là hợp chất Nói chung, trên thực tế thì một chất hóa học nào đó có thể là hỗn hợp của cả hai dạng kể trên
Các nguyên tố hóa học được sắp xếp và liệt kê trong một bảng tuần hoàn các nguyên
tố hóa học theo thứ tự tăng dần của số nguyên tử Z Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học cho biết những thông tin về các tính chất cơ bản của một nguyên tố Thí dụ như dạng thể, độ bay hơi, độ đông đặc v.v Xem thêm danh sách các nguyên tố theo tên, theo ký hiệu và theo số nguyên tử Phương thức thuận tiện nhất để tra cứu các nguyên tố là trình bày chúng trong bảng tuần hoàn các nguyên tố, bảng này nhóm các nguyên tố với những thuộc tính hóa học tương tự nhau trong cùng một nhóm
2 Nguyên tố nhóm A (phân nhóm chính)
2.1 Nhóm VIIA: (Nhóm Halogen)
- Tính oxi hóa tăng: I < Br < Cl < F
- Tính khử giảm: 2I- > 2Br- > 2Cl- > 2F
Tác dụng với kim loai: Tạo muối halogenua
Lưu ý:
+ Fe tác dụng với F2, Cl2, Br2 tạo muối sắt (III) còn I2 tạo muối sắt (II)
+ Tác dụng với dung dịch kiểm: loãng nguội hoặc đặc nóng:
Ví dụ: Cl2 + 2KOH → KCl + KClO + H2O
3Cl2 + 6KOH →100 C0 5KCl + KClO3 + 3H2O
Cl2 + 2Ca(OH)2 → CaCl2 + Ca(ClO)2 + 2H2O 2.2 Nhóm VIA: (Nhóm Oxi –Lưu huỳnh)
Trang 4- Tính oxi hĩa tăng: Te < Se < S < O
- Tính khử giảm: S2- > O
S S oxi hĩa kim loại (trừ Au, Pt)
Fe + S → FeS
S + H2
o o 350 450
¬ H2S 2S + C →t o CS2 (lỗng)
S + O2 → SO2
S + 2H2SO4→ 3SO2 + 2H2O
S + 4HNO3→ SO2 + 4NO2 + 2H2O 3S + KClO3→ 2SO2 + 2KCl
SO2 SO2 + 2H2→ S + 2H2O
SO2 + 2CO → S + 2CO2
SO2 + 2Mg → S + 2MgO
2SO2 + O2 2 5o
V O
450 C
ˆ ˆ ˆ ˆ†
‡ ˆ ˆ ˆˆ SO3
SO2 + Cl2 + 2H2O → H2SO4 + 2HCl 5SO2 + 2KMnO4 + 2H2O → 2MnSO4 +
K2SO4 + H2SO4
SO2 + NO2→ SO3 + NO
* Tính khử của H 2 S:
Trong H2S, S cĩ số oxi hĩa -2, thấp nhất nên thể hiện tính khử khi tác dụng với chất oxi hĩa nhưn: O2, Cl2, SO2, KMnO4, FeCl3, K2Cr2O4
H2S + O2→ S + H2O 2H2S + 3O2(dư) → 2SO2 + 2H2O
H2S + Cl2→ S + 2HCl 2H2S + SO2→ 3S + 2H2O
H2S + 2FeCl3 → 2FeCl2 + S + HCl 5H2S + 2KMnO4 + 3 H2SO4 → 2MnSO4 +
K2SO4 + 5S + 8H2O
* Tính oxi hĩa của H 2 SO 4
Tác dụng với Sản phẩm
Do H+ H2SO4
loãng
Kim loại trước H Muối sunfat (tan) + H2
Do 2
4
SO− H2SO4 đặc,
nóng
Kim loại mạnh hơn Fe
Fe và kim loại yếu hơn
Sunfat kim loại + (SO2, S, H2S) + H2O Sunfat kim laoij + SO2 + H2O
Phi kim (C, S, P) Oxit axit hay oxiaxit + SO2 + H2O Chú ý: Fe, Al, Cr: khơng tác dụng với H2SO4 đặc nguội
Các hợp chất hĩa trị thấp cũng bị H2SO4 đặc oxi hĩa
Trang 52FeO + 4H2SO4 (ñ) → Fe2(SO4)3 + SO2 + 4H2O
2FeS + 10H2SO4 (ñ) → Fe2(SO4)3 + 9SO2 + 10H2O
Nhận biết 2
4
SO − : dùngg ion Ba2+ (Ba(NO3)2 hoặc Ba(OH)2 hoặc BaCl2) 2.3 Nhóm VA: (Nhóm Ni tơ – Phot pho)
* Đơn chất Nitơ, phot pho: vừa có tính oxi hóa vừa có tính khử
* Hợp chất NH3: Là ba zơ yếu có tính khử mạnh
N
H
H Hhoặc
H H
Chú ý: NH3 tạo phức với Cu(OH)2; Zn(OH)2; AgOH
* HNO3 là axit mạnh có tính oxi hóa mạnh
O O
+5
Chú ý: Fe, Al, Cr: không tác dụng với HNO3 đặc nguội
2.4 Nhóm IVA: (Nhóm Cacbon – Silic)
Các dạng thù hình của Cacbon: Kim cương; Than chì,…
Các mức oxi hoá của cacbon
-4 0 +2 +4
Tính oxi Tính khử hoá
+ Chất khử + Chất oxi hoá Silic: là nguyên tố có tính bán dẫn
2.5 Đặc điểm, tính chất các nguyên tố kim loại nhóm A (IA, IIA, IIIA)
* Kim loại kiểm: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr
Cấu tạo nguyên tử:
Trang 6- Có 1 e hoá trị ở lớp ngoài cùng.
- Bán kính nguyên tử lớn, điện tích hạt nhân nhỏ (so với các nguyên tố cùng chu kì) Vì vậy kim loại kiềm rất dễ nhường 1e hoá trị - thể hiện tính khử mạnh
Năng lượng ion hóa,
M → M+ + 1e Đi từ Li → Fr tính khử tăng dần (Fr là nguyên tố phóng xạ ít được
nghiên cứu)
* Kim loại kiểm thổ: Be, Mg, Ca, Sr, Ba
Màu ngọn lửa đặc trưng của đơn chất và hợp chất:
Ca: đỏ da cam; Sr, Ra: đỏ son; Ba: xanh lụ
Chú trọng các hợp chất quan trọng của Ca (đá vôi, thạch cao,…)
Năng lượng ion hóa,
* Kim loại nhôm (Al)
2.6 Đặc điểm, tính chất các nguyên tố kim loại nhóm B (Sn, Pb, Fe, Ni, Cu, Ag,
An, Hg, Cr, Mn)
3 Hệ thống bài tập:
Câu 1 Hoà tan hoàn toàn m (gam) hỗn hợp A gồm Fe và kim loại M (có hoá trì không
đổi) trong dung dịch HCl dư thì thu được 1,008 lít khí ở đktc và dung dịch có chứa 4,575g muối Mặt khác, hoà tan hoàn toàn m(g) hỗn hợp A trong dung dịch có chứa hỗn hợp HNO3 và H2SO4 đặc ở nhiệt độ thích hợp thì thu được 1,8816 lít hỗn hợp NO2 và SO2 ở đktc Tỷ khối của hỗn hợp so với hiđro là 25,25
1 Tính m
2 Xác định tên kim loại M
Trang 7Câu 2 Cho x (nol) Fe tác dụng với y (mol) HNO3 tạo được khí NO và dung dịch A hỏi
dung dịch A tồn tại những ion nào ? Hãy thiết lập mối quan hệ giữa x và y để có thể tồn tại những ion đó
Câu 3 Cho một lượng FexSy vào dung dịch HNO3 thu được dung dịch A và 3,36 lít khí B
(đktc)
Cho dung dịch A tác dụng với BaCl2 thấy có kết tủa trắng; còn khi cho dung dịch A tác dụng với dung dịch NH3 dư thấy có kết tủa nâu đỏ Khí B có tỉ khối so với không khí là 1,586
Cho dung dịch A tác dụng với dung dịch Ba(OH)2 dư thu được 5,73 g chất kết tủa Xác định công thức của FexSy
Câu 4 Cho 6 gam mẫu chất chứa Fe3O4, Fe2O3 và các tạp chất trơ Hòa tan mẫu vào
lượng dư dung dịch KI trong môi trường axit(khử tất cả sắt thành Fe2+) tạo ra dung dịch A Pha loãng dung dịch A đến thể tích 50ml Lượng I2 có trong 10ml dung dịch A phản ứng vừa đủ với 5,5 ml dung dịch Na2S2O3 1M(sinh ra S4O62-) Lấy 25
ml mẫu dung dịch A khác, chiết tách I2, lượng Fe2+ trong dung dịch còn lại phản ứng vừa đủ với 3,2 ml dung dịch
-4 MnO 1M trong H2SO4.
a Viết các phương trình phản ứng xảy ra(dạng phương trình ion thu gọn)
b Tính phần trăm khối lượng Fe3O4 và Fe2O3 trong mẫu ban đầu
Câu 5 Hoà tan 0,775g một đơn chất trong HNO3 được một hỗn hợp khí, khối lượng tổng
cộng là 5,75 g và một dung dịch 2 axit có oxi, với hàm lượng oxi là lớn nhất a/ Xác định thành phần hỗn hợp khí thu được ở 90 0C (theo phần trăm thể tích ) biết
tỉ khối của hỗn hợp so với Hydro là 38,3
b/ Đơn chất đó là gì?
Câu 6 Hòa tan 8,26 g hỗn hợp Zn, Al vào 550 ml dung dịch HNO3 thu được dung dịch A,
chất rắn B có khối lượng 4,626 gam và 1,12 lít khí D đo ở đktc chứa NO và N2O
có tỉ khối hơi so với H2 là 16,75 Tính nồng độ dung dịch HNO3 và khối lượng muối thu được khi cô cạn dung dịch A( không chứa muối NH4NO3)
Câu 7 Hoà tan hoàn toàn m (gam) hỗn hợp A gồm Fe và kim loại M (có hoá trì không
đổi) trong dung dịch HCl dư thì thu được 1,008 lít khí ở đktc và dung dịch có chứa 4,575g muối.Mặt khác, hoà tan hoàn toàn m(g) hỗn hợp A trong dung dịch có chứa hỗn hợp HNO3 và H2SO4 đặc ở nhiệt độ thích hợp thì thu được 1,8816 lít hỗn hợp
NO2 và SO2 ở đktc Tỷ khối của hỗn hợp so với hiđro là 25,25
Trang 83 Tính m
4 Xác định tên kim loại M
Câu 8 Hãy tìm vài ví dụ để chứng tỏ rằng axit yếu cũng đẩy được axit mạnh ra khỏi
muôi Lấy ví dụ minh hoạ Hai thah kim loại giống nhau (đều cùng nguyên tố R hóa trị II) và có cùng khối lượng, Cho thanh thứ nhất vào dung dịch Cu(NO3)2 và thanh thứ 2 vào dung dịch Pb(NO3)2 Sau một thời gian, khi số mol hai muối bằng nhau, lấy hai thanh kim loại ra khỏi dung dịch thầy thanh thứ nhất giảm đi 0,2%, còn khối lượng thanh thứ hai tăng 28,4% Xác định nguyên tố R?
Câu 9 Nêu hiện tượng và giải thích bằng phương trình phản ứng hoá học:
a Cho từ từ dung dịch NH3 vào dung dịch CuSO4
b Cho lá Au vào dung dịch axit HNO3 , sau đó cho tiếp dung dịch HCl vào
c.Cho kim loại Cu vào dung dịch NaNO3 , sau đó ta thêm dung dich H2SO4 lãng tiếp vào
d Dẫn từ từ khí etilen đi qua dung dịch thuốc tím cho đến dư trong môi trường kiềm
Câu 10 Trộn CuO với oxit kin loại M hoá trị II theo tỉ lệ số mol 1:2 được hổn hợp B Cho
4,8 gam hỗn hợp B vào một ống sứ, nung nóng rồi cho một dòng khí CO đi qua đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được chấy rắn D Hỗn hợp chất rắn D tác dụng vừa đủ với 160 ml dung dịch HNO3 1,25 M thu được V lít khí NO (đktc) Tính thể tích V?
Câu 11 Đốt cháy hoàn toàn một lượng S trong bình kín chứa hỗn hợp khí N2, O2, SO2 lấy
theo tỉ lệ thể tích 3 : 2 : 1 (cùng điều kiện tiêu chuẩn) Sau khi đốt xong đưa về điều kiện nhiệt độ ban đầu thì được hỗn hợp khí có tỉ khối so với hỗn hợp ban đầu
là 1,089
a Áp suất trong bình trước và sau phản ứng có gì thay đổi không? Giải thích?
b Tính % thể tích của hỗn hợp khí sau phản ứng?
c Chứng minh tỉ khối của hỗn hợp khí thu được so với hỗn hợp ban đầy thay đổi trong khoản 1,088≥d ≥1
Câu 12 Hoà tan hoàn toàn 2,16 gam một ôxit kim loại X trong dung dịch HNO3 2M
(loãng) thu được dung dịch A và 0,224 lít khí NO (đktc)
1 Xác định ôxit X Tính thể tích HNO3 2M ít nhất để hoà tan 2,16 gam ôxit đó
2 Viết phương trình phản ứng theo dãy biến hoá sau:
Trang 9X X1 X2 X3
Câu 13 Cho 7,2 g hỗn hợp A gồm 2 muối cacbonat của 2 kim loại kế tiếp nhau trong phân
nhóm chính nhóm II Cho A hoà tan hết trong dung dịch H2SO4 loãng, thu được khí B.Cho toàn bộ B hấp thụ hết bởi 450 ml Ba(OH)2 0,2M ta thu được 15,76 g kết tủa
1 Xác định 2 muối cacbonat và tính phần trăm theo khối lượng của chúng trong A
2 Mặt khác, cho 7,2 g A và 11,6 g FeCO3 vào bình kín dung tích 10 lit (giả sử thể tích chất rắn không đáng kể và dung tích bình không thay đổi) Bơm không khí (chứa 20% O2, 80% N2 theo thể tích) vào bình ở 27,3oC đến khi áp suất trong bình là 1,232 atm Nung bình ở nhiệt độ cao để các phản ứng xảy ra hoàn toàn rồi đưa về nhiệt độ ban đầu Áp suất khí trong bình là P2 Tính áp suất P2
Câu 5: A là dung dịch H2SO4, B là dung dịch NaOH Trộn 0,3 lit B với 0,2 lit dung dịch
A ta được 0,5 lit dung dịch C Lấy 20ml dung dịch C thêm 1 ít quỳ tím vào thấy có màu xanh Sau đó, thêm từ từ dung dịch HCl 0,05M tới khi quỳ đổi thành màu tím thấy hết 40ml axit
Trộn 0,2 lit B với 0,3 lit A được 0,5 lit dung dịch D Lấy 20ml dung dịch D thêm vào 1 ít quỳ tím thấy có màu đỏ Sau đó thêm từ từ dung dich NaOH 0,1M tới khi quỳ đổi thành màu tím thì hết 80ml NaOH
1) Tính nồng độ mol/l của các dung dịch A và B
2) Trộn VB lit NaOH vào VA lit H2SO4 ở trên, ta thu được dung dịch E Lấy V ml dung dịch E cho tác dụng với 100ml dung dịch BaCl2 0,15M được kết tủa F Mặt khác, lấy Vml dung dịch E cho tác dụng với 100ml dung dịch AlCl3 1M được kết tủa G Nung F hoặc G ở nhiệt độ cao cho đến khối lượng không đổi thì đều thu được 3,262 g chất rắn
Tính tỉ lệ VB : VA
Câu 14 Cho 47,04 gam hỗn hợp ba kim loại Mg, Fe, Cu vào 400 ml dd HNO3 3,4 M
Khuấy đều nhận thấy thoát ra một chất khí duy nhất không màu hơi nặng hơn không khí và còn dư một kim loại chưa tan hết Đổ tiếp từ từ dd H2SO4 5 M vào, đồng thời khuấy đều, chất khí trên lại thoát ra cho đến khi kim loại trên vừa tan hết thì đã dùng đúng 88 ml, thu được dung dịch A Lấy ½ dd A rồi cho dd NaOH đến
dư vào, lọc phần kết tủa rửa nhiều lần bằng nước cất, rồi đem nung ngoài không khí đến khối lượng không đổi thu được 31,2 gam chất rắn B
Trang 101/ Tính khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp ban đầu.
2/ Tính nồng độ mol/l của các ion trong dd thu được
Câu 15 Một muối được tạo bỡi kim loại M hoá trị II và phi kim hoá trị I Hoà tan m gam
muối này vào nước và chia dung dich làm hai phần bằng nhau:
- Phần một: Cho tác dụng với dung dịch AgNO3 có dư thì thu được 5,74 g kết tủa
- Phần hai: Nhúng thanh sắt vào dung dịch muối, sau thời gian phản ứng kết thúc khối lượng thanh sắt tăng lên 0,16 g
a) Tìm công thức của muối
b) Xác định trị số của m
KẾ HOẠCH THỰC HIỆN
Đơn vị trường THPT Phan Chu Trinh Giáo viên biên soạn
Nguyễn Văn Diệp