BÀI TẬP HÓA HỌC VÔ CƠ PHẦN 1

những khoảng trống được hình thành khi các phân tử nước liên kết với nhau bằng liên kết hidro, ở áp suất cao các nguyên tử khí trơ đã thâm nhập vào các khoảng trống đó, các nguyên tử khí

BÀI TẬP HÓA HỌC VÔ CƠ PHẦN 1

( CÓ ĐÁP ÁN) Bài 1: KHÍ TRƠ (He – Ne – Ar – Kr – Xe)

1 Trình bày đặc điểm của khí trơ? (Cấu trúc electron, bán kính nguyên tử, năng lượng ion hóa) Nhận xét và cho kết luận về khả năng phản ứng của các nguyên tố đó?

- Từ He đến Rn, năng lượng ion hóa giảm nên khả năng phản ứng tăng, nhất là Kr

và Xe đều có hoạt tính hóa học cao

- Các hợp chất của Kr và Xe đều là các chất oxi hóa mạnh, chúng có khả năng tạo

ra các hợp chất ứng với các mức oxi hóa +2; +4; +6; +8

- Hợp chất ứng với mức oxi hóa cao có tính oxi hóa mạnh và có tính axit, chẳng hạn dung dịch axit H 4 XeO 6

2 Nhiệt độ nóng chảy của các khí trơ có các giá trị sau:

3 Thể Ion hóa thứ nhất của các khí trơ có các giá trị sau:

dễ dàng tách khỏi nguyên tử, vì thế ion hóa giảm

4 Mức oxi hóa đặc trưng của Kr, Xe và Rn? Tại sao các mức độ lại không đặc trưng đối với các khí trơ còn lại?

Từ nhận xét trên hãy giải thích hoạt tính hóa học của các khí trơ? Nêu ví dụ minh họa

Trả lời:

- Dựa vào sự hình thành các electron độc thân khi kích thích nguyên tử để chuyển electron từ trạng thái ghép đôi sang trạng thái độc thân để giải thích khả năng hình thành các mức oxi hóa khác nhau Ví dụ: giải thích sự hình thành mức oxi hóa +2 của Xe như sau:

Với He không có khả năng đó

- Các electron độc thân ở trạng thái cao nên không bền, dễ dàng trở về trạng thái

có năng lượng thấp ban đầu, do đó gây ra tính oxi hóa ở bậc oxi hóa cao

- Do năng lượng ion hóa giảm từ He đến Rn nên các khí trơ có khả năng tương đối

dễ dàng tạo ra các hợp chất có hóa trị cao

Liên kết trong các hợp chất đó đều là liên kết cộng hóa trị

- Các hợp chất của khí trơ đều ít bền, dễ bị phân hủy, có tính oxi hóa mạnh

5 Hãy giải thích nguyên nhân hình thành các Hidrat của khí trơ dạng X.6H2O (X = Ar, Kr, Xe) Các hidrat có phải là hợp chất hóa học không?

Trả lời:

Các hidrat của khí trơ dạng X.6H 2 O là những hợp chất hóa học Các hidrat đó được hình thành ở nhiệt độ thấp và ở áp suất cao khi bão hõa khí trơ Trong tinh thể nước đá có

những khoảng trống được hình thành khi các phân tử nước liên kết với nhau bằng liên kết hidro, ở áp suất cao các nguyên tử khí trơ đã thâm nhập vào các khoảng trống đó, các nguyên tử khí trơ tương tác với các phân tử nước nhờ có lực khuếch tán, lực này không đủ để hình thành hợp chất phức, do đó các hợp chất của khí trơ không phải là loại hợp chất hóa học thực sự

He và Ne không có khả năng hình thành những hợp chất tương tự, vì He và Ne có kích thước bé nên dễ dàng khuếch tán ra khỏi tinh thể nước đá

6 Tại sao nguyên tử Xenon không tạo ra phân tử Xe2 mặc dù có khả năng tạo ra liên kết hóa học với nguyên tử Flo hoặc Oxi?

Trả lời:

Muốn hình thành liên kết giữa hai nguyên tử để tạo ra phân tử hai nguyên tử thì phải tạo

ra hai electron không ghép đôi, điều đó đòi hỏi năng lượng khá lớn vì vậy không thể hình thành liên kết giữa hai phân tử Xenon

7 Tại sao nguyên tử Clo ít có khả năng tạo ra hợp chất hóa học với Xenon trong khi đó Flo lại tạo ra dễ dàng hơn?

2 Hidro nhẹ hơn hay nặng hơn không khí bao nhiêu lần? Có thể chuyển hidro từ cốc này sang cốc khác được không?

Trả lời:

- Dựa vào tỷ khối để xác định

- Có thể chuyển được bằng cách úp cốc thứ hai không chứa hidro lên cốc thứ nhất

Trả lời:

- Hidro thể hiện tính khử là chủ yếu vì hidro có xu hướng dễ cho e hơn (độ âm điện thấp)

- Thể hiện tính oxi hóa khi tác dụng với kim loại (- Be, Mg)

- Thể hiện tính khử khi tác dụng với phi kim

4 Tính chất hóa học quan trọng của hidro? Tại sao ở nhiệt độ thường hidro kém hoạt động về mặt hóa học?

Những nguyên tố nào có khả năng phản ứng với hidro ở nhiệt độ phòng?

Trả lời:

- Vì phân tử hidro có độ bền lớn Năng lượng phân li cao 103 kcal/mol nên ở nhiệt

độ thường kém hoạt động, chỉ hoạt động ở nhiệt độ cao

- Chỉ có flo và một số kim loại chuyển tiếp nặng là có khả năng phản ứng trực tiếp

ở nhiệt độ phòng

5 Trong công nghiệp hidro được điều chế theo phương pháp nào và được dùng để làm gì? Nguyên tắc chung của các phương pháp đó?

Trả lời:

Trong công nghiệp hidro điều chế theo 3 phương pháp:

- Chuyển hóa khí metan (hiện nay sử dụng): cho hỗn hợp khí thiên nhiên và hơi nước đã được đốt nóng 1000 o C đi qua chất xúc tác Ni

CH 4 + H 2 O CO + 3H 2

Hỗn hợp khí thu được cho qua chất xt Fe – Cr ở khoảng 400 o C

CO + H 2 O CO 2 + H 2

Cần làm sạch tạp chất chứa S trong hợp chất tự nhiên để tránh ngộ độc xúc tác

- Lấy từ khí lò luyện cốc: khí lò cốc chứa 50% H 2 , 7%N 2 và một vài khí khác CO,

CO 2 , CH 4 , các hidro cacbua, hóa lỏng phân đoạn thu được N 2 , và H 2 (dùng tổng hợp amoniac)

- Điện phân H 2 O: cho H 2 tinh khiết nhưng đắt tiền

6 Trong quá trình luyện than cốc bằng phương pháp chưng khô than đá người ta thu được hỗn hợp khí lò cốc gồm 50% N2, 25% CH4, 10% H2, 5% CO, 5% CO2, và 5% hidro cacbon Bằng phương pháp nào có thể tách được hidro ra khỏi hỗn hợp đó? Phương pháp tách đó dựa trên những nguyên tắc nào?

Trả lời:

Bằng phương pháp hóa lỏng phân đoạn

7 Ứng dụng của hidro mới sinh? Tại sao hidro mới sinh lại có hoạt tính hóa học cao hơn hidro phân tử?

Lấy ví dụ minh họa?

Trả lời:

- Hidro nguyên tử rất hoạt động, tạo ra các hidrua kim loại và phi kim ngay ở nhiệt

độ phòng Khử được nhiều oxit kim loại, đẩy được 1 số muối kim loại như Cu, Ag,

Pb ra khỏi dung dịch muối mà H 2 phân tử không làm được điều này

- Vì không cần cung cấp năng lượng để chuyển hidro phân tử thành nguyên tử Ví dụ:

H 2 + FeCl 3 FeCl 2 + HCl (không xảy ra)

- Dựa vào nguyên tắc điện phân các chất trong dung dịch nước, sau đó viết sơ đồ điện phân sẽ dẫn đến kết luận cần thiết

Chẳng hạn, khi điện phân dung dịch CuSO 4 , chỉ thu được đồng kim loại và oxi, không thu được hidro

9 Làm thế nào để thu khí hidro tinh khiết và khô khi điều chế khi đó bằng cách cho kẽm kim loại tác dụng với HCl trong binhg kíp?

- Trong dung dịch không có dạng ion H + mà chỉ có H 3 O +

- Ion H + thực sự chỉ tồn tại trong môi trường khí khi phóng điện qua khí hidro bằng các tia ion hóa như gama chẳng hạn

11 Tại sao khí hidro rất khó hòa tan trong nước hoặc trong các dung môi hữu cơ?

Trả lời:

Vì hidro là một chất không phân cực nên ít hòa tan trong dung môi phân cực

12 Tại sao trong các nguyên tố nhóm I chỉ có hidro tạo ra đơn chất dạng khí ở nhiệt độ phòng?

Trả lời:

Tương tác giữa các phân tử hidro với nhau là tương tác khuếch tán Tương tác trong kim loại kiềm là tương tác kim loại Do đó sự bay hơi của các kim loại đòi hỏi một năng lượng để thắng tương tác giữa các nguyên tử Trái lại sự bay hơi của hidro xảy

ra khi động năng của phân tử hidro đủ để thắng lực tương tác khuếch tán, do đó ở nhiệt độ phòng thường hidro là một chất khí

13 Liên kết hidro là gì? Những chất như thế nào tạo ra liên kết hidro?

Trả lời:

Liên kết H: nguyên tử H liên kết với 1 nguyên tử có độ âm điện lớn như F, O, Cl, N thì cặp e dùng chung bị lệch về phía nguyên tử có độ âm điện lớn nên H mang điện tích (+) Hidro mang điện tích (+) này hầu như chỉ còn trơ có hạt nhân nên dễ bị các nguyên tử khác cũng có độ âm điện lớn hơn trong phân tử khác hay trong phân tử đó hút bằng lực hút tĩnh điện tạo thành liên kết phụ là liên kết H

14 Dựa trên cơ sở nào thực tế nào để nói rằng hidrua của kim loại kiềm là những hợp chất “muối”?

15 Những nguyên tố nào hình thành các hidrua Ion và hidrua cộng hóa trị?

Bản chất của các loại hidrua đó?

17 Góc hóa trị trong phân tử hidrua và florua của một số nguyên tố thuộc chu kỳ II có các giá trị sau:

Từ trái qua phải (theo chu kì), tính khử tăng, tính axit tăng, tính bền giảm

Độ bền nhiệt phụ thuộc vào năng lượng liên kết H –X, phụ thuộc vào độ điện âm và kích thước nguyên tử của X Khi hai nguyên tố có độ điện âm tương đương, nguyên tố nào nặng hơn cho HX có độ bền nhiệt kém hơn

19 Hãy giải thích nguyên nhân tính axit tăng trong dãy: NH3 – H2O – HF và từ HF đến HI?

Trả lời:

Có thể giải thích như sau: khi tan vào nước có cân bằng sau:

H n-1 X - + H 3 O + H n X + H 2 O H n+1 X + + OH

-Điện ly axit điện ly bazo

Cân bằng chuyển dịch về phía nào phụ thuộc vào trường lực của ion trung tâm X n- và

O 2- (nghĩa là phụ thuộc vào điện tích và bán kính)

- Với HF, cân bằng sẽ dịch chuyển về phía điện li axit, do trường lực của O 2- lớn hơn điện tích F - (bán kính của O 2- là 1,36Å, bán kính của F - là 1,33 Å; vì điện tích của O 2- lớn hơn F - ) do đó H + chuyển về phía O 2-

- Với NH 3 , cân bằng sẽ chuyển dịch theo hướng điện li bazo, do trường lực của N lớn hơn O 2- ( trường lực phụ thuộc cả bán kính và điện tích; bán kính của N 3- là 1,47 Å).

3-Bài 3: CÁC HALOGEN

1 Trình bày đặc điểm cấu trúc nguyên tử của halogen (bán kính nguyên tử, cấu trúc electron năng lượng ion hóa, ái lực eletron) Từ đặc điểm đó hãy cho biết trong hai khuynh hướng phán ứng (oxi hóa – khử) của các halogen thì khuynh hướng nào là chủ yếu?

Trả lời:

- Khuynh hướng oxi hóa là chủ yếu vì trong nguyên tử có một electron chưa ghép đôi ở obital np nên dễ dàng kết hợp thêm 1 electron

- Từ flo đến iod, năng lượng ion hóa giảm nên khả năng nhường electron tăng, do

đó đến iod có khả năng tạo ra ion I + (như trong hợp chất I(CH 3 COO) 3 )

2 Dựa vào thuyết liên kết hóa trị hãy cho biết:

- Mức oxi hóa đặc trưng của các halogen

- Tại sao phản ứng của các halogen đều cấu tạo từ hai nguyên tử?

tố khác có độ âm điện mạnh hơn (ví dụ oxi)

Nguyên tử của Clo (hoặc Brom, Iod) còn có những obital chưa được lấp đầy, do

đó có thể xảy ra các quá trình kích động 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 động đó xảy ra dưới ảnh hưởng của những nguyên

tử có độ điện âm mạnh hơn

Lớp ngoài cùng của nguyên tử Flo không có obital d, muốn tạo ra trạng thái hóa trị lớn hơn 1 ở flo, phải kích động eletron từ obital 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 động 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 ClO 2 là hợp chất

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

Trong phân tử flo, liên kết chỉ được hình thành do một loạt các electronhoas trị, không có khả năng hình thành liên kết π như trên vì không có các obital 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 obital d cong 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 iod do bán kính nguyên tử tăng, độ dài liên kết tăng:

Nên năng lượng liên kết giảm

5 Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của các halogen có các giá trị sau:

Vì khả năng bị cực hóa của các phân tử phụ thuộc vào bán kính nguyên tử, nên từ

F đến I, bán kính nguyên tử tăng, độ phân cực tăng do tương tác khuếch tán tăng làm cho nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của các halogen tăng

6 Tại sao các halogen không tan trong nước nhưng tan trong benzen?

Tại sao iot tan ít trong nước nhưng lại tan trong dung dịch kali iodua?

Trả lời:

- Các chất có xu hướng tan nhiều trong chất giống với chúng Các halogen là những chất không cực nên ít tan trong dung môi có cực và tan nhiều trong dung môi không cực

- Trường hợp iod tan nhiều trong dung dịch KI vì tạo ra ion I 3 - theo phản ứng:

I 2 + I - = I 3

-7 Hãy so sánh các đại lượng: ái lực electron, năng lượng liên kết, năng lượng hidrat hóa, thế tiêu chuẩn của clo và flo từ đó giải thích:

- Tại sao khả năng phản ứng của flo lại lớn hơn clo?

- Tại sao trong dung dịch nước flo có tính oxi hóa mạnh hơn clo?

+ Ái lực electron để biến nguyên tử thành X -

+ Năng lượng hidrat 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 hidrat 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

8 Trình bày các phản ứng khi cho các halogen tác dụng với nước Flo có khả năng oxi hóa nước giải phóng oxi hóa, các halogen khác có tính chất này không? Giải thích?

Khả năng phản ứng từ flo đến iot giảm

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

O 2 + 4H + +4e = 2H 2 O E o = +0,81V

Cl 2 + 2e = 2Cl - E o = +1,36V

Br 2 + 2e = 2Br - E o = +1,.7V

I 2 + 2e = 2I - E o = +0,53V Chẳng hạn với trường hợp flo:

2F 2 + 2H 2 O = 4HF + O 2 ΔE o = 2,06V Như vậy flo đã phản ứng mạnh với nước

Với clo và brom thực tế đòi hỏi năng lượng hoạt hoá cao, với iod không có khả năng đó

9 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? Tại sao flo là chất oxi hóa mạnh nhưng

Cu, Fe, Ni, Mg không bị flo ăn mòn?

Trả lời:

- Với các kim loại có nhiều mức oxi hóa thì các hợp chất ứng với mức oxi hóa đều

có tính khử, trong khi đó các halogen lại là chất oxi hóa mạnh

- Khi chất rắn tương tác với chất khí, khả năng phản ứng phụ thuộc vào cấu trúc của chất rắn được tạo ra Nếu sản phẩm tạo ra bám chắc vào bề mặt chất rắn tương tác thì nó sẽ ngăn cản phản ứng tiếp diễn

10 Trong phòng thí nghiệm người ta điều chế clo bằng phương pháp cho KMnO4 tác dụng với HCl

- Tại sao không thể dùng phương pháp đó để điều chế flo?

- Có thể điều chế brom và iot bằng phương pháp đó được không?

- Có thể thay KMnO4 bằng MnO2 hoặc K2Cr2O7 được không?

Trả lời:

So sánh thế điện cực chuẩn để trả lời

- Vì flo có tính oxi hóa mạnh hơn KMnO 4

- KMnO 4 có tính oxi hóa mạnh hơn Br 2 và I 2 nên có thể oxi hóa Br 2 và I 2 tạo ra BrO 3 - và IO 3 -

- Có thể thay KMnO 4 bằng MnO 2 hoặc K 2 Cr 2 O 7 nhưng phải dùng HCl đặc và phải đun nóng dùng thế điện cực tương đương nhau

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

- 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 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

12 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?

Năng lượng liên kết HX (Kcal/mol) 135 103 87 71

Trong dãy đó, độ bền đối với nhiệt giảm do độ dài liên kết tăng và năng lượng liên kết giảm