Trung tâm gia sư Tuệ Tâm BÀI TẬP HÓA HỌC VƠ CƠ PHẦN ( CĨ ĐÁP ÁN) Bài 1: KHÍ TRƠ (He – Ne – Ar – Kr – Xe) Trình bày đặc điểm khí trơ? (Cấu trúc electron, bán kính ngun tử, lượng ion hóa) Nhận xét cho kết luận khả phản ứng nguyên tố đó? Trả lời: - Ở lớp ngồi ngun tử khí trơ gồm obitan ns np, tất electron ghép đơi - Kích thước ngun tử tăng dần ( từ He đến Ar tăng nhanh, từ Ar đến Kr tăng chậm) - Năng lượng ion hóa cao gây tính trơ mặt hóa học nên nhìn chung khí trơ có khả phản ứng, khí trơ nhẹ Nhận xét: - Từ He đến Rn, lượng ion hóa giảm nên khả phản ứng tăng, Kr Xe có hoạt tính hóa học cao - Các hợp chất Kr Xe chất oxi hóa mạnh, chúng có khả tạo hợp chất ứng với mức oxi hóa +2; +4; +6; +8 - Hợp chất ứng với mức oxi hóa cao có tính oxi hóa mạnh có tính axit, chẳng hạn dung dịch axit H4XeO6 Nhiệt độ nóng chảy khí trơ có giá trị sau: Tnc (oC) He Ne Ar Kr Xe Rn -272 -249 -189 -157 -112 -71 Giải thích thay đổi nhiệt độ nóng chảy dãy từ He đến Rn Trả lời: Các nguyên tử khí trơ tương tác với chủ yếu lực khuếch tán, thành phần quan trọng lực Van der Waals, từ He đên Rn bán kính nguyên tử tăng, khả bị cực hóa khí trơ tăng, dẫn đến lượng tương tác khuếch tán tăng chất khó nóng chảy Trung tâm gia sư Tuệ Tâm Thể Ion hóa thứ khí trơ có giá trị sau: I(eV) He Ne Ar Kr Xe Rn 24,6 21,6 15,3 14,0 12,1 10,7 Hãy giải thích ngun tử tăng Ion hóa giảm? Trả lời: Khi kích thước ngun tử tăng tác dụng chắn điện tích hạt nhân lớp eletron tăng lên, eletron lớp vỏ ngồi ngun tử có kích thước lớn dễ dàng tách khỏi nguyên tử, ion hóa giảm Mức oxi hóa đặc trưng Kr, Xe Rn? Tại mức độ lại khơng đặc trưng khí trơ cịn lại? Từ nhận xét giải thích hoạt tính hóa học khí trơ? Nêu ví dụ minh họa Trả lời: - Dựa vào hình thành electron độc thân kích thích nguyên tử để chuyển electron từ trạng thái ghép đôi sang trạng thái độc thân để giải thích khả hình thành mức oxi hóa khác Ví dụ: giải thích hình thành mức oxi hóa +2 Xe sau: Với He khơng có khả - Các electron độc thân trạng thái cao nên không bền, dễ dàng trở trạng thái có lượng thấp ban đầu, gây tính oxi hóa bậc oxi hóa cao - Do lượng ion hóa giảm từ He đến Rn nên khí trơ có khả tương đối dễ dàng tạo hợp chất có hóa trị cao Liên kết hợp chất liên kết cộng hóa trị - Các hợp chất khí trơ bền, dễ bị phân hủy, có tính oxi hóa mạnh Hãy giải thích ngun nhân hình thành Hidrat khí trơ dạng X.6H2O (X = Ar, Kr, Xe) Các hidrat có phải hợp chất hóa học khơng? Trả lời: Các hidrat khí trơ dạng X.6H2O hợp chất hóa học Các hidrat hình thành nhiệt độ thấp áp suất cao bão hõa khí trơ Trong tinh thể nước đá có Trung tâm gia sư Tuệ Tâm khoảng trống hình thành phân tử nước liên kết với liên kết hidro, áp suất cao nguyên tử khí trơ thâm nhập vào khoảng trống đó, nguyên tử khí trơ tương tác với phân tử nước nhờ có lực khuếch tán, lực khơng đủ để hình thành hợp chất phức, hợp chất khí trơ khơng phải loại hợp chất hóa học thực He Ne khơng có khả hình thành hợp chất tương tự, He Ne có kích thước bé nên dễ dàng khuếch tán khỏi tinh thể nước đá Tại nguyên tử Xenon không tạo phân tử Xe2 có khả tạo liên kết hóa học với nguyên tử Flo Oxi? Trả lời: Muốn hình thành liên kết hai nguyên tử để tạo phân tử hai nguyên tử phải tạo hai electron khơng ghép đơi, điều địi hỏi lượng lớn khơng thể hình thành liên kết hai phân tử Xenon Tại nguyên tử Clo có khả tạo hợp chất hóa học với Xenon Flo lại tạo dễ dàng hơn? Trả lời: Năng lượng liên kết Xe – Cl bé so với Xe – F, lượng tạo sau kích thích nguyên tử Xe không đủ để bù lại lượng dùng để kích thích nguyên tử Độ bền với nhiệt độ thay đổi dãy KrF4, XeF4 RnF4 ? Trả lời: Độ bền với nhiệt tăng độ bền liên kết tăng Bài 2: HIĐRO (H) Đặc điểm nguyên tử đồng vị hidro? Tính chất vật lý quan trọng hidro nhẹ ứng dụng chất đó? Tại hidro nhẹ lại có độ khuếch tán lớn? Trả lời: - Trong tự nhiên hidro có đồng vị: H (hidro nhẹ) có 1e, 1p, 0n tồn 99,99%; D (hidro nặng) có 1e, 1p, 1n; T (triti) có 1e, 1p, 2n - Là chất khí khơng màu, khơng mùi, nhẹ khơng khí, có nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi thấp Tan tốt dung môi không cực, tan nước - Vì thể tích bé nên có độ khuếch đại lớn Trung tâm gia sư Tuệ Tâm Hidro nhẹ hay nặng không khí lần? Có thể chuyển hidro từ cốc sang cốc khác không? Trả lời: - Dựa vào tỷ khối để xác định - Có thể chuyển cách úp cốc thứ hai không chứa hidro lên cốc thứ có chứa hidro Trong hai khuynh hướng phản ứng (oxi hóa – khử) hidro khuynh hướng điển hình nhất? Tại sao? Khi tạo chất phản ứng thuộc khuynh hướng nào? Hidro clorua, nước, amoniac, silan, metan, canxi hidrua, natri hidrua Liên kết trường hợp thuộc kiểu liên kết nào? Trả lời: - Hidro thể tính khử chủ yếu hidro có xu hướng dễ cho e (độ âm điện thấp) - Thể tính oxi hóa tác dụng với kim loại (- Be, Mg) - Thể tính khử tác dụng với phi kim Tính chất hóa học quan trọng hidro? Tại nhiệt độ thường hidro hoạt động mặt hóa học? Những nguyên tố có khả phản ứng với hidro nhiệt độ phịng? Trả lời: - Vì phân tử hidro có độ bền lớn Năng lượng phân li cao 103 kcal/mol nên nhiệt độ thường hoạt động, hoạt động nhiệt độ cao - Chỉ có flo số kim loại chuyển tiếp nặng có khả phản ứng trực tiếp nhiệt độ phòng Trong công nghiệp hidro điều chế theo phương pháp dùng để làm gì? Nguyên tắc chung phương pháp đó? Trả lời: Trong cơng nghiệp hidro điều chế theo phương pháp: - Chuyển hóa khí metan (hiện sử dụng): cho hỗn hợp khí thiên nhiên nước đốt nóng 1000oC qua chất xúc tác Ni CH4 + H2O CO + 3H2 Trung tâm gia sư Tuệ Tâm Hỗn hợp khí thu cho qua chất xt Fe – Cr khoảng 400oC CO + H2O CO2 + H2 Cần làm tạp chất chứa S hợp chất tự nhiên để tránh ngộ độc xúc tác - Lấy từ khí lị luyện cốc: khí lị cốc chứa 50% H2, 7%N2 vài khí khác CO, CO2, CH4, hidro cacbua, hóa lỏng phân đoạn thu N2, H2 (dùng tổng hợp amoniac) - Điện phân H2O: cho H2 tinh khiết đắt tiền Trong trình luyện than cốc phương pháp chưng khô than đá người ta thu hỗn hợp khí lị cốc gồm 50% N2, 25% CH4, 10% H2, 5% CO, 5% CO2, 5% hidro cacbon Bằng phương pháp tách hidro khỏi hỗn hợp đó? Phương pháp tách dựa nguyên tắc nào? Trả lời: Bằng phương pháp hóa lỏng phân đoạn Ứng dụng hidro sinh? Tại hidro sinh lại có hoạt tính hóa học cao hidro phân tử? Lấy ví dụ minh họa? Trả lời: - Hidro nguyên tử hoạt động, tạo hidrua kim loại phi kim nhiệt độ phòng Khử nhiều oxit kim loại, đẩy số muối kim loại Cu, Ag, Pb khỏi dung dịch muối mà H2 phân tử không làm điều - Vì khơng cần cung cấp lượng để chuyển hidro phân tử thành nguyên tử Ví dụ: H2 + FeCl3 FeCl2 (Zn + HCl) + FeCl3 + HCl (không xảy ra) FeCl2 + HCl (dễ dàng) Tại điều chế khí hidro phương pháp điện phân nước lại phải cho thêm dung dịch NaOH H2SO4? Có thể thay NaOH KOH, HNO3, NaSO4, CuSO4, CuCl2 khơng? Tại sao? Trả lời: - Vì nước khơng dẫn điện nên cho NaOH vào đóng vài trị dẫn điện khơng bị điện phân Trung tâm gia sư Tuệ Tâm - Dựa vào nguyên tắc điện phân chất dung dịch nước, sau viết sơ đồ điện phân dẫn đến kết luận cần thiết Chẳng hạn, điện phân dung dịch CuSO4, thu đồng kim loại oxi, không thu hidro Làm để thu khí hidro tinh khiết khơ điều chế cách cho kẽm kim loại tác dụng với HCl binhg kíp? Trả lời: Khí hidro tạo lẫn nước hidro clorua, cần cho hỗn hợp qua dung dịch kiềm sau qua dung dịch có khả hấp thụ nước 10 Trong thành phần hợp chất hóa học, hidro nằm dạng Ion nào? Ion H+ tồn điều kiện nào? Trả lời: - Trong thành phần hợp chất hóa học hidro tồn dạng ion H- có hidrua kim loại mạnh (NaH, CaH2) - Dạng ion H+ không tồn hợp chất hóa học chất liên kết hợp chất liên kết cộng hóa trị (ví dụ HCl, HF) Ion H+ có kích thước bé lại tích điện dương, nên có khả làm nhiễu loạn đám mây electron nguyên tử xung quanh, khơng thể tồn mà ln kết hợp với ion phân tử khác - Trong dung dịch khơng có dạng ion H+ mà có H3O+ - Ion H+ thực tồn mơi trường khí phóng điện qua khí hidro tia ion hóa gama chẳng hạn 11 Tại khí hidro khó hịa tan nước dung mơi hữu cơ? Trả lời: Vì hidro chất khơng phân cực nên hịa tan dung môi phân cực 12 Tại nguyên tố nhóm I có hidro tạo đơn chất dạng khí nhiệt độ phịng? Trả lời: Tương tác phân tử hidro với tương tác khuếch tán Tương tác kim loại kiềm tương tác kim loại Do bay kim loại đòi hỏi lượng để thắng tương tác nguyên tử Trái lại bay hidro xảy Trung tâm gia sư Tuệ Tâm động phân tử hidro đủ để thắng lực tương tác khuếch tán, nhiệt độ phịng thường hidro chất khí 13 Liên kết hidro gì? Những chất tạo liên kết hidro? Trả lời: Liên kết H: nguyên tử H liên kết với nguyên tử có độ âm điện lớn F, O, Cl, N cặp e dùng chung bị lệch phía nguyên tử có độ âm điện lớn nên H mang điện tích (+) Hidro mang điện tích (+) cịn trơ có hạt nhân nên dễ bị ngun tử khác có độ âm điện lớn phân tử khác hay phân tử hút lực hút tĩnh điện tạo thành liên kết phụ liên kết H 14 Dựa sở thực tế để nói hidrua kim loại kiềm hợp chất “muối”? Trả lời: Khi điện phân dung dịch hidrua ion muối halogenua kim loại kiềm nóng chảy, thu hidro cực âm Bản thân hidrua kim loại kiềm kiềm thổ bị thủy phân mạnh NaH + H2O NaOH + H2 15 Những nguyên tố hình thành hidrua Ion hidrua cộng hóa trị? Bản chất loại hidrua đó? Trả lời: - Các kim loại kiềm kiềm thổ hình thành hidrua ion Các nguyên tố không kim loại nửa kim loại tạo hidrua cộng hóa trị - Các hidrua ion muối, kết tinh theo dạng lập phương tà phương, liên kết phân tử liên kết ion - Các hidrua cộng hóa trị chủ yếu chất dạng khí (dễ bay hơi); tan nước phần lớn tạo axit, liên kết phân tử liên kết cộng hóa trị 16 Bằng dẫn chứng để kết luận liên kết hidua kim loại kiềm kiểm thổ có chất Ion? Trả lời: Dựa vào đặc điểm hợp chất ion chất rắn tinh thể, nhiệt độ nóng chảy cao, nóng chảy dẫn điện, điện phân thu khí H2 cực âm Trung tâm gia sư Tuệ Tâm 17 Góc hóa trị phân tử hidrua florua số nguyên tố thuộc chu kỳ II có giá trị sau: X-C-X X-N-X X-O-X C2H4 120o NH3 107o H2O 104,5o C2F2 114o NF3 102o F2O 101,5o Hãy giải thích giảm góc hóa trị từ hidrua đến florua? Trả lời: Do chuyển mật độ điện tích phía flo nên làm giảm lực đẩy hai ion florua 18 Hãy nêu nhận xét chung biến thiên tính khử, tính bền, tính axit, hidrua cộng hóa trị chu kì phân nhóm hệ thống tuần hoàn? Trả lời: Từ trái qua phải (theo chu kì), tính khử tăng, tính axit tăng, tính bền giảm Độ bền nhiệt phụ thuộc vào lượng liên kết H –X, phụ thuộc vào độ điện âm kích thước nguyên tử X Khi hai nguyên tố có độ điện âm tương đương, nguyên tố nặng cho HX có độ bền nhiệt 19 Hãy giải thích nguyên nhân tính axit tăng dãy: NH3 – H2O – HF từ HF đến HI? Trả lời: Có thể giải thích sau: tan vào nước có cân sau: Hn-1X- + H3O+ Điện ly axit HnX + H2O Hn+1X+ + OH- điện ly bazo Cân chuyển dịch phía phụ thuộc vào trường lực ion trung tâm Xn- O2- (nghĩa phụ thuộc vào điện tích bán kính) - Với HF, cân dịch chuyển phía điện li axit, trường lực O2- lớn điện tích F- (bán kính O2- 1,36Å, bán kính F- 1,33 Å; điện tích O2- lớn F-) H+ chuyển phía O2- - Với NH3, cân chuyển dịch theo hướng điện li bazo, trường lực N3lớn O2- ( trường lực phụ thuộc bán kính điện tích; bán kính N3- 1,47 Å) Trung tâm gia sư Tuệ Tâm Bài 3: CÁC HALOGEN Trình bày đặc điểm cấu trúc nguyên tử halogen (bán kính ngun tử, cấu trúc electron lượng ion hóa, lực eletron) Từ đặc điểm cho biết hai khuynh hướng phán ứng (oxi hóa – khử) halogen khuynh hướng chủ yếu? Trả lời: - Khuynh hướng oxi hóa chủ yếu ngun tử có electron chưa ghép đơi obital np nên dễ dàng kết hợp thêm electron - Từ flo đến iod, lượng ion hóa giảm nên khả nhường electron tăng, đến iod có khả tạo ion I+ (như hợp chất I(CH3COO)3) Dựa vào thuyết liên kết hóa trị cho biết: - Mức oxi hóa đặc trưng halogen - Tại phản ứng halogen cấu tạo từ hai nguyên tử? Trả lời: - Mức oxi hóa đặc trưng Halogen (trừ flo) +1, +3, +5, +7 Giải thích mức kích động electron chuyển từ obital ns np sang nd - Vì nguyên tử có electron khơng ghép đơi obital np, hai electron không ghép đôi hai nguyên tử ghép lại với tạo thành phân tử hai nguyên tử Tại flo khơng thể xuất mức oxi hóa dương hợp chất hóa học? Tại với clo, brom, iot mức oxi hóa chẵn khơng phải mức đặc trưng? Trả lời: Trong nguyên tử halogen có electron khơng ghép đơi, nên trừ flo, chúng có khả tạo mức oxi hóa +1 chúng liên kết với nguyên tố khác có độ âm điện mạnh (ví dụ oxi) Ngun tử Clo (hoặc Brom, Iod) cịn có obital chưa lấp đầy, xảy q trình kích động electron sau: Trung tâm gia sư Tuệ Tâm Kết tạo 3, 5, electron không ghép đôi ứng với trạng thái hóa trị 3, 5, halogen Q trình kích động xảy ảnh hưởng ngun tử có độ điện âm mạnh Lớp ngồi ngun tử Flo khơng có obital d, muốn tạo trạng thái hóa trị lớn flo, phải kích động eletron từ obital 2p sang lớp thứ 3, khơng có ngun tố có độ điện âm lớn flo để cung cấp lượng đủ thực q trình kích động trên, với flo khơng thể xuất mức oxi hóa dương có hóa trị Ngồi cần ý nguyên tử, chẳng hạn có electron khơng cặp đơi tham gia hình thành liên kết, nguyên tử lại electron khơng cặp đơi, điều gây khả phản ứng mạnh phân tử tạo ra, nên chúng hợp chất bền Chẳng hạn ClO2 hợp chất có số lẻ eletron Là hợp chất chưa bão hịa hóa trị, có khuynh hướng kết hợp nhường electron: ClO2 + e = ClO2ClO2 - e = ClO2+ Chủ yếu khuynh hướng thứ (ái lực eletron ClO2 3,43eV), ClO2 khơng bền, dễ phân hủy, có tính oxi hóa mạnh Trung tâm gia sư Tuệ Tâm Năng lượng liên kết X –X (Kcal/mol) halogen có giá trị sau: (Kcal/mol) F2 Cl2 Br2 I2 38 59 46 35 Hãy giải thích từ F2 đến Cl2 lượng liên kết tăng, Cl2 đến I2 lượng liên kết giảm? Trả lời: Phương pháp obital phân tử mơ tả cấu hình electron phân tử halogen sau: Nghĩa hai nguyên tử halogen liên kết với liên kết σ (σz) Ngoài liên kết σ, phân tử Cl2, Br2, I2 cịn có phần liên kết π tạo xen phủ obital d Trong phân tử flo, liên kết hình thành loạt electronhoas trị, khơng có khả hình thành liên kết π khơng có obital d Liên kết π hình thành liên kết “cho nhận” tạo cặp electron tự nguyên tử obital d cong bỏ trống ngun tử khác, mơ tả theo sơ đồ sau: Sự hình thành liên kết π làm cho phân tử halogen bền rõ rệt Flo khơng có khả tạo liên kết π nên phân tử flo có lượng liên kết bé so với clo Từ clo đến iod bán kính nguyên tử tăng, độ dài liên kết tăng: Nên lượng liên kết giảm Trung tâm gia sư Tuệ Tâm Nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sơi halogen có giá trị sau: F2 Cl2 Br2 I2 Tnc (oC) -223 -101 -7,2 113,5 Ts(oC) -187 -34,1 38,2 184,5 Nhận xét giải thích? Trả lời: Nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sơi halogen tăng Tính chất phụ thuộc vào tương tác khuếch tán phân tử trạng thái lỏng rắn, phân tử halogen tương tác với lực Van der Waals Vì phân tử halogen khơng có cực nên tương tác phụ thuộc vào tương tác khuếch tán, lượng tương tác lớn độ phân cực phân tử lớn Vì khả bị cực hóa phân tử phụ thuộc vào bán kính nguyên tử, nên từ F đến I, bán kính nguyên tử tăng, độ phân cực tăng tương tác khuếch tán tăng làm cho nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sơi halogen tăng Tại halogen không tan nước tan benzen? Tại iot tan nước lại tan dung dịch kali iodua? Trả lời: - Các chất có xu hướng tan nhiều chất giống với chúng Các halogen chất không cực nên tan dung mơi có cực tan nhiều dung môi không cực - Trường hợp iod tan nhiều dung dịch KI tạo ion I3- theo phản ứng: I2 + I - = I3- Hãy so sánh đại lượng: lực electron, lượng liên kết, lượng hidrat hóa, tiêu chuẩn clo flo từ giải thích: - Tại khả phản ứng flo lại lớn clo? - Tại dung dịch nước flo có tính oxi hóa mạnh clo? Trung tâm gia sư Tuệ Tâm Trả lời: So sánh: Ta thấy lượng liên kết lực eletron flo bé clo; lượng hidrat lớn tiêu chuẩn flo lớn clo - Mặc dù có lực eletron thấp (có tính oxi hóa hơn) lượng liên kết phân tử flo thấp khả phản ứng flo cao clo - Quá trình chuyển X2 2X- dung dịch phụ thuộc vào yếu tố sau: + Năng lượng phân li phân tử thành nguyên tử (năng lượng liên kết) + Ái lực electron để biến nguyên tử thành X- + Năng lượng hidrat hóa anion X- Với flo, lượng phân li phân tử thành nguyên tử lực electron bé clo, lượng hidrat hóa ion F- lại lớn nhiều so với ion Cl-, dung dịch nước, flo có tính oxi hóa mạnh clo Trình bày phản ứng cho halogen tác dụng với nước Flo có khả oxi hóa nước giải phóng oxi hóa, halogen khác có tính chất khơng? Giải thích? Trả lời: - Các halogen tác dụng với H2O theo phương trình phản ứng sau: 2F2 + 2H2O = 4HF + O2 Cl2 + 2H2O = HCl + HClO K= 4,2.104 Br2 + H2O = HBr + HBrO K = 7,2.10-4 I2 + H2O = HI + HIO K= 2,1.10-13 Khả phản ứng từ flo đến iot giảm - So sánh oxi hóa – khử chuẩn để xác định: O2 + 4H+ +4e = 2H2O Eo = +0,81V F2 + 2e = 2F- Eo = +2,86V Cl2 + 2e = 2Cl- Eo = +1,36V Trung tâm gia sư Tuệ Tâm Br2 + 2e = 2Br- Eo = +1,.7V I2 + 2e = 2I- Eo = +0,53V Chẳng hạn với trường hợp flo: 2F2 + 2H2O = 4HF + O2 ΔEo = 2,06V Như flo phản ứng mạnh với nước Với clo brom thực tế đòi hỏi lượng hoạt hố cao, với iod khơng có khả Tại cho halogen tác dụng với kim loại lại tạo hợp chất ứng với số oxi hóa tối đa kim loại đó? Tại flo chất oxi hóa mạnh Cu, Fe, Ni, Mg khơng bị flo ăn mịn? Trả lời: - Với kim loại có nhiều mức oxi hóa hợp chất ứng với mức oxi hóa có tính khử, halogen lại chất oxi hóa mạnh - Khi chất rắn tương tác với chất khí, khả phản ứng phụ thuộc vào cấu trúc chất rắn tạo Nếu sản phẩm tạo bám vào bề mặt chất rắn tương tác ngăn cản phản ứng tiếp diễn 10 Trong phịng thí nghiệm người ta điều chế clo phương pháp cho KMnO4 tác dụng với HCl - Tại khơng thể dùng phương pháp để điều chế flo? - Có thể điều chế brom iot phương pháp khơng? - Có thể thay KMnO4 MnO2 K2Cr2O7 không? Trả lời: So sánh điện cực chuẩn để trả lời - Vì flo có tính oxi hóa mạnh KMnO4 - KMnO4 có tính oxi hóa mạnh Br2 I2 nên oxi hóa Br2 I2 tạo BrO3- IO3- - Có thể thay KMnO4 MnO2 K2Cr2O7 phải dùng HCl đặc phải đun nóng dùng điện cực tương đương Trung tâm gia sư Tuệ Tâm 11 Nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sôi hidro halogenua thay đổi nào? Giải thích nguyên nhân Trả lời: - Từ HF đến HCl: nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sơi giảm Từ HCl đến HI nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sôi tăng - Các hidro halogenua tương tác với lực tương tác phân tử gồm lực định hướng, lực khuếch tán lực cảm ứng Nhưng lượng tương tác cảm ứng thường bé so với lượng tương tác định hướng tương tác khuếch tán, ảnh hưởng tương tác cảm ứng đến nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sơi bỏ qua - Năng lượng tương tác định hướng giảm từ HF đến HI độ phân cực phân tử giảm Năng lượng tương tác khuếch tán tăng lên dãy tăng bán kính nguyên tử halogen giảm độ phân cực liên kết phân tử - Từ HF đến HCl, nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sôi giảm phân tử HF phát sinh liên kết hidro, đồng thời lượng tổng quát tương tác phân tử giảm tương tác định hướng giảm - Từ HCl đến HI lượng tương tác khuếch tán chiếm ưu so với tương tác định hướng nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sôi tăng 12 Độ bền nhiệt từ HF đến HI thay đổi nào? Có phù hợp với thay đổi nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sơi khơng? Trả lời: Độ dài liên kết HX, lượng liên kết độ bền với nhiệt dãy từ HF đến HI có giá trị sau: HF HCl HBr HI Độ dài liên kết HX 1,02 1,28 1,41 1,60 Năng lượng liên kết HX (Kcal/mol) 135 103 87 71 Phân hủy 1000oC (%) không 0,014 0,5 33 Trong dãy đó, độ bền nhiệt giảm độ dài liên kết tăng lượng liên kết giảm Trung tâm gia sư Tuệ Tâm Độ bền nhiệt phụ thuộc vào lượng liên kết phân tử, cịn nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sơi lại phụ thuộc vào lượng tương tác phân tử 13 Hỗn hợp đẳng phí (hay hỗn hợp đồng sơi) gì? - Tại hidro halogenua lại hay bốc khói khơng khí ẩm? - Tại dung dịch HCl nồng độ lớn 20% lại có tượng bốc khói khơng khí, nhỏ 20% khơng có tượng đó? Trả lời: - Hỗn hợp đẳng phí hay hỗn hợp đồng sơi hỗn hợp sôi nhiệt độ không đổi không thay đổi thành phần hỗn hợp áp suất khơng đổi Chất ngun chất có đặc tính thế, với hỗn hợp đồng sơi áp suất thay đổi nhiệt độ sôi mà thành phần hỗn hợp thay đổi theo Ví dụ hidro clorua tạo thành với nước hỗn hợp đồng sôi 110oC áp suất thường chứa 20,2% HCl Khi thay đổi áp suất, thành phần HCl hỗn hợp thay đổi: Áp suất (mmHg) 150 500 760 1000 2500 Thành phần HCl (%) 22,5 20,9 20,2 19,7 18,0 Các hidro halogenua khác tạo nên hỗn hợp đồng sơi có thành phần nhiệt độ sôi xác định - Với HF sôi 120oC thành phần HF 35,4%; với HBr hỗn hợp sôi 126oC, thành phần HBr 47%; với HI hỗn hợp sơi 127oC, thành phần HI 57% - Vì có độ tan lớn nước nên hidro clrua bốc khói khơng khí Khi đun nóng dung dịch HCl đặc lớn 20% khí hidro clorua bốc ra, cịn dung dịch 20% trước hết nước thoát nồng độ axit tăng Trong hai trường hợp đó, hàm lượng HCl axit đạt đến 20,2% (ở 760 mmHg) thu hỗn hợp đồng sơi điều giải thích tượng bốc khói dung dịch HCl đặc 14 Bằng cách xác định nhanh hàm lượng phần trăm HCl dung dịch biết khối lượng riêng dung dịch? - Hãy tính hàm lượng % HCl dung dịch có khối lượng riêng (g/cm3): 1,025; 1,050; 1,08; 1,135; 1,195 Trung tâm gia sư Tuệ Tâm - Hãy tính gần khối lượng riêng (g/cm3) dung dịch HCl hàm lượng HCl là: 12%, 20%, 30%, 32,5% Trả lời: Có thể xác định nhanh hàm lượng % HCl dung dịch cách nhân hai số sau dấu phẩy (của khối lượng riêng dung dịch) với Ngược lại biết thành phần % HCl dung dịch tính gần khối lượng riêng dung dịch - Ví dụ: dung dịch có khối lượng riêng 1,025g/cm3, hàm lượng HCl 2,5.2 = 5%, dung dịch có khối lượng riêng 1,195 g/cm3, hàm lượng HCl 19,5.2 = 39% - Dung dịch 32,5% khối lượng riêng 32,5:2 = 16,25 suy d =1,162 g/cm3 15 Tại axit HF lại axit yếu axit HX halogen lại axit mạnh? Tại axit HF lại tạo muối axit axit HX khác khơng có khả đó? Trả lời: - Một phần lượng liên kết HF lớn, phần khác hịa tan nước xảy q trình ion hóa tạo ta H3O+ F-, sau ion F- lại tương tác với phân tử HF tạo ion phức HF2-: HF + H2O HF + F- H3O+ + FHF2- Hoặc dạng tổng quát: 2HF + H2O H3O+ + HF2- Do phần phân tử HF liên kết tạo HF2- nên hàm lượng tương đối ion H3O+ khơng lớn, dung dịch axit flohidric có tính axit yếu (K = 7.10-4) - Vì nguyên nhân nên dung dịch axit flohidric có ion dạng H2F3-, H3F4-, trung hịa tạo muối axit K[HF2] (Tnc = 239oC); K[H2F3] (Tnc = 62oC) 16 Tính axit dãy từ HF đến HI thay đổi nào? Giải thích ngun nhân? Vai trị HI phản ứng sau có giống khơng? 2FeCl3 + 2HI Zn + 2HI 2FeCl2 + I2 + 2HCl ZnI2 + H2 Trung tâm gia sư Tuệ Tâm Trả lời: - Độ điện li dung dịch axit halogen hidric HX 0,1N % HF HCl HBr HI 92,6 93,5 95 Độ mạnh axit tăng từ HF đến HI độ dài liên kết tăng Axit flohidric axit yếu - Vai trò HI hai phản ứng khác 17 Viết phương trình phản ứng cho H2SO4 đặc tác dụng với hỗn hợp CaF2, SiO2 ứng dụng phản ứng? Trả lời: Axit sunfuaric tác dụng với canxi florua tạo axit flohidric, axit tác dụng với silic ddioxxit SiO2 + 4HF = 2H2O + SiF4 Sau silic tetraflorua tác dụng với HF dư tạo axit hecxan flosilixic H2SiF3 tan nước: SiF4 + 2HF = H2SiF3 18 Hãy giải thích HF phép đựng bình nhựa? Phản ứng xảy có khác không cho thủy tinh tác dụng với HF với HCl? Trả lời: - HF axit tác dụng với silic ddioxxit nên không đựng HF lọ thủy tinh Nên người ta đựng HF bình nhựa - Trong hai trường hợp sản phẩm tạo nhau: Na2O.CaO.6SiO2 + 14H2F2 Na2SiF6 + CaSiF6 + 4SiF4 + 14H2O Tuy nhiên thủy tinh bị dung dịch axit HF ăn mịn sản phẩm phản ứng chuyển vào dung dịch bề mặt bị ăn mòn trở nên suốt 19 Tại tính khử hidro halogenua tăng lên từ HF đến HI? Tại dung dịch HBr HI khơng thể để khơng khí? Hãy viết phương trình phản ứng cho oxi tác dụng với dung dịch axit halogenhidric? Trung tâm gia sư Tuệ Tâm Trả lời: - Vì độ bền với nhiệt giảm, lượng liên kết giảm nên tính khử hidro halogen tăng (ở trạng thái khí trạng thái tan dung dịch) - Khi tác dụng với oxi: HF + O2: khơng có phản ứng; HF hồn tồn khơng thể tính khử HCl + O2: dung dịch không xảy phản ứng, trạng thái khí xảy phản ứng thuận nghịch: HCl thể tính khử tác dụng với chất oxi hóa mạnh HBr HI chất khử mạnh, dung dịch chúng vốn suốt không màu, để lâu không khí dung dịch vàng dần tạo halogen tự do: 4HBr + O2 (kk) 4HI + O2 (kk) 2H2O + Br2 2H2O + 2I2 Trường hợp HI dung dịch nhuốm màu vàng nhanh so với dung dịch HBr 20 Tại hidrohalogenua lại tan mạnh nước? Khi cho hidro clorua tan nước có tượng gì? Tại dung dịch lại có tính axit? Hidro clorua lỏng có phải axit khơng? Trả lời: - Vì hidro halogenua hợp chất có cực nên tan mạnh dung mơi có cực - Khi tan nước, dung dịch có tính axit tạo với nước ion hidroxoni trạng thái lỏng chúng axit 21 Trong phịng thí nghiệm, hidro clorua điều chế cách nào? Nếu dùng dung dịch H2SO4 loãng NaCl loãng có tạo HCl? Trong phương pháp dùng để điều chế HBr HI không? Trả lời: - Điều chế hidro clorua cách cho NaCl tác dụng với H2SO4 đặc: NaCl + H2SO4 NaCl + NaHSO4 NaHSO4 + HCl Na2SO4 + HCl Trung tâm gia sư Tuệ Tâm Phản ứng thứ xảy mức độ đáng kể nhiệt độ thường đun nóng đến 250oC thực tế xảy hoàn toàn Phản ứng thứ hai xảy nhiệt độ cao khoảng 400- 500oC - Khi dùng H2SO4 lỗng NaCl lỗng phản ứng khơng tạo hidroclorua phần lớn cân chuyển dịch phía tạo H2SO4 phân li HCl Nhưng dùng dung dịch NaCl đậm đặc H2SO4 đặc đun nóng, cân chuyển dịch sang phải HCl dễ bay - Phương pháp dùng để điều chế HF khơng thể vận dụng cho HBr HI chúng chất khử mạnh: 2HBr + H2SO4 8HI + H2SO4 Br2 + SO2 + 2H2O 4I2 + H2S + 4H2O 22 Trong công nghiệp, axit HCl điều chế phương pháp nào? Phương pháp dựa nguyên tắc nào? Có thể vận dụng phương pháp cho axit halogen hidric khác khơng? Lí do? Trả lời: - Trong công nghiệp chủ yếu dùng phương pháp tổng hợp để điều chế hidro clorua, sau cho hấp thu nước tạo clohidric: H2 + Cl2 - 2HCl Phương pháp dựa sở phản ứng dây chuyền Phản ứng xảy chậm nhiệt độ thường, đun nóng mạnh có tia lửa điện, chiếu tia tử ngoại phản ứng xảy mãnh liệt Trước hết nhờ lượng hv tia tử ngoại (hoặc đốt nóng), phân tử clo phân li thành nguyên tử sau nguyên tử tác dụng với phân tử hidro tạo thành HCl nguyên tử hidro Nguyên tử hidro lại tác dụng với phân tử Cl2 tạo thành HCl nguyên tử clo Cl2 + hv Cl + Cl (kích thích ban đầu) Cl + H2 HCl + H H + Cl2 HCl + Cl Cl + H2 HCl + H Trung tâm gia sư Tuệ Tâm Do tạo dãy phản ứng phân tử kích thích ban đầu tạo hàng trăm ngàn phân tử HCl khác - Phương pháp khơng thể vận dụng để điều chế axit halogen hidric khác được, với HF phản ứng xảy mãnh liệt, với HBr HI cho hiệu suất thấp 23 Hãy trình bày hiểu biết halogenua ion - Những nguyên tố tạo hologenua ion? - Mức độ liên kết ion halogenua đó? Trả lời: - Halogenua ion halogen có mạng lưới tinh thể bao gồm ion Các kim loại kiềm: Na, K, Rb, Cs Các kim loại kiềm thổ: Mg, Ca, Sr, Ba Lantan, số lantanoit actinoit tạo halogenua dạng ion Ngoài số kim loại có nhiều mức oxi hóa tạo halogenua mức oxi hóa thấp kim loại - Mức độ ion liên kết hợp chất thay đổi tùy theo tính kim loại halogen Ví dụ: Kim loại có mức oxi hóa khác halogenua thấp có tính ion cao halogenua cao, chẳng hạn: PbCl2 hợp chất ion, PbCl4 hợp chất cộng hóa trị Cùng kim loại mức độ ion liên kết giảm dần từ florua đến iodua Chẳng hạn: AlF3 hợp chất ion AlI3 hợp chất cộng hóa trị 24 Tính chất halogenua ion? Trả lời: Halogenua ion có tính chất chủ yếu sau: nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sôi cao, mức độ ion phân tử lớn nhiệt độ nóng chảy cao Dẫn điện nóng chảy tan nước Đa số tan nước tạo ion hidrat hóa Khi halogenua ion độ tan tăng từ florua đến iodua (do lượng mạng lưới giảm bán kính ion halogenua tăng) Chẳng hạn halogenua kim loại kiềm, kiềm thổ chất Lantanoit Trung tâm gia sư Tuệ Tâm 25 Những ngun tố hình thành halogenua cộng hóa trị? Đặc tính loại hợp chất đó? Trả lời: - Những halogenua cộng hóa trị halogenua có mạng lưới phân tử Lực tương tác phân tử tinh thể lực Van der Waals Các nguyên tố không kim loại, kim loại mức oxi hóa cao tạo halogenua cơng hóa trị - Các halogenua cộng hóa trị có số đặc tính sau: nói chung dễ bay hơi; tan dung mơi khơng cực; khơng dẫn điện nóng chảy tan dung môi không cực, dễ dàng bị thủy phân tạo axit halogen hidric Chẳng hạn: BiCl3 + 3H2O Bi(OH)3 + 3HCl 26 So sánh tính bền, tính oxi hóa oxit Cl2O, ClO2, Cl2O6, Cl2O7? Tại oxit khơng thể điều chế phương pháp tổng hợp? Trả lời: Theo dãy Cl2O, ClO2, Cl2O6, Cl2O7 tính bền tăng, tính oxi hóa giảm Vì có độ điện âm gần tương đương nên điều chế phương pháp tổng hợp trực tiếp từ clo oxi mà phải điều chế phương pháp gián tiếp 27 Cấu trúc phân tử oxit Cl2O, ClO2, Cl2O7 - Trong oxit oxit có tính thuận từ? Lý do? - Bằng phản ứng chứng minh oxit clo anhidrit? Viết phương trình phản ứng? Trả lời: - Trong oxit clo ClO2 có tính thuận từ phân tử có electron chưa ghép đơi - Bằng phản ứng cho tác dụng với nước tạo axit phản ứng với dung dịch kiềm tạo muối để minh họa oxit anhidrit Cl2O anhidrit axit hipocloro ClO2 anhidrit hỗn tạp axit hipocloro HClO2 axit HClO3 Cl2O6 anhidrit hỗn tạp axit cloric axit pecloric HClO4 Cl2O7 anhhidrit axit pecloric Trung tâm gia sư Tuệ Tâm Chẳng hạn phản ứng: Cl2O + 2KOH 2ClO2 + 2KOH 2KClO + H2O KClO2 + KClO3 + H2O Cl2O6 + H2O HClO3 + HClO4 Cl2O7 + H2O 2HClO4 28 Trình bày vài đặc điểm oxit halogen? Trả lời: Một vài oxit: F Cl Br I OF2 Cl2O Br2O I2O4 O2F2 ClO2 Br3O3 I4O9 O3F2 Cl2O6 BrO3 O4F2 Cl2O7 BrO2 I2O5 Flo có độ âm điện lớn hon oxi nên oxit flo coi florua oxi, có OF2 tồn nhiệt độ phịng Nói chung hợp chất khơng bền dễ bị phân hủy, dễ nổ, nên có khả phản ứng Bền I2O5, chất rắn trắng, đến 300oC không bị phân hủy, điều chế cách khử nước axit iodic 200oC I2O4 coi muối iodyl iodat IO(IO)3, I4O9 muối iodat iod hóa trị ba I(IO3)3 29 Viết cơng thức axit chứa oxi halogen? Tên gọi axit muối tương ứng? Trả lời: Các halogen tạo axit chứa oxi sau: Tên gọi F Cl Br I Axit hipohalogeno HFO HClO HBrO HIO HBrO3 HIO3 Axit halogeno HClO2 Axit halogenic HClO3 Axit pehologenic HClO4 HIO4; H3IO5; H5IO6; H4I2O9 Trừ axit hipocloro, axit khác flo chưa điều chế Các axit bromo, axit pebromic, axit iodo chưa điều chế Trung tâm gia sư Tuệ Tâm Axit có khả tồn dung dịch dạng ion hidrat hóa khác nhau, chẳng hạn ion H2IO5- (IO4-.H2O); H4IO6- (IO4-.2H2O), axit meta peiodic HIO4 dạng đơn giản loại axit peiodic điều chế từ axit para peiodic H5IO6, cách khử H2O hoàn toàn 100o chân không Axit mezo peiodic H3IO5 tồn dung dịch 30 Nêu nhận xét tính bền, tính axit, tính oxi hóa axit hipohalogeno? Trả lời: Theo dãy HFO, HClO, HBrO, HIO, tính bền giảm, tính axit giảm, tính oxi hóa giảm HFO: có khả tách trạng thái tự do, nhiệt độ thấp chất rắn màu trắng, nhiệt độ nóng chảy -117oC Ba axit cịn lại bền tồn dung dịch lỗng khơng tách trạng thái tự Hằng số điện li axit HClO 3,4.10-8; HBrO 2.10-9 HIO 2,0.10-11 Thế tiêu chuẩn ứng với trình: 2HXO + 2H+ +2e X2 + 2H2O Giảm (với clo, Eo = 1,63V; với brom, Eo = 1,59V; với iod Eo = 1,45V) 31 Nước Clo gì? Nước Javen gì? Clorua vơi gì? Khi cho CO2 qua dung dịch nước Javen dung dịch Ca(OCl)2 có tượng xảy ra? Giải thích? Trả lời: - Nước clo dung dịch clo hòa tan nước mà thành phần chủ yếu HCl HClO; nước Javen dung dịch nước natri clorua natri hipoclorit; clorua vôi chất bột màu trắng mà thành phần chủ yếu canxi clorua hipoclorit CaOCl2 - Khi cho khí CO2 qua dung dịch nước Javen dung dịch canxi hipocloro có phản ứng sau đây: CO2 + H2O NaClO CO2 + H2O + Ca(OCl)2 NaHCO3 + HClO CaCO3 + 2HClO 32 Tại nước Clo, Javen, Clorua vôi có tác dụng tẩy màu? Từ chất ban đầu CaCO3, NaCl, phản ứng điều chế Clorua vôi? Viết phản ứng Trung tâm gia sư Tuệ Tâm Trả lời: - Do tác dụng CO2 khơng khí, tạo thành HClO Axit hipocloro đễ dàng phân hủy tạo HCl oxi dó có khả tẩy màu - Từ canxi cacbonat điều chế canxi hidroxit, từ natri clorua điều chế clo, sau điều chế clorua vơi  ... Tâm 17 Góc hóa trị phân tử hidrua florua số nguyên tố thuộc chu kỳ II có giá trị sau: X-C-X X-N-X X-O-X C2H4 12 0o NH3 10 7o H2O 10 4,5o C2F2 11 4o NF3 10 2o F2O 10 1,5o Hãy giải thích giảm góc hóa. .. có giá trị sau: HF HCl HBr HI Độ dài liên kết HX 1, 02 1, 28 1, 41 1,60 Năng lượng liên kết HX (Kcal/mol) 13 5 10 3 87 71 Phân hủy 10 00oC (%) không 0, 014 0,5 33 Trong dãy đó, độ bền nhiệt giảm độ dài... 14 Bằng cách xác định nhanh hàm lượng phần trăm HCl dung dịch biết khối lượng riêng dung dịch? - Hãy tính hàm lượng % HCl dung dịch có khối lượng riêng (g/cm3): 1, 025; 1, 050; 1, 08; 1, 135; 1, 195