ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH QUẢNG NGÃI
TRƯỜNG ĐH PHẠM VĂN ĐỒNG
--------------

GV: LÊ THỊ NHƯ QUỲNH

BÀI GIẢNG

HÓA HỌC VÔ CƠ 1
PHẦN PHI KIM

Quảng Ngãi, 12/2013
1


ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH QUẢNG NGÃI
TRƯỜNG ĐH PHẠM VĂN ĐỒNG
--------------

GV: LÊ THỊ NHƯ QUỲNH

BÀI GIẢNG

HÓA HỌC VÔ CƠ 1
PHẦN PHI KIM

Quảng Ngãi, 12/2013
2


LỜI MỞ ĐẦU

nhân và có tính chất hoá học như nhau.
Kí hiệu: Tên nguyên tố là một hoặc hai chữ cái đầu tiên trong tên nguyên tố
bằng tiếng La tinh hay tiếng Hi Lạp.
Ví dụ: Oxi có kí hiệu là O lấy từ tên La tinh: Oxygenium.
Silic có kí hiệu là Si lấy từ tên La tinh: Silicium.
Praseodim có kí hiệu là Pr lấy từ tên Hi Lạp: Praseodim.
Tên của nguyên tố hóa học được bắt nguồn từ nhiều yếu tố: nơi tìm ra nguyên tố
đó, kỉ niệm tên người tìm ra, ứng dụng của nguyên tố, …
Ví dụ: Nguyên tố Gecmani: nơi tìm ra là Germanie.
Nguyên tố Franxi: nơi tìm ra là France.
Nguyên tố Esteni: người tìm ra là Enstein.
Nguyên tố Crom: tiếng Hi Lạp có nghĩa là hoa: dùng điều chế chất màu, …
1.2. Bảng hệ thống tuần hoàn (HTTH) các nguyên tố hoá học [1], [3]
Vào giữa thế kỷ 19 (1869) khi nghiên cứu sự biến thiên tính chất của các
nguyên tố và hợp chất của chúng theo chiều tăng dần khối lượng nguyên tử và tìm cách
phân loại nguyên tố hóa học, nhà bác học người Nga Đ. I. Mendeleev đã khám phá ra
định luật tuần hoàn và ông phát biểu định luật tuần hoàn như sau:
“Khi tôi xếp các nguyên tố theo thứ tự tăng dần của nguyên tử khối của chúng
thì nhận thấy rằng tính chất của các nguyên tố biến thiên một cách tuần hoàn. Với
“định luật tuần hoàn” tôi muốn nói đến những quan hệ tương hỗ giữa tính chất của các
nguyên tố và nguyên tử khối của chúng. Những quan hệ này nghiệm đúng cho tất cả
các nguyên tố và có tính chất của một hàm số”.
Ngày nay, định luật tuần hoàn còn được phát biểu như sau:

4


“Tính chất của các đơn chất, thành phần và tính chất các hợp chất của các
nguyên tố hóa học đều biến thiên tuần hoàn theo chiều tăng của số đơn vị điện tích hạt
nhân Z của các nguyên tố”.

được xếp theo chiều điện tích hạt nhân Z tăng dần. Một chu kì bắt đầu là một kim loại
kiềm và kết thúc là một khí trơ.
Ví dụ:
Chu kì 3:

Na

Mg

Al

...........….

Cl

Ar

Chu kì 4:

K

Ca

Sc

…............

Br

Kr

Bảng tuần hoàn có 18 cột được chia thành 8 nhóm A đánh số từ IA đến VIIIA
và 8 nhóm B đánh số từ IB đến VIIIB. Riêng nhóm VIIIB gồm 3 cột.
Nhóm được chia thành phân nhóm chính và phân nhóm phụ: phân nhóm A được
gọi là phân nhóm chính, phân nhóm B được gọi là phân nhóm phụ.
- Phân nhóm chính: gồm các nguyên tố có electron ứng với mức năng lượng cao
nhất trong nguyên tử phân bố trên phân lớp ns hay np.
Các nguyên tố s có cấu hình electron ns1,2 gồm có :
• ns1 là kim loại kiềm.
• ns2 là kim loại kiềm thổ.
Nguyên tố p (họ p) là nguyên tố có electron cuối cùng điền vào phân lớp p.
Các nguyên tố p có cấu hình electron ns2np1-6. Ví dụ:
ns2np1

ns2np2

ns2np3

ns2np4

ns2np5

ns2np6

B – Al

C – Si

N–P

O- S

Các nguyên tố được chia làm 8 nhóm, mỗi nhóm gồm 2 phân nhóm:
- Phân nhóm chính (phân nhóm A): gồm các nguyên tố họ s, p.
- Phân nhóm phụ (phân nhóm B): gồm các nguyên tố họ d, f.
1.2.5. Các nguyên tố được xếp xuống dưới bảng HTTH [2]
Trong bảng tuần hoàn dạng dài cũng như dạng ngắn có 14 nguyên tố họ Lantan
(58Ce →

71Lu)

và 14 nguyên tố họ Actini (90Th →103Lr) tương ứng với cấu hình

electron 4f1-14 ở chu kì 6 và 5f1-14 ở chu kì 7 được cắt ra và đặt xuống cuối cùng trong
bảng tuần hoàn. Các nguyên tố này tạo thành 14 nhóm, mỗi nhóm gồm 2 nguyên tố
theo cột dọc. Nếu đặt các nhóm nguyên tố họ f này vào bảng chung thì bảng có quá
nhiều nhóm và mất cân đối, hơn nữa tính chất của các nguyên tố họ f có những khác
biệt với tính chất các nguyên tố họ s, họ p và họ d, nên việc cắt ra và đặt xuống dưới
bảng tuần hoàn là hợp lí nhất.
1.3. Sự phân chia kim loại - phi kim - bán kim – bán dẫn [2]
1.3.1. Kim loại – phi kim – bán kim – bán dẫn
Trong số các nguyên tố đã biết thì có hơn 80% là kim loại, ít hơn 20% là phi
kim. Điểm khác nhau cơ bản về mặt hoá học giữa kim loại nhóm A và phi kim là:

8


- Trong phản ứng hóa học phi kim có xu hướng thu thêm electron để đạt cấu
hình bền vững giống khí hiếm đứng sau nó.
- Trong phản ứng hóa học kim loại có xu hướng nhường electron hoá trị để đạt
cấu hình electron của khí hiếm đứng trước nó.
Không có giới hạn rõ rệt giữa kim loại và phi kim. Tuy nhiên sự phân chia này

Phi kim
Tính chất vật lý

- Năng lượng ion hoá thấp

- Năng lượng ion hoá cao

- Ái lực electron thấp

- Ái lực electron cao

- Độ âm điện thấp

- Độ âm điện cao

- Bán kính nguyên tử lớn

- Bán kính nguyên tử nhỏ

- Thường là chất rắn, ts, tnc cao

- Ở dạng khí, rắn, ts, tnc thấp

- Ánh kim, phản xạ ánh sáng

- Không ánh kim, ít phản xạ

- Khối lượng riêng lớn

- Khối lượng riêng nhỏ

chứa các phi kim khác mang điện tích

chứa oxi hay chứa các phi kim khác.

âm, rất ít khi tạo thành cation.

1.4. Đặc điểm của phi kim [2]
1.4.1. Đặc điểm cấu tạo nguyên tử
- Bán kính nguyên tử nhỏ;
- Điện tích hạt nhân hiệu dụng lớn;

10


- Cấu tạo electron lớp bên ngoài của nguyên tử chỉ còn rất ít obitan hoá trị tự do.
1.4.2. Đặc điểm liên kết trong đơn chất
Trong bảng HTTH có 24 phi kim, trong đó 7 phi kim ở điều kiện thường có đơn
chất có phân tử tồn tại dưới dạng 2 nguyên tử: H2, N2, O2, F2, Cl2 (khí) , I2 (rắn). Các
phi kim khác còn lại có phân tử đơn chất hợp thành từ nhiều nguyên tử và tồn tại dưới
dạng rắn như kim cương, nhưng cũng có phân tử đơn chất mềm như photpho, lưu
huỳnh. Tính chất của các phi kim khác nhau nguyên nhân chủ yếu là do liên kết trong
đơn chất của các nguyên tố đó.
1.4. 3. Đặc điểm liên kết trong hợp chất
Các phi kim phản ứng với nhau tạo thành hợp chất liên kết cộng hóa trị phân
cực. Các hợp chất cộng hóa trị có xu hướng tồn tại dưới dạng các phân tử độc lập, giữa
các phân tử này chỉ có lực tương tác yếu. Vì vậy ở nhiệt độ bình thường, các phân tử
có khối lượng phân tử bé thường tồn tại ở thể khí, còn các phân tử có khối lượng phân
tử lớn thường là chất lỏng hoặc chất rắn dễ nóng chảy.
1.4.4. Đặc điểm phi kim đầu nhóm
- Số thứ tự nhỏ, bán kính nguyên tử nhỏ, độ âm điện lớn nên thường có tính chất

Chương 2. HIĐRO, OXI VÀ NƯỚC
2.1. Hiđro [2], [4]
2.1.1. Các đặc trưng của nguyên tử hiđro
- Cấu hình electron: 1s1
o

- Bán kính nguyên tử: 0,53 A
o

- Bán kính ion H+: 0,15.10-4 A
- Ái lực electron: 0,75 eV
- Năng lượng ion hoá: I1 = 1316 kJ/mol
- Độ âm điện: χ = 2,1
- Thế điện cực chuẩn: 0 V
2.1.2. Trạng thái thiên nhiên, phương pháp điều chế
2.1.2.1. Trạng thái thiên nhiên
- Nguyên tố hiđro chiếm 17% tổng số nguyên tử trong vỏ quả đất
- Hiđro tồn tại chủ yếu ở dạng hợp chất, dạng đơn chất của nó chỉ tìm thấy trong
một số khí thiên nhiên và khí núi lửa.
- Hiđro có 3 đồng vị: 11 H (prôti), 21 H (D: đơteri), 31 H (T: triti)
2.1.2.2. Phương pháp điều chế
 Trong phòng thí nghiệm:
+ Cho axit tác dụng với kim loại hoạt động:
Ví dụ: Zn

+ H2SO4

→ ZnSO4

+ H2 ↑

tnc= -259,1oC, ts = -252,6oC, ít tan trong nước và các dung môi hữu cơ.
2.1.3.2. Tính chất hoá học
Phân tử H2 rất bền nhiệt, chỉ bị phân huỷ ở 2000oC:
o

2000 C
H2 
 2H, ∆H = 103 kcal/mol

H2 hầu như chỉ hoạt động hoá học khi được đun nóng.
a. Tác dụng với phi kim
o

t
- Với oxi: 2H2 + O2 
 2H2O
o

t ,p
- Với nitơ: 3H2 + N2 
 2NH3
xuctac
o

t
Với cacbon: C + 2H2 
 CH4

- Với flo, phản ứng xảy ra ngay ở nhiệt độ thường, có thể cháy thành ngọn lửa
hoặc nổ:

dụ: các hiđrua TiH1,65, TiH2, ZrH2, UH3,… ở dạng dung dịch rắn, hợp chất phần nào
thể hiện tính kim loại.
- Các hiđrua của Al, Be, Mg có dạng (AlH3)n, (BeH2)n, (MgH2)n có tính chất
không giống hiđrua dạng muối.
2.1.3.3. Ứng dụng
H2 được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp hoá học:

15


- Khử tạp chất trong công nghệ chế biến dầu mỏ;
- Tổng hợp amoniac, metanol, HCl;
- Hàn hơi, cắt kim loại khó nóng chảy, thạch anh, …
- Triti, đơteri ứng dụng trong năng lượng hạt nhân.
2.1.4. Hiđrua
Hiđrua là hợp chất 2 nguyên tố trong đó có chứa hiđro gọi là hiđrua.
- Với hợp chất trong đó H có số oxi hoá là -1: gọi là hiđrua, ví dụ: NaH natrihiđrua, CaH2 - canxihiđrua,…
- Với hợp chất trong đó H có số oxi hoá là +1: đuôi “ua”được đọc gắn sau
nguyên tố liên kết với hiđro, ví dụ: HCl - hiđroclorua, H2S - hiđrosunfua, …
2.1.4.1. Hiđrua ion
- Hiđrua ion là hiđrua của kim loại kiềm (MH) và kiềm thổ (MH2).
- Liên kết trong hiđrua này là liên kết ion.
- Nhiệt độ nóng chảy cao, dẫn điện khi nóng chảy, điều kiện thường tồn tại ở
trạng thái tinh thể.
Tính chất hoá học: hoạt tính hoá học cao
- Khử nước ngay ở nhiệt độ thường:
NaH
CaH2

+ H2O

Ví dụ:

H2SO4đặc, nóng + HCl → không xảy ra
H2SO4đặc, nóng + 2HBr → SO2

+ Br2 + H2O

H2SO4đặc, nóng + 2HI → H2S + I2 + H2O
Từ trái sang phải tính khử giảm dần:
SiH4

+ 2O2 → SiO2 + 2H2O
o

150 C
PH3 + 2O2 
 H3PO4
o

300 500 C
4NH3 + 5O2 
 4NO
o

t cao
HCl + O2 
 2Cl2
CuCl
2


- Oxi là nguyên tố phổ biến nhất trong thiên nhiên.
% mO: + Trong khí quyển: 23%
+ Trong nước: 89%
+ Trong cơ thể người: 65%
+ Trong cát: 53%
+ Trong đất sét: 56%
- Tổng cộng lượng oxi trong vỏ quả đất: 50% khối lượng.
- Trong không khí: 78,03% VN , 20,93% VO , tỉ lệ rất bé các khí hiếm, lượng
2

2

biến đổi H2O(h) và CO2(k).
Oxi có ba đồng vị bền:
16
8

O (99,76%)

17
8

O (0,037%)

18
8

O (0,204%)

Và ba đồng vị phóng xạ nhân tạo: 148 O, 158 O và 198 O


+ O2


 Trong công nghiệp:
- Từ không khí: chưng cất phân đoạn không khí lỏng

Hình 2.3. Sơ đồ điều chế khí oxi từ không khí
- Từ nước: điện phân nước

2H2O

Điện phân

2H2 + O2

Hình 2.4. Bình điện phân nước
2.2.3. Cấu tạo phân tử, tính chất lí – hóa và ứng dụng
2.2.3.1. Cấu tạo phân tử
Cấu tạo electron:

.. ..
:O::O:

Công thức cấu tạo:

O=O
2

2

2Na

+ O2 → Na2O2
o

t
3Fe + 2O2 
 Fe3O4
o

t
2Cu + O2 
 2CuO

b. Tác dụng với phi kim (trừ halogen): tạo oxit axit
P4 + 5O2 → 2P2O5
o

t
S + O2 
 SO2
o

t
C + O2 
 CO2
o

 2000 C
N2 + O2 


 2SO3
V2O5

→

2NO2

20


C2H5OH
2C2H2
CH4

→

+ 3O2
+ 3O2

+ 2O2

→
→

2CO2 + 3H2O
2CO2 + 2H2O

CO2 + 2H2O



Điều này không phù hợp với lý thuyết hiện đại
Phổ hồng ngoại cho thấy, phân tử ozon có cấu tạo gấp khúc, phân tử có góc:

Phân tử ozon có 2 liên kết σ và 1 liên kết π không định chổ.
2.2.5.2. Tính chất hóa học
- Là chất thu nhiệt, ozon kém bền và dễ nổ ở thể lỏng để cho trở lại oxi:
2O3 → 2O2 + 2O
2O
Hay

→ O2

2O3 → 3O2

 Ở điều kiện thường ozon oxi hoá được nhiều đơn chất kém hoạt động (oxi
không cho phản ứng)
2Ag + O3 → Ag2O + O2

Ví dụ:

 Có thể biến sunfit và sunfua thành sunfat:
PbS

+ 4O3 → PbSO4 + 4O2

PbSO3 + O3 →

PbSO4 + O2


NO2 + O → O2 + NO
O3 + Cl → O2 + ClO
ClO + O → Cl + O2
NO2 + O → O2 + NO
Tầng ozon bị phá vỡ ảnh hưởng trực tiếp đến sự sống của mọi động vật – thực
vật trên trái đất. Vệ tinh nghiên cứu khí tượng đã chụp được ảnh của lỗ thủng của tầng
ozon ở Nam cực, kéo dài đến tận bầu trời cực nam Acgentina. Để bảo vệ tầng ozon và
cũng là bảo vệ sự sống trên trái đất con người cần hạn chế tối đa việc sử dụng các hợp
chất cloflohiđrocacbon trong các loại máy lạnh, nhất là nạp vào các bình xịt. Ngoài ra
cũng cấm xả các khí thải có chứa NO và NO2 ra không khí.

23


2.3. Nước [2], [4]
2.3.1. Trạng thái thiên nhiên của nước
- 3/4 trái đất được bao phủ bởi nước dưới dạng đại dương và biển.
- 1/4 mặt đất còn lại cũng chứa nhiều nước trong sông, suối, ao, hồ, đầm, mạch
nước ngầm, ….
- Nước có trong khí quyển.
- Là thành phần chính của tế bào sinh vật.
- Cơ thể người hợp thành từ 60 ÷ 70 là nước.
 Nước là thành phần không thể thiếu cho sự sống.
2.3.2. Cấu tạo, tính chất lý – hóa học
2.3.2.1. Cấu tạo phân tử nước: H2O
Cấu tạo góc:

Là phân tử có cực, µ = 1,84D
Cấu hình electron của phân tử H2O: (δslk)2(δzlk)2(δxlk)2(πylk )2
Do cấu tạo đặc biệt này đã gây nên một số tính chất bất thường của nước.


-64

-42

H2Te

-51

-2,3

Qua bảng 2.1 ta thấy trong các hợp chất với H của các nguyên tố nhóm VIA thì
H2O có nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy cao bất thường so với các hợp chất còn lại.
Giải thích: do sự tạo thành liên hợp các phân tử nước (H2O)n bởi liên kết hiđro.

Liên kết hiđro

Hình 2.5. Liên kết hiđro [6]
2.3.2.3. Tính chất hóa học
a. Tác dụng với đơn chất
- Tác dụng với kim loại: (trừ Hg, Au, Ag, Pt)
Kim loại kiềm và kiềm thổ phản ứng mạnh với nước (trừ Mg, Be):
Ví dụ:
2Na + 2H2O
Ca + 2H2O

→
→

2NaOH + H2