Bài học

Oxide của nguyên tố nhóm A: từ tính base đến tính acid

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em dự đoán và so sánh được tính acid – base của oxide ứng với hoá trị cao nhất của các nguyên tố nhóm A trong cùng một chu kì, dựa vào tính kim loại/phi kim của nguyên tố tạo oxide.

Kiến thức nền cần nhớ

Bài trước vừa thiết lập xu hướng: trong một chu kì, tính kim loại giảm dần, tính phi kim tăng dần từ trái sang phải. Em cũng đã học ở Hoá học 9 rằng oxide kim loại thường là oxide base (tác dụng với acid), còn oxide phi kim thường là oxide acid (tác dụng với base, tương ứng với các oxide acid như CO₂, SO₂ đã học). Bài này áp đúng quy luật chu kì vào chính sự phân loại quen thuộc đó.

Khởi động

Na₂O tan trong nước tạo dung dịch làm quỳ tím hoá xanh đậm — một base mạnh. Cl₂O₇ tan trong nước lại tạo dung dịch làm quỳ tím hoá đỏ rất mạnh — một acid cực mạnh. Cả hai đều là oxide của các nguyên tố cùng thuộc chu kì 3. Điều gì quyết định một oxide thể hiện tính base hay tính acid?

Kiến thức trọng tâm

Oxide cao nhất (oxide ứng với hoá trị cao nhất mà nguyên tố nhóm A thể hiện, bằng đúng số thứ tự nhóm A) của các nguyên tố trong cùng một chu kì biến đổi tính chất theo đúng chiều biến đổi tính kim loại/phi kim: từ oxide base (đầu chu kì, kim loại điển hình) → oxide lưỡng tính (giữa chu kì) → oxide acid (cuối chu kì, phi kim điển hình).

Với chu kì 3, thứ tự đầy đủ là: $Na_2O$ (base mạnh) → $MgO$ (base) → $Al_2O_3$ (lưỡng tính) → $SiO_2$ (acid rất yếu) → $P_2O_5$ (acid trung bình) → $SO_3$ (acid mạnh) → $Cl_2O_7$ (acid rất mạnh). Nguyên nhân sâu xa chính là tính kim loại giảm dần, tính phi kim tăng dần đã học ở bài trước: nguyên tố càng có tính kim loại mạnh thì oxide của nó càng thể hiện tính base rõ; nguyên tố càng có tính phi kim mạnh thì oxide càng thể hiện tính acid rõ.

Oxide lưỡng tính (như $Al_2O_3$ ) là trường hợp đặc biệt đứng giữa: nó phản ứng được CẢ với dung dịch acid mạnh (thể hiện tính base, tạo muối + nước) LẪN dung dịch base mạnh (thể hiện tính acid, tạo muối aluminate + nước) — không phải "trung tính, không phản ứng với cả hai" như nhiều học sinh lầm tưởng.

Chính tính lưỡng tính này có ứng dụng thực tế quan trọng: quặng bauxite (chứa Al₂O₃ lẫn tạp chất oxide sắt, oxide silic) được tinh chế bằng cách hoà tan Al₂O₃ trong dung dịch NaOH đặc, nóng — Al₂O₃ tan ra dưới dạng NaAlO₂ nhờ tính acid của nó, trong khi các oxide tạp chất không lưỡng tính (như Fe₂O₃) không tan, bị lọc bỏ. Đây là bước đầu tiên của quy trình Bayer sản xuất nhôm nguyên chất trong công nghiệp, minh hoạ trực tiếp cách một tính chất hoá học trừu tượng — tính lưỡng tính — giải quyết một bài toán tinh chế công nghiệp thực sự.

**Oxide cao nhất** (oxide ứng với hoá trị cao nhất mà nguyên tố nhóm A thể hiện, bằng đúng số thứ tự nhóm A) của các nguyên tố trong cùng một chu kì biến đổi tính chất theo đúng chiều biến đổi tính kim loại/phi kim: **từ oxide base (đầu chu kì, kim loại điển hình) → oxide lưỡng tính (giữa chu kì) → oxide acid (cuối chu kì, phi kim điển hình)**. Với chu kì 3, thứ tự đầy đủ là: $Na_2O$ (base mạnh) → $MgO$ (base) → $Al_2O_3$ (lưỡng tính) → $SiO_2$ (acid rất yếu) → $P_2O_5$ (acid trung bình) → $SO_3$ (acid mạnh) → $Cl_2O_7$ (acid rất mạnh). Nguyên nhân sâu xa chính là tính kim loại giảm dần, tính phi kim tăng dần đã học ở bài trước: nguyên tố càng có tính kim loại mạnh thì oxide của nó càng thể hiện tính base rõ; nguyên tố càng có tính phi kim mạnh thì oxide càng thể hiện tính acid rõ. **Oxide lưỡng tính** (như $Al_2O_3$) là trường hợp đặc biệt đứng giữa: nó phản ứng được CẢ với dung dịch acid mạnh (thể hiện tính base, tạo muối + nước) LẪN dung dịch base mạnh (thể hiện tính acid, tạo muối aluminate + nước) — không phải "trung tính, không phản ứng với cả hai" như nhiều học sinh lầm tưởng. Chính tính lưỡng tính này có ứng dụng thực tế quan trọng: quặng bauxite (chứa Al₂O₃ lẫn tạp chất oxide sắt, oxide silic) được tinh chế bằng cách hoà tan Al₂O₃ trong dung dịch NaOH đặc, nóng — Al₂O₃ tan ra dưới dạng NaAlO₂ nhờ tính acid của nó, trong khi các oxide tạp chất không lưỡng tính (như Fe₂O₃) không tan, bị lọc bỏ. Đây là bước đầu tiên của quy trình Bayer sản xuất nhôm nguyên chất trong công nghiệp, minh hoạ trực tiếp cách một tính chất hoá học trừu tượng — tính lưỡng tính — giải quyết một bài toán tinh chế công nghiệp thực sự.

Ví dụ

Viết phương trình oxide tác dụng nước, xác định sản phẩm base/acid

1
Cho Na₂O và SO₃ lần lượt tác dụng với nước. Viết phương trình hoá học và cho biết sản phẩm mỗi phản ứng thể hiện tính base hay tính acid.
2
$Na_2O + H_2O \to 2NaOH$ — sản phẩm NaOH là một base mạnh, phù hợp với Na₂O là oxide base.
$Na_2O + H_2O \to 2NaOH$ — sản phẩm NaOH là một base mạnh, phù hợp với Na₂O là oxide base.
3
$SO_3 + H_2O \to H_2SO_4$ — sản phẩm H₂SO₄ là một acid mạnh, phù hợp với SO₃ là oxide acid.
$SO_3 + H_2O \to H_2SO_4$ — sản phẩm H₂SO₄ là một acid mạnh, phù hợp với SO₃ là oxide acid.
4
Vậy Na₂O tan trong nước cho base mạnh NaOH, còn SO₃ tan trong nước cho acid mạnh H₂SO₄ — đúng như tính chất kim loại điển hình của Na và tính phi kim điển hình của S đã dự đoán.

Ví dụ

Dự đoán và sắp xếp tính acid của ba oxide theo vị trí trong chu kì

1
Không cần thực nghiệm, chỉ dựa vào vị trí của Mg, Al, P trong chu kì 3, hãy dự đoán và sắp xếp MgO, Al₂O₃, P₂O₅ theo chiều tính acid tăng dần, giải thích.
2
Mg (Z=12), Al (Z=13), P (Z=15) đều thuộc chu kì 3, theo thứ tự Z tăng dần Mg < Al < P.
3
Trong chu kì 3, tính kim loại giảm dần và tính phi kim tăng dần theo thứ tự Mg > Al > P (về tính kim loại) ứng với P > Al > Mg (về tính phi kim).
4
Oxide của nguyên tố có tính kim loại càng mạnh thì tính base của oxide càng rõ; oxide của nguyên tố có tính phi kim càng mạnh thì tính acid của oxide càng rõ. Vậy MgO (kim loại mạnh nhất trong ba) có tính base rõ nhất — tức tính acid yếu nhất; P₂O₅ (phi kim mạnh nhất) có tính acid rõ nhất.
5
Vậy tính acid tăng dần theo thứ tự: MgO (base) < Al₂O₃ (lưỡng tính) < P₂O₅ (acid) — đúng theo thứ tự Mg, Al, P trong chu kì 3.

Ví dụ

Vận dụng tính lưỡng tính của Al₂O₃

1
Chứng minh Al₂O₃ có tính lưỡng tính bằng cách viết phương trình phản ứng của Al₂O₃ lần lượt với dung dịch HCl và dung dịch NaOH.
2
Al₂O₃ thể hiện tính base khi phản ứng với acid mạnh, tạo muối và nước: $Al_2O_3 + 6HCl \to 2AlCl_3 + 3H_2O$ .
Al₂O₃ thể hiện tính base khi phản ứng với acid mạnh, tạo muối và nước: $Al_2O_3 + 6HCl \to 2AlCl_3 + 3H_2O$.
3
Al₂O₃ thể hiện tính acid khi phản ứng với base mạnh, tạo muối aluminate và nước: $Al_2O_3 + 2NaOH \to 2NaAlO_2 + H_2O$ .
Al₂O₃ thể hiện tính acid khi phản ứng với base mạnh, tạo muối aluminate và nước: $Al_2O_3 + 2NaOH \to 2NaAlO_2 + H_2O$.
4
Vậy Al₂O₃ phản ứng được với CẢ acid mạnh lẫn base mạnh — đây chính là ý nghĩa của tính lưỡng tính, không phải "trung tính không phản ứng với cả hai".

Sai lầm thường gặp

Nhiều học sinh cho rằng oxide lưỡng tính (Al₂O₃) "vừa base vừa acid nên trung tính, không phản ứng với cả acid lẫn base". Sai — Al₂O₃ phản ứng được với CẢ HAI: với acid mạnh nó đóng vai trò base (tạo muối + nước), với base mạnh nó đóng vai trò acid (tạo muối aluminate + nước). Đó chính là ý nghĩa thật sự của "lưỡng tính".

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Trong một chu kì, oxide cao nhất biến đổi: base (kim loại điển hình, đầu chu kì) → lưỡng tính (giữa chu kì) → acid (phi kim điển hình, cuối chu kì) — cùng chiều với tính kim loại giảm, tính phi kim tăng. Oxide lưỡng tính phản ứng được với CẢ acid mạnh lẫn base mạnh, không phải trung tính — Al₂O₃ là ví dụ tiêu biểu nhất cần nhớ.

Bài tiếp theo học hydroxide tương ứng của các oxide này, và dùng một bài toán tổng hợp để luyện lại toàn bộ chuỗi suy luận từ cấu hình electron đến tính acid – base.