hidro va nuoc
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (554.89 KB, 39 trang )
1
Ch ng 4ươ
Ch ng 4ươ
HIĐRO - NƯỚC
HIĐRO - NƯỚC
2
HIĐRO
Cấu tạo nguyên tử và một số đặc điểm
•
Cấu trúc electron: 1s
1
•
Lớp vỏ electron chỉ bao gồm 1 electron và nhân chỉ
có 1 proton (H
+
hay
1
1
P). Electron hoá trị này tương
tác trực tiếp với nhân nên nguyên tử H có 3 khả
năng :
+ Mất e
-
: H - e
-
= H
+
∆H = 313,5 kcal/mol
+ Nhận e
-
: H + e
-
= H
-
∆H = -16,0 kcal/mol
Nguyên tố H có thể được xếp vào nhóm I hay
nhóm VIIA.
3
HIĐRO
Cấu tạo nguyên tử và một số đặc điểm
+ Tạo cặp electron dùng chung trong liên kết
cộng hoá trị.
Với độ âm điện: χ
H
= 2,2 và do hydro không
còn vỏ electron che chắn sau khi tạo liên kết
cộng hoá trị với các nguyên tố có độ âm điện
lớn (như χ
O
= 3,5, χ
N
= 3,04; χ
F
= 4) nên
hyđrô này còn có khả năng tạo liên kết bổ
sung với các nguyên tố âm điện lớn đó, gọi là
liên kết hyđrô.
•
Số oxy hóa có thể có: -1,0,+1, nhưng số oxi
hoá thường gặp là: 0 và +1.
4
HIĐRO
Phân tử H
2
:
+ →
5
HIĐRO
Tính chất vật lý
•
Là chất khí không màu, không mùi vị (ở đkt).
•
Phân tử gồm 2 nguyên tử; E
H - H
= -103 kcal/mol;
d
H-H
=0,74Å.
•
t
0
nc
và t
0
s
thấp: t
0
nc
= -259,1
0
C; t
0
s
= -252,6
0
C;
•
Tốc độ khuếch tán lớn nhất, lớn hơn không khí 3,5
lần ⇒ H
2
dẫn nhiệt rất tốt.
•
Ít tan trong nước: chỉ tan 21,5 mlH
2
/lít H
2
O ở 0
0
C.
•
Trạng thái kim loại của hyđrô: Khi nén H
2
ở P = 3
triệu atm tại nhiệt độ -270
0
C thì tạo ra trạng thái H
2
rắn, có độ dẫn điện cao và một số tính chất nữa của
kim loại.
6
HIĐRO
Tính chất hoá học: Tính bền nhiệt
•
Có độ bền nhiệt lớn (H
2
= 2H với ∆H = 103
kcal/mol), khó bị phân huỷ thành nguyên tử.
Ở 2000
0
C chỉ phân huỷ được 0,1%H
2
, ở
4000
0
C có 62,5% H
2
bị phân huỷ.
•
Do vậy, ở điều kiện thường H
2
chỉ phản ứng
được với flo. Khi đun nóng, H
2
mới phản ứng
được với Cl
2
, Br
2
, O
2
, N
2
, S, kim loại kiềm,
kiềm thổ.
7
HIĐRO
Tính chất hoá học: Tính oxy hóa
•
Phản ứng với chất khử mạnh: kim loại kiềm, kiềm
thổ.
2Li + H
2
2LiH
2Na + H
2
2NaH
Ca + H
2
CaH
2
Các sản phẩm phản ứng giữa kim loại hoạt động với
hyđrô gọi là hyđrua kim loại. Trong hyđrua kim loại,
thực sự tồn tại ion H
-
(số oxh -1) nên hyđrua kim
loại là hợp chất ion.
•
Trong phản ứng thể hiện tính oxy hoá: hyđrô nhận
electron
H + e
-
→ H
-
∆H = - 16 kcal/mol
→
C
0
300
→
− C
0
250150
→
− C
0
700500
8
HIĐRO
Tính chất hoá học: Tính khử
Ở nhiệt độ cao, H
2
khử được nhiều đơn chất, hợp
chất :
•
Phản ứng với O
2
: xảy ra ở nhiệt độ 550
0
C :
2H
2
+ O
2
= 2H
2
O ∆ H = - 63 kcal/mol
•
Khử oxyt kim loại hoạt động như đồng, chì, sắt ...
CuO + H
2
Cu + H
2
O
Fe
3
O
4
+ 4H
2
3Fe + 4H
2
O
Với những oxyt kim loại hoạt động từ đầu dãy điện
hoá đến hết nhôm thì H
2
không khử được chúng.
→
− C
0
250150
→
C
0
1000
9
HIĐRO
So sánh hoạt tính hoá học của H nguyên tử (H
0
)
và H
2
phân tử
H
2
= 2H (∆H = 103 kcal/mol)
H
0
hoạt động hoá học mạnh hơn nhiều so với H
2
:
ở điều kiện thường, H
0
phản ứng được với O
2
, S,
P, As ... khử được nhiều oxyt kim loại, đẩy được
Ag, Cu ra khỏi dung dịch muối bạc, muối đồng,
khử được Mn
+7
về Mn
+2
... nhưng H
2
không có
những phản ứng trên.
(1) MnO
4
-
+ H
2
+ H
+
→ không phản ứng (không làm
mất màu thuốc tím)
(2) MnO
4
-
+ 5H
0
+ 3H
+
→ Mn
2+
+ 4H
2
O (mất màu tím
nhanh chóng)
10
HIĐRO
Trạng thái thiên nhiên
Trong vũ trụ, hyđrô chiếm một nửa khối lượng
mặt trời. Trong các vì sao, hyđrô chiếm phần
lớn khối lượng.
Lượng lớn hyđrô ở dạng hợp chất rất phổ biến
trong vỏ quả đất, như trong nước, dầu mỏ,
khí thiên nhiên; trong các tổ chức của cơ thể
sinh vật.
11
HIĐRO
Đồng vị
Có 3 đồng vị:
•
Proti: H ( p + e
-
) chiếm 99,984% (trong mọi
hợp chất của hyđrô)
•
Đơteri: H (D) – ( p + n + e
-
) chiếm 0,016%.
•
Triti: H (T) – ( p + 2 n + e
-
) chiếm 10
-4
%.
Proti và đơtri là 2 đồng vị bền, còn triti là đồng
vị phóng xạ với chu kỳ bán huỷ là 12,26 năm.
1
1
2
1
3
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
0
12
HIĐRO
Điều chế trong công nghiệp:
•
Từ khí thiên nhiên: Cho hỗn hợp metan và hơi nước được
đốt nóng đến 800 ÷ 1000
0
C đi qua xúc tác Ni:
CH
4
+ H
2
O CO + H
2
∆ H = 50 kcal/mol
Loại CO khỏi H
2
: Trộn sản phẩm phản ứng với hơi nước ở
450 - 500
0
C, có xúc tác Fe
2
O
3
được hoạt hoá bằng Cr
2
O
3
hay NiO thì CO sẽ chuyển về CO
2
:
CO + H
2
O CO
2
+ H
2
∆ H = - 10 kcal/mol
(hơi nước phải dư gấp 4 - 5 lần CO)
Tiếp tục loại CO
2
khỏi H
2
bằng cách nén hỗn hợp ở 25atm →
sục vào nước lạnh thì CO
2
sẽ tan nhiều trong nước, còn H
2
ít tan sẽ thoát ra và được thu giữ.
Hoặc có thể oxy hoá không hoàn toàn CH
4
bằng không khí
giàu oxy rồi loại CO như trên.
2CH
4
+ O
2
2CO + 4H
2
∆ H = - 8,5 kcal/mol
13
HIĐRO
Điều chế trong công nghiệp:
•
Từ than cốc: Cho hơi nước ở 1000
0
C đi
qua than cốc, ta được hỗn hợp than ướt (có
H
2
O thừa)
C + H
2
O
h
CO + H
2
∆H = 31,0 kcal/mol
Loại CO như trên.
14
HIĐRO
Điều chế trong phòng thí nghiệm:
•
Cho kim loại tác dụng với axít không oxy hóa
(thường dùng Zn + axit)
Zn + H
2
SO
4
→ ZnSO
4
+ H
2
Tuy nhiên, khi dùng Zn và axit, nếu Zn không
tinh thiết thì H
2
tạo thành có lẫn khí H
2
S ... có
mùi khó chịu và độc. Vì vậy phải tinh chế H
2
bằng cách cho sản phẩm đi qua Cu ở 500
0
C,
để giữ các khí tạp chất lại, rồi tiếp tục cho
qua H
2
SO
4
đặc làm khô H
2
.
15
HIĐRO
Điều chế trong phòng thí nghiệm:
•
Điện phân dung dịch loãng gồm hỗn hợp
H
2
SO
4
2%, NaOH 25-30%, KOH 34%.
Thực chất là điện phân nước :
Catốt (-): 4H
2
O + 4e
-
= 2H
2
+ 4OH
-
Anot (+): 2H
2
O - 4e
-
= O
2
+ 4H
+
2H
2
O
điện
phân
2H
2
+ O
2
