UỶ BAN
NHÂN MÔN
DÂNHOÁ
TỈNHHỌC
QUẢNG
BÀI GIẢNG
VÔ CƠNGÃI
2
TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG
------------

BÀI GIẢNG

HOÁ HỌC VÔ CƠ 2

GVBS: Nguyễn Thị Nhi Phương

Quảng Ngãi, tháng 6 năm 2014

1


LỜI MỞ ĐẦU
Bài giảng Hoá học Vô cơ 2 được biên soạn dựa trên giáo trình "Hoá học Vô
cơ 2" của Bộ Giáo dục và Đào tạo - dự án đào tạo giáo viên THCS, tuy nhiên đề
cương chi tiết của học phần Hoá học Vô cơ 2 (Tổ bộ môn biên soạn theo chương
trình của Bộ Giáo dục dục và Đào tạo) so với nội dung giáo trình này có một số nội
dung còn thiếu hay dòng văn diễn đạt làm cho sinh viên khó hiểu. Vì vậy, để giúp
các em sinh viên có điều kiện trong việc học tập học phần Hóa học Vô cơ 2 tôi đã
biên soạn bài giảng Hóa học Vô cơ 2 với sự tổng hợp của nhiều tài liệu tham khảo
và bám sát đề cương chi tiết Hóa học Vô cơ 2 của hệ Cao đẳng Sư phạm đã được

trong vùng giáp ranh giữa kim loại và phi kim được gọi là nguyên tố bán dẫn (7
nguyên tố: Sb, B, Si, Ge, As, Te và Se).
1.1.2. Kim loại và phi kim
Bảng 1.1. So sánh tính chất của kim loại và phi kim
Kim loại

Phi kim
Đặc điểm nguyên tử

- Năng lượng ion hoá thấp

- Năng lượng ion hoá cao

- Ái lực với electron thấp

- Ái lực với electron cao

- Độ âm điện thấp

- Độ âm điện cao

- Bán kính nguyên tử tương đối lớn

- Bán kính nguyên tử tương đối nhỏ

Tính chất vật lý
- Thường là chất rắn, nhiệt độ nóng - Thường là chất khí, rắn, nhiệt độ nóng
chảy, nhiệt độ sôi cao

chảy, nhiệt độ sôi thấp

- Halogenua thường là hợp chất ion

- Halogenua thường là hợp chất cộng
hoá trị

- Tạo thành cation đơn, cation và anion - Tạo thành anion đơn
phức
1.1.3. Nguyên tố bán dẫn
Các nguyên tố bán dẫn nằm ở ranh giới giữa kim loại và phi kim (Sb, B, Si,
Ge, As, Te và Se). Vẻ bề ngoài các nguyên tố này giống với các kim loại, chúng
phản xạ bức xạ khả kiến và hồng ngoại kém hơn nhiều so với các kim loại nên
chúng là những chất màu xám có ánh kim. Các nguyên tố bán dẫn các electron kém
linh động hơn so với các kim loại nên tính dẫn điện thấp hơn tính dẫn điện của kim
loại và tăng lên trong những điều kiện nhất định. Về mặt tính chất hoá học các
nguyên tố bán dẫn có đặc tính của các phi kim.
1.2. Cấu trúc electron của nguyên tử kim loại
Người ta phân chia kim loại ra thành kim loại tiêu biểu và kim loại chuyển
tiếp:
- Kim loại tiêu biểu nằm ở các phân nhóm chính (nhóm A) gồm:
+ Kim loại nhóm IA (kim loại kiềm): cấu hình electron lớp ngoài cùng: ns1
+ Kim loại nhóm IIA (kim loại kiềm thổ): cấu hình electron lớp ngoài cùng:
ns2
+ Kim loại nhóm IIIA: cấu hình electron lớp ngoài cùng: ns2np1
+ Kim loại nhóm IVA (Sn, Pb): cấu hình electron lớp ngoài cùng: ns2np2
+ Kim loại nhóm VA (Bi): cấu hình electron lớp ngoài cùng: ns2np3

4


Ở kim loại tiêu biểu các electron cuối cùng điền vào phân lớp s hoặc p của


các nguyên tố từ 58Ce đến 71Lu.
+ Các nguyên tố họ actini dãy kim loại chuyển tiếp điền vào mức 5f: gồm
các nguyên tố từ 90Th đến 103Lr.
- Lớp ngoài cùng của các nguyên tố họ lantan và các nguyên tố họ actini đều
có 2 electron s, trong một số trường hợp lớp sát ngoài cùng có chứa 1 electron d,
phân lớp (n-2)f có từ 2 đến 14 electron, các phân lớp electron bên trong phân lớp
(n-2)f đã được điền đầy đủ và các electron đó không có khả năng tham gia vào liên
kết. Cấu hình electron của các nguyên tố họ lantan cũng như của các nguyên tố họ
actini đều khác nhau rất ít nên tính chất hoá học của các nguyên tố trong từng dãy
đó khá giống nhau.
1.3. Cấu trúc tinh thể phổ biến của kim loại
1.3.1. Cách sắp xếp chặt khít của nguyên tử kim loại
Nếu xem nguyên tử kim loại là những quả cầu rắn có bán kính như nhau thì
để sắp xếp các quả cầu trên một mặt phẳng sao cho khoảng trống còn lại là nhỏ nhất
5


thì chỉ có một cách sắp xếp là xếp sao cho mỗi quả cầu được tiếp xúc với 6 quả cầu
khác bao quanh chúng.
Tinh thể kim loại được tạo thành bằng cách chồng khít các lớp cầu đó lên
nhau. Để đảm bảo sự sắp xếp các quả cầu được chặt khít thì lớp thứ 2 phải nằm ở
phần lõm tạo ra bởi 3 quả cầu của lớp thứ nhất.
Có 2 cách đặt lớp cầu thứ 3 lên lớp cầu thứ 2 để đảm bảo sự sắp xếp chặt
khít theo cả 3 chiều.
- Cách 1: Mỗi quả cầu của lớp thứ 3 nằm đúng trên một quả cầu của lớp thứ
1 (lớp thứ 3 lặp lại lớp thứ nhất), kí hiệu: ABAB. Cách sắp xếp này tạo thành cấu
trúc lục phương chặt khít (lục phương tâm mặt). Phần không gian bị chiếm là 74%.
- Cách 2: Mỗi quả cầu ở lớp thứ 3 nằm trên phần lõm còn lại tạo nên bởi 3
quả cầu của lớp thứ nhất, kí hiệu: ABCABC. Cách sắp xếp này tạo thành cấu trúc

lptk

lpck

Na

Mg

Al

lptk

lpck

lptm

K

Ca

Sc

Ti

V

Cr

Mn


lptm

lpck

lptm

lpck

lpck

lptm

lptm

lpck

Rb

Sr

Y

Zr

Nb

Mo

Tc


lptm

lpck

lpck

lpck

lpck

lptm
Cs

Ba

La

Hf

Ta

W

Re

Os

Ir

Pt

Chú thích: lptk: lập phương tâm khối; lptm: lập phương tâm mặt; lpck: lập phương
chặt khít.

7


1.4. Liên kết kim loại và tính chất lý học của kim loại
1.4.1. Liên kết kim loại
Có thể mô tả liên kết kim loại theo một số thuyết: thuyết khí electron, thuyết
vùng, thuyết liên kết hóa trị.
1.4.1.1. Thuyết khí electron
Tinh thể kim loại có dạng một mạng lưới. Ở mỗi mắt lưới (nút mạng) có một
ion, giữa những ion có một số electron tự do di chuyển dễ dàng trong toàn khối kim
loại. Những electron tự do này được tạo thành do lớp electron ngoài cùng của
nguyên tử kim loại liên kết rất yếu với hạt nhân nguyên tử nên tách khỏi nguyên tử
và chuyển động tự do, khi đó nguyên tử kim loại trở thành ion dương. Liên kết kim
loại là lực hút của các electron tự do này với các ion dương ở nút mạng tinh thể.
Sự hình thành đám khí electron này đã giải thích được một số tính chất của
kim loại như tính dẫn điện, dẫn nhiệt, tính dễ dát mỏng, dễ kéo sợi, ….
1.4.1.2. Thuyết vùng
Theo thuyết MO: 2AO tổ hợp tuyến tính tạo thành 2MO (1MO liên kết với
mức năng lượng thấp và 1MO phản liên kết với mức năng lượng cao).
nAO tổ hợp tuyến tính tạo thành nMO (n/2MO liên kết với mức năng lượng
thấp và n/2MO phản liên kết với mức năng lượng cao). Đối với tinh thể kim loại, số
nguyên tử là vô cùng lớn do đó số nAO là vô cùng lớn. Sự tổ hợp các AO này sẽ
cho một số vô cùng lớn các MO liên kết và MO phản liên kết do đó hiệu các mức
năng lượng vô cùng nhỏ, khi đó sự phân bố các mức năng lượng gần như liên tục,
tập hợp các mức năng lượng này nằm sát nhau gọi là miền năng lượng (dải năng
lượng).
n/2 MOplk


2s

3s
Vùng hoá trị
Vùng cấm
Vùng cấm
(khe năng
lượng)

2p

1s

E

2s

Li1 Li2 Li3 Li1

E 1s
Mg

LiN

a)

MgN

b)

Mn+

→

1.5.1. Tác dụng với đơn chất
- Với oxi: tạo oxit kim loại (với kim loại đứng trước Hg)
Mg 

PTPƯ:

1
t0
O 2 
 MgO
2

- Với halogen: tạo muối halogenua
PTPƯ:

2M

+ nX2 = 2MXn

Cu

+ Cl2 = CuCl2

- Với lưu huỳnh: tạo muối sunfua
PTPƯ:


0

80 100 c
Al  3H 2 O 
 Al(OH)3 

3
H2
2

+ Mn, Fe, Cr, Zn,...
0

200 600 c
M  yH 2O 
 M x Oy 

- Với axit:
10

y
H2
2

n
H2
2


+ Axit HCl, H2SO4loãng

+ Muối tham gia phản ứng và muối tạo thành phải là muối tan
Fe

+ CuSO4 = FeSO4 + Cu

Zn

+ PbSO4 → không xảy ra vì PbSO4 không tan

Pb + CuSO4 → không xảy ra vì PbSO4 tạo ra bám ngay trên bề mặt
Pb ngăn cản phản ứng.
11


- Với dung dịch bazơ:
Điều kiện: Hidroxit của chúng phải tan trong kiềm dư
+ 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H2

2Al
Zn

+ 2NaOH = Na2ZnO2 + H2

1.6. Trạng thái thiên nhiên
Chiếm hơn 80% các nguyên tố trong bảng tuần hoàn. Nhưng trong vỏ trái đất
chỉ chiếm khoảng 20% về khối lượng, nhiều nhất là Al (sau đó O2 và Si).
Trạng thái tồn tại: Hầu hết tất cả các kim loại đều tồn tại ở dạng hợp chất
(khoáng vật: quặng boxit, pirit,…, đôlômit, nhôm silicat,…). Chỉ có các kim loại
kém hoạt động mới có thể tồn tại ở dạng đơn chất. Ví dụ: Cu, Ag, Hg tồn tại ở cả
hai dạng hợp chất và tự do còn Au và Pt hầu như chỉ gặp ở dạng tự do.


- Phương pháp nhiệt nhôm: Dùng nhôm để khử oxit các nguyên tố: Mn, Cr,
V, W, Zr.
Mn2O3 + 2Al

o

t



2Mn + Al2O3

12


1.7.2. Phương pháp thuỷ phân
- Nguyên tắc: Dùng kim loại tự do có tính khử mạnh hơn để khử ion kim loại
trong dung dịch muối với dung môi là H2O. Phương pháp này dùng để điều chế kim
loại có tính khử yếu.
Điều kiện:
+ Kim loại dùng làm chất khử phải có tính khử mạnh hơn kim loại giải
phóng.
+ Những kim loại không tác dụng với nước ở nhiệt độ thường (trừ K, Na, Ba,
Ca, …).
Fe + CuSO4

= FeSO4 + Cu

1.7.3. Phương pháp điện phân

 2K 

Catot: 4K+ + 4e →
-

Anot: 4OH - 4e →

1
O2  H 2O
2

4K
O2 + H2O

13


1.7.3.2. Điện phân dung dịch muối
Điều chế kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao
dpnc
PTPƯ: CuCl 2 
 Cu  Cl 2

+ Điều kiện catot: Ở catot có các cation kim loại Mn+ và H+ (do nước điện li
ra). Thứ tự ưu tiên nhận e (bị khử) tại catot như sau: Từ K+ → Al3+: chỉ có H+ bị
khử: H2O + 2e

→ H2 + 2OH-

Mn+ không tham gia điện phân vì Mn+ là chất oxi hoá yếu. Từ Zn2+ → H+: sự

như thế nào? Lấy ví dụ liên kết trong tinh thể Li, trong hợp chất LiCl và trong đơn
chất Cl2 làm dẫn chứng.
Câu 4. Hãy giải thích:
a. Tại sao kim loại lại có vẻ sáng đặc biệt?
b. Tại sao một số kim loại lại có màu đặc trưng?
Câu 5. Với điều kiện nào kim loại có khả năng phản ứng được với nước, với dung
dịch kiềm, với dung dịch axit không có tính oxi hoá? Lấy ví dụ minh hoạ.
Câu 6. Dựa vào thế điện cực chuẩn hãy sắp xếp các kim loại sau đây theo thứ tự
tính khử giảm dần: Li, Na, K, Rb, Be, Ba, Al, Cu, Ag, Zn, Cd, Mn, Cr, Fe, Co.
Câu 7. Trong các kim loại sau đây kim loại nào có khả năng khử được ion H+ thành
H2 trong dung dịch axit: Cd, In, Al, Sn, Pb, Mn, Cr, Ag.
Câu 8.
a. Những kim loại nào được điều chế bằng phương pháp điện phân muối nóng
chảy?
b. Hãy trình bày nguyên tắc chung của phương pháp nhiệt phân huỷ các chất vô cơ
để điều chế kim loại.
Câu 9.

15


a. Hãy trình bày nguyên tắc chung điều chế kim loại bằng phương pháp điện phân
dung dịch muối.
b. Phương pháp đó được vận dụng để điều chế những kim loại nào?

16


Chương 2. CÁC NGUYÊN TỐ KIM LOẠI KIỀM
2.1. Đặc điểm của nguyên tử các nguyên tố kim loại kiềm


22,99

39,1

85,47

132,9

[He]2s1

[Ne]3s1

[Ar]4s1

[Kr]5s1

[Xe]6s1

[Rn]7s1

RNT (pm)

155

189

236

248


Ae (kJ/mol)

-59,8

-52,7

-48,36

-46,89

-45,5

Độ âm điện

1,0

0,9

0,8

0,8

0,7

-3,01

-2,71

-2,92


M

2.2.2.1. Phương pháp điện phân nóng chảy muối clorua
dpnc
2MX n 
 2M  nX 2

2.2.2.2. Phương pháp khác
Dùng C khử các cacbonat KLK (M2CO3) ở nhiệt độ cao hoặc dùng những
kim loại có tính dương điện yếu hơn nhưng có nhiệt độ sôi cao hơn như Ca, Al và
Mg để khử các hidroxit, oxit, sunfua hay clorua, cacbonat của kim loại kiềm ở nhiệt
độ cao thích hợp.
Na2O + Mg = MgO + 2Na↑
2RbCl + Ca = CaCl2 + 2Rb↑
KCl

+ Na = NaCl + K↑

2.3. Tính chất lí, hoá học và ứng dụng
2.3.1.Tính chất lí học
Bảng 2.2. Một số tính chất vật lí của các nguyên tố nhóm IA
Nguyên tố

Li

Na

K


0,53

0,97

0,86

1,53

1,87

I1 (V)

5,39

5,14

4,34

4,18

3,89

Eo (V)

-3,05

-2,71

-2,93


- Có độ dẫn điện cao. Dễ phóng e khi được cung cấp năng lượng nên dùng
làm tế bào quang điện.
- Dễ hoà tan lẫn nhau và tan trong Hg tạo thành hỗn hống natri, Na/Hg.
- Tan được trong dung dịch amoniac lỏng tạo thành chất khử rất tốt (dung
dịch loãng: xanh lam và dẫn điện; dung dịch có nồng độ đậm hơn: đỏ đồng và có
ánh kim).
2.3.2. Tính chất hoá học
2.3.2.1. Với đơn chất

- Với hiđro: ở nhiệt độ cao tạo nên các hiđrua.
100 400o C


 2NaH
PTPƯ: 2Na  H 2 
tren400 C
o

- Với halogen: tác dụng dễ dàng với các halogen tạo halogenua là hợp chất
ion điển hình.
PTPƯ: 2M

+ X2

= 2MX

- Với oxi: cho 3 loại oxit: monoxit (M2O), peoxit (M2O2), supeoxit (MO2):
0

220 c

PTPƯ: 2Na  2NH 3 
 2NaNH 2  H 2

2.3.3. Ứng dụng
Kim loại kiềm có nhiều ứng dụng trong thực tế: chúng được sử dụng như
những chất khử các tạp chất khỏi kim loại, hợp kim hoặc khí. KLK được sản xuất
nhiều hơn hết là Na còn Li và K được sử dụng ít hơn, Rb và Cs sử dụng ít hơn nữa.
Do dễ hoá hơi và phát ánh sáng dịu nên Na được dùng trong đèn hơi Na. Do có
nhiệt độ nóng chảy thấp, nhiệt độ sôi tương đối cao và nhiệt dung riêng lớn, Na
được dùng để làm nguội các van của động cơ máy bay và làm nguội lò phản ứng hạt
nhân. Một lượng lớn Na được dùng trong những tổng hợp hữu cơ khác nhau. Hợp
kim của Pb với Na và Ca được dùng để làm chất bôi trơn ổ trục của các toa tàu.
2.4. Điều chế, tính chất và ứng dụng của oxit, peoxit và supeoxit
2.4.1. Điều chế
- Li2O tinh khiết được điều chế bằng cách phân huỷ hiđroxit, cacbonat, nitrat
ở 8000C trong khí quyển hidro.
- Các oxit khác có thể đều chế bằng cách đun nóng peoxit, hiđroxit, nitrit hay
nitrat với kim loại kiềm tương ứng.
PTPƯ: 2NaOH + 2Na

= 2Na2O + H2

- Peoxit và supeoxit: được điều chế bằng cách đốt cháy kim loại kiềm trong
oxi hoặc cho khí oxi khô sục qua dung dịch mới chế của kim loại kiềm trong
amoniac lỏng ở các điều kiện khác nhau.
2.4.2. Tính chất vật lí
Các Peoxit - supeoxit: M2O2 – MO2 đều có màu từ vàng đến da cam và hung.
Na2O2

K2O2

2.4.4. Natri peoxit: Na2O2
Dạng tinh khiết có màu trắng, khi bị lẫn tạp chất thì có màu vàng nhạt.
- Phản ứng mạnh với nước, phát nhiệt:
2Na2O2 + 2H2O = O2 + 4NaOH
- Ở nhiệt độ thấp: tạo ra nước oxi già:
Na2O2 + 2H2O = H2O2 + 2NaOH
- Tác dụng với CO2: giải phóng O2, nếu có nước thì tạo H2O2:
Na2O2 + CO2 = Na2CO3 +

1/2O2

Na2O2 + H2O + CO2 = Na2CO3 + H2O2
Phản ứng này được dùng làm chất tẩy trắng vải, sợi, mây, tre,... Có thể dùng
H2SO4 thế CO2.
- Na2O2 là một chất oxi hoá mạnh, nó phản ứng với các chất khử một cách dễ
dàng.
Na2O2 + CO = Na2O +

CO2

4Na2O2 + H2S = 4Na2O + H2SO4
- Khi tiếp xúc với các chất dễ cháy như bột than, sợi bông, bột lưu huỳnh,
bột nhôm, ..., Na2O2 dễ gây cháy nổ, do vậy cần phải lưu ý khi vận chuyển và bảo
quản.
2FeS2 + 15Na2O2 = Fe2O3 + 4Na2SO4 + 11Na2O
2.4.5. Kali supeoxit
2.4.5.1. Điều chế
K + 2KNO3 = 3KO2 + N2
2.4.5.2. Tính chất
- KO2 là chất hút ẩm mạnh. Nó dễ bị phân huỷ bởi H2O, CO2 và dung dịch

- Phản ứng trao đổi giữa muối của chúng với hiđroxit kim loại kiềm thổ.
Ca(OH)2 + Na2CO3 loãng, nóng → 2NaOH + CaCO3
2.5.1.2. Điều chế lượng nhỏ tinh khiết
2M + 2H2O(h) → 2MOH + H2(k)
2.5.2. Tính chất
2.5.2.1. Tính chất vật lý
Hiđroxit kim loại kiềm có màu trắng, bền nhiệt, hút ẩm mạnh, dễ tan trong
nước và rượu (trừ LiOH). Quá trình tan trong nước phát nhiệt nhiều.
2.5.2.2. Tính chất hoá học
Ở trạng thái rắn hay dung dịch, các MOH tác dụng ngay với khí CO2 trong
không khí tạo thành cacbonat:
2MOH(aq) + CO2(k) = M2CO3 + H2O
22


- Tác dụng với kim loại mà hiđoxit của chúng có tính lưỡng tính: Zn, Al, Sn
và một số phi kim như: Si, P, halogen.
2MOH + Zn = Zn(OH)2↓ + 2M
2MOH + Cl2 = MCl2 + O2 + H2
- Ngoài ra MOH cũng có những tính chất như hidroxit thông thường
2.5.3. Natri hidroxit: NaOH
Natri hiđroxit được điều chế trong công nghiệp bằng 2 cách:
- Cách 1: trộn tương đương Na2CO3 và Ca(OH)2 thành vữa:
Na2CO3(aq) + Ca(OH)2

= 2NaOH(aq) + CaCO3↓

- Cách 2 điện phân dung dịch NaCl
2NaCl + 2H2O


trong nước và độ tan không biến đổi nhiều theo nhiệt độ, nhưng độ tan của nó giảm
khi có mặt NaOH, HCl ,... Lợi dụng tính chất này người ta điều chế NaCl tinh khiết
bằng cách sục HCl vào NaClbh.
-NaCl là hợp chất phổ biến nhất của Na trong thiên nhiên trong nước biển
(3% về khối lượng ) và trong những mỏ muối.
- Khai thác Muối ăn: cô đặc nước biển hoặc khai thác bằng phương pháp
ngầm từ các mỏ muối.
- NaCl là hợp chất ion điển hình. Tinh thể NaCl không màu và hoàn toàn
trong suốt đối với các tia trông thấy và tia hồng ngoại nên được dùng làm lăng kính
trong một số dụng cụ quang học. Ngoài ra, nó là nguyên liệu để điều chế Cl2, Na,
NaOH, HCl và hầu hết các hợp chất khác của Na, nó còn được dùng trong một số
ngành công nghiệp như thực phẩm, nhuộm, thuộc da và luyện kim.
2.6.1.2. Kali clorua: KCl
24


- Trong thiên nhiên KCl có trong các khoáng: xivin (KCl), xivinit
(NaCl.KCl), cacnalit (KCl.MgCl2.6H2O) và cainit (KCl.MgSO4.3H2O).
- Trong công nghiệp KCl được điều chế chủ yếu từ cacnalit hoặc cainit.
- KCl được sử dụng chủ yếu làm phân bón. Một lượng nhỏ dùng điều chế
KOH, K và hầu hết các muối khác của K. Ngoài ra nó còn được dùng làm lăng
kính, làm cửa sổ trong các máy hồng ngoại.
2.6.2. Muối cacbonat
- Muối cacboant có hai dạng: cacbonat và hiđrocacbonat. Tất cả tồn tại được
ở trạng thái rắn (trừ LiHCO3 chỉ ở dung dịch). Tất cả đều tan tốt trong nước (trừ
Li2CO3 và NaHCO3 ít tan).
- Muối cacbonat bị thuỷ phân mạnh, muối hiđrocacbonat bị thuỷ phân yếu:
H 2O







Na2CO3

K2CO3

853

894

735

Rb2CO3
837

- Ở nhiệt độ cao hơn muối cacbonat bị phân huỷ
o

t
M 2CO3 
 M 2 O  CO 2

- Muối hiđrocacbonat và muối cacbonat đều phản ứng mạnh với các axit sinh
ra khí CO2:
HCO3- +
CO32-

+

H+