Skkn sắp xếp có hệ thống về lực axit, lực khử, lực oxi hóa của dãy axit hnx và hnxom

  • Số trang: 29 |
  • Loại file: DOC |
  • Lượt xem: 97 |
  • Lượt tải: 0
nguyen-thanhbinh

Đã đăng 8358 tài liệu

Mô tả:

Sáng kiến kinh nghiệm 2011 – 2012 TÊN SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM: VẬN DỤNG LỰC AXIT,LỰC OXY HÓA, LỰC KHỬ CỦA DÃY AXIT HnX ; HnXOm ĐỂ SỬ DỤNG DẠY HỌC HÓA HỌC Ở BẬC TRUNG HỌC PHỔ THÔNG ********* I/ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1/. Khách quan : Trong chương trình trung học phổ thông,hóa học là bộ môn khoa học tự nhiên có vai trò rất quan trọng . Môn hóa học cung cấp cho học sinh một hệ thông kiến thức phổ thông cơ bản và thiết thực đầu tiên về hóa học, rèn cho học sinh óc tư duy sáng tạo và khả năng trực quan nhanh nhạy .Vì vậy giáo viên bộ môn hóa học cần hình thành ở các em một kỹ năng cơ bản, thói quen học tập và làm việc khoa học làm nền tảng để các em phát triển khả năng nhận thức và năng lực hành động ,hình thành cho các em những phẩm chất cần thiết như cần thận,tỉ mỉ, chính xác, yêu thích khoa học. Trong thời đại nền khoa học-kỹ thuật phát triển như hiện nay, để đáp ứng yêu cầu về con người và nguồn nhân lực cho sự phát triển đất nước nhanh và bền vững thì việc nâng cao chất lượng giảng dạy và chất lượng học ở các cấp bậc phổ thông là vấn đề bức thiết. Nghị quyết Trung ương lần thứ 2 ( khóa VIII) đã khẳng định “giáo dục-đào tạo nước ta còn nhiều yếu kém, bất cập về quy mô, cơ cấu và nhất là chất lượng và hiệu quả…, trình độ kiến thức, kỹ năng thực hành, phương pháp tư duy khoa học…của đa số HS còn yếu…”.Để nâng cao hiệu quả của công việc dạy – học thì đổi mới phương pháp dạy – học là một trong những yếu tố quan trọng nhằm tăng cường tính tích cực tìm tòi sáng tạo ở HS. Việc đổi mới nội dung và phương pháp dạy học đã được Đảng và Nhà nước rất quan tâm. Trung ương Đảng khóa VIII đã chỉ rõ con đường đổi mới giáo dục –đào tạo phải bằng đổi mới mạnh mẽ các phương pháp giáo dục đào tạo, khắc phục lối truyền thụ một chiều, rèn luyện thành nếp tư duy sáng tạo ở người học…phát triển phong trào tự học, tự đào tạo thường xuyên và rộng khắp trong toàn dân, nhất là thanh niên…kiên quyết cải tiến chương trình và nhất là phương pháp dạy và học trong nhà trường thì trong một số năm tới đây chúng ta mới khắc phục 1 Nguyễn Thị Thiện Trường THPT Long Khánh Sáng kiến kinh nghiệm 2011 – 2012 được những lệch lạc trong giáo dục đào tạo hiện nay…và từng bước nâng cao chất lượng đào tạo…” Để áp ứng yêu cầu đổi mới phương pháp dạy học, hiện nay có rất nhiều biện pháp được các nhà nghiên cứu đã và đang quan tâm. Muốn vậy, việc nghiên cứu kỹ lưỡng kiến thức ở các bài dạy của giáo viên để tìm ra mối liên hệ mật thiết giữa các bài học có ý nghĩa hết sức quan trọng nhằm giúp học sinh thấy được sợi chỉ hồng xuyên suốt trong các phần học. Đó là tiền đề kích thích tư duy, tìm tòi, sáng tạo ở học sinh. 2/. Chủ quan Tuy đổi mới phương pháp dạy học đã được áp dụng từ lâu, nhưng thực tế có rất nhiều bài học, giáo viên còn khai thác sơ lược kiến thức cũ; kiến thức mới được xây dựng chưa có cơ sở vững chắc, chủ yếu mang tính chấp nhận như một tiên đề nên đa số học sinh vẫn bị động trong quá trình học tập và tiếp cận trí thức mới. Nguyên tắc thiết kế chương trình ngành học phổ thông là chương trình đồng tâm nên việc khai thác kiến thức cũ để phát triển bài dạy là vấn đề hết sức quan trọng. Tuy nhiên, trong chương trình và sách giáo khoa, các chất cùng loại được phân bố rải rác ở các lớp. Điều đó làm cho học sinh có học lực trung bình gặp khó khăn trong việc nhớ lại các kiến thức cũ và dẫn tới những hạn chế khi giáo viên sử dụng phương pháp mới. Để nâng cao hiệu quả dạy học, việc hệ thống hóa kiến thức đã được học ở từng phần , từng loại chất là vấn đề quan trọng nhằm kích thích phương pháp tư duy tổng hợp cho học sinh. Với suy nghĩ như vậy, tôi luôn tìm tòi những cơ sở lý thuyết để sắp xếp có quy luật về một số tính chất ở các chất và áp dụng vào bài giảng, với hy vọng học sinh có được hệ thống kiến thức lôgíc hơn trong quá trình học và xây dựng bài mới. Tôi chọn đề tài “Sắp xếp có hệ thống về lực axit, lực khử, lực oxi hóa của dãy axit H nX và HnXOm” tuy vậy các yếu tố gây ảnh hưởng đến tính oxy hóa của oxy anion khá phức tạp và các tài liệu đề cập để giải thích những trường hợp không theo qui luật, chủ yếu lấy từ kết quả thực nghiệm, vì vậy với khả năng có hạn của mình tôi xin được giới hạn đề tài trong các nội dung sau. II/.THỰC TRẠNG TRƯỚC KHI THỰC HIỆN CÁC GIẢI PHÁP CỦA ĐỀ TÀI: 1) Thuận lợi: Trường THPT Long Khánh đang được xây dựng theo mô hình trường trọng điểm chất lượng cao nên đầu vào của học sinh đang được nâng lên, - Cơ sở vật chất được cải thiện đáp ứng nhu cầu về phòng học, phương tiện dạy học trong nhà trường. Đội ngũ giáo viên có nhiều kinh nghiệm giảng dạy ; học sinh chăm ngoan tinh thần hiếu học. Nội dung chương trình hóa học THPT đề cập nhiều đến lực axit- bazơ, lực oxy hóa –khử của dãy axit không có oxy và axit có oxy 2) Khó khăn: - Số học sinh thực sự có năng khiếu đam mê môn học ít - Kinh nghiệm giảng dạy của giáo viên theo hướng chuyên sâu còn nhiều hạn chế. 2 Nguyễn Thị Thiện Trường THPT Long Khánh Sáng kiến kinh nghiệm 2011 – 2012 - Một số trường chưa chú trọng tiết thực hành ,chưa minh họa các kiến thức đã học nhằm giúp học sinh khắc sâu nội dung bài học - Các kiến thức về axit- bazơ ở cấp II học sơ lược qua loa ,chỉ thừa nhận là chủ yếu . Ở cấp III chương trình lớp 11 quá nặng : HKI học vô cơ- HKII học hữu cơ , nhiều em chưa nắm vững tính axit, tính bazơ , tính khử tính oxy hóa… 3) Số liệu thống kê: Từ năm học 2006 - 2007 trở về trước, kết quả cuối năm ở các lớp tôi dạy (lớp 10,11) đạt diểm trung bình ≥ 5,0 chỉ đạt : *70 % ≤ điểm TB ≤ 85% *Loại giỏi ≥ 8,0 đạt từ 610% ( chỉ khoảng 2 3em/50) * Loại kém < 3,5 từ 2 4% (khoảng 12 em/ 50) nhất là ở khối 11 nghĩa là vẫn phải có vài em phải thi lại tùy từng lớp Từ năm học 2007 – 2008 đến nay , sau khi áp dụng phương pháp mới và giảng dạy theo đề tài tôi thấy chất lượng có tiến bộ rõ rệt ,cụ thể như sau : *80% ≤ điểm TB ≤ 100% *Loại giỏi ≥ 8,0 đạt 12,5% ≥ 25% (khoảng 510 em/ 40 * Loại kém < 3,5 rất thấp hầu như không có học sinh thi lại ở lớp 10 & 11 III/ NỘI DUNG ĐỀ TÀI : 1) Cơ sở lý luận: Chương trình giảng dạy hóa học vô cơ và hữu cơ là nội dung quan trọng trong sách giáo khoa bậc THPT và giáo trình đào tạo chuyên ngành hóa học của các trường Đại học. Những nội dung đó đã được các nhà giáo dục, nhà khoa học có uy tín biên soạn và phổ biến rộng rãi dùng cho giáo viên giảng dạy trong nhà trường. Đối với chương trình hóa học vô cơ tính axit- bazơ ,tính oxy hóa –khử là phẩn rất quan trọng cần thiêt đòi hỏi tất cả các học sinh phải nắm được ở chương trình phổ thông và là kiến thức tiền đề để các em giải đuợc các đề thi vào đại học 2) Nội dung, biện pháp thực hiện các giải pháp của đề tài: Trong chương trình trung học phổ thông khi xét tính axit, tính khử, tính oxy hóa chỉ được xét trong dung môi nước nên trong đề tài này tôi cũng xin được đề cập trong phạm vi trên. - Sắp xếp có quy luật lực axit trong dãy H nX và HnXOm ( với X là phi kim ). Dựa trên cơ sở thuyết Bronsted. - Sắp xếp có quy luật lực khử của dãy HnX. - Xét lực oxy hóa của oxianion XOm trong môi trường axit. - Các cơ sở lý thuyết dùng để giải thích tính quy luật trên. 3 Nguyễn Thị Thiện Trường THPT Long Khánh Sáng kiến kinh nghiệm 2011 – 2012 *Mục đích nghiên cứu: Nhằm tạo cơ sở để vận dụng tính qui luật kích thích khả năng suy luận, tư duy của học sinh trong các bài học axit H nX và HnXOm trong chương trình THPT. 4 Nguyễn Thị Thiện Trường THPT Long Khánh Sáng kiến kinh nghiệm 2011 – 2012 3) Phương pháp nghiên cứu : - Đọc sách, tài liệu phục vụ trực tiếp cho đề tài; từ đó, sắp xếp các thông tin tìm ra hệ thống lôgíc cần thiết. - Trao đổi với các bạn đồng nghiệp để xác định độ chính xác của quy luật và cơ sở giải thích quy luật đó. -Tìm thêm tài liệu có liên quan trên mạng Internet PHẦN NỘI DUNG I/. MỘT SỐ ĐỊNH NGHĨA VỀ AXIT : Có 03 thuyết axit – bazơ được áp dụng rộng rãi nhất hiện nay: 1). Thuyết axit – bazơ của Areniyt ( Arhenius): Định nghĩa: Axit là những chất khi hòa tan trong nước thì phân ly cho cation H+ Ví dụ : HCl  H+ + Cl  Thuyết của Areniyt là thuyết axit – bazơ sớm nhất. Nó giải thích được nhiều tính chất và phản ứng của các axit trong dung dịch nước. Tuy nhiên, thuyết này có nhiều hạn chế bởi chỉ áp dụng đúng cho dung môi là nước, không áp dụng được cho tất cả các dung môi, đồng thời chưa thấy được vai trò quyết định của dung môi trong sự phân ly axit. Mặt khác, thuyết Areniyt không không giải thích được các phản ứng tạo ra muối giống như phản ứng trung hòa mà trong đó không có H+ hoặc OH  tham gia. Ví dụ: NH 3(k) + HCl (k)  NH4Cl(rắn) 2). Thuyết proton về axit – bazơ : Do nhà hóa học Đan Mạch Bronsted , nhà hóa học Anh Lawry và nhà hóa học Thụy Điển Bjerrum xây dựng. Hiện nay, thuyết này được sử dụng rộng rãi nhất. Định nghĩa: axit là những chất có khả năng cho proton. Theo thuyết proton thì sự điện ly axit trong dung dịch không phải là quá trình đơn giản mà là kết quả tương tác hóa học giữa chất tan với dung môi. Đối với dung dịch nước có tương tác như sau: HCl  H 2 O ↔ H 3 O   Cl  Trong dung môi không phải nước cũng có thể xảy ra hiện tượng tương tự: RNH 2  R1COOH  RNH 3  R1COO  NH 3( k )  HCl( k )  NH 4 Cl (rắn) 3). Thuyết axit – bazơ của Liuyt (Lewis) Axit là những chất có khả năng nhận cặp electron không phân chia Ví dụ: H+ + NH 3  NH4+ Thuyết Liuyt thường được áp dụng trong hóa học hữu cơ và chưa nói rõ vai trò của dung môi ( xét theo quan điểm thuyết proton) 5 Nguyễn Thị Thiện Trường THPT Long Khánh Sáng kiến kinh nghiệm 2011 – 2012 II/. NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN LỰC AXIT Độ mạnh của axit ( nghĩa là khả năng nhường proton) tùy thuộc vào dung môi và độ bền của liên kết. Chương trình THPT chỉ xét dung môi nước nên độ mạnh của axit chỉ còn phụ thuộc vào độ bền của liên kết ( đo bằng năng lượng liên kết E (KJ/mol). Năng lượng liên kết càng nhỏ chất đó càng dễ tách proton, tính axit càng mạnh và ngược lại. Để giải thích và so sánh độ bền các liên kết ta cần xem xét các đại lượng như độ phân cực của liên kết, độ dài liên kết. 1). Độ phân cực của liên kết cộng hóa trị - Mối liên kết cộng hóa trị được hình thành do dự xen phủ lên nhau của các mây điện tử liên kết. Tuy nhiên các mây điện tử liên kết không phải luôn luôn được phân bố đều giữa các nguyên tử mà mây điện tử có thể bị lệch về một nguyên tử nào đó làm cho sự phân bố điện tích không đều và mối liên kết trở thành có cực. - Trong trường hợp hai nguyên tử tham gia liên kết có độ âm điện hoàn toàn bằng nhau, khi đó mây điện tử được phân bố đều giữa hai nguyên tử và ta có liên kết cộng hóa trị thuần túy. - Nếu hai nguyên tử tham gia liên kết có độ âm điện khác nhau, mây điện tử liên kết sẽ bị hút về phí nguyên tử có độ âm điện lớn hơn. Do đó, sự phân bố điện tích trở nên không đều giữa hai nguyên tử. Nguyên tử có độ âm điện lớn hơn có trội điện tích âm, còn nguyên tử kia có trội điện tích dương. Đây là mối liên kết có cực. Sự khác nhau về độ âm điện giữa hai nguyên tố càng lớn, độ phân cực của phân tử càng mạnh. Ví dụ: PH3 H2S HCl…… Độ âm điện các nguyên tố tăng từ P,S, Cl tương ứng với sự tăng hiệu độ âm điện trong liên kết H – X nên độ phân cực tăng dần từ PH3  HCl - Một đặc trưng quan trọng của liên kết hóa học có ảnh hưởng nhiều đến tính chất của một chất là khả năng biến dạng của mây điện tử liên kết. Khả năng biền dạng này được d0o bằng độ bị phân cực của liên kết dưới tác dụng của một điện trường ngoài. Độ bị phân cực của liên kết tăng theo chiều giảm mật độ mây điện tử liên kết ( tức theo chiều tăng kích thước nguyên tử và giảm độ âm điện). Ví dụ: Trong dãy hợp chất: HCl – HBr – HI độ bị phân cực của các mối liên kết tăng. - Quá trình tách proton của axit trong dung dịch nước được coi là kết quả tương tác của chất tan và dung môi. Tương tác này khá phức tạp nhưng có thể nêu ra một quy luật chung đối với nhiều trường hợp: + Nếu liên kết H – X trong phân tử axit phân cực càng mạnh thì khả năng tách proton càng mạnh; + Nếu độ bị phân cực của liên kết H – X tăng thì khả năng tách pronton tăng . Vậy trong dung môi nước liên kết trong phân tử Axit càng phân cực hoặc càng bị phân cực thì càng kém bền và dễ t1ci prton ( H+ ). 2). Độ dài liên kết (d) 6 Nguyễn Thị Thiện Trường THPT Long Khánh Sáng kiến kinh nghiệm 2011 – 2012 - Độ dài liên kết là khoản cách giữa hai hạt nhân của nguyên tử liên kết với nhau. Độ dài liên kết (d) được coi bằng tổng các bán kính cộng hóa trị (r) d A-B = rA + rB + Obitan của eletron không có giới hạn rõ rệt. Vì vậy bán kính cộng hóa trị tính bằng nửa độ dài liên kết dA-A của một liên kết đồng hạch A – A. + Đơn vị đo độ dài liên kết là A0. - Khi các nguyên tử tham gia liên kết như nhau thì thường liên kết càng bền khi độ dài liên kết càng nhỏ. Độ dài liên kết giữa hai nguyên tử giảm xuống khi độ bội của liên kết tăng lên ; nghĩa là độ dài của liên kết tỷ lệ nghịch với năng lượng liên kết. - Trong dãy axit nếu độ dài liên kết của hiđro với nguyên tố trung tâm càng lớn thì năng lượng liên kết càng nhỏ, khả năng tách proton tăng. II/. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐÁNH GIÁ LỰC AXIT Ngoài độ điện ly α , người ta thường biểu thị độ mạnh của axit bằng các đại lượng như hằng số axit Ka, pKa và độ pH. 1). Độ pH - Độ pH được định nghĩa bằng công thức pH = - lg[H+] - Thang pH : Là trục số biểu diễn mối liên hệ giữa nồng độ ion H+ và giá trị pH. Môi trường Trung tính Axit [H+] 100101102103104105106 pH 0 1 2 3 4 5 10-7 6 7 Bazơ 10-810-910-1010-1110-1210-1310-14 8 9 10 11 12 13 14 Lực axit tăng - Đo độ pH: + Máy đo pH + Dùng chỉ thị màu hoặc giấy đo pH pH 5 Quỳ tím Hồng 7 8 10 Tím 14 Xanh Giấy đo pH khi thử với dung dịch sẽ đổi màu và sẽ xác định được pH nhờ so màu với một bảng màu chuẩn đã in sẵn. 2) Hằng số axit Ka và pKa - Hằng số axit Ka = hằng số điện ly = hằng số cân bằng của sự điện ly của axit yếu. 7 Nguyễn Thị Thiện Trường THPT Long Khánh Sáng kiến kinh nghiệm 2011 – 2012 HA ↔ H+ + A- hay HA + H2O ↔ H3O+ + A- Do axit yếu, nồng độ các ion tương đối nhỏ nên có thể bỏ qua lực tương tác tĩnh điện giữa chúng để có nồng độ mol/lit coi như bằng hoạt độ. Ka = [ H ].[ a  ] [ HA] Với [H+], [A-],[HA] lần lượt là nồng độ mol/lit của ion H +, A- va HA ở trạng thái cân bằng pKa = - lgKa Axit càng mạnh, Ka càng lớn, pKa càng nhỏ III/. NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TÍNH KHỬ VÀ TÍNH OXY HÓA CỦA ANION Xn- VÀ XOmn n Đây là một vấn đề phức tạp có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tính khử và tính oxy hóa trong dãy HnX và HnXOm. Qua tham khảo nhiều tài liệu và đóng góp ý kiến của đồng nghiệp tôi đưa ra một số yếu tố ảnh hưởng sau: - Số oxy hóa của nguyên tố trung tâm - Độ bền phân tử - Thế ion - Nồng độ - Điều kiện phản ứng Tuy nhiên để so sánh lực khử, lực oxy hóa một cách chính xác thì phải dựa vào đại lượng thế điện cực, các cơ sở lý thuyết chỉ cho phép giải thích định tính, vẫn xuất hiện một số trường hợp ngoại lệ khi dùng cùng một yếu tố ảnh hưởng để xét. 1) . Số oxy hóa * Định nghĩa: Số oxy hóa của nguyên tố một số đại số được gán cho nguyên tử của nguyên tố đó trong phân tử của hợp chất với giả thiết rằng các liên kết trong phân tử đều là liên kết ion. + Số oxy hóa cao nhất của một nguyên tố = số thứ tự của nhóm + Số oxy hóa thấp nhất của một nguyên tố = số thứ tự của nhóm trừ 8 ( đối với các nguyên tố phi kim) Ví dụ: Nguyên tố N thuộc nhóm VA. Số oxi hóa cao nhất mà N có thể đạt được trong hợp chất là + 5. Số oxy hóa thấp nhất: 5 – 8 = -3 (NH3 hoặc NH 4 ) - Trong phản ứng oxy hóa khử nếu HnA và HnXOm có sự thay đổi số oxy hóa ở anion thì: + Nếu oxy hóa của nguyên tố trung tâm đạt giá trị cao nhất thì axit chỉ có thể đóng vai trò chất oxihóa ( nhận electron) + Nếu oxy hóa của nguyên tố trung tâm đạt giá trị thấp nhất thì axit chỉ có thể đóng vai trò chất khử ( nhường electron) 8 Nguyễn Thị Thiện Trường THPT Long Khánh Sáng kiến kinh nghiệm 2011 – 2012 + Nếu số oxy hóa của nguyên tố trung tâm đạt giá trị trung gian thì axit có thể đóng vai trò chất oxy hóa hay khử tùy thuộc vào chất tương tác với nó và môi trường. 2). Thế ion ( mật độ điện tích ion) dientichion n Thế ion = bankinhion = r Ion có thế ion càng lớn sẽ tạo ra trường lực càng mạnh, khả năng nhận electron của nguyên tố trung tâm càng lớn, lực oxy hóa của oxy anion càng mạnh. 3). Độ bền phân tử: Phụ thuộc nhiều yếu tố như trạng thái lai hóa, góc liên kết, độ bội của liên kết. a). Lai hóa: Khái niệm lai hóa được Pauling (1931) đưa ra nhằm mục đích giải thích cấu trúc hình học của phân tử. - Khái niệm: Sự lai hóa obitan nguyên tử (AO) là sự tổ hợp (‘trộn lẫn”) một số obitan trong một nguyên tử để được từng ấy obitan lai hóa giống nhau nhưng định hướng khác nhau trong không gian . Các obitan lai hóa hoàn toàn tương đương khi tham gia liên kết với các nguyên tử khác. Số obitan lai hóa thu được bằng số AO tham gia lai hóa. - Điều kiện để lai hóa bền: + Các AO tham gia tổ hợp có năng lượng xấp xỉ nhau + Mật độ mây điện tử khá lớn + Mức độ xen phủ của obitan khi liên kết phải đủ lớn - Trong một chu kỳ khi đi từ trái sáng phải, hiệu năng lượng giữa các Obitan s và Obitan p tăng lên nên sự lai hóa các obitan nguyên tử (AO) giảm - Trong nhóm A từ trên xuống dưới theo chiều tăng của Z ,kích thước nguyên tử tăng, sự lai hóa của obitan nguyên tử giảm. - Liên kết được tạo bởi các obitan lai háo bền vững hơn so với các liên kết được tạo ra do nhóm obitan thuần túy không lai hóa. Pauling đưa ra những số liệu về độ bền vững tương đối của các liên kết tạo ra bởi các obitan khác nhau. Loại obitan Độ bền vững tương đối của liên kết s p sp sp2 sp3 1,0 1,73 1,932 1,991 2,0 b)Góc liên kết - Góc liên kết là góc tạo bởi hai nửa đường thẳng xuất phát từ hạt nhân của một nguyên tử nào đó và đi qua hạt nhân của hai nguyên tử khác liên kết trực tiếp với nguyên tử trên. 9 Nguyễn Thị Thiện Trường THPT Long Khánh Sáng kiến kinh nghiệm 2011 – 2012 - Phân tử bền khi Góc liên kết tương đương với góc của trạng thái lai hóa nguyên tố trung tâm, không chịu ảnh hưởng bởi sức căng góc Baye. c).Độ bội liên kết: - Khi phân tử thể hiện tính oxy hóa hay tính khử, cấu trúc phân tử càng kém bền thì tính oxihóa hoặc tính khử càng mạnh. Ví dụ: HClO kém bền hơn HClO 2 vì độ bội trong phân tử HClO 2 lớn hơn trong phân tử HClO. 4). Nồng độ: - Nồng độ ảnh hưởng đến tính oxy hóa hoặc khử được thấy rõ qua phương trình Nec: E= E o  RT [OXH ] In nF [ Kh] 5).Đại lượng đánh giá lực khử, lực oxy hóa. - Thế điện cực chuẩn + Thế điện cực chuẩn càng dương thì dạng oxy hóa càng mạnh và dạng khử của nó càng yếu. + Thế điện cực chuẩn càng âm thì dạng khử càng mạnh và dạng oxy hóa của nó càng yếu. Ví dụ : 2HClO + 2H+ + 2e ↔ Cl2 + H2O 2HIO + 2H+ + 2e ↔ I2 + H2O 0 E HClO / C 12  1,63 0 E HIO / I 2  1,45 HClO có tính oxy hóa mạnh hơn HIO - Thế điện cực (phương trình Nec) ở 250C: E đc  E 0  0,059 [OXH ] lg n [ Kh] IV/. XÉT SỰ BIẾN THIÊN LỰC AXIT, LỰC KHỬ VÀ LỰC OXY HÓA CỦA AXIT HnX VÀ HnXOm A/.BIẾN THIÊN LỰC AXIT 1). Axit không có oxy ( axit hyđric): HnX a).Trong chu kỳ: Lực axit tăng từ trái qua phải trong bảng hệ thống tuần hoàn: vì trong cùng một chu kỳ từ trái qua phải, số lớp electrong của X không đổi, điện tích hạt nhân tăng, số electron lớp ngoài cùng tăng nên lực hút giữa hạt nhân với electron lớp ngoài cùng tăng ( độ âm điện tăng), vì vậy khả năng hút electron về phía mình của nguyên tử X tăng, mật độ electrong quanh hiđro giảm mạnh, liên kết H – X trở nên phân cực hơn. Kết quả cation H+ dễ tách ra, tính axit tăng dần. Trong dung dịch nước, các hiđrua từ nhóm IIIA  VA không phải là axit hoặc axit rất yếu nhưng từ nhóm VIA và VIIA thì lực axit tăng lên. Ví dụ: PH3 không có tính axit; H2S có tính axit yếu với K1 = 6.10-8 10 Nguyễn Thị Thiện Trường THPT Long Khánh Sáng kiến kinh nghiệm 2011 – 2012 HCl là axit mạnh phân ly hoàn toàn b). Trong nhóm A - Dọc theo nhóm từ trên xuống dưới lực axit tăng. Vì: số lớp electron tăng nên bán kính phi kim X tăng nhanh, độ dài liên kết HX tăng nên khả năng biến dạng mây điện tử liên kết tăng ( độ bị phân cực của liên kết HX tăng), vì vậy độ bền liên kết HX giảm dần. Kết quả cation H+ dễ tách hơn, lực axit tăng. Ví dụ: Nhóm VIIA : HF << HCl < HBr < HI Nhóm VIA: H2O < H2S < H2Se < H2Te Trong dãy trên tính axit của HF tương đối yếu vì ngoài phản ứng điện ly thông thường HF + H2O ↔ H3O+ + F- K = 1.10-4 Còn có phản ứng tạo ion HF2 từ F- và HF : F- + HF ↔ HF2 Như vậy hầu như hai phân tử HF mới phân ly cho một ion H + . Mặt khác do giữa các phân tử HF có mối liên kết hiđro mà mối liên kết này chỉ bị phá vỡ phần nhỏ khi hòa tan HF vào nước nên sự điện ly của halogenua này đòi hỏi phải tiêu tốn nhiều năng lượng. Tất cả những điều này làm cho HF điện ly kém thua các HX khác. Thực tế cho thấy trong dung dịch nước các axit HCl, HBr, HI đều là những axit mạnh. Lực axit của chúng và các axit mạnh khác trong nước như nhau, điều đó là do lực bazơ của nước mạnh nên nước có hiệu ứng san bằng lực axit của các axit mạnh. Khi dùng dung môi kém bazơ hơn nước như axit axetic khan thì sẽ thấy trật tự lực axit đúng như dự đoán. Ví dụ: Hằng số điện ly của HCl, HBr trong axit axetic khan ở 200C HBr Ka = 4.10-7 ; HCl Ka = 1,4.10-9 Từ số liệu trên cho thấy các axit mạnh trong nước đã trở thành axit yếu trong axit axetic khan, nhưng chúng yếu đi không như nhau. - Bảng biến thiên lực axit trong dung dịch nước ( bảng B.I ) (trang 11) 11 Nguyễn Thị Thiện Trường THPT Long Khánh Sáng kiến kinh nghiệm 2011 – 2012 Độ âm điện tăng,lực axit tăng Nhóm Chu kỳ 2 3 Độ dài liên kết tăng, HF lực pKa=3,18 axit tăng IVA VA VIA CH4 NH3 H2O pKa=50 pKa=33 pKa=14 SiH4 PH3 H2S pKa=27 pKa=7 pKa=-7 AsH3 H2Se HBr pKa=4 pKa=-9 H2Te HI pKa=3 pKa=-11 4 5 VIIA HCl 2) Axit chứa oxy: HnXOm hay ( HO)nXO m-n - Lực axit tùy thuộc vào độ phân cực của liên kết – O – H, liên kết -OH phân cực càng mạnh, khả năng tách proton của axit (HO)nXO m-n càng tăng, tính axit càng mạnh. - Biến thiên lực axit + Tỷ lệ thuận với độ âm điện của nguyên tố X + Tỷ lệ nghịch với bán kính nguyên tử X + Tỷ lệ thuận với hiệu m-n a).Các axit có cùng m-n: Khi độ âm của nguyên tố X tăng thì liên kết –OH càng phân cực, trong dung dịch nước khả năng tách proton của axit càng dễ. Kết quả lực axit tăng. - Nếu m-n=0 : Phân tử axit chỉ gồm các liên kết H-O-X. Như vậy trong liên kết H-O và liên kết O-X nguyên tử oxy luôn hút electron về phía mình ( vì độ âm điện của oxy lớn hơn độ âm điện của nguyên tử H và của nguyên tử X ). Các liên kết trên trở nên phân cực, trong đó nguyên tử oxy đóng vai trò cực âm( O δ-).Khi độ âm điện của X tăng thì độ phân cực của liên kết O-X giảm, mật độ điện tích âm ở oxi giảm nên khả năng hút electron liên kết trong nhóm –OH của oxi tăng, liên kết-OH trở nên phân cực hơn. Kết quả axit dễ tách proton hơn nên lực axit tăng. Nhìn chung các axit thuộc dãy này đều là axit yếu. Ví dụ: Lực axit giảm theo trật tự: 12 Nguyễn Thị Thiện Trường THPT Long Khánh Sáng kiến kinh nghiệm 2011 – 2012 HOCl > HOBr > HOI - Nếu m-n ≠ 0: Phân tử axit gồm các liên kết H-O-X=O.Các nguyên tử oxi không liên kết với hiđro mà chỉ liên kết với nguyên tố trung tâm (X) sẽ hút electron liên về phía mình, làm cho liên kết giữa nguyên tử X với oxi (X=O) trở nên phân cực trong đó nguyên tử X đóng vai trò cực dương (Xδ+ ). Khi bán kính nguyên tử X nhỏ và độ âm điện lớn thì khả năng hút electron từ nhóm –OH của X δ+ tăng nên phân cực của liên kết –OH tăng. Kết quả axit dễ tách proton hơn, lực axit tăng. Ví dụ: Lực axit giảm theo trật tự: + (HO)2SO2 > (HO)2SeO2 + (HO)3PO > (HO)3AsO b).Các axit có m-n khác nhau: Lực axit tăng theo hiệu m-n : Vì khi hiệu m-n tăng thì khả năng hút electron liên kết của các nguyên tử oxi ở liên kết X = O tăng, nên mật độ điện tich dương ở nguyên tố trung tâm (X) tăng. Vì vậy khả năng hút electron từ nhóm-OH của X δ+ tăng dẫn đến độ phân cực của liên kết –OH tăng, khả năng tách pronton tăng, lực axit tăng. Ví dụ: Lực axit tăng theo trật tự: HOCl PH3 > H2S > HCl Lực khử giảm SiH4 + 2O2  SiO2 + 2H2O tự bốc cháy trong O2 ∆ H= -1288KJ PH3 + 2O2  H3PO4 as H2S + O2 2S + H2 O phản ứng chậm HCl + O2  không phản ứng trong điều kiện không có xúc tác. Ví dụ 2: Xét các hiđrua phi kim của các nguyên tố chu kì 2. CH4 > NH3 > H2O > HF Lực khử giảm dần CH4 dễ dàng cháy trong O2 không khí; NH3 cháy trong O2 nguyên chất ; H2O không tác dụng với O2 ; HF không phản ứng với O2. t0 CH4 + O2KK CO2 + 2H2O + 210,9 Kcal 4NH3 + 3O2 2N2 + 6H2O 15 Nguyễn Thị Thiện Trường THPT Long Khánh Sáng kiến kinh nghiệm 2011 – 2012 t0 Bảng biến thiên lực khử trong chu kì và trong nhóm A Độ âm điện tăng, lực khử giảm (Bảng B.III) Nhóm Chu kỳ IVA Năng lượng lkết VA VIA VIIA (KJ/mol) 2 CH4 3 SiH4 4 NH3 H2O HF 380 463 565 PH3 H2S HCl 323 347 341 AsH3 H2Se HBr 281 276 364 H2Te HI 238 297 Bán kính nguyên tử tăng, độ bền phân tử giảm lực khử tăng C/. XÉT TÍNH OXY HÓA CỦA AXIT HnXOm -Các oxy anion XOmn  được tạo từ những nguyên tử oxi với nguyên tử của các nguyên tố khác ( nguyên tử trung tâm ) hình thành các tổ hợp nguyên tử mang một hoặc nhiều điện tích âm. Trong đó, tính chất nguyên tử trung tâm quy định tính chất của oxy anion . Nguyên tử trung tâm luôn có số oxy hóa dương, nghĩa là chúng nhường electron khi hình thành liên kết trong oxy anion .Vì thế tính chất đặc trưng của oxy anion là nhận thêm electron ( nghĩa là thể hiện tính oxihóa ) Ví dụ: SO42  Cu  4 H   SO2  Cu 2  2 H 2 O t0 4 NO3  C  4H  4NO2 + CO2 + 2H2O Tuy nhiên nhiều nguyên tố trung tâm có nhiều mức oxy hóa . Với những oxy anion mà nguyên tử trung tâm có mức oxy hóa trung gian thì chúng vừa thể hiện tính oxy hóa vừa thể hiện tính khử. Ví dụ: 4SO32 SO32  O2 (t0) 2SO42  3SO42  S 2 16 Nguyễn Thị Thiện Trường THPT Long Khánh Sáng kiến kinh nghiệm 2011 – 2012 -Các yếu tố ảnh hưởng đến lực oxihóa của oxianion XOmn  +Tỷ lệ thuận với thế ion +Tỷ lệ nghịch với độ bền phân tử +Tỷ lệ thuận với độ âm điện của nguyên tố trung tâm X +Phụ thuộc vào nồng độ và điều kiện phản ứng Khi xét lực oxy hóa của các oxy anion phải dựa vào tổng thể các yếu tố trên, xác định được yếu tố nào gây ảnh hưởng mạnh nhất đến lực oxy hóa của oxy anion .Đó chính là yếu tố quyết định và dùng để giải thích độ mạnh yếu của lực oxy hóa , tuy nhiên với các oxy anion khác nhau các yếu tố quyết định đến lực oxy hóa có thể khác nhau. Đây là vấn đề phức tạp nhiều trường hợp phải dựa vào kết quả thực nghiệm, từ đó mới suy luận được yếu tố quyết định. Với các oxianion mà nguyên tố trung tâm có độ âm điện lớn hơn 2,6 đều là những chất oxihóa mạnh và yếu tố quyết định sự biến thiên lực oxihóa là thế ion và độ bền phân tử. Nếu độ âm điện của nguyên tố trung tâm lớn hơn 2 và nhỏ hơn 2,6 thì khả năng nhận electron của oxy anion chưa thật đặc trưng phản ứng…Sau đây tôi xin được xét tính oxy hóa của một số oxy anion. 1). Xét nhóm VIIA: Các halogen trong nhóm đều có độ âm điện lớn hơn 2,6 vì vậy các oxy anion của nó đều có tính chất đặc trưng là tính oxy hóa. a). Khi số nguyên tử oxi trong phân tử axit bằng nhau (cùng m) -Lực oxy hóa giảm dần từ trên xuống dưới trong phân nhóm. Vì điện tích ion không đổi, từ trên xuống dưới trong phân nhóm bán kính nguyên tử của nguyên tố trung tâm tăng nên thế ion của các oxy anion giảm do đó mật độ điện tích dương ở nguyên tố trung tâm giảm. Kết quả khả năng nhận electron giảm  lực oxy hóa giảm. +1 Ví dụ 1: Xét dãy HXO ( Tính chất đặc trưng là tính oxy hóa mạnh) HClO > HBrO > HIO Lực oxy hóa giảm 2HClO + 2H+ + 2e  Cl2 + 2H2O E0 = +1,63V 2HBr +2H+ + 2e  Br2 + 2H2O E0 = +1,59V 2HIO + 2H+ + 2e  I2 + 2H2O E0 = +1,45V Giá trị E0 giảm từ HClO  HIO  lực oxy hóa giảm Ví dụ 2 : Xét dãy HXO3 ( có tính oxy hóa mạnh) HClO3 > HBrO3 > HIO3 Lực oxy hóa giảm 2HClO3 + 10H+ + 10e  Cl2 + 6H2O E0 = +1,47V 17 Nguyễn Thị Thiện Trường THPT Long Khánh Sáng kiến kinh nghiệm 2011 – 2012 2HBrO3 + 10H+ + 10e  Br2 + 6H2O E0 = + 1,52V 2HIO3 + 10H+ + 10e  I2 + 6H2O E0 = + 1,20V Lưu huỳnh, photpho, Asen, SO2, giấy hay bông bốc cháy khi tiếp xúc với dung dịch HXO3 nồng độ ≥ 40% b). Khi số nguyên tử oxi trong phân tử axit khác nhau (≠m) Lực oxy hóa giảm khi m tăng: vì độ bội của liên kết trong phân tử tăng từ XO -, XO2 , XO3 , XO4 nên độ bền các oxy anion tăng dần, do đó tính oxy hóa của các oxy anion trong dung dịch axit giảm. Ví dụ: Xét dãy HClO Độ dài liên kết Cl – O ( A0) 1,7 HClO2 HCIO3 1,64 1,57 HClO4 1,45 Lực oxy hóa giảm 2). Xét tính oxy hóa của một số oxy anion ở các nhóm A khác Đối với tính oxy hóa của các oxy anion ở các nhóm A khác nhóm VIIA, do độ âm điện của nguyên tố trung tâm bé hơn 2,6 ( trừ N), số electron lớp ngoài cùng bé hơn nhóm VIIA nên yếu tố thế ion không còn là yếu tố quyết định trong việc xác định lực oxy hóa của các oxianion . Lực oxy hóa của các oxianion phụ thuộc vào nhiều yếu tố như trạng thái lai hóa ( đặc trưng hay không đặc trưng), độ bền phân tử, nồng độ….Vì vậy, sự biến thiên về tính oxihóa của các oxianion không còn đúng quy luật như ở nhóm VIIA nữa. Xem xét tính oxy hóa của một số oxy anion để minh họa. - Dãy H2XO4: gồm H2SO4, H2SeO4, H2TeO4 Trạng thái lai hóa H2SO4 và H2SeO4 là sp 3 . Nhưng trạng thái hóa sp 3 của Se ít đặc trưng hơn S vì bán kính nguyên tử Se > S ( giải thích theo phần A.IV.3.a – Lai hóa ) nên ion SeO42 kém bền hơn ion SO42 do đó H2SeO4 là chất oxihóa mạnh hơn H2SO4 Ví dụ: H2SeO4 + HClđđ + H2SeO3 + Cl2 + H2O H2SO4 chỉ oxyhóa được HBr,HI,H2S…( các chất khử mạnh hơn HCl) t0 H2SO4 + 2HBr SO2 + Br2 + 2H2O Trong khi đó H2TeO4 không giống với H2S04, công thức thực tế của nó H6TeO6. Trạng thái lai hóa của Te : sp 3 d 2 . Tính oxy hóa yếu hơn H2S04 và H2SeO4 Ví dụ : Xét một số axit trong nhóm VA có số oxy hóa +5 ( số oxyhóa tối đa) HNO3 , H 3 PO4 sp2 sp3 , H 3 AsO4 , HSbO3. 3H 2 O sp3 Trong phân tử HNO3 độ âm điện N là 3,04 tương đương với độ âm điện của nguyên tố nhóm VIIA, bán kính nguyên tử nhỏ, thế ion lớn vì vậy HNO3 , có tính oxy hóa mạnh 18 Nguyễn Thị Thiện Trường THPT Long Khánh Sáng kiến kinh nghiệm 2011 – 2012 HNO3  3HCl  NO  3Cl  2 H 2 O -Trong phân tử H 3 PO4 nguyên tố phốtpho có độ âm điện 2,19 bé hơn 2,6 nên mặc dù phốtpho có số oxyhóa cao nhất (+5), số electron lớp ngoài cùng tương tự nguyên tố nitơ trong phân tử axit HNO3 , nhưng thực tế axit H 3 PO4 coi như không thể hiện tính oxyhóa ở anion PO43 . Điều này được giải thích do trạng thái lai hóa của nguyên tố trung tâm phốtpho là sp 3 rất đặc trưng vì vậy anion PO43 rất bền không thể hiện tính oxyhóa. -Còn các axit H 3 AsO4 , HSbO3 ,3H 2 O. Người ta không biết được axit bitmut nhưng biết được muối bitmutat BiO3 Xét trong môi trường axit ASO43 SbO3-. BrO3 Lực oxy hóa tăng Biến thiên tính oxy hóa của các oxy anion trên có thể được giải thích do trạng thái lai hóa sp 3 kém đặc trưng dần ( vì bán kính nguyên tử tăng từ As đến Bi ) nên độ bền oxianion giảm  lực oxyhóa giảm. Trong chương trình THPT chỉ đề cập đến hai axit mà oxy anion của nó có tính oxy hóa trội hơn cation H  đó là axit nitric và axit sunfuric đặc, vấn đề này có thể giải thích dựa vào đại lượng thế ion và độ âm điện của nguyên tố trung tâm. Thế ion của anion NO3 và độ âm điện của nguyên tố N lớn tương đương với thế ion của các oxianion và độ âm điện của các halogen ở nhóm VIIA vì vậy tính chất hóa học đặc trưng của anion NO3 là tính oxyhóa .Trong phân tử axit sunfuric anion SO42 có thế ion tương đương với nhóm VIIA, nhưng độ âm điện của nguyên tố trung tâm lưu huỳnh (2,58) bé hơn độ âm điện của nguyên tố iot (2,66), nên khả năng hút electron của S   bé hơn các nguyên tố nhóm VIIA vì vậy tính oxy hóa của anion SO42 phụ thuộc vào nồng độ ( theo phương trình Nec). D/. ỨNG DỤNG VÀO DẠY – HỌC * THỰC TIỄN ỨNG DỤNG: Các quy luật về lực axit,lực khử,lực oxy hoá của dãy axit H nX ,HnXOm trên đã được tôi giảng dạy nhiều năm ở bậc trung học phổ thông .Thực tế cho thấy nếu trong mỗi bài dạy về axit ,trên cơ sở nắm vững các yếu tố chính ảnh hưởng đến quy luật biến đổi tính chất của dãy axit nói trên ,giáo viên sẽ hình thành dần cho học sinh cơ sở suy luận về mối liên quan giữa cấu tạo và tính chất của các chất ,sự biến đổi có quy luật của tính chất đó .Từ đó ,khả năng tư duy suy luận của học sinh ở các bài học sẽ được kích thích ,một sự chờ đợi bài học mới về axit sẽ xuất hiện ở học sinh ,nhằm khẳng định quy luật mà chính bản thân các em đang hình thành dang dở . Chính đó là điều kiện thuận lợi để giáo viên áp dụng phương pháp dạy học mới đạt được kết quả khả quan. Tuy nhiên quy luật này phù hợp hơn khi áp dụng đối với đối tượng học sinh TB khá trở lên, nên tôi thường áp dụng quy luật vào bài dạy cho các em học ban KHTN và các em học ban cơ bản có môn tự chọn là môn hóa (cơ bản khối A, cơ bản khối B). Trong chương trình lớp 10, kiến thức về axit được kế thừa chương trình lớp 9. Ở lớp 9, phần định nghĩa, tính chất chỉ mang tính thừa nhận. Đến lớp 11, cơ sở lý thuyết về axit mới được cung cấp tương đối đầy đủ. Vì vậy trong các bài học về axit ở lớp 10, chủ yếu 19 Nguyễn Thị Thiện Trường THPT Long Khánh Sáng kiến kinh nghiệm 2011 – 2012 cũng thừa nhận một số tính chất cơ bản như ở lớp 9. Đồng thời giáo viên có thể cung cấp cơ sở lý thuyết để giải thích tính khử tính oxy hóa có thể có ở bài học.Việc xây dựng cơ sở lý thuyết để bước đầu học sinh có những kiến thức cơ bản là hết sức quan trọng là tiền đề phát huy khả năng tư duy ở học sinh.Từ cơ sở lý thuyết này học sinh sẽ giải quyết được một số thăc mắc: a) Ở lớp 10 : * Ví dụ 1: Tại sao có thể điều chế axit HCl bằng phản ứng giữa NaCl khan & axit H2SO4 đậm đặc trong khi cũng bằng phương pháp đó mà không điều chế được axit HBr & axit HI? (Vì học sinh đã biết tính khử của dãy axit HX tăng dần từ HCl đến HI & axit H2SO4 đậm đặc chỉ oxy hóa được các chất có tính khử mạnh hơn HCl như HBr, HI….nên chúng không thể tồn tại trong môi trường axit H2SO4 đậm đặc) * Ví dụ 2: Tại sao axit H2SO4 đặc nóng lại có tính oxy hóa mạnh hơn axit H 2SO4 loãng ? (Vì trong dung dịch H2SO4 loãng phân ly gần như hoàn toàn thành ion H +; ion H+ chỉ đóng vai trò oxy hóa khi tác dụng với kim loại có tính khử mạnh (trước hydro) .Còn H 2SO4 đặc tồn tại chủ yếu ở dạng ion HSO4- ,mà cấu trúc của ion này bất đối xứng: nên độ bền của ion này kém hơn ion SO42-. Vì thế trong H2SO4 đặc: S+6 có khuynh hướng giảm số oxy hóa khi tác dụng với chất khử, điều đó giải thích tính oxy hóa mạnh của axit H2SO4 đặc) .Để làm rõ các nội dung trên thì việc xây dựng cơ sở lý thuyết để xác định tính oxy hóa ở các oxy anion là rất cần thiết . Ứng dụng vào phần dạy chương 4( Phản ứng hóa học –phản ứng oxy hóa khử ) giúp học sinh xác định số oxy hóa của các nguyên tố , so sánh được số oxy hóa của các nguyên tố trong các hợp chất dẫn đến việc so sánh tính oxy hóa ,tính khử của các hợp chất ; giải thích đươc một số trường hợp có phản ứng xảy ra và không có phản ứng xảy ra *Ví dụ 3: Cu + dd HCl (hoặc dd H2SO4 loãng) không có phản ứng xảy ra Cu + dd H2SO4 đặc ,nóng thì lại có phản ứng và phản ứng lại xảy ra nhanh chóng,giải phóng khí SO2 có mùi xốc và tạo dung dịch CuSO4 có màu xanh * Ở chương 5-nhóm halogen (lớp 10) vận dụng đề tài này để :    Giải thích độ bền của các khí hydro halogenua (HX): giảm dần từ HF HI ,tính axít và tính khử của các axit halogenhydric lại tăng dần từ HF  HI . Tương tự ở nhóm O-S độ bền cũng giảm dần từ H2O  H2Te, tính axít và tính khử của các axit cũng tăng dần từ H2O  H2Te Giải thích tính oxy hóa, tính bền và tính axit của các axit có oxy của nhóm halogen giảm dần từ HClO HIO Giải thích được tính bền và tính axit của dãy axit có oxy của Cl: HClO, HClO 2, HClO3 ,HClO4 tăng dần ngược lại tính oxy hóa lại giảm dần từ HClO  HClO4 20 Nguyễn Thị Thiện Trường THPT Long Khánh
- Xem thêm -