Giải Hóa 10 Bài 18 ( Cánh diều): Hydrogen halide và hydrohalic acid

Giải bài tập Hóa lớp 10 Bài 18: Hydrogen halide và hydrohalic acid

Video giải bài tập Hóa lớp 10 Bài 18: Hydrogen halide và hydrohalic acid

Mở đầu trang 109 Hóa học 10: Khi hoàn tan mỗi hydrogen halide HF, HCl, HBr và HI vào nước thì thu được các dung dịch hydrohalic acid. Dung dịch nào có tính acid yếu nhất? Vì sao?

Trả lời:

- Tính acid của các dung dịch HX tăng theo dãy từ HF đến HI. Do đó dung dịch HF có tính acid yếu nhất.

- Nguyên nhân chủ yếu làm tăng độ mạnh của các acid theo dãy trên là do sự giảm độ bền liên kết theo thứ tự: HF, HCl, HBr, HI (acid nào càng dễ dàng phân li ra ion H⁺ trong nước thì tính acid càng mạnh)

I. Hydrogen dalide và hydrohalic acid

1. Hydrogen dalide

Câu hỏi 1 trang 109 Hóa học 10: Giải thích tại sao xu hướng phân cực của các phân tử HX giảm dần từ HF đến HI.

Trả lời:

HX là hợp chất cộng hóa trị phân cực do sự chênh lệch độ âm điện giữa nguyên tử hydrogen với các nguyên tử halogen, mà độ âm điện giảm dần từ F đến I

⇒ Xu hướng phân cực của các phân tử HX giảm dần từ HF đến HI.

Câu hỏi 2 trang 109 Hóa học 10: Dựa vào bảng 18.1, hãy cho biết khí hydrogen halide nào sẽ hóa lỏng trước tiên khi nhiệt độ được hạ xuống thấp dần.

Trả lời:

Nhiệt độ mà ở đó một chất lỏng bắt đầu sôi để chuyển sang thể khí (xảy ra cả trên bề mặt và trong lòng chất lỏng) gọi là nhiệt độ sôi.

Khi các chất ở thể khí, nhiệt độ được hạ xuống thấp dần thì hydrogen fluoride (HF) sẽ hóa lỏng trước, tiếp đến lần lượt là hydrogen iodide (HI), hydrogen bromide (HBr) và cuối cùng khí được hóa lỏng ở nhiệt độ thấp nhất là hydrogen chloride (HCl).

2. Hydrohalic acid

II. Tính khử của một số ion halide X^-

Câu hỏi 3 trang 111 Hóa học 10: Phản ứng của sodium chloride rắn, hay của sodium iodide rắn với sulfuric acid đặc là phản ứng oxi hóa – khử? Vì sao?

Trả lời:

Phản ứng của sodium chloride rắn với sulfuric acid đặc không phải là phản ứng oxi hóa – khử vì không có sự thay đổi số oxi hóa của nguyên tố nào trước và sau phản ứng.

$\stackrel{+1}{Na}\stackrel{-1}{Cl}\left(s\right)+{\stackrel{+1}{H}}_2\stackrel{+6}{S}{\stackrel{-2}{O}}_4\left(l\right)\stackrel{t°}{\to }\stackrel{+1}{Na}\stackrel{+1}{H}\stackrel{+6}{S}{\stackrel{-2}{O}}_4\left(s\right)+\stackrel{+1}{H}\stackrel{-1}{Cl}\left(g\right)$

Phản ứng của sodium iodide rắn với sulfuric acid đặc là phản ứng oxi hóa – khử vì có sự thay đổi số oxi hóa của I (từ -1 lên 0) và S (từ +6 về -2)

$8\stackrel{+1}{Na}\stackrel{-1}{I}\left(s\right)+9{\stackrel{+1}{H}}_2\stackrel{+6}{S}{\stackrel{-2}{O}}_4\left(l\right)\stackrel{t°}{\to }8\stackrel{+1}{Na}\stackrel{+1}{H}\stackrel{+6}{S}{\stackrel{-2}{O}}_4\left(s\right)+4{\stackrel{0}{I}}_2\left(g\right)+{\stackrel{+1}{H}}_2\stackrel{-2}{S}\left(g\right)+4{\stackrel{+1}{H}}_2\stackrel{-2}{O}\left(g\right)$

Luyện tập 1 trang 111 Hóa học 10: Có thể điều chế được hydrogen bromide từ phản ứng giữa potassium bromide với sulfuric acid đặc, đun nóng không? Vì sao?

Trả lời:

Không thể điều chế được hydrogen bromide (HBr(g)) từ phản ứng giữa potassium bromide (KBr) với sulfuric acid đặc, đun nóng. Vì ion Br^- thể hiện tính khử và khử sulfur trong H₂SO₄

$2\stackrel{+1}{K}\stackrel{-1}{Br}\left(s\right)+3{\stackrel{+1}{H}}_2\stackrel{+6}{S}{\stackrel{-2}{O}}_4\left(l\right)\stackrel{t°}{\to }2\stackrel{+1}{H}\stackrel{+6}{S}{\stackrel{-2}{O}}_4\left(s\right)+{\stackrel{0}{Br}}_2\left(g\right)+\stackrel{-4}{S}{\stackrel{+2}{O}}_2\left(g\right)+2{\stackrel{+1}{H}}_2\stackrel{-2}{O}\left(g\right)$

III. Ứng dụng của một số hydrogen halide

1. Ứng dụng của hydrogen fluoride

2. Ứng dụng của hydrogen chlorine

Vận dụng trang 112 Hóa học 10: Vật dụng bằng kim loại đồng dễ bị phủ bởi lớp copper(II) oxide.

a) Vì sao có thể sử dụng dung dịch hydrochloric acid để tẩy rửa copper(II) oxide?

b) Có thể sử dụng một số dung dịch thường có sẵn trong gia đình để tẩy rửa copper(II) oxide. Đó có thể là dung dịch nào? Vì sao?

Trả lời:

a) Có thể sử dụng dung dịch hydrochloric acid để tẩy rửa copper(II) oxide vì xảy ra phản ứng: CuO(s) + 2HCl(aq) → CuCl₂(aq) + H₂O(l) do đó lớp oxide kim loại sẽ bị rửa trôi.

b) Ngoài ra có thể sử dụng một số dung dịch thường có sẵn trong gia đình để tẩy rửa copper(II) oxide như: dung dịch giấm ăn, nước chanh … vì các dung dịch này cũng có chứa acid.

IV. Phân biệt các ion halide X^-

Thực hành trang 113 Hóa học 10: Nhận biết các dung dịch

Có bốn bình nhỏ được đậy bằng nút có ống nhỏ giọt. Mỗi bình chứa một trong các dung dịch sodium chloride, sodium bromide, sodium iodide, hydrochlodric acid nhưng tên hóa chất ghi trên nhãn đã bị nhòe.

Hãy thảo luận về hóa chất, dụng cụ cần dùng và trình tự tiến hành thí nghiệm để nhận ra mỗi bình chứa dung dịch gì. Tiến hành thí nghiệm, ghi lại kết quả. Lặp lại thí nghiệm để kiểm tra kết quả.

Trả lời:

Thuốc thử: Dung dịch silver nitrate (AgNO₃)

Dụng cụ: 4 ống nghiệm, nhãn, 4 mẩu giấy quỳ tím.

Cách tiến hành:

- Trích mẫu thử.

- Nhỏ vài giọt từng mẫu thử vào từng mẩu giấy quỳ tím, nhận ra dung dịch HCl.

- Nhỏ vài giọt dung dịch silver nitrate (AgNO₃) vào từng ống nghiệm chứa các mẫu thử còn lại.

Kết quả:

- Nhỏ vài giọt từng mẫu thử vào từng mẩu giấy quỳ tím.

+ Mẫu thử làm quỳ tím hóa đỏ là hydrochlodric acid (HCl).

+ Không có hiện tượng gì là các dung dịch còn lại.

- Nhỏ vài giọt dung dịch silver nitrate (AgNO₃) vào từng ống nghiệm chứa các mẫu thử còn lại.

+ Ống nghiệm xuất hiện kết tủa màu trắng thì mẫu đem thử là sodium chloride (NaCl)

NaCl(aq) + AgNO₃(aq) → NaNO₃(aq) + AgCl(s)

+ Ống nghiệm xuất hiện kết tủa màu vàng nhạt thì mẫu đem thử là sodium bromide (NaBr)

NaBr(aq) + AgNO₃(aq) → NaNO₃(aq) + AgBr(s)

+ Ống nghiệm xuất hiện kết tủa màu vàng đậm thì mẫu đem thử là sodium iodide (NaI)

NaI(aq) + AgNO₃(aq) → NaNO₃(aq) + AgI(s)

Luyện tập trang 113 Hóa học 10: Hãy mô tả hiện tượng và viết phương trình hóa học khi cho từ từ vài giọt dung dịch silver nitrate vào ống nghiệm chứa từng dung dịch potassium fluoride, hydrochloric acid, sodium bromide.

Trả lời:

- Nhỏ dung dịch silver nitrate (AgNO₃) vào ống nghiệm chứa dung dịch potassium fluoride (KF).

+ Hiện tượng: Không thấy sự thay đổi

+ Phương trình hóa học:

KF(aq) + AgNO₃(aq): Không xảy ra phản ứng.

- Nhỏ dung dịch silver nitrate (AgNO₃) vào ống nghiệm chứa dung dịch hydrochloric acid (HCl)

+ Hiện tượng: Xuất hiện chất không tan màu trắng.

+ Phương trình hóa học:

HCl(aq) + AgNO₃(aq) → AgCl(s) (màu trắng) + HNO₃(aq)

- Nhỏ dung dịch silver nitrate (AgNO₃) vào ống nghiệm chứa dung dịch sodium bromide (NaBr)

+ Hiện tượng: Xuất hiện chất không tan màu vàng nhạt

+ Phương trình hóa học:

NaBr(aq) + AgNO₃(aq) → AgBr(s) (màu vàng nhạt) + NaNO₃(aq)

Bài tập (trang 114)

Bài 1 trang 114 Hóa học 10: Hãy giải thích vì sao nhiệt độ sôi của hydrogen bromide cao hơn nhiệt độ sôi của hydrogen chloride.

Trả lời:

Nhiệt độ sôi của hydrogen bromide (HBr) cao hơn nhiệt độ sôi của hydrogen chloride (HCl) được giải thích bằng hai nguyên nhân:

- Thứ nhất, khối lượng phân tử của HBr cao hơn khối lượng phân tử HCl nên năng lượng cần thiết cho quá trình sôi của HBr cao hơn.

- Thứ hai, kích thước và số lượng electron trong phân tử HBr lớn hơn làm tăng cường thêm khả năng xuất hiện các lưỡng cực tạm thời trong phân tử. Khi đó làm tăng tương tác van der Waals giữa các phân tử HBr.

Bài 2 trang 114 Hóa học 10: Quan sát hình bên, nếu bơm từ từ cho đến hết lượng nước trong xi-lanh vào bong bóng chứa khí hydrogen chloride thì hiện tượng gì sẽ xảy ra. Giải thích.

Trả lời:

Hydrogen chloride ở thể khí chiếm toàn bộ thể tích quả bóng. Khi bơm nước vào xi-xanh, hydrogen chloride tan trong nước tạo dung dịch hydrochloric acid khiến thể tích giảm

⇒ Quả bóng bị xẹp đi

Bài 3 trang 114 Hóa học 10: a) Phản ứng dưới đây có thể được thực hiện để điều chế khí chlorine trong phòng thí nghiệm

4HCl + MnO₂ $\stackrel{t°}{\to }$ Cl₂ + MnCl₂ + 2H₂O

Cho biết khí chlorine thu được có thể lẫn với chất nào. Chỉ ra chất khử và chất oxi hóa trong phản ứng trên.

b) Hãy dự đoán, hydroiodic acid có phản ứng được với manganese(IV) oxide không. Giải thích.

Trả lời:

a) Khí chlorine có thể bị lẫn khí HCl và hơi nước. Dẫn khí tạo thành qua bình đựng dung dịch NaCl để giữ lại HCl. Dẫn khí qua bình đựng dung dịch H₂SO₄ đặc để giữ hơi nước. Khí chlorine thu được cuối cùng là tinh khiết.

$4\stackrel{+1}{H}\stackrel{-1}{Cl}+\stackrel{+4}{Mn}{\stackrel{-2}{O}}_2\stackrel{t^o}{\to }{\stackrel{0}{Cl}}_2+\stackrel{+2}{Mn}{\stackrel{-1}{Cl}}_2+2{\stackrel{+1}{H}}_2\stackrel{-1}{O}$

Chất khử: HCl (số oxi hóa của Cl tăng từ -1 lên 0)

Chất oxi hóa: MnO₂ (số oxi hóa của Mn giảm từ +4 xuống +2)

b) Hydroiodic acid (HI) có phản ứng được với mangan(IV) oxide (MnO₂). Vì tính khử của I^- lớn hơn Cl^-

$4\stackrel{+1}{H}\stackrel{-1}{I}+\stackrel{+4}{Mn}{\stackrel{-2}{O}}_2\to {\stackrel{0}{I}}_2+\stackrel{+2}{Mn}{\stackrel{-1}{I}}_2+2{\stackrel{+1}{H}}_2\stackrel{-1}{O}$

Chất khử: HI (số oxi hóa của I tăng từ -1 lên 0)

Chất oxi hóa: MnO₂ (số oxi hóa của Mn giảm từ +4 xuống +2)

Bài 4 trang 114 Hóa học 10: Dung dịch hydrobromic acid không màu, để lâu trong không khí thì chuyển sang màu vàng nâu do phản ứng với oxygen trong không khí.

a) Từ hiện tượng được mô tả trên, hãy dự đoán sản phẩm của quá trình dung dịch hydrobromic acid bị oxi hóa bởi oxygen trong không khí.

b) Thực tế, hydrobromic acid được bảo quản trong các lọ kín, tối màu. Giải thích.

Trả lời:

a) Dự đoán sản phẩm gồm: Br₂ (màu vàng nâu) và H₂O

Phương trình hóa học của phản ứng: 4HBr + O₂ → 2Br₂ + 2H₂O

b) Thực tế, hydrobromic acid dễ bị phân hủy khi có ánh sáng nên thường được bảo quản trong các lọ kín, tối màu.

Lý thuyết Hydrogen halide và hydrohalic acid

I. Hydrogen halide và hydrohalic acid

1. Hydrogen halide

- Hợp chất gồm nguyên tố halogen và nguyên tố hydrogen, có dạng HX, được gọi chung là hydrogen halide.

Ví dụ: HF, HCl, HBr, HI.

- Các hợp chất hydrogen halide là các hợp chất cộng hóa trị phân cực do sự chênh lệch độ âm điện giữa nguyên tử hydrogen với các nguyên tử halogen. Sự phân cực được biểu diễn như sau: $H^{{\delta }^{+}}:X^{{\delta }^{-}}$.

- Xu hướng phân cực giảm dần từ HF đến HI.

- Nhiệt độ sôi từ HF đến HI được thể hiện trong bảng sau:

Bảng 18.1. Nhiệt độ sôi của các hydrogen halide

+ Từ giá trị nhiệt độ sôi cho thấy: Ở điều kiện thường, các hydrogen halide là chất khí.

+ Nhiệt độ sôi tăng dần từ HCl đến HI. Xu hướng tăng nhiệt độ này được giải thích bởi hai nguyên nhân:

Thứ nhất, sự tăng khối lượng phân tử từ HCl đến HI làm tăng năng lượng cần thiết cho quá trình sôi của chất.

Thứ hai, sự tăng kích thước và số lượng electron trong các phân tử từ HCl đến HI làm tăng cường thêm khả năng xuất hiện các lưỡng cực tạm thời trong phân tử. Khi đó làm tăng tương tác van der Waals giữa các phân tử.

+ Hydrogen fluoride có nhiệt độ sôi cao bất thường so với các chất còn lại trong dãy. Điều này được giải thích chủ yếu là do giữa các phân tử hydrogen fluoride còn tạo liên kết hydrogen với nhau:

$\cdot \cdot \cdot F-H\cdot \cdot \cdot F-H\cdot \cdot \cdot$ $\Rightarrow$(HF)_n

Với giá trị trung bình của n từ 5 đến 6

2. Hydrohalic acid

- Các hydrogen halide dễ tan trong nước vì phân tử phân cực.

- Trong dung dịch, hydrogen halide đều phân li ra ion H⁺ nên được gọi là hydrohalic acid (hay các acid HX).

Ví dụ, sự phân li của hydrogen bromide trong nước như sau:

HBr(aq) $\stackrel{}{\to }$ H⁺(aq) + Br^-(aq)

- Tính acid của các dung dịch HX tăng từ HF đến HI. Trong đó:

+ Hydrofluoric acid là acid yếu do chỉ phân li một phần trong nước.

+ Hydrochloric acid, hydrobromic acid và hydroiodic acid được xếp vào loại acid mạnh do phân li hoàn toàn trong nước.

Nguyên nhân chủ yếu làm tăng độ mạnh của các acid theo dãy trên là do sự giảm độ bền liên kết theo thứ tự: HF, HCl, HBr, HI.

Lưu ý:

- Chất phân li hoàn toàn trong nước: tất cả các phân tử của chất đều phân li để tạo ra các ion; trong dung dịch sẽ không tồn tại phân tử của chất đó.

- Chất phân li một phần trong nước: không phải mọi phân tử của chất đều phân li để tạo ra các ion; trong dung dịch sẽ còn một số phân tử của chất đó.

II. Tính khử của một số ion halide X^-

- Bảng sau mô tả phản ứng của sodium chloride (chứa Cl^-), sodium bromide (chứa Br^-) và sodium iodide (chứa ion I^-) với sulfuric acid đậm đặc, đun nóng:

- Từ các phản ứng trên cho thấy khi phản ứng với sulfuric acid đậm đặc thì:

+ Ion Cl^- không thể hiện tính khử.

+ Ion Br^- thể hiện tính khử và khử sulfur trong H₂SO₄ từ số oxi hóa + 6 về số oxi hóa +4 trong SO₂.

+ Ion I^- thể hiện tính khử và khử sulfur trong H₂SO₄ từ số oxi hóa + 6 về số oxi hóa -2 trong H₂S.

- Thực tế, khi tiếp xúc với các chất oxi hóa khác nhau thì tính khử của ion X^- thường tăng từ Cl^- đến I^-.

III. Ứng dụng của một số hydrogen halide

1. Ứng dụng của hydrogen fluoride

- Trước đây, ứng dụng phổ biến của hydrogen fluoride là sản xuất các hợp chất chlorofluorocarbon hay còn gọi là các hợp chất CFC được sử dụng cho các hệ thống làm lạnh (ví dụ: điều hòa, tủ lạnh, ...). Tuy nhiên, các hợp chất này phá hủy tầng ozone nên đầu thế kỉ XXI, các hợp chất CFC đã bị cấm sản xuất.

- Gần đây, hydrogen fluoride được dùng để sản xuất hydrochlorofluorocarbon (HCFC) thay thế CFC.

- Một lượng đáng kể hydrogen fluoride được dùng trong sản xuất cryolite (thành phần chính là Na₃AlF₆), đóng vai trò “chất chảy” trong quá trình sản xuất nhôm (aluminium) từ aluminium oxide.

- Hydrogen fluoride còn được sử dụng trong quá trình chế biến dầu mỏ, trong công nghiệp hạt nhân, trong sản xuất fluoride, ...

- Dung dịch nước của hydrogen fluoride là hydrofluoric acid có khả năng hòa tan silicon dioxide nên được sử dụng để khắc các chi tiết lên thủy tinh theo phản ứng:

SiO₂(s) + 4HF(aq) $\stackrel{}{\to }$ SiF₄(g) + 2H₂O(l)

2. Ứng dụng của hydrogen chloride

- Lượng lớn hydrogen chloride và hydrochloric acid được sử dụng để sản xuất vinyl chloride cung cấp cho ngành nhựa; ammonium chloride để cung cấp cho ngành sản xuất phân bón; các chloride kim loại để cung cấp cho ngành hóa chất; các hợp chất hữu cơ chứa chlorine để phục vụ sản xuất dược phẩm, thuốc nhuộm.

- Dung dịch nước của hydrogen chloride là hydrochloric acid được dùng để trung hòa môi trường base, hoặc thủy phân các chất trong quá trình sản xuất, tẩy rửa gỉ sét (thành phần chính là các iron oxide) bám trên bề mặt của các loại thép. Dưới đây là một phản ứng minh họa:

Fe₃O₄(s) + 8HCl(aq) $\stackrel{}{\to }$ FeCl₂(aq) + 2FeCl₃(aq) + 4H₂O(l)

IV. Phân biệt các ion halide X^-

- Thuốc thử: Dung dịch silver nitrate (AgNO₃)

- Hiện tượng:

+ Khi X^- là F^- thì không thấy hiện tượng xảy ra.

+ Khi X^- là Cl^- thì xuất hiện kết tủa màu trắng silver chloride (AgCl).

+ Khi X^- là Br^- thì xuất hiện kết tủa màu vàng nhạt silver bromide (AgBr)

+ Khi X^- là I^- thì xuất hiện kết tủa màu vàng silver iodide (AgI).

Hình 18.1. màu sắc của các silver halide không tan

- Bảng sau trình bày hiện tượng và phương trình hóa học khi cho silver nitrate vào dung dịch mỗi muối sodium halide:

Xem thêm lời giải bài tập Hóa học lớp 10 Cánh diều hay, chi tiết khác:

Bài 1: Nhập môn hóa học

Bài 2: Thành phần của nguyên tử

Bài 3: Nguyên tố hóa học

Bài 4: Mô hình nguyên tử và orbital nguyên tử

Bài 5: Lớp, phân lớp và cấu hình electron

Xem thêm tài liệu Hóa học lớp 10 Cánh diều hay, chi tiết khác:

Lý thuyết Bài 18: Hydrogen halide và hydrohalic acid

Trắc nghiệm Bài 18: Hydrogen halide và hydrohalic acid