Bài giảng Hóa học - Chương 2: Hiđro và nước

Chia sẻ: Phuc Nguyen | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:80

Thêm vào BST

Báo xấu

65
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng cung cấp cho người học các kiến thức: Hiđro và nước, Hiđro của các nguyên tố, tính chất lý học, tính chất hóa học, xử lý nước thải,... Hi vọng đây sẽ là một tài liệu hữu ích dành cho các bạn sinh viên đang theo học môn dùng làm tài liệu học tập và nghiên cứu. Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung tài liệu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Hóa học - Chương 2: Hiđro và nước

CHƯƠNG II HYDRO VÀ NƯỚC Hidro Cấu tạo nguyên tử Tính chất lý học Tính chất hóa học Trạng thái thiên nhiên và phương pháp điều chế Hidrua của các nguyên tố Hidrua ion Hidrua cộng hóa trị Hidrua kiểu kim loại Nước Tính chất lý học Tính chất hóa học Trạng thái thiên nhiên và phương pháp tinh chế Sự gây ô nhiễm môi trường nước Xử lý nước thải Hidro peoxit Department of Inorganic Chemistry - HUT
Department of Inorganic Chemistry - HUT
1. H – e = H+ ΔHo = 1312 kJ/mol 2. H + e = H- ΔHo = -67 kJ/mol 3. Tạo nên cặp e chung cho liên kết cộng hóa trị H giống halogen về khả năng nhận e thành ion H- và có đặc điểm: -Ái lực e của H bằng gần 1/5 so với ái lực e của halogen. -Ion H- có cấu trúc e của He (1s2) -Ion H- tự do có khả năng tồn tại trong hidrua muối như KH, CaH2 H giống kim loại kiềm về khả năng mất e thành cation nhưng khác ở: -Năng lượng ion hóa lớn gấp vài ba lần so với kim loại kiềm. -Proton bé hơn nhiều so với nguyên tử (1.6-1.7.10-5 Å
Occurrence and Abundance: Elemental Composition of the Sun & the Universe Sun Universe Hydrogen 92.5 % 90.87 % Helium 7.3 % 9.08 % All Others 0.2 % 0.05 % Elemental Composition of the Earth’s Crust (ppm mass) O 455 000 Mg 27 640 Si 272 000 Na 22 700 Al 83 000 K 18 400 Fe 62 000 Ti 6320 Ca 46 600 H 1520
Elemental Composition of the Human Body: By Atoms By Mass H 63.0 % 10.0 % O 25.5 % 64.6 % C 9.5 % 18.0 % N 1.4 % 3.1 % Hydrogen also occurs in very large quantities in the ocean and is present in more compounds than any other element.
HX H2 O CC C= O2 C X2 M N2 MHx H2 NH3 MxOy C= C M + H2O C=O CC COH
1671 Robert Boyle Noted a flammable gas formed when iron was reacted with sulfuric acid. 1766 Henry Cavendish Reacted acids with Fe, Zn, and Sn and, thus, established the true properties of the element. 1781 Henry Cavendish Showed quantitatively that water was formed when hydrogen was burned with oxygen, proving that water was NOT an element. 1783 Antoine Lavoisier Proposed the name “hydrogen” from the Greek for “water former”.
Main article: Isotopes of hydrogen iso NA halflife DM DE (MeV) DP 1 H 99.985% H is stable with 0 neutrons 2 H 0.0115% H is stable with 1 neutrons 3 H trace 12.32 y β− 0.019 3He Historical information Discovered by: Henry Cavendish (1731-1810) Discovered at: London, England Discovered when: 1766 Origin of name: From the Greek words "hydro" and "genes" meaning "water" and "generator" Department of Inorganic Chemistry - HUT
Molecular Properties of Hydrogen: Over 40 Forms of Hydrogen Exist H, H2 H+, H, H2+, H3+, D, D2, D+, D, HD, HT, DT, T, T2, nuclear spin isomers, etc. Isotopes of Hydrogen A. Protium 1 H 1 P+ (99.986 %) B. Deuterium 2 H 1 P+ + 1 n0 (0.014 %) C. Tritium 3 H 1 P+ + 2 n0 (7 x 1016 %)
Physical Properties: H2 D2 T2 Atomic Mass, u 1.0078 2.0141 3.0160 Freezing Point, oC 259.0 254.3 252.4 Boiling Point, oC 252.6 249.3 248.0 Bond Length, pm 74.14 74.14 (74.14) HDissociation, kJ/mol 435.9 443.4 446.9 HFusion, kJ/mol 0.117 0.197 0.250 HVaporization, kJ/mol 0.904 1.226 1.393 Vapor Pressure, torr 54 5.8
Physical properties Hidro Phase gas (0 °C, 101.325 kPa) Density 0.08988 g/L 14.01 K Melting point (−259.14 °C, −434.45 °F ) 20.28 K Boiling point (−252.87 °C, −423.17°F ) Triple point 13.8033 K, 7.042 kPa Critical point 32.97 K, 1.293 MPa Heat of fusion (H2) 0.117 kJ∙mol−1 Heat of vaporization (H2) 0.904 kJ∙mol−1 (25 °C) (H2) Heat capacity 28.836 J∙mol−1∙K−1 Department of Inorganic Chemistry - HUT
Electronic Structure and Modes of Reaction: Hydrogen has the simplest electronic structure of all elements. It consists of a nucleus containing one proton and one electron in the 1s orbital. 1s1 electron
Modes of Reactivity: 1. By losing an electron to form a hydrogen ion, H+. Protons are extremely small + and, therefore, are VERY polarizing because they have a very large charge density. They associate strongly with molecules around them. Thus, in water or in acids they form the hydronium ion, H3O+.
2. By gaining an electron to form a hydride ion, H . Hydride ions, H , exist in the ionic crystalline solids of some of the Groups 1 and 2 metal hydrides. Only the most elec tropositive metals will react to form ionic (saline) hydrides.
3. By forming an electron pair (covalent) bond with another atom. .. H • • Cl : .. .. H • • Cl : .. .. Nonmetals and some H : Cl : .. metals form covalent hydrides.
Trạng thái thiên nhiên và phương pháp điều chế Laboratory routes to H2 In the laboratory, H2 is usually prepared by the reaction of acids on metals such as zinc. Zn + 2 H+ → Zn2+ + H2 Aluminum produces H2 upon treatment with acids but also with base: 2 Al + 6 H2O → 2 Al(OH)3 + 3 H2 The electrolysis of water is a simple but expensive method of producing hydrogen. Typically the cathode electrode is made from platinum. Department of Inorganic Chemistry - HUT
Tính bền nhiệt Tính chất hóa học Tính khử Tính oxy hóa 2000 K H 2 (k ) 2H ∆H 298 o = 432 kJ / mol H2 với vỏ e của He nên rất bền nhiệt, khó phân hủy thành H Ở p = 1 atm và 2000 K, H2 phân hủy 0.1 %. Ở 5000 K phân hủy đạt 95 % Quá trình phân hủy phải thu nhiều nhiệt.  Ở nhiệt độ thường hidro kém hoạt động ofvề Department mặt Chemistry Inorganic hóa học. - HUT
Tính khử H – e = H+ ΔHo = 1312 kJ/mol H 2 (k ) + F2 (k ) = 2 HF (k ) Phản ứng xảy ra ở nhiệt độ thường, không cần xúc tác. Hỗn hợp cùng thể tích hidro và flo nổ ngay ở nhiệt độ thấp 550o C 2 H 2 (k ) + O2 (k ) 2 H 2O ( k ) ∆H o = −241 kJ / mol Hỗn hợp này không phản ứng ở nhiệt độ thấp nhưng lại nổ khi có ngọn lửa. Khí hidro cháy êm dịu trong oxi tinh khiết  phản ứng tỏa ra nhiều nhiệt, ngọn lửa đạt 2500 oC  ứng dụng làm đèn xì hidro-oxy để cắt kim loại, nấu chảy thạch anh, Pt, điều chế rubi nhân tạo từ oxit nhôm. Phản ứng có thể xảy ra khi dùng xúc tác là sợi amiang có chứa muội Pt. Ứng dụng làm pin nhiên liệu
- 2 H 2 (k ) + 4OH − (dd)=4H 2O(l ) + 4e + O2 (k ) + 2 H 2O(l ) + 4e = 4OH − (dd) H 2 (k ) + O2 (k ) = 2 H 2O(l )