Hóa học Lớp 10. Dự đoán xu hướng acid–base của hợp chất và phát biểu định luật tuần hoàn.
Kiến thức cần nhớ
**1. Định luật tuần hoàn hiện đại**
**Tính chất của các nguyên tố, đơn chất cũng như thành phần và tính chất của các hợp chất tạo nên từ các nguyên tố đó biến đổi tuần hoàn theo chiều tăng của điện tích hạt nhân nguyên tử $Z$.**
Nguyên nhân sâu xa là khi $Z$ tăng, cấu hình electron được xây dựng dần và cấu hình electron hóa trị lặp lại có quy luật sau mỗi chu kì. Các nguyên tố có cấu hình hóa trị tương tự được xếp cùng nhóm và có nhiều tính chất hóa học gần giống nhau. “Tuần hoàn” không có nghĩa mọi tính chất tăng đều hoặc mọi nguyên tố trong một chu kì giống nhau.
**2. Số oxi hóa cao nhất và công thức oxide cao nhất của nhóm A**
Trong phạm vi các nguyên tố nhóm A thường gặp, số oxi hóa cao nhất trong oxide thường bằng số thứ tự nhóm A, trừ một số ngoại lệ như fluorine và oxygen. Các dạng cần nhớ:
- Nhóm IA: số oxi hóa cao nhất $+1$, oxide dạng $R_2O$.
- Nhóm IIA: số oxi hóa cao nhất $+2$, oxide dạng $RO$.
- Nhóm IIIA: số oxi hóa cao nhất $+3$, oxide dạng $R_2O_3$.
- Nhóm IVA: số oxi hóa cao nhất $+4$, oxide dạng $RO_2$.
- Nhóm VA: số oxi hóa cao nhất $+5$, oxide dạng $R_2O_5$.
- Nhóm VIA: số oxi hóa cao nhất $+6$, oxide dạng $RO_3$.
- Nhóm VIIA: số oxi hóa cao nhất $+7$, oxide dạng $R_2O_7$.
Công thức oxide là một dấu hiệu để suy nhóm, nhưng phải kết hợp chu kì hoặc dữ kiện khác để xác định duy nhất nguyên tố.
**3. Xu hướng tính acid–base của oxide cao nhất trong một chu kì**
Từ trái sang phải, tính kim loại giảm và tính phi kim tăng nên oxide cao nhất biến đổi nhìn chung:
$\text{oxide base}\;\longrightarrow\;\text{oxide lưỡng tính}\;\longrightarrow\;\text{oxide acid}$
Ở chu kì 3:
- $Na_2O$ và $MgO$ là oxide base.
- $Al_2O_3$ là oxide lưỡng tính.
- $SiO_2$, $P_2O_5$ (hoặc $P_4O_{10}$), $SO_3$ và $Cl_2O_7$ là các oxide acid.
Oxide acid không nhất thiết phản ứng trực tiếp với nước trong mọi điều kiện; chẳng hạn $SiO_2$ là oxide acid nhưng không phản ứng với nước ở điều kiện thường.
**4. Hydroxide tương ứng và xu hướng acid–base**
Trong cách trình bày phổ thông, “hydroxide tương ứng” gồm hydroxide của kim loại và các acid có oxygen tương ứng với oxide phi kim. Ở chu kì 3 có thể theo dõi dãy:
$NaOH\rightarrow Mg(OH)_2\rightarrow Al(OH)_3\rightarrow H_2SiO_3\rightarrow H_3PO_4\rightarrow H_2SO_4\rightarrow HClO_4$
Xu hướng chung là:
$\text{tính base giảm}\;\longrightarrow\;\text{lưỡng tính}\;\longrightarrow\;\text{tính acid tăng}$
- $NaOH$ là base mạnh; $Mg(OH)_2$ là base ít tan.
- $Al(OH)_3$ lưỡng tính, phản ứng được với acid và base mạnh trong điều kiện phù hợp.
- Các chất từ $H_2SiO_3$ đến $HClO_4$ được xét như acid có oxygen với độ acid nhìn chung tăng.
**5. Nhận biết chất lưỡng tính**
Chất lưỡng tính có thể phản ứng với cả acid và base. Ví dụ:
$Al(OH)_3+3HCl\rightarrow AlCl_3+3H_2O$
$Al(OH)_3+NaOH\rightarrow NaAlO_2+2H_2O$
Cách viết sản phẩm trong dung dịch có thể được biểu diễn khác tùy quy ước học tập, nhưng bản chất cần nhớ là $Al(OH)_3$ phản ứng theo cả hai phía.
Không phải mọi chất có nhóm $OH$ đều là base. $Al(OH)_3$ là hydroxide lưỡng tính, còn $H_2SO_4$, $H_3PO_4$ là acid có oxygen.
**6. Suy nguyên tố từ oxide cao nhất**
Quy trình:
1. Dùng số oxi hóa của oxygen là $-2$ để tìm số oxi hóa của X trong oxide.
2. Liên hệ số oxi hóa cao nhất với nhóm A.
3. Dùng chu kì, cấu hình electron hoặc tính chất oxide để chọn nguyên tố cụ thể.
4. Kiểm tra lại công thức oxide và hydroxide tương ứng.
Ví dụ: oxide cao nhất $XO_3$ cho $X$ có số oxi hóa $+6$, gợi ý nhóm VIA. Nếu X thuộc chu kì 3 thì X là sulfur và oxide là $SO_3$. Với $X_2O_5$, X có số oxi hóa $+5$; nếu X ở chu kì 3 thì X là phosphorus và acid tương ứng thường gặp là $H_3PO_4$.
**7. Liên hệ vị trí – cấu tạo – tính chất**
Bảng tuần hoàn cho phép suy luận theo chuỗi:
$\text{vị trí}\leftrightarrow\text{cấu hình electron}\rightarrow\text{tính kim loại/phi kim}\rightarrow\text{tính acid–base của oxide, hydroxide}$
Trong một chu kì, bán kính giảm và độ âm điện tăng làm tính kim loại giảm, tính phi kim tăng. Vì thế liên kết trong oxide chuyển dần từ thiên về ion sang cộng hóa trị, kéo theo tính base giảm và tính acid tăng.
Đây là mối quan hệ nhân–quả cần dùng để giải thích, không chỉ là dãy công thức phải học thuộc.
**8. Suy luận nhanh cho chu kì 3**
- Nhóm IA: $3s^1 \rightarrow Na_2O \rightarrow NaOH$.
- Nhóm IIA: $3s^2 \rightarrow MgO \rightarrow Mg(OH)_2$.
- Nhóm IIIA: $3s^23p^1 \rightarrow Al_2O_3 \rightarrow Al(OH)_3$.
- Nhóm IVA: $3s^23p^2 \rightarrow SiO_2 \rightarrow H_2SiO_3$.
- Nhóm VA: $3s^23p^3 \rightarrow P_2O_5 \rightarrow H_3PO_4$.
- Nhóm VIA: $3s^23p^4 \rightarrow SO_3 \rightarrow H_2SO_4$.
- Nhóm VIIA: $3s^23p^5 \rightarrow Cl_2O_7 \rightarrow HClO_4$.
ezonthi