Giải Hóa 10 Bài 11 (Kết nối tri thức): Liên kết ion

Giải bài tập Hóa lớp 10 Bài 11: Liên kết ion

Video giải bài tập Hóa lớp 10 Bài 11: Liên kết ion

Mở đầu trang 51 Hóa học 10: Hợp chất NaCl nóng chảy ở nhiệt độ cao và có khả năng dẫn điện khi nóng chảy hoặc khi hòa tan trong dung dịch. Yếu tố nào trong phân tử NaCl gây ra các tính chất trên?

Lời giải:

NaCl là hợp chất ion được tạo thành do lực hút tĩnh điện giữa cation Na⁺ và anion Cl^-. Các ion được sắp xếp theo một trật tự nhất định trong không gian theo kiểu mạng lưới tạo thành mạng tinh thể ion.

Trong tinh thể ion, giữa các ion có lực hút tĩnh điện rất mạnh nên các hợp chất ion thường là chất rắn, khó nóng chảy ở nhiệt độ cao.

Khi NaCl nóng chảy hoặc bị hòa tan trong dung dịch, các ion bị tách khỏi mạng lưới tinh thể, chuyển động tự do và là tác nhân dẫn điện.

I. Sự tạo thành ion

Câu hỏi 1 trang 52 Hóa học 10: Hoàn thành các sơ đồ tạo thành ion sau:

a) Li ⟶ Li⁺ + ? b) Be ⟶ ? + 2e

c) Br + ? ⟶ Br^– d) O + 2e ⟶ ?

Lời giải:

a) Li ⟶ Li⁺ + 1e

b) Be ⟶ Be²⁺ + 2e

c) Br + 1e ⟶ Br^–

d) O + 2e ⟶ O^2-

Câu hỏi 2 trang 52 Hóa học 10: Viết cấu hình electron của các ion K⁺, Mg²⁺, F^-, S^2-. Mỗi cấu hình đó giống với cấu hình electron của nguyên tử khí hiếm nào?

Lời giải:

- Cấu hình electron của K là 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹.

K ⟶ K⁺ + 1e

⇒ Cấu hình electron của K⁺ là 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶.

⇒ Cấu hình electron của K⁺ giống với khí hiếm Ar.

- Cấu hình electron của Mg là 1s²2s²2p⁶3s².

Mg ⟶ Mg²⁺ + 2e

⇒ Cấu hình electron của Mg²⁺ là 1s²2s²2p⁶.

⇒ Cấu hình electron của Mg²⁺ giống với khí hiếm Ne.

- Cấu hình electron của F là 1s²2s²2p⁵.

F + 1e ⟶ F^-

⇒ Cấu hình electron của F^– là 1s²2s²2p⁶.

⇒ Cấu hình electron của F^– giống với khí hiếm Ne.

- Cấu hình electron của S là 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴.

S + 2e ⟶ S^2–

⇒ Cấu hình electron của S^2– là 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶.

⇒ Cấu hình electron của S^2– giống với khí hiếm Ar.

Câu hỏi 3 trang 52 Hóa học 10: Vì sao một ion O^2- kết hợp được với hai ion Li⁺?

Lời giải:

O + 2e ⟶ O^2–

Li ⟶ Li⁺ + 1e

Mỗi nguyên tử Li nhường 1 electron để đạt đến cấu hình bền vững giống khí hiếm và tạo thành cation Li⁺. Mỗi nguyên tử O cần nhận 2 electron từ 2 nguyên tử Li để đạt đến cấu hình bền vững của khí hiếm và tạo thành anion O^2-.

Anion O^2- hút 2 cation Li⁺ bằng lực hút tĩnh điện và tạo thành chất ion Li₂O.

II. Sự tạo thành liên kết ion

Câu hỏi 4 trang 52 Hóa học 10: Cho các ion Na⁺, Mg²⁺, O^2-, Cl^-. Những ion nào có thể kết hợp với nhau tạo thành liên kết ion?

Lời giải:

- Lực hút tĩnh điện giữa các ion mang điện trái dấu trong phân tử (hay tinh thể) tạo ra liên kết ion.

- Liên kết ion thường được hình thành giữa kim loại điển hình và phi kim điển hình.

- Các cặp ion có thể kết hợp với nhau để tạo liên kết ion là: Na⁺ và O^2–, Mg²⁺ và O^2–, Na⁺ và Cl^–, Mg²⁺ và Cl^–.

Câu hỏi 5 trang 52 Hóa học 10: Mô tả sự tạo thành liên kết ion trong:

a) Calcium oxide.

b) Magnesium chloride.

Lời giải:

a) Sự tạo thành liên kết ion trong calcium oxide (CaO)

Khi kim loại calcium kết hợp với phi kim oxygen, tạo thành các ion Ca²⁺ và O^2–, các ion này có điện tích trái dấu sẽ hút nhau tạo thành liên kết ion.

Biểu diễn sự hình thành liên kết ion trong phân tử CaO như sau:

b) Sự tạo thành liên kết ion trong magnesium chloride.

Khi kim loại magnesium kết hợp với phi kim chlorine, tạo thành các ion Mg²⁺ và Cl^–, các ion này có điện tích trái dấu sẽ hút nhau tạo thành liên kết ion.

Biểu diễn sự hình thành liên kết ion trong phân tử MgCl₂ như sau:

III. Tinh thể ion

Hoạt động trang 53 Hóa học 10: Lắp ráp mô hình tinh thể NaCl

Chuẩn bị: bộ mô hình tinh thể NaCl.

Tiến hành:

- Chọn hình cầu có màu sắc khác nhau đại diện cho ion Na⁺ và ion Cl^-.

- Lắp các hình cầu và que nối theo mẫu (Hình 11.1b).

Quan sát mô hình và xác định số ion gần nhất bao quanh một ion trái dấu ở giữa mô hình

Lời giải:

- Lắp mô hình như hình sau:

Trong đó, quả cầu quả nhỏ màu vàng đại diện cho ion Na⁺; quả cầu to hơn màu xanh đại diện cho ion Cl^-.

- Quan sát mô hình, ta thấy: mỗi ion Na⁺ được bao quanh bởi 6 ion Cl^- gần nhất và mỗi ion Cl^- cũng được bao quanh bởi 6 ion Na⁺ gần nhất.

Hoạt động trang 54 Hóa học 10: Thử tính dẫn điện của hợp chất

Chuẩn bị: muối ăn dạng hạt, dung dịch muối ăn bão hoà, dung dịch nước đường, dụng cụ thử tính dẫn điện, cốc thuỷ tinh.

Tiến hành: Sử dụng dụng cụ thử tính dẫn điện như Hình 11.3, lần lượt cho chân kim loại của dụng cụ thử tính dẫn điện tiếp xúc với:

- Dung dịch nước đường.

- Muối ăn khan.

- Dung dịch muối ăn bão hoà.

Nếu đèn sáng thì chất dẫn điện, nếu đèn không sáng thì chất không dẫn điện.

Quan sát hiện tượng và cho biết trường hợp nào dẫn điện, trường hợp nào không dẫn điện. Giải thích.

Lời giải:

Các trường hợp dẫn điện (đèn sáng): dung dịch muối ăn bão hòa

Các trường hợp không dẫn điện (đèn không sáng): Dung dịch nước đường, muối ăn khan.

Giải thích:

- Muối ăn là hợp chất ion nên tan nhiều trong nước. Khi tan trong nước, các ion Na⁺ và Cl^- bị tách khỏi mạng lưới tinh thể, chuyển động khá tự do và là tác nhân dẫn điện.

- Muối ăn khan tức là ở trạng thái rắn, các ion không di chuyển tự do được nên muối ăn khan không dẫn điện.

- Đường không phải hợp chất ion nên dung dịch đường không dẫn được điện.

Câu hỏi 6 trang 54 Hóa học 10: a) Vì sao muối ăn có nhiệt độ nóng chảy cao (801^oC)?

b) Hợp chất ion dẫn điện trong trường hợp nào? Vì sao?

Lời giải:

a) Muối ăn là chất ion, giữa các ion có lực hút tĩnh điện rất mạnh nên các hợp chất ion khó nóng chảy ⇒ nhiệt độ nóng chảy cao (801^oC)

b) Các hợp chất ion ở trạng thái nóng chảy hoặc dung dịch sẽ dẫn điện, vì:

- Khi nóng chảy hoặc tan trong nước, các ion bị tách khỏi mạng lưới tinh thể, chuyển động khá tự do và là tác nhân dẫn điện.

- Ở trạng thái rắn, các ion không di chuyển tự do được nên hợp chất ion không dẫn điện.

Em có thể trang 54 Hóa học 10: Giải thích một số tính chất đặc trưng của hợp chất ion và một số ứng dụng phổ biến của chúng trong đời sống.

Lời giải:

- Potassium hydroxide (KOH) là hợp chất ion được tạo thành do lực hút tĩnh điện giữa cation K⁺ và anion OH^-.

- Ở điều kiện thường KOH tồn tại ở trạng thái rắn, nhiệt độ sôi (1327^oC) và nhiệt độ nóng chảy (406^oC) cao.

- Potassium hydroxide (KOH) là hợp chất ion được dùng làm chất dẫn điện trong pin alkaline (pin kiềm).

Lý thuyết Liên kết ion

I. Sự tạo thành ion

Kim loại điển hình phản ứng rất mạnh với phi kim điển hình tạo ra hợp chất ion. Khi đó, nguyên tử kim loại nhường electron để tạo thành ion mang điện tích dương (cation) còn nguyên tử phi kim nhận electron để trở thành ion mang điện tích âm (anion).

Ví dụ 1:

Cấu hình electron của nguyên tử Na (Z = 11): 1s²2s²2p⁶3s¹

$\to$Có 1 electron ở lớp ngoài cùng.

Nguyên tử Na nhường đi 1 electron ở lớp ngoài cùng để tạo thành ion dương Na⁺ (cation sodium).

Na $\to$Na⁺ + 1e

Chú ý: Số đơn vị điện tích của ion dương (cation) bằng số electron mà nguyên tử đã nhường.

Ví dụ 2:

Cấu hình electron của nguyên tử Cl (Z = 17): 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵.

$\to$Có 7 electron ở lớp ngoài cùng.

Nguyên tử Cl nhận 1 electron để tạo thành ion âm Cl^- (anion chloride).

Cl + 1e $\to$ Cl^-

Chú ý: Số đơn vị điện tích của ion âm (anion) bằng số electron mà nguyên tử đã nhận.

Các ion thường có cấu hình electron bền vững của nguyên tử khí hiếm gần nhất với nguyên tố tạo thành ion đó trong bảng tuần hoàn.

II. Sự tạo thành liên kết ion

Ví dụ 1: Xét sự tạo thành liên kết hóa học trong phân tử sodium chloride (NaCl):

Khi kim loại sodium kết hợp với phi kim chlorine, tạo thành các ion Na⁺ và Cl^-, các ion này mang điện tích trái dấu sẽ hút nhau tạo thành liên kết ion.

Ví dụ 2: Xét sự thành thành liên kết hóa học trong phân tử calcium chloride (CaCl₂):

Khi kim loại calcium kết hợp với phi kim chlorine, tạo thành các ion Ca²⁺ và Cl^-. Các ion này mang điện tích trái dấu sẽ hút nhau tạo thành liên kết ion.

Kết luận:

- Lực hút tĩnh điện giữa các ion mang điện trái dấu trong phân tử (hay tinh thể) tạo ra liên kết ion.

- Liên kết ion thường được hình thành giữa kim loại điển hình và phi kim điển hình. Các hợp chất tạo nên từ các ion được gọi là những hợp chất ion.

III. Tinh thể ion

1. Cấu trúc của tinh thể ion

Các ion được sắp xếp theo một trật tự xác định trong không gian theo kiểu mạng lưới, trong đó ở các nút của mạng lưới là những ion dương và ion âm được sắp xếp luân phiên, liên kết chặt chẽ với nhau do sự cân bằng giữa lực hút (các ion trái dấu hút nhau) và lực đẩy (các ion cùng dấu đẩy nhau), tạo thành mạng tinh thể ion.

Ví dụ: Tinh thể muối ăn.

2. Độ bền và tính chất của hợp chất ion

Tron tinh thể ion, giữa các ion có lực hút tĩnh điện rất mạnh nên các hợp chất ion thường là chất rắn, khó nóng chảy, khó bay hơi ở điều kiện thường.

Các tinh thể ion khá rắn chắc, nhưng khá giòn. Đây là tính chất đặc trưng của tinh thể ion.

Ví dụ: Tinh thể muối ăn ở dạng rắn, cứng, nhưng khi tác dụng một lực mạnh thì vỡ vụn.

Các hợp chất ion có khả năng dẫn điện khi tan trong nước hay khi nóng chảy.

Xem thêm lời giải bài tập Hóa học lớp 10 Kết nối tri thức với cuộc sống hay, chi tiết khác:

Bài 12: Liên kết cộng hóa trị

Bài 13: Liên kết hydrogen và tương tác Van der waals

Bài 14: Ôn tập chương 3

Bài 15: Phản ứng oxi hóa – khử

Bài 16: Ôn tập chương 4

Xem thêm tài liệu Hóa học lớp 10 Kết nối tri thức với cuộc sống hay, chi tiết khác:

Lý thuyết Bài 11: Liên kết ion

Trắc nghiệm Bài 11: Liên kết ion