chuyên đề học tâp phần hoá học vô cơ bài tập về boron và hợp chấtcủa chúng

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.41 MB, 20 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

TRƯỜNG THPT CHUYÊN LÝ TỰ TRỌNG

TỔ HĨA HỌC

CHUN Đ HỌC TÂPPHẦN HỐ HỌC VƠ CƠ

BÀI TẬP V BORON VÀ HỢP CHẤTCỦA CHÚNG

2. Nhan Hoàng Phúc

Cần Thơ, 2021

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

Bi tâ p v boron v h p ch"t c#a ch%ng

1.4.1. Th>i gian th=c hiê n đ ti...4

1.4.2. Phân công th=c hiê n đ ti...4

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

Bi tâ p v boron v h p ch"t c#a ch%ng

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

Bi tâ p v boron v h p ch"t c#a ch%ng

PHẦN MC ĐẦU

1.1. LD do chFn đH tài

 Qua nhiu lần tìm hiểu, ch%ng em nhận th"y rằng trong chương trình giáo d4c bậcTrung h1c phổ thông ở hầu h<t các trư>ng hiện nay, đặc biệt l v bộ mơn hóa h1c, các b7nh1c sinh vẫn chưa có cơ hội ti<p x%c nhiu v các ch# điểm hóa h1c v các d7ng bi tập đad7ng khác nhau. Trong đó phải kể đ<n l các d7ng bi tập c=c kỳ th% vị c#a boron v h pch"t c#a boron

 Điu đó đã khi<n cho ch%ng em bâng khuâng, suy nghĩ, lm lm cách no để có thểgi%p cho các b7n h1c sinh cũng như những ngư>i đam mê mơn hóa h1c có thể bi<t v ti<px%c nhiu hơn với các quy luật c#a boron v h p ch"t ch"t c#a boron cũng như s= mới mẻv lý th% c#a bi tập v những ch"t "y mang l7i. Qua s= tìm tịi, suy nghĩ thì nhóm ch%ngem quy<t định sẽ nghiên c9u sâu hơn v có trắc l1c ki<n th9c một cách ch/nh xác v quyluật, s= khác biệt,... liên quan đ<n t/nh ch"t đặc trưng c#a boron v h p ch"t c#a boron, bênc7nh đó ch%ng em cịn sưu tầm nhiu lo7i bi tập khác nhau v boron v h p ch"t c#ach%ng qua các ti liệu h1c tập, sách vở, các trang m7ng h1c thuật cùng với với s= hướngdẫn c#a Thầy cô.

 Sau một th>i gian tìm tịi nghiên c9u, ch%ng em nhận ra việc nghiên c9u v các quyluật, t/nh ch"t v các bi tập v boron v h p ch"t c#a bron mang l7i một nguồn ki<n th9cr"t bổ /t, đặc biệt l nhiu cách giải bi tập một cách sinh động, khơng trở nên khơ khan,máy móc. Do đó, với s= đồng ý c#a giáo viên bộ mơn, nhóm ch%ng em quy<t định sẽ ch1nchuyên đ “Bi tập v boron v h p ch"t c#a boron” để lm đ ti nghiên c9u chuyên đc#a nhóm. Ch%ng em hy v1ng rằng chuyên đ nghiên c9u ny c#a nhóm sẽ mang l7i hiệuquả một cách tối ưu, gi%p /t cho việc h1c tập v nghiên c9u c#a nh trư>ng v đặc biệt cóthể phổ bi<n rộng rãi trong chương trình giáo d4c c#a ch%ng ta.

1.2. MKc tiêu cLa đH tài

Đ ti đư c th=c hiê  n với các m4c tiêu sau:

 Sưu tầm đư c /t nh"t 15 bi tập với nội dung chỉn chu, ki<n th9c ch/nh xác, chuyênsâu, bi tâ p đư c sưu tầm v thi<t k< theo các nô i dung sau:

Câu hỏi giải th/ch (qui luật, s= khác biệt ...) liên quan đ<n t/nh ch"t đặc trưng c#aboron v h p ch"t.

Chuỗi phản 9ng (/t nh"t 10 phản 9ng/chuỗi) liên quan đ<n boron v h p ch"t c#ach%ng.

 Nhóm th=c hiê n hiểu đư c v nô  i dung th=c hiê n v báo cáo. Hon thnh đ%ng ti<n đô  đă t ra.

Bên c7nh đó, nhóm th=c hiê n mong muốn tìm hiểu thêm nhiu ki<n th9c mới v boron vh p ch"t c#a ch%ng, cũng như sưu tầm nhiu bi tâ p mới, l7, lm phong ph% thêm nguồn bitâp cho các b7n h1c sinh chuyên hóa.

1.3. PhNm vi nghiên cQu

Ph7m vi nghiên c9u c#a ch%ng em xoay quanh những ti liê u quen th c c#a hóa h1c vôcơ, cá d7ng bi tâc p v Boron v những h p ch"t c#a ch%ng. 

Trang 3

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

Bi tâ p v boron v h p ch"t c#a ch%ng

1.4. KS hoNch thTc hiê n1.4.1.ThUi gian thTc hiê n đH tài

1.4.2.Phân công thTc hiê n đH tài

Sưu tầm ti liệu tham khảo Nhan Hong Ph%c, Lý Khánh TrânSưu tầm bi tập v c"u t7o, t/nh ch"t, qui

luật c#a boron v h p ch"t c#a ch%ng Nhan Hong Ph%cSưu tầm bi tập v phương trình phản 9ng

v một số d7ng bi tập khác v boron v h pch"t c#a ch%ng

Lý Khánh Trân

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

Bi tâ p v boron v h p ch"t c#a ch%ng

PHẦN NÔI DUNG

2.1. Bài tập vH cấu tNo, tDnh chất vật lD cLa boron và hợp chất cLa boron

2.1.1. Bi tập 1

1)T7i sao khi ngưng t4 hơi boron, ngư>i ta không thu đư c phân tử B m thu đư c sản2

phẩm polime ? ( Bài tập HHVC Hoàng Nhâm – Hoàng Nhuận, Quyển 3)

2) Phân tử B , n2

tử có phù h p với công th9c phân tử B=B không ? ( Bài tập HHVC Hoàng Nhâm –

Hoàng Nhuận, Quyển 3)

Hướng dẫn giải

1) Do trong phân tử B , nguyên tử boron chưa bão hòa v số phối tr/ v hóa trị nên khi2ngưng t4 hơi c#a boron, có thể xảy ra khả năng t7o thnh những liên k<t hóa h1c mới. Đól q trình t7o thnh những polime.

2)N2

- Vậy phân tử B có t/nh thuận từ v v hình th9c, đư c coi l một liên k<t đơn B-B ch92không phải liên k<t ba BB đư c suy diễn từ c"u hình electron hóa trị 2s2sp1 c#a nguyêntử B.

- Th=c t< tinh thể Boron bao gồm những nhóm B liên k<t với nhau t7o thnh lớp. Riêng12trong từng nhóm B , các nguyên tử Boron đư c liên k<t với nhau bằng liên k<t hai12electron-hai tâm v liên k<t hai electron-ba tâm (tương t= liên k<t ba tâm trong h p ch"tboran)

2.1.2. Bi tập 2

1)Boron l nguyên tố kim lo7i hay không kim lo7i ? Hãy nêu ra một số số đặc điểm để

minh h1a câu trả l>i c#a câu hỏi. ( Bài tập HHVC Hoàng Nhâm – Hoàng Nhuận, Quyển

2)Nêu thnh phần hóa h1c c#a các h p ch"t borua, boran, borat. Cho v/ d4. (Bài tập vô cơ

– Nguyễn Đức Vận)

Trang 5

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

Bi tâ p v boron v h p ch"t c#a ch%ng

3)Giải th/ch s= giống nhau v c"u t7o phân tử v t/nh ch"t vật lý c#a borazol v benzen:

Góc hóa trị Độ di liên

Những t/nh ch"t hóa h1c có giống nhau khơng? ( Bài tập HHVC Hoàng Nhâm – Hoàng

th9c Na2B4O7.10H2O. Các borat thư>ng có c"u tr%c ph9c t7p v ở d7ng polime. Muối cóthể phản 9ng với acid tetraboric với cơng th9c sau:

3) S= giống nhau v t/nh ch"t c#a barazol v benzen đư c giải th/ch bằng s= giống nhau vc"u t7o c#a phân tử. Cả hai phân tử có d7ng hình l4c giác đu v t"t cả các liên k<t trongm7ch vịng c#a mỗi phân tử đu có năng lư ng v độ di như nhau. Trong cả hai phân tửcó ba liên k<t không định chổ nên bởi ba cặp electron giữa các nguyên tử. Trongbarazol, ba cặp electron đó thuộc nguyên tử N đư c sử d4ng chung cho cả phân tử nh>đư c chuyển đ<n obitan trống c#a B t7o thnh liên k<t cho-nhận. Độ bội c#a liên k<ttrong barazol v benzen l như nhau, các liên k<t B-N cũng như các liên k<t CC có độdi như nhau (bán k/nh nguyên tử c#a B, C v N l 0,88; 0,77 v 0,7 A tương 9ng), haiphân tử có cùng số electron như nhau.

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

Bi tâ p v boron v h p ch"t c#a ch%ng

Trong phân tử B2H6, hai nguyên tử boron ở tr7ng thái lai hóa sp (lai hóa t9 diện). Hai3obital lai hóa sp t7o liên k<t hai tâm với hai nguyên tử H, nghĩa l liên k<t đư c hình3thnh do s= ghép chung cặp electron c#a hai nguyên tử. Cặp electron cịn l7i t7o ra doobital lai hóa th9 ba v obital 1s c#a nguyên tử H đư c đặt v obital còn trống c#anguyên tử boron bên c7nh, t7o ra liên k<t ba tâm B-H-B, nghĩa l hình thnh hai liên k<tnhững chỉ có một cặp electron

Phân tử diboran có c"u t7o khơng gian như hình dưới đây, trong đó các nguyên tử B vcác nguyên tử H ở hai đầu nằm trong cùng mặt phẳng. Hai nguyên tử H tham gia liên k<tba tâm nằm đối x9ng với nhau qua tr4c BB. Hai nhóm BH hình thnh hai t9 diện lệch4chỗ c7nh chung.

2) Vì để t7o ra m7ch cao phân tử gi%p bn hóa h p ch"t.

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

Bi tâ p v boron v h p ch"t c#a ch%ng

1) Để có thể bn đư c ở tr7ng thái khơng nước, AlCl có khuynh hướng đime hóa. Do hiệu39ng lập thể m phân tử BCl khơng có khuynh hướng ny. Vì k/ch thước ngun tử B3nhỏ quá nên s= có mặt c#a 4 nguyên tử Clo l7i có thể t/ch tương đối lớn, quanh nó sẽ xảyra tương tác đẩy nhau lớn lm phân tử khơng bn vững.

2) Tinh thể B có c"u t7o đặc kh/t. Nó bao gồm những hình hai ch4c mặt B (c9 12 nguyên12tử B t7o ra một t< bo tinh thể hai ch4c mặt). Liên k<t giữa những nguyên tử B l liên k<tcộng hóa trị, do đó B r"t khó nóng chảy. Trái l7i tinh thể gali có m7ng lưới phân tử, t7imắt m7ng lưới l phân tử Ga , vì vậy gali có nhiệt độ nóng chảy th"p. Nhưng nhiệt độ2bay hơi cao l do khi sôi phân tử Ga phải phân h#y thnh Ga nguyên tử.2

2.2.Bài tập vH qui luật, tDnh chất cLa boron và hợp chất cLa chúng

2.2.1. Bi tập 5

1) Giải th/ch s= bi<n đổi các t/nh ch"t đặc trưng trong nhóm h p ch"t bo trihalogenua(BX ):3

( Bài tập HHVC Hoàng Nhâm – Hoàng Nhuận, Quyển 3)

EB-X, kJ/mol Ho, kJ/mol Hoth, kJ/mol

2) Hãy mô tả c"u tr%c phân tử BX . Obitan lai hóa c#a Bo ở tr7ng thái lai hóa no ? Tr7ng3

thái lai hóa ny thay đổi như th< no khi bo halogenua hình thnh một liên k<t liên phântử với một bazơ, v/ d4 như pyridin (C5H5N) ? S= thay đổi c"u tr%c xung quanh B với s=hình thnh liên k<t liên phân tử nói trên sẽ thuận l i hơn khi X l F hay I ? Hãy sắp x<pBF3, BCl v BBr theo chiu tăng t/nh acid Lewis d=a vo s= xem xét c"u tr%c nói trên.33

( Hệ thống bài tập hóa học vơ cơ - Ths.Nguyễn Thanh Tú)

giảm dần nói lên m9c độ mãnh liệt c#a phản 9ng giữa Bv halogen giảm dần theo khả năng oxi hóa c#a các halogen v nói lên độ bn nhiệt c#acác trihalogenua giảm dần dần từ florua đ<n iodua.

- Năng lư ng liên k<t BX giảm dần tương t= như nhiệt t7o thnh chuẩn v phù h p vớis= bi<n đổi c#a khả năng oxi hóa c#a halogen.

- Nhiệt thăng hoa c#a BX đu bé nói lên phân tử BX l những phân tử khơng khơng có33c=c (khơng t7o liên k<t ion) l=c Van Der Waals trong tr7ng thái rắn r"t bé, nhiệt thănghoa tăng từ BF đ<n BBr l l do l=c Van Der Waals giữa các phân tử tăng theo k/ch33 thước c#a phân tử.

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

Bi tâ p v boron v h p ch"t c#a ch%ng

2)Khi hình thnh một liên k<t liên phân tử nói trên, c"u tr%c xung quanh nguyên tử trungtâm B chuyển thnh c"u tr%c lai hóa sp t9 diện. S= thay đổi c"u tr%c ny bị cản trở3không gian khi xung quanh nguyên tử B có những nhóm hoặc nguyên tử lớn (chẳng h7nIot) v s= hình thnh liên k<t liên phân tử l khơng thuận l i. Vì th<, BF đư c d= đốn3có khuynh hướng t7o thnh liên phân tử m7nh nh"t. (BF có d= đốn có t/nh acid Lewis3

m7nh nh"t).

2.2.2. Bi tập 6

1)Trong những ch"t khử như than, magie, hidro v nhôm, ch"t no có thể dùng để điu ch<

bo tinh khi<t ? ( Bài tập HHVC Hoàng Nhâm – Hoàng Nhuận, Quyển 3)

2)T/nh ch"t hóa h1c c#a boron khác Al ở điểm no v giống Si ở điểm no ? ( Bài tập

HHVC Hoàng Nhâm – Hoàng Nhuận, Quyển 3)

Hướng dẫn giải

1) D=a vo nhiệt t7o thnh chuẩn c#a các oxit, có thể k<t luận luận chỉ có Mg v Al có thểkhử đư c B2O3 thnh B. Việc điu điu ch< boron tinh khi<t gặp khó khăn vì boron dễdng h p với kim lo7i t7o t7o thnh borua kim lo7i.

2) - Boron l nguyên tố không kim lo7i trong trong khi đó nhơm l ngun tố kim lo7i.- Boron l nguyên tố không kim lo7i giống với Silic v giống ở các điểm sau:

 Khả năng t7o liên k<t cộng hóa trị có c=c trong các h p ch"t. Khả năng t7o ph9c với các ion F , H .-+

 T7o nên h p ch"t hidrua có cùng thnh phần X2H6 ( trong đó X l B, Si) v cả haihydrua đó đu kém bn.

 Borua kim lo7i v silixua kim lo7i đu bao gồm các kiểu ion, xâm nhập v cộnghóa trị.

 Oxit c#a B v oxit c#a Si đu có d7ng tinh thể v v d7ng th#y tinh. Hidroxit c#a B v Si đu có t/nh acid y<u.

 Halogenua c#a B v Si đu th#y phân m7nh.

2.2.3. Bi tập 7

1)Giải th/ch t7i sao h p ch"t bo trihalogenua (BX ) khơng có khả năng polymer hóa như3

phân tử BH ? 3 ( Bài tập HHVC Hoàng Nhâm – Hồng Nhuận, Quyển 3)

2)Mơ tả c"u t7o phân tử BF , t7i sao nói rằng trong phân tử bo halogenua có cơ ch< “cho-3

nhận”. (Bài tập vơ cơ – Nguyễn Đức Vận)

Hướng dẫn giải1) Vì:

- Trong phân tử BX , ngoi 3 liên k<t đư c t7o nên giữa các ngun tử B v F thì cịn một3liên k<t cho - nhận đư c t7o nên từ cặp electron c#a một trong trong ba nguyên tử Fchuyển đ<n OB 2p trống khơng lai hóa c#a B, lm cho nguyên nguyên tử B trong BX3đư c bão hịa hóa trị. Do đó, phân tử BX khơng có khả năng polime hóa như BH .33

Trang 9

sp2

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

Bi tâ p v boron v h p ch"t c#a ch%ng

- Cịn Phân tử BH có khả năng polimer hóa l do trong phân tử BH , ngun tử B chưa33bão hịa số phối tr/ v có các electron t= do không định chỗ lm cho h p ch"t kém bn.Nên bắt buộc BH phải trùng h p t7o thnh B32H .6

2) Phân tử BF có d7ng tam giác đu. Trong phân tử đó, nguyên tử B ở tr7ng thái lai hóa3sp2, ba obital lai hóa ny t7o nên liên k<t với ba obital 2p c#a ba nguyên tử flo, một obitaltrống còn l7i c#a boron vng gốc với các obital lai hóa, t7o nên liên k<t với một obital2p khác có cặp electron t= do c#a một trong ba nguyên tử flo.

2.2.4. Bi tập 8

1) T7i sao B2O3 có t/nh acid, Al2O3 có t/nh lưỡng t/nh, cịn Sc2O3 có t/nh base? Giải th/chchi ti<t bằng cách vi<t phương trình phản 9ng c#a các h p ch"t ny với nước.

2) T7i sao Na[BH ] bị th#y phân bởi H O chậm hơn Na[AlH ] ? 424 (Tự học hóa – 2)

3) Vi<t phương trình phản 9ng th#y phân diboran. Cơ ch< th#y phân diboran có giống vớicơ ch< th#y phân muối khơng ? (Bi tập vô cơ – Nguyễn Đ9c Vận)

Trong Al2O3, các Al ion lớn hơn v “mm” hơn. Nó có thể t7o thnh [Al(OH) (đóng3+ 4]vai trị như một acid) hoặc [Al(H2O)6]3+ (đóng vai trị base), tùy thuộc vo các tiểu phânkhác có mặt trong dung dịch:

-γ-Al2O3(s) + 3H O(l) + 6[H O]+ (aq) → 2[Al(H232O)6]3+(aq)γ-Al O23(s) + 3H O(l) + 3[OH] (aq) → 2[Al(OH)2 - 4]-(aq)

Sc3+ còn lớn v mm hơn nữa, do đó nó k<t h p với nước tốt hơn hydroxide ion. Do đó:Sc2O3 + 15H O → 2[Sc(H22O)6]3+ + 6OH-

2) Do nguyên tử B nhỏ hơn nên bị án ngữ khơng gian bởi 4 nhóm OH v khó bị t"n cơnghơn, cịn ngun tử Al lớn hơn nên thuận l i cho việc t7o thnh tiểu phân trung gian phốitr/ 5.

-3) Boran không phải l muối ăn nên phản 9ng th#y phân diboran không theo cơ ch< th#yphân muối

a)Hãy mô tả c"u tr%c B(OH) v [B(OH)3 4]

-b)Hãy cho v/ d4 ch9ng minh t/nh acid c#a B(OH)3

c)Có thể vi<t cơng th9c c#a acid boric l H3BO3. Hãy so sánh t/nh acid c#a H3PO3 vH BO33

Hướng dẫn giải

a) B(OH)3 có c"u tr%c tam giác phẳng (B có lai hóa sp ), cịn [B(OH) có c"u t7o t9 diện 24]-

(B lai hóa sp )3

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

Bi tâ p v boron v h p ch"t c#a ch%ng

b) Trong dung dịch nước, B(OH) không phân li ra H m nó k<t h p với 1 nhóm OH c#a3 + H2O t7o thnh [B(OH) v giải phóng H , nó l 1 acid Bronsted. Các phản 9ng thể hiện4]-+t/nh acid c#a B(OH) l phản 9ng c#a nó với rư u t7o thnh este, với dung dịch NaOH3t7o thnh borat.

-c) Khác với H3BO3, H3PO4 có c"u tr%c t9 diện. Do có 2 trong 3 nguyên tử H liên k<t với Pqua O nên nó g1i l acid 2 n"c. S= có mặt c#a liên k<t đơi P=O lm liên k<t O-H phânc=c hơn ( O có độ âm điện lớn hơn P), vì vậy H3PO3 có t/nh acid m7nh hơn H3BO .3H PO33 l acid 2 n"c có độ m7nh trung bình. Trong dung dịch nước H3PO3 phân li ra ionH :+

H PO33 + H O = H22PO3- + H3O+ , K = 3.10a1-2H PO23- + H O = HPO + H O+ , 232- 3 Ka2= 2.10-7

Trong khi đó t/nh acid c#a H3BO3 đư c quy<t định do s= thi3BO ,3nguyên tử B mới đ7t lớp vỏ 6e). Nó k<t h p thêm một nhóm OH để đ7t lớp 8e. Do đó-H BO33 l acid đơn ch9c.

2.3. Bài tập vH phương trình phản Qng cLa boron và hợp chất cLa chúng

2.3.1. Bi tập 10

Hon thnh chuỗi phản 9ng sau:

Hướng dẫn giải(1) 2B + 3S B2S3

(2) 2B + 2NH 2BN + 3H32(3) 12B + 3C B12C3(4) 4B + 3O 2B22O3

(5) B2O3 + 6NH4BF4 + 6H2SO4 6NH4HSO4 + 8BF + 3H O32(6) 4BF + 3NaBH 3NaBF + 2B3442H6

(7) 2B + 2NaOH + 2H O 2NaBO + 3H222(8) B + P BP

(9) B + 3HNO H33BO3 + 3NO2(10) B2S3 + 6H O 2H23BO3 + 3H S2

Trang 11

</div>