SKKN Vận dụng các thuyết axit – bazơ vào đề thi học sinh giỏi quốc gia và quốc tế

Mục lục
 Trang
A. Mở đầu..
1. Lí do chọn đề tài.............
2. Mục đích nghiên cứu...................................
3. Đối tượng nghiên cứu..................................
4. Phương pháp nghiên cứu.............................
5. Những điểm mới của sáng kiến kinh nghiệm...........................................
B. Nội dung của sáng kiến kinh nghiệm....................................................
I. Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm..................................................
 II. Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm................
 III. Nội dung sáng kiến.................................................................................
 III. 1. Thuyết axit- bazơ của Arenniuyt.
III.2. Thuyết axit- bazơ của Bronsted và Laury (còn gọi là thuyết proton).
III.3. Thuyết axit- bazơ theo Liuyt
III.4. Vận dụng các thuyết axit – bazơ vào đề thi học sinh giỏi Quốc gia và Quốc tế
IV. Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo dục, với bản thân, đồng nghiệp và nhà trường
C. Kết luận và đề xuất 
Tài liệu tham khảo
1
1
1
1
1
1
2
2
3
3
3
3
4
6
13
14
15
A. Mở đầu
1. Lí do chọn đề tài
 Vấn đề bản chất axit- bazơ là một trong những vấn đề cơ bản của hóa học. Nó được đặt ra từ thời cổ và trong mỗi giai đoạn phát triển của khoa học - nó phản ánh quan điểm tư duy “chính thống” của thời đó.
 Các thuyết axit- bazơ có vai trò rất lớn. Dựa vào các thuyết đó người ta dự đoán được chất nào có tính chất của một axit, chất nào có tính chất của một bazơ và phản ứng axit- bazơ nào xảy ra. Người ta còn dự đoán được sự biến đổi tính chất của các chất trong các dung môi khác nhau. Vì vậy giải thích được nhiều hiện tượng hóa học xảy ra trong phòng thí nghiệm, công nghiệp và trong đời sống.
 Các quan điểm về axit- bazơ có ý nghĩa lớn lao trong lĩnh vực tổng hợp vô cơ. Khi nghiên cứu các phản ứng trong dung môi khác nước đã tổng hợp nhiều hợp chất vô cơ mới có những tính chất độc đáo.
 Chẳng hạn như hòa tan IF5 trong dung môi HF lỏng có phản ứng: 
 IF5 + HF → HIF6. Chất HIF6 có tính chất giống như HIO3 nhưng nguyên tố oxi đã được thay thế bởi F.
 Hay trong dung môi NH3 lỏng có thể điều chế được nhiều chất có tính chất đặc biệt
 SO2Cl2 + 4NH3 → SO2(NH2)2 + 2NH4Cl
 Sunfamit
 NOCl + 2NH3 → NONH2 + NH4Cl
 Nitrozin amiđua
 Các thuyết axit- bazơ còn là cơ sở của phép chuẩn độ axit- bazơ một trong những lĩnh vực thực hành quan trọng của hóa học phân tích. Ví dụ hỗn hợp các axit mạnh HCl, HClO4, HBr, HNO3 nếu trong dung môi nước và đem chuẩn độ bằng bazơ thì không thể xác định được hàm lượng của chúng. Nhưng nếu hòa tan hỗn hợp trên vào axit axetic nguyên chất thì có thể chuẩn độ riêng biệt từng axit nói trên.
2. Mục đích nghiên cứu
 Mục đích của sáng kiến này là thứ nhất giúp bản thân hiểu sâu sắc toàn diện về bản chất axit - bazơ. Thứ hai, xây dựng được hệ thống lí thuyết giúp tự tin trong giảng dạy các phần khó trong đề thi học sinh giỏi quốc gia và quốc tế. Thứ ba, giúp đồng nghiệp có tài liệu chuẩn khi đề cập đến vấn đề này, nâng cao tinh thần tự học tự bồi dưỡng ở giáo viên. Thứ tư, giúp các em học sinh hiểu, vận dụng , có kĩ năng làm các bài tập, từ đó có thêm đam mê trong học tập môn hóa học.
3. Đối tượng nghiên cứu
 Trong phạm vi sáng kiến này, Tôi nghiên cứu tổng kết các vấn đề sau đây
 - Lịch sử và các quan điểm axit – bazơ của các thuyết
 + Thuyết Areniuyt
 + Thuyết Proton
 + Thuyết Liuyt
 - Vận dụng các thuyết axit – bazơ vào giải các bài tập thực tiễn
4. Phương pháp nghiên cứu
 Phương pháp xây dựng cơ sở lí thuyết chuyên đề axit – bazơ là Tôi nghiên cứu kĩ lịch sử tìm ra các thuyết; bản chất các chất và phản ứng axit – bazơ. Sau khi có hệ thống cơ sở lí thuyết sáng kiến kinh nghiệm; Tôi đưa ra Tổ chuyên môn để các đồng nghiệp góp ý; xây dựng thành một chuyên đề thuận lợi cho quá trình giảng dạy. Trong quá trình nghiên cứu Tôi có thảo luận với các giáo viên có kinh nghiệm trong giảng dạy chuyên các trường THPT Chuyên Vinh; Đại học khoa học tự nhiên; Chuyên Sơn La ...
 Phương pháp khảo sát thực tế để kiểm tra chất lượng của sáng kiến kinh nghiệm là: giảng dạy học sinh đội tuyển học sinh giỏi năm học 2016- 2017 vừa qua; học sinh hai lớp 10H; 11H. Sau khi giảng dạy của bản thân và đồng nghiệp, Tôi lập bảng so sánh kết quả trước khi thực hiện và sau khi thực hiện để thấy được hiệu quả.
5. Những điểm mới của sáng kiến kinh nghiệm
 Trong sáng kiến này, điểm mới quan trọng nhất mà Tôi đưa ra là vận dụng các thuyết axit – bazơ vào để giải các bài tập trong đề thi học sinh giỏi Quốc gia và Quốc tế. Các em hiểu được cấu tạo phân tử của từng chất, bản chất của phản ứng axit – bazơ để vận dụng thuyết nào cho hợp lí. 
 Chẳng hạn như phản ứng tạo phức 2HF + SiF4 → H2SiF6, khi đó ta phải vận dụng thuyết của Liuyt.
B. Nội dung của sáng kiến kinh nghiệm
I. Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm
 Phản ứng hóa học có hai loại chính là phản ứng oxi hóa khử và phản ứng axit – bazơ. Trong đó phản ứng axit – bazơ có vai trò rất lớn, chiếm một vị trí quan trọng đặc biệt là đối với chương trình hoá học phân tích. Một chất tham gia phản ứng đều có vai trò riêng như chất oxi hóa, chất khử, axit, bazơ, môi trườngNhiều nhà hóa học đã nghiên cứu về vấn đề axit – bazơ như:
- Thuyết oxi về axit của Lavoadiê (A. Lavoisier 1743 - 1794).
 Thuyết đầu tiên có ít nhiều cơ sở khoa học là thuyết oxi về axit của nhà hoá học Pháp Lavoadiê trong các công trình về sự cháy vào cuối thế kỉ XVIII.
- Thuyết hiđro về axit
 Nhà hoá học Đức Libic (Von Liebig) (1803 – 1900) cho rằng : không phải bất kì nguyên tử hiđro nào trong phân tử cũng đều mang tính axit mà chỉ những nguyên tử hiđro có thể thay thế bằng kim loại mới mang tính axit.
 – Thuyết axit - bazơ của Arêniuyts (còn gọi là thuyết axit - bazơ cổ điển)
 (S. Arrhénius 1859 – 1927), nhà vật lí học Thuỵ Điển, giải thưởng Nobel 1903).
-  Thuyết axit-bazơ của Bronsted và Lowry:
 Người đầu tiên đưa ra các định nghĩa về axit và bazơ  gần gũi với quan điểm hiện đại là Svate Arrhénius (1859 – 1927). Vào thời điểm đó, đây là một bước tiến quan trọng trong việc định lượng axit – bazơ. Nhưng thuyết này bị giới hạn ở chỗ chỉ giải thích được tính axit-bazơ của các hidro axit và các hidroxit; không nói lên được vai trò của dung môi.
 Một định nghĩa tổng quát hơn được đề nghị bởi nhà hóa học Ðan Mạch: Jonhannes K.Bronsted và nhà hóa họcngười Anh: Thomas Lowry. Theo thuyết này:
- Thuyết axit-bazơ của Lewis:
Thuyết axit – bazơ này được G.N.Lewis đưa ra. 
II. Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm
 Chuyên đề axit – bazơ có nhiều tài liệu đề cập đến lí thuyết, lịch sử tìm ra các thuyết này. Tuy nhiên để vận dụng vào thực tiễn giải quyết các tình huống cụ thể của bài toán thì lại chưa có tài liệu nào đề cập chuyên sâu. 
 Trong quá trình giảng dạy, các đồng nghiệp và bản thân Tôi trước đây phải trích từ nhiều nguồn tài liệu rồi bài tập ứng dụng không phù hợp dẫn đến hiệu quả giảng dạy không cao. Bài học không gắn kết các phần được với nhau. Học sinh đội tuyển chưa có cách nhìn xuyên suốt lịch sử và cách áp dụng thuyết nào cho hợp lí.
 Năm nay, Tôi đã nghiên cứu và đưa ra sáng kiến này một cách logic và vận dụng kiến thức lí thuyết vào áp dụng vào từng trường hợp cụ thể. Các đồng nghiệp và học sinh
III. Nội dung sáng kiến
III. 1. Thuyết axit- bazơ của Arenniuyt
1. Định nghĩa
 + Axit là những chất khi hòa tan trong nước thì phân li ra cation H+
 + Bazơ là những chất khi hòa tan trong nước thì phân li ra ion OH-.
 Ví dụ HCl là một axit do trong nước thì phân li ra ion HhhhhjjH+; NaOH là một bazơ do trong nước phân li ra ion OH-.
2. Ưu điểm
 Đây là thuyết ra đời sớm nhất. Nó giải thích được nhiều tính chất và phản ứng axit, bazơ trong dung môi nước.
3. Hạn chế
 Chỉ áp dụng cho dung môi nước, không áp dụng cho tất cả các dung môi. Đồng thời nó chưa thấy vai trò quyết định của dung môi trong sự phân li axit- bazơ. Đặc biệt không giải thích được các phản ứng tạo ra muối giống như phản ứng trung hòa mà trong đó không có ion H+ hoặc OH- tham gia.
 Ví dụ: NH3 (k) + HCl(k) → NH4Cl(r)
III.2. Thuyết axit- bazơ của Bronsted và Laury (còn gọi là thuyết proton).
1. Định nghĩa
 + Axit là những chất có khả năng cho proton (H+)
 + Bazơ là những chất có khả năng nhận proton (H+)
 + Chất lưỡng tính là những chất có thể vừa cho hoặc vừa nhận proton
 Ví dụ: CH3COOH + H2O D CH3COO- + H3O+
 axit bazơ bazơ axit 
 RNH2 + H2O D RNH3+ + OH-
 bazơ axit axit bazơ
Tổng quát phản ứng axit - bazơ
axít + bazơ  D bazơ liên hợp + axít liên hợp.
 Bazơ liên hợp là phân tử hoặc ion còn lại sau khi axit đã nhường đi một proton, và axit liên hợp là chất được tạo khi bazơ đã nhận proton. Phản ứng có thể xảy ra theo chiều thuận hoặc nghịch.
 Nước là một chất lưỡng tính có thể phản ứng như một axit hoặc bazơ. Trong phản ứng giữa axit axetic, CH3CO2H, và nước, H2O, nước phản ứng như là một bazơ.
CH3CO2H + H2O D CH3CO2- + H3O+
Ion axetat (CH3CO2-), là bazơ liên hợp của axit axetic và ion H3O+ là axit liên hợp của bazơ và nước.
Nước cũng có thể phản ứng như một axít, ví dụ như khi phản ứng với amoniac. Phương trình cho phản ứng này là:
H2O + NH3 D OH- + NH4+
Trong đó H2O nhường một proton cho NH3. Ion hiđrôxit là bazơ liên hợp của nước có tính chất như một axít.
 Bảng một số ví dụ axit, bazơ, chất lưỡng tính theo thuyết Bronsted và Laury
Chất
Ví dụ minh họa
Axit
H+, NH4+, Fe3+, Ag+, Cu2+, RNH3+Cl-...
RNH3+ + H2O D RNH2 + H3O+
Bazơ
OH-, CO32-, RNH2, PO43-. C6H5O-, RO-...
C2H5O- + H2O D C2H5OH + OH-
Chất lưỡng tính
HCO3-; H2O; Al(OH)3; Zn(OH)2
HCO3- + H2O D H2CO3 + OH-
HCO3- + H2O D CO32- + H3O+
Chất trung tính
Na+, ClO4-, Cl-, NO3-....
* Đại lượng đặc trưng của axit, bazơ là pK và pH
 Xét dung môi nước, tất cả các dung dịch thì tích nồng độ [H+].[OH-] = 10-14
 Để biểu thị môi trường của dung dịch người ta dùng đại lượng pH = -lg[H+]
 Một axit mạnh, như axit clohiđric thì phân ly hoàn toàn. Một axit yếu, như axit axetic thì chỉ phân ly một phần. Để biểu thị cho độ mạnh yếu của axit hay bazơ người ta dùng đại lượng pK = - lgK
 Ta có bảng pK đối với một số axit, bazơ trong dung môi nước.
Axit
pKa
Bazơ
pKb
HSO4-
2
S2-
1,1
H3PO4 (nấc 1)
2,12 
(C2H5)3N
3,28
HNO2
3,14
CO32-
3,62
HF
3,19
(CH3)3N
4,2
CH3COOH
4,757
NH3
4,75
CO2 + H2O
6,35
C6H5NH2
9,38
H2S
7
F-
10,82
2. Ưu điểm
 Thuyết proton tổng quát hơn so với thuyết của Areniuyt, nó không chỉ áp dụng cho dung môi nước. Chẳng hạn như RNH2(k) + HCl(k) → RNH3Cl(r), phản ứng này không có dung môi nước nhưng RNH2 nhận proton của HCl. 
 Hay CH3COOH + HF → CH3COOH2+ + F- cũng không có dung môi nước trong đó HF lại là một bazơ.
3. Hạn chế
 Thuyết proton mới chỉ giới hạn những chất cho proton mới là axit, nhận proton mới là bazơ. Có nhiều tương tác thể hiện là tính chất axit- bazơ nhưng theo thuyết này lại không đúng.
 Ví dụ: 
 -
 Để khắc phục hạn chế này ta nghiên cứu thuyết thứ 3
III.3. Thuyết axit- bazơ theo Liuyt
1. Khái niệm
 + Axit là tiểu phân có thể nhận cặp electron để hình thành liên kết cho nhận.
 + Bazơ là tiểu phân có thể nhường cặp electron để hình thành liên kết cho nhận
 Ví dụ: SnCl2 + Cl- → SnCl3-
 axit bazơ
2. Ưu điểm
 Thuyết này khái quát tổng quát hơn, mở rộng hơn không chỉ giới hạn axit, bazơ là cho nhận proton mà ngay cả khi không có proton như ví dụ bên trên.
 Thuyết Liuyt đã mở rộng một cách cơ bản khái niệm phản ứng axit- bazơ. Theo Areniyt thì là sự kết hợp giữa H+ và OH- thành nước. Theo Bronsted và Laury đó là sự chuyển proton của axit mạnh hơn sang bazơ mạnh hơn để hình thành axit yếu hơn, bazơ yếu hơn. Đến Liuyt phản ứng axit – bazơ trở thành sự cho – nhận electron để hình thành liên kết cho nhận.
3. Phân loại axit theo Liuyt
a. Axit Liuyt chứa nguyên tử thiếu hụt electron
 Loại này nguyên tử trung tâm chứa chưa đủ 8 electron (bát tử). Điển hình là các hợp chất cộng hóa trị của các nguyên tố nhóm IIIA (B, Al, Ga, In, Tl). Sau đó là các halogenua của Si, Ge, Sn, Pb, P, As, Sb, Bi ở trạng thái số oxi hóa còn thấp như SnCl2; AlCl3; BiCl3
 Ví dụ như AlCl3 dễ bị đi me hóa
b. Axit Liuyt chứa liên kết bội phân cực
 Các phân tử có chứa liên kết đôi phân cực cũng có thể hoạt động như axit. Khi cặp axit – bazơ Liuyt lại gần đầu dương của liên kết đôi phân cực, liên kết π bị đứt ra và tạo thành liên kết mới ở sản phẩm cộng. Ví dụ như khi hòa tan SO2 vào nước.
c. Axit Liuyt là ion kim loại
Cation kim loại còn obitan trống. Khi hiđrat hóa cation kim loại cặp eletron của nguyên tử O trong nước tạo liên kết cộng hóa trị với cation kim loại.
 Ví dụ M2+ + 4H2O D M(H2O)42+.
III.4. Vận dụng các thuyết axit – bazơ vào đề thi học sinh giỏi Quốc gia và Quốc tế
 Để xác định cấu trúc phân tử và giải thích độ bền, tính chất của phân tử ta phải dựa vào cấu hình electron nguyên tử, các thuyết VB, MOTừ cấu tạo phân tử, liên kết giữa các nguyên tử, cấu trúc phân tử để suy ra độ bền, tính chất của chất
 Sau đây là các ví dụ minh họa cụ thể
 Bài tập 1: (Bài tập này Tôi tự xây dựng đề và đáp án) Cho dung dịch nhôm trietyl (Al(NH3)3) trong ete tác dụng với dạng huyền phù CrCl3 khi có mặt khí CO ở áp suất cao, thấy tạo ra hợp chất chứa Crom X. Bằng các kiến thức đã học, hãy suy đoán cấu trúc, tính chất và ứng dụng của X.
 Bài làm
 a. Cấu trúc 
Trong phân tử CO có cặp electron trên AO phân tử ϭzlk với năng lượng cao hơn những cặp electron trên trên AO phân tử πxlk và πylk có khả năng tạo liên kết ϭ cho nhận.
 Nguyên tử Crom có cấu hình electron là (Ar)3d54s1. 
 Phân tử CO là phối tử tạo trường mạnh nên dồn electron. Khi đó Crom có 6AO trống nên ở trạng thái lai hóa d2sp3. Đó là nguyên nhân số phối trí trong phân tử là 6.
 Theo thuyết Liuyt CO là 1 bazơ còn Cr là axit nên chúng kết hợp với nhau tạo Cr(CO)6. 
↑↓
↑↓
↑↓
 Cấu trúc phân tử Cr(CO)6 là cấu trúc bát diện
b. Tính chất
 Cr(CO)6 có cấu trúc tinh thể phân tử dễ thăng hoa trong chân không, không tan trong nước nhưng tan nhiều trong dung môi hợp chất hữu cơ.
 Cr(CO)6 bị phân hủy khi ở nhiệt độ cao tạo Cr + CO
 Cr(CO)6 + 2Na(NH3 lỏng) → Na2Cr(CO)5 + CO
c. Ứng dụng
 Dùng để mạ lên bề mặt phức tạp của các chi tiết máy móc và nhất là mạ lên bề mặt bên trong của ống kim loại.
Bài tập 2: Trích dẫn trong bài tập chuẩn bị ICHO (Quốc tế) lần thứ 38
1. Hãy mô tả cấu trúc phân tử BX3. 
2. Trạng thái lại hoá này thay đổi như thế nào khi halogenua Bo hình thành một liên phân tử với một bazơ, ví dụ như Pyriđin (C5H5N)? Sự thay đổi cấu trúc xung quanh Bo với sự hình thành liên phân tử nói trên sẽ thuận lợi hơn khi X là F hay I? Hãy sắp xếp BF3, BCl3 và BBr3 theo chiều tăng dần tính axit Lewis dựa vào sự xem xét cấu trúc nói trên.
 Bài làm
1. Nguyên tử trung tâm B có lai hoá sp2 và BX3 có cấu tạo tam giác.
2. Khi hình thành một liên phân với pyridin, cấu trúc xung quanh nguyên tử trung tâm bo chuyển thành cấu trúc lai hoá sp3 tứ diện. Sự thay đổi cấu trúc này bị cản trở không gian khi xung quanh nguyên tử bo có những nhóm hoặc nguyên tử lớn (chẳng hạn iot) và sự hình thành liên phân là không thuận lợi. Vì thế, BF3 được dự đoán có khuynh hướng tạo thành liên phân mạnh nhất. (BF3 được dự đoán có tính axit Lewis mạnh nhất)
Bài tập 3: Trích dẫn trong bài tập chuẩn bị ICHO lần thứ 38
 Loại liên kết nào có thể được hình thành thêm trong BX3 giữa nguyên tử trung tâm Bo và một trong số các nguyên tử halogen của nó, có chứa những cặp electron tự do, nhằm thoả mãn quy tắc "bát tử"? hãy giải thích tại sao liên kết hình thành thêm này có ảnh hưởng đến tính axit Lewis của BX3.
Bài làm 
pz-obitan trống trong nguyên tử bo có thể tiếp nhận một liên kết p cho nhận từ một cặp electron của flo, để thoả mãn quy tắc bát tử đối với bo và rút ngắn khoảng cách liên kết B-F.
Vì các cấu trúc cộng hưởng như trên sẽ không tồn tại trong hợp chất liên phân tử, hiệu ứng cộng hưởng sẽ làm yếu khuynh hướng tạo thành liên phân với piriđin.
Khả năng hình thành liên kết cho nhận p giảm đi mạnh ở các nguyên tố (halogen) nặng hơn, do sự khác nhau về năng lượng giữa B và X. Sự cộng hưởng của các liên kết cho nhận p trở thành ít quan trọng hơn trong các clorua và ít quan trọng nhất ở bromua. Các cấu trúc cộng hưởng có liên kết cho nhận p có ảnh hưởng lớn đến mức có thể làm đảo ngược khuynh hướng được dự đoán từ hiệu ứng cảm ứng tương đối và các hiệu ứng không gian khi hình thành liên phân tử. 
Bài tập 4: Trích đề thi chọn HSG Quốc Gia lớp 12 năm 2009
Một dung dịch monoaxit HA nồng độ 0,373% có khối lượng riêng bằng 1,000 g/ml và pH = 1,70. Khi pha loãng gấp đôi thì pH = 1,89.
1. Xác định hằng số ion hóa Ka của axit.
2. Xác định khối lượng mol và công thức của axit này. Thành phần nguyên tố của axit là: hiđro bằng 1,46%, oxi bằng 46,72% và một nguyên tố chưa biết X (% còn lại).
Bài làm:
1.	HA → H+ + A-	(1)	 (2)
Bỏ qua sự phân li của nước, ta có: [H+] = [A-] và c (nồng độ mol của axit) = [A-] + [HA]
Thay [H+] = [A-] và [HA] = c - [H+] vào (2), ta được (3)
Khi pH = 1,70 thì [H+] = 10 -1,70 = 0,0200; Khi pH = 1,89 thì [H+] = 10 -1,89 = 0,0129
Thay các kết quả này vào (3) ta được hệ phương trình:
Giải hệ phương trình ta được c = 0,0545 và Ka = 0,0116.
Vậy c = 0,0545 mol/l và Ka = 0,0116
2. Trong 1 lít dung dịch có 0,0545 mol axit và khối lượng của nó là: 
1000ml × 1,000g/ml × 0,00373 = 3,73g 
Khối lượng mol của axit là: = 68,4 g/mol.
Khối lượng hiđro trong 1 mol axit: m(H) = 0,0146 × 68,4g = 1,00 g (1 mol).
Khối lượng oxi trong 1 mol axit: m(O) = 0,4672 × 68,6g = 32,05 g (2 mol). Khối lượng nguyên tố X chưa biết trong 1 mol axit: 
m(X) = 68,4g – m(H) – m(O) = 68,4g – 1,00g – 32,05g = 35,6 g. 
Một mol axit có thể chứa n mol nguyên tố X. Khối lượng mol nguyên tố X là 35,6/n g/mol. 
Nếu n = 1 thì M(X) = 35,6 g/mol (X là Cl);
 	 n = 2: M(X) = 17,8 g/mol (không có nguyên tố tương ứng);
 n = 3: M(X) = 11,9 g/moL (C);
 n = 4: M(X) = 8,9 g/moL (Be); 
 n = 5: M(X) = 7,1 g/moL (Li). 
Hợp chất duy nhất có thể chấp nhận là HClO2. Các axit HC3O2, HBe4O2 và HLi5O2 không có. Vậy 68,6 g/mol ứng với công thức HClO2.
Bài tập 5: Đề thi chọn HSG Quốc gia 2015
1. Các kim loại nhóm IA như Li, Na, ... có hoạt tính hóa học cao. Một số hợp chất của chúng có ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực.
 a) Viết các phương trình hóa học xảy ra khi đốt cháy từng kim loại Li, Na trong không khí. 
 b) Hiện nay, một số hợp chất chứa kim loại kiềm là các vật liệu tiềm năng cho pin nhiên liệu bởi khả năng lưu trữ hiđro cao, Li3N là một trong những hợp chất như vậy. Một phân tử Li3N có khả năng phản ứng với hai phân tử H2 qua hai phản ứng theo sơ đồ sau:
	Li3N + H2 → A + B
	A + H2 → C + B
	Hoàn thành các phương trình hóa học và cho biết công thức phân tử các hợp chất A và B.
 c) Một hợp chất khác với hàm lượng hiđro cao cũng thu hút nhiều sự quan tâm và nghiên cứu là NH3BH3. Tuy nhiên, một nhược điểm của hợp chất này là chỉ bắt đầu giải phóng hiđro ở nhiệt độ khá cao (khoảng 150oC), không thích hợp cho các phản ứng trong pin nhiên liệu. Để khắc phục nhược điểm này, người ta cho NH3BH3 phản ứng với hợp chất B theo tỉ lệ mol 1 : 1, thu được một mol H2 và một mol hợp chất mới D. 
	Viết phương trình hóa học tạo thành D trong phản ứng trên. Cho biết công thức cấu tạo của D và trạng thái lai hóa của các nguyên tử B, N trong hợp chất này.
 d) Các tính toán lí thuyết và thực nghiệm đều chỉ ra rằng, hợp chất D có khả năng đề hiđro hóa ở nhiệt độ thấp hơn đáng kể so với NH3BH3 (khoảng 90oC), nhờ có sự tham gia của Li trong hợp chất này. 
 Hãy đề xuất cơ chế hai bước cho sự giải phóng một phân tử H2 từ một phân tử D.
Bài làm
1. a) Các phương trình phản ứng xảy ra khi đốt cháy Li và Na trong không khí:
- Phản ứng của Li và Na với O2 :
	4Li + O2 2Li2O
 2Na + O2 Na2O2 
	Na + O2 NaO2
- Phản ứng của Li và Na với N2:
	6Li + N2 2Li3N
	6Na + N2 2Na3N
Bên cạnh các phản ứng chủ yếu trên, trên thực tế còn xảy ra một số phản ứng sau:
- Phản ứng của Li, Na, Li2O, Na2O2, NaO2 với H2O.	
- Phản ứng của LiOH, NaOH, Na2O2, NaO2 với CO2.
b) Hoàn thành các phản ứng trong sơ đồ:
	Li3N + H2 Li2NH + LiH
	 (A) (B)
	Li2NH + H2 LiNH2 + LiH
 	 (A) (C) (B)
c) Phương trình phản ứng tạo thành D:
	LiH + NH3B