Bài 33. Điều chế khí hiđro - Phản ứng thế

Hiđro, Nước và Oxi
A.HIĐRO
-Vị trí Hiđro trong bản tuần hoàn là ở ô số 1
-Chu kì:1
-Nhóm: IA
-Cấu trúc electron: 1s1
- Bán kính ion :1.36
-Năng lượng ion hóa:13,6eV
- Ái lực e:0.75
-Độ âm điện bằng 2.20 (thang Pauling)

Trạng thái tự nhiên

Hiđro phổ biến nhất trong vũ trụ, chiếm 75% các chất thông thường theo khối lượng và trên 90% theo số lượng nguyên tử. Trên Trái Đất hiđro có rất ít trong khí quyển (1 ppm theo thể tích). Nguồn chủ yếu của hiđro là nước (bao gồm 2 phần hidro và 1 phần oxi). Ngoài ra còn các nguồn khác bao gồm phần lớn các chất hữu cơ như: than , nhiên liệu hóa thạch và metan (CH4) là nguồn quan trọng của hidro. Hidro đóng vai trò sống còn trong việc cung cấp năng lượng trong vũ trụ thông qua phản ứng proton-proton và chu trình cacbon –nito.
Tính chất vật lí của hidro :là chất khí không màu, không mùi, không vị, nhẹ hơn không khí, tan ít trong nước.
Tính chất hóa học:
Tác dụng với Oxi => nổ mạnh và bốc hơi nước
2H2 + O2 => H2O ( nhiệt độ)
Tác dụng với đồng oxit (CuO) ở nhiệt độ 4000C
H2 + CuO => Cu + H2O
Thành phần đồng vị

Hidro là nguyên tố duy nhất có các tên gọi khác nhau cho các đồng vị của nó.
1H: đồng vị phổ biến nhất của hidro, đồng vị ổn định này có hạt nhân chỉ chứa duy nhất 1 proton, vì thế trong miêu tả gọi là proti.
2H: đồng vị ổn định có tên đơteri với thêm một notron trong hạt nhân.
3H: đồng vị phóng xạ tự nhiên có tên triti. Hạt nhân của nó có 2 notron và 1 proton .
4H: hidro-4 được tổng hợp khi bắn phá triti bằng hạt nhân đơteri chuyển động cực nhanh.
5H: năm 2001các nhà khoa học phát hiện ra hidro -5 bằng cách bắn phá hidro bằng các ion nặng.
6H: hidro-6 phân rã tạo ra 3 bức xạ notron.
7H: năm 2003 hidro-7 đã được tạo ra tại phòng thí nghiệm Riken ở Nhật Bản bằng cách cho va chạm dòng các nguyên tử Heli-8 năng lượng cao với mục tiêu hidro lạnh và phát triển ra các trion – hạt nhân của nguyên tử triti- và các notron từ sự phá vỡ của hidro-7, giống như phương pháp sử dụng để sản xuất và phát hiện hidro-5.

+ Điện phân nước

2H2O => 2H2 + O2
Phương pháp điều chế

Trong phòng thí nghiệm
+ Lấy axit tác dụng với kim loại
2HCl +H2O => CO + 3H2
Trong công nghiệp
+ Khí thiên nhiên được sử lí bằng hơi nước nóng ở nhiệt độ cao (700-1100)
CH4 + H2O => 2NaOH + H2 + Cl2
+ Điện phân dung dịch có màng ngăn
2NaCl + H2O => 2NaOH + H2 + Cl2
Ứng dụng

-Nộp vào khí cầu
-Sản xuất nhiên liệu
-Hàn cắt kim loại
-Chất khử
-Sản xuất Cacbon, phân đạm, axit clohidric…
Máy điều chế Hidro
Joseph Priestley tìm ra oxi vào năm 1774.
Oxy
Kí hiệu: O2
Nhóm : IVA
Chu kì: 2,số thứ tự 8
NTK:15,9994
Có hai đặc thù tồn tại:O2,O3
KLR:1,42897g/l
Năng lượng ion hóa:13,62


Cấu hình electron của oxi:


Công thức phân tử Oxi: O2

Công thức cấu tạo:
CẤU TẠO PHÂN TỬ OXI
TÍNH CHẤT VẬT LÍ,HÓA HỌC VÀ TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN CỦA OXI

1. Tính chất vật lí

- Oxi là chất khí, không màu

- dO2/kk = 32/29 = 1,1 => Oxi nặng hơn không khí

- Dưới áp suất khí quyển, oxi hoá lỏng ở -1830C; oxi lỏng bị nam châm hút

- Ít tan trong nước

- Duy trì sự sống và sự cháy( cho que đốm còn tàn đỏ vào lọ khí oxi thì que đốm bùng cháy)
Trạng thái tự nhiên:
Oxi trong không khí là sản phẩm của quang hợp
TÍNH CHẤT HÓA HỌC


- Oxi có độ âm điện lớn (3,44); chỉ kém flo (3,98); có 6 electron lớp ngoài cùng, có khuynh hướng nhận 2e => Oxi là nguyên tố phi kim hoạt động, có tính oxi hoá mạnh.

- Trong các hợp chất (trừ hợp chất với flo, và hợp chất peoxit), nguyên tố oxi có số oxi hoá -2.
1.Tác dụng với kim loại trừ (Au,Pt)
2. Tác dụng phi kim ( trừ halogen)

3. Tác dụng với hợp chất

Điều chế:
1.Trong phòng thí nhiêm :
Nguyên tắc:Phân hủy các hợp chất chứa oxi,kém bền với nhiệt:KMnO4,H2O2,KClO3
Trong công ngiệp:
a, Từ không khí
b) Từ nước: điện phân nước ( có pha thêm dung dịch NaOH, dung dịch H2SO4 để tăng thêm tính dẫn điện của nước)
Vai trò sinh học của Oxi
+Oxi có ý nghĩa to lớn về mặt sinh học
+ Động vật máu nóng sẽ chết nếu không có Oxi.

+ Động vật máu lạnh sẽ kém nhạy hơn nhưng cũng không sống được nếu thiếu Oxi.
+Chỉ có một số ít sinh vật bậc thấp(sv yếm khí,một số vi khuẩn)có thể tồn tại không cần đến Oxi
ỨNG DỤNG CỦA OXI
- Mỗi người cần từ 20-30 m3 không khí/1 ngày để thở

-Ngoài ra, hàng năm trên thế giới sản xuất hàng chục triệu tấn oxi để đáp ứng nhu cầu đời sống và sản xuất



Chu trình của oxi trong tự nhiên
Con người và sinh vật trên trái đất sử dụng oxi trong quá trình hô hấp và thải ra khí cacbonic. Khí cacbonic lại được cây xanh sử dụng trong quá trình quang hợp và thải ra khí oxi cho môi trường.
Cấu tạo phân tử, tính chất lí- hóa, ứng dụng, điều chế ozon
Cấu tạo phân tử
Phân tử O3 là phân tử có góc như H2O và NO2
Độ dài liên kết O-O là 1,278 (có nghĩa phân tử là liên kết kép).
Có 2 liên kết và 1 liên kết không định chỗ






Tính chất vật lí OZON

Ở điều kiện thường ozon là 1 khí có màu xanh lam nhạt và có mùi đặc biệt.
Phân tử có khối lượng tương đối lớn, nhiệt độ nóng chảy là (-19,7 oC), nhiệt độ sôi là ( -111,9oC).
ozon lỏng có màu tím lam, ozon rắn có màu nâu đen.
Ozon tan trong nước nhiều gấp 15 lần oxi.
Tính chất hóa học
O3 là chất oxi hóa mạnh, có hể tương tác với bạc và thủy ngân.
2Ag +O3 = Ag2O + O2
Biến sunfua thành sunfat
PbS + 4O3 = PbSO4 +4O2
O3 phá hủy nhanh cao su

Ứng dụng
Do có tính oxi hóa mạnh ozon tiêu diệt được vi khuẩn.
Diệt trùng nước uống.
Phản ứng ozon hóa các chất hữu cơ.
Điều chế
Ở mặt đất chủ yếu là do sấm sét và d sự oxi hóa của một số chất hữu cơ.
ở tầng cao của khí quyển ozon được tạo nên do các tia tử ngoại có bước sóng khoảng 1600 -2400 tác dụng lên O2.
O2 +hv = 2O
O + O2 = O3
Trên thực tế người ta điều chế O3 bằng cách phóng điện âm qua khí oxi khô, sản phẩm thu được là khí oxi vá ozon với tỉ lệ của ozon vào khoảng 10%.
NƯỚC

Trạng thái tự nhiên
Tinh chế nước
Tính chất vật lý
Tính chất hóa học
Sự ô nhiễm môi trường nước –xử lý nước thải
Hydro peoxit
Tính chất vật lý

Nước là một chất lỏng trong suốt, không màu , không mùi, không vị. Lớp nước sâu có màu xanh.
Khối lượng riêng của nước ở 277,15K là 1g/cm3.
Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của nước bão hòa là 00C và 1000C ở áp suất là 101.32kPa (1 atm)
Momem lưỡng cựu của phân tử nước µH2O=1.84D
Nước có sự phân cực trong phân tử
Tính chất hóa học

Liên kết giữ hydro và oxi trong phân tử nước rất bền, muốn phá vỡ liên kết này phải dũng năng lượng khá lớn.
Nước vừa có tính oxi hóa và vữa có tính khử; oxi trong phân tử nước có số oxi hóa -2 và hydro có sô oxi hóa +1.
Những chất oxi hóa mạnh và những chất khử mạnh không tồn tại trong nước mà tác dụng với nước giải phóng hydro và oxi.
Trong các chất oxi hóa dạng đơn chất chỉ có flo phản ứng với nước ở nhiệt độ thường.
F2 + H2O HF +0,5 O2
các halogen phản ứng thuận nghịch
Cl2 + H2O HCl + HClC
tuy nhiên clo cũng phản ứng với nước giải phóng khí oxi.
Cl2 + H2O 2HCl + O






Các chất khử như cacbon, silic, bo phản ứng thuận nghịch với nước ở nhiệt độ cao.
Các loại kiềm , kiềm thổ phản úng mạnh với nước ở nhiệt độ thường.
Nhôm và magie đạng cháy có thể cháy tiếp trong hơi nước.
Cá kim loại chuyển tiếp sắt, kẽm, niken… tác dụng với nước ở nhiệt độ cao bằng phản ứng thuận nghịch.
Thủy ngân và các kim loại quý khác không phản ứng với nước.
Nước còn tham gia các phản ứng hóa hydrat hóa và phản ứng thủy phân.
Sự ô nhiễm môi trường nước –xử lý nước thải

Sự ô nhiễm môi trường nước
Cách xử lý các chất thải
Sự ô nhiễm môi trường nước

Xử lý nước thải: