Bài giảng Hóa vô cơ A - Chương 5: Các nguyên tố phân nhóm IVA - Nguyễn Văn Hòa

Chương V nvhoa102@gmail.com 1
CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E)
Chương V nvhoa102@gmail.com 2
CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E)
NỘI DUNG
NHẬN XÉT CHUNG
I. ĐƠN CHẤT
II. HỢP CHẤT CÓ SỐ 
OXH (-4)
III. HỢP CHẤT CÓ SỐ 
OXH (+2), (+4)
IV. VẬT LIỆU SILICAT
TÀI LIỆU
[1] – Tập 2, Chương 5: 
trang 99 – 160
[2] – Chương 6: trang
142 – 167
[3] – Phần II, Chương
2: trang 129 – 178
[4] – Chapter 14: page 
426 – 484
Chương V nvhoa102@gmail.com 3
NHẬN XÉT CHUNG
- Cấu hình electron hóa trị: ns2np2.
- Σ I khá lớn không thể mất 4e để tạo nên ion +4.
- χ chưa đủ lớn không thể nhận 4e để tạo ion -4.
- ⇒ Các hợp chất có số oxi hóa -4, +2, +4 tạo nên
những cặp e dùng chung, có bản chất liên kết CHT.
- Thể hiện tính oxi hóa và khử.
- C Pb: Tính oxihóa , tính khử ; HC (+4), (+2)
- C, Si là phi kim – Ge lưỡng kim – Sn, Pb là kim loại.
Có khả năng tạo mạch dài E-E, giảm dần từ C Pb
CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E)
Chương V nvhoa102@gmail.com 4
I ĐƠN CHẤT
1 Cacbon
1.1 Tính chất vật lý
2000 4000
60.000 120.000
2800
o
K
atm
Pt
Cacbin Graphit
  Xuùc taùc: Kim cöôngC
Kim cương (a);
Graphit (b); 
Cacbin: (=C=C=)n
Lonsdaleit (c); 
Fullerenne (d-C60, e-C540, f-C70); 
Carbon nanotube (h);
Carbon vô định hình (g) (than 
gỗ, than cốc, muội hóng).
1000 – 1500 oC
 -graphite
CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E)
Chương V nvhoa102@gmail.com 5
1.2 Tính chất hóa học
Ở nhiệt độ cao thể hiện tính khử và oxi hóa
- Khử mạnh
C + O2 CO2
C + H2O CO + H2
C + 2H2SO4 đặc CO2 + 2SO2 + 2H2O 
C + NaOH đặc Na2CO3 + CO + H2 + 
C + 2S CS2 ; C + Fe2O3 Fe + CO2
- Oxi hóa yếu
2C + 4Al Al4C3
C + H2 CH4 + C2H2 + 
CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E)
Chương V nvhoa102@gmail.com 6
2 Silic
2.1 Tính chất vật lý
Có hai dạng thù hình:
- Thù hình tinh thể lập phương – sp3, bền: 
 chất rắn có mạng tinh thể giống kim cương;
 rất cứng, khó nóng chảy, khó bay hơi;
 có màu xám, ánh kim;
 có tính bán dẫn kiểu p và kiểu n. ( E = 1,12 eV)
- Thù hình vô định hình lập phương – sp2 (giống
grafit), kém bền hơn.
CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E)
Chương V nvhoa102@gmail.com 7
Chương V nvhoa102@gmail.com 8
2.2 Tính chất hóa học
Trơ về mặt hóa học. Ở nhiệt độ cao:
- Tính khử:
Si + 2F2 SiF4  (t
0 thường)
Si + O2 SiO2 (600
oC)
Si + C SiC (200 oC)
Si + H2 SiH4 + Si2H6 + Si3H6  (hồ quang điện)
3Si + 4HNO3 + 18HF = 3H2SiF6 + 4NO + 8H2O 
Si + 2KOH + H2O = K2SiO3 + 2H2
- Tính oxi hóa:
2Mg + Si Mg2Si (800-900
oC)
CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E)
Chương V nvhoa102@gmail.com 9
2.3 Trạng thái tự nhiên và điều chế
- Trạng thái tự nhiên:
Cát (SiO2); Silicat (đá, đất sét ...)
- Điều chế:
CN: SiO2 + 2C 2CO + Si
3SiO2 + 2CaC2 2CaO + 4CO + 3Si 
PTN: SiO2 + 2Mg 2MgO + Si
Si tinh khiết hóa học:
SiCl4 + 2Znhơi Si + ZnCl2
SiH4 Si + 2H2
CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E)
Chương V nvhoa102@gmail.com 10
3 Gecmani, thiếc, chì
- Ở nhiệt độ thường, bền trong không khí và 
nước. Ở nhiệt độ cao, hoạt động hơn:
Ge + O2 GeO2 Sn + O2 SnO2
2Pb + O2 2PbO
- Ge không tác dụng với kiềm, chỉ tác dụng với
axit có tính oxi hóa mạnh (vd HNO3)
Ge + 4HNO3 H2GeO3 + 4NO + 2H2O
- Sn, Pb tác dụng với axit và kiềm như kim loại
3Pb + 8HNO3 loãng 3Pb(NO3)2 + 2NO + 4H2O
Sn + 2NaOH + 2H2O Na2[Sn(OH)4] + H2
CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E)
Chương V nvhoa102@gmail.com 11
II HỢP CHẤT
1 Các hợp chất của cacbon
1.1 Hợp chất C (-4) – Cacbua
- Cacbua phi kim: CxHy, SiC, B4C3 (cacbua CHT)
- Cacbua kim loại, gồm:
 Cacbua ion: chất tinh thể; khó nóng chảy;
bị nước, axit phân hủy tạo thành sản phẩm:
• CH4, gọi là cacbua metanit (Be2C, Al4C3); 
Be
2
C + 4H
2
O 2Be(OH)
2 
+ CH
4

CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E)
Chương V nvhoa102@gmail.com 12
• C2H2, gọi là cacbua axetylenit – cacbua KL 
nhóm I và II (Ag2C2, CaC2)
CaC2 + 2HCl CaCl2 + C2H2

• C2H2 & CxHy, gọi là cacbua axetylen và 
hydro cacbon khác (YC2, LaC2, Ce2C3 ...)
2LaC2 + 6H2O 2La(OH)3 + C2H2
 + C2H4

 Cacbua xâm nhập: cacbua nguyên tố d: TiC, 
W2C, Fe3C, VC0,58-1,0  có ánh kim, dẫn điện, 
dẫn nhiệt, rất cứng, bền nhiệt, bền hóa.
3WC + 9HNO3 + 18HF 3HWF6 + 3CO2 + 9NO + 12H2O
CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E)
Chương V nvhoa102@gmail.com 13
1.2 Hợp chất C (+2): CO; HCN; CN-
Có một số tính chất giống N2:
 khí không màu, không mùi, khó hóa lỏng, khó
hóa rắn, ít tan trong nước, rất bền nhiệt;
 kém hoạt động ở nhiệt độ thường.
 CO
CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E)
Chương V nvhoa102@gmail.com 14
700 oC
nổ
Khác với nitơ, CO:
 độc;
 ở nhiệt độ cao khả năng khử tăng lên:
2CO + 1O2 2CO2 , H
0 = -283 kJ/mol
 CO được dùng làm nhiên liệu
3CO + Fe2O3 2Fe + 3CO2
CO + Cl2 COCl2 (chiếu sáng hoặc 500 
oC)
Photgen: rất độc
 tạo phức cacbonyl với kim loại chuyển tiếp:
Fe + 5CO [Fe(CO)5] (100–200 
oC, 150 at)
CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E)
Chương V nvhoa102@gmail.com 15
Ni + 4CO [Ni(CO)4] (50
oC)
Cr + 6CO [Cr(CO)6] (t
0, p)
 Dễ bị nhiệt phân giải phóng KL: tinh chế KL
- HCN tan vô hạn trong nước (Ka HCN = 2.10
-9), 
rượu, ete; chỉ MeCN và M(CN)2 tan trong nước;
- Rất độc;
- Có tính khử mạnh và khả năng tạo phức:
4Au + 8NaCN + 2H2O + O2 4Na[Au(CN)2] + 4NaOH
 HCN và CN- :
CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E)
Chương V nvhoa102@gmail.com 16
CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E)
1.3 Hợp chất C (+4): CO2; H2CO3; HCO3
-; CO3
2-
- Khí không màu, có vị chua;
- Dễ hóa lỏng, hóa rắn (đá khô);
- Không cháy và không duy trì sự cháy
 Chữa cháy, trừ trường hợp cháy kim loại như 
Al, Zn, Mg:
4Al + 3CO2 2Al2O3 + 3C
- Oxi axit: CO2 + 2NaOH Na2CO3 + H2O
- Anhydrit cacbonic: CO2 + H2O ⇌ H2CO3
CO
2
:
Chương V nvhoa102@gmail.com 17
- Gây hiệu ứng nhà kính
CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E)
Chương V nvhoa102@gmail.com 18
- H2CO3 là axit 2 lần và là axit rất yếu:
H2O + CO2 ⇌ H2CO3 ⇌ H
 + HCO3
̅ ⇌ 2H+ + CO3
2–
Ka1 = 4,5.10
-7 Ka2 = 5,6.10
-11
- Muối CO3
2- của IA (trừ Li2CO3) và muối HCO3
- của
IIA đều tan và thủy phân cho dung dịch kiềm yếu.
- Muối CO3
2- đều bị nhiệt phân trừ cacbonat IA.
CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E)
H2CO3 và muối CO3
2- :
Chương V nvhoa102@gmail.com 19
- H2C2O4: axit 2 lần và là axit trung bình Ka1 = 10
-1,23
Ka2 = 10
-4,19
H2C2O4 + 2NaOH Na2C2O4 + 2H2O
- Có tính khử mạnh
5Na2C2O4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 2MnSO4 + 
K2SO4 + 5Na2SO4 + 10CO2 + 8H2O
 Sử dụng làm chất gốc trong phân tích.
CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E)
H2C2O4 và muối C2O4
2- : (axit oxalic và muối oxalat)
Chương V nvhoa102@gmail.com 20
CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E)
2 Các hợp chất của silic
2.1 Hợp chất Si (-4) – Silixua
- Các silixua có liên kết cộng hóa trị, ion, kim loại.
- Hydro silixua gọi là silan, công thức SinH2n+2.
- Silixua là những chất bán dẫn. 
- Silixua của nguyên tố s, d nhóm I, II bị nước và 
axit thủy phân:
Ca2Si + 4HCl SiH4 + 2CaCl2
Chương V nvhoa102@gmail.com 21
CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E)
2.2 Hợp chất Si (+4)
Có 3 dạng thù hình tinh thể:
SiO2 :
- Các thù hình đều bao gồm nhóm tứ diện SiO4,
chúng khác nhau về cách sắp xếp nhóm SiO4.
- SiO2 dễ chuyển sang trạng thái thủy tinh.
Chương V nvhoa102@gmail.com 22
CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E)
- SiO2 bền về mặt hóa học, chỉ tác dụng:
 với F2, HF (khí và dung dịch) ở điều kiện thường
SiO2 + 2F2 SiF4 + 2O 
SiO2 + 4HF(k) SiF4 + 2H2O 
 tan trong kiềm hay cacbonat kiềm nóng chảy
SiO2 + 2NaOH Na2SiO3 + H2O
SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2
- Các axit silixic có công thức chung xSiO2.yH2O.
H2SiO3 :
Chương V nvhoa102@gmail.com 23
CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E)
- Là axit yếu (Ka = 10
-10). Không tan trong nước.
- Khi mất nước silicagen (SiO2 mịn): dùng làm
chất hút ẩm, chất hấp phụ.
Muối silicat:
- Chỉ Me2SiO3 tan trong nước nóng (được gọi là thủy
tinh tan), khi tan bị thủy phân tạo dd kiềm yếu.
Me2SiO3 + 2H2O ⇌ H2SiO3 + 2MeOH
- Dung dịch Na2SiO3 đậm đặc được gọi là thủy tinh
lỏng. Được dùng để chống cháy cho gỗ, vải; làm hồ
dán thủy tinh, sứ.
Chương V nvhoa102@gmail.com 24
CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E)
Vật liệu silicat:
- Thủy tinh: công thức gần đúng Na2O.CaO.6SiO2;
bị ăn mòn bởi dung dịch kiềm, F2, HF; bị thủy
phân tạo dung dịch kiềm yếu:
Na2O.CaO.6SiO2 + 8H2O ⇌ 2NaOH + Ca(OH)2 + 6H2SiO3
- Đồ gốm: gạch, ngói, gạch chịu lửa, sành, sứ, men.
- Ximăng: gồm chủ yếu Ca3(AlO3)2, Ca3SiO5, Ca2SiO4
Chương V nvhoa102@gmail.com 25
CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E)
3 Các hợp chất của gecmani, thiếc, chì
3.1 Hợp chất oxi (EO) và hydroxit (E(OH)2)
- Đều ít tan trong nước.
- Có tính lưỡng tính, tính bazo tăng dần từ Ge Pb
Sn(OH)2 + 3HCl đặc H[SnCl3] + 2H2O
Sn(OH)2 + NaOH đặc Na[Sn(OH)3]
PbO + 2HNO3 loãng Pb(NO3)2 + H2O
PbO + 2NaOH đặc + H2O Na2[Pb(OH)4]
Chương V nvhoa102@gmail.com 26
CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E)
- Có tính khử đặc trưng:
3Sn(OH)2 + 12NaOH đặc + 2Bi(NO3)3 
3Na2[Sn(OH)6] + 2Bi + 6NaNO3
6PbO + O2 2(Pb2
II PbIV)O4
- Tính oxi hóa yếu: 
2PbO + PbS 3Pb + SO2
SnO + H2 Sn + H2O
Chương V nvhoa102@gmail.com 27
CHƯƠNG V: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IVA (E)
3.2 Hợp chất oxi (EO2)
- GeO2 ít tan trong nước; SnO2 và PbO2 không tan.
- Có tính lưỡng tính, tan trong kiềm dễ hơn axit:
EO2 + 2KOH + 2H2O K2[E(OH)6]
- Chỉ PbO2 không bền nhiệt:
- Tính oxi hóa đặc trưng, tăng dần GeO2 PbO2:
3PbO2 + 2Cr(OH)3 + 10KOH 2K2CrO4 + 3K2[Pb(OH)4] + 2H2O
2PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O + O2