HÓA HỌC 12 (Tái bản lần thứ mười ba) 3 PHẦN MỘT: HÓA HỌC HỮU CƠ CHƯƠNG I : RƯỢU – PHENOL – AMIN Rượu , phenol và amin được xem là các dẫn xuất của hiđrocacbon hay là các hợp chất hữu cơ có nhóm chức. Để nghiên cứu chương này và các chương tiếp theo, trước hết chúng ta cần tìm hiểu khái niệm về nhóm chức . BÀI 1 - NHÓM CHỨC Ta đã biết, rượu etylic có phản ứng với natri sinh ra khí hiđro. Axit axetic làm đổi màu quỳ tím thành đỏ, phản ứng với natri cho khí hiđro, phản ứng với bazơ hoặc oxit bazơ cho muối và nước. Tất cả những tính chất hóa học nêu trên do nhóm –OH (nhóm hiđroxyl) trong phân tử rượu và nhóm – COOH (nhóm cacboxyl) trong phân tử axit gây ra ; ta gọi nhóm –OH , nhóm –COOH là nhóm chức. Vậy, nhóm chức là nhóm nguyên tử gây ra những phản ứng hóa học đặc trưng cho phân tử hợp chất hữu cơ. Ngoài các nhóm chức –OH, - COOH còn có các nhóm chức khác như nhóm – NH 2 (nhóm amino), nhóm – CH = CO (nhóm chức anđêhit)…
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
HÓA HỌC 12(Tái bản lần thứ mười ba)3PHẦN MỘT: HÓA HỌC HỮU CƠ
CHƯƠNG I : RƯỢU – PHENOL – AMINRượu , phenol và amin được xem là các dẫn xuất của hiđrocacbon hay là các hợp chất hữu cơ có nhóm chức. Để nghiên cứu chương này và các chương tiếp theo, trước hết chúng ta cần tìm hiểu khái niệm về nhóm chức .BÀI 1 - NHÓM CHỨCTa đã biết, rượu etylic có phản ứng với natri sinh ra khí hiđro. Axit axetic làm đổi màu quỳ tím thành đỏ, phản ứng với natri cho khí hiđro, phản ứng với bazơ hoặc oxit bazơ cho muối và nước.Tất cả những tính chất hóa học nêu trên do nhóm –OH (nhóm hiđroxyl) trong phân tử rượu và nhóm – COOH (nhóm cacboxyl) trong phân tử axit gây ra ; ta gọi nhóm –OH , nhóm –COOH là nhóm chức.Vậy, nhóm chức là nhóm nguyên tử gây ra những phản ứng hóa học đặc trưng cho phân tử hợp chất hữu cơ.Ngoài các nhóm chức –OH, - COOH còn có các nhóm chức khác như nhóm – NH2 (nhóm amino), nhóm – CH = CO (nhóm chức anđêhit)…Các hợp chất hữu cơ có thể chứa 1 hoặc nhiều nhóm chức trong phân tử. Những hợp chất chỉ có 1 nhóm chức trong phân tử được gọi là hợp chất đơn chức. Thí dụ: Rượu etylic là rượu đơn chức, axit axetic là axit đơn chức.4BÀI 2. DÃY ĐỒNG ĐẲNG CỦA RƯỢU ETYLICI. ĐỒNG ĐẲNG, ĐỒNG PHÂN VÀ DANH PHÁP1. Đồng đẳng
Rượu etylic và các chất đồng đẳng như CH3OH, C3H7OH, C4H9OH…họp thành dãy đồng đẳng, có công thức chung CnH2n+1OH (n >= 1) và còn được gọi là dãy đồng đẳng rượu no đơn chức.2. Đồng phânCác chất trong dãy đồng đẳng của rượu etylic mà phân tử có từ 3 nguyên tử cacbon trở lên, đều có 2 loại đồng phân : đồng phân về mạch cacbon và đồng phân về vị trí nhóm chức (nhóm hidroxyl). Thí dụ:- Đồng phân về mạch cacbon- Đồng phân về vị trí nhóm – OH 3. Danh phápCác rượu trong dãy đồng đẳng của rượu etylic thường được gọi tên theo 2 cách sau:a) Tên thông thường : Rượu + tên gốc hiđrocacbon no tương ứng + ic.Thí dụ: CH3 – OH : Rượu mêtylicCH3 – CH2 – OH : Rượu etylicb) Tên quốc tế: Tên hiđrocacbon no tương ứng + ol.Thí dụ: CH3 – OH : metanolCH3 – CH2 – OH : etanolĐối với những rượu, trong phân tử có từ 3 nguyên tử cacbon trở lên, tên quốc tế được gọi theo nguy6en tắc sau:5- Trước hết, chọn mạch cacbon dài nhất có chứa nhóm hydroxyl làm mạch chính.- Đánh số thứ tự các nguyên tử cacbon trong mạch chính, bắt đầu từ phía gần nhóm hidroxyl hơn.- sau đó, gọi tên theo trình tự sau: Số chỉ vị trí mạch nhánh (nếu có) + tên mạch nhánh (tức tên gốc ankyl) + tên mạch chính (tức tên quốc tế của hiđrocacbon no tương ứng) + ol + số chỉ vị trí của nhóm hidroxyl.Thí dụ:Propanol – 1
Propanol – 22 – Metylpropanol – 1Bảng 1 – Tên gọi của một số rượu64. Bậc rượuTùy theo nhóm chức – OH liên kết với nguyên tử cacbon bậc 1, bậc 2, hay bậc 3 ta sẽ được các rượu tương ứng : rượu bậc 1, rượu bậc 2 hay rượu bậc 3. Thí dụ:Nguyên tử cacbon bậc 1 là nguyên tử cacbon chỉ liên kết với 1 nguyên tử cacbon khác.Nguyên tử cacbon bậc 2 liên kết với 2 nguyên tử cacbon khác.Nguyên tử cacbon bậc 3 liên kết với 3 nguyên tử cacbon khác.II - TÍNH CHẤT VẬT LÍNhững rượu trong dãy đồng đẳng của rượu etylic mà phân tử có từ 1 đến 12 nguyên tử cacbon, đều ở thể lỏng. Nhiệt độ sôi của chúng tăng dần khi khối lượng phân tử tăng . Nêú so sánh với những hiđrocacbon no có cùng số nguyên tử cacbon, hoặc với những hiđrocacbon no có khối lượng phân tử gần tương đương, thấy nhiệt độ sôi của rượu cao hơn rất nhiều. Thí dụ: nhiệt độ sôi của rượu etylic là 64,7oC, trong khi đó của metan là – 162oC, rượu etylic (M = 46 đ.v.C) sôi ở 78,3oC, còn propan (M = 44 đ.v.C) sôi ở - 42oC.Sở dĩ rượu sôi ở nhiệt độ cao hơn vì các phân tử rượu liên kết với nhau thành 1 tập hợp các phân tử rượu bằng các liên kết tương đối yếu gọi là liên kết hidrô:7Bản chất của liên kết hidrô là sự hút tĩnh điện giữa nguyên tử H tích điện dương Với nguyên tử O tích điện âm. Do có liên kết hidrô, lực hút lẫn nhau giữa các phân tử rượu trở nên lớn hơn. Vì vậy muốn tách chúng ra khỏi nhau và chuyển thành trạng thái hơi ta cần cung cấp năng lượng dưới dạng nhiệt nhiều hơn.Rượu metylic, rượu etylic và rượu propylic tan vô hạn trong nước và chúng cũng có thể hòa tan nhiều chất hữu cơ. Từ rượu butylic trở đi
độ tan trong nước của chúng giảm. Tất cả các rượu trong dãy đồng đẳng này đều nhẹ hơn nước.III - TÍNH CHẤT HÓA HỌCCác phản ứng hóa học của rượu xảy ra chủ yếu ở nhóm chức – OH và 1 phần ở nguyên tử H trong gốc hiđrocacbon. Đó là các phản ứng thế nguyên tử H trong nhóm – OH, phản ứng thế cả nhóm – OH, phản ứng tách nhóm – OH cùng với 1 nguyên tử H trong gốc hiđrocacbon.Do độ âm điện của nguyên tử O lớn hơn độ âm điện của nguyên tử H và C nên 2 cặp electron dùng chung của 2 liên kết cộng hóa trị O – H cà O – C đều lệch về phía nguyên tử O. Ta nói 2 liên kết đó bị phân cực và biểu thị bằng mũi tên. Vì vậy, khi thao gia phản ứng, liên kết cộng hóa trị O – H dễ bị đứt ở phía H, nguyên tử H này trở nên linh động hơn so với các nguyên tử H khác trong gốc hiđrocacbon. Liên kết C – O cũng có thể bị đứt ở phía C.1. Phản ứng với kim loại kiềmCác rượu trong dãy đồng đẳng của rượu etylic đều phản ứng được với kim loại kiềm (Na, K…) và giải phóng khí hiđro. Thí dụ:82. Phản ứng với axita) Với axit bromhidric: đun nóng rượu etylic với axit bromhidric ( hay với hỗn hợp NaBr và H2SO4) ta thu được chất lỏng etyl bromua:Phản ứng này chứng tỏ trong phân tử rượu có nhóm hydroxylb) Với axit axetic (xem chương II, bài 3)3. Phản ứng tách nướca) Tách nước từ 1 phân tử rượu. Phản ứng tạo ankenKhi đun nóng rượu với với dung dịch axit sunfuric đặc (có dư), ở nhiệt độ cao, ta được anken. Thí dụ: đun nóng rượu etylic với dung dịch axit sunfuric đặc (có dư) ở nhiệt độ khoảng 170oC, ta được etylen do mỗi phân tử rượu đã mất 1 phân tử nước:Axit sunfuric giữ vai trò xúc tác và hút nước sinh ra trong phản ứng. Phản ứng này được dùng để điều chế etilen trong phòng thí nghiệm. Phản ứng tac1h nước từ rượu bậc 2 hay bậc 3, thường cho hỗn hợp 2 anken.
Thí dụ:9Trong những phản ứng tương tự như trên, phản ứng tách tuân theo quy tắc Zaixep: Nhóm – OH bị tách cùng với nguyên tử H ở nguyên tử cacbon có bậc cao hơn. Vì vậy buten – 2 là sàn phẩm chính trong phản ứng trên.b) Tách nước từ 2 phân tử rượu. Phản ứng tạo eteKhi đun nóng rượu (có dư) với dung dịch axit sunfuric đặc, ở nhiệt độ không cao, ta được ete. Thí dụ: khi đun nóng rượu etylic (có dư) với dung dịch axit sunfuric đặc, ở nhiệt độ không cao hơn 140oC, ta được dietyl ete vì 2 phân tử rượu bị mất 1 phân tử nước.4. Phản ứng oxi hóaa) Rượu bậc một bị oxi hóa bởi CuO hoặc dung dịch KMnO4, sinh ra anđehit ( hợp chất có nhóm chức – CH = O). Thí dụb) Rượu cháy trong không khí, sinh ra CO2, H2O và tỏa nhiệt:Thí dụIV - ĐIỀU CHẾ1. Phương pháp chunga) Hidrat hóa anken: đun nóng anken với nước và dùng chất xúc tác thích hợp sẽ thu được rượu. Thí dụ:10Phương pháp này được dùng để điều chế rượu etylic trong công nghiệp. Phản ứng hidrat hóa các đồng đẳng của etilen xảy ra dễ hơn etilen và có thể tạo ra hỗn hợp 2 rượu đồng phân:Sự hình thành sản phẩm chính được giải thích theo quy tắc Maccopnhicop.b) Thủy phân dẫn xuất halogen trong dung dịch kiềmĐun nóng dẫn xuất halogen với dung dịch kiềm cũng thu được rượu. Thí dụPhương pháp này chỉ dùng trong phòng thí nghiệm.2. Phương pháp sinh hóa điều chế rượu etylic: lên men rượu
Lên men rượu là phương pháp điều chế rượu etylic đã được biết từ trước công nguyên và cho đến nay vẫn là phương pháp phổ biến. Nguyên liệu để lên men rượu là gạo, ngô, khoai, sắn, rỉ đường, quả chín…Đó là các nguyên liệu có chứa nhiều tinh bột hoặc đường. Lên men rượu là quá trình sinh hóa phức tạp, gồm nhiều giai đoạn, nhưng có thể tóm tắt như sau:Trước hết, tinh bột bị thủy phân thành đường glucozơ nhờ men xúc tác11Sau đó nhờ một loại men khác, đường glucôzơ được lên men và chuyển hóa thành rượu etylic, khí cacbonic:Ngày nay người ta còn dùng xenlulozơ có trong gỗ (vỏ bào, mùn cưa…) làm nguyên liệu để điều chế rượu etylic. Trước hết, bằng con đường hóa học, thủy phân xenlulozơ thành đường glucozơ, sau đó cho glucôzơ lên men thành rượu :V - ỨNG DỤNG:1. Rượu metylicỨng dụng chủ yếu của rượu metylic là để sản xuất andehit fomic nguyên liệu cho công nghiệp chất dẻo.Rượu metylic rất độc, chỉ một lượng nhỏ xâm nhập vào cơ thể cũng có thể gây mù lòa, lượng lớn hơn có thể gây tử vong.2. Rượu etylicLà nguyên liệu để sản xuất cao su tổng hợp : Từ rượu etylic điều chế ra butadien – 1,3Sau đó trùng hợp butadien – 1,3 sẽ được cao su tổng hợp.Rượu etylic được dùng để điều chế một số hợp chất hữu cơ nhu axit axetic, đietyl ete, etyl axetat…Do có khả năng hòa tan tốt một số chất hữu cơ nên rượu etylic được dùng để pha vecni, dược phẩm , nước hoa…12Khi cháy tỏa nhiều nhiệt nên rượu etylic còn được dùng làm nhiên liệu, thí dụ cho đèn cồn trong phòng thí nghiệm.
Trong đời sống hàng ngày, rượu etylic còn được dùng để pha chế các loại rượu uống với độ rượu khác nhau. Cần chú ý rằng, uống nhiều rượu rất có hại cho cơ thể, người nghiện rượu có thể mắc bệnh suy dinh dưỡng , giảm thị lực…
BÀI TẬP1. Cho biết nhóm chức là gì? Lấy thí dụ minh họa.2. Tại sao rượu no đơn chức có nhiều đồng phân hơn so với số đồng phân của hiđrocacbon no có cùng số nguyên tử cacbon ?viết công thức cấu tạo các rượu đồng phân có cùng công thức phân tử C4H10O.3. Trình bày nguyên tắc gọi tên thường và tên quốc tế của rượu . Lấy thí dụ minh họa.4. Từ rượu n – propylic và các chất vô cơ cần thiết, hãy viết phương trình phản ứng điều chế ra : propen, n – propyl bromua, đi – n – propyl ete.5. Cho buten – 1 phản ứng với HCl thu được hợp chất chứa clo. Đun nóng hợp chất này với dung dịch NaOH đặc, thu được rượu . Đun nóng rượu vừa sinh ra với dung dịch H2SO4 đặc ở nhiệt độ trên 1700C cho ta một anken. Từ các dữ kiện trên hãy viết đầy đủ các phương trình phản ứng xảy ra.6. Cho phản ứng hết 4,6g natri với rượu etylic và 4,6g natri với nước.Tính thể tích khí hidro (đo ở dktc) thoát ra trong từng trường hợp .Tính khối lượng natri axetat và khối lượng natri hiroxit tạo thành.7. Để điều chế etylen người ta đun nóng rượu etylic 950 với dung dịch axit sunfuric đặc ở nhiệt độ 1700C. Tính thể tích rượu 95o cần đưa vào phản ứng để thu được 2 lít etylen (đo ở đktc). Biết hiệu suất phản ứng đạt 60% , khối lượng riêng của rượu etylic là 0,8 gam/cm3
Tính khối lượng ete sinh ra khi đun nóng một thể tích rượu etylic như trên ở nhiệt độ 1400C với dung dịch H2SO4 đặc. Biết hiệu suất cũng đạt 60%
8. Cho 11 gam hỗn hợp gồm 2 rượu no đơn chức kết tiếp nhau trong dãy đồng đẳng tác dụng hết với natri đã thu được 3,36l khí hidro (đo ở đktc) .Viết công thức phân tử và công thức cấu tạo của hai rượu trên.13BÀI 3 - PHENOLI - CÔNG THỨC CẤU TẠOKhi thay thế nguyên tử hidro trong vòng benzen của hiđrocacbon thơm bằng nhóm hiđroxyl ta được hợp chất gọi là phenol:Nếu thay thế nguyên tử hidro ở mạch nhánh của hiđrocacbon thơm bằng nhóm hidroxyl, ta được rượu thơm. Thí dụ:Vậy phenol là những hợp chất hữu cơ mà phân tử của chúng có nhóm hidroxyl liên kết trực tiếp với nguyên tử cacbon của vòng benzen.Chất tiêu biểu và quan trọng nhất của các hợp chất phenol là C6H5 – OH và ta thường gọi là phenol. Mô hình phân tử phenol C6H5OH được trình bày ở hình 1.Hình 1. Mô hình phân tử phenol14II - TÍNH CHẤT VẬT LÝPhenol là chất rắn, tinh thể không màu, có mùi đặc trưng, nóng chảy ở 43oC. Để lâu ngoài không khí, phenol bị oxi hóa 1 phần nên có màu hồng và bị chảy rữa cd hấp thu hơi nước. Phenol ít tan trong nước lạnh, tan trong một số chất hữu cơ, gây bỏng nặng khi rơi vào da.III - TÍNH CHẤT HÓA HỌCTrong phân tử phenol có nhóm – OH nên phenol cũng có phản ứng thế nguyên tử hidro của nhóm – OH. Mặt khác do có vòng benzen nên phenol còn cho phản ứng thế brom vào vòng benzen.1. Phản ứng với kim loại kiềmTương tự như rượu, khi cho kim loại kiềm (Na, K…) vào phenol nóng chảy, thấy phản ứng xảy ra mãnh liệt, khí hidro thoát ra nhanh:2. Phản ứng với bazơ
Khác với rượu, phenol dễ phản ứng với bazơ. Khi cho phenol ở dạng rắn hoặc nóng chảy vào dung dịch natri hidroxit, phenol tan dần, dung dịch trở thành trong suốt:Như vậy phenol phản ứng được cả với kim loại kiềm và bazơ. Điều đó chứng tỏ phenol có tính axit, do đó phenol còn được gọi là axit phenic. Tuy vậy, tính axit của phenol rất yếu. Phenol không đổi được màu quỳ tím thành đỏ. Phenol bị axit cacbonic đẩy ra khỏi natri phenolat:15Tính axit của phenol mạnh hơn của rượu. Đó là do ảnh hưởng của gốc phenyl C6H5 – đến nhóm – OH. Thực tế rượu không phản ứng được với dung dịch bazơ.3. Phản ứng với nước bromNhỏ nước brom vào dung dịch phenol, thấy kết tủa trắng xuất hiện tức thời:Qua phản ứng trên ta thấy, các nguyên tử hidro trong gốc phenyl của phenol dễ tham gia phản ứng thế hơn các nguyên tử hidro trong phân tử benzen. Đó là do ảnh hưởng của nhóm – OH đến gốc phenyl. Ảnh hưởng của gốc phenyl đến nhóm hidroxyl và ảnh hưởng của nhóm hydroxyl đến gốc phenyl được gọi là ảnh hưởng qua lại giữa các nguyên tử trong phân tử.IV - ĐIỀU CHẾTrong công nghiệp, phenol được điều chế bằng nhiều cách. Thí dụ:- Tách từ nhựa than đá trong quá trình luyện than cốc.- Từ benzen điều chế ra clobenzen, rồi thủy phân clobenzen bằng dung dịch kiềm đặc ở nhiệt độ cao, áp suất cao theo sơ đồ:16V - ỨNG DỤNGPhenol được dùng trong nhiều lĩnh vực khác nhau:- Công nghiệp chất dẻo: Phenol là nguyên liệu để điều chế nhựa phenolfomandehit (chương II và VI)- Công nghiệp tơ hóa học : từ phenol tổng hợp ra tơ poliamit.
- Nông dược: từ phenol điều chế được chất diệt cỏ dại và kích thích tố thực vật 2,4 – D ( là muối Natri của axit 2,4 – điclophenoxiaxetic).- Phenol cũng là nguyên liệu để điều chế một số phẩm nhuộm, thuốc nổ (axit picric).- Do có tính diệt khuẩn nên phenol được dùng trực tiếp làm chất sát trùng, tẩy uế hoặc để điều chế các chất diệt nấm mốc (ortho – và para – nitrophenol…)
BÀI TẬP 1. Phenol là gì? Lấy ví dụ minh họa2. a) Trình bày tính chất hóa học của phenol. viết các phương trình phản ứng b) Dung dịch natri phenolat bị vẩn đục khi thổi khí cacbonic vào. Viết phương trình phản ứng và giải thích hiện tượng.3. So sánh tính chất hóa học giữa phenol và rượu etylic. Viết phương trình phản ứng4. Viết đầy đủ các phương trình phản ứng điều chế phenol từ benzen.5. a) Axit picric(tức 2,4,6 –trinitrophenol) được điều chế bằng cách cho phenol tác dụng với hỗn hợp gồm dung dịch axit nitric đặc và dung dịch axit sunfuric đặc ( làm xúc tác). viết phương trình phản ứng b) Cho 47g phenol tác dụng với hỗn hợp gồm 200g HNO3 68% và 250g H2SO4 96%. Giả sử phản ứng xảy ra hoàn toàn, hãy tính:- Khối lượng axit picric sinh ra.- Nồng độ % HNO3 còn dư sau khi đã tách hết axit picric ra khỏi hỗn hợp.6. a) Có 2 ống nghiệm không nhãn chứa từng chất riêng biệt : rượu n-butylic, phenol (lỏng). bằng phương pháp hóa học, hãy nhận biết xem ống nghiệm nào đựng chất gì? Viết phương trình phản ứng b) Cho 1 hỗn hợp gồm 2 chất trên. bằng phương pháp hóa học, hãy tách 2 chất đó ra khỏi nhau. Viết phương trình phản ứng. 17 BÀI 4 - KHÁI NIỆM VỀ PHENOL
I - CÔNG THỨC CẤU TẠOKhi thay thế một hay nhiều nguyên tử hidro trong phân tử amoniacbằng 1 hay nhiều gốc hiđrocacbon ta được các hợp chất hữu cơ, gọi là amin.Thí dụVậy amin là những hợp chất hữu cơ sinh ra do nguyên tử hidro trong phân tử amoniac được thay bằng gốc hiđrocacbon.Tùy theo số nguyên tử hidro trong phân tử amoniac được thay thế, ta được amin bậc một, amin bậc hai hay amin bậc ba. Nhóm – NH2 được gọi là nhóm amino.II - TÍNH CHẤT CHUNGTương tự amoniac, amin có tính bazơ:- Dung dịch amin mạch hở trong nước đổi màu quỳ tím thành xanh.- Amin phản ứng với axit cho muối.Sau đây ta sẽ nghiên cứu anilin, chất tiêu biểu quan trọng thuộc loại amin thơm.18BÀI 5 - ANILINI - CÔNG THỨC CẤU TẠOAnilin có công thức phân tử C6H7N và công thức cấu tạo . Mô hình phân tử anilin được trình bày trên hình 2.II - TÍNH CHẤT VẬT LÝAnilin là chất lỏng không màu. Để lâu trong không khí, nó dần dần ngả sang nâu đen do anilin bị oxi hóa từ từ trong không khí. Anilin hơi nặng hơn nước, rất ít tan trong nước, tan nhiều trong rượu, ete, benzen…Anilin rất độc và có mùi khó chịu.III - TÍNH CHẤT HÓA HỌCPhản ứng hóa học của anilin xảy ra ở nhóm – NH2 (tính bazơ) và ở gốc phenyl C6H5 – (phản ứng thế nguyên tử hidro bằng brom).1. Tính bazơ
Tương tự amoniac, anilin có tính bazơ, phản ứng với axit cho muối. Thí dụ : nhỏ axit clohidric đặc vào anilin, ta được muối rắn phenylamoni clorua, tan được trong nước.19Tuy vậy tính bazơ của anilin yếu hơn của amoniac do ảnh hưởng của gốc phenyl. Anilin không làm xanh nước quỳ. Do tính bazơ yếu nên có thể đẩy anilin ra khỏi muối phenylamoni clorua bằng dung dịch kiềm.Nguyên nhân tính bazơ của anilinNguyên tử nitơ có 5 electron ở lớp ngoài cùng. Trong phân tử anilin, nguyên tử nitơ đã sử dụng 3 trong 5 electron đó để tạo ra 3 liên kết cộng hóa trị. Như vậy, nguyên tử nitơ còn lại một cặp electron tự do. Khi phản ứng với axit, nguyên tử nitơ đã đưa cặp electron tự do ra để tạo thành liên kết cho nhận với proton của axit:Vậy anilin có tính bazơ vì có khả năng nhận proton.2. Phản ứng với bromNhỏ dung dịch brom vào dung dịch anilin thấy phản ứng xảy ra tức thời. Sản phẩm tạo thành dạng kết tủa màu trắng, đó là 2,4,6 – tribromanilin:20Qua phản ứng trên ta thấy, do ảnh hưởng của nhóm – NH2 đến gốc phenyl nên phản ứng thế brom vào anilin dễ hơn thế vào benzen. Nhóm amino và gốc phenyl trong phân tử anilin có ảnh hưởng qua lại lẫn nhau.IV - ĐIỀU CHẾCó nhiều phương pháp điều chế anilin, nhưng phương pháp thường dùng là khử nitrobenzen C6H5 - NO2 bằng hidro nguyên tử (hidro mới sinh)Hidro nguyên tử được sinh ra bằng cách cho kim loại (Fe có trong gang, Sn…) và axit clohidric vào ngay hỗn hợp phản ứng.V - ỨNG DỤNGAnilin là nguyên liệu quan trọng trong nhiều ngành sản xuất như:- Sản xuất phẩm nhuộm (phẩm “đen anilin”)
- Điều chế thuốc chữa bệnh.
Bài tập1. Anilin là gì? Viết công thức cấu tạo của etylamin, đietylamin, trietylamin và phenylamin (anilin).2. a) Nêu tính chất hóa học của anilin và viết các phương trình phản ứng minh họab) Viết các phương trình phản ứng xảy ra trong các trường hợp sau:- Anilin với axit sunfuric (không đun nóng)- Anilin với axit axetic.3. Tính khối lượng anilin thu được khi khử 246 gam nitrobenzen, biết hiệu suất phản ứng đạt 80%. Cũng bằng phản ứng khử cùng với hiệu suất phản ứng như trên, hãy tính khối lượng nitrobenzen cần dùng để điều chế được 186 gam anilin.4. Cho một hỗn hợp gồm 3 chất: benzen, phenol và anilin. Bằng phương pháp hóa học làm cac1h nào tách lấy từng chất. Viết phương trình phản ứng.21CHƯƠNG II : ANDEHIT – AXIT CACBOXYLIC – ESTEBÀI 1 - ANDEHIT FORMICI - CÔNG THỨC CẤU TẠOAndehit formic, còn gọi fomanđehit, có công thức phân tử CH2O và công thức cấu tạo :Nguyên tử cacbon và oxi trong nhóm C = O (nhóm cacbonyl) liên kết với nhau bằng liên kết đôi, trong đó có 1 liên kết xich ma tương đối bền và 1 liên kết pi kém bền. Mô hình phân tử andehit fomic được trình bày trên hình 3.II - TÍNH CHẤT VẬT LÝAndehit fomic là chất khí, không màu, có mùi xốc khó chịu, tan nhiều trong nước. Dung dịch chứa khoảng 40% andehit fomic trong nước được gọi là fomon hay fomalinIII - TÍNH CHẤT HÓA HỌC
Phản ứng hóa học của andehit fomic xảy ra chủ yếu ở nhóm chức andehit221. Phản ứng cộng hidro (phản ứng khử andehit)Dẫn hỗn hợp andehit fomic và hidro qua ống đựng chất xúc tác niken (hoặc platin) nung nóng sẽ thu được rượu metylic:Phản ứng xảy ra do liên kết pi bị đứt, hidro kết hợp với nguyên tử cacbon và nguyên tử oxi của nhóm cacbonyl.2. Phản ứng oxi hóa andehit Tính chất hóa học đặc trưng của andehit fomic là bị oxi hóa bởi các chất oxi hóa, thí dụ bạc oxit Ag2O. Nhỏ dung dịch amoniac có Ag2O vào dung dịch andehit fomic, đun nóng nhẹ, ta thấy trên thành ống nghiệm xuất hiện lớp bạc kim loại sáng bóng như gương. Trong phản ứng này andehit fomic bị oxi hóa thành axit fomic và ion bạc bị khử thành bạc kim loại . Phương trình phản ứng được viết gọn như sau:Ghi chú: Thực ra trong dung dịch amoniac, AgNO3 tạo ra ion phức [Ag(NH3)2]+ và HCH = O đã phản ứng với ion phức này.Phản ứng này được gọi là phản ứng tráng gương. Cũng có thể dùng đồng (II) hidroxit Cu(OH)2 để oxi hóa andehit fomic thành axit fomic: nhỏ dung dịch andehit fomic vào ống nghiệm chứa kết tủa Cu(OH)2, đun nóng nhẹ sẽ thấy kết tủa đỏ gạch của Cu2O** Đầu tiên phản ứng tạo kết tủa CuOH (màu vàng), sau đó CuOH chuyển thành Cu2O233. Phản ứng với phenolAndehit fomic phản ứng với phenol có axit hoặc bazơ xúc tác sẽ thu được sản phẩm polime, gọi là nhựa phenolfomanđehit. Tùy theo điều kiện tiến hành phản ứng , ta sẽ nhận được các loại nhựa có cấu tạo khác nhau.Thí dụ: đun nóng dung dịch fomalin với phenol (dư) có axit xúc tác ta được loại nhựa có cấu tạo mạch thẳng. Sơ đồ phản ứng có thể viết như sau:IV - ĐIỀU CHẾ
Trong công nghiệp, andehit fomic được điều chế bằng phương pháp sau:oxi hóa rượu metylic bằng oxi không khí, nhờ chất xúc tác đồng kim loại (hoặc platin hay bạc kim loại), ở nhiệt độ cao (500 – 700oC)24V - ỨNG DỤNGAndehit fomic có nhiều ứng dụng quan trọng trong công nghiệp và đời sống:- Sản xuất chất dẻo phenolfomanđehit, keo urefomanđehit.- Do có tác dụng diệt khuẩn, đặc biệt vi khuẩn gây thối rửa, nên dung dịch fomanđehit được udn2g để ngâm xác động vật, thuộc da, tẩy uế…Bài tập1. Cho biết tính chất vật lý, tính chất hóa học, phương pháp điều chế và ứng dụng của andehit fomic. Viết các phương trình phản ứng 2. Oxi hóa 2,5 mol rượu metylic thành andehit fomic bằng CuO rồi cho andehit tan hết trong 100 gam nước. Viết phương trình phản ứng. Tính nồng độ % về khối lượng của dung dịch andehit fomic, biết hiệu suất phản ứng oxi hóa là 80%3. bằng cách nào điều chế được nhựa phenolfomandehit từ metan và benzen? Viết các phương trình phản ứng.
BÀI 2 - DÃY ĐỒNG ĐẲNG CỦA ANDEHIT FOMICI - ĐỒNG ĐẲNG VÀ DANH PHÁP1 - Đồng đẳngAndehit fomic và các chất đồng đẳng CH3 – CH =O, C2H5 – CH = O, C3H7 – CH = O…họp thành 1 dãy đồng đẳng, có công thức chung CnH2n+1CH = O (n >= 0) và còn được gọi là dãy đồng đẳng của andehit no đơn chức.Andehit no đơn chức là những hợp chất hữu cơ mà phân tử có 1 nhóm chức andehit liên kết với gốc hiđrocacbon no.** Trong phân tử andehit fomic, nhóm chức andehit liên kết với nguyên tử hidro.
2. Danh phápa) Tên thông thường: Andehit + tên của axit hữu cơ tương ứng.Thí dụ:25b) Tên quốc tế: tên quốc tế của hiđrocacbon no tương ứng (gồm cả nguyên tử cacbon của nhóm – CH = O) + al (xem bảng 2)BẢng 2. Tên gọi của 1 số andehit no đơn chức.II - TÍNH CHẤT VẬT LÝAndehit fomic ở thể khí, các đồng đẳng tiếp theo ở thể lỏng. Nhiệt độ sôi của andehit thấp hơn hẳn nhiệt độ sôi của rượu tương ứng, do andehit không có liên kết hidro giữa các phân tử. Thí dụ: andehit axetic sôi ở 21oC, rượu etylic sôi ở 78,3oC.III - TÍNH CHẤT HÓA HỌCTương tự andehit fomic, những andehit khác cũng tham gia các phản ứng sau1. Phản ứng cộng hidro (phản ứng khử andehit)Khi cộng hidro có xúc tác, andehit bị khử thành rượu :262. Phản ứng oxi hóa andehit Andehit bị oxi hóa thành axit hữu cơ tương ứng. Chất oxi hóa là bạc oxit hoặc đồng (II) hidroxit v.v…Thí dụ:Phản ứng này được gọi là phản ứng tráng gương và đặc trưng cho andehit nên được dùng để nhận ra chúng.IV - ĐIỀU CHẾPhương pháp chung là oxi hóa rượu bậc 1 bằng oxi không khí ở nhiệt độ cao, có chất xúc tác. Thí dụ:Phương pháp riêng để điều chế andehit axetic là cộng nước vào axetilen nhờ chất xúc tác HgSO4BÀI TẬP1. Andehit là gì? Cấu tạo của phân tử andehit fomic có đặc điểm gì khác so với các chất trong dãy đồng đẳng của nó?
2. Cho biết tính chất hóa học chung của các andehit. Viết các phương trình phản ứng 3. Viết đầy đủ các phương trình phản ứng cho những dãy chuyển hóa sau4. Sau thí nghiệm phản ứng tráng gương bằng andehit axetic, ta thu được 0,1 mol nguyên tử bạc kim loại. Tính xem đã phaỉ dùng bao nhiêu gam andehit, biết hiệu suất phản ứng đạt 80%.27BÀI 3 - DÃY ĐỒNG ĐẲNG CỦA AXIT AXETICI - ĐỒNG ĐẲNG VÀ DANH PHÁP1. Đồng đẳngAxit axetic và các chất đồng đẳng H – COOH, C2H5 – COOH, C3H7 – COOH v.v…họp thành dãy đồng đẳng, có công thức chung CnH2n+1COOH (n >= 0)và còn được gọi là dãy đồng đẳng của axit cacboxylic no đơn chức.Axit cacboxylic no đơn chức là những hợp chất hữu cơ mà phân tử có 1 nhóm cacboxyl (- COOH) liên kết với gốc hiđrocacbon no. Mô hình phân tử axit axetic được trình bày trên hình 4.2. Danh phápa) Tên thông thường: tên thông thường của axit cacboxylic là tên có liên quan đến nguồn gốc tìm ra chúng (xem bảng 3).b) Tên quốc tế: tên quốc tế của axit cacboxylic được gọi theo trình tự sau: axit + tên quốc tế của hiđrocacbon no tương ứng (gồm cả nguyên tử cacbon của nhóm – COOH) + oic (xem bảng 3)Bảng 3. TÊN GỌI CỦA MỘT SỐ AXIT CACBOXYLIC NO ĐƠN CHỨC28II - TÍNH CHẤT VẬT LÝCác axit trong dãy đồng đẳng của axit axetic đều là những chât1 lỏng hoặc rắn. Nhiệt độ sôi của axit cao hơn hẳn nhiệt độ sôi của rượu có cùng số nguyên tử cacbon, do 2 phân tử axit liên kết với nhau bởi 2 liên kết hidro và liên kết hidro của axit bền hơn của rượu :
Thí dụ: Nhiệt độ sôi của axit axetic là 118oC, của rượu etylic là 78,3oC. Ba axit đứng đầu dãy đồng đẳng tan vô hạn trong nước, các axit tiếp theo chỉ tan có hạn.III - TÍNH CHẤT HÓA HỌCPhản ứng hóa học của axit cacboxylic xảy ra chủ yếu ở nhóm cacboxyl. Đó là phản ứng thế nguyên tử hidro của nhóm – COOH (tính axit), phản ứng thế cả nhóm hidroxyl của nhóm – COOH (phản ứng este hóa).1. Tính axitCác axit trong dãy đồng đẳng của axit axetic có đầy đủ tính chất của axit yếua) Sự điện li: Trong nước axit cacboxylic điện li thành ion, đổi màu quỳ tím thành đỏ. Thí dụ:Sự điện li này chứng tỏ rằng, do ảnh hưởng của nhóm cacbonyl nên nguyên tử hidro trong nhóm cacboxyl của axit linh động hơn nguyên tử hidro trong nhóm hidroxyl của rượu. Nhưng khả năng điện li của axit cacboxylic còn yếu, chúng là những axit yếu.b) Phản ứng với kim loại: dung dịch axit cacboxylic tác dụng với những kim loại có tính khử mạnh đều giải phóng hidro và tạo muối. Thí dụ 29c) Phản ứng với bazơ và oxit bazơ: dung dịch axit cacboxylic phản ứng với bazơ hoặc oxit bazơ cho muối và nước. Thí dụ :d) Phản ứng với muối : Khi phản ứng với muối của axit yếu hơn, hoặc dễ bay hơi , axit cacboxylic đều đẩy được các axit đó ra và tạo thành muối mới. Thí dụNGUYÊN NHÂN TÍNH AXIT Tương tự như rượu , liên kết cộng hóa trị trong nhóm O-H của axit bị phân cực về phía nguyên tử oxi.mặc khác, ảnh hưởng hút electron của nhóm cacbonyl làm mật độ electron trên nguyên tử oxi của nhóm - OH giảm đi .Do vậy, sự phân cực của liên kết cộng hóa trị trong nhóm O-H về phía oxi trở nên
mạnh hơn. Kết quả là nguyên tử hidro trong nhóm cacboxyl của axit linh động hơn của rượu . Trong nước. các axit cacboxylic điện ly thành ion : Sự điện ly này có tính chất thuận nghịch2. Phản ứng với rượu (phản ứng este hóa)Khi đun nóng axit cacboxylic với rượu , có axit sunfuric đặc xúc tác sẽ thu được sản phẩm là este. Phản ứng này được gọi là phản ứng este hóa. Thí dụ30Đặc điểm của phản ứng este hoá là thuận nghịch. Muốn cân bằng chuyển dịch sang phía tạo thành etyl axetat cần cho dư một trong hai chất đầu (rượu etylic hoặc axit axetic), đồng thời chưng cất lấy ngay etyl axetat ra khỏi hỗn hợp phản ứng . Ngoài vai trò xúc tác, axit sunfuric đặc còn có tác dụng hút nước sinh ra để chuyển dịch cân bằng sang phía tạo thành esteIV - ĐIỀU CHẾ AXIT AXETIC:1. Lên mem giấmPhương pháp cổ điển để điều chế axit axetic là lên mem giấm, tức là oxi hoá rượu etylic bằng oxi không khí, có mặt men giấm ( *) thành axit axetic .Điều kiện thuận lợi cho sự lên men giấm là: độ rượu không quá 10o , nhiệt độ 25 – 30oC , rượu và men giấm được tiếp xúc nhiều với không khí(*) men giấm được sinh ra bởi vi khuẩn Mycoderma aceti. Vi khuẩn này cần không khí để sống và khi tiếp xúc với rượu đã tiết ra chất men để oxi hoá rượu thành axit axetic.31Theo phương pháp của Pastơ (Pasteur) , rượu loãng được chứa trong thùng vừa rộng vừa nông, rượu được rót dần tới đáy thùng để khỏi vỡ lớp váng men giấm ở phía trên (h.5)Theo phương pháp của Sutxenbac (Schutzenbach) , người ta cho rượu loãng chảy chậm từ trên xuống lớp vỏ bào có tảm men giấm. Đồng
thời không khí được thổi ngược từ phía dưới lên (h.6). Phương pháp này cho hiệu suất cao hơn phương pháp của Pastơ. Nhân dân ta thường làm giấm ăn bằng cách lên men giấm dung dịch rượu loãng, đựng trong liễn sứ, chậu sành … sau một vài tháng , rượu loãng biến thành giấm. Có thể thay dung dịch rượu loãng bằng nước mía nước mật… Trong trường hợp này, các chất đường được lên men thành rượu , sau đó thành giấm. Muốn mau được giấm ăn, nên lấy một ít men giấm đã có sẵn, thả vào nguyên liệu đang lên men. Muốn giấm ăn có mùi vị hấp dẫn, người ta thường cho thêm quả chín như chuối, vải, dứa…322. Chưng gỗTrong công nghiệp, người ta chưng gỗ trong nồi kín (h.7) ở nhiệt độ khoảng 400 – 500oC. Các chất thu được sau khi làm lạnh là: hắc ín (lắng xuống đáy) và hỗn hợp lỏng gồm nước, axit axetic, rượu ,etylic và axeton CH3 – CO – CH3. Axit axetic được tách ra thành dạng tinh khiết bằng phương pháp hóa học và chưng cất.Cho hỗn hợp lỏng tác dụng với vôi tôi để biến axit axetic thành muối canxi axetat. Sau đó đem chưng cất để tách lấy axeton và rượu metylic. Muối canxi axetat còn lại được đun nóng với axit sunfuric. Sau đó đem chưng cất để tách axit axetic ra khỏi kết tủa canxi sunfat.3. Tổng hợp từ axetilenPhương pháp hiện đại để điều chế axit axetic là tổng hợp từ axetilen. Cho axetilen cộng nước, dùng muối thủy ngân (HgSO4 hoặc HgCl2) làm chất xúc tác, để tạo thành andehit axetic:Sau đó oxi hóa andehit axetic bằng oxi không khí, có chất xúc tác là là muối mangan axetat:Quá trình tổng hợp axit axetic trong công nghiệp được thực hiện qua nhiều công đoạn (hình 8).33- Tháp hợp nước: dẫn axetilen và dung dịch xúc tác trong nước nóng (ở nhiệt độ khoảng 80oC) đi vào tháp hợp nước theo hướng từ đáy đi lên (theo nguyên tắc cùng chiều). Andehit axetic được tạo thành tại tháp này.
- Tháp rửa: Andehit sinh ra còn lẫn axtilen được dẫn sang đáy tháp rửa. Hỗn hợp khí đi từ đáy lên đỉnh tháp rửa, còn nước được tưới từ trên xuống theo nguyên tắc ngược chiều. Axetilen không tan trong nước sẽ bay lên và được thu hồi. Andehit tan trong nước, tạo thành dung dịch andehit.- Tháp chưng cất: dung dịch andehit axetic được dẫn sang tháp chưng cất để tách andehit ra khỏi nước.- Tháp oxi hóa: dẫn khí andehit axetic và oxi (hoặc không khí) sang tháp oxi hóa theo hướng từ đáy đi lên. Dung dịch chất xúc tác (mangan axetat) chảy từ phía trên xuống theo nguyên tắc ngược chiều. Tại tháp này, andehit axetic được oxi hóa thành axit axetic. Tách axit ra khỏi chất xúc tác bằng phương pháp chưng cất và tinh chế tiếp sẽ thu được axit axetic.34V – ỨNG DỤNG1. Axit axetic- Axit axetic được dùng để điều chế 1 số muối axetat kim loại dùng làm chất cầm máu trong công nghiệp nhuộm (như nhôm axetat, sắt axetat, crom axetat), làm nguyên liệu sản xuất bột sơn (như đồng axetat, chì axetat)- Axit axetic là 1 trong những nguyên liệu để điều chế xenlulozơ axetat dùng cho công nghiệp sản xuất tơ nhân tạo, phim không cháy.- Axit axetic còn được dùng để điều chế 1 số este làm chất thơm (xem bài este), làm thuốc chữa bệnh (aspirin).- Dung dịch axit axetic 2 – 5% (sản phẩm của quá trình lên men giấm từ rượu etylic, đường mật…) được dùng làm giấm ăn.2. Axit panmitic và stearicMuối natri của axit panmitic n – C15H31COOH và stearic n – C17H35COOH được dùng làm xà phòng.
BÀI TẬP1. Axit cacboxylic no đơn chức là gì? So sánh đặc điểm cấu tạo phân tử của axit cacboxylic no đơn chức với andehit và rượu no đơn chức.
2. So sánh nhiệt độ sôi của các hợp chất sau: axit fomic, andehit fomic và rượu metylic. Giải thích.3. Nêu tính chất hóa học của axit cacboxylic. Viết phương trình phản ứng giữa axit axetic với các chất sau: a) Nhôm kim loại , b) Canxi oxit, c) Canxi hidroxit, d) Canxi cacbonat, e) Rượu n – propylic có axit sunfuric đặc làm chất xúc tác.4. So sánh tính linh động của nguyên tử hiđro trong nhóm hidroxyl của rượu etylic với nguyên tử hiđro trong nhóm cacboxyl của axit axetic. Giải thích.5. Bằng phản ứng hóa học, hãy chứng minh axit axetic mạnh hơn axit cacbonic, nhưng yếu hơn axit sunfuric.6. Có thể điều chế được bao nhiêu tấn axit axetic từ 100 tấn canxi cacbua (đất đèn)? Biết canxi cacbua có hcứa 4% tạp chất và giả sử các phản ứng xảy ra đều đạt hiệu suất 100%.7*. Tính khối lượng axit axetic chứa trong giấm ăn thu được khi cho lên men 1l rượu etylic 8o. Tính thể tích không khí (đo ở đktc) cần dùng để lên men 100l rượu 8o thành giấm ăn. Biết khối lượng rêng của rượu etylic là 0,8 g/cm3, oxi chiếm 21% thể tích không khí và giả sử phản ứng lên men giấm đạt hiệu suất 100%.8*. Axit fomic có thể cho phản ứng tráng gương với bạc oxit trong dung dịch amoniac và phản ứng khử đồng (II) hidroxit thành kết tủa đỏ gạch Cu2O. Giải thích tại sao? Viết các phương trình phản ứng xảy ra.35BÀI 4 - KHÁI NIỆM VỀ AXIT CACBOXYLIC KHÔNG NO ĐƠN CHỨCI - ĐỊNH NGHĨAAxit cacboxyl không no đơn chức là những hợp chất hữu cơ mà phân tử có 1 nhóm cacboxyl liên kết với gốc hiđrocacbon không no (có liên kết đôi hoặc ba). Tiêu biểu và quan trọng nhất là những axit có 1 liên kết đôi trong phân tử. Thí dụCông thức chung của các axit trong dãy đồng đẳng này là CnH2n-
1COOH (n >= 2)II - TÍNH CHẤT HÓA HỌC
Do có nhóm cacboxyl và gốc hiđrocacbon không no trong phân tử nên các axit acrylic, metacrylic và oleic có đầy đủ tính chất của 1 axit và tính chất của hiđrocacbon không no.1 - Tính axitTương tự các axit cacboxylic no đơn chức, trong dung dịch nước, các axit cacboxyl không no đơn chức cũng điện li thành ion H+ và anion gốc axit. Các axit cacboxylic không no tác dụng với kim loại có tính khử mạnh giải phóng hiđro, tác dụng với bazơ và oxit bazơ tạo thành muối và nước, phản ứng với rượu cho este.2. Phản ứng cộngTương tự hiđrocacbon không no, các axit cacboxyl không no đơn chức có phản ứng cộng với halogen, với axit halogenhidric, với hidro có chất xúc tác. Thí dụ363. Phản ứng trùng hợpTương tự anken, các axit cacboxyl không no đơn chức có liên kết đôi sẵn sàng tham gia phản ứng trùng hợp tạo thành hợp chất cao phân tử. Thí dụ:III - ỨNG DỤNG1. Các sản phẩm trùng hợp axit acrylic và axit metacrylic, đặc biệt các este của chúng, có nhiều ứng dụng trong công nghiệp. Đáng chú ý hơn cả là polymetyl metacrylat. Sản phẩm này được gọi là thủy tinh hữu cơ. Nó rất cứng, không giòn và trong suốt. Polymetyl metacrylat được dùng để chế tạo lăng kính, thấu kính, vật liệu cho kĩ thuật laze, làm răng giả…2. Axit oleic có trong thành phần dầu mỡ động vật, thực vật và được dùng để sản xuất xà phòng.
BÀI TẬP1. So sánh cấu tạo và công thức hóa học của axit acrylic với axit propionic. Viết các phương trình phản ứng minh họa.2. Viết phương trình phản ứng cộng brom vàp axit metacrylic và axit oleic.
3. Viết phương trình phản ứng điều chế a) Axit acrylic từ andehit acrylic CH2 = CH – CH = O nhờ bạc oxit trong dung dịch amoniac.b) Axit oleic từ muối natri oleat.37BÀI 5MỐI LIÊN QUAN GIỮA HIĐROCACBON, RƯỢU, ANDEHIT VÀ AXIT CACBOXYLICTa biết rằng, từ hiđrocacbon có thể điều chế ra dẫn xuất halogen của hiđrocacbon, thủy phân dẫn xuất halogen cho rượu. Sau đó, oxi hóa rượu bậc 1 thành andehit, tiếp tục oxi hóa andehit sẽ thu được axit cacboxylic. Ta có thể trình bày mối liên quan đó bằng sơ đồ tổng quát sau:Ngược lại, andehit cộng hiđro có chất xúc tác lại cho rượu bậc 1, rượu phản ứng với axit halogenhidric cho dẫn xuất halogen:Như vậy, từ chức hữu cơ này chúng ta có thể điều chế ra chức hữu cơ khác qua 1 hay nhiều phản ứng trung gian.BÀI TẬP1. Viết đầy đủ các phương trình phản ứng của các quá trình chuyển hóa sau:a)b)c)382. Tính thể tích khí etilen (đo ở đktc) cần dùng để điều chế được 1 tấn axit axetic. Giả sử rằng hiệu sú6t các phản ứng đều đạt 100%.
BÀI 6 - ESTEEste là sản phẩm của phản ứng este hóa giữa axit hữu cơ hoặc axit vô cơ với rượu.Thí dụ
I - CÔNG THỨC CẤU TẠO VÀ DANH PHÁP1. Công thức cấu tạo Este của axit cacboxylic đơn chức và rượu đơn chức có công thức cấu tạo chung. Gốc R và R1 có thể giống nhau hoặc khác nhau, có thể là gốc hiđrocacbon no hoặc không no. Công thức chung của este giữa axit cacboxylic no đơn chức và rượu no đơn chức là CnH2nO2 (n >= 2)2. Danh phápTên thông thường của este được gọi như sau: tên gốc hiđrocacbon của rượu + tên gốc axit có đuôi at.39Thí dụ: H – COO – CH3 : Metyl fomiatCH3 – COO – CH3 : metyl axetatCH3 – COO – C2H5 : Etyl axetatCH3 – CH2 – COO – C2H5 : Etyl propionatII - TÍNH CHẤT VẬT LÝEste của axit cacboxylic thường là những chất lỏng dễ bay hơi. Este sôi ở nhiệt độ thấp hơn so với các axit cacboxylic tạo nên các este đó, do không có liên kết hiđro giữa các phân tử este. Các este đều nhẹ hơn nước, rất ít tan trong nước. Đặc điểm của este là có mùi thơm dễ chịu, giống mùi quả chín. Thí dụ: Etyl fomiat có mùi quả táo, isoamyl axetat có mùi chuối chín, amyl propionat có mùi dứa chín…III - TÍNH CHẤT HÓA HỌCTính chất hóa học quan trọng nhất của este là phản ứng thủy phân (phản ứng với nước). Quá trình thủy phân được thực hiện trong dung dịch axit hoặc bazơ.Trong dung dịch axit: đun nóng este với nước, có axit vô cơ xúc tác, phản ứng tạo ra axit cacboxylic với rượu. Nhưng cũng trong điều kiện đó. Axit cacboxylic và rượu lại phản ứng với nhau cho este. Thí dụ:Phản ứng theo chiều từ trái sang phải là phản ứng thủy phân este, phản ứng theo chiều từ phải sang trái là phản ứng este hóa. Vậy phản ứng thủy phân este trong dung dịch axit là phản ứng thuận nghịch.
Trong dung dịch bazơ : Đun nóng este trong dung dịch natri hidroxit, phản ứng tạo ra muối của axit cacboxylic và rượu. Thí dụ:40Đây là phản ứng không thuận nghịch, vì không còn axit cacboxylic phản ứng với rượu để tạo lại este. Phản ứng này còn được gọi là phản ứng xà phòng hóa (xem bài 4, chương III).IV - ĐIỀU CHẾCó nhiều phương pháp điều chế este, nhung phương pháp thông dụng nhất là dùng phản ứng este hóa giữa rượu với axit cacboxylic.V - ỨNG DỤNGTrong công nghiệp thực phẩm, một số este có mùi thơm hoa quả, không độc, được dùng để tăng thêm hương vị cho bánh kẹo, nước giải khát… Trong công nghiệp mĩ phẩm, 1 số este có mùi thơm hấp dẫn được pha vào nước hoa, xà phòng thơm, kem bôi da…Nhiều este có khả năng hoà tan tốt nhiều chất hữu cơ nên được dùng để pha sơn. Một số este là nguyên liệu để sản xuất sợi tổng hợp, thủy tinh hữu cơ…BÀI TẬP1. a) Este là gì? Lấy thí dụ minh họab) So sánh công thức cấu tạo của este và axit cacboxylic. Este A và axit B có cùng công thức phân tử C2H4O2. Hãy viết công thức cấu tạo của chúng.2. Cho biết đặc điểm của phản ứng thủy phân este trong môi trường axit và bazơ. Giải thích các đặc điểm đó.3. Viết các phương trình phản ứng điều chế a) Metyl fomiat từ metan và các chất vô cơ cần thiết.b) Etyl axetat từ etilen và các chất vô cơ cần thiết.4. a) Viết phương trình phản ứng điều chế metacrylat từ axit metacrylic và rượu metylic.b) Trùng hợp este trên sẽ thu được thủy tinh hữu cơ (plecxiglas) nhẹ, rất bền và trong suốt. Viết phương trình phản ứng trùng hợp.41
CHƯƠNG III - GLIXERIN – LIPITBÀI 1 - KHÁI NIỆM VỀ HỢP CHẤT HỮU CƠ CÓ NHIỀU NHÓM CHỨCNhững hợp chất hữu cơ trong phân tử có từ 2 nhóm chức trở lên là những hợp chất có nhiều nhóm chức. Nếu hợp chất trong phân tử có 2 hay nhiều nhóm chức giống nhau, ta gọi là hợp chất đa chức. Thí dụ:HOCH2 – CHOH – CH2OH : GlixerinHOOC – (CH2)4 – COOH : Axit ađipicH2N – (CH2)6 – NH2 : Hexametylendiamin.Những hợp chất trong phân tử có 2 hay nhiều nhóm chức không giống nhau được gọi là hợp chất tạp chức. Thí dụ:H2N – CH2 – COOH : Axit aminoaxeticHOCH2 – (CHOH)4 – CH = O : Glucozơ
BÀI 2 - GLIXERIN I - CÔNG THỨC CẤU TẠOGlixerin là rượu đa chức, có công thức phân tử C3H8O3 và công thức cấu tạo hoặc viết thu gọn là HOCH2 – CHOH – CH2OH. Từ khái niệm về rượu đơn chức và rượu đa chức ta có định nghĩa về rượu : Rượu là những hợp chất hữu cơ mà phân tử có 1 hay nhiều nhóm hiđroxyl liên kết với gốc hiđrocacbon.42II - TÍNH CHẤT VẬT LÝGlixerin là chất lỏng sánh, không màu, có vị ngọt, tan nhiều trong nước.III - TÍNH CHẤT HÓA HỌC1. Phản ứng với NatriTương tự rượu no đơn chức, glixerin phản ứng với natri giải phóng hiđro 2. Phản ứng với axit (phản ứng este hóa)
Tương tự rượu no đơn chức, glixerin phản ứng được với nhiều axit vô cơ và hữu cơ cho este.Thí dụ:433. Phản ứng với đồng (II) hiđroxitKhác với rượu no đơn chức, glixerin phản ứng được với đồng (II) hiđroxit cho dung dịch đồng (II) glixerat màu xanh lam, trong suốt. Phản ứng xảy ra rất dễ dàng, cho màu xanh đặc trưng nên dùng để nhận biết glixerin nói riêng hoặc rượu đa chức nói chung.IV - ĐIỀU CHẾTrong công nghiệp, glixerin được điều chế bằng cách đun nóng dầu thực vật hoặc mỡ động vật với dung dịch kiềm:Hiện nay, glixerin còn được tổng hợp từ propilen lấy từ khí crackinh dầu mỏ44Trong công nghiệp glixerin được tổng hợp từ propilen qua các giai đoạn sauV - ỨNG DỤNGỨng dụng quan trọng nhất của glixerin là để điều chế thuốc nổ glixerin trinitrat.Glixerin còn được dùng nhiều trong công nghiệp dệt, thuộc da do có khả năng giữ nước làm mềm da, vải….Cho thêm glixerin vào mực in, mực viết, kem đánh răng…sẽ giúp cho các vật phẩm đó chậm bị khô.BÀI TẬP1. Hợp chất đa chức, hợp chất tạp chức là gì? Lấy vị dụ minh họa. Những chất sau thuộc loại hợp chất đa chức hay tạp chức: HOCH2 – CHOH - CH = O , HOCH2 - CH2OH2. Cho biết tính chất vật lí, tính chất hóa học và ứng dụng của glixerin.
3. Cho biết sự giống nhau và khác nhau cơ bản về cấu tạo và tính chất hóa học giữa glixerin và rượu n - propylic. Viết phương trình phản ứng minh họa.4*. Khi cho bay hơi hoàn toàn 2,3 gam 1 rượu no đa chức ở điều kiện nhiệt độ và áp suất thích hợp đã thu được 1 thể tích hơi bằng thể tích của 0,8 gam O2 trong cùng điều kiện. Cho 4,6 gam rượu đa chức trên tác dụng hết với Na (lấy dư) đã thu được 1,68 lít khí H2 (đo ở đktc). Tính khối lượng phân tử và viết công thức cấu tạo của rượu đa chức nêu trên.5. Bằng phản ứng hóa học hãy phân biệt các chất sau: rượu n - propylic, andehit propionic và glixerin.45BÀI 3 - LIPIT (CHẤT BÉO)I - TRẠNG THÁI THIÊN NHIÊNLipit còn gọi là chất béo (tức dầu, mỡ động vật, thực vật) là 1 trong những thành phần cơ bản của cơ thể động vật, thực vật. Ở động vật, lipit tập trung nhiều nhất trong mô mỡ. Ở thực vật, lipit tập trung nhiều trong hạt, quả.II - CÔNG THỨC CẤU TẠOKhi thủy phân lipit (chất béo) người ta đã thu được glixerin và cá axit cacboxylic (còn gọi là axit béo). Mặt khác, khi đun nóng glixerin với các axit béo, lại thu được lipit. Vậy, lipit (chất béo) là este của glixerin với các axit béo. Công thức cấu tạo phân tử của lipit có thể viết: Trong phân tử lipit, gốc rượu phải là glixerin, gốc axit béo có thể khác nhau. Các axit béo là axit no hoặc không no. Các axit beó no thường gặp là:CH3 - (CH2)14 - COOH : Axit panmiticCH3 - (CH2)16 - COOH : Axit stearicCác axit béo không no thường gặp là:CH3 - (CH2)7 - CH = CH - (CH2)7 - COOH : Axit oleicCH3 - (CH2)4 - CH = CH - CH2 - CH = CH -(CH2)7 - COOH : Axit linoleic
46III - TÍNH CHẤT VẬT LÍỞ nhiệt độ phòng, lipit động vật (mỡ), thường ở trạng thái rắn (mỡ bò, mỡ cừu…). Lipit loại này chứa chủ yếu các gốc axit béo no. Một số ít lipit động vật ở trạng thái lỏng (dầu cá), do thành phần gốc axit béo không no tăng lên. Lipit thực vật (dầu thực vật) hầu hết ở trạng thái lỏng (dầu lạc, dầu dừa…), do chứa chủ yếu gốc axit beó không no. Các lipit đều nhẹ hơn nước, không tan trong nước, nhưng tan nhiều trong các chất hữu cơ như benzen, xăng, clorofom…IV - TÍNH CHẤT HÓA HỌC1. Phản ứng thủy phân và phản ứng xà phòng hóaTương tự các este khác, tính chất hóa học quan trọng nhất của lipit là phản ứng thủy phân. Có thể đun nóng lipit với nước có axit xúc tác, hoặc đun nóng lipit với nước trong nồi kín ở áp suất cao (25 at) và nhiệt độ cao (220oC)Phản ứng trên có đặc điểm thuận nghịch. Nếu đun nóng chất béo với dung dịch kiềm sẽ thu được glixerin và hỗn hợp muối natri của các axit béo (gọi là xà phòng). Phản ứng xảy ra nhanh hơn và 1 chiều:472. Phản ứng cộng hiđro (hiđro hóa lipit lỏng)Đun nóng hỗn hợp lipit lỏng, có bột Ni xúc tác, trong nồi kín và dẫn vào đó dòng khí hiđro có ap1 suất cao sẽ xảy ra phản ứng cộng hiđro vào gốc axit béo không no. Thí dụKết quả là sau phản ứng thu được lipit ở trạng thái rắn. Phương pháp này được dùng trong công nghiệp để biến 1 số dầu thành mỡ rắn, hoặc bơ nhân tạo có giá trị sử dụng cao hơn.V - SỰ CHUYỂN HÓA LIPIT TRONG CƠ THỂChất béo là 1 trong những thành phần cơ bản trong thức ăn của người và nó giữ 1 vai trò quan trọng trong qua 1trình dinh dưỡng. Khi bị oxi hóa chậm trong cơ thể, chất beó cung cấp nhiều năng lượng hơn chất đạm (protit) và chất bột (gluxit): 1 gam chất béo cho khoảng 38,87 kJ, trong khi đó 1 gam chất đạm cho khoảng 23,41 kJ, còn 1 gam chất bột cho khoảng 17,56 kJ.
48Vì chất béo không tan trong nước, nên chúng không thể trực tiếp thấm qua mao trạng ruột để đi vào cơ thể. Nhờ có men dịch tụy và dịch tràng, chất béo bị thủy phân thành glixerin và ait béo. Glixerin được hấp thu trực tiếp, còn axit béo khi tác dụng với mật biến thành dạng tan và cũng được hấp thu qua mao trạng ruột vào thành ruột. Ở đó glixerin và ait béo lại kết hợp với nhau. Chất beó mới được tổng hợp đi vào máu và chuyển vào mô mỡ. Từ các mô này, chất béo lại có thể đi tới các mô và cơ quan khác. Ở đây các chất beó bị thủy phân và bị oxi hoá chậm thành khí cacbonic và hơi nước, đồng thời giải phóng năng lượng cung cấp cho sự hoạt động của cơ thể.Khi ăn nhiều chât1 béo, hoặc khi chất beó trong cơ thể không được oxi hóa hết thì lượng còn dư được tích lại thành những mô mỡ.Ghi chú: Dầu thực vật chứa nhiều axit béo không no. các axit beó này được cơ thể hấp thụ dễ dàng, không gây ra hiện tượng xơ cứng động mạch. Dầu thực vật còn chứa 1 số sinh tố cần thiết cho cơ thể người. Thí dụ: dầu cọ chứa sinh tố A; dâù ngô, dâù cám chứa sinh tố E; dầu phôi ngô chứa sinh tố K.
BÀI 4KHÁI NIỆM VỀ XÀ PHÒNG VÀ CHẤT TẨY RỬA TỔNG HỢPI - KHÁI NIỆM VỀ XÀ PHÒNGKhi đun nóng chất béo với dung dịch natri hiđroxit (hoặc kẽm hiđroxit) ta thu được glixerin và muối natri (hoặc kali) của các axit béo ( xem mục bài 3, chương III). Hỗn hợp muối natri (hoặc kali) của các axit béo được gọi là xà phòng. Thành phần chủ yếu của xà phòng là muối natri của axit panmitic C15H31COONa và muối natri của axit stearic C17H35COONa. 49II - KHÁI NIỆM VỀ CHẤT TẨY RỬA TỔNG HỢPHiện nay ngoài phương pháp thủy phân dầu mỡ động vật để sản xuất xà phòng, người ta còn tổng hợp được nhiều hợp chất không phải là muối natri của axit cacboxylic, nhưng có tác dụng tẩy rửa như xà
phòng. Những hợp chất đó được gọi là các chất tẩy rửa tổng hợp (còn gọi là bột giặt tổng hợp hay xà phòng bột)Thí dụ: muối natri của axit đođexylbenzensunfonic C12H25 - C6H4 - SO3Na. Axit đođexybenzensunfonic C12H25 - C6H4 - SO3H được tổng hợp từ các sản phẩm dầu mỏ, sau đó cho axit này phản ứng với Na2CO3 ta được muối natri của nó.III - TÁC DỤNG TẨY RỬA CỦA XÀ PHÒNG VÀ CỦA CHẤT TẨY RỬA TỔNG HỢPXà phòng và chất tẩy rửa tổng hợp có tính chất hoạt động bề mặt cao. Chúng có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt của các vết bẩn dầu mỡ bám trên da, vải…do đó vết bẩn dầu mỡ được phân chia thành nhiều phần nhỏ hơn và được phân tán vào nước. Người ta đã sử dụng khả năng đó của xà phòng và chất tẩy rửa tổng hợp vào mục đích giặt rửa. Không nên dùng xà phòng để giặt rửa trong nước cứng (nước có chứa các ion Ca2+, Mg2+…) vì phần lớn xà phòng xẽ mất tác dụng do kết tủa dưới dạng muối panmitat hoặc stearat canxi và magie. Ưu điểm của bột giặt tổng hợp là có thể giặt rửa ngay cả trong nước cứng.Nấu xà phòngMuốn điều chế xà phòng, người ta đun nóng chất beó với dung dịch kiềm trong thùng lớn. Hỗn hợp các muối natri (xà phòng) sinh ra ở trạng thái keo. Muốn tách xà phòng ra khỏi hỗn hợp nước và glixerin, phải cho thêm muối ăn vào dung dịch.50Xà phòng natri rất ít tan trong nước muối, vì vậy chúng sẽ nổi lên thành 1 lớp đông đặc ở phía trên. Sau đó đem tháo riêng ra, để nguội, ép cho rắn và cắt thành bánh. Có thể hco thêm chất màu (không độc) hoặc chất thơm trước khi ép hoặc đóng thành bánh.Trong nhà máy điều chế xà phòng còn có công đoạn tách và tinh chế glixerin. Sau khi tách xà phòng dung dịch còn lại có chứa glixerin, muối ăn và các tạp chất khác. Có thể xử lí bằng phương pháp hóa học trước để làm kết tủa tạp chất, lọc rồi đem chưng cất dưới áp suất thấp. Khi dung dịch đã đậm đặc, dùng máy li tâm để thu hồi muối ăn, tiếp tục cất phân đoạn để thu lấy glixerin.Ghi chú.
Nhà máy xà phòng Hà Nội dùng phương pháp thủy phân dầu mỡ động thực vật để sản xuất xà phòng và glixerin theo các quá trình nêu trên. Vì dầu mỡ động thực vật có giá trị dinh dưỡng cao, được dùng làm thực phẩm cho người nên người ta đã tìm cách điều chế các axit béo cao phục vụ cho việc sản xuất xà phòng. Các axit béo đó được điều chế bằng cách oxi hóa hiđrocacbon no trong thành phần parafin của dầu mỏ.Quá trình oxi hóa được tiến hành bằng cách cho không khí đi qua tháp có chứa hỗn hợp hiđrocacbon no, ở nhiệt độ khoảng 120oC có mặt muối mangan làm chất xúc tác. Mạch cacbon của các phân tử hiđrocacbon no bị bẻ gãy như quá trình crackinh, nhưng ở đây ta thu được sản phẩm là các axit beó. Thí dụ:Cho axit beó tác dụng với natri hidroxit ta thu được xà phòng. Dầu mỏ Việt Nam chứa nhiều parafin. Khi xây dựng được nhà máy liên hợp hóa dầu, bên cạnh những ngành công nghiệp khác, chúng ta có khả năng phát triển công nghiệp xà phòng theo hướng tạo ra axit beó hoặc theo hướng sản xuất ra chất tẩy rửa tổng hợp.BÀI TẬP1. a) Lipit (chất béo) là gì? Cho biết sự khác nhau về đặc điểm cấu tạo giữa dầu mỡ động, thực vật với dầu để bôi trơn máy.b) Cho biết tại sao dâù thực vật thường ở trạng thái lỏng, còn đa số mỡ động vật ở trạng thái rắn.512. Trình bày tính chất hóa học của lipit. Viết các phương trình phản ứng 3. Xà phòng là gì? Tại sao người ta dùng xà phòng để giặt rửa? Tại sao không nên dùng xà phòng để giặt rửa trong nước cứng?4. Một loại mỡ chứa 50% olein (tức glixerin trioleat), 30% panmitin (tức glixerin tripanmitat) và 20% stearin (tức glixerin tristearat). Viết phương trình phản ứng điều chế xà phòng natri từ loại mỡ nêu trên. Tính khối lượng xà phòng và khối lượng glixerin thu được từ 100kg loại mỡ đó. Giả sử phản ứng xảy ra hoàn toàn.
CHƯƠNG IV - GLUXIT
Gluxit là những hợp chất hữu cơ tạp chức, có chứa nhiều nhóm hiđroxyl (-OH) và có nhóm cacbonyl (C = O) trong phân tử. Gluxit bao gồm nhiều loại khác nhau, quan trọng nhất là các loại sau đây:- Monosaccarit là laọi gluxit đơn giản nhất, chất tiêu biểu quan trọng là glucozơ - Disaccarit là laọi gluxit có cấu tạo phức tạp hơn, khi thủy phân cho 2 phân tử monosaccarit. Chất tiêu biểu quan trọng của loại này là saccarozơ.- Polysaccarit là loại gluxit có cấu tạo rất phức tạp, khối lượng phân tử rất lớn, khi thủy phân cho rất nhiều phân tử monosaccarit . Các chất tiêu biểu quan trọng là tinh bột và xenlulozơ. Ta lần lượt khảo sát các chất tiêu biểu và quan trọng đó.52BÀI 1 - GLUCOZƠ I - TRẠNG THÁI THIÊN NHIÊNGlucozơ có trong hầu hết các bộ phận của cơ thể thực vật: quả, hoa, rễ, thân, lá và nhiều nhất trong quả chín (đặc biệt trong quả nho chín). Trong mật ong có trên 30% glucozơ. Trong máu người luôn chứa 1 tỉ lệ glucozơ không đổi là 0,1%.II - TÍNH CHẤT VẬT LÝGlucozơ là chất rắn, không màu, nóng chảy ở 146oC, tan nhiều trong nước và có vị ngọt (*).Độ ngọt kém đường mía (bằng khoảng 0,6 lần độ ngọt của đường mía).III - CÔNG THỨC CẤU TẠOGlucozơ có công thức phân tử C6H12O6. Các kết quả thực nghiệm cho thấy phân tử glucozơ có 5 nhóm hiđroxyl, 1 nhóm chức andehit và có mạch cacbon không phân nhánh. Vậy glucozơ có công thức cấu tạo: HOCH2 - CHOH - CHOH - CHOH - CHOH - CH = O hoặc viết thu gọn là HOCH2 - (CHOH)4 - CH = O. Glucozơ là hợp chất tạp chức, nó có cấu tạo của rượu đa chức và andehit đơn chức (**)53
Ghi chú. Phân tử glucozơ tồn tại ở cả 2 dạng mạch hở và dạng mạch vòng 6 cạnh. Công thức cấu tạo mạch vòng của glucozơ được biểu thị bằng 1 hình 6 cạnh nằm trên 1 mặt phẳng (những cạnh ở gần phía mắt ta được viết bằng những nét đậm)Sự chuyển hóa lẫn nhau giữa các dạng cấu tạo của glucozơ sẽ diễn ra trong dung dịch cho đến khi thiết lập được cân bằng.(*) Glucozơ xuất phát từ tiếng Hi Lạp “Glukus” nghĩa là ngọt(**) Mạch cacbon của phân tử glucozơ được đánh số bắt đầu từ nguyên tử cacbon của nhóm chức andehit.54IV - TÍNH CHẤT HÓA HỌCGlucozơ có đầy đủ tính chất hóa học của rượu đa chức và andehit đơn chức.1. Tính chất rượu đa chứca) Glucozơ phản ứng với Cu(OH)2 ở nhiệt độ phòng cho dung dịch màu xanh lamb) Glucozơ có thể tạo ra este chứa 5 gốc axit trong phân tử. Thí dụ: este chứa 5 gốc axit axetic C6H7O (O - CO - CH3)5.2. Tính chất andehit a) Glucozơ bị oxi hóa bởi Ag2O trong dung dịch amoniac cho bạc kim loại (phản ứng tráng gương) *hoặc bị oxi hóa bởi Cu(OH)2 khi đun nóng cho Cu2O kết tủa màu đỏ gạch.Hai phản ứng này xảy ra dễ dàng nên được dùng để nhận biết glucozơ.b) Glucozơ bị khử bởi hidro cho rượu đa chức :3. Phản ứng lên men rượu :nhờ xúc tác men , dung dịch glucozơ lên men và chuyển thành rượu etylic* Xem phản ứng tráng gương (Chương II, bài 1)55
V - ỨNG DỤNG VÀ ĐIỀU CHẾ :Glucozơ là thức ăn có giá trị cho người. Trong y học, dùng làm thuốc tăng lực (huyết thanh glucozơ) cho người bệnh, vì glucozơ dễ được tiêu hóa và cung cấp nhiều năng lượng cho cơ thể. Glucozơ là nguyên liệu tổng hợp vitamin C.Trong công nghiệp, glucozơ được dùng để tráng gương, tráng ruột phích (bình thủy)Glucozơ được điều chế bằng cách thủy phân tinh bột nhờ axit vô cơ xúc tác.Ghi chú : chúng ta đã có một số nhà máy sản xuất glucozơ từ tinh bột sắn để phục vụ cho y học và công nghiệp bánh kẹo.VI - ĐỒNG PHÂN CỦA GLUCOZƠ : FRUCTOZƠ Fructozơ có công thức phân tử C6H12O6 và công thức cấu tạo:Fructozơ thường có trong quả chín ngọt, mật ong (mật ong có gần 40% fructozơ). Fructozơ ngọt hơn đường mía (ngọt gấp khoảng 1,5 lần đường mía). Fructozơ cũng có tính chất của rượu đa chức như glucozơ.Ghi chú : Mạch cacbon của phân tử fructozơ được đánh số bắt đầu từ phía gần nhóm cacbonyl:Phân tử fructozơ còn tồn tại ở dạng mạch vòng năm cạnh :Trong dung dịch các dạng mạch vòng và mạch hở chuyển hóa lẫn nhau.56BÀI TẬP1. a) Gluxit là gì? b) Bằng những phản ứng hóa học nào có thể chứng minh những đặc điểm cấu tạo sau của glucozơ:Có nhiều nhóm hiđroxylTrong phân tử có 5 nhóm hiđroxylCó nhóm chức andehit2. Trình bày tính chất vật lý , hóa học của glucozơ.Viết các phương trình phản ứng hóa học .
3. Bằng phản ứng hóa học hãy phân biệt các dung dịch trong từng cặp sau :a) glucozơ và glixerinb) glucozơ và andehit axetic.4. So sánh cấu tạo phân tử và tính chất hóa học của glucozơ và fructozơ.5. Đun nóng dung dịch chứa 27 gam glucozơ với bạc oxit trong dung dịch amoniac, thấy bạc kim loại tách ra. Tính khối lượng bạc kim loại thu được và khối lượng bạc nitrat cần dùng.Giả sử các phản ứng xảy ra hoàn toàn.6. Cho glucozơ lên men thành rượu etylic .Dẫn khí cacbonic sinh ra vào nước vôi trong có dư, thu được 50 gam kết tủa.Tính khối lượng rượu thu được. Tính khối lượng glucozơ đã cho lên men , biết hiệu suất quá trình lên men đạt 80%.57BÀI 2 - SACCAROZƠI - TRẠNG THÁI TỰ NHIÊNSaccarozơ là loại đường phổ biến nhất, có trong nhiều loại thực vật. Saccarozơ có nhiều nhất trong cây mía, củ cải đường, cây thốt nốt (*)II - TÍNH CHẤT VẬT LÝSaccarozơ là chất rắn, không màu, không mùi, có vị ngọt, nóng chảy ở nhiệt độ 184 - 1850C. Saccarozơ ít tan trong rượu , tan tốt trong nước, nước càng nóng độ tan của saccarozơ càng tăng (**)III - TÍNH CHẤT HÓA HỌCPhân tử saccarozơ C12H22O11 được cấu tạo bởi một gốc glucozơ vàmột gốc fructozơ. Đặc điểm cấu tạo phân tử saccarozơ là không có nhóm chức andehit - CH = O , nhưng có nhiều nhóm hidroxyl. Vì vậy saccarozơ không cho phản ứng tráng gương, nhưng có tính chất của rượu đa chức như glucozơ. Tính chất hóa học quan trọng nhất của saccarozơ là phản ứng thủy phân.(*) Lượng saccarozơ trong nước mía ép có khoảng 20%, trong củ cải đường khoảng 10 - 20%.
(**) Ở 00C, 100 ml nước hòa tan được 179g saccarozơ. Ở 1000C, 100ml nước hòa tan tới 487g saccarozơ. 581. Phản ứng thủy phânĐun nóng dung dịch saccarozơ có axit vô cơ xúc tác ta đu7ọc dung dịch chứa glucozơ và fructozơ.(*)2. Phản ứng với đồng (II) hidroxitTương tự glucozơ, ở nhiệt độ phòng, dung dịch saccarozơ phản ứng với Cu(OH)2 cho dung dịch màu xanh lam.IV - ỨNG DỤNGSaccarozơ (đường mía, đường củ cải…) là nguyên liệu quan trọng trong công nghiệp thực phẩm (bánh kẹo, đồ hộp…) và là thức ăn cần thiết hàng ngày cho người.Trong công nghiệp dược phẩm, saccarozơ được dùng để pha chế một số thuốc dạng bột hoặc lỏng.(*) Trong cơ thể người, saccarozơ bị thủy phân thành glucozơ và fructozơ nhờ xúc tác men có trong ruột non.59V - SẢN XUẤT ĐƯỜNG SACCAROZƠ TỪ MÍAViệt Nam và các nước nhiệt đới sản xuất đường saccarozơ từ mía. Phương pháp tương đối hiện đại để sản xuất đường từ mía gồm các giai đoạn chính sau:1. Mía được nghiền và ép, đồng thời phun nước vào để chiết lấy đường.2. Nước mía được đun nóng với một ít vôi tôi (khoảng vài phần nghìn) ở nhiệt độ khoảng 600C để vôi làm kết tủa các axit hữu cơ và protit có lẫn trong nước mía, sau đó tách bỏ kết tủa.3. Tẩy màu nước đường bằng khí sunfurơ (có thể dùng natrihidrosunfit).4. Đun nóng nước đường ở nhiệt độ khoảng 1000C để kết tủa hoàn toàn các tạp chất. Lọc bỏ toàn bộ kết tủa để thu lấy nước đường sạch và trong.
5. Cô đặc dung dịch nước đường ở áp suất thấp để tăng nồng độ đường. Làm lạnh, dùng máy li tâm để tách lấy đường kết tinh.Phần nước đường không kết tinh do còn lẫn tạp chất được gọi là rỉ đường, dùng để sản xuất rượu etylic. Ghi chú. Nước ta có nhiều vùng trồng mía rất tốt. Ở miền Bắc, mía được trồng nhiều ở các tỉnh dọc song Hồng, sông Đáy, sông Mã và sông Lam. Ở miền Nam, mía được trồng nhiều ở Quảng Nam, Quảng Ngãi, Phú Yên, Khánh Hòa, Tây Ninh…Chúng ta có 1 số nhà máy đường tương đối hiện đại sản xuất đường từ mía như nhà máy đường Việt Trì (Phú Thọ), Sông Lam (Nghệ An), Lam Sơn (Thanh Hóa) và 1 số nhà máy đường ở Quảng Ngãi, Phú Yên, Đồng Nai, Bình Dương, Đồng Tháp…60VI - ĐỒNG PHÂN CỦA SACCAROZƠ : MANTOZƠ Mantozơ (đường mạch nha) là đồng phân của saccarozơ. Mantozơ có công thức phân tử C12H22O11, do 2 gốc glucozơ kết hợp với nhau. Khi thủy phân mantozơ nhờ axit vô cơ xúc tác (hoặc bằng men) sẽ thu được glucozơ Khác với saccarozơ, mantozơ có phản ứng tráng gương và phản ứng khử đồng (II) hiđroxit. Mantozơ được điều chế bằng cách thủy phân tinh bột nhờ men amylaza (có trong mầm lúa) xúc tác.Ghi chú. Phân tử mantozơ được cấu tạo bởi 2 gốc a - glucozơ ở dạng mạch vòng. 2 gốc này liên kết với nhau ở nguyên tử C1 của gốc glucozơ thứ 1 với nguyên tử C4 của gốc glucozơ thứ 2 qua 1 nguyên tử oxi.Trong dung dịch, gốc glucozơ thứ hai của phân tử mantozơ có khả năng mở vòng, tạo ra nhóm chức - CH = O ở nguyên tử C1. Do vậy mantozơ có phản ứng tráng gương và phản ứng khử Cu(OH)2.
BÀI TẬP1. Nêu tính chất vật lí và hóa học của saccarozơ 2. Dung dịch saccarozơ không cho phản ứng tráng gương. Đun nóng dung dịch đó với vài giọt axit vô cơ rồi trung hòa axit bằng kiềm thì
dung dịch thu được lại có phản ứng tráng gương. Hãy giải thích quá trình thí nghiệm và viết các phương trình phản ứng.3. bằng phương pháp hóa học hãy phân biệt các chất trong từng cặp sau:a) Glucozơ và saccarozơb) Saccarozơ và glixerinc) Saccarozơ và mantozơ 61BÀI 3 - TINH BỘTI - TRẠNG THÁI THIÊN NHIÊNTinh bột có tất nhiều trong các loại hạt như gạo, mì, ngô, kê…trong các loại củ như khoai tây, khoai lang, khoai sọ, sắn…và trong các loại quả như chuối xanh, táo v.v…Gạo chứa nhiều tinh bột nhất, khoảng 80%, mì chứa khoảng 70%, khoai và các loại củ khác chứa ít tinh bột hơn.II - TÍNH CHẤT VẬT LÍTinh bột là chất bột vô định hình, màu trắng, không tan trong nước lạnh. Khi đun sôi, chỉ 1 phần nhỏ tinh bột tan vào nước, còn phần chủ yếu tinh bột bị phồng lên tạo thành dung dịch keo gọi là hồ tinh bột.III - CẤU TẠO PHÂN TỬ TINH BỘTKhối lượng phân tử tinh bột rất lớn, tới hàng trăm nghìn, hoặc hàng triệu đơn vị cacbon. Khi thủy phân tinh bột ta được sản phẩm cuối cùng là glucozơ. Từ đó, có thể kết luận rằng, phân tử tinh bột gồm nhiều gốc glucozơ (C6H10O5) liên kết với nhau và có công thức phân tử (C6H10O5)n.Tinh bột là hỗn hợp của 2 thành phần: amilozơ và amilopectin. Amilozơ có mạch phân tử không phân nhánh (hình 9) và khối lượng phân tử khoảng 200000 đ.v.C. Amilopectin có mạch phân tử phân nhánh và khối lượng phân tử khoảng 1 triệu đ.v.C.62
Ghi chú. Phân tử amilozơ được cấu tạo bởi các gốc a - glucozơ . Các gốc a - glucozơ liên kết với nhau ở nguyên tử C1 của gốc này với nguyên tử C4 của gốc kia qua 1 nguyên tử oxiPhân tử amilopectin được cấu tạo bởi 1 số phân tử amilozơ. Các phân tử amilozơ liên kết với nhau ở nguyên tử C1 và nguyên tử C6 qua 1 nguyên tử oxi63IV - TÍNH CHẤT HÓA HỌCTinh bột không cho phản ứng tráng gương. Tinh bột có phản ứng thủy phân và phản ứng màu với iot.1. Phản ứng thủy phânĐun nóng tinh bột trong dung dịch axit vô cơ loãng sẽ thu được dung dịch glucozơ (*)2. Phản ứng màu với iotDung dịch iot tác dụng với hồ tinh bột cho màu xanh lam đặc trưng. Đun nóng, màu xanh biến mất, để nguội lại hiện ra. Phản ứng này xảy ra dễ dàng nên ta dùng dung dịch iot để nhận ra tinh bột, hoặc ngược lại, dùng hồ tinh bột để nhận biết iot.V - SỰ CHUYỂN HÓA TINH BỘT TRONG CƠ THỂKhi đi qua miệng, tinh bột bị thủy phân nhờ men (**) có trong nước bọt. Sự thủy phân tiếp tục xảy ra nhờ men (***) có trong ruột, cho sản phẩm cuối cùng là glucozơ. Glucozơ được hấp thu trực tiếp vào máu qua mao trạng ruột rồi theo máu về gan. Từ gan, glucozơ được phân phối đi tới các mô trong cơ thể. tại các tế baò và mô, glucozơ được oxi hóa chậm biến thành khí cacbonic và hơi nước đồng thời giải phóng năng lượng cho cơ thể hoạt động:Phần glucozơ còn dư ở trong gan được tổng hợp lại thành 1 loại gluxit có khối lượng phân tử lớn gọi là glicogen (hay còn gọi là tinh bột động vật). Glcogen được dự trữ trong gan, khi cần lại thủy phân thành glucozơ và chuyển tới các mô trong cơ thể.(*) Trong cơ thể người và động vật, tinh bột được thủy phân thành glucozơ nhờ 1 số men.(**) Men amilaza
(***)Men mantaza64VI - SỰ TẠO THÀNH TINH BỘT TRONG CÂY XANHTinh bột được tạo thành trong cây xanh từ khí cacbonic, nước và năng lượng ánh sáng Mặt Trời. Phương trình phản ứng tổng quátKhí cacbonic được lá xanh hút từ không khí, nước do rễ cây hút từ đất, năng lượngánh sáng Mặt Trời do chất diệp lục (chất clorophin) trong lá xanh hấp thụ. Quá trình tạo thành tinh bột có sự tham gia của ánh sáng mặt trời nên gọi là quá trình quang hợp. Quá trìng quang hợp giải phóng ra oxi và còn tạo thành 1 vài hợc chất hữu cơ khác, thí dụ protit…
BÀI TẬP1. Cho biết những đặc điểm cấu tạo về tinh bột 2. Trình bày các tính chất vật lí và hóa học của tinh bột 3. Viết các phương trình phản ứng thực hiện quá trình chuyển hóa sau:Gọi tên các phản ứng (1), (2), (3). Tính thể tích khí cacbonic sinh ra (đo ở đktc) khi thu được 230 gam rượu etylic, giả sử phản ứng (3) xảy ra hoàn toàn.4. Miếng chuối còn xanh tác dụng với dung dịch iot cho màu xanh lam. Nước ép quả chuối chín cho phản ứng tráng gương. Hãy giải thích 2 hiện tượng nêu trên.
BÀI 4 - XENLULOZƠ I - TRẠNG THÁI THIÊN NHIÊNXenlulozơ là thành phần chính tạo nên lớp màng tế bào thực vật, giúp cho các mô thực vật có độ bền cơ học và tính đàn hồi. Xenlulozơ có nhiều trong bông (khoảng 98% xenlulozơ) trong các loại sợi đay, gai, tre, nứa…trong gỗ có khoảng 40 - 50% xenlulozơ.65II - TÍNH CHẤT VẬT LÍ
Xenlulozơ là chất rắn, có dạng sợi, màu trắng, không mùi. Xenlulozơ không tan trong nước và các chất hữu cơ như ete, rượu, benzen…nhưng tan trong nước Svayde (dung dịch amoniac chứa đồng (II) hiđroxit).III - CẤU TẠO PHÂN TỬ XENLULOZƠ Tương tự tinh bột, phân tử xenlulozơ cũng gồm nhiều gốc glucozơ kết hợp với nhau và có công thức phân tử (C6H10O5)n. Khác với tinh bột, phân tử xenlulozơ có cấu tạo mạch không phân nhánh và khối lượng phân tử rất lớn, khoảng 1700000 - 2400000 đ.v.C (đối với xenlulozơ của bông). Qua nghiên cứu phản ứng este hóa xenlulozơ người ta thấy mỗi gốc glucozơ (C6H10O5) có 3 nhóm hiđroxyl. vậy có thể viết công thức phân tử xenlulozơ như sau:Ghi chú. Phân tử xenlulozơ được cấu tạo bởi các gốc b - glucozơ. Các gốc b - glucozơ liên kết với nhau ở nguyên tử C1 của gốc này với nguyên tử C4 của gốc kia qua 1 nguyên tử oxiIV - TÍNH CHẤT HÓA HỌCXenlulozơ không cho phản ứng tráng gương. Nó chỉ tham gia các phản ứng sau:661. Phản ứng thủy phân Tương tự tinh bột, khi đun nóng xenlulozơ (nhúm bông hoặc giấy lọc) trong dung dịch axit vô cơ loãng, sẽ thu được dung dịch glucozơ :2. Phản ứng với axit nitric (phản ứng este hóa)Đun nóng xenlulozơ (nhúm bông) với hỗn hợp axit nitric đặc và axit sunfuric đặc, thu được xenlulozơ trinitratXenlulozơ trinitrat rất dễ cháy và nổ rất mạnh, không có khói, nên được dùng làm thuốc sứng không khói.V - ỨNG DỤNG1. Thường sử dụng trực tiếp các nguyên liệu có chứa xenlulozơ. Thí dụ: Bông, đay, gai…để keó sợi dệt vải, bện thừng. Gỗ, tre, nứa để xây dựng nhà cửa, làm đồ gỗ, hoặc chế biến thành giấy.2. Ngoài ra, xenlulozơ còn để sản xuất rượu etylic (xem chương I), sản xuất tơ nhân tạo:
a) Tơ visco: cho xenlulozơ (từ gỗ) tác dụng với dung dịch natri hiđroxit và 1 số hoá chất khác, thu được dung dịch rất nhớt gọi là visco. Khi bơm dung dịch nhớt qua ống có nhiều lỗ nhỏ ngâm trong axit sunfuric loãng (hình 10), dung dịch nhớt (ở dạng tia) bị thủy phân tạo thành những sợi dài và mảnh. Những sợi mới này có bản chất cấu tạo gần giống xenlulozơ, nhưng đẹp, óng mượt như tơ và được gọi là tơ visco.b) Tơ axetat: tơ axetat được chế biến từ 2 este của xenlulozơ . Hai este này còn được dùng để chế tạo phim không cháy.67Ghi chú. Rừng nước ta chiếm 1 diện tích khá rộng (khoảng 1/3 diện tích phần đất liền). Do điều kiện khí hậu nhiệt đới ẩm, thuận lợi cho sự phát triển của thực vật nên rừng nước ta có nhiều loại gỗ quý, nhiều loại tre, nứa…Đó là nguồn tài nguyên phong phú phục vụ cho nhu câù trong nước và xuất khẩu. Gỗ, tre, nứa còn là nguyên liệu quan trọng trong công nghiệp sản xuất giấy. Hiện nay chúng ta có nhà máy giấy Bãi Bằng thuộc loại tương đối hiện đại do Thụy Điển giúp ta xây dựng.BÀI TẬP1. So sánh sự giống nhau và khác nhau về cấu tạo phân tử của xenlulozơ và tinh bột 2. Trình baỳ tính chất vật lý và hóa học của xenlulozơ 3. Nêu những ứng dụng của xenlulozơ 4. Khối lượng phân tử trung bình của xenlulozơ trong sợi bông là 1750000 đ.v.C, của xenlulozơ trong sợi gai là 5900000 đ.v.C. Tính gần đúng số gốc glucozơ (C6H10O5) có trong mỗi loại xenlulozơ nói trên.68CHƯƠNG V - AMINOAXIT VÀ PROTITBÀI 1 - AMINOAXITI - ĐỊNH NGHĨA, CÔNG THỨC CẤU TẠO VÀ DANH PHÁP
Aminoaxit là những hợp chất hữu cơ tạp chức, trong phân tử của chúng có chứa đồng thời nhóm chức amino ( - NH2) và nhóm chức cacboxyl ( - COOH)Thí dụDanh pháp: các aminoaxit được gọi tên theo trình tự sau: axit + amino + tên axit cacboxylic tương ứngThí dụII - TÍNH CHẤT VẬT LÍAminoaxit là những chất rắn kết tinh, tan tốt trong nước và có vị hơi ngọt.69III. TÍNH CHẤT HOÁ HỌCAminoaxit có nhóm amino, đồng thời có nhóm cacboxyl trong phân tử, nên chúng có tính bazơ, đồng thời có cả tính axit.1. Tính bazơ : Aminoaxit tác dụng với axit cho muốiThí dụ2. Tính axit: Aminoaxit tác dụng với bazơ hoặc oxit bazơ cho muối và nước, tác dụng với rượu cho esteThí dụ3. Phản ứng trùng ngưngKhi bị đun nóng, các phân tử aminoaxit có thể tác dụng lẫn nhau: nhóm cacboxyl của phân tử này tác dụng với nhóm amino của phân tử kia cho sản phẩm có khối lượng phân tử lớn, đồng thời giải phóng nước.Thí dụSản phẩm tạo thành có tên là polipeptit. Phản ứng trên được gọi là phản ứng trùng ngưng.70IV - ỨNG DỤNGAminoaxit được coi là chất cơ sở xây dựng nên các chất protit trong cơ thể động vật và thực vật. nhiều aminoaxit được dùng trong y học
để chữa bệnh, làm thức ăn nuôi cơ thể người bệnh. Muối natri của axit glutamic (thường gọi mì chính hay bột ngọt) được dùng làm gia vị cho thức ăn. 1 số aminoaxit được dùng làm nguyên liệu sản xuất tơ tổng hợp.BÀI TẬP1. Thế nào là aminoaxit ? Viết công thức cấu tạo các đồng phân của axit aminopropionic2. Viết phương trình phản ứng của CH3 - CH(NH2) - COOH với từng dung dịch sau: NaOH, HCl, C2H5OH có mặt HCl.3. Viết sơ đồ phản ứng trùng ngưng các aminoaxit sau:a) CH3 - CH(NH2) - COOHb) H2N - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - COOH4. Este A được điều chế từ aminoaxit B và rượu metylic. Tỉ khối hơi của A so với H2 là 44,5. Đốt cháy hoàn toàn 8,9 gam este A thu được 13,2 gam khí CO2, 6,3 gam H2O và 1,12 lít N2 (đo ở đktc). Viế công thức phân tử và công thức cấu tạo các chất A và B
BÀI 2 - PROTITI - TRẠNG THÁI THIÊN NHIÊNProtit có trong tất cả các cơ thể động vật và thực vật. Đặc biệt cơ thể người và động vật chứa nhiều protit nhất . Các chất protit có trong bắp thịt, xương, tế bào thần kinh, máu, sữa, lòng trắng trứng, da, lông, móng, sừng…và trong hạt thực vật. Protit còn có trong oc7 thể vi khuẩn, siêu vi trùng gây bệnh. Bản chất của các men xúc tác cũng chính là protit.71II - CẤU TẠO CỦA PROTIT 1 - Thành phần nguyên tốCác protit đều chứa cacbon, hiđro, oxi và nitơ (*). Ngoài ra có protit còn chứa lưu huỳnh, photpho (như cadein của sữa), sắt (hemoglobin của máu), iot v.v…2 - Cấu tạo
Khối lượng phân tử của protit rất lớn, có thể từ vài vạn đến vài triệu đơn vị cacbon. Khi thủy phân protit đến cùng, thu được hỗn hợp trên 20 aminoaxit khác nhau. Khi thực hiện phản ứng trùng ngưng các aminoaxit trên, thu được chất polipeptit có 1 số tính chất gần giống protit. Do đó có thể coi phân tử protit gồm các mạch dài (các chuỗi) polipeptit hợp thành.III - TÍNH CHẤT CỦA PROTIT 1. Phản ứng thủy phân Khi đun nóng protit trong dung dịch axit hoặc kiềm, hoặc nhờ tác dụng của men ở nhiệt độ thường, protit bị thủy phân thành các chuỗi polipeptit, cuối cùng thành các aminoaxit (**)(*) Hàm lượng nitơ trong các protit thườn ít thay đổi, trung bình khoảng 16%(**) R1, R2, R3…là các gốc hiđrocacbon hoặc gốc hiđrocacbon có chứa nhóm chức - OH, - SH, - COOH, - NH2.722. Sự đông tụMột số protit tan trong nước tạo thành dung dịch keo, khi đun nóng bị kết tủa. Sự kết tủa protit bằng nhiệt gọi là sự đông tụ. Thí dụ: lòng trắng trứng bị đông lại khi luộc trứng, riêu cua nổi lên khi nấu canh cua…3. Phản ứng màuProtit cho 1 số phản ứng màu đặc trưng. Thí dụ: cho axit nitric đậm đặc vaò dung dịch lòng trắng trứng (dung dịch anbumin) và đun nóng thấy xuất hiện màu vàng; cho đồng (II) hidroxit vào dung dịch lòng trắng trứng thấy maù tím xanh…IV - SỰ CHUYỂN HÓA PROTIT TRONG CƠ THỂTrong bộ maý tiêu hóa nhờ tác dụng của các chất men (*) protit bị thủy phân thành các aminoaxit. Aminoaxit được hấp thụ vào máu, qua các mao trạng ruột, và sau đó được chuyển tới các mô và các tế bào của cơ thể.Một phần cơ bản của aminoaxit đó được dùng để tạo ra protit cho cơ thể người. Phần aminoaxit còn lại bị oxi hóa để cung cấp năng lượng
hco cơ thể hoạt động. Sản phẩm cuối cùng của sự oxi hóa aminoaxit trong cơ thể là khí cacbonic, nước và amoniac. Amoiac chuyển hóa thành ure (H2N)2C = O và cơ thể thải ure theo đường nước tiểu.
BÀI TẬP1. Trình bày cấu tạo của protit2. Tính gần đúng khối lượng phân tử của 1 protit chứa 0,4% sắt, nếu giả thiết rằng trong mỗi phân tử của protit đó chỉ có 1 nguyên tử sắt.3. HÃy phân biệt các dung dịch sau bằng phương pháp hóa học: glixerin, hồ tinh bột, lòng trắng trứng.4. Cho biết những chất sinh ra trong cơ thể khi thủy phân: a) Tinh bột ; b) Lipit; c) Protit
(*) Men pepsin trong dịch của dạ dày và men tripxin trong dịch của tụy.73CHƯƠNG VIHỢP CHÂT1 CAO PHÂN TỬ VÀ VẬT LIỆU POLIMEBÀI 1 - KHÁI NIỆM CHUNGI - ĐỊNH NGHĨANhững hợp chất có khối lượng phân tử rất lớn (thường từ hàng ngàn đến hàng triệu đơn vị cacbon) do nhiều mắt xích liên kết với nhau được gọi là hợp chất cao phân tử hay polime.Thí dụ: cao su thiên nhiên, tinh bột, xenlulozơ …là những polime thiên nhiên. Cao su Buna, polietilen, polivinyl clorua…là những polime tổng hợp.II - CẤU TRÚC CỦA POLIMECác phân tử polime thiên nhiên và tổng hợp có thể có 3 dạng cấu trúc sau (hình 11):- Dạng mạch thẳng (mạch không phân nhánh). Thí dụ : polietilen, polivinyl clorua, xenlulozo…- Dạng phân nhánh. Thí dụ: amilopectin của tinh bột
- Dạng mạng không gian. Thí dụ; cao su lưu hóa. Các mạch thẳng trong cao su lưu hóa gắn với nhau bởi những “cầu nối” - S - S - III - TÍNH CHẤT CỦA POLIME1 - Tính chất vật líCác polime không bay hơi, do khối lượng phân tử lớn và lực liên kết giữa các phân tử lớn. Chúng không có nhiệt độ nóng chảy xác định, do 1 polime là hỗn hợp nhiều phân tử có khối lượng phân tử khác nhau.74Các polime khó bị hòa tan trong các chất hữu cơ. Có polime không bị hòa tan trong bất kì chất nào. Thí dụ; Teflon ( - CF2 - CF2 -)n. Một số polime có cấu trúc mạch thẳng thường có tính đàn hồi (cao su), có tính mềm mại và dai (tơ capron). Những polime có cấu trúc mạng không gian thường có tính bền cơ học cao, chịu được ma sát, va chạm. Thí dụ: nhựa bakelit (phenolfomanđehit). Một số polime có tính cách nhiệt, cách điện…Thí dụ: polietilen, polivinyl clorua, nhựa bakelit….2 - Tính chất hóa học Nhiều polime có tính bền vững với tác dụng của axit, bazơ, chất oxi hóa. Polime teflon là chất bền vững nhất về mặt hóa học. Một số polime kém bền với tác dụng của axit, bazơ. Thí dụ; len, tơ tằm, tơ nilon…bị thủy phân bởi dung dịch axit hoặc kiềm do có nhóm peptit (xem bài 2, chương V).Những polime có liên kết đôi trong phân tử có thể tham gia phản ứng cộng. Thí dụ: phản ứng lưu hóa cao su (xem bài cao su, Hóa học 11)75IV - PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP POLIMECó 2 phương pháp tổng hợp polime1. Phản ứng trùng hợpQuá trình cộng hợp liên tiếp nhiều phân tử nhỏ (monome) tạo thành phân tử lớn (polime) được gọi là phản ứng trùng hợp.Đặc điểm cấu tạo của các phân tử nhỏ (monome) tham gia phản ứng trùng hợp là phải có liên kết kép.
2. Phản ứng trùng ngưngQuá trình nhiều phân tử nhỏ (monome) kết hợp với nhau thành phân tử lớn (polime) đồng thời giải phóng những phân tử nước được gọi là phản ứng trùng ngưng. Thí dụ:Đặc điểm cấu tạo của các phân tử nhỏ (monome) tham gia phản ứng trùng ngưng là phải có từ 2 nhóm chức trở lên. Thí dụ Ba lĩnh vực ứng dụng chủ yếu của polime là chất dẻo, cao su và tơ tổng hợp. Khaí niệm về cao su (cao su thiên nhiên và cao su tổng hợp) đã được giới thiệu trong sách Hóa học 11, trong chương này chúng ta sẽ tìm hiểu khái niệm về chất dẻo và tơ tổng hợp.76BÀI 2 - CHẤT DẺOI - ĐỊNH NGHĨAChất dẻo là những vật liệu có khả năng bị biến dạng khi chịu tác dụng của nhiệt, áp suất và vẫn giữ được sự biến dạng đó khi thôi tác dụng.II - THÀNH PHẦN CHẤT DẺOChất dẻo là hỗn hợp của nhiều chất:1. Polime: polime thiên nhiên hoặc tổng hợp là thành phần cơ bản nhất của chất dẻo.2. Chất hóa dẻo: là chất cho thêm vào để tăng tính dẻo cho polime3. Chất độn: Để tiết kiệm polime, đồng thời để tăng thêm 1 số đặc tính cho chất dẻo. Thí dụ: chất độn amiăng làm tăng tính chịu nhiệt, bột kim loại và graphit làm tăng tính dẫn nhiệt và dẫn điện.4. Chất phụ: gồm chất màu, chất chống oxi hóa, chất diệt trùng…III - MỘT SỐ POLIME DÙNG LÀM CHẤT DẺO1. Polietilen (PE)Polietilen là chất rắn, màu trắng, hơi trong, không dẫn điện và nhiệt, không cho nước và khí thấm qua. Polietilen có tính chất hóa học như hiđrocacbon no: không tác dụng với dung dịch axit, kiềm, thuốc tím và nước brom. Do các tính chất trên, polietilen được dùng để bọc dây điện, bọc hàng, làm màng mỏng che mưa, chai lọ, chế tạo thiết bị
trong ngành sản xuất hóa học. Polietilen được điều chế bằng cách trùng hợp etilen.772. PolistirenPolistiren là chất rắn, màu trắng, không dẫn điện và nhiệt. Polistiren được dùng làm vật liệu cách điện, sản xuất đồ dùng (chai lọ, đồ chơi trẻ em…). Điều chế polistiren bằng cách trùng hợp stiren:3. Polivinyl clorua (PVC)Polivinyl clorua là chất bột vô định hình, màu trắng, bền với dung dịch axit và kiềm. Povlivinyl clorua dùng để sản xuất da nhân tạo, vải che mưa, ép đúc dép nhựa và hoa nhựa, vật liệu cách điện. Điều chế PVC bằng cách trùng hợp vinyl clorua:4. Polimetyl metacrylatPolimetyl metacrylat là chất rắn, không màu, trong suốt nên được gọi là “thuỷ tinh hữu cơ”. Nó bền với tác dụng của axit và kiềm. Polimetyl metacrylat được dùng để chế tạo “kính khó vỡ”, thấu kính, răng giả, đồ nữ trang… Điều chế polimetyl metacrylat bằng phản ứng trùng hợp metyl metacrylat785. Nhựa phenolfomanđehitNhựa phenolfomanđehit là chất rắn, thành phần chính của nhựa bakelit. Nhựa bakelit có tính bền cơ học cao, cách điện nên được dùng để chế tạo các bộ phận máy móc (bánh xe răng cưa chạy êm, vỏ máy…) trong ôtô, máy bay, máy điện thoại…Nhựa phenolfomanđehit được điều chế bằng cách đun nóng phenol vói fomanđehit lấy dư, xúc tác bằng bazơ. Đầu tiên tạo ra polime có cấu tạo mạch thẳng (xem bài 1, chương II), sau đ1o các phân tử mạch thẳng nối với nhau bởi các nhóm - CH2 - tạo ra mạng không gian.
BÀI TẬP1. Polime là gì? Nêu 1 số ví dụ về polime thiên nhiên và polime tổng hợp để minh họa.
2. Phản ứng trùng hợp, trùng ngưng là gì? So sánh đặc điểm cấu tạo của monome tham gia phản ứng trùng hợp và trùng ngưng. Nêu thí dụ3. Chất dẻo là gì? Cho biết 1 số polime dùng làm chất dẻo. Viết phương trình phản ứng điều chế các polime đó từ các monome tương ứng4. Từ than đá, đá vôi và các chất vô cơ cần thiết, hãy viết các phương trình phản ứng điều chế ra polivinyl clorua (PVC) và polietilen (PE)79BÀI 3 - TƠ TỔNG HỢPI - PHÂN LOẠITơ là những polime thiên nhiên hoặc tổng hợp có thể kéo thành sợi dài và mảnh. Có 2 loại tơ: tơ thiên nhiên (có sẵn trong thiên nhiên như tơ tằm, len, bông…) và tơ hóa học (chế biến bằng phương pháp hóa học ). Tơ hóa học được hcia thành 2 nhóm: tơ nhân tạo và tơ tổng hợp. Tơ nhân tạo được sản xuất từ polime thiên nhiên nhưng được chế biến thêm bằng con đường hóa học. Thí dụ; từ xenlulozơ đã chế tạo ra tơ visco, tơ axetat, tơ đồng - amoniac. Tơ tổng hợp được sản xuất từ những polime tổng hợp. Thí ud5: tơ poliamit, tơ polieste.Đặc điểm cấu tạo của tơ là gồm những phân tử polime mạch thẳng (không phân nhánh) sắp xếp song song dọctheo 1 trục chung, xoắn lại với nhau, tạo thành những sợi dài, mảnh và mềm mại.II - ĐIỀU CHẾ TƠ POLIAMITPoliamit là những polime tổng hợp có chưá nhiều nhóm chức amit -CONH- trong phân tử. Từ poliamit, người ta sản xuất ra tơ poliamit.1. Tơ nilonTơ nilon được điều chế bằng phản ứng trùng ngưng 2 loại monome là hexametylendiamin H2N - (CH2)6 - NH2 và axit ađipic HOOC - (CH2)4 - COOH2. Tơ capronTơ capron được điều chế từ monome caprolactam80III - TÍNH CHẤT VÀ ỨNG DỤNG
Tơ poliamit kém bền đối với nhiệt và kém bền về mặt hóa học (do nhóm - CONH - trong phân tử dễ tác dụng với axit và kiềm).Tơ poliamit bền về mặt cơ học: dai, đàn hồi, ít thấm nước, mềm mại và có dáng đẹp hơn tơ tằm, giặt mau khô. Tơ poliamit dùng để dệt vải lót lốp ôtô, máy bay; vải may mặc; bện làm dây cáp, dây dù, lưới đan1h cá; làm chỉ khâu vết mổ…Poliamit còn được dùng để đúc những bộ phận máy chạy êm, không gỉ (bánh xe răng cưa, chân vịt tàu thủy, cánh quạt điện…)
Ghi chú: những vật liệu polime tổng hợp được sử dụng ngày càng rộng rãi với nhiều mục đích khác nhau. Chúng đã thay thế được phần lớn các nguyên liệu sẵn có như kim loại, cao su thiên nhiên, gỗ, bông…trong khi các nguồn nguyên liệu này ngày càng cạn dần, hoặc việc sản xuất phụ huộc nhiều vào điều kiện thiên nhiên.Để sản xuất những vật liệu polime tổng hợp, chúng ta có thể sử dụng những nguồn nguyên liệu sẵn có trong thiên nhiên:- Khí thiên nhiên và khí dâù mỏ: các khí naỳ chứa nhiều metan. Đó là chất quan trọng để điều chế andehit fomic và axetilen. Từ những sản phẩm này sản xuất ra nhựa bakelit, chất dẻo PVC, keo urefomanđehit.- Dầu mỏ: các hiđrocacbon có trong dầu mỏ và sản phẩm crackinh dầu mỏ như butan, buten, etilen, propilen, etylbenzen, xiclohexan…được dùng để sản xuất cao su Buna, Buna diện tích, chất dẻo polietilen, tơ capron…- Than đá: từ than đá và đá vôi điều chế được axetilen. Từ sản phẩm chưng cất than đá (loại than mỡ) thu được phenol…những sản phẩm này dùng để sản xuất chất dẻo bakelit, PVC.Nước ta có cả 3 nguồn nguyên liệu chủ yếu trên. Đó là 1 trong những điều kiện thuận lợi cơ bản để phát triển nền công nghiệp sản xuất vật liệu polime trong tương lai.BÀI TẬP1. Tơ là gì? Thế naò là tơ thiên nhiên, tơ nhân tạo, tơ tổng hợp. Lâý thí dụ minh họa.
2. Tơ enang cũng thuộc loại tơ poliamit như tơ capron, được điều chế bằng cách trùng ngưng axit aminoetanoic H2N - (CH2)6 - COOH. Viết phương trình phản ứng và của công thức cấu tạo của polime thu được.3. Khối lượng phân tử của tơ nilon - 6,6 là 25 000 đ.v.C, của tơ capron là 15 000 đ.v.C. Tính số mắt xích (tức trị số n) trong công thức phân tử của mỗi loại tơ trên.81PHẦN HAI - HÓA HỌC VÔ CƠCHƯƠNG VII - ĐẠI CƯƠNG VỀ KIM LOẠIChúng ta hãy tìm hiểu về kim loại, trước hết là cấu tạo và những đặc điểm chung của kim loại .BÀI 1VỊ TRÍ CỦA KIM LOẠI TRONG HỆ THỐNG TUẦN HOÀN -CẤU TẠO CỦA KIM LOẠII - VỊ TRÍ CỦA CÁC NGUYÊN TỐ KIM LOẠI TRONG HỆ THỐNG TUẦN HOÀNTrong hệ thống tuần hoàn các nguyên tố kim loại ở những vị trí sau:- Phân nhóm chính nhóm I và II - Phân nhóm phụ nhóm I đến nhóm VIII- Họ lantan và họ actini (những nguyên tố xếp riêng ở dưới bảng)- Một phần của các phân nhóm chính nhóm III, IV, V, VINgày nay người ta đã biết khoảng 111 nguyên tố hóa học , trong đó có trên 85 nguyên tố là kim loại.Những nguyên tố kim loại điển hình (kim loại có tính khử mạnh nhất) nằm ở góc trái, phía dưới bảng, trừ các kim loại trong những phân nhóm phụ.II - CẤU TẠO CỦA NGUYÊN TỬ KIM LOẠICác nguyên tố kim loại và phi kim khác nhau rõ rệt về cấu tạo nguyên tử :821. Nguyên tử của hầu hết các nguyên tố kim loại đều có ít electron (1, 2 hoặc 3e) ở các phân lớp ngoaì cùng.
Trừ nguyên tử của các nguyên tố Ge, Sn, Pb có 4e (…4s24p2; …5s25p2; …6s26p2); nguyên tử của các nguyên tố Sb, Bi có 5e (…5s25p3; …6s26p3), nguyên tử của nguyên tố Po có 6e (…6s26p4).2. Trong cùng chu kì, nguyên tử của nguyên tố kim loại có bán kính nguyên tử lớn hơn và diện tích hạt nhân nhỏ hơn so với nguyên tử của nguyên tố phi kim. Những nguyên tử có bán kính lớn là những nguyên tử kim loại nằm ở góc dưới phía trái của hệ thống tuần hoàn.III - CẤU TẠO CỦA ĐƠN CHẤT KIM LOẠIĐánh bóng bề mặt của 1 miếng kim loại rồi nhúng vào dung dịch axit nitric loãng. Sau đó rửa sạch và làm khô. Quan sát bề mặt kim loại qua kính hiển vi, sẽ trong thấy những tinh thể rất nhỏ. Kết quả nghiên cứu bằng tia X cho biết tinh thể kim loại có cấu tạo mạng. Mạng tinh thể gồm có ion dương dao động liên tục ở các nút mạng và các electron tự do chuyển động hỗn loạn giữa các ion dương.Người ta đã chứng minh được rằng, ở 1 thời điểm nhất định trong mạng tinh thể kim loại có xuất hiện nguyên tử kim loại. Nhưng thời gian tồn tại của nguyên tử kim loại trong tinh thể là cực kì ngắn ngủi, từ 10-14 đến 10-11 giây. Vì vậy, có thể quan niệm rằng, trong tinh thể kim loại không tồn tại nguyên tử kim loại, mà là ion kim loại. Mạng tinh thể kim loại thường có 3 kiểu sau đây:1. Mạng lập phương tâm khối có ion dương ở đỉnh và tâm của hình lập phương. Các kim loại kiềm có cấu tạo kiểu mạng này (hình 12a).2. Mạng lập phương tâm diện có ion dương ở đỉnh và giữa các mặt của hình lập phương. Kiểu mạng naỳ thường gặp ở các kim loại phân nhóm đồng và các kim loại Al, Pb, Ni…(hình 12b).833. Mạng lăng trụ lục giác đều có ion dương ở đỉnh, giữa 2 mặt đaý và giữa 2 đáy của hình lăng trụ. Kiểu mạng này thấy ở các kim loại nhóm II (Be, Mg, Zn, Chiến dịch) (hình 12c).Ion kim loại trong 2 kiểu mạng lập phương tâm diện và lăng trụ lục giác chiếm 74% thể tích tinh thể, còn trong kiểu mạng lập phương tâm khối chỉ chiếm 68%. Mật đô electron tự do (*) trong tinh thể kim loại rất lớn, vào khoảng 3.1022 electron mỗi cm3.
(*) Mật đô electron tự do là số electron tự do có trong 1 đơn vị thể tích kim loại.IV - LIÊN KẾT KIM LOẠIKim loại chỉ có thểtồn tại dưới dạng nguyên tử riêng biệt khi ở thể hơi (trừ 1 số rất ít ở dạng phân tử có 2 nguyên tử, thí dụ Li2). Khi chuyển sang thể lỏng hoặc rắn, nguyên tử kim loại chuyển thành ion dương. Các electron hóa trị tách khỏi nguyên tử kim loại trở thành electron tự do và chuyển động hỗn loạn. Các electron này gắn các ion kim loại với nhau tạo thành liên kết kim loại.Vậy liên kết kim loại là liên kết sinh ra do các electron tự do gắn các ion dương kim loại với nhau. Đặc điểm của liên kết kim loại:84- Khác với liên kết cộng hóa trị do những đôi electron tạo nên, liên kết kim loại là do tất cả các electron tự do trong kim loại tham gia.- Khác với liên kết ion do tương tác tĩnh điện giữa ion dương và ion âm, liên kết kim loại là do tương tác tĩnh điện giữa các ion dương và các electron tự do.
BÀI TẬP1. Hãy cho biết vị trí của những nguyên tố kim loại trong hệ thống tuần hoàn? Vị trí của những kim loại có tính khử mạnh nhất và những phi kim có tính oxi h1oa mạnh nhất?2. Thế naò là liên kết kim loại? Nâu những đặc điểm khác nhau giữa liên kết kim loại với liên kết cộng hóa trị, giữa liên kết kim loại với liên kết ion.3. Có những chất rắn sau: NaCl, I2 và Fe. Hãy cho biết”a) Kiểu liên kết hóa học giữa các nguyên tử trong phân tử các chấtb) Loại mạng tinh thể của mỗi chất (mạng tinh thể ion, nguyên tử, phân tử hay kim loại)
BÀI 2 - TÍNH CHẤT VẬT LÍ CỦA KIM LOẠI
Kim loại có nhiều tính chất vật lý, tính chất cơ học giống nhau. Những tính chất này có nhiều ứng dụng quan trọng trong kĩ thuật và trong đời sống. chúng ta hãy tìm hiểu một số tính chất của kim loại.I - NHỮNG TÍNH CHẤT VẬT LÍ CHUNG CỦA KIM LOẠIKim loại có những tính chất vật lý chung, quan trọng hơn cả là; tính dẻo, tính dẫn điện, tính dẫn nhiệt, ánh kim.1. Tính dẻoKhi tác dụng 1 lực cơ học đủ mạnh lên kim loại, nó bị biến dạng. Sự biến dạng này là do các lớp mạng tinh thể kim loại trượt lên nhau. Nhưng các lớp mạng tinh thể này không tách rời nhau mà vẫn liên kết với nhau nhờ các electron tự do luôn luôn chuyển động qua lại giữa các lớp mạng tinh thể. DO vậy kim loại có tính dẻo (hình13).85Những kim loại có tính dẻo hơn cả là Au, Ag, Al, Cu, Sn…Người ta co 1thể dát được những lá vàng mỏng tới 1/20 micrôn (1micrôn = 1/1000 mm) và ánh sáng có thể đi qua được.2. Tính dẫn điệnNối kim loại với 1 nguồn điện, các electron tự do trong kim loại chuyển động thành dòng. Nhiệt độ của kim loại càng cao thì tính dẫn điện của kim loại càng giảm. Hiện tượng này được giải thích như sau: ở nhiệt độ cao, tốc độ dao động của các ion dương kim loại càng lớn, sự chuyển động của dòng electron tự do càng bị cản trở.Những kim loại khác nhau có tính dẫn điện khác nhau là do mật độ electron tự do của chúng không giống nhau. Kim loại dẫn điện tốt nhất là Ag, sau đó đến Cu, Au, Al, Fe…- Nếu quy ước độ dẫn điện của Hg là đơn vị, thì độ dẫn điện của nhôm là 26, vàng là 35,5, đồng là 46, bạc là 49.- Ở gần nhiệt độ không tuyệt đối ( - 273oC) một số kim loại như Tali (Tl), thiếc (Sn), thủy ngân (Hg)…có độ dẫn điện rất cao (siêu dẫn)3. Tính dẫn nhiệtĐốt nóng 1 đầu dây kim loại, những electron tự do ở đây chuyển động nhanh hơn. Trong quá trình chuyển động, những electron này truyền
năng lượng cho các ion dương ở vùng có nhiệt độ thấp hơn, vì vậy kim loại dẫn nhiệt được. 86Nói chung, những kim loại naò dẫn điện tốt thì cũng dẫn nhiệt tốt. Những kim loại khác nhau có khả năng dẫn nhiệt không giống nhau. Thí dụ tính dẫn nhiệt của kim loại giảm dần theo trình tự Ag, Cu, Al, Zn, Fe…4. Ánh kimHầu hết kim loại đều có ánh kim, vì các electron tự do trong kim loại đã phản xạ tốt những tia sáng có bước sóng mà mắt ta có thể nhìn thấy được.Tóm lại, những tính chất vật lý chung của kim loại nói trên là do các electron tự do trong kim loại gây ra.II - NHỮNG TÍNH CHẤT VẬT LÍ KHÁC CỦA KIM LOẠINgoài 1 số tính chất vật lý chung của kim loại như đã nói ở trên, kim loại còn có 1 số tính chất vật lý không giống nhau. Quan trọng hơn cả là: tỉ khối ,nhiệt độ nóng chảy và tính cứng của kim loại1. Tỉ khốiNhững kim loại khác nhau có tỉ khối khác nhau rõ rệt. Thí ud5 kim loại có tỉ khối nhỏ nhất là Li 0,5; kim loại có tỉ khối lớn nhất là Os 22,6. Người ta quy ước những kim loại có tỉ khối nhỏ hơn 5 là kim loại nhẹ như Na, K, Mg, Al…Những kim loại co 1tỉ khối lớn hơn 5 là kim loại nặng như Fe, Zn, Cu, Ag, Au…2. Nhiệt độ nóng chảy Nhiệt độ nóng chảy của kim loại cũng rất khác nhau. Có kim loại nón chảy ở nhiệt độ -39oC như Hg, có kim loại nóng chảy ở nhiệt độ 3410oC như W.3. Tính cứngNhững kim loại khác nhau có tính cứng rất khác nhau. Có kim loại mềm như sáp, dùng dao cắt được dễ dàng như Na, K…Ngược lại, có kim loại rất cứng, không thể dũa được như W, Cr.87
Nếu chia độ cứng của kim loại thành 10 bậc và quy ước độ cứng của kim cương là 10 thì độ cứng của một số kim loại như sau: Cr là 9, W là 7, Fe là 4,5, Cu và Al là 3. Kim loại mềm nhất là kim loại kiềm, đặc biệt Cs có độ cứng là 0,2.Những tính chất: tỉ khối, nhiệt độ nóng chảy, tính cứng của kim loại phụ thuộc chủ yếu vào bán kính và điện tích ion, khối lượng nguyên tử, mật độ electron tự do trong mạng kim loại.
BÀI TẬP1. Dựa vào cấu tạo của kim loại, hãy giải tích vì sao kim loại có tính dẻo, tính dẫn điện và dẫn nhiệt.2. Hãy kể 1 số đồ dùng bằng kim loại trong gia đình đã ứng dụng những tính chất vật lý của kim loại 3. Hãy kể 1 số kim loại dùng trong công nghiệp đã ứng dụng những tính chất vật lý của kim loại.4. Biết khối lượng riêng của 1 số kim loại (g/cm3): Al - 2,70; Li - 0,53; K - 0,86; Ca - 1,54. Hãy cho biết thể tích 1 mol của mỗi kim loại nói trên.
BÀI 3 - TÍNH CHẤT HÓA HỌC CHUNG CỦA KIM LOẠII - ĐẶC ĐIỂM VỀ CẤU TẠO CỦA NGUYÊN TỬ KIM LOẠICác nguyên tử kim loại có những đặc điểm chung về cấu tạo”- Bán kính nguyên tử tương đối lớn so với nguyên tử phi kim - Số electron hóa trị tương đối ít (từ 1 đến 3e) so với nguyên tử phi kim. Lực liên kết với hạt nhân của những electron này tương đối yếu.Vì vậy, năng lượng cần dùng để tách các electron ra khỏi nguyên tử kim loại (năng lượng ion hóa) là nhỏ.II - TÍNH CHẤT HÓA HỌC CHUNG CỦA KIM LOẠITừ đặc điểm về cấu tạo nguyên tử, có thể dễ dàng nhận thấy tính chất hóa học chung của kim loại là tính khử. Nói cách khác, kim loại có tính dễ bị oxi hóa.
M - ne = Mn+
881. Tác dụng với phi kim Nhiều kim loại có thể khử được phi kim thành ion âm, đồng thời kim loại bị oxi hóa thành ion dương. Thí dụ:2. Tác dụng với axita) Dung dịch HCl, H2SO4 loãng:- nhiều kim loại có thể khử được ion H+ trong những dung dịch axit trên thành hiđro tự do. Thí dụb) Dung dịch HNO3, H2SO4 đặc: hầu hết kim loại (trừ Pt, Au) khử được N có mức oxi hóa +5 (N+5) và S có mức oxi hóa +6 (S+6) của những axit này đến mức oxi hóa thấp hơn. Thí dụ3. Tác dụng với dung dịch muốiKim loại có thể khử được ion kim loại khác trong dung dịch muối thành kim loại tự do. Thí dụ:Thí nghiệm 1: Fe tác dụng với dung dịch CuSO4. Cho dung dịch CuSO4 chảy chậm qua lớp mạt sắt (hình 14).Hiện tượng quan sát được:- Kim loại Cu màu đỏ được giải phóng- Lượng mạt sắt giảm- Dung dịch thu được trong cốc có màu lục nhạt.89Giải thích hiện tượng:- Fe khử ion Cu2+ thành Cu tự do có màu đỏ: Cu2+ + 2e = Cu- Ion Cu2+ oxi hóa Fe thành Fe2+ tan vào dung dịch : Fe - 2e = Fe2+, do vậy lượng mạt sắt giảm dần.- Dung dịch trong cốc có màu lục nhạt là màu của ion Fe2+Phương trình phản ứng : Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu Phương trình rút gọn: Fe + Cu2+ = Fe2+ + CuThí nghiệm 2: Cu tác dụng với dung dịch AgNO3
Ngâm 1 sợi dây Cu trong dung dịch AgNO3, sau 1 thời gian có Ag bám trên dây Cu, phần dung dịch chung quanh dây đồng trở nên màu xanh (hình 15).Phương trình phản ứng : Cu + 2AgNO3 = Cu(NO3)2 + 2AgPhương trình ion rút gọn: Cu + 2Ag+ = Cu2+ + 2AgBÀI TẬP1.Cấu tạo của nguyên tử kim loại (bán kính nguyên tử và số electron lớp ngoài cùng) có gì khác với cấu tạo của nguyên tử phi kim?2. Tính chất hóa học chung của kim loại là gì? Nguyên nhân? Hãy dẫn ra những thí dụ để minh họa cho tính chất hóa học chung của kim loại.903. Ngâm 1 lá Zn trong 100ml dung dịch AgNO3 0,1 mol/la) Viết phương trình ion rút gọn và cho biết vai trò các chất tham gia phản ứng b) Phản ứng kết thúc, thu được bao nhiêu gam bạc và khối lượng lá kẽm giảm bao nhiêu gam?4. ngâm 1 đinh sắt sạch trong 200 ml dung dịch CuSO4. Sau khi phản ứng kết thúc, lấy đinh sắt ra khỏi dung dịch, rửa nhẹ, làm khô, nhận thấy khối lượng đinh sắt tăng 0,8g.a) Viết phương trình phản ứng dạng phân tử và ion rút gọnb) Cho biết vai trò các chất tham gia phản ứng c) Xác định nồng độ mol/l của dung dịch CuSO4.5. Ngâm 1 vật bằng đồng có khối lượng 10g trong 250g dung dịch bạc nitrat 4%. Khi lấy vật ra thì lượng bạc nitrat trong dung dịch giảm 17%.a) Viết phương trình phản ứng và cho biết vai trò các chất tham gia phản ứng b) Xác định khối lượng của vật sau phản ứng
BÀI 4 - DÃY ĐIỆN HÓA CỦA KIM LOẠI
I - CẶP OXI HÓA - KHỬ CỦA KIM LOẠIChúng ta đã biết, ion kim loại có thể nhận electron để thành nguyên tử kim loại, ngược lại nguyên tử kim loại có thể nhường electron trở thành ion dương kim loại:Mỗi chất oxi hóa và chất khử của cùng 1 nguyên tố kim loại tạo nên cặp oxi hóa - khử. Ta có các cặp oxi hóa - khử : Fe2+/Fe ; Cu2+/Cu ; Ag+/AgII - SO SÁNH TÍNH CHẤT NHỮNG CẶP OXI HÓA - KHỬ1. Cặp oxi hóa - khử Fe2+/Fe và Cu2+/CuFe tác dụng với dung dịch muối Cu2+, ta có phương trình ion rút gọn: Fe + Cu2+ = Fe2+ + Cu91Như vậy, Fe2+ không oxi hóa được Cu. Fe khử được ion Cu2+. Kết luận (1): Fe2+ là ion có tính chất oxi hóa yếu hơn ion Cu2+. Fe là kim loại có tính chất khử mạnh hơn Cu.2. Cặp oxi hóa - khử Cu2+/Cu và Ag+/AgCu tác dụng với dung dịch muối Ag+, ta có phương trình ion rút gọn: Cu + 2Ag+ = Cu2+ + 2AgNhư vậy, Cu2+ không oxi hóa được Ag. Cu khử được ion Ag+.Kết luận (2): Cu2+ là ion có tính chất oxi hóa yếu hơn ion Ag+. Cu là kim loại có tính chất khử mạnh hơn Ag.Từ các kết luận (1) và (2) ta rút ra:- Tính chất oxi hóa của Fe2+ < Cu2+ < Ag+
- Tính chất khử của kim loại Fe > Cu > Ag3. Một số cặp oxi hóa - khử khácVới những thí nghiệm tương tự người ta đã so sánh được tính chất của nhiều cặp oxi hóa - khử và đi đến kết luận:- Tính chất oxi hóa của ion Fe2+ < Pb2+ < H+ < Cu2+ < Ag+.- Tính chất khử của kim loại Fe > Pb > H > Cu > AgIII - DÃY ĐIỆN HÓA CỦA KIM LOẠI1. Dãy điện hóa của kim loại
Dãy điện hóa của kim loại là 1 dãy những cặp oxi hóa - khử được sắp xếp theo chiều tăng tính chất oxi hóa của các ion kim loại và chiều giảm tính chất khử của kim loại.92Dưới đây là dãy điện hóa của 1 số kim loại thông dụng:2. Ý nghĩa của dãy điện hóa của kim loại Dãy điện hóa của kim loại cho phép ta dự đoán được chiều của phản ứng giữa 2 cặp oxi hóa - khử. Giữa 2 cặp oxi hóa - khử sẽ xảy ra phản ứng theo chiều: chất oxi hóa mạnh nhất sẽ oxi hóa chất khử mạnh nhất, sinh ra chất oxi hóa yếu hơn và chất khử yếu hơn.Thí dụ: Phản ứng giữa 2 cặp Zn2+/Zn và Cu2+/Cu xảy ra theo chiều ion Cu2+ oxi hóa Zn, tạo ra ion Zn2+ và Cu:BÀI TẬP:1. Dựa vào dãy điện hóa của các kim loại hãy cho biết:- kim loại nào dễ bị oxi hóa nhất ?- kim loại nào có tính khử yếu nhất ?- Ion của kim loại nào có tính oxi hoá mạnh nhất ?- Ion của kim loại nào khó bị khử nhất ?2. a) Hãy cho biết vị trí của cặp Mn2+/Mn trong dãy điện hóa. Biết rằng ion H+ oxi hóa được Mn. Viết phương trình ion thu gọn của phản ứng.b) Có thể dự đoán được gì sẽ xảy ra khi nhúng lá Mn vào các dung dịch muối : AgNO3, MnSO4, CuSO4. Nếu có, hãy viết phản ứng dưới dạng phương trình ion thu gọn.933. Hãy so sánh tính chất hóa học của các cặp oxi - khử sau:a) Ni2+/Ni và Cu2+/Cub) Sn2+/Sn và Hg2+/HgDẫn ra các phản ứng hóa học để minh họa.4. Hoà tan 58g muối CuSO4.5H2O vào nước, được 500ml dung dịch CuSO4.
a) Hãy xác định nồng độ mol/l của dung dịch CuSO4
b) Cho mạt sắt vào dung dịch CuSO4, có phản ứng xảy ra không ? Nếu có, phản ứng xảy ra như thế nào ? Viết phương trình phản ứng dạng ion thu gọn.c) Cho dần dần mạt sắt vào 50ml dung dịch CuSO4, khuấy nhẹ cho tới khi dung dịch hết màu xanh. Tính lượng sắt đã tham gia phản ứng.
BÀI 5 - HỢP KIMI - ĐỊNH NGHĨAHợp kim là chất rắn thu được sau khi nung nóng chảy hỗn hợp nhiều kim loại khác nhau hoặc hỗn hợp kim loại và phi kim .II - CẤU TẠO CỦA HỢP KIM:giống như kim loại , hợp kim cũng có cấu tạo tinh thể. Hợp kim thường được cấu tạo bằng các loại tinh thể sau:1. Tinh thể hỗn hợp gồm những tinh thể của các đơn chất trong hỗn hợp ban đầu, khi nóng chảy chúng không tan vào nhau. (hình 16).942. Tinh thể dung dịch rắn, là những tinh thể được tạo ra sau khi nóng chảy các đơn chất trong hỗn hợp tan vào nhau (hình 17)3. Tinh thể hợp chất hóa học , là tinh thể của những hợp chất hóa học được tạo ra khi nung nóng chảy các đơn chất trong hỗn hợp.Ghi chú : Loại tinh thể trong hợp kim phụ thuộc vào cấu tạo của các đơn chất trong hỗn hợp ban đầuThí dụ : các đơn chất trong hỗn hợp có kiểu mạng tinh thể khác nhau, bán kính của ion kim loại trong các tinh thể khác nhau nhiều thì hợp kim thường được cấu tạo bằng những tinh thể hỗn hợp , như hợp kim Cd - Bi, Sn - Pb…Nếu các đơn chất trong hỗn hợp có kiểu mạng tinh thể giống nhau, bán kính ion kim loại trong tinh thể không khác nhau nhiều thì hợp kim thường được cấu tạo bằng những tinh thể dung dịch rắn như hợp kim Ag - Au, Fe - Mn…
Nếu các đơn chất trong hỗn hợp có tính chất hóa học khác nhau rõ rệt , kiểu mạng tinh thể và bán kính ion kim loại khác nhau thì hợp kim thường được cấu tạo bằng những tinh thể hợp chất hóa học . Thí dụ hợp chất hóa học của kim loại với kim loại , như Mg2Pb, AuZn… hoặc hợp chất hóa học của kim loại với phi kim như : Al4C3, Fe3C…III - LIÊN KẾT HÓA HỌC TRONG HỢP KIMTrong loại hợp kim có tinh thể hỗn hợp hoặc là dung dịch rắn, kiểu liên kết chủ yếu là liên kết kim loại. Trong loại hợp kim có tinh thể là hợp chất hóa học, kiểu liên kết là liên kết cộng hóa trị.95 IV - TÍNH CHẤT CỦA HỢP KIMTính chất của hợp kim phụ thuộc vào thành phần và cấu tạo của hợp kim, chế độ nhiệt của quá trình tạo hợp kim. Nói chung, hợp kim có những tính chất hóa học tương tự tính chất của các chất trong hỗn hợp ban đầu, nhưng tính chất vật lý và tính chất cơ học lại khác nhiều:1. Tính dẫn điện, dẫn nhiệt của hợp kim kém các kim loại trong hỗn hợp ban đầu. Tính chất này là do mật độ electron tự do trong hợp kim giảm vì có sự tạo thành liên kết cộng hóa trị.2. hợp kim thường cứng và giòn hơn các chất trong hỗn hợp ban đầu. Tính chất này là do có sự thay đổi loại tinh thể trong hợp kim, đặc biệt là những hợp kim có cấu tạo mạng tinh thể hợp chất hóa học.3. Nhiệt độ nóng chảy của hợp kim thường thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của các kim loại trong hỗn hợp. Tính chất này là do mật độ electron tự do trong hợp kim giảm đã làm yếu liên kết kim loại trong hợp kim.Ngày nay, nhờ áp dụng những biện pháp khoa học, kĩ thuật mới, người ta đã chế tạo được hàng trăm loại hợp kim có những đặc tính hóa học rất quý (như không bị ăn mòn trong môi trường kiềm hoặc axit mạnh) và những đặc tính vật lí và cơ học rất có giá trị . Hợp kim Sn - Pb nóng chảy ở 210oC (thiếc hàn); hợp kim Bi - Sn - Pb nóng chảy dưới 100oC. Có những hợp kim dẫn nhiệt, dẫn điện rất kém như may so Co - Zn - Ni, hợp kim manganin Cu - Mn - Ni. Có những hợp kim rất cứng và siêu cứng ở nhiệt độ cao, như hợp kim pobeđit W -
Co - C, hợp kim stelit Co - Cr - W - Fe. Có hợp kim vừa nhẹ vừa bền như hợp kim đuyra Al - Cu - Mn - Mg, hợp kim silumin Al - Si.V - ỨNG DỤNG CỦA HỢP KIMDo hợp kim có những tính chất hóa học, lí học, cơ học rất quý nên hợp kim được ứng dụng rất rộng rãi trong các ngành của nền kinh tế quốc dân. Ngành công nghiệp chế tạo máy bay, ôtô, tên lửa cần những hợp kim nhẹ, bền, chịu được nhiệt độ cao và áp suất lớn. Ngành công nghiệp dầu mỏ, công nghiệp hóa chất cần những hợp kim có tính bền hóa học và cơ học. Ngành xây dựng nhà cửa, cầu cống cần có hợp kim vừa cứng vừa bền.96BÀI TẬP1. Hợp kim là gì? Hợp kim được cấu tạo bằng những loại tinh thể nào? Những loại tinh thể này khác nhau như thế nào về thành phần.2. những kiểu liên kết hóa học nào có thể có trong hợp kim ?3. Hãy so sánh tính chất vật lý và tính chất cơ học của hợp kim với các đơn chất trong hỗn hợp ban đầu.4. Hãy kể 1 số hợp kim thường gặp. Chúng có những tính chất gì và được dùng để làm gì?
BÀI 6 - ĂN MÒN KIM LOẠI VÀ CHỐNG ĂN MÒN KIM LOẠII - SỰ ĂN MÒN KIM LOẠISự phá hủy kim loại hoặc hợp kim do tác dụng hóa học của môi trường xung quanh gọi là sự ăn mòn kim loại. Kết quả kim loại bị oxi hóa thành các ion dương và sẽ mất đi những tính chất quý báu của kim loại.Mo - n.e = Mn+
Căn cứ vào môi trường và cơ chế của sự ăn mòn kim loại, người ta phân thành 2 loại chính là: ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa (ăn mòn điện hóa học).1. Ăn mòn hóa học
Ăn mòn hóa học là sự phá hủy kim loại do kim loại phản ứng hóa học với chất khí hoặc hơi nước ở nhiệt độ cao. Đặc điểm của ăn mòn hóa học là không phát sinh dòng điện (không có các điện cực) và nhiệt độ càng cao thì tốc độ ăn mòn càng nhanh.Sự ăn mòn hóa học thường xảy ra ở những thiết bị của lò đốt, các chi tiết của động cơ đốt trong hoặc các thiết bị tiếp xúc với hơi nước ở nhiệt độ cao. Thí dụ:97Bản chất của ăn mòn hóa học là quá trình oxi hóa - khử , trong đó các electron của kim loại được chuyển trực tiếp sang môi trường tác dụng.2. Ăn mòn điện hóaĂn mòn điện hóa là sự phá hủy kim loại do kim loại tiếp xúc với dung dịch chất điện li tạo nên dòng điện. Thí dụ, phần vỏ tàu biển chìm trong nước, ống dẫn đặt trong lòng đất, kim loại tiếp xúc với không khí ẩm… Vì vậy, ăn mòn điện hóa là loại ăn mòn kim loại phổ biến và nghiêm trọng nhất.a) Thí nghiệm về ăn mòn điện hóa: rót dung dịch H2SO4 loãng (dung dịch điện li) vào cốc thủy tinh, cầm các lá kim loại khác chất, thí dụ là Zn nguyên chất và lá Cu vào cốc. Nối 2 lá kim loại bằng 1 dây dẫn, trên dây dẫn có lắp 1 vôn kế hoặc 1 bóng đèn pin (hình 18). Chúng ta sẽ quan sát được những hiện tượng sau:- Lá Zn (cực -) bị ăn mòn nhanh trong dung dịch.- Kim vôn kế lệch (hoặc bóng đèn pin sáng)- Bọt khí hiđro thoát ra từ lá Cu (cực +).Những hiện tượng trên được giải thích như sau:+ Lá Zn bị ăn mòn nhanh vì các nguyên tử Zn nhường electron và bị oxi hóa thành ion Zn2+ đi vào dung dịch: Zno - 2e = Zn2+.+ Các electron của nguyên tử Zn di chuyển nhanh chóng từ lá Zn sang lá Cu qua dây dẫn đã làm cho kim của vôn kế lệch.+ Các ion H+ trong dung dịch axit di chuyển về lá Cu, tại đây chúng nhận electron của Zn và bị khử thành khí hiđro bay ra khỏi dung dịch: 2H+ + 2e = H2
98
Kết quả là lá Zn bị ăn mòn điện hóa nhanh trong dung dịch điện li và tạo nên dòng điện.Ngâm lá kẽm trong dung dịch axit (HCl, H2SO4 loãng), lúc đầu lá kẽm bị hòa tan, nhưng sau đó bọt khí hiđro sinh ra bao kín lá kẽm, khiến cho lá kẽm ngừng tan hoặc tan rất chậm. Kẽm không nguyênchât1, có lẫn kim loại khác sẽ tan nhanh là do hiện tượng điện hóa chứ không phải hiện tượng hóa học.b) Các điều kiện ăn mòn điện hóa: các điều kiện cần và đủ để xảy ra sự ăn mòn điện hóa là:- Các điện cực phải khác chất nhau: có thể là cặp kim loại khác nhau, cặp kim loại - phi kim (C), cặp kim loại - hợp chất hóa học (xementit Fe3C). Trong đó kim loại có tính khử mạnh hơn sẽ là cực âm. Như vậy kim loại nguyên chất khó bị ăn mòn.- Các điện cực phải tiếp xúc với nhau (hoặc trực tiếp hoặc gián tiếp qua dây dẫn)- các điện cực cùng tiếp xúc với 1 dung dịch điện li.c) Cơ chế của ăn mòn điện hóaChúng ta hãy tìm hiểu diễn biến ăn mòn 1 vật bằng gang (hoặc thép) trong môi trường không khí ẩm. gang hoặc thép là những hợp kim Fe - C, trong đó cực âm là những tinh thể Fe, cực dương là những tinh thể C. Các điện cực này tiếp xúc trực tiếp với nhau và cùng tiếp xúc với 1 dung dịch điện li phủ ngoài (hơi nước trong không khí có hòa tan 1 số oxit axit như CO2, SO2 hoặc H2S…) (hình 19). Như vậy, vật sẽ bị ăn mòn theo kiểu điện hóa.99- Ở cực âm (tinh thể Fe): các nguyên tử Fe bị oxi hóa thành Fe2+: Feo - 2e = Fe2+. Các ion này tan vào dung dịch điện li trong đó đã có 1 lượng khí oxi, tại đây chúng bị oxi hóa tiếp thành Fe3+: Fe2+ - 1e = Fe3+. Gỉ sắt là hỗn hợp các hợp chất Fe3+ có màu nâu đỏ.- Ở cực dương (tinh thể C): các ion hiđro H+ của dung dịch điện li (nếu là dung dịch axit) di chuyển đến cực dương, tại đây chúng bị khử thành hiđro tự do, sau đó thoát ra khỏi dung dịch điện li: 2H+ + 2e = H2
Nước có hòa tan oxi, hoặc dung dịch chất điện li trung tính, hoặc dung dịch bazơ có thể ăn mòn điện hóa đối với nhiều kim loại. Trong trường hợp này, ở cực dương sẽ xảy ra sự khử oxi: 2H2O + O2 + 4e = 4OH-
Các tinh thể Fe lần lượt bị oxi hóa từ ngoài vào trong. Sau 1 thời gian, vật bằng gang (thép) sẽ bị ăn mòn hết.d) Bản chất của ăn mòn điện hóa: bản chất của ăn mòn điện hóa là 1 quá trình oxi hóa - khử xảy ra trên bề mặt các điện cực. Ở cực âm xảy ra quá trình oxi hóa kim loại, ở cực dương xảy ra quá trình khử các ion H+ (nếu dung dịch điện li là axit).II - CÁCH CHỐNG ĂN MÒN KIM LOẠISự ăn mòn kim loại gây tổn thất nhiệt độ lớn về nhiều mặt cho nền kinh tế quốc dân. Không chỉ là sự mất mát 1 lượng lớn kim loại, mà chủ yếu là nhiều dụng cụ đắt tiền, nhiều thiết bị sản xuất quý giá, nhiều phương tiện giao thộng vận tải hiện đại cần phải sữa chữa, hoặc phaỉ thay thế vì bị ăn mòn. Việc làm này đã gây tốn kém rất nhiều lần giá trị của kim loại bị hủy hoại. Chưa kể đến những thiệt hại về tính mạng và sức khỏe con người do kim loại bị phá hủy gây ra.Có nhiều phương pháp chống ăn mòn kim loại. Quan trọng hơn cả là những phương pháp sau:1. Cách li kim loại với môi trường Dùng những chất bền vững đối với môi trường để phủ ngoaì mặt những vật bằng kim loại. những chât1 phủ ngoaì cần dùng là :a) Các loại sơn chống gỉ, vecni, dầu mỡ, men, hợp chất polime…100b) Một số kim loại như crom, niken, đồng , kẽm, thiếc…(phương pháp tráng hoặc mạ điện)c) Một số hợp chất hóa học bền vững như oxit kim loại, photphat kim loại (phương pháp tạo màng)2. Dùng hợp kim chống gỉ (hợp kim inôc)Chế tạo những hợp kim không gỉ (thí dụ hợp kim Fe - Cr - Ni) trong môi trường không khí, môi trường hóa chất (axit, bazơ, muối). những hợp kim không gỉ thường đắt tiền, vì vậy việc sử dụng chúng còn hạn
chế (thường chỉ dùng để chế tạo dụng cụ ngành y, bộ đồ ăn, đồ mĩ nghệ…)3. Dùng chất chống ăn mòn ( chất kìm hãm)Thêm 1 lượng nhỏ chất chống ăn mòn vào dung dịch axit có thể làm giảm tốc độ ăn mòn kim loại xuống hàng trăm lần. Chất chống ăn mòn có đặc tính là không làm thay đổi những tính chất vốn có của axit, mà chỉ làm cho bề mặt của kim loại trở nên thụ động (trơ) đối với axit. Ngày nay người ta đã chế tạo được hàng trăm chất chống ăn mòn khác nhau, chúng đang được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp hóa chất.4. Dùng phương pháp điện hóaĐể bảo vệ 1 kim loại, người ta nối kim loại này với 1 tấm kim loại khác có tính khử mạnh hơn. Thí dụ, để bảo vệ vỏ tàu biển bằng thép, người ta gắn các tấm kẽm vào phía ngoaì vỏ tàu ở phần chìm trong nước biển (nước biển là dung dịch điện li). Phần vỏ tàu bằng thép sẽ giữ vai trò cực dương, không bị ăn mòn. Các tấm kẽm sẽ giữ vai trò cực âm, chúng vị ăn mòn. Sau 1 thời gian đi biển, người ta lại thay những tấm kẽm đã bị ăn mòn bằng những tấm kẽm khác.
BÀI TẬP1. Hãy cho biết trong những điều kiện nào thì xảy ra sự phá hủy kim loại theo: a) ăn mòn hóa học b) ăn mòn điện hóa? Đối với mỗi loại ăn mòn, hãy dẫn ra 1 thí dụ thường gặp trong đời sống để minh họa.2. Một vật được chế tạo từ hợp kim Zn - Cu. Vật này để trong không khí ẩm, hãy cho biết vật sẽ bị ăn mòn theo loại nào? Vì sao? Hãy trình bày cơ chế của sự ăn mòn này.1013. Một sợi dây đồng nối tiếp với 1 sợi dây nhôm để ở ngoài trời. hãy cho biết có hiện tượng gì xảy ra ở chỗ nối của 2 kim loại? Giải thích và kết luận4. Bản chất của ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa có gì giống và khác nhau?5. Trong những điều kiện nào thì xảy ra sự ăn mòn kim loại? Nguyên tắc chung để bảo vệ kim loại chống ăn mòn là gì?
6. Có những vật bằng sắt tráng thiếc (sắt tây) và sắt tráng kẽm (tôn), nếu trên bề mặt những vật đó có vết sây sát sâu tới lớp sắt bên trong, hãy cho biết:a) Hiện tượng gì sẽ xảy ra khi để vật đó trong không khí ẩm?b) Cơ chế của sự ăn mòn đối với mỗi vật trên.7. Hãy giải thích vì sao người ta có thể bảo vệ vỏ tàu biến bằng cách gắn những tấm kẽm vào vỏ tàu (phần ngâm dưới nước). Trình bày cơ chế của sự ăn mòn sẽ xảy ra?
BÀI 7 - ĐIỀU CHẾ KIM LOẠII - NGUYÊN TẮC ĐIỀU CHẾ KIM LOẠITrong hợp chất, kim loại tồn tại dưới dạng ion dương Mn+. Muốn chuyển hóa những ion này thành nguyên tử kim loại, ta thực hiện sự khử các ion kim loại : Mn+ + n.e = Mo
II - PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ KIM LOẠIĐể khử các ion kim loại trong hợp chất, ta có các phương pháp phổ biến sau1. Phương pháp thủy luyệnDùng kim loại tự do có tính khử mạnh hơn để khử ion kim loại khác trong dung dịch muối. Phương pháp naỳ được áp dụng trong phòng thí nghiệm để điều chế những kim loại có tính khử yếu. Thí dụ:- Zn khử Cu2+ thành Cu: Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu- Cu khử Ag+ thành Ag: Cu + 2AgNO3 = Cu(NO3)2 + 2Ag.1022. Phương pháp nhiệt luyệnDùng chất khử như CO, H2, C hoặc kim loại (Al) để khử ion kim loại trong oxit ở nhiệt độ cao. Phương pháp này được ap1 dụng để sản xuất kim loại trong công nghiệp :CuO + H2 = Cu + H2OFe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2
Bằng phương pháp này, người ta có thể điều chế được những kim loại có tính khử yếu và trung bình (kim loại đứng sau Al)3. Phương pháp điện phânDùng dòng điện 1 chiều trên catôt (cực âm) để khử ion kim loại trong hợp chất. Bằng phương pháp điện phân, người ta có thể điều chế được hầu hết các kim loại.Điều chế những kim loại có tính khử mạnh (từ Li đến Al), người ta điện phân hợp chất nóng chảy của chúng (muối, kiềm, oxit). Thí dụ, điều chế kim loại Na bằng cách điện phân NaCl nóng chảy . Ở catot (K) xảy ra sự khử ion Na+ thành Na. Ở anôt (A) xảy ra sự oxi hóa ion Cl- thành Cl. Kết quả ta thu được kim loại Na ở ngăn âm cực của bình điện phân.Sơ đồ điện phân:Phương trình điện phânĐể điều chế những kim loại có tính khử trung bình và khử yếu, người ta điện phân dung dịch muối của chúng trong nước. Thí dụ, điều chế Cu bằng cách điện phân dung dịch muối CuCl2. Trên bề mặt catôt có Cu2+ và H2O, ở đây xảy ra sự khử Cu2+ thành Cu (bám trên bề mặt catôt). Trên bề mặt catôt có Cl- và H2O, ở đây xảy ra sự oxi hóa Cl- thành Cl.103Sơ đồ điện phân dung dịch CuCl2
Phương trình điện phân dung dịch CuCl2:Bằng phương pháp điện phân, ta có thể điều chế được những kim loại có độ tinh khiết rất cao (99,999%), dùng chế tạo các chất bán dẫn trong kĩ thuật điện tử.BÀI TẬP1. Hãy cho biết nguyên tắc và những phương pháp thường dùng để điều chế kim loại. Các phương pháp đó có đặc điểm gì chung và riêng?2. Bằng những phương pháp nào người ta có thể điều chế Ag từ dung dịch bạc nitrat, Mg từ dung dịch magie clorua? Minh họa bằng các phương trình hóa học
3. Từ những hợp chất Cu(OH)2, MgO, FeS2, hãy lựa chọn những phương pháp nào thích hợp nhất để điều chế những kim loại tương ứng. Minh họa bằng các phương trình hóa học 4. Điện phân dung dịch CuCl2
a) Viết phương trình điện phân đã xảy rab) Cho biết vai trò của H2O trong dung dịch CuCl2
c) Có nhận xét gì về nồng độ của dung dịch CuCl2 trong quá trình điện phân.5. Sau 1 thời gian điện phân 200ml dung dịch CuCl2, người ta thu được 1,12l khí (đktc) ở anôt. Ngâm 1 đinh sắt sạch trong dung dịch còn lại sau điện phân. Phản ứng xong, khối lượng đinh sắt gia tăng 1,2g.a) Viết phương trình điện phân và phương trình hóa học b) Hãy xác định số gam Cu đã điều chế được từ các thí nghiệm nói trên?c) Xác định nồng độ mol/l của dung dịch CuCl2 trước điện phân.6. a) Có hỗn hợp bột các kim loại bạc và đồng. Bằng phương pháp hóa học đơn giản nào ta có thể thu được bạc nguyên chất. Giải thích và viết phương trình hóa học đã dùngb) Cho 2,8g hỗn hợp bột các kim loại nói trên tác dụng với dung dịch HNO3 đặc, dư, người ta thu được 0,896 lít khí duy nhất là NO2 (đktc). Hãy xác định thành phần % theo khối lượng của mỗi kim loại trong hỗn hợp.104CHƯƠNG VIIIKIM LOẠI CÁC PHÂN NHÓM CHÍNH I, II, IIIBÀI 1KIM LOẠI PHÂN NHÓM CHÍNH NHÓM I (KIM LOẠI KIỀM)I - VỊ TRÍ CỦA KIM LOẠI KIỀM TRONG HỆ THỐNG TUẦN HOÀNKim loại kiềm là những nguyên tố hóa học thuộc phân nhóm chính nhóm I trong bảng hệ thống tuần hoàn. Nhóm kim loại kiềm có các nguyên tố : liti (Li), natri (Na), kali (K), rubiđi (Rb), xesi (Cs) và
franxi (Fr)*. Các nguyên tố này cũng là những nguyên tố đứng đầu mỗi chu kì (trừ hcu kì I).II - TÍNH CHẤT VẬT LÍ CỦA KIM LOẠI KIỀMKim loại kiềm có 1 số tính chất vật lý đặc trưng sau:1. Nhiệt độ nóng chảy; nhiệt độ sôi thấp (giảm dần từ Li đến Cs) là do mạng tinh thể kim loại kiềm có kiểu lập phương tâm khối, trong đó liên kết kim loại kém bền.2. Khối lượng riêng nhỏ (tăng dần từ Li đến Cs) là do các kim loại kiềm có mạng tinh thể “rỗng” hơn và nguyên tử có bán kính lớn hơn so với các kim loại khác trong cùng chu kì.3. Độ cứng thấp là do lực liên kết giữa các nguyên tử kim loại yếu.Có thể cắt các kim loại kiềm bằng dao 1 cách dễ dàng.105Bảng dưới đây cho biết cấu tạo và 1 số tính chất vật lý của kim loại kiềm :(*) Franxi là nguyên tố phóng xạ, không có đồng vị bền.III - TÍNH CHẤT HÓA HỌC CỦA KIM LOẠI KIỀMKim loại kiềm có một số đặc điểm về cấu tạo và tính chất hóa học :- Năng lượng cần dùng để phá vỡ mạng tinh thể lập phương tâm khối của các kim loại kiềm (năng lượng nguyên tử hóa) tương đối nhỏ.- Kim loại kiềm là những nguyên tố nhóm s (electron hóa trị làm đầy ở phân lớp s) có bán kính nguyên tử tương đối lớn. Năng lượng cần dùng để tách electron hóa trị (năng lượng ion hóa tương đối nhỏ)Từ những đặc điểm trên, chúng ta dễ dàng suy ra kim loại kiềm là chất khử mạnh nhất trong số các kim loại. Thí dụ, tính chất này được thể hiện qua các phản ứng hóa học của natri.1. Tác dụng với phi kimNatri khử dễ dàng các nguyên tử phi kim thành ion âm:4Na + O2 = 2Na2O2Na + Cl2 = 2NaCl106
2. Tác dụng với axitNatri khử dễ dàng ion H+ (hoặc viết là H3O+) trong dung dịch axit (HCl, H2SO4 loãng…) thành hiđro tự do:2Na + 2HCl = 2NaCl + H2
2Na + H2SO4 = Na2SO4 + H2
3. Tác dụng với nướcNatri khử H2O dễ dàng, giải phóng khí hiđro : 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2
Các kim loại kiềm khác cũng có những phản ứng hóa học tương tự.IV - ỨNG DỤNG CỦA KIM LOẠI KIỀMKim loại kiềm có nhiều ứng dụng quan trọng:- Dùng chế tạo hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp- Các kim loại loại kali và natri dùng làm chất trao đổi nhiệt trong các lò phản ứng hạt nhân.- Kim loại xesi (Cs) dùng chế tạo tế bào quang điện.- Kim loại kiềm được dùng để điều chế một số kim loại hiếm bằng phương pháp nhiệt kim loại.- Kim loại kiềm được dùng làm chất xúc tác trong nhiều phản ứng hữu cơ và chế tạo chất chống nổ cho xăng…V - ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI KIỀMKim loại kiềm rất dễ bị oxi hóa thành ion dương, do vậy trong tự nhiên kim loại kiềm chỉ tồn tại ở dạng hợp chất (muối). Nguyên tắc điều chế là khử các ion kim loại kiềm : M+ + e = MTuy nhiên, sự khử các ion này là rất khó khăn. Phương pháp quan trọng nhất điều chế kim loại kiềm là điện phân muối halogenua hoặc hidroxit của chúng ở dạng nóng chảy. Phương trình điện phân điều chế natri có thể biểu diễn như sau:107Ta thu được kim loại Na nóng chảy ở cực âm, các chất còn lại thóat ra ở cực dương (hình 20)
BÀI TẬP1. Hãy giải thích vì sao các kim loại kiềm có nhiệt độ nóng chảy thấp, khối lượng riêng nhỏ và mềm.2. Tính chất hóa học cơ bản của kim loại kiềm là gì? Vì sao kim loại kiềm có tính chất đó? dẫn ra các phản ứng hóa học để minh họa3. hãy cho biết: a) nguyên liệu dùng điều chế kim loại kiềm, b) nguyên tắc điều chế , c) phương pháp điều chế (viết phương trình điện phân để minh họa)1084. Muốn bảo quản các kim loại kiềm, người ta ngâm kín chúng trong dầu hỏa. hãy giải thích việc làm này.5. Điện phân muối clorua kim loại kiềm nóng chảy, người ta thu được 0,896 lít khí (đktc) ở anôt (cực dương) và 3,12g kim loại ở catôt (cực âm). Hãy xác định công thức hóa học của muối đã điện phân.6. Có 2 lít dung dịch NaCl nồng độ 0,5 mol/la) Làm thế nào có thể điều chế Na từ dung dịch NaCl?b) Tính lượng kim loại và thể tích khí (đktc) điều chế được, nếu hiệu suất của quá trình điều chế là 90%.
BÀI 2 - MỘT SỐ HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA NATRII - NATRI HIDROXITNatri hiđroxit là chất rắn, màu trắng, dễ hút ẩm, tan nhiều trong nước và tỏa nhiệt do tạo thành hiđrat. Dễ nóng chảy (3220C)Natri hiđroxit là bazơ mạnh, khi tan trong nước phân li hoàn toàn thành ion.NaOH = Na+ + OH-
Dung dịch natri hiđroxit có những tính chất hóa học sau:1. Tác dụng với axit : NaOH + HCl = NaCl + H2OOH- + H+ = H2O2. Tác dụng với oxit axit:
Nếu tỉ lệ số mol NaOH : CO2 <= 1 ta có muối NaHCO3NaOH + CO2 = NaHCO3Nếu tỉ lệ số mol NaOH : CO2 >= 2 ta có muối Na2CO32NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O3. Tác dụng với dung dịch muối- Natri hiđroxit có nhiều ứng dụng quan trọng trong các ngành công nghiệp chế biến dầu mỏ, luyện nhôm, xà phòng, giất, dệt…- natri hiđroxit được điều chế bằng phương pháp điện phân dung dịch muối natri clorua. Cực âm của thùng điện phân bằng sắt, cực dương bằng than chì. Giữa 2 cực có vách ngăn xốp (hình 21).109Ta có các quá trình sau:Ở cực âm, xảy ra quá trình khử H2O: 2H2O + 2e = H2 + 2OH-Ở cực dương, xảy ra quá trình oxi hóa ion Cl-: 2Cl- - 2e = Cl2Sơ đồ điện phân dung dịch muối NaCl:Phương trình điện phân dung dịch NaCl: 2NaCl + 2H2O = H2 + CL2 + 2NaOHKết quả, thu được dung dịch NaOH có lẫn tạp chất NaCl. Cho dung dịch bay hơi nước, NaCl kết tinh trước được tách dần khỏi dung dịch NaOH (*)(*) Điện phân dung dịch NaCl không có vách ngăn sẽ tạo nước Javen (xem sách giáo khoa hóa học lớp 10) : 2NaOH + Cl2 = NaCl + NaClO + H2O110II - MUỐI CỦA KIM LOẠI NATRI1. Natri clorua NaCl- Natri clorua là chất rắn, không màu dễ tan trong nước, nóng chảy ở 800oC.- Natri clorua là thức ăn cần thiết cho người và gia súc. Ngoài ra, nó còn là nguyên liệu điều chế nhiều hóa chất quan trọng khác như: clo, axit clohidric, kim loại natri, natri hiđroxit, nước Javen…
- Natri clorua được khai thác từ nước biển hoặc mỏ muối trong lòng đất.2. Natri cacbonat- Muối natri hidro cacbonat NaHCO3 là chất rắn, màu trắng, tan ít trong nước, bền ở nhiệt độ thường, bị phân hủy ở nhiệt độ cao:NaHCO3 là muối của axit yếu, không bền (axit cacbonic), tác dụng với axit mạnh: NaHCO3 + HCl = NaCl + CO2 + H2OMặt khác, NaHCO3 là muối axit, tác dụng với kiềm: NaHCO3 + NaOH = Na2CO3 + H2ODung dịch NaHCO3 trong nước có phản ứng kiềm yếu (phản ứng thủy phân)Nếu đun nóng dung dịch này, H2CO3 bị phân hủy giải phóng khí CO2 khiến nồng độ H2CO3 giảm, cân bằng chuyển dịch sang phải làm cho dung dịch có phản ứng kiềm mạnh.- Muối natri cacbonat Na2CO3 là chất rắn, màu trắng, dễ tan trong nước. Ở nhiệt độ thường (dưới 32oC) nó tồn tại dưới dạng muối ngậm nước Na2CO3.10H2O. Ở nhiệt độ cao, muối naỳ mất nước kết tinh, trở thành muối khan Na2CO3 có nhiệt độ nóng chảy là 850oC.111Na2CO3 là muối của axit yếu, không bền (axit cacbonic), tác dụng với axit mạnh: Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + CO2 + H2ODung dịch Na2CO3 trong nước có phản ứng kiềm mạnh (đổi màu quỳ tím thành xanh, dung dịch phenolphtalein không màu thành đỏ) vì có phản ứng thủy phân giữa muối cacbonat với nước tạo ra NaOH:Muối NaHCO3 sinh ra trong phản ứng này lại bị thủy phân như đã nói ở trên. Muối natri cacbonat là nguyên liệu hóa học quan trọng để sản xuất thủy tinh, xà phòng và nhiều muối khác. Trong nhà máy, dung dịch natri cacbonat dùng để tẩy sạch dầu mỡ bám trên các chi tiết máy trước khi sơn, mạ điện…Ngày nay, natri cacbonat được điều chế bằng phương pháp amoniac. Người ta cho dung dịch NaCl bão hòa vào dung dịch amoniac 20%,
sau đó dẫn khí CO2 vào dung dịch hỗn hợp, thu được NaHCO3 ít tan. Các phản ứng hóa học xảy ra như sau:Trước hết tạo ra dung dịch NH4HCO3: NH3 + H2O + CO2 = NH4HCO3
(1)Sau đó, NH4HCO3 tham gia phản ứng trao đổi với muối NaCl sinh ra muối ít tan là NaHCO3:NH4HCO3 + NaCl = NaHCO3 + NH4Cl (2)Tách muối NaHCO3 rồi nung ở nhiệt độ cao, được Na2CO3:2NaHCO3 = Na2CO3 + CO2 + H2O (3)Khí CO2 thu được ở (3) được dẫn trở lại phản ứng (1)112III - CÁCH NHẬN BIẾT HỢP CHẤT NATRINhận biết các hợp chất natri bằng phương pháp thử maù ngọn lửa. Dùng dây platin sạch nhúng vào hợp chất natri (hoặc natri kim loại ) rồi đem đốt trên ngọn lửa đèn cồn, ngọn lửa sẽ có màu vàng.
BÀI TẬP1. Trình bày những tính chất hóa học của NaOH và viết các phương trình phản ứng để minh họa.2. Người ta điều chế NaOH bằng cách điện phân dung dịch NaCl (có vách ngăn xốp). hãy cho biết:a) những quá trình nào xảy ra ở các điện cực?b) Viết phương trình điện phân dung dịch NaClc) Tại sao cực dương của thùng điện phân không làm bằng sắt mà là than chì? Biết sắt dẫn điện tốt hơn than chì.3. Trình bày những tính chất hóa học của a) NaHCO3, b) Na2CO3. Với mỗi tính chất hãy viết t phản ứng để minh hoạ.4. Vì sao các dung dịch muối NaHCO3, Na2CO3 có phản ứng kiềm? Viết phản ứng hóa học để minh họa.
5. Cho 3,04g hỗn hợp natri hiđroxit và kali hiđroxit tác dụng với axit clohidrit được 4,15 các muối clorua. Hãy xác định số gam của mỗi hiđroxit trong hỗn hợp.6. Dẫn khí CO2 điều chế được bằng cách cho 100g CaCO3 tác dụng với axit clohidric dư, đi qua dung dịch có chứa 60g NaOH. Hãy cho biết lượng muối natri điều chế được.7. Hãy tính nồng độ mol/l và nồng độ % của dung dịch KOH, nếu cho 3,9gam kali tác dụng với 101,8g nước. Biết khối lượng riêng của dung dịch sau phản ứng là 1,056g/ml.
BÀI 3 - KIM LOẠI PHÂN NHÓM CHÍNH NHÓM III - VỊ TRÍ CỦA KIM LOẠI PHÂN NHÓM CHÍNH NHÓM II TRONG HỆ THỐNG TUẦN HOÀNKim loại phân nhóm chính nhóm II có các nguyên tố sau: beri (Be), magiê (Mg), canxi (Ca), stronti (Sr), bari (Ba) và radi (Ra)*. Trong mỗi chu kì, nguyên tố này đứng liền sau kim loại kiềm (trừ chu kì 1).(*) Rađi là nguyên tố phóng xạ được tạo thành trong quá trình phân rã hạt nhân nguyên tử nặng hơn, như urani.113II - TÍNH CHẤT VẬT LÍ CỦA KIM LOẠI PHÂN NHÓM CHÍNH NHÓM IICác kim loại phân nhóm chính nhóm II có 1 số tính chất chung sau:- Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tương đối thấp (trừ beri)- Độ cứng tuy có cao hơn kim loại kiềm, nhưng chúng là những kim loại mềm hơn nhôm.- Khối lượng riệng tương đối nhỏ, chúng là những kim loại nhẹ hơn nhôm (trừ bari).Những kim loại này có những tính chất vật lý nói trên là do ion kim loại có bán kính tương đối lớn, điện tích nhỏ, lực liên kết kim loại trong mạng tinh thể yếu.Kim loại phân nhóm chính nhóm II có nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, khối lượng riêng biến đổi không theo 1 quy luật nhất định như
kim loại kiềm là do các kim loại phân nhóm chính nhóm II có những kiểu mạng tinh thể không giống nhau.Bảng dưới đây cho biết cấu tạo và 1 số tính chất của kim loại phân nhóm chính nhóm II.114III - TÍNH CHẤT HÓA HỌC CỦA KIM LOẠI PHÂN NHÓM CHÍNH NHÓM IIKim loại phân nhóm chính nhóm II là những nguyên tố nhóm s, nguyên tử có 2 electron hóa trị (s2), phần còn lại có cấu tạo giống nguyên tử khí trơ đứng trước trong hệ thống tuần hoàn.Những kim loại phân nhóm chính nhóm II có bán kính nguyên tử tương đối lớn. Từ những đặc điểm trên, chúng ta dễ dàng suy ra kim loại phân nhóm chính nhóm II là những chất khử mạnh, trong các hợp chất chúng có số oxi hóa là +2. Tính khử của những kim loại này thể hiện qua các phản ứng hóa học sau:1. Trong không khí (ở nhiệt độ thường), Be và Mg bị oxi hóa chậm tạo thành màng oxit bảo vệ kim loại. Các kim loại còn lại tác dụng với oxi của không khí mãnh liệt hơn. Khi đốt nóng, tất cả các kim loại phân nhóm chính nhóm II đều cháy trong không khí tạo ra oxit:2M + O2 = 2MO (M là nguyên tử kim loại )2. Kim loại phân nhóm chính nhóm II khử dễ dàng ion H+ (hoặc viết là H3O+) trong dung dịch axit (HCl, H2SO4 loãng) thành hiđro tự do: M + H2SO4 = MSO4 + H2Các kim loại phân nhóm chính nhóm II có thể khử N+5 của dung dịch HNO3 loãng xuống N-33. Trong nước (ở nhiệt độ thường), Be không có phản ứng, Mg khử ch6ạm, các kim loại còn lại khử nước mạnh mẽ và tạo ra dung dịch bazơ : M + 2H2O = M(OH)2 + H2Vì vậy, các kim loại Ca, Sr, Ba được gọi là những kim loại kiềm thổ.115IV - ỨNG DỤNGKim loại Be tạo ra những hợp kim cứng, đàn hồi, không bị ăn mòn, dùng chế tạo máy bay, vỏ taù biển…Kim loại magiê tạo ra được
những hợp kim có đặc tính nhẹ và bền, dùng chế tạo máy bay, tên lửa, ôtô…Kim loại canxi dùng làm chât1 khử để tách 1 số kim loại khỏi hợp chất, tách oxi, lưu huỳnh ra khỏi thép…Các kim loại kiềm thổ còn lại ít có ứng dụng trong thực tế.V - ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI PHÂN NHÓM CHÍNH NHÓM IIPhương pháp chímh để điều chế kim loại phân nhóm chính nhóm II là điện phân muối halogenua của chúng ở dạng nóng chảy. Phương trình điện phân dạng tổng quát có thể biểu diễn như sau:X: nguyên tố halogen.
BÀI TẬP1. Theo chiều điện tích hạt nhân nguyên tử tăng dần, những đặc điểm sau đây của các nguyên tử kim loại phân nhóm chính nhóm II biến đổi như thế nào:a) năng lượng ion hóa, b) tính khử2. Hãy cho biết những tính chất vật lý của kim loại phân nhóm chính nhóm II và giải thích.3. Hãy cho biết tính chất hóa học cơ bản của kim loại phân nhóm chính nhóm II. Nguyên nhân? Minh họa bằng những phản ứng hóa học.4. Tính chất hóa học cơ bản của canxi là gì? Giải thích và minh họa bằng những phản ứng hóa học 5. Phương pháp nào được vận dụng để điều chế kim loại phân nhóm chính nhóm II. Từ dung dịch CaCl2 làm thế naò điều chế được canxi? Viết phương trình phản ứng hóa học xảy ra.6. Cho 10ml dung dịch muối canxi tác dụng với dung dịch natri cacbonat (dư), thu được 1 lượng chất kết tủa. Lọc lấy kết tủa đem nung đến khi khối lượng không đổi, được 0,28g chất rắn. Hãy xác định:116a) Nồng độ mol/l của ion canxi trong dung dịch ban đầub) Số gam ion canxi có trong 1lít dung dịch ban đầu
7. Hòa tan 1,8g muối sunfat kim loại phân nhóm chính nhóm II trong nước rồi pha loãng cho đủ 50 ml dung dịch . Để phản ứng hết với dung dịch này cần 20ml dung dịch BaCl2 0,75 mol/l. Hãy cho biết:a) Nồng độ mol/l của dung dịch muối sunfat đã điều chế b) Công thức hóa học của muối sunfat8. Cho 10g 1 kim loại kiềm thổ tác dụng với nước, thu được 6,11 lít khí hiđro (đo ở 25oC và 1at). Hãy xác định tên của kim loại kiềm thổ đã dùng.
BÀI 4 - MỘT SỐ HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA CANXIHợp chất phổ biến nhất và có nhiều ứng dụng của kim loại kiềm thổ là hợp chất của canxi. Dưới đây là 1 số hợp chất quan trọng của canxiI - CANXI OXITCanxi oxit CaO là chất rắn, màu trắng, nóng chảy ở nhiệt độ rất cao (2585oC). Canxi oxit còn được gọi là vôi sống. Canxi oxit là oxit bazơ, nó tác dụng mãnh liệt với nước, tạo ra bazơ mạnh: CaO + H2O = Ca(OH)2 + Q.Tác dụng với nhiều axit, tạo muối tương ứng: CaO + 2HCl = CaCl2 + H2OTác dụng với oxit axit, tạo muối tương ứng: CaO + CO2 = CaCO3Canxi oxit được dùng nhiều trong các ngành xây dựng, công nghiệp và nông nghiệp. Người ta điều chế canxi oxit bằng phương pháp phân hủy canxi cacbonat ở nhiệt độ cao:117Phản ứng phân hủy canxi cacbonat là phản ứng thuận nghịch và thu nhiệt. Muốn cho cân bằng hóa học chuyển dịch theo chiều có lợi cho việc điều chế CaO, cần at8ng nhiệt độ cho phản ứng và giảm nồng độ khí CO2. Ở 900oC, canxi cacbonat bị phân hủy hoàn toàn.II - CANXI HIĐROXITCanxi hiđroxit Ca(OH)2 là chất rắn, ít tan trong nước (1lít nước ở 20oC hòa tan được 0,02 mol). Dung dịch Ca(OH)2 còn gọi là nước vôi, có tính bazơ yếu hơn dung dịch NaOH. Canxi hiđroxit tác dụng với axit, oxit axit tạo muối tương ứng:
Ca(OH)2 + 2HCl = CaCl2 + 2H2OCa(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2OPhản ứng giữa canxi hiđroxit với khí cacbonic tạo chất rắn không tan là canxi cacbonat giải thích việc dùng vữa để xây dựng nhà cửa.Ngoài ra dung dịch canxi hiđroxit tác dụng với dung dịch muối khác, thí dụ:Ca(OH)2 + Na2CO3 = CaCO3 + 2NaOHPhản ứng này được dùng để điều chế NaOH trong công nghiệp.III - CANXI CACBONATCanxi cacbonat CaCO3 là chất rắn, màu trắng, không tan trong nước (1 lít nước ở 20oC hòa tan được 1,3.10-4 mol). Canxi cacbonat là muối của axit yếu và không bền (axit cacbonic), do vậy nó tác dụng với nhiều axit vô cơ và hữu cơ :118Ở nhiệt độ thấp, canxi cacbonat tan dần trong nước có chứa khí cacbonic, tạo ra muối tan là canxi hiđro cacbonat Ca(HCO3)2:Khi đun nóng, nồng độ CO2 giảm, cân bằng hóa học chuyển dịch theo chiều tạo ra CaCO3. Phản ứng xảy ra theo chiều thuận, giải thích sự xâm thực của nước mưa (có chứa CO2) đối với đá vôi. Phản ứng xảy ra theo chiều nghịch giải thích sự tạo thành thạch nhũ trong các hang động, sự tạo thành lớp cặn đá vôi trong ấm đun nước, phích đựng nước nóng.Canxi cacbonat còn gọi là đá vôi, dùng làm vật liệu xây dựng, sản xuất vôi sống, nguyên liệu sản xuất xi măng, đất đèn, bột nhẹ dùng pha sơn hoặc làm chất độn cho vật liệu cao su. Trong tự nhiên, canxi cacbonat có trong thành phần của đá vôi, đá phấn, đá hoa.IV - CANXI SUNFATCanxi sunfat CaSO4 còn gọi là thạch cao, là chất rắn, màu trắng, ít tan trong nước ( 1 lít nước ở 20oC hòa tan được 1,1. 10-2 mol)Tùy theo lượng nước kết tinh có trong canxi sunfat, ta có 3 loại:- CaSO4.2H2O là thạch cao sống, bền ở nhiệt độ thường.
- 2CaSO4.H2O là thạch cao nung nhỏ lửa, điều chế bằng cách nung thạch cao sống ở 180oC.- CaSO4 là thạch cao khan, điều chế bằng cách nung thạch cao sống ở 350oC.Hai loại thạch cao sau có thể kết hợp với nước tạo ra thạch cao sống và kèm theo sự dãn nở thể tích, do vậy, thạch cao rất ăn khuôn. Thạch cao dùng đúc tượng, làm chất kết dính trong vật liệu xây dựng (có trong thành phần của xi măng), phấn viết bảng…BÀI TẬP1. Hãy thực hiện những biến hóa hóa học sau bằng cách viết phương trình hóa học và cho biết điều kiện của phản ứng:1192. a) Có 4 chất rắn đựng trong 4 lọ riêng biệt : Na2CO3, CaCO3, Na2SO4, CaSO4.2H2O. Làm thế naò có thể phân biệt được từng chất, nếu ta chỉ có H2O và dung dịch HCl.b) Có 3 chất rắn đựng trong 3 lọ riêng biệt: NaCl, CaCl2, MgCl2. Hãy trình bày phương pháp hóa học để nhận biết mỗi chất (các dụng cụ và hóa chất cần thiết coi như đủ)3. Trong tự nhiên, các nguyên tố canxi và magiê có trong quặng đôlômit: CaCO3.MgCO3. Từ quặng này hãy trình bày phương pháp hóa học điều chế : a) 2 chất riêng biệt là CaCO3 và MgCO3; b) 2 kim loại riêng biệt là Ca và Mg4. Cho 10l hỗn hợp khí (đktc) gồm có N2 và CO2 đi qua 2 lít dung dịch Ca(OH)2 0,02M thu được 1 gam kết tủa. Hãy xác định % theo thể tích của CO2 trong hỗn hợp5*. Hòa tan 5,94 gam hỗn hợp 2 muối clorua của 2 kim loại A và B (A và B là 2 kim loại phân nhóm chính nhóm II) vào nước được 100ml dung dịch X. Để làm kếttủa hết ion Cl- có trong dung dịch X, người ta cho dung dịch X tác dụng với dung dịch AgNO3 và thu được 17,22 gam kết tủa. Lọc bỏ kết tủa, được dung dịch Y có thể tích 200ml. Cô cạn dung dịch Y, được m gam hỗn hợp muối khan.a) Tính m
b) Xác định công thức hóa học của 2 muối clorua. Biết tỉ lệ khối lượng nguyên tử của A đối với B là 5:3 va 2trong hỗn hợp muối ban đầu có tỉ lệ số phân tử muối A đối với số tu muối B là 1: 3.c) Tính nồng độ mol/l của các muối trong dung dịch X và dung dịch Y.
BÀI 5 - NƯỚC CỨNGI - NƯỚC CỨNGNước có vai trò cực kì quan trọng trong đời sống con người và trong hầu hết các ngành sản xuất. Nước thường dùng là nước tự nhiên lấy từ sông, suối, ao, hồ, nước ngầm. Nước naỳ có hòa tan một số muối của canxi, magiê như : Ca(HCO3)2 , Mg(HCO3)2, CaSO4, MgSO4, CaCl2…vì vậy nước tự nhiên có chứa các ion Ca2+, Mg2+
120Nước có chứa nhiều ion Ca2+, Mg2+ gọi là nước cứng. Nước không chứa hoặc chứa ít những ion trên, gọi là nước mềm.II - PHÂN LOẠI NƯỚC CỨNGTùy thuộc vào thành phần anion gốc axit có trong nước cứng, người ta phân biệt 2 loại nước cứng:1. Nước cứng tạm thời là nước cứng có chứa ion hidrocacbonat HCO3
-
(của các muối Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2)2. Nước cứng vĩnh cửu la 2nước cứng có chứa các ion clorua Cl- hoặc sunfat SO42- hoặc cả 2 (của các muối CaCl2, MgCl2, CaSO4, MgSO4) III - TÁC HẠI CỦA NƯỚC CỨNGNước cứng gây nhiều trở ngại cho đời sống thường ngày. Tắm giặt bằng xà phòng trong nước cứng sẽ tạo ra muối canxi stearat Ca(C17H35COO)2 không tan. Chất này làm cho vải sợi mau mục nát, mặt khác gây lãng phí xà phòng. Nếu dùng nước cứng để nấu thức ăn sẽ làm thực phẩm lâu chín và giảm mùi vị. Nước cứng củng gây tác hại cho các ngành sản xuất, như tạo lớp cặn trong nồi hơi gây lãng phí nhiên liệu và không an toàn. Nước cứng cũng làm hỏng nhiều dung dịch cần pha chế…Vì vậy việc làm mềm nước trước khi dùng có 1 ý nghĩa rất quan trọng.
IV - CÁCH LÀM MỀM NƯỚCNguyên tắc làm mềm nước là giảm nồng độ các ion Ca2+ và Mg2+ trong nước cứng, bằng cách chuyển những ion tự do này vào hợp chất không tan, hoặc thay thế chúng bằng những cation khác. Để thực hiện nguyên tắc trên, có 2 phương pháp làm mềm nước: phương pháp hóa học và phương pháp trao đổi ion.1211. Phương pháp hóa học- Đối với nước cứng tạm thời, ta có thể đun nóng nước trước khi dùngLọc bỏ chất không tan, được nước mềm. Hoặc dùng dung dịch Ca(OH)2 với 1 lượng vừa đủ để trung hòa muối axit thành muối trung hòa không tan. Lọc bỏ chất không tan, được nước mềm- Đối với nước cứng vĩnh cửu và nước cứng tạm thời, ta có thể dùng dung dịch Na2CO3
Hai phản ứng này cùng có phương trình ion là:2. Phương pháp trao đổi ionCho nước cứng đi qua chất trao đổi ion (ionit), chất này sẽ hấp thụ các ion Ca2+ và Mg2+ trong nước cứng và thế vào đó là những cation như Na+, H+…ta được nước mềm.
BÀI TẬP1. Thế naò là nước cứng? Hãy viết công thức hóa học của những muối có thể có trong các loại nước cứng sau: a) nước cứng tạm thời, b) nước cứng vĩnh cửu2. Giới thiệu nguyên tắc và trình bày các phương pháp (kèm theo các phản ứng hóa học) làm mềm nước.3. có các chất sau: NaCl, Ca(OH)2, Na2CO3, HCl. Chất nào có thể làm mềm nước cứng tạm thời? Giải thích và viết các phương trình phản ứng 4. Người ta có thể dùng muối natri photphat Na3PO4 để làm mềm nước cứng vĩnh cửu. Hãy giải thích việc làm này và viết các phương trình phản ứng để minh họa.
1225. Có 4 cốc mất nhãn đựng riêng biệt các chất sau: nước nguyên chất, nước cứng tạm thời (có chứa canxi hiđro cacbonat), nước cứng vĩnh cửu (có chứa canxi sunfat). Hãy xác định chất đựng trong mỗi cốc bằng phương pháp hóa học, viết phương trình phản ứng đã dùng.
BÀI 6 - NHÔMI - VỊ TRÍ CỦA NHÔM TRONG HỆ THỐNG TUẦN HOÀN. CẤU TẠO NGUYÊN TỬ CỦA NHÔMNhôm là nguyên tố hóa học thuộc phân nhóm chính nhóm III, chu kì 3. Trong phân nhóm, nhôm dứng dưới nguyên tố phi kim bo (B). Trong chu kì, nhôm đứng sau nguyên tố kim loại magie (Mg) và trướcnto phi kim silic (Si). Nguyên tử nhôm có bán kính (0,14nm) nhỏ hơn nguyên tử magie (0,16nm). Nguyên tử Al có 13 electron được sắp xếp như sau: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1, trong đó có 3 electron hóa trị (3s2 3p1). Nhôm là nguyên tố nhóm p (electron hóa trị làm đầy ở phân lớp p).II - TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA NHÔMNhôm là kim loại nhẹ (khối lượng riêng 2,7 g/cm3), màu trắng bạc, nóng chảy ở nhiệt độ không cao lắm (660oC).Nhôm rất dẻo, có thể dát được lá nhôm mỏng 0,01 mm dùng để gói thực phẩm.Nhôm có cấu tạo mạng lập phương tâm diện, mật độ electron tự do tương đối lớn. Do vậy, nhôm có khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt tốt. Độ dẫn điện bằng 2/3 đồng, nhưng nhôm nhẹ hơn đồng 3 lần. Độ dẫn nhiệt của nhôm hơn sắt 3 lần.123III - TÍNH CHẤT HÓA HỌC CỦA NHÔMTrong dãy điện hóa, nhôm đứng liền sau các kim loại kiềm và kim loại kiềm thổ, nên nhôm là kim loại có tính khử mạnh, nó bị oxi hóa dễ dàng thành ion Al3+: Al - 3e = Al3+
Tính chất khử mạnh của nhôm được thể hiện qua 1 số phản ứng hóa học dưới đây1. Tác dụng với phi kim Al tác dụng trực tiếp và mạnh với nhiều phi kim như O, Cl, S…Trong các phản ứng này Al đã khử các nguyên tử phi kim thành ion âm. Thí dụ: đốt bột nhôm, nó cháy sáng trong không khí, tỏa nhiều nhiệt, tạo bột trắng là nhôm oxit (hình 22): 4Al + 3O2 = 2Al2O3 + Q2. Tác dụng với axitAl khử dễ dàng ion H+ trong dung dịch axit, như HCl, H2SO4 loãng thành hiđro tự do:Al không tác dụng với các dung dịch axit HNO3 và H2SO4 đặc nguội. Vì vậy người ta có thể dùng các thùng bằng nhôm để chuyên chở những axit đặc và nguội nói trên. Al tác dụng mạnh với dung dịch HNO3 loãng và H2SO4 đặc nóng. Trong các phản ứng này, Al khử N+5 hoặc S+6 xuống số oxi hóa thấp hơn. Thí dụ:1243. Tác dụng với oxit kim loại Ở nhiệt độ cao, Al khử được nhiều ion kim loại trong oxit thành kim loại tự do. Thí dụ:Phản ứng của Al với các oxit kim loại gọi là phản ứng nhiệt nhôm. Nhiệt lượng do phản ứng tỏa ra làm nóng chảy các sản phẩm (hình 23)4. Tác dụng với nướcVật bằng nhôm không tác dụng với nước ở bất kì nhiệt độ nào là vì trên bề mặt của nhôm được phủ kín 1 lớp Al2O3 rất mỏng (không dày hơn 10-5 mm), bền và mịn, không cho nước và khí thấm qua. Nếu phá bỏ lớp bảo vệ, nhôm khử được nước ở nhiệt độ thường125Phản ứng trên sẽ nhanh chóng dừng lại vì Al(OH)3 là chất rắn không tan trong nước, là lớp bảo vệ không cho Al tiếp xúc với nước.Tóm lại, Al là chất khử khá mạnh, (dễ bị oxi hóa), tuy vậy nó bền trong không khí vì có lớp bảo vệ là Al2O3, bền trong nước vì có lớp bảo vệ là Al(OH)3.
IV - ỨNG DỤNG CỦA NHÔMNhôm là kim loại được sử dụng rộng rãi (sau sắt) trong nhiều ngành kinh tế quốc dân và đời sống thường ngày. Những ứng dụng của nhôm có liên quan chặt chẽ với tính chất vật lý và hóa học của nhôm. Nhôm và hợp kim nhôm có đặc tính nhẹ và bền đối với không khí và nước, được dùng làm vật liệu chế tạo máy bay, ôtô, tên lửa, tàu vũ trụ. Nhôm và hợp kim nhôm có màu trắng bạc, đẹp được dùng xây dựng nhà cửa và trang trí nội thất.Nhôm có tính dẫn điện và nhiệt tốt, được dùng làm dây cáp dẫn điện cao thế thay cho đồng và kim loại đắt tiền. Nhôm dùng chế tạo thiết bị trao đổi nhiệt, các dụng cụ đun nóng, vừa có vẻ đẹp vừa bền, tiết kiệm năng lượng. Giấy nhôm dùng bao gói thực phẩm, các loại bánh kẹo, không gây độc hại cho súc khỏe con người.Nhôm là kim loại có tính khử khá mạnh, bột nhôm dùng chế tạo hỗn hợp tecmit (*) để hàn kim loại, điều chế 1 số kim loại trong phòng thí nghiệm.(*) Hỗn hợp tecmit là hỗn hợp gồm bột nhôm và bột oxit sắt từ (Fe3O4), khi cháy tạo ra nhiệt độ từ 2300 -2700oC.
BÀI TẬP1. Trình bày những tính chất vật lý của nhôm và cho biết những ứng dụng của nhôm dựa trên những tính chất này.2. Hãy cho biết tính chất hóa học cơ bản của nhôm là gì? Nguyên nhân của tính chất này và dẫn ra những phản ứng hóa học để minh họa. Cho biết ứng dụng của nhôm từ tính chất hóa học này.1263. Hãy dẫn ra những phản ứng hóa học oxi hóa nhôm, khi nhôm tác dụng với a) đơn chất, b) hợp chất 4. Khử 16g sắt III oxit nguyên chất bằng bột nhôm (phản ứng nhiệt nhôm). Hãy cho biết:a) số gam bột nhôm cần dùng để các chất tác dụng với nhau vừa đủb) số gam của những chất thu được
5. Cần dùng bao nhiêu gam bột nhôm để có thể điều chế được 78g crôm từ Cr2O3 bằng phương pháp nhiệt nhôm?
BÀI 7 - HỢP CHẤT CỦA NHÔMI - NHÔM OXIT AL2O3
Nhôm oxit là chất rắn, màu trắng, không tan và không tác dụng với nước. Nóng chảy ở nhiệt độ rất cao (trên 2000oC)Trong vỏ Quả Đất, Al2O3 tồn tại dưới các dạng sau:- Tinh thể Al2O3 khan là những đá quý rất cứng, phản xạ ánh sáng tốt và có màu sắc đẹp: corinđon là tinh thể Al2O3 trong suốt, không màu; rubi (hồng ngọc) màu đỏ, saphia màu xanh, chúng là những tinh thể Al2O3 có lẫn dấu vết của những oxit kim loại khác nhau. - Quặng nhôm là Al2O3 không nguyên chất (sẽ nói ở bài 9)Về tính chất hóa học 1. Al2O3 là hợp chất rất bềnNhôm tác dụng với oxi tạo ra nhôm oxit là hợp chất ion, phản ứng tỏa rất nhiều nhiệt. Điều này cho thấy:- Al2O3 là hợp chất ion rất bền vững, nóng chảy ở nhiệt độ trên 2000oC mà không bị phân hủy.- Sự khử Al2O3 để có nhôm tự do là rất khó khăn (không thể dùng những chất khử thông thường như H2, C, CO ở bất kì nhiệt độ nào)2. Al2O3 là hợp chất lưỡng tính- Khi tác dụng với axit mạnh, Al2O3 có tính chất của oxit bazơ Al2O3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O- Khi tác dụng với dung dịch bazơ mạnh, Al2O3 có tính chất của oxit axit Al2O3 + 2NaOH = 2NaAlO2 + H2O127Tinh thể nhôm oxit trong suốt không màu hoặc có màu, 1 phần dùng làm đồ nữ trang, 1 phần dùng chế tạo các chi tiết trong các ngành kĩ thuật chính xác, như chân kính đồng hồ, máy phát laze…
Nhôm oxit lẫn tạp chất có độ rắn cao, được dùng làm vật liệu mài (đá mài, bột giấy ráp, bột đánh bóng…)II - NHÔM HIĐROXIT AL(OH)3
Trong nước, nhôm hiđroxit là châấ kết tủa keo, màu trắng. Điều chế Al(OH)3 bằng phản ứng trao đổi giữa muối nhôm với dung dịch bazơ : Al3+ + 3OH - = Al(OH)3
Về tính chất hóa học :1. Al(OH)3 là hợp chất kém bềnNung nóng nhôm hiđroxit được nhôm oxit khan2. Al(OH)3 là hợp chất lưỡng tính- Cho 1 ít nhôm hiđroxit vào cốc nước, nhỏ vaì giọt dung dịch HCl hoặc H2SO4 loãng vaò kết tủa, kết tủa tan (hình 24).128Nhôm hiđroxit nhận proton, nó có tính chất của bazơ.Khi tác dụng với axit, Al(OH)3 có tính chất của bazơ- Cho 1 ít nhôm hiđroxit vào cốc nước, nhỏ vài giọt dung dịch bazơ mạnh (NaOH, KOH) vào kết tủa, kết tủa tan (hình 25)Công thức của nhôm hiđroxit có thể viết dưới dạng HAlO2.H2O trong phản ứng này nhôm hiđroxit đã cho proton, nó có tính chất của axitKhi tác dụng với dung dịch bazơ, Al(OH)3 có tính chất của axit. Muối natri aluminat chỉ tồn tại trong dung dịch, nó là muối của axit meta aluminic HAlO2.H2O. Axit này cũng chính là nhôm hiđroxit Al(OH)3.Chú ý: nhôm nguyên chất khử được nước ở nhiệt độ thường, nhưng phản ứng dừng lại ngay vì tạo lớp bảo vệ là nhôm hiđroxit.Thực tế, nhôm được coi như không tác dụng với nước. Nhưng nhôm bị hòa tan dễ dàng trong dung dịch bazơ mạnh (nồng độ càng lớn, nhiệt độ càng cao thì sự hòa tan càng nhanh). Hiện tượng này được giải thích như sau:129- Trước hết, lớp bảo vệ Al2Ỏ bị hòa tan trong dung dịch kiềm: Al2O3 + 2NaOH = 2NaAlO2 + H2O (1)- Al khử nước: 2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2 (2)
- Lớp bảo vệ Al(OH)3 bị hòa tan trong dung dịch kiềm:Al(OH)3 + NaOH = NaAlO2 + 2H2O (3)Các phản ứng (2), (3) xảy ra xen kẽ nhau cho đến khi nhôm bị tan hết. Các phản ứng này có thể viết dưới dạng phương trình hóa học chung như sau:2Al + 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H2
III - MUỐI NHÔMMột số muối nhôm quan trọng là:1. Nhôm sunfatMuối nhôm sunfat có nhiều ứng dụng là muối kép kali và nhôm ngậm nước (có tên phèn chua), có công thức hóa học : K2SO4. Al2(SO4)3 . 24H2O hoặc có thể viết gọn là KAl(SO4)2.12H2O. Muối này được dùng trong ngành thuộc da, công nghiệp giấy, chất cầm màu trong ngành nhuộm vải, chất làm trong nước đục…2. Nhôm clorua AlCl3Muối nhôm clorua dùng làm chất xúc tác trong công nghiệp chế biến dầu mỏ và tổng hợp nhiều hợp chất hữu cơ.
BÀI TẬP1. Hãy dẫn ra những thí nghiệm hóa học và giải thích rằng Al2O3 và Al(OH)3 là những hợp chất lưỡng tính.2. HÃy nhận biết các dung dịch sau bằng phương pháp hóa học : NaCl, CaCl2, AlCl3. Viết các phương trình hóa học đã xảy ra.3. Có 3 chất rắn là Mg, Al2O3, Al. Hãy nhận biết mỗi chất trên bằng phương pháp hóa học. Viết các phương trình hóa học đã xảy ra.1304. Viết các phương trình hóa học thực hiện những biến hóa sau, kèm theo điều kiện của phản ứng (nếu có), và cho biết phản ứng nào là phản ứng oxi hóa - khử 5. Cho 31,2 gam hỗn hợp gồm bột Al và Al2O3 tác dụng với dung dịch NaOH dư, thu được 13,44l hiđro (đktc). HÃy cho biết:a) các phương trình phản ứng đã xảy ra
b) số gam từng chất trong hỗn hợp ban đầuc) Thể tích dung dịch NaOH 4M đã dùng, biết rằng người ta đã dùng dư 10ml so với thể tích cần dùng.
BÀI 8 - MỘT SỐ HỢP KIM QUAN TRỌNG CỦA NHÔMNhôm có nhiều tính chất quý, nhưng có nhược điểm là quá mềm và kém dai (dễ đứt gãy). Hợp kim nhôm có những tính chất vật lý, hóa học hơn hẳn nhôm. Dưới đây là 1 số hợp kim quan trọng của nhôm:1. Hợp kim đuyra Hợp kim quan trọng nhất của nhôm là đuyra. Thành phần có : 94% Al, 4% Cu, còn lại là các nguyên tố Mn, Mg, Si…Hợp kim này có độ bền hơn nhôm 4 lần (gần bằng độ bền của thép), có tỉ khối xấp xỉ 2,75 g/cm3. Đuyra được dùng nhiều trong công nghiệp chế tạo máy bay, ôtô, xe lửa…2. Hợp kim siluminThành phần chính của hợp kim silumin là Al và Si (10 đến 14% Si). Hợp kim này có ưu điểm là nhẹ, bền và rất ăn khuôn (thể tích dãn nở khi nhiệt độ giảm). Silumin được dùng để đúc 1 số bộ phân của máy móc.3. Hợp kim almelecHợp kim almelec có chứa 98,5% nhôm; còn lại là Mg, Si, Fe. Hợp kim này có ưu điểm là điện trở nhỏ, dai và bền hơn nhôm. Almelec dùng để chế tạo dây cáp dẫn điện cao thế thay cho đồng là kim loại qúy hiếm và nặng.1314. Hợp kim electron Thành phần chính của hợp kim electron là magiê (83,3%), nhôm (10,5%), còn lại là kẽm và mangan. Electron có những ưu điểm là nhẹ (có khối lượng riêng 1,75g/cm3, bằng 0,65 lần so với nhôm), rất bền về mặt cơ học (bền hơn thép) chịu được sự va chạm và sự thay đổi nhiệt độ trong giới hạn lớn và đột ngột. Electron dùng để chế tạo tàu vũ trụ, vệ tinh nhân tạo…
BÀI TẬP1. Hãy cho biết: a) thành phần, b) tính chất, c) ứng dụng của 1 số hợp kim quan trọng của nhôm.2. Xử lý 9g hợp kim nhôm bằng dung dịch NaOH nóng, dư. Người ta thu được 10,08 lít khí hiđro (đktc). Hãy cho biết thành phần % của nhôm trong hợp kim. Biết rằng những thành phần khác trong hợp kim không tác dụng với xút.
BÀI 9 - SẢN XUẤT NHÔMI - NHÔM TRONG TỰ NHIÊNNhôm là kim loại dễ bị oxi hóa, do đó không gặp nhôm ở trạng thái tự do trong thiên nhiên. Nhưng hợp chất của nhôm lại rất phong phú (đứng hàng thứ ba trong vỏ Trái Đất, sau oxi và silic). Nhôm có trong đất sét (Al2O3.2SiO2.2H2O), mica (K2O.Al2O3.6SiO2.2H2O), boxit (Al2O3.nH2O), criolit (3NaF. AlF3)…II - SẢN XUẤT NHÔM1. Nguyên liệuTrong không khí khô, nhôm không nguyên chất sẽ bị ăn mòn hóa học. Bởi vì lớp bảo vệ Al2O3 không thể tạo thành ở những nơi mà trên bề mặt của nhôm có tạp chất. Trong không khí ẩm hoặc trong dung dịch chất điện phân, nhôm lẫn các kim loại khác (dù là 1 lượng rất nhỏ) cũng bị ăn mòn điện hóa nhanh. Các tạp chất thường là kim loại hoặc phi kim đứng sau nhôm trong dãy điện hóa. Chúng cùng với nhôm tạo ra những cặp pin, mà nhôm là cực âm. Kết quả là nhôm bị ăn mòn. Vì vậy việc chọn nguyên liệu và làm sạch nguyên liệu sản xuất nhôm là việc làm rất phức tạp và cần thiết.132Nguyên liệu để sản xuất nhôm là quặng boxit Al2O3. nH2O. Boxit thường lẫn tạp chất là Fe2O3 và SiO2. Người ta làm sạch nguyên liệu theo trình tự sau:Quặng boxit sau khi nghiền nhỏ được nấu trong dung dịch xút đặc (nhiệt độ 180oC). Loại bỏ tạp chất không tan là sắt oxit, được dung dịch hỗn hợp 2 muối là natri aluminat và natri silicat:
Al2O3 + 2NaOH = 2NaAlO2 + H2OSiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2OXử lí dung dịch thu được bằng khí CO2 ta được chất không tan là Al(OH)3:Sau đó lọc, rửa và nung kết tủa Al(OH)3 ở nhiệt độ cao (trên 900oC) ta được Al2O3 khan, nguyên chât1 dùng để sản xuất nhôm.2. Sản xuất nhôma) Nguyên tắc: Khử ion Al3+ trong hợp chất thành nhôm tự do: Al3+ + 3e = Alb) Phương pháp Sự khử ion Al3+ trong Al2O3 là rất khó khăn, không thể dùng những chất khử thông thường như C, CO, H2…Ghi chú: Năm 1827, lần đầu tiên trên thế giới người ta điều chế được nhôm bằng cách dùng kim loại K để khử Al3+ trong muối AlCl3 khan, nóng chảy : AlCl3 + 3K = 3KCl + AlDo vậy, trong 1 thời gian dài của thế kỉ 19 người ta đã coi nhôm là kim loại quý hiếm. Napôlêon III trong bữa tiệc cung đình, lần đầu tiên cho ra mắt các quan khách bộ đồ ăn bằng nhôm.133Cuối thế kỉ 19 (vào năm 1888) người ta mới tìm ra phương pháp sản xuất nhôm bằng cách điện phân Al2O3 nóng chảy. Phương pháp này vẫn tồn tại đến nay- Chuẩn bị chất điện li nóng chảy Để giảm nhiệt độ nóng chảy của Al2O3 (2050oC), người ta hòa tan Al2O3 trong criolit nóng chảy, được hỗn hợp chất lỏng ở 900oC. Việc làm này, 1 mặt tiết kiệm được năng lượng, lại tạo được chất lỏng có tính dẫn điện tốt hơn Al2O3 nóng chảy. Mặt khác hỗn hợp chất điện li này có tỉ khối nhỏ hơn nhôm, nổi lên trên và ngăn cản Al nóng chảy không bị oxi hóa trong không khí.- Quá trình điện phân :cực âm (catôt) của thùng điện phân là tấm than chì nguyên chất, được bố trí ở đáy thùng.Cực dương (anôt) là những khối lớn than chì, có thể chuyển động theo phương thẳng đứng. (hình 26)
Dòng điện 1 chiều dùng để điện phân có cường độ rất cao (từ 50 000 đến 100 000A) và điện thế thấp (khoảng 5V). Nhiệt toả ra do hiệu ứng Jun đủ để duy trì nhiệt độ cao hơn nhiệt độ nóng chảy của chât1 điện li.134Các phản ứng oxi hóa - khử xảy ra ở các điện cực rất phức tạp, nhưng có thể nói 1 cách đơn giản là:Ở cực âm xảy ra sự khử ion Al3+ thành Al:Al3+ + 3e = AlTa thu được nhôm nóng chảy ở phần đáy thùng điện phân. Sau 1 thời gian nhất định, dùng ống siphon hút nhôm ra ngoài.Ở cực dương xảy sự oxi hóa O2- thành khí oxi: 2O2- - 4e = O2
Khí oxi ở nhiệt độ cao đã đốt cháy cực dương là cacbon, sinh ra hỗn hợp khí CO và CO2. Do vậy trong quá trình điện phân phải hạ thấp dần dần cực dươngGhi chú:- Nhôm điều chế bằng phương pháp điện phân có độ nguyên chất từ 99,4 đến 99,7%.- Để có được 1 tấn nhôm sản phẩm, phải tiêu hao 2 tấn Al2O3; 0,5 tấn than chì ở cực dương và 20000 kWh.
BÀI TẬP1. Hãy kể tên 1 số hợp chất của nhôm trong tự nhiên. Hợp chất nào có thể dùng để sản xuất nhôm? Vì sao?2. Tại sao phải làm sạch quặng boxit trước khi sản xuất nhôm? Trình bày các bước làm sạch nguyên liệu, kèm theo các phương trình phản ứng 3. Trình bày nguyên tắc sản xuất nhôm và các quá trình xảy ra ở các điện cực. Dựa vào những quá trình này, hãy dẫn ra phương trình điện phân Al2O3 nóng chảy 4. Sản xuất nhôm bằng phương pháp điện phân Al2O3 nóng chảy. Hãy cho biết lượng Al2O3 và C (cực dương) cần dùng để có thể sản xuất
được 0,54 tấn nhôm. Cho rằng toàn lượng oxi sinh ra đã đốt cháy cực dương thành khí CO2
135CHƯƠNG IX - SẮTBÀI 1: VỊ TRÍ - CẤU TẠO - TÍNH CHẤT CỦA SẮTI - VỊ TRÍ CỦA SẮT TRONG HỆ THỐNG TUẦN HOÀN- CẤU TẠO NGUYÊN TỬ SẮTSắt là nguyên tố thuộc phân nhóm phụ nhóm VIII, ở cuối hàng chẵn (hàng trên) chu kì 4 của hệ thống tuần hoàn, có số hiệu là 26.Nguyên tử sắt có 26 electron, được phân bố thành 4 lớp. Từ trong ra ngoài, lớp thứ nhất có 2e, lớp thứ hai 8e, lớp thứ ba 14e và lớp thứ tư (lớp ngoài cùng) 2e. Cấu hình electron của sắt có thể viết gọn là (Ar) 3d6 4s2. Sắt là nguyên tố nhóm d (electron hóa trị làm đầy ở phân lớp d). Bán kính nguyên tử của sắt là 0,13nm.II - TÍNH CHẤT VẬT LÍ CỦA SẮTSắt nguyên chất là kim loại có màu trắng hơi xám, dẻo, dễ rèn, nóng chảy ở nhiệt độ 1540oC. Sắt là kim loại nặng, có khối lượng riêng 7,9g/cm3. Sắt dẫn nhiệt và dẫn điện tốt (kém đồng và nhôm), có tính nhiễm từ: nó bị nam châm hút và chính nó cũng trở thành nam châm.III - TÍNH CHẤT HÓA HỌC CỦA SẮTKhi tham gia phản ứng hóa học, nguyên tử sắt có thể nhường 2e ở phân lớp 4s hoặc nhường thêm một số electron ở phân lớp 3d chưa bão hòa (thường là 1e). Như vậy, tính chất hoá học cơ bản của sắt là tính khử và nguyên tử sắt có thể bị oxi hóa thành ion Fe2+ hoặc Fe3+, tùy thuộc vào chất oxi hóa đã tác dụng với sắt.Dưới đây là một số phản ứng hóa học của sắt với đơn chất và hợp chất.1361. Tác dụng với phi kim Ở nhiệt độ cao, sắt khử mạnh mẽ nguyên tử phi kim thành anion, sắt bị oxi hóa thành ion Fe2+ hoặc ion Fe3+ :Fe + S = FeS
3Fe + 2O2 = Fe3O4
(Oxit sắt từ Fe3O4 có thể coi là hỗn hợp sắt II xit và sắt III oxit, viết là FeO . Fe2O3)2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3
2. Tác dụng với axit a) HCl, H2SO4 loãng : Fe khử các ion H+ của những dung dịch axit này thành khí hidro, sắt bị oxi hóa thành ion Fe2+.Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2
b) HNO3, H2SO4 đặc : sắt không tác dụng với các dung dịch axit HNO3, H2SO4 đặc và nguội, vì các axit này làm cho sắt trở nên thụ động. HNO3, H2SO4 đặc và nóng, HNO3 loãng oxi hóa sắt thành Fe3+ và Fe sẽ khử N+5 hoặc S+6 trong các này đến mức oxi hoá thấp hơn. Thí dụ, sắt tác dụng với dung dịch axit nitric loãng :Fe + 4HNO3 = Fe(NO3)3 + 2H2O + NO (hình 27).Hình 27 - Axit nitric loãng nguội tác dụng với sắt tạo khí NO không màu, khí này tiếp xúc với không khí trở thành khì NO2 màu nâu đỏ.3. Tác dụng với muốiSắt có thể khử được ion của các kim loại đứng sau nó trong dãy điện hóa thành kim loại tự do. Trong các phản ứng này, sắt bị oxi hóa thành ion Fe2+. Thí dụ, ngâm một đinh sắt sạch trong dung dịch CuSO4, nhận thấy một phần sắt bị hòa tan và kim loại đồng bám trên đinh sắt :Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu1374. Tác dụng với nướcỞ nhiệt độ thường, sắt không khử được nước. Nếu cho hơi nước nóng đi qua sắt ở nhiệt độ cao, sắt khử hơi nước, giải phóng khí hidro và sắt bị oxi hóa thành Fe3O4 hoặc FeO (hình 28) :3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2
Fe + H2O = FeO + H2
Ở nhiệt độ thường, sắt không bị oxi hóa trong khí oxi khô, sắt cũng không bị oxi hóa trong nước không hòa tan oxi, sắt bị oxi hóa dễ dàng tạo thành gỉ sắt màu nâu đỏ, đó là sắt III hidroxit :4Fe + 6H2O + 3O2 = 4Fe(OH)3
138BÀI TẬP1. Hãy cho biết : a) vị trí và cấu tạo nguyên tử sắt, b) những tính chất vật lí của sắt.2. Tính chất hóa học cơ bản của sắt là gì ? Nguyên nhân ? Dẫn ra các phản ứng hóa học để minh họa.3. So sánh tính khử của nhôm và sắt, dẫn 2 phản ứng hóa học để minh họa.4. Đốt nóng một ít bột sắt trong bình đựng khí oxi. Sau đó để nguội và cho vào bình một lượng dung dịch HCl. Viết các phương trình hóa học có thể xảy ra.5. Có 2 lá sắt khối lưọng bằng nhau và bằng 11,2g. Một cho tác dụng với khí clo, một ngâm trong dung dịch HCl.a) Viết các phương trình phản ứng đã xảy ra.b) Lượng muối clorua thu được có bằng nhau không và số gam là bao nhiêu ?6. Một dung dịch có hòa tan 3,25g sắt clorua tác dụng với dung dịch bạc nitrat dư, tạo ra 8,61g kết tủa màu trắng . Hãy xác định công thức hóa học của sắt clorua.7. Đốt nóng một hỗn hợp gồm bột Al và bột Fe3O4 trong môi trường không có không khí. Những chất còn lại sau phản ứng, nếu cho tác dụng với dung dịch NaOH dư sẽ thu được 6,72 lít hidro (đktc), nếu cho tác dụng với dung dịch HCl dư sẽ thu được 26,88 lít hidro (đktc).a) Viết các phương trình phản ứng xảy ra và giải thích.b) Tính số gam từng chất trong hỗn hợp đã dùng.
BÀI 2 - HỢP CHẤT CỦA SẮTI - HỢP CHẤT SẮT (II)
Hợp chất sắt (II) gồm những muối, hiđroxit, oxit của Fe2+
1. Tính chất hóa học chung của hợp chất sắt (II)Hợp chất sắt (II) tác dụng với chất oxi hóa sẽ bị oxi hóa thành hợp chất sắt (III). Trong các phản ứng hóa học này, ion Fe2+ có khả năng cho 1 electron : Fe2+ - 1e = Fe3+
Như vậy, tính chất hóa học chung của hợp chất sắt (II) là tính khử. Những thí dụ minh họa tính khử của hợp chất sắt (II):139a) Ở nhiệt độ thường, không (có oxi và hơi nước) oxi hóa nhanh chóng Fe(OH)2 thành Fe(OH)3:4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3, ion Fe2+ khử nguyên tố O thành ion O2-.b) Cho khí clo đi qua dung dịch muối sắt (II), clo sẽ oxi hóa muối sắt (II) thành muối sắt (III):2FeCl2 + Cl2 = 2FeCl3, ion Fe2+ khử nguyên tố Cl thành ion Cl-c) Hòa tan sắt (II) oxit FeO trong dung dịch HNO3 được muối sắt (III)2. Điều chế 1 số hợp chất sắt (II)a) Sắt (II) hiđroxit Fe(OH)2 là chất rắn màu lục nhạt, không tan trong nước. Fe(OH)2 được điều chế bằng phản ứng trao đổi ion giữa dung dịch muối sắt (II) và dung dịch kiềmThí dụb) Sắt (II) oxit feO là chất rắn màu đen, không có trong tự nhiên. Có thể điều chế FeO bằng phương pháp phân hủy hợp chất không bền của sắt (II) ở nhiệt độ cao, không có không khí. Thí dụ:FeO và Fe(OH)2 là những oxit bazơ và bazơ. Chúng tác dụng với dung dịch axit (HCl, H2SO4 loãng) sinh ra muối sắt (II). Cho bay hơi những dung dịch muối này, ta được các muối tương ứng ngậm nước: FeCl2.4H2O; FeSO4.7H2O.140II - HỢP CHẤT SẮT (III)Hợp chất sắt (III) gồm những muối, hiđroxit, oxit của ion Fe3+
1. Tính chất hóa học chung của hợp chất sắt (III)Hợp chất sắt (III) tác dụng với chất khử, chúng sẽ bị khử thành hợp chất sắt (II) hoặc sắt tự do. Trong các phản ứng hóa học, ion Fe3+ có khả năng nhận 1 hoặc 3 electron :Fe3+ + 1e = Fe2+
Fe3+ + 3e = FeNhư vậy, tính chất hóa học chung của hợp chất sắt (III) là tính oxi hóa. Những thí dụ minh họa tính oxi hóa của hợp chất sắt (III)a) Ở nhiệt độ cao, ion Fe3+ oxi hóa nguyên tử Al thành ion Al3+
b) Ngâm 1 đinh sắt sạch trong dung dịch muối sắt (III) ion Fe3+ oxi hóa Fe thành ion Fe2+:Chú thích: Ion Fe3+ có tính chất oxi hóa mạnh hơn ion Cu2+. Thật vậy, đồng bị oxi hóa nếu ngâm nó trong dung dịch muối sắt (III):2. Điều chế 1 số hợp chất sắt (III)a) Sắt (III) hiđroxit Fe(OH)3 là chất rắn màu nâu đỏ, không tan trong nước, Fe(OH)3 được điều chế bằng phản ứng trao đổi ion giữa dung dịch muối sắt (III) với dung dịch kiềm. Thí dụb) Sắt (III) oxit Fe2O3 là chất rắn, màu nâu đỏ. Có thể điều chế Fe2O3 bằng phương pháp phân hủy Fe(OH)3 ở nhiệt độ cao.141Fe2O3 và Fe(OH)3 là những oxit bazơ và bazơ. Chúng tác dụng với axit tạo ra muối sắt (III):Fe2O3 + 6HCl = 2FeCl3 + 3H2OFe(OH)3 + 3HNO3 = Fe(NO3)3 + 3H2OGhi chú: - Muối FeCO3 không tan trong nước, nhưng tan được trong nước có hòa tan CO2 tạo ra muối Fe(HCO3)2 dễ tan. Trong nước tự nhiên thường có 1 lượng muối axit này:Ở nhiệt độ cao, phản ứng này chuyển dịch theo chiều ngược lại.- Fe2O3 và Fe(OH)3 đã thể hiện tính chất lưỡng tính, tuy nhiên tính axit rất yếu. bằng chứng là Fe2O3 và Fe(OH)3 có thể tác dụng chậm với NaOH khan hoặc dung dịch NaOH đậm đặc ở nhiệt độ cao, tạo ra muối ferit NaFeO2.
BÀI TẬP1. Hãy dẫn ra các phản ứng hóa học để chứng minh rằng các oxit sắt là oxit bazơ, các hiđroxit sắt là bazơ.2. Tính chất hóa học chung của hợp chất sắt (II) là gì? Dẫn ra những phản ứng hóa học để chứng minh cho điều đã khẳng định.3. Tính chất hóa học chung của hợp chất sắt (III) là gì? Dẫn ra những phản ứng hóa học để chứng minh cho điều đã khẳng định.4. Viết các phương trình phản ứng hóa học thực hiện những biến hóa sau (kèm theo điều kiện nếu có):a)b)1425. Hòa tan 10g hỗn hợp bột Fe và Fe2O3 bằng 1 lượng dung dịch HCl vừa đủ thu được 1,12 lít hiđro (đktc) và dung dịch A.a) Viết các phương trình hóa học đã xảy rab) Tính % theo khối lượng mỗi chất trong hỗn hợp c) Cho dung dịch A tác dụng với NaOH dư. Lấy kết tủa thu được đem nung trong không khí đến khi khối lượng không đổi, được chất rắn. Hãy xác định số gam chất rắn thu được.6. Cho sắt tác dụng với dung dịch axit sunfuric loãng, dung dịch thu được cho bay hơi ta được tinh thể FeSO4.7H2O. hãy xác định thể tích khí được giải phóng (đktc), biết lượng muối ngậm nước có khối lượng là 55,6g.
BÀI 3 - HỢP KIM SẮTHợp kim sắt quan trọng nhất là gang và thépI - GANG1. Thành phần các nguyên tố trong gang
Gang là hợp kim sắt - cacbon và 1 số nguyên tố khác. Hàm lượng các nguyên tố trong gang biến động trong 1 giới hạn rộng: C (2 -5%), Si(1 - 4%). Mn (0, 3 - 5%), P(0,1 - 2%), S(0,01 - 1%).2. Phân loại gangDựa vào thành phần và tính chất của gang, có 2 loại chính:a) Gang trắng: gang trắng chứa ít cacbon, rất ít silic, chứa nhiều tinh thể hợp chất hóa học là xementit Fe3C. Tinh thể xemetit và sắt có màu sáng, vì vậy có tên gang trắng. Gang trắng rất cứng, rất giòn, không dùng để đúc. Gang trắng dùng để luyện thép.b) Gang xám: gang xám có chứa nhiều tinh thể cacbon, có màu xám (dưới dạng thù hình là than chì) và silic, vì vậy có tên gang xám. Gang xám kém cứng và kém giòn hơn gang trắng. Gang xám nóng chảy là chất lỏng linh động (ít nhớt) và khi hóa rắn thì tăng thể tích. Vì vậy gang xám dùng để đúc 1 số bộ phân của máy móc, đúc ống dẫn nước v.v…143II - THÉP1. Thành phần các nguyên tố trong thépThép là hợp kim sắt - cacbon trong đó có C (0,01 - 2%) và 1 lượng rất ít các nguyên tố Si, Mn, S, P.2. Phân loại thépDựa vào thành phần và tính chất của thép, chia 2 loại chính:a) Thép thường hay thép cacbon: thép thường chứa ít cacbon, silic, mangan và rất ít lưu huỳnh, photpho so với gang. Độ cứng của thép phụ thuộc vào hàm lượng cacbon. Thép cứng có 0,9% cacbon, thep1 mềm chứa không quá 0,1%. Loại thép này được sử dụng rất rộng rãi trong các ngành kinh tế quốc dân, quốc phòng và đời sống.b) Thép đặc biệt: thép đặc biệt là thép có chứa thêm 1 số nguyên tố như Si, Mn, Ni, Cr, W…Thép đặc biệt có những tính chất cơ học và lí học rất quý. Thí dụ:- Thép Ni - Cr: rất cứng, ít giòn. Dùng chế tạo vòng bi, vỏ xe bọc thép.
- Thép W - Mo - Cr: rất cứng ngay cả ở nhiệt độ cao. Dùng chế tạo dụng cụ cắt gọt kim loại.- Thép silic: rất dẻo, đàn hồi tốt. Dùng chế tạo lò xo, nhíp ôtô…- Thép mangan: rất bền, chịu được va đập mạnh. Dùng chế tạo các thanh ray vát nhọn, máy nghiền đá…BÀI TẬP1. Hãy cho biết thành phần các nguyên tố hóa học trong a) gang; b) thép. Có sự so sánh gì về thành phần của gang và thép?2. Gang trắng và gang xám có gì khác nhau về thành phần hóa học và tính chất?3. So sánh thành phần hóa học của thép thường với thép đặc biệt. Giới thiệu 1 số thép đặc biệt và ứng dụng của mỗi kim loại.144BÀI 4 - SẢN XUẤT GANGI - SẮT TRONG TỰ NHIÊNTrong tự nhiên, người ta chỉ gặp sắt tự do trong các mảnh thiên thạch. Nhưng hợp chất của sắt tồn tại dưới dạng quặng thì rất phong phú, có rải rác nhiều nơi trên Trái Đất (sắt chiếm 5% khối lượng vỏ Trái Đất, đứng hàng thứ hai sau nhôm). Dưới đây là 1 số quặng sắt quan trọng trong tự nhiên:- Quặng hematit, có 2 loại: + Hematit đỏ, chứa Fe2O3 khan.+ hematit nâu, chứa Fe2O3.nH2O- Quặng manhetit chứa Fe3O4 là quặng giàu sắt nhất, nhưng hiếm có trong tự nhiên.- Quặng xiđêrit chứa FeCO3.- Quặng pirit chứa FeS2, có nhiều trong tự nhiên.Quặng sắt có giá trị sản xuất gang là manhetit và hematit.II - SẢN XUẤT GANG1 - Nguyên liệu
a) Quặng sắt: quặng sắt dùng sản xuất gang phải chứa ít nhất 30% sắt trở lên, không chứa hoặc chứa rất ít lưu huỳnh, photpho.b) Than cốc: than cốc không có trong tự nhiên. Điều chế nó từ than mỡ hoặc có thể từ than gầy. Than cốc có vai trò cung cấp nhiệt khi cháy, tạo chất khử là CO và tạo gang.c) Chất chảy: tùy theo tính chất của liệu nạp lò người ta dùng chất chảy khác nhau. Nếu liệu lẫn oxit axit SiO2, chất chảy là CaCO3. Ngược lại liệu có oxit bazơ CaO (dưới dạng CaCO3), chất chảy là SiO2. Chất chảy kết hợp với oxit khó nóng chảy (CaO hoặc SiO2) trong quặng tạo muối silicat dễ nóng chảy , có tỉ khối nhỏ (d = 2,5), nổi trên gang, gọi là xỉ:145d) Không khí : không khí đốt cháy than cốc, tạo chất khử là CO và tạo nhiệt độ cao cần thiết đế các phản ứng hóa học có thể xảy ra. Do vậy, không khí đưa vào lò cao càng giàu oxi, càng nóng càng tốt. Người ta nạp liệu vào lò cao thành từng lớp xen kẽ nhau: lớp than cốc, lớp quặng (và chất chảy).2. Nguyên tắc sản xuất gangKhử sắt trong oxit bằng CO ở nhiệt độ cao (phương pháp nhiệt luyện). Trong lò cao, sắt có số oxi hóa cao bị khử dần dần đến sắt có số oxi hóa thấp hơn, theo sơ đồ:3. những phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình sản xuất ganga) Phản ứng tạo chất khử CO: Không khí nóng được nén vào lò cao ở phần trên của nồi lò, đốt cháy hoàn toàn than cốc: C + O2 = CO2 + QKhí CO2 đi lên trên, gặp lớp than cốc, bị khử thành CO: CO2 + C = 2CO - Qb) CO khử sắt trong oxit sắt: các phản ứng khử sắt trong oxit sắt được thực hiện trong thân lò, nơi có nhiệt độ từ 400 đến 1200oC. Các phản ứng hóa học xảy ra theo trình tự sau (hình 29)146- Phần trên thân lò có nhiệt độ khoảng 400oC: 3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2
- Phần giữa của thân lò có nhiệt độ từ 500 - 600oC: Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2
- Phần dưới thân lò có nhiệt độ từ 700 - 800oC: FeO + CO = Fe + CO2
Ở đây cũng xảy ra phản ứng phân hủy CaCO3 thành CaO và phản ứng tạo xỉ CaSiO3.147Ghi chú: Lò cao hiện đại có thể tích 2000m3, 1 ngày đêm tiêu thụ chừng 7000 tấn quặng thiêu kết và 2000 tấn than cốc, thu được khoảng 4000 tấn gang. Như vậy, mỗi phút lò cao này luyện được 2,5 tấn gang.Không khí trước khi nén vào lò cao đã được sấy nóng trong các lò vớt nhiệt. Nguyên tắc hoạt động của lò vớt nhiệt là: khí thoát ra từ miệng lò cao có nhiệt độ 200oC, chứa 25% CO (theo thể tích) được dẫn vào lò vớt nhiệt, đốt nóng đỏ những chồng gạch đến 1000oC. Sau đó, không khí được nén vào lò vớt nhiệt và được sấy nóng đến 800 - 900oC rồi đi vào lò cao.Ứng với 1 lò cao có nhiều lò vớt nhiệt làm việc xen kẽ nhau: lò naỳ được đốt nóng, lò kia sấy không khí trước khi vào lò cao.
BÀI TẬP1. Hãy cho biết tên và thành phần 1 số quặng sắt thường gặp trong tự nhiên.2. Hãy giới thiệu 1 số nguyên liệu chính dùng sản xuất gang và phân tích vai trò của những nguyên liệu này.3.Nguyên tắc sản xuất gang là gì?4. Trình bày những phản ứng hóa học khử sắt trong Fe2O3 thành Fe trong lò cao. Những phản ứng này xảy ra trong bộ phận nào của lò cao? Tại sao những phản ứng lại xảy ra theo từng giai đoạn?5. Cần bao nhiêu tấn quặng manhetit chứa 80% Fe3O4 để có thể luyện được 800 tấn gang có hàm lượng sắt là 95%. Biết rằng trong quá trình sản xuất , lượng sắt bị hao hụt là 1%.6. Khử hoàn toàn 16g bột oxit sắt nguyên chất bằng CO ở nhiệt độ cao. Sau khi phản ứng kết thúc, khối lượng chất rắn giảm 4,8%.
a) Hãy cho biết công thức hóa học của oxit sắt đã dùngb) Chất khí sinh ra sau phản ứng được dẫn vào bình đựng dung dịch NaOH dư. Hãy cho biết khối lượng của bình thay đổi như thế nào?c) Hãy cho biết thể tích khí CO (đktc) cần dùng cho phản ứng trên là bao nhiêu?7. Khử 9,6g 1 hỗn hợp gồm sắt (III) oxit và sắt (II) oxit bằng khí hiđro ở nhiệt độ cao, người ta được sắt và 2,88g nước.a) Hãy xác định thành phần % của 2 oxit trong hỗn hợp b) Khối lượng hiđro cần thiết cho sự khử này là bao nhiêu gam?c) Tính thể tích khí hiđro cần dùng, đo ở 17oC và 725 mmHg.148BÀI 5 - SẢN XUẤT THÉPI - NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT THÉP- Gang trắng hoặc gang xám, sắt thép phế liệu- không khí hoặc oxi- Nhiên liệu: dầu madút hoặc khí đốt- Chất chảy: canxi oxit hoặc silic IV oxitII - NGUYÊN TẮC SẢN XUẤT THÉPOxi hóa các tạp chất trong gang (Si, Mn, S, P, C) thành oxit, nhằm giảm hàm lượng của chúng at được thép.III - NHỮNG PHẢN ỨNG HÓA HỌC XẢY RA TRONG QUÁ TRÌNH LUYỆN GANG THÀNH THÉP.1. Phản ứng tạo thépKhông khí giàu oxi hoặc oxi sẽ oxi hóa lần lượt các tạp chất trong gang nóng chảy. Trước hết, silic và mangan bị oxi hóa: Si + O2 = SiO2 ; 2Mn + O2 = 2MnOTiếp đến cacbon bị oxi hóa thành CO (nhiệt độ trên 1200oC): 2C + O2 = 2COLưu huỳnh cũng bị oxi hóa thành khí sunfurơ: S + O2 = SO2
Sau đó photpho bị oxi hóa thành andehit photphoric: 4P + 5O2 = 2P2O5Sau khi các tạp chất trong gang bị oxi hóa hết, sẽ có 1 phần sắt bị oxi hóa: 2Fe + O2 = 2FeO149Lúc này người ta ngừng ngay sự nén khí vào lò. Trước khi kết thúc quá trình luyện gang thành thép, cần cho thêm vào lò 1 lượng gang giàu mangan nhằm 2 mục đích sau:- Mn là chất khử mạnh hơn Fe, sẽ khử ion sắt trong FeO thành sắt: FeO + Mn = Fe + MnO- Gia tăng 1 lượng nhất định cacbon trong sắt nóng chảy để được loại thép có hàm lượng cacbon như ý muốn.2. Phản ứng tạo xỉỞ nhiệt độ cao, những oxit axit như SiO2, P2O5 tác dụng với oxit bazơ như CaO tạo xỉ silicat, photphat dễ nóng chảy, có tỉ khối nhỏ hơn thép, nổi trên thép:3CaO + P2O5 = Ca3(PO4)2CaO + SiO2 = CaSiO3 IV - CÁC PHƯƠNG PHÁP LUYỆN GANG THÀNH THÉP1. Phương pháp BetxơmeLà phương pháp luyện thép bằng lò Betxơme (hình 30). Lò này có thể chuyển động theo trục nằm ngang để nhận gang hoặc rót thép. Sau khi rót gang nóng chảy vào lò, người ta nén không khí hoặc oxi vào lò với áp suất cao. Các phản ứng oxi hóa tạp chất trong gang kết thúc trong vòng 15 phút, trải qua 3 giai đoạn sau (hình 31):Phương pháp Betxơme có những ưu và nhược điểm sau:- Ưu điểm:+ Thời gian luyện 1 mẻ thép rất nhanh (15 phút), khoảng cách giữa 2 lần luyện thép ngắn (30 - 40 phút), mỗi mẻ thép có khối lượng 30 - 60 tấn.+ Thiết bị đơn giản, vốn đầu tư không lớn.+ Không cần nhiên liệu.
150- Nhược điểm:+ Thời gian chuyển gang thành thép quá nhanh, do đó không luyện được loại thép có thành phần như ý muốn.151+ Chất lượng thép không cao, vì không loại được hết lưu huỳnh trong gang, mặt khác thép có hòa tan 1 lượng oxi, nitơ khiến thép trở nên giòn.2. Phương pháp MactanhLà phương pháp luyện thép bằng lò Mactanh (hiìh 32). Người ta nạp vào lò: gang, sắt thép phế liệu, chất chảy. Đốt lò bằng dầu madút hoặc khí đốt và không khí nóng giàu oxi, nhiệt độ 1700oC. Khí oxi và gỉ sắt Fe2O3 oxi hóa các tạp chất trong gang, thí dụ: Fe2O3 + 3C = 2Fe + 3COPhương pháp Mactanh có những ưu điểm và nhược điểm chính sau:- Ưu điểm:+ Tận dụng được sắt thép phế liệu để luyện thép.+ Luyện được những loại thép chất lượng cao, có thành phần như ý muốn.+ Khối lượng thép của mỗi mẻ khá lớn (100 - 200 tấn)- Nhược điểm:+ Tiêu hao nhiên liệu (dầu madút, khí đốt).+ Thời gian luyện mỗi mẻ thép khá dài (10 -12 giờ).3. Phương pháp lò điệnLà phương pháp luyện thép bằng lò điện (hình 33).152Nhiệt lượng trong lò do hồ quang điện sinh ra giữa các điện cực và gang nóng chảy. Nhiệt độ trong lò điện cao hơn nhiều và dễ điền chỉnh hơn so với các loại lò trên. Do vậy, phương pháp lò điện có ưu điểm là luyện được những loại thép đặc biệt mà thành phần có những kim loại khó nóng chảy như vonfram (3350oC), molipđen (2620oC), crom (1890oC)…và không chứa những tạp chất có hại như lưu huỳnh,
photpho. Nhược điểm của lò điện là dung tích nhỏ, khối lượng mỗi mẻ thép không lớn.
BÀI TẬP 1. Hãy giới thiệu: a) những nguyên liệu, b) nguyên tắc sản xuất thép.2. Hãy trình bày những phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình :a) luyện gang thành thépb) tạo xỉ3. Hãy trình bày những ưu và nhược điểm chính của phương pháp luyện thép bằng : a) lò Betxơme, b) lò Mactanh, c) lò điện4. Hòa tan một đinh thép có khối lượng 1,14g bằng dung dịch H2SO4 loãng dư. Phản ứng xong, loại bỏ kết tủa, được dung dịch A. Dung dịch A làm mất màu 40ml dung dịch KMnO4 0,1M. Hãy xác định hàm lượng sắt nguyên chất trong đinh thép. Cho rằng trong thành phần của đinh thép chỉ có sắt tác dụng được với axit nói trên.
BÀI 6 - KHÁI QUÁT VỀ CÁC NGUYÊN TỐ KIM LOẠI PHÂN NHÓM PHỤ NHÓM VIIINhóm VIII của hệ thống tuần hoàn gồm 2 phân nhóm : phân nhóm chính gồm những nguyên tố khí trơ (khí hiếm), phân nhóm phụ có 9 nguyên tố kim loại, được xếp thành 3 bộ ba kim loại. Chu kì 4 có: sắt Fe, coban Co, niken Ni. Chu kì 5 có: rutemi Ru, rođi Rh, palađi Pd. Chu kì 6 có: osimi Os, iridi Ir, platin Pt.153I - MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM CỦA KIM LOẠI PHÂN NHÓM PHỤ NHÓM VIII1. Cấu hình electron - Số electron ở phân lớp ngoài cùng (phân lớp s) của nguyên tử có 1 đến 2e.- Phân lớp d của lớp sát ngoài cùng được làm đầy electron (từ d6 đến d9), trừ trường hợp nguyên tố Pd lớp ngoài cùng không có electron,
còn phân lớp 4d được bão hòa electron (4d10). Vì vậy, những kim loại phân nhóm phụ nhóm VIII là những nguyên tố nhóm d. Dưới đây là cấu hình electron của 3 bô ba kim loại :Chu kì 4: Fe: (Ar) 3d6 4s2; Co (Ar) 3d7 4s2; Ni (Ar) 3d8 4s2
Chu kì 5: Ru: (Kr) 4d7 5s1; Rh (Kr) 4d8 5s1; Pd : (Kr) 4d10
Chu kì 6: Os: (Xe) 5d6 6s2; Ir : (Xe) 5d7 6s2; Pt: (Xe) 5d9 6s1
2. Bán kính nguyên tử- Xét theo cột đứng, bán kính nguyên tử tăng dần từ trên xuống dưới.- Xét theo hàng ngang (cùng chu kì), bán kính nguyên tử của chúng có giá trị gần giống nhau.Dưới đây là bảng so sánh bán kính nguyên tử (nm) của các kim loại154 3. Cấu tạo mạng tinh thểỞ trạng thái rắn, các kim loại phân nhóm phụ nhóm VIII có cấu tạo mạng tinh thể lập phương tâm diện hoặc lăng trụ lục giác đều, đó là những kiểu mạng có cấu tạo đặc chắc. Thể tích nguyên tử tương đối nhỏ, mật độ electron tự do tương đối lớn, do đó lực liên kết kim loại trong mạng tinh thể rất bền vững , vì vậy các kim loại này có nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi rất cao và có tỉ khối lớn.4. Số oxi hóaCác kim loại phân nhóm phụ nhóm VIII đều có số oxi hóa biến đổi. Nhìn chung, số oxi hóa biến đổi từ +2 đến +6. Trừ 2 nguyên tố là Ru và Os đạt đến số oxi hóa cực đại là +8.Dựa vào cấu tạo nguyên tử và tính chất, người ta chia các kim loại phân nhóm phụ nhóm VIII thành 2 họ: các kim loại họ sắt gồm có Fe, Co, Ni và các kim loại họ platin gồm 6 kim loại còn lại.II - CÁC KIM LOẠI HỌ SẮTKim loại họ sắt gồm 3 kim loại nằm trong chu kì 4. Chúng có 1 số tính chất sau:1. Bán kính nguyên tử giảm dần từ Fe đến Ni (xem bảng trên) khuynh hướng nhường electron giảm dần trong các phản ứng hóa học : tính khử của các kim loại giảm dần theo chiều Fe - Co - Ni.
2. Số oxi hóa cực đại giảm dần từ Fe là +6 đến +4 ở Co và Ni. Số oxi hóa bền của Fe là +3, của Co và Ni là +2.3. Trong dãy điện hóa của kim loại, các cặp Fe2+/Fe, Co2+/Co và Ni2+/Ni đều đứng trước cặp H+/H2: các kim loại Fe, Co, Ni có tính khử tương đối mạnh, các ion của chúng có tính oxi hóa yếu.III - CÁC KIM LOẠI HỌ PLATINKim loại họ platin gồm 6 nguyên tố: Ru, Rh, Pd, Os, Ir và Phương trình. Chúng có một số tính chất chung sau:1551. Các kim loại này có nhiều tính chất rất giống nhau: cùng tồn tại ở trạng thái tự do trong thiên nhiên và thường có lẫn với nhau. Việc tách riêng từng kim loại ra khỏi hỗn hợp là rất khó khăn.2. Các kim loại này có nhiều số oxi hóa khác nhau, nhưng phổ biến và điển hình là +4.3. Trong dãy điện hóa của kim loại, các cặp oxi hóa - khử của những kim loại này đều đứng sau cặp H+/H2. Các kim loại này không bị ăn mòn trong tự nhiên. Rất bền vững đối với các chất hóa học. Một số không tan trong axit có tính oxi hóa mạnh. Những kim loại này có tính khử yếu, ion của chúng có tính oxi hóa mạnh.4. Các kim loại họ platin có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi rất cao.156PHẦN BA: THỰC HÀNHBÀI THỰC HÀNH 1 - TÍNH CHẤT CỦA RƯỢU, PHENOL VÀ AMINThí nghiệm 1: phản ứng của rượu etylic với natria) Cho 1ml rượu etylic khan vào ống nghiệm khô. Cho tiếp 1 mẩu natri bằng hạt đậu xanh vào ống nghiệm trên. Quan sát hiện tượng xảy ra trong ống nghiệm. Viết phương trình phản ứng b) Khi phản ứng đã kết thúc, đun ống nghiệm trong nồi nước sôi cho đến khi rượu bay hơi hết. Nhận xét sản phẩm ở đáy ống nghiệm.Thí nghiệm 2: Phản ứng của phenol với dung dịch kiềm
a) Cho vài tinh thể phenol (dùng thìa thủy tinh) vào ống nghiệm và rót vào đó 2 - 3 ml nước cất. Lắc nhẹ ống nghiệm. Nhận xét khả năng hòa tan của phenol.b) Cho từ từ từng giọt dung dịch NaOH 10% vào dung dịch trên. Lắc nhẹ. Quan sát hiện tượng xảy ra và giải thích.c) Khi dung dịch đã trong suốt, dùng ống thủy tinh dẫn vào đó dòng khí cacbonic. Quan sát hiện tượng xảy ra và giải thích. Viết các phương trình phản ứng Thí nghiệm 3: phản ứng của phenol với nước bromCho 1ml dung dịch phenol trong suốt vào ống nghiệm. Cho tiếp từng giọt dung dịch nước brom đậm đặc và lắc nhẹ. Quan sát và giải thích hiện tượng xảy ra. Viết phương trình phản ứng157 Thí nghiệm 4: Phản ứng tạo thành nhựa phenol formanđehitCho vào ống nghiệm 1 g phenol và 2ml dung dịch fomalin 35 - 40%. Đun nóng nhẹ cho hỗn hợp tan hoàn toàn rồi đun sôi 1 - 2 phút nữa. Ngừng đun, cho 0,1ml dung dịch HCl đặc vào hỗn hợp trên. Lắc nhẹ. Hỗn hợp bắt đầu tự sôi. Sau 1 - 2 phút chât1 lỏng đục dần và sánh lại. Đun hỗn hợp thêm 1- 2phút nữa. Rót lớp nước đục ở phía trên ra và cho thêm vào 1 thể tích nước cất bằng phần nước đã rót ra. Đun nóng hỗn hợp thêm 1 - 2 phút nữa. Rót bỏ phần nước. Phần nhựa được rót lên mảnh kính. Thấm khô nhựa bằng giấy lọc. Quan sát mẫu nhựa. Chú ý: làm thí nghiệm trong tủ có máy hút khí, hoặc làm chỗ thoángThí nghiệm 5: Tính bazơ của anilina) Cho 3 - 4 giọt anilin vào ống nghiệm đã có sẵn 1 -2 ml nước. Lắc mạnh. Nhận xét khà năng hòa tan của anilin trong nước.b) Cho từng giọt dung dịch axit clohidric đặc vào hỗn hợp trên, đồng thời lắc mạnh. Nhận xét hiện tượng xảy ra. Giải thích và viết phương trình phản ứng c) Sau khi được dung dịch đồng nhất, cho vào đó từng giọt dung dịch kiềm loãng. Nhận xét hiện tượng xảy ra. Giải thích và viết phương trình phản ứng
BÀI THỰC HÀNH 2TÍNH CHẤT CỦA GLIXERIN, GLUXIT, PROTIT VÀ POLIMEThí nghiệm 1: Phản ứng của glixerin, glucozơ với đồng (II) hiđroxita) Cho 1 - 2 ml dung dịch NaOH 10% vào ống nghiệm, cho tiếp vài giọt dung dịch CuSO4 5%. Lắc nhẹ hỗn hợp. Lọc thu lấy kết tủa Cu(OH)2.b) Dùng đũa thủy tinh cho kết tủa Cu(OH)2 vào 2 ống nghiệm: ống thứ 1 đựng 1ml glixerin, ống thứ 2 đựng 1ml dung dịch glucozơ 1%. lắc nhẹ cả 2 ống nghiệm. Quan sát và giải thích hiện tượng xảy ra. Viết phương trình phản ứng.158c) Đun nóng nhẹ ống nghiệm có dung dịch glucozơ ở thí nghiệm (b). Quan sát và giải thích hiện tượng xảy ra.Thí nghiệm 2: thủy phân saccarozơ a) Cho 1 - 2 ml dung dịch saccarozơ 1% vào ống nghiệm. Cho tiếp 0,5 -1 ml dung dịch H2SO4 10%. Đun sôi dung dịch 1 - 2 phút.b) Khi dung dịch đã nguội, lắc nhẹ ống nghiệm đồng thời cho từ từ bột NaHCO3 vào đến khi CO2 ngừng thoát ra. Dùng đũa thủy tinh cho kết tủa Cu(OH)2 (điều chế ở Thí nghiệm 1) vào dung dịch. Đun nóng nhẹ hỗn hợp. Quan sát hiện tượng xảy ra. Giải thích toàn bộ quá trình Thí nghiệm và viết phương trình phản ứng .Thí nghiệm 3: Sự đông tụ protitCho 2 - 3ml dung dịch protit (lòng trắng trứng) vào ống nghiệm và đun đến sôi 0,5 - 1 phút. Sau khi làm lạnh dung dịch, cho thêm vào đó 2 - 3ml nước và lắc nhẹ. Quan sát các hiện tượng xảy ra.Thí nghiệm 4: Phản ứng màu của protita) Cho vào ống nghiệm 1 ml dung dịch protit (lòng trắng trứng), 1ml dung dịch NaOH đặc và 1 giọt dung dịch CuSO4 2%. Lắc nhẹ ống nghiệm. Quan sát màu của dung dịch.b) Cho vào ống nghiệm 1 ml dung dịch protit (lòng trắng trứng), 0,2 - 0,3 ml axit HNO3 đặc, lắc nhẹ và đun sôi dung dịch 1 - 2 phút. Quan sát màu của dung dịch.Thí nghiệm 5 : Nhiệt dẻo polime
Đưa từ từ mẫu polietilen (có thể dùng mảnh túi bọc bánh kẹo…) lại gần ngọn lửa đèn cồn. Quan sát hiện tượng xảy ra.Cũng làm thí nghiệm như thế đối với mẫu polistiren (có thể dùng cán bàn chải đánh răng…)159Thí nghiệm 6: Tác dụng của dung dịch axit, kiềm với polimea) 3 ống nghiệm mỗi ống chứa 1ml một trong các dung dịch sau: H2SO4 đặc, HNO3 đặc, NaOH đặc. Cho vào mỗi ống vài mẫu polietilen và lắc nhẹ.b) 2 ống nghiệm mỗi ống chứa 1 ml 1 trong 2 dung dịch sau: H2SO4 d0ặc, NaOH 10%. Cho vào mỗi ống vài mẫu polivinyl clorua và lắc nhẹ.c) 3 ống nghiệm mỗi ống đựng 1ml 1 trong 3 dung dịch sau: H2SO4 đặc, H2SO4 loãng, NaOH 10%. Cho vào mỗi ống vài mẫu chất dẻo phenol fomanđehit. Dùng đũa thủy tinh khuấy nhẹ cả 3 hỗn hợp.Quan sát 3 mẫu nhựa trong các thí nghiệm trên có tham gian phản ứng không?
BÀI THỰC HÀNH 3TÍNH CHẤT CỦA KIM LOẠI KIỀM, KIM LOẠI KIỀM THỔ, NHÔM.I - THÍ NGHIỆM VỀ KIM LOẠI KIỀM VÀ HỢP CHẤT CỦA KIM LOẠI KIỀMThí nghiệm 1 : Kim loại kiềm tác dụng với không khí Cắt 1 miếng kim loại natri (hoặc kali), để trong không khí. Hãy cho biết:- Hiện tượng quan sát được trên mặt cắt.- những hợp chất nào được tạo thành trên mặt cắt.- những phản ứng hóa học đã xảy ra.Thí nghiệm 2: Kim loại kiềm tác dụng với nước
Đổ nước vào 2/3 ống nghiệm. Kẹp ống nghiệm vào giá đỡ. Bỏ 1 miếng natri nhỏ bằng hạt đậu xanh vào ống nghiệm. úp 1 phễu nhỏ trên ống nghiệm (hình 34). Đốt khí bay ra ở cuống phễu.160- Hiện tượng thí nghiệm quan sát được?- Những chất nào được tạo ra và viết những phương trình phản ứng hóa học.- Nhò 1, 2 giọt phenolphtalein vào ống nghiệm. Quan sát được gì và giải thích ?II - THÍ NGHIỆM VỀ HỢP CHẤT CỦA CANXIThí nghiệm 3: Dung dịch Ca(OH)2 tác dụng với CO2
Đổ dung dịch Ca(OH)2 vào 1/2 ống nghiệm. Dẫn luồng khí CO2 dư đi từ từ vào đáy ống nghiệm.- Trình bày những hiện tượng quan sát được.- Giải thích và viết phương trình phản ứng hóa học đã xảy ra.- Đun nóng nhẹ dung dịch thu được sau những phản ứng trên. Quan sát được gì và giải thích? Viết phương trình phản ứng hóa học đã xảy ra.III - THÍ NGHIỆM CỦA NHÔM VÀ HỢP CHẤT CỦA NHÔMThí nghiệm 4: Nhôm tác dụng với oxi của không khí Dùng giấy ráp hoặc giũa đánh sạch 1 mảnh nhôm (hoặc dây nhôm). Nhỏ 1 giọt dung dịch HgCl2 (châấ độc) lên bề mặt sạch của nhôm. Sau 1 - 2 phút, lau khô và đặt mảnh nhôm trong không khí.- Trình bày những hiện tượng quan sát được.- Chất nào được tạo thành và viết phương trình phản ứng hóa học.Thí nghiệm 5: Điều chế nhôm hiđroxitRót 2 - 3 ml dung dịch muối nhôm vào ống nghiệm. Nhỏ dần dần vài giọt dung dịch NaOH loãng vào ống nghiệm.- Trình bày hiện tượng quan sát được.- Chất nào được tạo thành và viết phương trình phản ứng hóa học ?161
Thí nghiệm 6: Tính chất của nhôm hiđroxitChia kết tủa keo thu được ở Thí nghiệm 5 làm 2 phần. Thêm vài giọt dung dịch kiềm vào phần I, vài giọt dung dịch axit vào phần II.- Trình bày hiện tượng quan sát được trong mỗi thí nghiệm trên. Giải thích và viết những phương trình phản ứng hóa học đã xảy ra.- Kết luận gì về tính chất hóa học của nhôm hiđroxit?
BÀI THỰ HÀNH 4TÍNH CHẤT CỦA SẮT VÀ TÍNH CHẤT CỦA HỢP CHẤT SẮTI - THÍ NGHIỆN VỀ SẮTThí nghiệm 1: Sắt tác dụng với dung dịch đồng sunfatRót 1 - 2ml dung dịch CuSO4 vào ống nghiệm. Cho vào ống nghiệm 1 đinh sắt nhỏ đã được đánh rửa sạch. Sau vài ba phút rồi cho biết:- Những hiện tượng quan sát được trên đinh sắt và dung dịch trong ống nghiệm.- Những chất nào được tạo thành?- Giải thích và viết phương trình phản ứng hóa học để minh họa.Thí nghiệm 2: Sắt tác dụng với axitLấy 3 ống nghiệm có đánh số thứ tự từ 1 đến 3. Cho vào mỗi ống 1 ít mạt sắt (hoặc 1 đinh sắt sạch). Rót 1 -2ml dung dịch HCl vào ống 1, dung dịch H2SO4 loãng vào ống 2, dung dịch HNO3 loãng vaà ống 3 (nếu phản ứng diễn ra chậm, có thể đun nóng ống).- Hãy cho biết những hiện tượng quan sát được ở mỗi ống? Đưa ngọn lửa vaò miệng các ống nghiệm, có hiện tượng gì ở mỗi ống nghiệm?- Những chất nào được tạo ra ở mỗi ống nghiệm?- Giải thích và viết phương trình phản ứng hóa học minh họa.Chú ý: Giữ lại dung dịch trong các ống nghiệm 1, 2, 3 sau phản ứng để làm các thí nghiệm sau.162II - THÍ NGHIỆM VỀ MỘT SỐ HỢP CHẤT SẮT. CÁCH NHẬN BIẾT CÁC ION Fe2+ và Fe3+
Thí nghiệm 3: Tính chất của sắt (II) và sắt (III) hiđroxit. Cách nhận biết các ion Fe2+ và Fe3+
Nhỏ dần dần vài giọt dung dịch NaOH vào dung dịch trong các ống nghiệm đã đánh số 1, 2, 3 (sau Thí nghiệm 2).Hãy cho biết các hiện tượng quan sát tức thời trong mỗi ống nghiệm và sau 1 thời gian (chừng 5 - 6 phút)- Giải thích và viết phương trình phản ứng hóa học để minh họa.- Có thể nhận biết các ion Fe2+ và Fe3+ trong mỗi dung dịch bằng phương pháp hóa học nào?Thí nghiệm 4: Tính khử của hợp chất sắt (II)Rót 1ml dung dịch FeSO4 và 1ml dung dịch H2SO4 vào ống nghiệm sạch. Nhỏ dần dần dung dịch KMnO4 vào dung dịch hỗn hợp trong ống nghiệm (vừa nhỏ vừa lắc ống nghiệm ) cho đến khi màu của dung dịch KMnO4 biến đổi.- Hiện tượng quan sát được?- Giải thích và viết phương trình phản ứng hóa học để minh họa.Thí nghiệm 5: Tính oxi hóa của hợp chất sắt (III)Rót 1 - 2 ml dung dịch FeCl3 vào ống nghiệm. Thêm vài giọt dung dịch H2S vào ống nghiệm.- hãy nhận xét hiện tượng quan sát được.- Giải thích hiện tượng và viết phương trình phản ứng hóa học để minh họaHoặc có thể thay Thí nghiệm 5 bằng thí nghiệm sau:Rót 1 - 2ml dung dịch FeCl3 vào ống nghiệm. Thả 1 đinh sắt nhỏ đã được đánh sạch bằng giấy ráp vaò ống nghiệm.- Hiện tượng quan sát đượcsau 1 thời gian phản ứng ?- Giải thích hiện tượng và viết phương trình phản ứng hóa học để minh họa.163MỤC LỤCPHẦN MỘT: HOÁ HỌC HỮU CƠ
Chương I: RƯỢU – PHENOL – AMINBài 1: Nhóm chức – 3Bài 2: Dãy đồng đẳng của rượu etylic – 4Bài 3: Penol – 13Bài 4: Khái niệm về amin – 17Bài 5. Anilin – 18Chương II: ANĐEHIT – AXIT CACBOXYLIC-ESTEBài 1: Anđêhit fomic - 21Bài 2: Dãy đồng đẳng của anđehit fomic – 24Bài 3: Dãy đồng đẳng của axit axetic – 27Bài 4: Khái niệm về axit cacboxylic không no đơn chức – 35Bài 5: Mối liên quan giữa hiđrocacbon, rượu, anđehit và axit cacboxylic – 37Bài 6: Este – 38Chương II: GLIXERIN – LIPITBài 1: Khái niệm về hợp chất hữu cơ có nhiều nhóm chức – 41Bài 2: Glixerin – 41Bài 3: Lipit (chất béo) – 45Bài 4: Khái niệm về xà phòng và chất tẩy rửa tổng hợp – 48Chương IV: GLUXITBài 1: Glucozơ – 52Bài 2: Saccarozơ – 57Bài 3: Tinh bột - 61Bài 4: Xenlulozơ – 64Chương V: AMINOAXIT VA PROTITBài 1: Aminoaxit – 68Bài 2: Protit – 70Chương VI: HỢP CHẤT CAO PHÂN TỬ VÀ VẬT LIỆU POLIMEBài 1: Khái niệm chung – 73
Bài 2: Chất dẻo – 76Bài 3: Tơ tổng hợp – 78164PHẦN HAI: HOÁ HỌC VÔ CƠChương VII : ĐẠI CƯƠNG VỀ KIM LOẠIBài 1: Vị trí của kim loại trong hệ thống tuần hoàn. Cấu tạo của kim loại – 81Bài 2: Tính chất vật lí của kim loại – 84Bài 3: Tính chất hoá học chung của kim loại – 87Bài 4: Dãy điện hoá của kim loại – 90Bài 5: Hợp kim – 93Bài 6: Ăn mòn kim loại và chống ăn mòn kim loại – 96Bài 7: Điều chế kim loại – 101Chương VIII: KIM LOẠI CÁC PHÂN NHÓM CHÍNH NHÓM I, II, IIIBài 1: Kim loại phân nhóm chính nhóm I (kim loại kiềm) – 104Bài 2: Một số hợp chất quan trọng của natri – 108Bài 3: Kim loại phân nhóm chính nhóm II – 112Bài 4: Một số hợp kim quan trọng của canxi– 116Bài 5: Nước cứng – 119Bài 6: Nhôm – 122Bài 7: Hợp chất của nhôm – 126Bài 8: Một số hợp kim quan trọng của nhôm – 130Bài 9: Sản xuất nhôm – 131Chương IX: SẮTBài 1: Vị trí, cấu tạo, tính chất của sắt – 135Bài 2: Hợp chất của sắt – 138Bài 3: Hợp kim sắt – 142Bài 4: Sản xuất gang – 144
Bài 5: Sản xuất thép – 148Bài 6: Khái quát về phân nhóm phụ nhóm VIII – 152PHẦN BA : THỰC HÀNHBài thực hành 1: Tính chất của rượu, phenol và amin – 156Bài thực hành 2: Tính chất của glixerin, protit và polime – 157Bài thực hành 3: Tính chất của kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ, nhôm - 159Bài thực hành 4: Tính chất của sắt và tính chất của hợp chất sắt – 161
Bản quyền thuộc Nhà xuất bản Giáo dục – Bộ Giáo dục và đào tạo
Ban biên tập:LÊ XUÂN TRỌNG – NGUYỄN VĂN TÒNG
Biên tập nội dung:PHẠM QUANG BÁCH – NGUYỄN THỊ NGỌC ANHBiên tập tái bản: ĐẶNG CÔNG HIỆPBiên tập kĩ thuật: TRẦN THU NGASửa bản in: HẠNH HOAChế bản: PHÒNG SCĐT – NXB GIÁO DỤC TẠI TP.HCM
Chịu trách nhiệm xuất bản:Chủ tịch HĐQT kiêm Tổng Giám đốc: NGÔ TRẦN ÁIPhó Tổng Giám đốc kiêm Tổng biên tập: NGUYỄN QUÝ THAO
HOÁ HỌC 12 – Mã số: 3H213T6. Số XB: 1517/468-05. Số in: 30/HĐĐT. In xong và nộp lưu chiểu tháng 1 năm 2006.
Related Documents
