Bài giảng Hóa học đại cương - Chương 2: Hydro và các nguyên tố nhóm I

. 
Chương 2 
 Hydro và các nguyên tố nhóm I 
2.1.1 Đặc tính của nguyên tử Hydro 
 Hydro là nguyên tố có cấu tạo đơn giản 
 Cấu hình electron: 1s1 
 Năng lượng ion hoá : 13,6eV 
 Ion H+ có kích thước nhỏ, có tác dụng phân cực lớn 
với các ion hoặc nguyên tử khác 
 Các hợp chất giữa nguyên tử H với nguyên tố khác 
là liên kết cộng hoá trị (khi H có số oxh +1) 
2.1 Hydro và hợp chất của nó 
 Có thể nhận 1e để tạo thành ion H- 
 Hợp chất mà H có số oxh -1 có thể là hợp chất ion 
 Ion H+ không có vỏ electron, có khả năng tạo liên 
kết hoá học đặc biệt gọi là liên kết Hydro 
 Có khả năng hoà tan trong kim loại → liên kết kim 
loại 
2.1 Hydro và hợp chất của nó 
 Nhận xét: 
 Hydro giống kim loại kiềm: là nguyên tố họ s, 
có khả năng nhường 1e → H+ thể hiện tính 
khử mạnh 
 Hydro giống các halogen: có khả năng nhận 
1e → H- và tạo phức chất 
 Trong điều kiện thường Hydro là chất khí và 
được xem là nguyên tố phi kim loại 
 Vì thế Hydro phải được khảo sát như nguyên 
tố đặc biệt 
2.1 Hydro và hợp chất của nó 
2.1.2 Đơn chất 
 Tính chất vật lý: 
 Hydro là chất khí, không màu, không mùi, 
không vị, phân tử gồm 2 nguyên tử (H2) 
 Khí Hydro nhẹ, độ linh động lớn, độ phân 
cực bé, lực liên kết phân cực nhỏ → nhiệt độ 
nóng chảy, nhiệt độ sôi thấp 
 Phân tử thuộc loại không cực, khối lượng 
nhỏ nên ít tan trong nước và dung môi. Tan 
trong kim loại Ni, Pd, Pt 
2.1 Hydro và hợp chất của nó 
 Một số tính chất hoá lý của Hydro: 
 Ái lực electron (F, eV): 0,75 
 Năng lượng ion hoá (I, eV): 13,6 
 Độ âm điện tương đối (ĐTA): 2,1 
 Bán kính nguyên tử (Rc, A
0): 0,53 
 Độ dài liên kết H-H (dH-H, A
0): 0,749 
 Năng lượng phân ly H2 (Efl, kJ/mol): 435 
 Nhiệt độ nóng chảy (tnc, 
0C): -259,1 
 Nhiệt độ sôi (ts, 
0C): -252,6 
 Hàm lượng trong vỏ trái đất (HĐ, %ngtử): 17 
2.1 Hydro và hợp chất của nó 
2.1 Hydro và hợp chất của nó 
 Tính chất hoá học: 
 Ở điều kiện thường phân tử Hydro rất bền 
 Ở điều kiện nhiệt độ cao Hydro hoạt động 
mạnh 
 Tính khử: 
HXIBrClXH
h
t
2),,(
0
22222 

OHkOkH
Pt
2
700
22 2)()(2
0
 
CuOHHCuO
t
 22
0
2.1 Hydro và hợp chất của nó 
 Tính oxy hoá: 
 Khi đốt nóng, phân tử Hydro phân ly thành 
nguyên tử H: 
 Nguyên tử H có hoạt tính lớn, phản ứng 
được với S, N, P, Hg, nhiều oxit kim loại 
và hợp chất khác 
NaHHNa 22 2 
HH
t
2
0
2 molkJH /435
0
298 
 Các dạng hợp chất của Hydro ở trong tự nhiên 
là: H2O, đất sét, than. có trong vỏ trái đất 
và trong cơ thể động thực vật 
 Trong vũ trụ chiếm nửa khối lượng mặt trời và 
các vì sao 
 Hydro có 3 đồng vị tự nhiên: proti 1H, doteri 
2H, triti 3H và 2 đồng vị nhân tạo 4H, 5H. 
2.1 Hydro và hợp chất của nó 
2.1 Hydro và hợp chất của nó 
2.1.3 Hợp chất của Hydro: 
 Hợp chất H(-1) 
 Giống hợp chất Halogen gọi là Hydrua 
 Phản ứng thu nhiệt mạnh (hoạt tính oxy hoá kém) 
 Bản chất nguyên tố kết hợp với Hydro có thể là 
ion, cộng hoá trị hay kim loại 
 Hydrua cộng hoá trị là hydrua của các phi kim loại 
BH3, SiH3 hay các kim loại phân nhóm chính nhóm 
III, IV, V như AlH3, AsH3 những hydrua này 
không bền và bị nước phân huỷ: 
23224 43 HSiOHOHSiH 
2.1 Hydro và hợp chất của nó 
 Các hydrua có cùng tính axit, bazơ hoặc lưỡng 
tính khi tác dụng với nhau tạo thành phức chất: 
 Các hydrua cộng hoá trị có khả năng tạo ra 
những tinh thể polyme rắn được liên kết với 
nhau bằng cầu Hydro 
 Ví dụ: B4H10 
 43 BHLiLiHBH 
 Các hydrua kim loại chuyển tiếp có thể có 
thành phần xác định ( PaH2, UH3) hay 
không xác định (TiH1,7, VH0,6) thường bền, 
có ánh kim, dẫn điện tốt rất khó xác định 
dạng liên kết này 
 Các hydrua đều là chất khử mạnh và ion H- 
không thể tồn tại trong dung dịch nước 
2.1 Hydro và hợp chất của nó 
 Hợp chất H(+) 
 Hợp chất tương đối phổ biến. Ví dụ: Chất khí HCl, 
lỏng (H2O), rắn (H2SiO3) 
 Liên kết trong hợp chất là liên kết cộng hoá trị 
 Ngoài ra còn có trạng thái liên kết hydro trong các 
liên kết F-H, O-H, N-H dẫn đến các hợp chất HF, 
H2O, NH3 có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao 
bất thường so với những hợp chất cùng loại của các 
nguyên tố trong phân nhóm 
 Các liên kết hydro thường là những dung môi ion 
hoá tốt 
2.1 Hydro và hợp chất của nó 
2.1.4.Điều chế hydro 
a)Trong công nghiêp 
 Từ khí thiên nhiên: ở 800-9000C 
 2CH4 + O2 + 2H2O 2CO2 + 6H2 
 PP nghịch đảo khí than ướt: ở 6000C 
 CO(k) + H2O + (H2) CO2 + H2 + (H2) 
 Để thu H tinh khiết : điện phân nước 
b) Trong ptn: cho kẽm tác dụng với HCl trong 
bình kíp 
2.2.1 Đặc điểm nguyên tử các nguyên tố 
nhóm IA 
 Gồm các nguyên tố Liti(Li), Natri (Na), Kali 
(K), Rubidi (Rb), Xedi (Cs), Franxi (Fr) 
 Cấu hình electron ns1, có tên chung là kim 
loại kiềm 
 Có tính khử mạnh 
 Khi bị chiếu sáng cũng bật electron ra được 
2.2 Các nguyên tố phân nhóm IA 
 Là những kim loại điển hình, phân huỷ nước 
và rượu 
 Tác dụng với hydro tạo thành hydrua dạng 
muối rắn 
 Oxit và hydroxit là bazơ mạnh điển hình và 
tăng từ Li đến Fr 
 Muối đều không màu và tan trong nước (trừ 
Li) 
 Tính kim loại tăng dần từ đầu đến cuối phân 
nhóm 
2.2 Các nguyên tố phân nhóm IA 
2.2 Các nguyên tố phân nhóm IA 
2.2.2 Đơn chất của các nguyên tố nhóm IA 
Một số thông số hoá lý 
Thông số hoá lý Li Na K Rb Cs Fr 
Bán kính nguyên tử R(A0) 
Bán kính ion Rxt(A
0) 
Năng lượng ion hóa l1(eV) 
Khối lương riêng d(g/cm3) 
Nhiệt độ nóng chảy tnc(
0C) 
Nhiệt độ sôi ts(
0C) 
Hàm lượng trong vỏ trái đất 
(%ngtử) 
1,55 
0,68 
5,39 
0,53 
180 
1330 
0,02 
1,89 
0,98 
5,14 
0,97 
98 
900 
2,4 
2,36 
1,33 
4,34 
0,85 
63 
766 
1,4 
2,48 
1,49 
4,18 
1,5 
39 
700 
7.10-3 
2,68 
1,65 
3,89 
1,9 
29 
685 
9,5.10-9 
2,8 
1,75 
3,98 
 Tính chất vật lý: 
 Khi tăng điện tích hạt nhân các thông số hoá lý đều 
tăng 
 Bán kính nguyên tử lớn và tăng nhanh từ đầu đến 
cuối phân nhóm → năng lượng ion hoá nhỏ và giảm 
theo chiều trên 
 Là những kim loại rất nhẹ và mềm 
 Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp 
 Các kim loại kiềm đều có độ dẫn điện lớn 
 Khi đốt có màu đặc trưng: Li (đỏ tía), Na (vàng rực), 
K(tím hồng), Rb (đỏ huyết), Cs (xanh da trời) được 
ứng dụng để phân tích định tính 
2.2 Các nguyên tố phân nhóm IA 
Na Li K 
Màu đặc trưng của một số nguyên tố 
 Tính chất hoá học: 
 Kim loại hoạt động mạnh, tác dụng hầu hết với các 
nguyên tố (trừ khí trơ) 
 Tác dụng với hydro khi đun nóng nhẹ tạo thành 
hydrua 
 Phản ứng mạnh với halogen, oxy, lưu huỳnh, nitơ, 
cacbon 
 Bị oxy hoá ngay ở nhiệt độ thường: Li (nhanh), Na (rất 
nhanh), K (ngay lập tức), Rb (bốc cháy). Li cho oxit 
thường Li2O còn các kim loại khác tạo thành peroxit 
Na2o2 hoặc surperoxit XO2 (K, Rb, Cs) 
2.2 Các nguyên tố phân nhóm IA 
 Chỉ có Li tác dụng trực tiếp được với C, N2 
tạo thành nitrua và cacbua: Li3N, Li2C2. Các 
nguyên tố khác cho nitrua và cácbua bằng 
con đường gián tiếp. 
 Ở nhiệt độ thường, các kim loại kiềm tác 
dụng mãnh liệt với nước và axit giải phóng 
hydro 
2.2 Các nguyên tố phân nhóm IA 
 Trạng thái tự nhiên và điều chế: 
 Na chiếm 2,4% trọng lượng vỏ quả đất, K: 
1,4%, còn lại các nguyên tố khác rất ít. 
 K, Na thường tồn tại trong nước biển, muối 
mỏ dưới dạng kép 
 Điều chế Na bằng cách điện phân NaCl, 
NaOH nóng chảy 
 Điều chế K bằng cách dùng Fe khử KOH ở 
nhiệt độ cao 
2.2 Các nguyên tố phân nhóm IA 
2.2.2 Hợp chất của các nguyên tố nhóm IA 
 Tạo muối hay kiểu muối tương ứng với trạng 
thái hợp chất X+1 
 X+1 có điện tích nhỏ, bán kính lớn nên phân 
cực bé, tạo phức kém, muối ít tạo hydrat tinh 
thể 
 Hợp chất kim loại kiềm dễ tan, bền nhiệt 
 Các hợp chất điển hình là oxyt, peoxyt và 
hydroxit, các muối halogenua, muối cacbonat 
2.2 Các nguyên tố phân nhóm IA 
2.3 Các nguyên tố phân nhóm phụ IB 
2.3.1 Đặc tính của các nguyên tố phân nhóm IB 
 Phân nhóm phụ IB gồm: đồng (Cu), bạc (Ag), 
vàng (Au) 
 Đều có 1 electron ở lớp vỏ ngoài cùng, có cấu 
hình electron: (n-1)s2(n-2)p6(n-1)d10ns1 
 18 electron ở lớp thứ 2 từ ngoài vào từ ngoài 
vào chưa hoàn toàn bền nên dễ nhường các 
electron. Vì thế mà phân nhóm phụ IB không 
những có trạng thái +1, còn có +2 và +3. 
Đặc trưng nhất là Cu2+, Ag+, Au+3 
 Bán kính nguyên tử nhỏ nên electron 
khó mất → kim loại kém hoạt động. 
Không phân huỷ nước, hydroxit là các 
bazơ yếu 
 Theo chiều Cu → Au tính kim loại giảm, 
khả năng tạo phức tăng 
2.3 Các nguyên tố phân nhóm phụ IB 
2.3.2 Đơn chất của các nguyên tố nhóm IB 
Một số thông số hoá lý 
Thông số hoá lý Cu Ag Au 
Bán kính nguyên tử R(A0) 
Năng lượng ion hóa l1(eV) 
Khối lương riêng d(g/cm3) 
Nhiệt độ nóng chảy tnc(
0C) 
Nhiệt độ sôi ts(
0C) 
Hàm lượng trong vỏ trái đất (%ngtử) 
1,28 
7,72 
8,96 
1083 
2543 
3,6.10-3 
1,44 
7,57 
10,50 
964 
2467 
1,6.10-6 
1,44 
9,22 
19,3 
1063 
2880 
5,10-8 
2.3 Các nguyên tố phân nhóm phụ IB 
 Trạng thái tự nhiên: Cu: đỏ, Ag: trắng, Au: 
vàng 
 Dẫn điện và dẫn nhiệt tốt 
 Dễ tạo hợp kim với nhau và hợp kim với kim 
loại khác nhất là đồng 
 Dễ tạo hợp kim với Hg (Au, Ag, Cu) 
 Kém hoạt động hoá học, giảm dần từ Cu → Au 
 Trong điều kiện thường: Au, Ag bền; Cu tạo 
thành lớp CuO, trong không khí ẩm có CO2 tạo 
thành Cu(OH)2.CuCO3 (màu xanh) 
2.3 Các nguyên tố phân nhóm phụ IB 
 Đốt nóng với oxy: Cu → CuO và Cu2O còn 
Ag và Au hấp thụ oxy 
 Cu kết hợp dễ dàng với halogen, Ag chậm 
hơn, Au chỉ phản ứng khi ở nhiệt độ cao 
 Ag, Cu phản ứng trực tiếp với lưu huỳnh (S) 
 Cả nhóm không tác dụng với H2, N2, C 
 Cả ba nguyên tố chỉ tan trong axit HCl và 
H2SO4 loãng khi có mặt chất oxy hoá 
2.3 Các nguyên tố phân nhóm phụ IB 
 Ag, Cu dễ tan trong các axit có tính oxy hoá 
(HNO3, H2SO4 đặc nóng), Au tan trong HCl 
đặc bão hoà Clo hoặc nước cường toan 
(1HNO3+3HCl) do tác dụng của Clo nguyên 
tử 
 Cả 3 nguyên tố đều tan trong dung dịch 
xyanua bazơ khi có mặt oxy 
 Tất cả các hợp chất tan của Cu, Ag, Au đều 
độc hại 
2.3 Các nguyên tố phân nhóm phụ IB 
2.3.3 Các hợp chất: 
 Các hợp chất X(+1): 
 Đặc trưng là Ag+1, đối với Cu+1, Au+1 kém bền 
 Các oxit X2O đều là chất rắn, Cu2O: đỏ, Ag2O: 
nâu xẫm, Au2O: tím xám, ít tan trong nước 
 Các hydroxit XOH: không bền, bị phân huỷ ngay 
do tác động phân cực mạnh của ion X+ 
 X2O thể hiện tính bazơ trung bình 
 Các muối X+1 (Ag+, Cu+) không tan trong nước, ở 
trạng thái ẩm chúng không bền nên phân huỷ 
2.3 Các nguyên tố phân nhóm phụ IB 
 Các muối Cu+, Au+ dễ bị oxy hoá → Cu+2, 
Au+3 
 Các muối Ag+ dễ bị phân huỷ khi có ánh sáng 
tác dụng 
 Các hợp chất X+2: 
 Hợp chất X+2 chỉ đặc trưng đối với Cu+2 
 Thường gặp là CuO, Cu(OH)2 và các muối 
của nó 
 CuO thường không tan trong nước, dễ tan 
trong axit, nung nóng đến 8000C nó phân huỷ 
thành Cu2O và oxy 
2.3 Các nguyên tố phân nhóm phụ IB 
 Ở 2500C có mặt hydro, CuO bị khử đến Cu 
 Cu(OH)2 là hydroxit lưỡng tính nhưng cả hai 
tính đều yếu. Trong axit nó tạo thành muối 
Cu2+. Trong kiềm mạnh, đặc, dư nó cho muối 
cuprit màu xanh 
 Các muối Cu2+ rất dễ tạo phức 
 Hợp chất X+3: 
 Trạng thái X+3 đặc trưng là Au+3 
2.3 Các nguyên tố phân nhóm phụ IB 
 Các hợp chất thường gặp Au2O3, Au(OH)3, 
AuHal3 
 Au2O3 điều chế bằng cách đun nóng (100
0C) 
Au(OH)3 
 Au(OH)3 điều chế bằng cách cho kiềm tác 
dụng lên dung dịch AuCl3 đặc 
 Oxit và hydroxit Au+3 có tính chất lưỡng tính, 
chức axit mạnh hơn (gọi là axit auric) tạo 
muối aurat 
 Tất cả các muối Au+3 dễ bị nhiệt phân huỷ, 
cho ra Au kim loại 
2.3 Các nguyên tố phân nhóm phụ IB