hệ thống lý thuyết phần hoá học vô cơ dưới dạng một số quy luật phản ứng

và kể cả các bài toán thì việc tính toán các số liệu của các chất cũng phải dựa vào tỉ lệ ở các phương trình hoá học của phản ứng cụ thể.. Với học sinh khối 10 lẫn khối 11 và cả khối 12

MỞ ĐẦU

phản ứng có một ý nghĩa hết sức to lớn, có thể nói tất cả bài tập hoá học đều phải dựa vào phương trình hoá học của các phản ứng chẳng hạn các dạng bài tập lý thuyết: hoàn thành sơ đồ bằng phản ứng, bài tập nhận biết, tách loại, điều chế v.v và kể cả các bài toán thì việc tính toán các số liệu của các chất cũng phải dựa vào tỉ lệ ở các phương trình hoá học của phản ứng cụ thể

Với học sinh khối 10 lẫn khối 11 và cả khối 12 nói chung thì có một tình trạng tương đối phổ biến là học sinh mắc phải quá nhiều lỗi khi viết các phương trình hoá học cho phản ứng Phải khẳng định là tất cả các kiến thức liên quan các em đều đã được học nhưng thường nằm rải rác ở từng phần nên rất khó nhớ Vấn đề đặt ra ở đây là các kiến thức bổ trợ cho học sinh khi viết phương trình hoá học của các phản ứng phải được tập hợp lại một cách đầy đủ, có hệ thống nhưng cũng phải tinh giản tránh rườm rà có như vậy học sinh mới dễ nhớ và dễ vận dụng

Với kinh nghiệm qua nhiều năm trực tiếp giảng dạy ở các khối lớp từ 10 đến

12 và tham khảo rất nhiều tài liệu cả chuyên ngành hoá học lẫn phương pháp giảng dạy bộ môn tôi đã mạnh dạn đưa ra kinh nghiệm của mình trong việc

tổ chức quá trình dạy học với tiêu đề: “Hệ thống lý thuyết phần hoá học vô

cơ dưới dạng một số quy luật phản ứng”.

HỆ THỐNG KIẾN THỨC LÝ THUYẾT HOÁ HỌC VÔ CƠ DƯỚI

DẠNG MỘT SỐ QUY LUẬT PHẢN ỨNG

1 KL + Oxi OXKL

* Hầu hết kim loại đều phản ứng với oxi, trừ Ag, Au, Pt Tính chất này có thể vận dụng để tác hỗn hợp bột Ag, Cu ra khỏi nhau (đem đốt cháy trong không khí đến khối lượng không đổi sau đó cho hỗn hợp vào HCl dư )

* Kim loại sắt tác dụng với oxi thì cần lưu ý:

- Đốt cháy Fe trong không khí:

3Fe + 2O2 Fe3O4

- Cho sắt tác dụng với oxi, nhiệt độ (không phải đốt cháy):

4Fe + 3O2 2Fe2O3

- Cho Fe (không nguyên chất) tác dụng với oxi có mặt hơi nước (hoặc không khí ẩm):

2Fe + 3/2O2 + 3H2O 2Fe(OH)3

(bản chất là sự ăn mòn điện hoá)

- Để bột sắt ngoài không khí một thời gian: hỗn hợp sản phẩm thường

có mặt các chất Fe2O3; Fe3O4; FeO; Fe dư:

3Fe + 2O2 Fe3O4

4Fe + 3O2 2Fe2O3

2Fe + O2 2FeO

* Kim loại nhôm tác dụng với oxi cần lưu ý thí nghiệm Nhôm mọc

“lông tơ”:

- Làm sạch bề mặt lá nhôm: dùng giấy nhám đánh sạch hoặc nhúng vào dung dịch HCl, sau đó lau sạch

- Nhúng miếng kim loại nhôm ở trên vào dung dịch HgCl2 nhằm mục đích tạo ra hỗn hống Hg - Al: 2Al + 3Hg2+ 2Al3+ + 3Hg

- Để hỗn hống Al - Hg ngoài không khí cho phản ứng giữa Al với oxi xảy ra:

4Al + 3O2 2Al2O3

- Giải thích: Nếu để miếng nhôm trong không khí thì cũng xảy ra

phản ứng giữa Al với oxi nhưng lớp oxit nhôm sinh ra đặc khít ngăn cách không cho nhôm tiếp xúc với oxi do đó phản ứng ngừng lại Khi tạo ra hỗn hống Al - Hg thì lớp oxit nhôm sinh ra không có khả năng bao bọc kín lá nhôm do đó phản ứng giữa nhôm với oxi xảy ra liên tục lớp lớp oxit nhôm đùn lên trông rất giống những lông tơ

- Cần lưu ý: Nếu đề cho không phải nhôm nguyên chất mà là vật dụng

bằng nhôm thì bên ngoài là một lớp oxit nhôm(Al2O3) đặc khít bao bọc, bên trong mới là nhôm

2 KL + PK (trừ oxi) M

* Phi kim thường lấy là lưu huỳnh, các halogen

* Khi cho Fe tác dụng với F2, Cl2, Br2 thì sẽ cho muối sắt (III), còn khi cho sắt tác dụng với S, I2 thì cho ra muối sắt (II)

* Một số kim loại chẳng hạn như Ag tác dụng ngay với S mới sinh ở điều kiện thường

3 KL + Nước Tuỳ thuộc KL

* Với kim loại là: IA (Li, Na, K ); Ca, Ba, Sr thì cho ra ba zơ kiềm

và giải phóng hiđro: M + nH2O M(OH)n + n/2H2

* Với kim loại là Nhôm thì có xảy ra phản ứng nhưng do Al(OH)3 kết tủa bám vào Al ngăn cách không cho nhôm tiếp xúc với nước nên phản ứng ngừng lại

Mg + H2O MgO + H2

* Với kim loại Fe thì phản ứng với hơi nước ở nhiệt độ cao:

3Fe + 4H2O Fe3O4 + 4H2 (khoảng 5700C)

Fe + H2O FeO + H2 (trên 570oC)

4 KL + AX Tuỳ thuộc AX

* Nếu axit là HCl, H2SO4 loãng thì:

+ Kim loại phải đứng trước H trong dãy điện hoá

+ Muối thu được khi cho kim loại Fe tác dụng với axit trên là muối sắt (II)

+ Khí giải phóng là khí H2

KL + HCl, H 2 SO 4 lo·ng M Cl - , SO 4 2- + H 2

Ho¸ trÞ thÊp víi Fe

* Nếu axit là HNO3, H2SO4 đặc hoặc đặc nóng thì:

+ Kim loại là bất kì, có thể sau H trong dãy điện hoá Tuy nhiên nếu là các kim loại như Fe, Al, Cr, Mn thì có tính thụ động trong dung dịch H2SO4, HNO3 đặc nguội (lưu ý là chỉ khi đặc nguội thì các kim loại trên mới không tác dụng vì khi đó tạo ra lớp “oxit bền” trên bề mặt kim loại ngăn cách không cho kim loại tiếp xúc với axit)

+ Muối thu được nếu là sắt (trường hợp xảy ra phản ứng) luôn là muối sắt (III)

+ Khí thu được ở đây là sản phẩm quá trình khử S trong H2SO4 và N trong HNO3 nên không thể là H2 mà là: SO2, H2S, NO2, NO, N2O, N2, cũng có khi không cho khí mà thay vào đó là: S, NH4NO3

+ Lưu ý: Cu thì chỉ phản ứng với H2SO4 đặc nóng, khi phản ứng với HNO3loãng thì luôn cho khí NO Fe và Al khi phản ứng với HNO3 loãng có thể cho NO, N2O, N2 Còn Mg, Zn thì có khi cho ra cả NH4NO3 đối với HNO3 và

S, H2S đối với H2SO4

KL + HNO 3 , H 2 SO 4 đặc M NO 3 , SO 4 + sp OXH - K của N, S + H 2 O

Hoá trị cao với Fe

5 KL + dd M Tuỳ thuộc KL

* Nếu kim loại là Li, Na, K, Ca, Ba, thỡ:

+ Ban đầu kim loại tỏc dụng với nước

+ Bazơ kiềm sinh ra tỏc dụng với dd muối

* Nếu kim loại sau từ Mg trở về sau thỡ ỏp dụng quy tắc α trong dóy điện hoỏ:

OXH yếu OXH mạnh

KH mạnh KH yếu

K Ca Na Mg Al Zn Fe Ni Sn Pb H Cu Fe2+ Hg Ag Pt Au

K+ Ca2+ Na+ Mg2+ Al3+ Zn2+ Fe2+ Ni2+ Sn2+ Pb2+ H+ Cu2+ Fe3+ Hg+ Ag+ Pt2+ Au3+OXH

KH

6 KL + dd Kiềm Muối + H 2

* Thực ra là kim loại tỏc dụng với nước tạo ra hiđroxit, sau đú hiđroxit lưỡng tớnh mới tỏc dụng với bazơ kiềm

* Với cỏc kim loại như Al, Zn, Be, thỡ đều cú tớnh chất trờn, phương trỡnh TQ:

M + nH2O M(OH)n + n/2 H2 M(OH)n + (4 - n)NaOH Na4-nMO2 + 2H2O

M + (n - 2)H2O + (4 - n)NaOH Na4-nMO2 + n/2 H2

7 PK + Oxi OXPK (trừ một số NO, CO cũn lại là

oxitaxit)

* Cỏc phi kim như halogen khụng trực tiếp tỏc dụng với oxi

* Lưu huỳnh cho ra SO2, N2 cho ra NO (30000C hoặc cú tia lửa điện),

C thỡ cú thể cho ra CO hoặc CO2, P cho ra P2O5

8 OXBZKiềm + H 2 O BZKiềm

Tự học sinh viết các phương trình điều chế các chất: NaOH, KOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2

9 OXBZ + OXAX M

Tự học sinhviết các phương trình điều chế các chất: CaCO3, CaSiO3,

Ca3(PO4)2, CaSO3

10 OXBZ + AX M + H 2 O

* Với oxit không có tính khử (Fe3O4; FeO là những oxit có tính khử) thì bất kể là axit HCl, H2SO4, HNO3, phản ứng diễn ra đúng theo quy luật trên

* Với HCl hay H2SO4 loãng thì chúng không có khả năng làm thay

đổi hoá trị của KL trong oxit Phản ứng diễn ra đúng quy luật trên

* Với Các oxit có tính khử, các axit lại là H2SO4 đặc, HNO3 khi đó chúng ta cần xem quy luật chất khử tác dụng với chất oxi hoá

11 OXKL + CO (hoặc H 2 ) nhiệt độ cao KL + CO 2 (hoặc

H 2 O)

* Thực ra đây là phương pháp nhiệt luyện để điều chế kim loại

* Yêu cầu là oxit phải là của kim loại đứng sau Al trong dãy điện hoá Phản ứng giữa Fe2O3 với CO có thể diễn ra từ từ ở các nấc nhiệt độ khác nhau

12 OXKL + Al nhiệt độ cao KL + Al 2 O 3

* Đây là phương pháp nhiệt nhôm, thường dùng để điều chế sắt trong khi hàn đường ray: 3 FexOy + 2y Al nhiệt độ cao y Al2O3 + 3x Fe

* OXKL có thể trước hay sau nhôm cũng được, nhưng thường chỉ lấy

FexOy hoặc CuO

13 OXAX + BZKiềm M + H 2 O

* Nếu cho CO2 (hoặc SO2, P2O5) tác dụng với Ca(OH)2 dư thì xem như chỉ xảy ra phản úng tạo ra muối trung hoà:

CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O

* Nếu cho CO2 (hoặc SO2, P2O5) tác dụng với Ca(OH)2 đến dư CO2

(hoặc SO2, P2O5) thì xem chỉ xảy ra phản ứng tạo ra muối axit:

2CO2 + Ca(OH) 2 Ca(HCO3)2

* Nếu cho CO2 (hoặc SO2, P2O5) tác dụng với Ca(OH)2 nhưng chưa biết chất nào dư thì phải xét cả hai phản ứng:

CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O 2CO2 + Ca(OH)2 Ca(HCO3)2

(Tức là khi số mol của CaCO 3 sau phản ứng thu được nhỏ hơn số mol Ca(OH) 2 giả thuyết cho thì có hai khả năng: hoặc Ca(OH) 2 dư hoặc Ca(OH) 2 hết và CO 2 đã hoà tan một phần kết tủa).

14 BZ + AX M + H 2 O

* Với bazơ không có tính khử (Fe(OH)2 là bazơ có tính khử) thì bất kể

là axit HCl, H2SO4, HNO3, phản ứng diễn ra đúng theo quy luật trên

* Với HCl hay H2SO4 loãng thì chúng không có khả năng làm thay

đổi hoá trị của KL trong bazơ Phản ứng diễn ra đúng quy luật trên

* Với một số hiđrôxit như Al(OH)3, Zn(OH)2, Be(OH)2 do có tính chất lưỡng tính nên có thể đóng vai trò bazơ khi tác dụng với axit mạnh như HCl,

H2SO4,HNO3, ngược lại sẽ đóng vai trò axit (HAlO2.H2O, H2ZnO2,

H2BeO2) nếu tác dụng với bazơ kiềm phản ứng diễn ra đúng như quy luật trên

* Với bazơ như Fe(OH)2 có tính khử, các axit lại là H2SO4 đặc, HNO3

khi đó chúng ta cần xem quy luật chất khử tác dụng với chất oxi hoá

15 dd BZ + dd M M mới + BZ mới

* Sản phẩm tạo thành (bazơ mới hoặc axit mới) phải làm xuất hiện chất kết tủa hoặc bay hơi hoặc chất điện li yếu

* Với dd muối của Al3+ hay dd muối Cu2+ thì cần chú ý là dd bazơ là

dd kiềm hay là dd NH3 để xét phản ứng tiếp theo

Al3+ + 3OH- Al(OH)3 (*)

Al3+ + 4OH- AlO2- + 2H2O (**)

(Khi mà số mol Al(OH) 3 thu được sau phản ứng nhỏ hơn số mol Al 3+ thì cũng có hai khả năng xảy ra: hoặc Al 3+ dư, OH - hết hoặc Al 3+ hết và OH - đã hoà tan một phần Al(OH) 3 )

* Có thể biện luận tương tự khi cho Cu2+ tác dụng với ddNH3:

Cu2+ + 2NH3 + 2H2O Cu(OH)2 (*)

Cu2+ + 6NH3 + 2H2O [Cu(NH3)]42+ + 2OH- (**)

* Có những phản ứng giữa muối và bazơ nhưng bản chất là:

AX + BZ M + H2O

Ca(HCO3)2 + 2NaOH CaCO3 + Na2CO3 + 2H2O

Tuy nhiên do độ tan của Mg(OH)2 nhỏ hơn so với MgCO3 nên:

Mg(HCO3)2 + 2NaOH Mg(OH)2 + 2NaHCO3

16 BZ không tan Nhiệt phân OXBZ + H 2 O

* Với Fe(OH)2 thì cần chú ý là nhiệt phân trong môi trường có mặt oxi hay không, khi có mặt oxi thì cần phải xét phản ứng theo quy luật oxi hoá - khử

* Một số hiđroxit rất kém bền ở điều kiện thường đã tự bị phân huỷ

17 AX + dd M M mới + AX mới

* Phản ứng diễn ra theo quy luật axit mạnh đẩy axit yếu ra khỏi muối của nó chẳng hạn HCl, H2SO4,HNO3 > CH3COOH > H2CO3 > HClO

* Tuy nhiên cần chú ý có khi phải tính đến là phản ứng ưu tiên hướng tạo ra chất có độ tan bé như CuS, BaSO4, AgCl, điều này giải thích vì sao FeS tác dụng với HCl nhưng CuS, PbS lại không tác dụng Độ tan của AgCl nhỏ hơn độ tan Ag2SO4 nên có thể:

Ag2SO4 + 2HCl 2AgCl + H2SO4

* Nếu gặp trường hợp axit có tính oxi hoá mạnh như HNO3,

H2SO4đặc lại tác dụng với muối có tính khử như FeS, FeS2, FeCO3, NaI,

Na2S, thì cần phải xem xét theo quy luật phản ứng oxi hoá khử

18 dd Muối + dd Muối Muối mới + Muối mới

* Có những phản ứng giữa muối và muối nhưng bản chất là:

AX + Muối Muốimới + AXmới

Ba(HSO4)2 + 2NaHCO3 BaSO4 + Na2SO4 + 2H2O + 2CO2

* Cần ghi nhớ:

+ Muối HSO4- có tính chất giống như H2SO4

+ Muối HCO3-, HS-, HSO3- có tính chất lưỡng tính, tức là vừa thể hiện tính axit (trong phản ứng với OH-), vừa thể hiện tính bazơ (trong phản ứng với H+)

19 M CO 3 2- không tan nhiệt phân OXBZ + CO 2

20 M CO 3 2- + CO 2 + H 2 O nhiệt độ thấp M HCO 3

biết

* Tính chất này có thể vận dụng cho các muối mà gốc axit của đa axit đồng thời là axit yếu như: S2-, SO32-, PO43- Ví dụ:

Ca3(PO4)2 + 4H3PO4 3Ca(H2PO4)2

21 M HCO 3 - nhiệt phân M CO 3 2- + CO 2 + H 2 O

Cần chú ý quy luật 20, 21 xảy ra hai chiều ngược nhau ở điều kiện khác nhau.

22 M NO 3

* Nếu muối nitrat của kim loại mạnh (trước Mg trong dãy điện hoá)

thì quy luật như sau: M(NO 3 ) n nhiệt phân M(NO 2 ) n + n/2 O 2

* Nếu muối nitrat của kim loại trung bình (từ Mg đến Cu) thì quy luật

như sau:

2 M(NO 3 ) n nhiệt phân M 2 O n + 2n NO 2 + n/2 O 2

(nếu là muối sắt (II) nitrat thì về sắt(III) oxit)

* Nếu muối nitrat của kim loại yếu (sau Cu trong dãy điện hoá) thì

quy luật như sau:

M(NO 3 ) n nhiệt phân M + n NO 2 + n/2 O 2

23 MNH 4 + nhiệt phân Tuỳ thuộc vào gốc axit

* Nếu gốc axit là gốc axit yếu như CO32-, HCO3-,SO32-, SO32-, HSO3

-hoặc gốc axit không chứa oxi như Cl-, Br- thì bị nhiệt phân cho ra NH3 và axit tương ứng

* Nếu gốc axit có tính oxi hoá như NO3-, NO2-, SO42-,Cr2O72-, thì sản phẩm tương đối phức tạp chẳng hạn:

NH4NO3 >200 0 C

N2 + 1/2O2 + 2H2O

NH4NO3 < 200 0 C N2O + 2H2O (phản ứng nổ)

(NH4)2Cr2O7 nhiệt phân N2 + Cr2O3 + 4H2O

24 Chất Khử mạnh + Chất OXH mạnh Tuỳ thuộc vào mức

độ mạnh yếu.

* Ta có thể nhận xét một cách sơ bộ:

+ Chất trong đó nguyên tố ứng với bậc oxi hoá thấp nhất thì chỉ có duy nhất tính khử S, N, I, Br,

-2 -3 -1 -1

+ Chất trong đó nguyên tố ứng với bậc oxi hoá cao nhất thì chỉ có tính oxi hoá

S, N, Fe, ,

+6 +5 +3

+ Chất trong đó nguyên tố ứng với số oxi hoá trung gian thì có thể thể hiện tính oxi hoá hoặc tính khử

* Các chất sau đây là những chất oxi hoá thường gặp: MnO2, KMnO4,

K2Cr2O7, H2SO4đặc, HNO3, O3, O2, F2, Cl2, Br2, Fe3+, KNO3, KClO3, HClO, NaClO, H2O2

* Các chất sau đây là những chất khử thường gặp: Các kim loại nói chung (tính khử giảm dần theo trật tự trong dãy điện hoá), H2S, HI, HBr,

NH3, K2S, KI, FeCl2, FeSO4, FeCO3, FeS, FeS2,Fe(OH)2, FeO, Fe3O4, C, S, P

* Để cân bằng nhanh phản ứng oxi hoá khử ta sử dụng cách nhẩm chéo:

+ Xác định, sau đó chỉ giữ lại các giá trị số oxi hoá thay đổi

+ Viết các giá trị electron trao đổi ở dưới chân nguyên tố tương ứng, rồi nhân chéo lên:

- Ưu tiên viết ở bên có số lượng chỉ số nguyên tử lớn hơn

- Trường hợp chỉ số nguyên tử bằng nhau thì ưu tiên viết ở phía sản phẩm

+7 -1 +2 0

2KMnO4 + 16 HCl 2MnCl2 + 5Cl2 + 2KCl + 8H2O

5 2.1 (số e trao đổi)

0 +4 +6 -1

Br2 + SO2 + 2H2O H2SO4 + 2HBr

1.2 2 (số e trao đổi chưa tối giản)

1 1 (tỉ lệ số e trao đổi đã được tối giản)

+5 +2y/x +3 +2

(12x - 2y)HNO3 loãng +3FexOy 3xFe(NO3)3+ (3x - 2y)NO + (6x - y)H2O

(3x - 2y) 3

* Các phản ứng xảy ra giữa các chất khử với chất oxi hoá cho trên:

MnO2 + 4HX MnX2 + X2 + 2H2O 2KMnO4 + 16HX 2KX + 2MnX2 + 5X2 + 8H2O

(với X là Cl, Br, I)

2KMnO4 + 8H2SO4 + 10FeSO4 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2MnSO4 +

8H2O

(Trong môi trường axit Mn có số oxi hoá +7 trong KMnO 4 sẽ về Mn 2+ )

H2SO4đặc + KL MSO 4 - + {SO2, S, H2S} + H2O

2H2SO4 đặc + S 3SO2 + 2H2O 2H2SO4 đặc + C CO2 + 2SO2 + 2H2O

H2SO4 đặc + H2S SO2 + S + 2H2O 4H2SO4 đặc + 2FeO Fe2(SO4)3 + SO2 + 4H2O

10H2SO4đặc + 2Fe3O4 3Fe2(SO4)3 + SO2 + 10H2O 4H2SO4 đặc + 2Fe(OH)2 Fe2(SO4)3 + SO2 + 6H2O 14H2SO4 đặc + 2FeS2 Fe2(SO4)3 + 15SO2 + 14H2O 2H2SO4 đặc + 2NaBr Na2SO4 + SO2 + Br2 + 2H2O 5H2SO4 đặc + 8NaI 4Na2SO4 + H2S + 4I2 + 4H2O HNO3 + KL MNO 3 - + {NO2, NO, N2O, N2, NH4NO3} + H2O

HNO3 + Au + 3HCl AuCl3 + NO + 2H2O