Giải Hóa 10 Bài 18 ( Chân trời sáng tạo ): Hydrogen halide và một số phản ứng của ion halide

Giải bài tập Hóa lớp 10 Bài 18: Hydrogen halide và một số phản ứng của ion halide

Mở đầu trang 114 Hóa học 10: Thủy tinh vốn cứng, trơn và khá trơ về mặt hóa học nên việc chạm khắc là điều không đơn giản. Trước đây, muốn khắc các hoa văn, cần phủ lên bề mặt thủy tinh một lớp paraffin, thực hiện chạm khắc các hoa văn lên lớp paraffin, để phần thủy tinh cần khắc lộ ra. Nhỏ dung dịch hydrofluoric acid hoặc hỗn hợp CaF₂ và H₂SO₄ đặc lên lớp paraffin đó, phần thủy tinh cần chạm khắc sẽ bị ăn mòn, tạo nên những hoa văn trên vật dụng cần trang trí. Quá trình ăn mòn thủy tinh xảy ra thế nào? Các ion halide có tính chất gì?

Lời giải:

- Hydrofluoric acid (HF) là acid rất yếu, nhưng có tính chất đặc biệt là ăn mòn thủy tinh (thành phần chính: SiO₂).

SiO₂ + 4HF → SiF₄↑ + 2H₂O

- Tính chất của các ion halide: tính khử

Tính khử của các ion halide tăng theo chiều: F^- < Cl^- < Br^- < I^-.

1. Tính chất vật lí của hydrogen halide

Câu hỏi 1 trang 114 Hóa học 10: Dựa vào Bảng 18.1 và Hình 18.1, cho biết nhiệt độ sôi của các hydrogen halide từ HCl đến HI biến đổi như thế nào? Giải thích.

Lời giải:

Nhiệt độ sôi của các hydrogen halide tăng dần từ HCl đến HI.

Giải thích: Từ HCl đến HI, khối lượng phân tử tăng làm tăng năng lượng cần thiết cho quá trình sôi; đồng thời, sự tăng kích thước và số electron trong phân tử dẫn đến tương tác van der Waals giữa các phân tử tăng.

Câu hỏi 2 trang 115 Hóa học 10: Quan sát Hình 18.2, giải thích nhiệt độ sôi cao bất thường của hydrogen fluorine so với các hydrogen halide còn lại.

Lời giải:

Các phân tử hydrogen fluoride hình thành liên kết hydrogen liên phân tử, loại liên kết này bền hơn tương tác van der Waals giữa các phân tử.

So với HCl, HBr và HI để phá vỡ liên kết giữa các phân tử HF, ngoài năng lượng để phá vỡ tương tác van der Waals, cần thêm năng lượng cao hơn để phá vỡ các liên kết hydrogen, nên nhiệt độ sôi của HF cao bất thường so với các hydrogen halide còn lại.

Luyện tập trang 115 Hóa học 10: Thông tin trong Bảng 18.1 cho biết độ tan của hydrogen fluoride trong nước ở 0^oC là vô hạn. Giải thích nguyên nhân dẫn đến tính chất này.

Lời giải:

Phân tử HF hình thành được liên kết hydrogen với các phân tử nước nên tan tốt trong nước.

2. Hydrohalic acid

Câu hỏi 3 trang 115 Hóa học 10: Dựa vào Bảng 17.2 và Bảng 18.1, nhận xét mối liên hệ giữa sự biến đổi năng lượng liên kết và độ dài liên kết H-X với sự biến đổi tính acid của các hydrohalic acid

Lời giải:

Độ âm điện X càng lớn, năng lượng liên kết H - X càng lớn, dẫn đến độ dài liên kết càng nhỏ. Từ fluorine đến iodine, độ âm điện giảm, năng lượng liên kết H – X cũng giảm, dẫn đến độ dài liên kết tăng dần. Trong các hydrohalic acid, độ dài liên kết H – X càng lớn, tính acid càng mạnh.

Luyện tập trang 115 Hóa học 10: Hoàn thành phương trình hóa học của các phản ứng sau:

(1) NaOH + HCl →

(2) Zn + HCl →

(3) CaO + HBr →

(4) K₂CO₃ + HI →

Trả lời:

(1) NaOH + HCl → NaCl + H₂O

(2) Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂

(3) CaO + 2HBr → CaBr₂ + H₂O

(4) K₂CO₃ + 2HI → 2KI + H₂O + CO₂

Vận dụng trang 116 Hóa học 10: Em hãy đề xuất cách bảo quản hydrofluoric aicd trong phòng thí nghiệm

Lời giải:

Vì hydrofluoric aicd có tính ăn mòn thủy tinh nên không sử dụng các lọ thủy tinh để đựng dung dịch hydrofluoric aicd, thay vào đó ta có thể dùng lọ bằng nhựa, tối màu để đựng hydrofluoric aicd.

Ngoài ra, cần đậy kín lọ hóa chất, bảo quản ở nơi khô ráo, tránh ánh sáng trực tiếp.

3. Tính khử của các ion halide

Câu hỏi 4 trang 116 Hóa học 10: Nhận xét sự thay đổi số oxi hóa của nguyên tử các nguyên tố halogen trong phản ứng của muối halide với dung dịch H₂SO₄ đặc

Lời giải:

- Ion chloride không khử được H₂SO₄ nên chỉ xảy ra phản ứng trao đổi:

KCl + H₂SO₄ $\stackrel{<{250}^{o}C}{\to }$KHSO₄ + HCl↑

2KCl + H₂SO₄ $\stackrel{>{400}^{o}C}{\to }$K₂SO₄ + 2HCl↑

⇒ Số oxi hóa của chlorine không thay đổi sau phản ứng.

- Ion bromide khử H₂SO₄ trong dung dịch H₂SO₄ đặc thành SO₂ và Br^- bị oxi hóa thành Br₂. Ví dụ:

2KBr + 2H₂SO₄ → Br₂ + SO₂ + K₂SO₄ + 2H₂O

⇒ Số oxi hóa của bromine tăng từ -1 lên 0 sau phản ứng.

- Ion iodide có thể khử H₂SO₄ trong dung dịch H₂SO₄ đặc thành H₂S; S; SO₂ tùy vào điều kiện phản ứng và I^- bị oxi hóa thành I₂ có màu đen tím. Ví dụ:

2KI + 2H₂SO₄ → I₂↓ + SO₂↑ + K₂SO₄ + 2H₂O

⇒ Số oxi hóa của iodine tăng từ -1 lên 0 sau phản ứng.

Câu hỏi 5 trang 116 Hóa học 10: Viết quá trình các ion halide bị oxi hóa thành đơn chất tương ứng

Lời giải:

Quá trình các ion halide bị oxi hóa thành đơn chất tương ứng:

$2\stackrel{-1}{Br}\to {\stackrel{0}{Br}}_2+2e$

$2\stackrel{-1}{I}\to {\stackrel{0}{I}}_2+2e$

Luyện tập trang 116 Hóa học 10: Phản ứng nào dưới đây chứng minh tính khử của các ion halide:

(1) BaCl₂ + H₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2HCl

(2) 2NaCl $\stackrel{dpnc}{\to }$ 2Na + Cl₂↑

(3) 2HBr + H₂SO₄ → Br₂ + SO₂↑ + 2H₂O

(4) HI + NaOH → NaI + H₂O

Lời giải:

Phản ứng (2) và (3) chứng minh tính khử của các ion halide.

- Trong phản ứng (2): 2NaCl $$$\stackrel{dpnc}{\to }$ 2Na + Cl₂↑

Số oxi hóa của Cl tăng từ -1 lên 0 sau phản ứng;

- Trong phản ứng (3) 2HBr + H₂SO₄ → Br₂ + SO₂↑ + 2H₂O

Số oxi hóa của Br tăng từ -1 lên 0 sau phản ứng;

4. Nhận biết ion halide trong dung dịch

Câu hỏi 6 trang 117 Hóa học 10: Tiến hành thí nghiệm và quan sát hiện tượng. Dựa vào phương trình hóa học của các phản ứng, nêu cách nhận biết các ion halide trong dung dịch

Thí nghiệm nhận biết ion halide trong dung dịch

Hóa chất: các dung dịch NaF, NaCl, NaBr, NaI và AgNO₃, có cùng nồng độ 0,1M

Dụng cụ: ống nghiệm, ống hút nhỏ giọt, giá để ống nghiệm.

Tiến hành:

Bước 1: Lấy lần lượt khoảng 2 mL mỗi dung dịch NaF, NaCl, NaBr và NaI cho vào 4 ống nghiệm, được đánh số thứ tự từ 1 đến 4.

Bước 2: Thêm tiếp vào mỗi ống nghiệm vài giọt dung dịch AgNO₃.

Lời giải:

- Hiện tượng thí nghiệm:

+ Ống nghiệm 1: Không có hiện tượng gì xảy ra.

+ Ống nghiệm 2: Xuất hiện kết tủa trắng

+ Ống nghiệm 3: Xuất hiện kết tủa vàng nhạt

+ Ống nghiệm 4: Xuất hiện kết tủa vàng đậm

- Phương trình hóa học của các phản ứng:

+ Ống nghiệm 1: Dung dịch NaF không phản ứng với dung dịch AgNO₃

+ Ống nghiệm 2: NaCl + AgNO₃ → AgCl↓_trắng + NaNO₃

+ Ống nghiệm 3: NaBr + AgNO₃ → AgBr↓_{vàng nhạt} + NaNO₃

+ Ống nghiệm 4: NaI + AgNO₃ → AgI↓_{vàng đậm} + NaNO₃

- Cách nhận biết các ion halide trong dung dịch:

Dùng silver nitrate (AgNO₃) để nhận biết các ion halide trong dung dịch:

Luyện tập trang 117 Hóa học 10: Nêu cách nhận biết 2 dung dịch CaCl₂ và NaNO₃, viết phương trình hóa học của phản ứng xảy ra

Lời giải:

Dụng cụ: Ống nghiệm, ống hút nhỏ giọt, giá để ống nghiệm

Hóa chất: Các dung dịch: CaCl₂; NaNO₃; AgNO₃.

Tiến hành

Bước 1: Lấy lần lượt khoảng 2 mL 2 dung dịch cần nhận biết ra 2 ống nghiệm có đánh số.

Bước 2: Thêm tiếp vào mỗi ống nghiệm vài giọt dung dịch AgNO₃

Hiện tượng:

- Ống nghiệm xuất hiện kết tủa trắng thì chất đem nhận biết là CaCl₂.

CaCl₂ + 2AgNO₃ → Ca(NO₃)₂ + 2AgCl↓

- Ống nghiệm không có hiện tượng gì thì chất ban đầu đem nhận biết là NaNO₃.

5. Ứng dụng của các hydrogen halide

Câu hỏi 7 trang 118 Hóa học 10: Tìm những ứng dụng khác của hydrogen halide trong đời sống, sản xuất

Lời giải:

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

SiO₂ + 4HF → SiF₄↑ + 2H₂O

+ Trong sản xuất nước đóng chai, hydrochloric acid tinh khiết được sử dụng để tái sinh các nhựa trao đổi ion nhằm thay thế các ion Na⁺ và Ca²⁺ bằng ion H⁺.

Vận dụng trang 118 Hóa học 10: Bệnh đau dạ dày sẽ gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người, nguyên nhân chính là do căng thẳng kéo dài và các thói quen chưa hợp lí. Trong dịch vị dạ dày, khi HCl có nồng độ nhỏ hơn 10^-4 M gây ra bệnh khó tiêu hóa, khi nồng độ lớn hơn 10^-3 M, gây ra bệnh ợ chua. Thông thường, bên cạnh lời khuyên nghỉ ngơi và thay đổi các thói quen chưa hợp lí, bác sĩ chỉ định bệnh nhân mắc bệnh ợ chua sử dụng một số thuốc chứa NaHCO₃ để điều trị. Giải thích tác dụng của thuốc chứa NaHCO₃

Lời giải:

Người mắc bệnh ợ chua do nồng độ acid cao (lớn hơn 10^-3 M). Thuốc chứa NaHCO₃ có tác dụng trung hòa acid trong dạ dày làm giảm nồng độ acid theo phản ứng:

NaHCO₃ + HCl → NaCl + H₂O + CO₂

Bài 1 trang 119 Hóa học 10: Viết phương trình hóa học của phản ứng xảy ra trong các trường hợp:

a) Kim loại Mg phản ứng với dung dịch HBr

b) Dung dịch KOH phản ứng với dung dịch HCl

c) Muối CaCO₃ phản ứng với dung dịch HCl

d) Dung dịch AgNO₃ phản ứng với dung dịch CaI₂

Lời giải:

a) Kim loại Mg phản ứng với dung dịch HBr:

Mg + 2HBr → MgBr₂ + H₂↑

b) Dung dịch KOH phản ứng với dung dịch HCl:

KOH + HCl → KCl + H₂O

c) Muối CaCO₃ phản ứng với dung dịch HCl:

CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂↑

d) Dung dịch AgNO₃ phản ứng với dung dịch CaI₂:

2AgNO₃ + CaI₂ → Ca(NO₃)₂ + 2AgI↓

Bài 2 trang 119 Hóa học 10: Trong phòng thí nghiệm, một khí hydrogen halide (HX) được điều chế theo phản ứng sau:

NaX(khan) + H₂SO₄(đặc) $\stackrel{t°}{\to }$ HX↑ + NaHSO₄ (hoặc Na₂SO₄)

a) Cho biết HX là chất nào trong các chất sau: HCl, HBr, HI. Giải thích.

b) Có thể dụng dung dịch NaX và H₂SO₄ loãng để điều chế HX theo phản ứng trên được không. Giải thích

Lời giải:

a) HX là HCl. Vì ion chloride không khử được H₂SO₄ nên chỉ xảy ra phản ứng trao đổi:

NaCl + H₂SO_{4 (đặc)} $\stackrel{<{250}^{o}C}{\to }$ NaHSO₄ + HCl↑

2NaCl + H₂SO_{4 (đặc)} $\stackrel{\ge {400}^{o}C}{\to }$ Na₂SO₄ + 2HCl↑

Br^- và I^- đều khử được H₂SO₄ trong H₂SO₄ đặc. Ví dụ:

2NaBr + 2H₂SO_{4 (đặc)} → Br₂ + SO₂↑ + Na₂SO₄ + 2H₂O

2NaI + 2H₂SO_{4 (đặc)} → I₂↓ + SO₂↑ + Na₂SO₄ + 2H₂O

b) Không thể dùng dung dịch NaX và H₂SO₄ loãng để điều chế HX theo phương trình trên, vì HX dễ tan trong nước, làm cho phản ứng trao đổi khó xảy ra.

Bài 3 trang 119 Hóa học 10: “Natri clorid 0,9%” là nước muối sinh lí chứa sodium chloride (NaCl), nồng độ 0,9% tương đương các dịch trong cơ thể người như máu, nước mắt, … thường được sử dụng để súc miệng, sát khuẩn, … Em hãy trình bày cách pha chế 500 mL nước muối sinh lí.

Lời giải:

Đặt x (g) là khối lượng sodium chloride (NaCl) cần dùng.

500 mL nước ⇔ 500 g nước

Áp dụng công thức:

$C\%=\frac{m_{chat\tan }}{m_{dungdich}}.100\%$

⇔ $0,9\%=\frac{x}{500+x}.100\%$

⇔ x = 4,54 gam

- Cách pha chế:

+ Cân 4,54 gam NaCl sạch và cho vào cốc chia độ có dung tích ≥ 500mL

+ Rót nước sôi để nguội vào cốc đến đủ thể tích 500 mL.

+ Khuấy đều cho muối tan hết.

Lý thuyết Hydrogen halide và một số phản ứng của ion halide

I. Tính chất vật lí của hydrogen halide

- Hydrogen halide là hợp chất của hydrogen với halogen, công thức tổng quát là HX, với X là halogen. Hậu tố “ide” trong hydrogen halide được thay thế từ hậu tố “ine” của tên halogen.

+ Nhiệt độ sôi của các hydrogen halide tăng dần từ HCl đến HI.

Giải thích: Khối lượng phân tử tăng làm tăng năng lượng cần thiết cho quá trình sôi; đồng thời, sự tăng kích thước và số electron trong phân tử dẫn đến tương tác van der Waals giữa các phân tử tăng.

+ Các phân tử hydrogen fluoride hình thành liên kết hydrogen liên phân tử, loại liên kết này bền hơn tương tác van der Waals, nên nhiệt độ sôi của hydrogen flouride cao bất thường so với các hydrogen halide còn lại.

+ Nhờ liên kết hydrogen giữa các phân tử nên hydrogen fluoride khó bay hơi hơn các hydrogen halide còn lại.

II. Hydrohalic acid

- Các hydrogen halide tan trong nước, tạo thành hydrohalic acid tương ứng.

- Tính acid của các hydrohalic acid tăng dần từ hydrofluoric acid đến hydroiodic acid.

- Hydrofluoric acid (HF) là acid rất yếu, nhưng có tính chất đặc biệt là ăn mòn thủy tinh, phương trình hóa học của phản ứng:

SiO₂ + 4HF → SiF₄↑ + 2H₂O

- Các dung dịch HCl, HBr, HI là những acid mạnh, có đầy đủ tính chất hóa học chung của acid như: làm quỳ tím chuyển sang màu đỏ, tác dụng với kim loại đứng trước hydrogen trong dãy hoạt động hóa học, tác dụng với basic oxide, base và một số muối.

Ví dụ:

NaOH + HCl → NaCl + H₂O

Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂

CaO + 2HBr → CaBr₂ + H₂O

K₂CO₃ + 2HI → 2KI + H₂O + CO₂

III. Tính khử của các ion halide

- Trong ion halide, các halogen có số oxi hóa thấp nhất là -1, do đó ion halide chỉ thể hiện tính khử trong phản ứng oxi hóa – khử.

- Tính khử của các ion halide tăng theo chiều: F^- < Cl^- < Br^- < I^-

Ví dụ: Khi đun nóng các muối khan halide với H₂SO₄ đặc:

+ Ion chloride không khử được H₂SO₄ nên chỉ xảy ra phản ứng trao đổi.

KCl + H₂SO_{4 (đặc)} → KHSO₄ + HCl↑

+ Ion bromide khử H₂SO₄ đặc thành SO₂ và Br^- bị oxi hóa thành Br₂, sản phẩm có màu vàng đậm.

2KBr + 2H₂SO_{4 (đặc)} → Br₂ + SO₂↑ + K₂SO₄ + 2H₂O

+ Ion iodide có thể khử H₂SO₄ đặc thành H₂S, S, SO₂ tùy vào điều kiện phản ứng và I^- bị oxi hóa thành I₂ có màu đen tím.

2KI + 2H₂SO_{4 (đặc)} → I₂↓ + SO₂↑ + K₂SO₄ + 2H₂O

6KI + 4H₂SO_{4 (đặc)} → 3I₂↓ + S↓ + 3K₂SO₄ + 4H₂O

8KI + 5H₂SO_{4 (đặc)} → 4I₂ + H₂S↑ + 4K₂SO₄ + 4H₂O

IV. Nhận biết ion halide trong dung dịch

- Phân biệt các ion F^-, Cl^-, Br^- và I^- bằng cách cho dung dịch silver nitrate (AgNO₃) vào dung dịch muối của chúng.

- Phương trình hóa học minh họa:

NaF + AgNO₃ → không phản ứng

NaCl + AgNO₃ → AgCl↓ + NaNO₃

NaBr + AgNO₃ → AgBr↓ + NaNO₃

NaI + AgNO₃ → AgI↓ + NaNO₃

V. Ứng dụng của các hydrogen halide

- Hydrogen fluoride: Dùng để tẩy cặn trong các thiết bị trao đổi nhiệt; chất xúc tác trong các nhà máy lọc dầu, công nghệ làm giàu uranium, sản xuất dược phẩm, …

- Hydrogen chloride: Dùng để loại bỏ gỉ thép, sản xuất chất tẩy rửa nhà vệ sinh, các hợp chất vô cơ và hữu cơ phục vụ đời sống và sản xuất,…

- Hydrogen bromide: Làm chất xúc tác cho các phản ứng hữu cơ, tổng hợp chất chống cháy chứa nguyên tố bromine như tetrabromobisphenol A, điều chế nhựa epoxy, sản xuất các vi mạch điện tử.

- Hydrogen iodide: Dùng làm chất khử phổ biến trong các phản ứng hóa học; sản xuất iodine và ankyl iodide…

Xem thêm lời giải bài tập Hóa học lớp 10 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

Bài 13: Enthalpy tạo thành và biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học

Bài 14: Tính biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học

Bài 15: Phương trình tốc độ phản ứng và hằng số tốc độ phản ứng

Bài 16: Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng hóa học

Bài 17: Tính chất vật lí và hóa học các đơn chất nhóm VIIA

Xem thêm tài liệu Hóa học lớp 10 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

Lý thuyết Bài 18: Hydrogen halide và một số phản ứng của ion halide