HALOGEN: AXIT CHỨA OXI CỦA HALOGEN
- Hóa nguyên tố nói chung và các phi kim nói riêng có nhiều bài tập khó và hay
trong các đề thi học sinh giỏi quốc gia và quốc tế.
Vấn đề phi kim là vấn đề rất rộng, bao gồm cả tính chất của các nguyên tố phi kim
và tính chất của các hợp chất của chúng.
Trong kiến thức về phi kim thì kiến thức về phần các axit chứa oxi của halogen có
rất ít tài liệu đề cập đến, nhất là những bài tập liên quan.
- Mục đích viết chuyên đề này là cung cất một số kiến thức về lý thuyết và các bài
tập và các axit chứa oxi của các halogen, các bài tập liên quan đến tính chất của
chúng và các bài tập liên quan đến các phần nhiệt động học, điện hóa, dung dịch, tốc
độ phản ứng …
A. LÝ THUYẾT
Các axit chứa oxi của các halogen đều có những tính chất sau:
Đều có tính axit
Đều có tính oxi hóa mạnh
Muối của các axit đó đều có tính oxi hóa mạnh
I. Axit hipohalogenơ (HXO)
1. Axit Hipoflơ
- Ở điều kiện thường là chất khí không màu, nhiệt độ nóng chảy -117oC
- Trên 20oC phân hủy theo phương trình phản ứng:
2HF + O2
2HOF
Không thể hiện tính axit, khi tác dụng với nước không tạo ra ion H3O+ mà phản ứng
theo phương trình:
HF + H2O2
HOF + H2O
Tác dụng với dung dịch kiềm tạo muối florua:
NaF + NaHO2 + H2O
HOF + 2NaOH
Có tính oxi hóa mạnh, oxi hóa iotua thành iot:
HOF + 2HI
I2 + HF + H2O
HOF được điều chế bằng cách cho flo tiếp xúc với bề mặt nước đá:
F2 + H2O (nước đá)
HOF + HF
2 .Axit hipoclorơ (HOCl)
- Là axit yếu, không bền chỉ tồn tại trong dung dịch loãng:
H3O+ + OCl- K = 5.10-8
HOCl + H2O
Bị phân hủy dưới tác dụng của ánh sáng:
2HCl + O2
2HOCl
- Tác dụng với dung dịch kiềm tạo muối hipoclorit
NaOCl + H2O
HOCl + NaOH
NH4OCl
HOCl + NH3
- Có tính oxi hóa mạnh:
Cl2 + H2O
HOCl + HCl
I2 + HCl + H2O
HOCl + 2HI
HCl + O2 + H2O
HOCl + H2O2
K2SO4 + 4HCl
4HOCl + K2S
- HOCl có thể điều chế bằng các phương pháp sau:
Cho clo tan vào nước được nước clo
HCl + HOCl
Cl2 + H2O
Cho H2SO4 loãng tác dụng với NaOCl
Na2SO4 + HOCl
NaOCl + H2SO4
Cho khí Clo qua huyền phù HgO trong CCl4
2HOCl + Hg2OCl2
2Cl2 + 2HgO + H2O
Cho khí clo qua huyền phù CaCO3 trong nước
HCl + HOCl
Cl2 + H2O
CaCl2 + CO2 + H2O
CaCO3 + HCl
Chưng cất hỗn hợp thu được dung dịch loãng HOCl
3. Axit hipobromơ (HOBr)
- Là axit yếu kém bền, chỉ biết trong dung dịch loãng:
H3O+ + OBrHOBr + H2O
- Ở nhiệt độ thường phân hủy theo phương trình:
HBrO3 + 2Br2 + 2H2O
5HOBr
Khi đun nóng phân hủy theo phương trình phản ứng:
100 C
HBrO3 + 2HBr
3HOBr
0
- Tác dụng với dung dịch kiềm tạo muối hipobromit
KOBr + H2O
HOBr + KOH
Khi tăng nhiệt độ phản ứng xảy ra theo phương trình:
2KBr + KBrO3 + 3H2O
3HOBr + 3KOH
- Có tính oxi hóa mạnh trong môi trường axit hoặc môi trường kiềm
Br2 + H2O
HOBr + HBr đặc
HBr + I2 + H2O
HOBr + 2HI đặc
HBr + H2O + O2
HOBr + H2O2
- HOBr được điều chế bằng các phương pháp:
Cho Br2O tác dụng với nước:
2HOBr
Br2O + H2O
Thủy phân BrF:
HF + HOBr
BrF + H2O
Cho Br2 tác dụng với huyền phù HgO trong CCl4
2HOBr + Hg2OBr2
2Br2 + 2HgO + H2O
4. Axit hipoiotơ (HOI)
- Rất không bền, chỉ biết trong dung dịch loãng, dung dịch có màu lam nhạt
- Là chất lưỡng tính, tính bazơ trội hơn tính axit
- Trong dung dịch nước ở nhiệt độ thường phân hủy theo phương trình phản ứng:
5HOI
HIO3 + 2I2 + 2H2O
- Trong dung dịch kiềm
3HIO + 3KOH
2KI + KIO3 + 3H2O
- Có tính oxi hóa với thế điện cực chuẩn sau:
I2 + 2H2O Eo = 1,45V
2HIO + 2H+ + 2e
I- + 2OH- Eo = 0,49V
OI- + H2O + 2e
- HIO có thể điều chế bằng các phương pháp sau:
Thủy phân ICl, IClO4
HCl + HOI
ICl + H2O
HClO4 + HOI
IClO4 + H2O
Cho I2 tác dụng với huyền phù HgO trong CCl4
2HOI + Hg2OI2
2I2 + 2HgO + H2O
II. Axit: HXO2 - Axit clorơ (HClO2)
Trong các axit HXO2 người ta chỉ mới biết được HClO2
- Axit clorơ không bền, không tách ra được ở trạng thái tự do, ngay cả trong dung
dịch nước cũng đã bị phân hủy, là chất oxi hóa mạnh
4ClO2 + HCl + 2H2O
5HClO2
- Dung dịch HClO2 là axit trung bình:
H3O+ ClO2HClO2 + H2O
HClO2 có thể được điều chế bằng cách cho H2SO4 tác dụng với huyền phù
Ba(ClO2)2 trong dung dịch nước, sau đó lọc tách BaSO4:
BaSO4 + 2HClO2
Ba(ClO2)2 + H2SO4
- Muối clorit các kim loại kiềm và kiềm thổ đều là tinh thể màu trắng, được
điều chế bằng cách cho ClO2 tác dụng với dung dịch bazơ
KClO2 + KClO3 + H2O
2ClO2 + 2KOH
4ClO2 + 2Ba(OH)2
Ba(ClO2)2 + Ba(ClO3)2 + 2H2O
- Khi nung nóng, các muối clorit bị phân hủy theo các phương trình:
3KClO2
KCl + 2KClO 3
NaClO2
NaCl + O2
III. Axit halogenic (HXO 3)
- Độ bền tăng dần từ HClO3 đến HIO3
HClO3 và HBrO3 chỉ tồn tại trong dung dịch không quá 50%, còn HIO 3 có thể
tách ra ở trạng thái tự do, hoàn toàn bền ở nhiệt độ thường, kết tinh ở dạng tinh thể
không màu
Dễ bị phân hủy khi đun nóng:
2ClO2 + HClO4 + H2O
3HClO3
HClO4 + Cl2 + 2O2 + H2O
3HClO3
2Br2 + 5O2 + 2H2O
4HBrO3
Khi đun nóng đến 240oC, HIO3 mất nước hoàn toàn tạo thành anhidrit I2O5,
nhưng quá 300oC sẽ phân hủy thành I2 và O2
2I2 + 5O2 + 2H2O
HIO3
Oxi hóa được nhiều chất vô cơ hoặc hữu cơ phụ thuộc vào nồng độ axit và
mức độ khử của chất tác dụng
Oxi hóa SO2 thành H2SO4:
HX + 3H2SO4
HXO3 + 3SO2 + 3H2O
Oxi hóa Fe2+ thành Fe3+
3Fe2(SO4)3 + HX + 3H2O
HXO3 + 6FeSO4 + 3H2SO4
Oxi hóa Cacbon thành CO 2
2HX + 3CO2
2HXO3 + 3C
- Dễ tan trong nước, dung dịch đều có tính axit mạnh, lực axit của HClO3, HBrO3
gần với HCl và HNO3 còn HIO3 yếu hơn.
H3O+ + XO3HXO3 + H2O
Tác dụng với bazơ tạo muối tương ứng:
HXO3 + NaOH
NaXO3 + H2O
HXO3 + NH3
NH4XO3
- Các axit halogenic có thể điều chế bằng các phương pháp sau:
Cho muối Bari tác dụng với H2SO4:
BaSO4 + 2HXO3
Ba(XO3)2 + H2SO4
Thủy phân XF 5
5HF + HXO3
XF5 + 3H2O
Dùng Cl2 oxi hóa Br2
2HBrO3 + 10HCl
Br2 + 5Cl2 + 6H2O
Cho I2 tác dụng với HNO3 loãng hoặc đặc nóng
2HIO3 + 10NO2 + 4H2O
I2 + 10HNO3
IV. Axit pehalogenic (HXO 4)
1. Axit pecloric HClO 4
- Là chất lỏng không màu, rất linh động, dễ bay hơi, dễ hút ẩm, bốc khói mạnh trong
không khí ẩm, nhiệt độ nóng chảy -1020C, nhiệt độ sôi 110oC
- Dễ tan trong nước, khi hòa tan với lượng nước ít thì ban đầu sẽ đông đặc thành thể
bột nhão gồm những tinh thể HClO4.H2O có nhiệt độ nóng chảy 49,9oC với lượng
nước nhiều tạo ra dạng đihidrat HClO4.2H2O
- Dung dịch HClO4 bền hơn nhiều so với HClO4 khan, dung dịch HClO4 72% vẫn
bền khi cất trữ và không bị phân hủy dưới tác dụng của ánh sáng, nhưng ở ngay
nhiệt độ thường HClO4 khan đã bị phân hủy:
Cl2O7 + HClO4.H2O
3HClO4
Và bị nổ khi đun nóng trên 90oC, ngay cả khi bảo quản
- Dung dịch loãng HClO4 hầu như không thể hiện tính oxi hóa, trái lại HClO4 khan
là chất oxi hóa mạnh
2H5IO6 + Cl2
2HClO4 khan + I2 + 4H2O
4HClO4 khan + 7C
7CO2 + 2Cl2 + 2H2O
- Trong dung dịch nước, HClO4 là axit mạnh, mạnh nhất trong các axit đã biết
- Khi đun nóng hỗn hợp HClO4 khan với anhidrit photphoric thu được chất lỏng
không màu là anhidrit pecloric
2HClO4 + P4O10
Cl2O7 + 4HPO3
- Tính axit cũng thể hiện khi HClO4 hòa tan trong các dung môi khan như H2SO4,
HNO3, CH3COOH:
ClO4- + [H3SO4]+
HClO4 khan + H2SO4 khan
ClO4- + [CH3COOH2]+
HClO4 khan + CH3COOH khan
[(NO2)+ClO4-] + HClO4.H2O
2HClO4 khan + HNO3 khan
- Axit pecloric được điều chế bằng cách:
Cho KClO4 tác dụng với H2SO4 sau đó chưng cất dưới áp suất thấp:
160 C
KHSO4 + HClO4
KClO4 + H2SO4
0
Đun nóng mạnh amoni peclorat với hỗn hợp HNO3 + HCl
t C
NH4ClO4 + HNO3 + 2HCl
HClO4 + N2 + Cl2 + 3H2O
o
Cho HCl tác dụng với NaClO4:
HClO4 + NaCl
NaClO4 + HCl
Ngoài ra còn có thể dùng các phản ứng:
2HClO4
Cl2O7 + H2O
t C
3HClO3 đặc
HClO4 + Cl2 + 2O2 + H2O
o
2. Axit pebromic HBrO4
- Axit pebromic là một axit mạnh
H3O+ + BrO4HBrO4 + H2O
Nhưng kém bền dễ phân hủy:
2HBrO3 + O2
2HBrO4 đặc
Nên không thể tách ra ở dạng tự do, chỉ tồn tại trong dung dịch đến nồng độ 6M
- Là chất oxi hóa mạnh:
2HBrO4 đặc + I2 + 4H2O
2(HIO4.2H2O) + Br2
- HBrO4 được điều chế bằng cách dùng XeF 4 oxi hóa HBrO3:
HBrO3 + XeF2 + H2O
HBrO4 + 2HF + Xe
B. BÀI TẬP
I. Bài tập liên quan tính chất hóa học
Để làm những bài tập này, cần nắm được các tính chất hóa học của các axit chứa
oxi của halogen
C©u 1:
a, Cho nhËn xÐt vÒ sù biÕn thiªn tÝnh axit trong d·y HClO – HBrO – HIO.
b, Cho mét Ýt axit Clohidric vµo n-íc javen lo·ng cã hiÖn t-îng g× x¶y ra? Thay HCl
b»ng H2SO4 lo·ng hay HBr cã kh¸c kh«ng?
Th¶o lu©n a) HClO ⇌ H+ + ClO- K= 3,7.10 -8
HBrO ⇌ H+ + BrO- K= 2.10 -9
HIO ⇌ H+ + IOK= 2.10 -11
HIO ⇌ I+ + OHK= 3.10 -10
tÝnh axit gi¶m, tÝnh baz¬ t¨ng.
b) Khi thªm HCl vµo n-íc Javen t¹o ra m«i tr-êng axit. Trong m«i tr-êng
®ã, ion ClO- oxi hãa ion Cl- t¹o ra khÝ Clo.
HClO + H+ + Cl- → Cl2 ↑ + H2O
So s¸nh thÕ ®iÖn cùc gi¶i thÝch ®-îc vÊn ®Ò trªn:
HClO + H+ + 2e ⇌ Cl- + H2O
E0=+1,5V
Cl2 + 2e ⇌ 2ClE0=+1,36V
Khi axit hãa n-íc javen b»ng H 2SO4 lo·ng, trong dung dÞch sÏ tån t¹i c©n
b»ng:
Cl2 + H2O ⇌ HClO + H+ + Clv× nång ®é H + t¨ng nªn c©n b»ng chuyÓn sang tr¸i t¹o ra khÝ Clo.
HClO trong n-íc javen ®· ®-îc oxi hãa b»ng HBr sÏ oxi hãa ion Br - thµnh
bromat BrO3-.
C©u 2: So s¸nh tÝnh bÒn, tÝnh axit, tÝnh oxi hãa cña c¸c oxi axit HClO , HClO 2 ,
HClO3 , HClO4 . Gi¶i thÝch vÒ sù biÕn thiªn c¸c tÝnh chÊt.
Th¶o luËn. Theo d·y HClO, HClO 2, HClO3, HClO4:
a) TÝnh bÒn t¨ng: HClO vµ HClO 2 chØ tån t¹i trong dung dÞch lo·ng; HClO 3
tån t¹i trong dung dÞch d-íi 50%; HClO 4 t¸ch ra d-íi d¹ng tinh khiÕt. §é bÒn t¨ng
do ®é dµi cña liªn kÕt Cl - O gi¶m:
HClO
HClO2
HClO3
HClO4
d(Cl-O) Ǻ
1,7
1,64
1,57
1,45
b) TÝnh oxi hãa gi¶m do ®é bÒn t¨ng trong d·y ClO -, ClO2-, ClO3-, ClO4- nªn
tÝnh oxi hãa cña axit vµ cña muèi gi¶m.
c) TÝnh axit t¨ng: HClO lµ axit yÕu (K=2,4.10 -3); HClO2 lµ axit trung b×nh
(K=1,1.10 -2); HClO3 lµ axit m¹nh; HClO4 lµ axit m¹nh nhÊt trong tÊt c¶ c¸c axit. §é
m¹nh cña c¸c axit phô thuéc vµ kh¶ n¨ng t¸ch proton H + khái ph©n tö, nghÜa lµ phô
thuéc vµo ®é bÒn cña liªn kÕt O - H. Khi sè nguyªn tö Oxi (kh«ng n»m trong nhãm
hidroxyl) t¨ng th× ®é bÒn trong nhãm OH gi¶m, do ®ã kh¶ n¨ng t¸ch proton H + t¨ng.
C©u 3: ViÕt c¸c ph-¬ng tr×nh cña c¸c ph¶n øng:
1, HClO3 + HCl
→
2, Ag
+ HClO 3 → AgClO3 + …
3, Fe
+ HClO3 →
4, HClO3 + FeSO4 → H2SO4 + …
5, Cl2O5
+ H2 O
→
6, HClO4 + P2O5
→
Th¶o luËn:
1)
2)
3)
4)
5)
6)
HClO3 + 5HCl → 3Cl2 + 3H2O
6Ag + 6HClO3 → 5AgClO3 + AgCl + 3H2O
6Fe + 18HClO3 → 5Fe(ClO3)3 + FeCl3 + 9H2O
HClO3 + 6FeSO4 + 3H2SO4 → HCl + 3Fe2(SO4)3 + 4H2O2
Cl2O5 + H2O → HClO3 + HClO4
2HClO4 + P2O5 → Cl2O7 + 2HPO3
C©u 4: B»ng ph-¬ng ph¸p nµo cã thÓ t¸ch ®-îc HClO ra khái hçn hîp víi HCl?
Th¶o luËn: Cã thÓ b»ng c¸ch sau: cho CaCO 3 t¸c dông víi hçn hîp gåm HCl vµ
HClO. Axit Clohidric t¸c dông víi CaCO 3, cßn HClO kh«ng ph¶n øng. Dung dÞch
cßn l¹i chøa HClO, Ca2+ vµ Cl-.
Ch-ng cÊt hçn hîp, HClO ph©n hñy theo s¬ ®å:
2HClO → 2Cl2O ↑ + H2O.
Cho Cl2O hßa tan trong n-íc thu ®-îc dung dÞch HClO.
C©u 5: Cân bằng phản ứng oxi hóa-khử:
a. Cl 2 I OH IO4 ...
b. NaClO KI H 2O ...
Th¶o luËn:
a.
Cl 2 I OH IO 4 Cl H 2 O
x 4 Cl 2 2e 2Cl
x1 I 8e 8OH IO 4 4 H 2 O (I- : chất khử)
4Cl 2 I 8H 8Cl IO4 4 H 2 O
b.
NaClO + KI + H2O NaCl + I2 + KOH
1
1
Cl 2e Cl
(NaClO: chất oxi húa)
0
2 I 2e I 2
(KI : chất khử)
NaClO + 2KI + H2O NaCl + I2 + 2 KOH
Câu 6
1. ClO2 là chất hoá chất được dùng phổ biến trong công nghiệp. Thực nghiệm cho
biết:
a) Dung dịch loãng ClO 2 trong nước khi gặp ánh sáng sẽ tạo ra HCl, HClO3.
b) Trong dung dịch kiềm (như NaOH) ClO 2 nhanh chóng tạo ra hỗn hợp muối clorit
và clorat natri.
c) ClO2 được điều chế nhanh chóng bằng cách cho hỗn hợp KClO 3, H2C2O4 tác
dụng với H2SO4 loãng.
d) Trong công nghiệp ClO 2 được điều chế bằng cách cho NaClO3 tác dụng với SO2
có mặt H2SO4 4M.
Hãy viết phương trình phản ứng và nói rõ đó là phản ứng oxi hoá- khử hay phản ứng
trao đổi ? Tại sao ? (phân tích từng phản ứng a, b, c, d).
2. Viết phương trình phản ứng minh họa quá trình điều chế các chất sau đây từ các
đơn chất halogen tương ứng: (a) HClO 4, (b) I2O5, (c) Cl2O, (d) OF 2.
Thảo luận:
1
.a) 6ClO2 + 3H2O = HCl + 5HClO3
Đây là phản ứng oxi hoá, tự khử vì Cl+4 trong ClO2 vừa là chất oxi hoá
(Cl+4 + 5e Cl-) vừa là chất khử (Cl+4 - e Cl+5)
b)2ClO2 + 2NaOH = NaClO2 + NaClO3 + H2O
Bản chất của phản ứng này tương tự bản chất phản ứng a) trên.
c) 2KClO3 + H2C2O4 + 2H2SO4 = 2ClO2 + 2KHSO4 + 2CO2 + 2H2O
Đây cũng là phản ứng oxi hoá khử, trong đó
Cl+5 trong KClO3 là chất oxi hoá (Cl+5 + e Cl+4 trong ClO2)
C3+ trong H2C2O4 là chất khử (C+3 - e C+4 trong CO2)
d) 2NaClO3 + SO2 + H2SO4 = 2ClO2 + 2NaHSO4
Trong phản ứng oxi hoá khử này, Cl+5 trong NaClO3 là chất oxi hoá; S +4 trong SO2
là chất khử (S+4 - 2e S+6 trong NaHSO4).
t
2. (a) 3Cl2 + 6NaOH
5NaCl + NaClO3 + 3H2O
t
4NaClO3
NaCl + 3NaClO 4
NaClO4 + H2SO4 NaHSO4 + HClO4 (chưng cất)
(b) 3I2 + 6OH- 5I- + IO3- + 3H2O
IO3- + H+ HIO3
t
2HIO3
I2O5 + H2O
(c) 2Cl2 + HgO Cl2O + HgCl2
(d) 2F2 + 2OH- 2F- + OF2 + H2O
Câu 7: Tại 250C và áp suất 1,0 atm, độ tan của Cl2 trong nước là 0,091 mol/l và pH của
dung dịch thu được là 1,523.
1. Tính hằng số cân bằng của phản ứng:
Cl2 (dd) + 2H2O (l) H3O+ (dd) + Cl- (dd) + HClO (dd)
Biết rằng, hằng số axit của HClO là Ka = 3,4.10-8 .
2. Tính nồng độ của Cl2 trong nước và pH của dung dịch thu được nếu áp suất của khí Cl2
là 0,1 atm.
3. Nếu cho các hóa chất sau vào nước thì độ tan của khí Cl2 thay đổi như thế nào?
HCl, NaCl, Na2CO3, H2SO4, NaOH và NaClO.
Giải thích?
Thảo luận:
Độ tan của Cl2 = 0,091M = [Cl2] + 1/2([Cl-] +[HClO])
1. Tại pH = 1,523 => Sự phân ly của HClO là không đáng kể.
Khi đó: [Cl-] = [HClO] = [H3O+] = 10-1,523 (M) => [Cl2] = 0,091 - 10-1,523 =
0,061M
Vậy hằng số cân bằng Kcb = 4,42.10
2. Có cân bằng: Cl2 (k) Cl2(aq)
-4
(M2)
KH = [Cl2(aq)]/p(Cl2) = 0,061 M/atm
=> Với áp suất riêng phần của Cl2 = 0,1 atm => [Cl2] = KH. p(Cl2) = 0,061. 0,1 =
6,1.10-3 (M)
Giải thiết rằng sự điện ly của HClO là không đáng kể.
=> [H+]3 = Kcb. [Cl2] => [H+] = 1,39.10-2 (M)
=> pH = 1,86.
3. HCl, NaCl và H2SO4 làm giảm độ tan của khí Cl2.
NaOH, Na2CO3 làm tăng độ tan của khí Cl2 trong nước.
Đối với NaClO.
Xét cân bằng:
Cl2 (dd) + 2H2O (l) H3O+ (dd) + Cl- (dd) + HClO (dd) Kcb = 4,42.10-4 H3O+ (dd) +
ClO-(aq) HClO(dd) + H2O(l)
K2 = 107,47
=> Cl2 (dd) + ClO-(aq) + H2O 2HClO(dd) + Cl- K3 = 104,11 > Kcb
Do đó, NaClO làm tăng độ tan của khí Cl2.
Câu 8: Chất X ở dạng tinh thể màu trắng có các tính chất sau:
Đốt X ở nhiệt độ cao cho ngọn lửa màu vàng.
Hòa tan X vào nước được dung dịch A, cho khí SO2 đi từ từ qua dung dịch A thấy
xuất hiện màu nâu. Nếu tiếp tục cho SO 2 qua thì màu nâu biến mất thu được dung
dịch B; thêm một ít HNO3 vào dung dịch B , sau đó thêm dư dung dịch AgNO3 thấy
tạo thành kết tủa màu vàng.
Hòa tan X vào nước, thêm một ít dung dịch H2SO4 loãng và KI thấy xuất hiện màu
nâu và màu nâu bị biến mất khi thêm Na2S2O3.
1.Viết các phương trình phản ứng xảy ra dạng ion.
2.Để xác định công thức phân tử của X người ta hòa tan hoàn toàn 0,1 g X vào nước
thêm dư KI và vài ml H2SO4 loãng, lúc đó đã có màu nâu, chuẩn độ bằng Na2S2O3
0,1 M tới mất màu tốn hết 37,4 ml dung dịch Na2S2O3. Tìm công thức phân tử của
X.
Thảo luận
1.X cháy cho ngọn lửa màu vàng thành phần nguyên tố của X có natri.
Dung dịch X tác dụng với SO 2 đến dư thu được dung dịch B tạo kết tủa vàng với
AgNO3 thành phần nguyên tố của X có iot.
Phản ứng của X với SO 2 chứng minh X có tính oxi hóa.
Từ lập luận trên X có cation Na+ và anion IO x
Đặt công thức của X là NaIO x.
Phản ứng dạng ion:
2 IO x +(2x-1) SO2 + 2(x-1) H2O (2x-1) SO42- + I2 + (4x-4) H (1)
I2 + 2H2O + SO2 2I + SO42- + 4H
Ag + I AgI
IO x + (2x-1) I + 2x H x I2 + x H2O
I2
+
1,87.10-3
2Na2S2O3
2NaI
+
Na2S4O6
3,74.10-3
2.Số mol Na2S2O3 = 0,1.0,0374 = 3,74.10-3 (mol)
Theo (5) Số mol I2 = ½(Số mol Na2S2O3) = 1,87.10-3
Theo (4) Số mol IO x =
1
0,1
23 127 16x
=
x
(số mol I2) =
1
x
.1,87.10-3
1
x
.1,87.10-3
(2)
(3)
(4)
(5)
0,1. x
150 16x
= 1,87.10-3
0,1x = 0,2805 + 0,02992x
x=4
Công thức phân tử của X:
NaIO4
C©u 9
1. Hoµ tan s¶n phÈm r¾n cña qu¸ tr×nh nÊu ch¶y hçn hîp gåm bét cña mét kho¸ng
vËt mµu ®en, kali hi®roxit vµ kali clorat, thu ®-îc dung dÞch cã mµu lôc ®Ëm. Khi ®Ó
trong kh«ng khÝ, mµu lôc cña dung dÞch chuyÓn dÇn thµnh mµu tÝm. Qu¸ tr×nh
chuyÓn ®ã cßn x¶y ra nhanh h¬n nÕu sôc khÝ clo vµo dung dÞch hay khi ®iÖn ph©n
dung dÞch.
a. H·y cho biÕt kho¸ng vËt mµu ®en lµ chÊt g×.
b. ViÕt ph-¬ng tr×nh cña tÊt c¶ c¸c ph¶n øng x¶y ra trong qu¸ tr×nh thÝ nghiÖm.
2. Nung hçn hîp A gåm s¾t vµ l-u huúnh sau mét thêi gian ®-îc hçn hîp r¾n B.
Cho B t¸c dông víi dung dÞch HCl d-, thu ®-îc V1 lÝt hçn hîp khÝ C. TØ khèi cña C
so víi hi®ro b»ng 10,6. NÕu ®èt ch¸y hoµn toµn B thµnh Fe2O3 vµ SO2 cÇn V2 lÝt khÝ
oxi.
a. T×m t-¬ng quan gÝa trÞ V1 vµ V2 (®o ë cïng ®iÒu kiÖn).
b. TÝnh hµm l-îng phÇn tr¨m c¸c chÊt trong B theo V1 vµ V2.
c. HiÖu suÊt thÊp nhÊt cña ph¶n øng nung trªn lµ bao nhiªu phÇn tr¨m.
d. NÕu hiÖu suÊt cña ph¶n øng nung trªn lµ 75%, tÝnh hµm l-îng phÇn tr¨m c¸c chÊt
trong hçn hîp B.
Cho biÕt S = 32; Fe = 56; O = 16.
Thảo luận
1. Kho¸ng vËt mµu ®en lµ MnO 2.
Dung dÞch mµu lôc ®Ëm chuyÓn dÇn thµnh mµu tÝm khi ®Ó trong kh«ng khÝ chØ cã thÓ
lµ dung dÞch MnO 42- vËy ph¶n øng x¶y ra khi nÊu ch¶y hçn hîp lµ
3MnO2 + 6KOH + 6KlO3 = 3K2MnO4 + 3H2O + KCl (1)
3K2MnO4 + 2H2O = 2KMnO4 + MnO2 + 4KOH (2)
2KOH + CO2 = K2CO3
(3)
Ph¶n øng nµy lµm c©n b»ng (2) chuyÓn dÞch dÇn sang ph¶i
2K2MnO4 + Cl2 = 2KMnO4 + 2KCl
2K2MnO4 + 2Ho 2O
t
2.
Fe + S
®iÖn ph©n
2KMnO4 + 2KOH + H2
= FeS.
Thµnh phÇn B gåm cã FeS, Fe vµ cã thÓ cã S.
FeS + 2HCl = FeCl2 + H2S
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2.
VËy trong C cã H 2S vµ H2 . Gäi x lµ % cña H 2 trong hçn hîp C .
(2x+34(100-x))/100 = 10,6.2 = 21,2 -> x = 40%
VËy trong C,
H2 = 40% theo sè mol ; H2S = 60%.
a) §èt ch¸y B :
4FeS + 7O2 = 2Fe2O3 + 4SO2
4Fe + 3O2 = 2Fe2O3
S + O2 = SO2 .
ThÓ tÝch O2 ®èt ch¸y FeS lµ: (3V 1/5) . (7/4) = 21V 1/20.
ThÓ tÝch O2 ®èt ch¸y Fe lµ: (2V 1/5) . (3/4) = 6V1/20.
Tæng thÓ tÝch O2 ®èt ch¸y FeS vµ Fe lµ: 21V1/20 + 6V1/20 = 27V1/20.
ThÓ tÝch O2 ®èt ch¸y S lµ: V2- (27V1/20) = V2 - 1,35 V1. VËy V2 ≥ 1,35 V1
3V1
x88x100
5280V1
165V1
5
%
b) % FeS
3V1
2V1
75,2V1 32(V2 1,35V1 ) V2 V1
x88
x56 32(V2 1,35V1 )
5
5
2V1
x56x100
70V1
5
% Fe
%
32(V2 V1 ) V2 V1
%S
32(V2 1,35V1 ) x100 100V2 135V1 )
%
32(V2 V1 )
V2 V1
c) NÕu d- S so víi Fe th× tÝnh hiÖu suÊt ph¶n øng theo Fe. Tr-êng hîp nµy H = 60%.
NÕu d- Fe so víi S tÝnh hiÖu suÊt ph¶n øng theo S. Tr-êng hîp nµy H > 60% VËy
hiÖu suÊt thÊp nhÊt cña ph¶n øng nung trªn lµ 60%.
d) NÕu H = 75% cã nghÜa lµ n FeS = 3ns d-. n FeS tû lÖ 3V1/5 VËy n S tû lÖ víi V1/5.
% FeS
% Fe
5280V1
5280V1
64,7%
32V1
81,6V1
75,2V1
5
2240V1
27,45%
81,6V1
%S = 100 - (64,7+27,45) = 7,85%
C©u 10: Xử lí 13,16 gam hỗn hợp chất rắn X gồm hai muối khan KIOx và KIOy (y >
x) bằng một lượng dư KI trong môi trường axit thu được 200 mL dung dịch A.
a. Viết phương trình hóa học cho các phản ứng xảy ra dưới dạng ion rút gọn.
b. Lấy 25 mL dung dịch A cho vào một bình định mức 150 mL, pha loãng bằng
nước cất, điều chỉnh dung dịch về pH = 3, thêm nước đến vạch. Để chuẩn độ 25 mL
dung dịch trong bình định mức này cần dùng 41,67 mL dung dịch Na 2S2O3 0,2M để
đạt tới điểm cuối với chỉ thị hồ tinh bột. Cho biết công thức hóa học và phần trăm
khối lượng của mỗi muối trong hỗn hợp đầu biết tỉ lệ mol của chúng là 2 : 1.
Thảo luận:
a. 2IOx + (4x – 2)I + 4xH+ 2xI2 + 2xH2O
2IOy + (4y – 2)I + 4yH+ 2yI2 + 2yH2O
b. Gọi số mol của KIOx và KIOy trong 11,02 gam hỗn hợp lần lượt là a và b.
mhh = 13,16 g
166(a + b) + 16(ax + by) = 13,16
(1)
2IOx + (4x – 2)I + 4xH+ 2xI2 + 2xH2O
mol:
a
ax
2IOy + (4y – 2)I + 4yH+ 2yI2 + 2yH2O
mol:
b
by
Số mol I2 trong 25 mL dung dịch cuối cùng đem chuẩn độ:
n(I2) =
25 25
ax by
mol
(ax + by) =
200 150
48
Phản ứng chuẩn độ:
I2 + 2S2O32 S4O62 + 2I
n(S2O32) = (41,67 103 L) 0,2 mol/L = 8,334 103 mol
ax by
= 4,167 103
48
ax + by = 0,2
(2)
Từ (1) và (2) ta có: a + b = 0,06 (3)
Theo bài ra: a = 2b
(4)
Giải (3) và (4) ta có: a = 0,04; b = 0,02.
Khi đó (2) được viết lại: 2x + y = 10
Lập bảng giá trị tính y theo x:
x
1
2
3
4
y
8
6
4
2
Chỉ có cặp x = 3, y = 4 thỏa mãn. Hai muối ban đầu là KIO 3 và KIO4.
Phần trăm khối lượng của mỗi muối trong hỗn hợp đầu:
%m(KIO3) =
214 0,04
100% = 65,05%
13,16
%m(KIO4) =
230 0,02
100% = 34,95%
13,16
II. Bài tập liên quan đến phần nhiệt động học
Phần bài tập này liên quan đến những kiến thức về nhiệt động học, cần bổ sung
thêm những kiến thức liên quan đến nhiệt động học để giải bài tập phần này
C©u 11: Cho các phương trình nhiệt hóa học sau đây:
(1)
2 ClO2 (k) +
(2)
(3)
2 ClO3 (k) +
(4)
O3 (k)
→
Cl2O7 (k)
ΔH0 = - 75,7 kJ
O 3 (k)
→
O 2 (k) + O (k) ΔH0 = 106,7 kJ
O (k)
→
Cl2O7 (k)
O 2 (k)
→
2 O (k)
ΔH0 = - 278 kJ
ΔH0 = 498,3 kJ.
k: kí hiệu chất khí.
Hãy xác định nhiệt của phản ứng sau:
(5)
ClO2 (k) +
O (k)
→
ClO 3 (k).
→
1/2 Cl2O7 (k)
ΔH0 = - 37,9 kJ
→
ClO 3 (k) + 1/2 O (k)
ΔH0 =
Thảo luận:
Kết hợp 2 pt (1) và (3) ta có
ClO2 (k) + 1/2 O3 (k)
1/2 Cl2O7 (k)
(6) ClO2 (k) + 1/2 O3 (k)
→
ClO3 (k) + 1/2 O (k)
139 kJ
ΔH0 = 101,1 kJ
Kết hợp 2 pt (6) và (2) ta có
ClO2 (k) + 1/2 O3 (k)
1/2 O2 (k) + 1/2 O (k)
(7) ClO2 (k) + 1/2 O2 (k)
→
ClO 3 (k) + 1/2 O (k)
ΔH0 = 101,1 kJ
→
1/2 O 3 (k)
ΔH0 = -53,3 kJ
→
ClO3 (k)
ΔH0 = 47,8 kJ
Kết hợp 2 pt (7) và (4) ta có
ClO2 (k) + 1/2 O3 (k)
→
O (k)
→
(5) ClO2 (k) + O (k)
→
ClO 3 (k) + 1/2 O (k)
1/2 O 2 (k)
ΔH0 = 101,1 kJ
ΔH0 = - 249,1 kJ
ClO 3 (k)
ΔH0 = - 201,3 kJ.
Đó là pt nhiệt hóa (5) ta cần tìm.
III. Bài tập các axit chứa oxi của halogen liên quan đến bài tập về dung dịch
Dung dịch là vấn đề phức tạp, trong những bài tập ví dụ ở đây chỉ đề cập những
kiến thức cơ bản để giải bài tập phần dung dịch
Câu 12: Thêm 1 ml dung dịch NH4SCN 0,1M vào 1ml dung dịch Fe(ClO 4)3 0,01M
và NaF 1M, HClO4 1M. Có màu đỏ của phức FeSCN2+ hay không? Biết rằng màu
đỏ chỉ xuất hiện khi CFeSCN 7.106 M . Cho lg FeF (i= 1÷3) lần lượt là: 5,18; 9,07 và
2
3i
i
13,10;
lg FeSCN 2 3,03 ; lg FeOH 2 2,17
Thảo luận:
Ta có FeF FeF FeF và CFe CF . Do đó, trong dung dịch trước khi
2
2
3
3
trộn, quá trình tạo ra phức FeF 3 là chủ yếu. Mặt khác nồng độ axit trong dung dịch
khá lớn nên sự tạo phức hiđroxo là không đáng kể.
Fe3+
Ban đầu:
Thành phần giới hạn
0,01
-
+
3F-
FeF3
1
0,97
mol/l
0,01
mol/l
Khi trộn hai dung dịch với thể tích bằng nhau thì nồng độ các cấu tử trong dung dịch
sau khi trộn đều giảm một nửa.
Các quá trình cân bằng xảy ra khi trộn:
- Xem thêm -