hệ thống lý thuyết halogen

Cấu tạo, tính chất vật lí Câu 1: Hãy so sánh các đại lượng: Ái lực electron, năng lượng liên kết, năng lượng hiđrat hóa, thế tiêu chuẩn của Clo và Flo từ đó giải thích: a Tại sao khả nă

Trang 1

CHUYÊN ĐỀ THÁNG 3 : HỆ THỐNG BÀI TẬP LÝ THUYẾT NHÓM HALOGEN

Chuyên đề: Hệ thống bài tập lí thuyết về nhóm halogen

I.1 Đơn chất halogen

I.1.1 Cấu tạo, tính chất vật lí

Câu 1: Hãy so sánh các đại lượng: Ái lực electron, năng lượng liên kết, năng lượng hiđrat hóa, thế tiêu

chuẩn của Clo và Flo từ đó giải thích:

a) Tại sao khả năng phản ứng của Flo lại lớn hơn Clo?

b) Tại sao trong dung dịch nước Flo có tính oxi hóa mạnh hơn Clo

Hướng dẫn: So sánh:

Ta thấy rằng năng lượng liên kết và ái lực electron của Flo bé hơn Clo; năng lượng hidrat lớn và thế tiêu chuẩn của Flo lớn hơn Clo

a) Mặc dù có ái lực electron thấp hơn (có tính oxi hóa kém hơn) nhưng năng lượng liên kết trong phâ tử Flo

thấp hơn do đó khả năng phản ứng của Flo cao hơn Clo

b) Quá trình chuyển X2 → 2X- ở trong dung dịch phụ thuộc vào các 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 hiđrat hóa của anion X-

Với Flo, mặc dù năng lượng phân li phân tử thành nguyên tử và ái lực electron bé hơn Clo, nhưng năng lượng hiđrat hóa của Ion F- lại lớn hơn nhiều so với ion Cl- , do đó trong dung dịch nước, Flo có tính oxi hóa mạnh hơn Clo

*Nhận xét: Đối với bài này dùng để củng cố lại phần kiến thức về ái lực electron, năng lượng lien kết, năng lượng hiđrat hóa khi dạy xong phần lý thuyết khá trừu tượng này.

Câu 2: Tại sao Flo không thể xuất hiện mức oxi hóa dương trong các hợp chất hóa học?

Tại sao với Clo, Brom, Iot thì mức oxi hóa chẵn không phải là mức đặc trưng?

Hướng dẫn: Trong nguyên tử của các Halogen có một electron không ghép đôi, nên trừ Flo, chúng đều có khả

năng tạo ra mức oxi hóa +1 khi chúng liên kết với một nguyên tố khác có độ âm điện lớn hơn (ví dụ với Oxi) Nguyên tử của Clo (hoặc Brom, Iot) còn có những obitan chưa được lấp đầy, do đó có thể xảy ra các quá trình kích thích electron như sau:

Kết quả tạo ra 3, 5, 7 electron không ghép đôi ứng với các trạng thái hóa trị 3, 5, 7 của halogen Quá trình kích thích đó xảy ra dưới ảnh hưởng của những nguyên tử có độ điện âm mạnh hơn

Trang 2

Lớp ngoài cùng của nguyên tử Flo không có obitan d, muốn tạo ra trạng thái hóa trị lớn hơn 1 ở Flo, phải kích thích electron từ obitan 2p sang lớp thứ 3, không có nguyên tố nào có độ điện âm lớn hơn Flo để cung cấp năng lượng đủ thực hiện quá trình kích thích trên, do đó với Flo không thể xuất hiện mức oxi hóa dương và chỉ có thể có hóa trị một

Ngoài ra cũng cần chú ý rằng nếu trong nguyên tử, chẳng hạn có 5 electron không cặp đôi tham gia hình thành

4 liên kết, trong nguyên tử còn lại một electron không cặp đôi, điều đó gây ra khả năng phản ứng rất mạnh của phân tử được tạo ra, nên chúng là những hợp chất kém bền Chẳng hạn ClO2 là hợp chất có số lẻ electron

Cl O O

Là hợp chất chưa bão hòa hóa trị, do đó có khuynh hướng kết hợp hoặc nhường một electron:

ClO2 + e → ClO2- ClO2 - e → ClO2+

chủ yếu là khuynh hướng thứ nhất (Ái lực Electron của ClO2 là 3,43 eV); ClO2 rất không bền, dễ phân huỷ nổ,

có tính oxi hóa mạnh

* Nhận xét: Câu hỏi này giúp học sinh hiểu rõ bản chất về phân lớp d, sự phân bố các electron trong nguyên

tử, các electron ở các trạng thái kích thích và từ đó hiểu được bản chất về số oxihóa và các số oxihóa đặc trưng của các nguyên tố halogen Giáo viên dùng bài tập này để dạy khi mở đầu về đơn chất halogen

Câu 3 ( Trích đề thi HSG Sở GDĐT Hà Tĩnh 2012)

Năng lượng liên kết X-X (Kcal/mol) của các halogen có giá trị sau:

Hãy giải thích Tại sao từ F2 đến Cl2 năng lượng liên kết tăng, nhưng Cl2 đến I2 năng lượng liên kết giảm?

Hướng dẫn: Phương pháp Obitan phân tử đã mô tả cấu hình electron của các phân tử halogen như sau:

( )2

σS ( )* 2

σS ( )2

σZ ( )2

πx ( )2

πy ( ) ( )* 2 * 2

π

Nghĩa là hai nguyên tử halogen liên kết với nhau bằng một liên kết σ (σ z) Ngoài liên kết σ, trong phân tử Cl2,

Br2, I2 còn có một phần liên kết π

tạo ra bởi sự xen phủ của các obitan d

Trong phân tử Flo, liên kết chỉ được hình thành do một loạt các electron hóa trị, không có khả năng hình thành liên kết π

như trên vì không có các obitan d

Liên kết π

được hình thành đó là liên kết "cho nhận" tạo ra do cặp electron tự do của một nguyên tử và obitan d còn bỏ trống của nguyên tử khác; có thể mô tả theo sơ đồ sau:

Sự hình thành các liên kết π

đó đã làm cho phân tử các halogen bền rõ rệt Flo không có khả năng tạo ra liên kết π

nên phân tử Flo có năng lượng liên kết bé hơn so với Clo Từ Clo đến Iot do bán kính nguyên tử tăng, độ dài liên kết tăng:

nên năng lượng liên kết giảm

Trang 3

*Nhận xét: Câu hỏi này giúp học sinh hiểu rõ bản chất liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử halogen Đặc

biệt là khả năng tạo liên kết π

tạo ra bởi sự xen phủ của các obitan d.

Câu 4( Trích đề thi HSG 10 Sở GDĐT Hà Tĩnh 2015)

Cho bảng giá trị một số đại lượng của các đơn chất halogen sau:

(oC)

Năng lượng liên kết

Độ dài liên kết X – X

(Ao)

F2

Cl2

Br2

I2

- 187,9

- 34,1 58,2 184,5

159 242 192 150

1,42 1,99 2,28 2,67

Nhận xét và giải thích sự biến đổi: nhiệt độ sói, năng lượng liên kết và độ dài liên kết cho trên

Hướng dẫn: Từ bảng ta nhận thấy các giá trị sau: nhiệt độ sói, độ dài liên kết tăng dần từ F2 đến I2 Năng lượng liên kết từ F2 đến Cl2 tăng lên rồi sau đó giảm dần từ Cl2 đến I2

Giải thích: - Từ F2 đến I2 vì khối lượng phân tử tăng nên nhiệt độ sôi

tăng Độ dài liên kết tăng từ F2 đến I2 do bán kính nguyên tử tăng từ F đến I

Năng lượng liên kết của F2 bé hơn của Cl2 bởi vì trong phân tử Cl2 ngoài liên kết tạo bởi sự xen phủ của hai obitan p thì còn cñ sự xen phủ của obitan d và obitan p mà ở trong phân tử F2 khóng cñ xen phủ của obitan d

*Nhận xét:Câu hỏi này nhằm củng cố về độ phân cực của liên kết, bán kính nguyên tử, và sự ảnh hưởng của các đại lượng này đến nhiệt độ sôi của các đơn chất halogen.

Câu 5: a) Tại sao các halogen không tan trong nước nhưng tan trong benzen?

b) Tại sao Iot tan ít trong nước nhưng lại tan trong dung dịch kali iođua?

Hướng dẫn:

a) Các chất có xu hướng tan nhiều trong chất lỏng giống với chúng Các halogen là những chất không cực nên ít

tan trong dung môi có cực (ví dụ: H2O) và tan nhiều trong dung môi không cực

b) Trường hợp Iot tan nhiều trong dung dịch KI vì tạo ra Ion I3- theo phản ứng:

I2 + I- → I3

-*Nhận xét:Câu hỏi này nhằm để củng cố về ảnh hưởng của độ phân cực đến tính tan của các halogen Cung

cấp cho học sinh hiểu được bản chất quá trình hòa tan các chất trong dung môi và khả năng đặc biệt của iốt.

II.1.2 Tính chất hóa học

Câu 1: Bằng phản ứng với hidro hãy chứng minh rằng tính oxi hóa của các halogen giảm dần từ Flo đến Iot.

chứng minh

F2 + H2 → 2HF ∆Η

= -288,6 KJ/mol

Nổ mạnh ngay ở nhiệt độ rất thấp -2520C và trong bóng tối

Cl2 + H2 → 2HCl ∆Η

= -92,3 KJ/mol Nổ khi chiếu sáng hoặc đun nóng

Br2 + H2 → 2HBr ∆Η

= -35,98 KJ/mol Nhiệt độ cao, không nổ

I2 + H2O ⇌ 2HI ∆Η

= 25,9 KJ/mol Nhiệt độ cao hơn, 2 chiều, không nổ

Trang 4

*Nhận xét: Bài này dùng để củng cố về tính oxihóa của các đơn chất halogen Giúp học sinh hiểu được mức độ tính oxihóa dựa vào các loại phản ứng của các đơn chất halogen Hướng dẫn học sinh lấy thêm phản ứng giữa các halogen với nước, và với các muối hlogen khác.

Câu 2 :Trình bày các phản ứng khi cho các halogen tác dụng với nước.

b) Flo có khả năng oxi hóa nước giải phóng oxi, các halogen khác có tính chất này không? Giải thích

Hướng dẫn: a) Các halogen tác dụng với H2O theo các phương trình phản ứng sau:

2F2 + 2H2O → 4HF + O2

Cl2 + H2O ⇌ 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 năng phản ứng từ Flo đến Iot giảm

b) So sánh thế oxi hóa-khử chuẩn để xác định:

O2 + 4H+ (10-7 ion-g/l) + 4e = 2H2O E0=+0,81V

F2 + 2e →2F- E0= +2,86 V

Cl2 + 2e → 2Cl- E0= +1,36V

Br2 + 2e → 2Br- E0= +1,07V

I2 + 2e → 2I- E0= +0,53V

Chẳng hạn với trường hợp Flo:

2F2 + 2H2O → 4HF + O2 ∆ E0=2,06V

Như vậy Flo đã phản ứng mạnh với nước

Với Clo và Brom thực tế đòi hỏi năng lượng hoạt hóa cao; với Iot không có khả năng đó

*Nhận xét: Bài này dùng để củng cố về tính oxihóa của các đơn chất halogen Giúp học sinh hiểu được mức

độ tính oxihóa dựa vào các loại phản ứng của các đơn chất halogen và nhấn mạnh lại tính oxihóa mạnh của đơn chất Flo.

Câu 3:Tại sao khi cho các halogen tác dụng với kim loại lại tạo ra những hợp chất ứng với số oxi hóa tối đa

của các kim loại đó? Lấy ví dụ để minh họa

b) Tại sao Flo là chất oxi hóa mạnh nhưng Cu, Fe, Ni, Mg không bị Flo ăn mòn?

Hướng dẫn:

a) Với các kim loại có nhiều mức oxi hóa thì các hợp chất ứng với mức oxi hóa thấp đều có tính khử, trong khi

đó các halogen lại là chất oxi hóa mạnh

b) Khi chất rắn tương tác với chất khí, khả năng phản ứng phụ thuộc vào cấu trúc của chất rắn được tạo ra

Sản phẩm do phản ứng của Flo với các kim loại trên tạo ra bám chắc vào bề mặt chất rắn tương tác thì nó sẽ ngăn cản phản ứng tiếp diễn

*Nhận xét:Bài này một lần nữa khẳng định tính oxihóa mạnh của các đơn chất halogen Đồng thời cung cấp

cho học sinh về khả năng tương tác giữa Flo với một số kim loại tạo lớp rắn ngăn cách khong cho phản ứng tiếp tục xẩy ra, do đó một số kim loại không bị Flo ăn mòn mặc dù Flo hoạt động mạnh.

Câu 4: Viết phương trình phản ứng khi cho dung dịch nước Clo tác dụng với dung dịch NaOH, dung dịch KI,

dung dịch Natri Thiosunfat

Hướng dẫn:

Clo tác dụng với KI tạo ra I2 cho dung dịch màu nâu, sau đó Clo dư tác dụng với I2 tạo ra IO3- làm cho dung dịch mất màu

Cl2 + 2KI → I2 + 2KCl

5Cl2 + I2 + 6H2O → 2HIO3 + 10HCl

Cl2 + 2NaOH → NaCl + NaClO + H2O

4Cl2 bão hòa + Na2S2O3 + 5H2O → Na2SO4 + H2SO4 + 8 HCl (Tương tự với Brom)

Trang 5

t0 thường

700C t0 thường

*Nhận xét: Bài này dùng để củng cố tính chất hóa học của clo Khẳng định lại clo có tính oxihóa mạnh,

mạnh hơn Br2, I2.

Câu 5: a) Cho các Halogen Cl2 , Br2 , I2 tác dụng với nước, với dung dịch KOH có những phương trình phản ứng nào xảy ra

b)Khi cho Cl2 tác dụng với dung dịch KOH loãng sau đó đun nóng dung dịch từ từ lên 7000C người ta thu được chất gì? Viết các phương trình phản ứng

Hướng dẫn

a) Các Halogen tác dụng với H2O (xem câu trên) Khi cho các Halogen tác dụng với dung dịch kiềm, phản

3XO- ⇌ 2X- + XO3

-(X = Cl, Br, I) Sự phân hủy đó phụ thuộc vào bản chất của các Halogen và nhiệt độ

ClO-: phân hủy chậm ở nhiệt độ thường, nhanh khi đun nóng

BrO-: phân hủy chậm ở nhiệt độ thấp, nhanh ở nhiệt độ thường

IO-: phân hủy ở tất cả các nhiệt độ

Như vậy quá trình phân hủy đó tăng khi nhiệt độ tăng; từ Clo đến Iot quá trình phân hủy tăng Do đó, khi cho các Halogen tác dụng với dung dịch kiềm, phản ứng xảy ra theo các phương trình:

Cl2 + 2KOH KCl + KClO + H2O

3Cl2 + 6KOH 5KCl + KClO3 + 3H2O

3Br2 + 6KOH 5 KBr + KBrO3 + 3H2O

3I2 + 6KOH → 5KI +KIO3 + 3H2O

b) Khi cho Cl2 tác dụng với dung dịch KOH loãng ở nhiệt độ thường tạo ra KClO, khi đun nóng lên 70oC,

phân hủy tạo ra KClO4 và KCl, khi đun nóng cao hơn nữa KClO4 phân hủy thành KCl và O2

*Nhận xét: Bài này dùng để củng cố tính chất hóa học của clo, brom, iốt Khẳng định lại các halogen có tính oxihóa mạnh Đồng thời chỉ cho học sinh thấy các sản phẩm khác nhau trong các điều kiện phản ứng khác nhau.

Câu 6 : Dung dịch A gồm hai muối: Na2SO3 và Na2S2O3 Lấy V ml dung dịch A trộn với lượng dư khí Cl2

rồi cho sản phẩm thu được tác dụng với BaCl2 dư thì thu được kết tủa Lấy V ml dung dịch trên nhỏ vài giọt

hồ tinh bột rồi đem chuẩn độ bằng iot thì đến khi dung dịch bắt đầu xuất hiện màu xanh tím Cho V ml dung

dịch A tác dụng với dung dịch HCl dư thu được kết tủa Viết phương trình phản ứng xảy ra.

Hướng dẫn:

Phản ứng: Na2S2O3 + 4Cl2 + 5H2O → 2NaHSO4 + 8HCl

Na2SO3 + Cl2 + H2O → Na2SO4 + 2HCl

Na2SO4 + BaCl2 → NaCl + BaSO4

I2 + 2Na2S2O3 → Na2S2O6 + 2NaI

Na2S2O3 + 2HCl → 2NaCl + SO2 + S + H2O

*Nhận xét: Bài này dùng để cũng cố tính chất hóa học của clo, iốt Cũng cố cho học sinh kỹ năng quan sát

và tiến hành thí nghiệm.

I.3 Phản ứng điều chế

Câu 1: (Trích đề thi HSG Sở GDĐT Hà Tĩnh 2016)

Trang 6

điện phân

UV

Từ muối ăn điều chế được dung dịch có tính tẩy màu, từ quặng florit điều chế được chất có thể ăn mòn thủy

tinh, từ I2 điều chế một chất pha vào muối ăn để tránh bệnh bướu cổ cho người dùng, từ O2 điều chế chất diệt trùng Em hãy viết phương trình phản ứng điều chế các chất như đã nói ở trên, biết mỗi chất chỉ được viết một phương trình phản ứng

Hướng dẫn:

* CaF2 rắn + H2SO4 đặc CaHSO4 + HF

* I2 + 2K 2KI

*Nhận xét:Câu hỏi này vừa kiểm tra được tính chất, phương pháp điều chế, vừa lồng ghép được mảng liên hệ thực tiễn cho học sinh.

Câu 2: a) Bằng cách nào có thể thu được Flo từ HF?

b) Tại sao không thể điều chế Flo bằng phương pháp điện phân dung dịch nước có chứa ion Florua?

c) Flo là chất oxi hóa mạnh nhưng tại sao khi điều chế Flo bằng phương pháp điện phân thì thùng điện phân

và cực âm lại làm bằng đồng hoặc bằng thép?

Hướng dẫn:

a) Điện phân hỗn hợp lỏng gồm KF và HF thu được H2, F2

b) Vì rằng thế điện cực của Flo rất lớn, Flo tác dụng với nước rất mạnh nên không thể điều chế Flo bằng

phương pháp điện phân dung dịch nước có chứa Ion Florua, mà phải điện phân một hỗn hợp nóng chảy gồm KF

và HF

c) Khi chất rắn tương tác với chất khí, khả năng phản ứng phụ thuộc vào cấu trúc của chất rắn được tạo ra.

Sản phẩm do phản ứng của Flo với đồng hoặc thép tạo ra bám chắc vào bề mặt chất rắn nên nó sẽ ngăn cản phản ứng tiếp diễn

*Nhận xét:Câu hỏi này giúp học sinh cũng cố kiến thức về phương pháp điều chế flo,học sinh sẽ hiểu và so sánh với các halogen khác, đồng thời cũng giúp học sinh nhớ lại flo không phá hủy kim loại Cu.

Câu 3: Khi điều chế clo trong phòng thí nghiệm bằng phản ứng giữa dung dịch HCl đặc và MnO2 đun nóng Khí clo thoát ra thường lẫn hơi nước và HCl Đề xuất phương pháp làm tinh khiết Cl2 và giải thích cách làm đó Dẫn khí Cl2 lẫn hơi H2O và HCl qua dung dịch NaCl bão hòa rồi dẫn qua dung dịch H2SO4 đặc

trong nước do có cân bằng:

Cl2 + H2O H+ + Cl- + HClO

NaCl → Na+ + Cl-

Thêm Cl- cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch để giảm độ tan của Cl2

*Nhận xét: Câu hỏi này dùng để cũng cố kiến thức về điều chế clo trong phòng thí nghiệm, giúp học sinh có được kỹ năng thu khí clo và làm mất các tạp chất có trong sản phẩm, đồng thời giúp học sinh hiểu được vai trò của các chất trng sơ đồ điều chế.

Câu 4: Trong phòng thí nghiệm người ta điều chế Clo bằng phương pháp cho KMnO4 tác dụng với HCl

a) Tại sao không thể dùng phương pháp đó để điều chế Flo ?

b) Có thể điều chế Brom và Iot bằng phương pháp đó được không?

c) Có thể thay KMnO4 bằng MnO2 Hoặc K2Cr2O7 được không?

Hướng dẫn: So sánh thế điện cực chuẩn:

a) Flo có tính oxi hóa mạnh hơn KMnO4

b) KMnO4 có tính oxi hóa mạnh hơn Br2 và I2 nên có thể oxi hóa Br2 và I2 tạo ra BrO3- và IO3-

Trang 7

c) Có thể thay KMnO4 bằng MnO2 hoặc K2Cr2O7 nhưng phải dùng HCl đặc và phải đun nóng dùng thế điện cực tương đương nhau (E0Cl2/2Cl-=1,36V; E0Cr2O72-/Cr3+ trong môi trường axit là 1,36V)

*Nhận xét:Câu hỏi này giúp học sinh cũng cố kiến thức về phương pháp điều chế clo, hiểu rõ bản chất tính oxihóa mạnh của Flo Ôn tập lại phần thế điện cực chuẩn, trước khi dạy phần này giáo viên nên có một chuyên

đề về E 0 và cung cấp cho học sinh về các giá trị E 0

II.2 Hợp chất của các halogen

II.2.1 Hợp chất với hiđro, halogenua

Câu 1: Độ bền đối với nhiệt từ HF đến HI thay đổi như thế nào? Có phù hợp với sự thay đổi nhiệt độ nóng chảy

và nhiệt độ sôi không?

Hướng dẫn: Độ dài liên kết HX, năng lượng liên kết và độ bền đối với nhiệt trong dãy từ HF đến HI có các giá

trị sau:

Trong dãy đó, độ bền đối với nhiệt giảm do độ dài liên kết tăng và năng lượng liên kết giảm Độ bền đối với nhiệt chỉ phụ thuộc vào năng lượng liên kết của phân tử, còn nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi lại phụ thuộc vào năng lượng tương tác giữa các phân tử

*Nhận xét: Bài này dùng để củng cố về độ dài, độ bền liên kết, nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy của các HX

Và sự ảnh hưởng của các yếu tố đó đến nhiệt độ sôi.

Câu 2: a) Tính axit trong dãy từ HF đến HI thay đổi như thế nào? Giải thích nguyên nhân?

b) Vai trò của HI trong các phản ứng sau đây có giống nhau không? 2FeCl3 +2HI → 2FeCl2 + I2 +2HCl (1) Zn+2HI → ZnI2 + H2 # (2)

Hướng dẫn:

a) Độ điện li α của các dung dịch axit halogen hiđric HX 0,1N.

độ mạnh của axit tăng từ HF đến HI do độ dài liên kết tăng (xem bài số 23)

Axit Flohidric là một axit yếu

b) Vai trò của HI trong hai phản ứng đó khác nhau: Ở (1) Khử, ở (2) oxi hóa

*Nhận xét: Bài tập này dùng để củng cố về tính axít của các HX, giúp học sinh hiểu hơn về bản chất liên kết ảnh hưởng đến khả năng phân li ra H +

Câu 3:

a) Tại sao axit HF lại là axit yếu trong đó các axit HX của các halogen còn lại là axit mạnh? b) Tại sao axit HF lại tạo ra muối axit còn các axit HX khác không có khả năng đó?

Hướng dẫn:

a) Một phần vì năng lượng liên kết HF rất lớn, một phần khác vì khi hòa tan trong nước xảy ra quá trình

Ion hóa tạo ra H3O+ và F-, sau đó Ion F- lại tương tác với phân tử HF tạo ra ion phức HF2-:

HF + H2O H⇌ 3O+ + F

-HF + F- HF⇌ 2

-Hoặc ở dạng tổng quát:

2HF + H2O H⇌ 3O+ + HF2

Trang 8

-CHUYÊN ĐỀ THÁNG 3 : HỆ THỐNG BÀI TẬP LÝ THUYẾT NHÓM HALOGEN

Do một phần phân tử HF liên kết tạo ra HF2- nên hàm lượng tương đối của Ion H3O+ không lớn, vì vậy dung dịch axit Flohidric có tính axit yếu (K= 7.10-4)

Các axit HX khác không có khả năng đó vì không có quá trình trên, năng lượng liên kết nhỏ hơn, bán kính của

X lớn hơn Chúng là các axit mạnh

b) Vì nguyên nhân trên nên trong dung dịch axit Flohidric có các Ion dạng H2F3-, H3F4-, H4F5-… Khi trung hòa tạo ra các muối axit như K[HF2] (Tnc= 2390C); K[H2F3] (Tnc= 620C); K[H3F4] (Tnc=600C); K[H4F5] (Tnc= 730C)

*Nhận xét: Bài này dùng để ôn tập về tính axít yếu của HF, khả năng đặc biệt của HF so với các HX khác Giúp học sinh hiểu được bản chất về liên kết.

Câu 4: a) Hãy giải thích tại sao HF chỉ được phép đựng trong các bình bằng nhựa.

b) Phản ứng xảy ra có khác nhau không khi cho thủy tinh tác dụng với HF và với HCl?

c) Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của các hidro halogenua thay đổi như thế nào? Giải thích nguyên nhân

Hướng dẫn:

a) SiO2 + 4HF → 2H2O+ SiF4

b) Trong cả hai trường hợp sản phẩm tạo ra đều như nhau:

Na2O.CaO.6SiO2 + 14H2F2 → Na2SiF6 + CaSiF6 + 4SiF4 + 14 H2O

Tuy nhiên khi thủy tinh bị dung dịch axit Flohiđric ăn mòn thì sản phẩm phản ứng sẽ chuyển vào dung dịch và

bề mặt bị ăn mòn sẽ trở nên trong suốt

Hướng dẫn: Từ HF đến HCl: Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi giảm Từ HCl đến HI nhiệt độ nóng chảy và

nhiệt độ sôi tăng

Các hidro halogenua tương tác với nhau bằng lực tương tác giữa các phân tử gồm lực định hướng, lực khuếch tán và lực cảm ứng Nhưng năng lượng tương tác cảm ứng thường rất bé so với năng lượng tương tác định hướng và tương tác khuếch tán, do đó ảnh hưởng của tương tác cảm ứng đến nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi

có thể bỏ qua

Năng lượng tương tác định hướng giảm từ HF đến HI do độ phân cực của phân tử giảm Năng lượng tương tác khuếch tán tăng lên trong dãy do sự tăng bán kính nguyên tử của các halogen và sự giảm độ phân cực của liên kết trong phân tử

Từ HF đến HCl, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi giảm do giữa các phân tử HF phát sinh được liên kết Hidro, đồng thời năng lượng tổng quát của tương tác giữa các phân tử giảm do tương tác định hướng giảm

Từ HCl đến HI năng lượng tương tác khuếch tán chiếm ưu thế so với tương tác định hướng vì vậy nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tăng

*Nhận xét: Bài tập này cung cấp cho học sinh phương pháp bảo quản HF trong phòng thí nghiệm, từ đó giúp học sinh hiểu được bản chất của vấn đề Đồng thời, giúp học sinh nắm được kiến thức về nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy cảu các HX.

Câu 5: a) Tại sao tính khử của các hidro halogenua tăng lên từ HF đến HI?

b) Tại sao các dung dịch axit Bromhiđric và axit Iothiđric không thể để trong không khí? Hãy viết các phương trình phản ứng khi cho Oxi tác dụng với dung dịch axit halogenhiđric

Hướng dẫn:

a) Vì độ bền đối với nhiệt giảm, năng lượng liên kết giảm nên tính khử của các hidro halogenua tăng (ở trạng

thái khí cũng như ở trạng thái tan trong dung dịch)

b) Khi tác dụng với Oxi:

HCl + O2 : trong dung dịch không xảy ra phản ứng, nhưng ở trạng thái khí thì xảy ra phản ứng thuận nghịch:

HCl chỉ thể hiện tính khử khi tác dụng với chất oxi hóa mạnh

t < 600 0 C

t > 600 0 C

Trang 9

HBr và HI đều là những chất khử mạnh, dung dịch của chúng vốn là trong suốt và không màu, nhưng để lâu trong không khí dung dịch sẽ vàng dần do tạo ra các halogen tự do:

4HBr + O2 (KK) → 2H2O + 2Br2

4HI + O2 (KK) → 2H2O + 2I2

Trường hợp HI dung dịch nhuốm màu vàng nhanh hơn so với dung dịch HBr

* Nhận xét: Bài tập này ôn tập về nguyên nhân gây ra tính khử tăng dần từ HF đến HI và độ bền của các HX trong không khí, mức độ tính khử của các HX.

Câu 6: a) Tại sao hidrohalogenua lại tan rất mạnh trong nước? b) Khi cho hidro clorua tan trong nước có hiện tượng gì? Tại sao dung dịch lại có tính axit? Hidro clorua lỏng

có phải là axit không?

Hướng dẫn:

a) Vì các hidro halogenua đều là những hợp chất có cực nên tan rất mạnh trong dung môi có cực.

b) Khi tan trong nước, dung dịch có tính axit vì tạo ra với nước ion hidroxoni H3O+

Ở trạng thái lỏng chúng không phải là axit

*Nhận xét: Bài tập này giúp học sinh hiểu khả năng tan trong nước của các HX, và nguyên nhân gây ra tính axit của các HX

Câu 7: a) Trong phòng thí nghiệm, hidro clorua được điều chế bằng cách nào?

c) Phương pháp trên có thể dùng để điều chế HBr và HI được không?

Hướng dẫn:

a) Điều chế hidro clorua bằng cách cho NaCl tác dụng với H2SO4 đặc, đun nóng:

NaCl + H2SO4 → NaHSO4 + HCl↑

NaCl + NaHSO4 → Na2SO4 + HCl↑

ra hoàn toàn Phản ứng thứ hai xảy ra ở nhiệt độ cao hơn khoảng 400-5000C

b) HF, HCl là những khí dễ tan trong nước do đó phải dùng muối khan và axit H2SO4 đặc để tránh sự hòa tan

của các khí

dịch về phía tạo ra H2SO4 ít phân li hơn HCl Nhưng nếu dùng dung dịch NaCl đậm đặc và H2SO4đặc thì khi đun nóng, cân bằng có thể chuyển dịch sang phải vì HCl dễ bay hơi hơn

c) Phương pháp trên có thể dùng để điều chế HF nhưng không thể vận dụng cho HBr và HI vì chúng đều là chất

khử mạnh

*Nhận xét: Qua bài tập này học sinh sẽ hiểu được cách điều chế HCl, và so sánh khả năng thể hiện tính khử của HCl với HI, HBr Từ đó hiểu được bản chất của phương pháp sunfat.

Câu 8 (Trích Đề chọn HSGQG - 2003- Bảng B)

a) Nhôm clorua khi hoà tan vào một số dung môi hoặc khi bay hơi ở nhiệt độ không quá cao thì tồn tại

ở dạng đime (Al2Cl6) Ở nhiệt độ cao (700OC) đime bị phân li thành monome (AlCl3) Viết công thức cấu tạo Lewis của phân tử đime và monome; Cho biết kiểu lai hoá của nguyên tử nhôm, kiểu liên kết trong mỗi phân

tử ; Mô tả cấu trúc hình học của các phân tử đó

b) Phân tử HF và phân tử H2O có momen lưỡng cực, phân tử khối gần bằng nhau (HF 1,91 Debye, H2O 1,84 Debye, MHF 20, MH

2

O = 18); nhưng nhiệt độ nóng chảy của hiđroflorua là −83OC thấp hơn nhiều so với nhiệt độ nóng chảy của nước đá là 0OC, hãy giải thích vì sao?

Hướng dẫn:

Trang 10

: Cl Cl

.: :

.

Cl :

: Cl :

a) Viết công thức cấu tạo Lewis của phân tử đime và monome.

Nhôm có 2 số phối trí đặc trưng là 4 và 6 Phù hợp với quy tắc bát tử, cấu tạo Lewis của phân tử đime và monome:

Cl Cl Cl

Monome : Cl − Al − Cl : ; Đime Al Al

∗ Kiểu lai hoá của nguyên tử nhôm : Trong AlCl3 là sp2 vì Al có 3 cặp electron hoá trị

*Trong Al2Cl6 là sp3 vì Al có 4 cặp electron hoá trị

∗ Liên kết trong mỗi phân tử:

AlCl3 có 3 liên kết cộng hoá trị có cực giữa nguyên tử Al với 3 nguyên tử Cl

Al2Cl6: Mỗi nguyên tử Al tạo 3 liên kết cộng hoá trị với 3 nguyên tử Cl và 1 liên kết cho nhận với 1 nguyên tử

Cl (Al: nguyên tử nhận; Cl nguyên tử cho)

Trong 6 nguyên tử Cl có 2 nguyên tử Cl có 2 liên kết, 1 liên kết cộng hoá trị thông thường và 1liên kết cho nhận

yếu tố:

- Khối lượng phân tử càng lớn thì nhiệt độ nóng chảy càng cao

- Lực hút giữa các phân tử càng mạnh thì nhiệt độ nóng chảy càng cao Lực hút giữa các phân tử gồm: lực liên kết hiđro, lực liên kết van der Waals (lực định hướng,lực khuếch tán)

khá bền, đáng lẽ hai chất rắn đó phải có nhiệt độ nóng chảy xấp xỉ nhau, HF có nhiệt độ nóng chảy phải cao hơn của nước (vì HF momen lưỡng cực lớn hơn, phân tử khối lớn hơn, liên kết hiđro bền hơn)

Tuy nhiên, thực tế cho thấy Tnc(H2O) = OOC > Tnc(H2O) = −83OC

∗ Giải thích:

Mỗi phân tử H−F chỉ tạo được 2 liên kết hiđro với 2 phân tử HF khác ở hai bên H−F×××H−F×××H−F Trong HF rắn các phân tử H−F liên kết với nhau nhờ liên kết hiđro tạo thành chuỗi một chiều, giữa các chuỗi đó liên kết với nhau bằng lực van der Waals yếu Vì vậy, Khi đun nóng đến nhiệt độ không cao lắm thì lực van der Waals giữa các chuỗi đã bị phá vỡ, đồng thời một phần liên kết hiđro cũng bị phá vỡ nên xảy ra hiện tượng nóng chảy

Mỗi phân tử H−O−H có thể tạo được 4 liên kết hiđro với 4 phân tử H2O khác nằm ở 4 đỉnh của tứ diện Trong nước đá mỗi phân tử H2O liên kết với 4 phân tử H2O khác tạo thành mạng lưới không gian 3 chiều Muốn làm nóng chảy nước đá cần phải phá vỡ mạng lưới không gian 3 chiều với số lượng liên kết hiđro nhiều hơn so với ở HF rắn do đó đòi hởi nhiệt độ cao hơn

Br 2+ H2SO4 → Br2 + SO2 + 2H2O 8HI + H2SO4 → 4I2 + H2S + 4H2O

*Nhận xét:Bài tập đề cập đến phần kiến thức về liên kết tương đối bản chất và có tính chiều sâu, khi dùng bài này dạy giáo viên cần nhắc lại cho học sinh về các trạng thái lai hóa, cách phân bố electron vào obitan nguyên

tử, khả năng tạo liên kết cho nhận Và lấy ví dụ một số trường hợp tương tự.

II.2.1 Hợp chất có chứa oxi của các halogen

Câu 1:

a) Nước Clo là gì? Nước Javen là gì? Clorua vôi là gì? Các chất đó được dùng làm gì? b) Khi cho CO2 qua dung dịch nước Javen hoặc dung dịch Ca(OCl)2 có hiện tượng gì xảy ra? Giải thích

Hướng dẫn:

a) Nước Clo là dung dịch Clo hòa tan trong nước mà thành phần chủ yếu là axit Clohidric HCl và axit

hipoclorơ HClO; nước javen là dung dịch trong nước của Natri Clorua và Natri hipoclorit; clorua vôi là chất bột màu trắng mà thành phần chủ yếu là Canxi clorua hipoclorit CaOCl2

: .

Định dạng
Số trang	19
Dung lượng	134,53 KB