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

Nguyễn Uyên Ngày: 20-09-2024 Lớp 10

3.4 K

Lời giải bài tập Hóa học lớp 10 Bài 18: Hydrogen halide và hydrohalic acid sách Cánh diều hay, chi tiết sẽ giúp học sinh dễ dàng trả lời câu hỏi Hóa học 10 Bài 18 từ đó học tốt môn Hóa 10.

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

Giải hóa học 10 trang 109 Cánh diều

Mở đầu trang 109 Hóa học 10: Khi hòa 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?

Lời giải:

- Tính acid phụ thuộc vào khả năng tách H của acid. Phân tử nào càng dễ tách H thì tính acid càng mạnh

- Trong nhóm halogen, từ F đến I có độ âm điện giảm dần

=> Khả năng liên kết H-X giảm dần

=> Khả năng tách H trong HX tăng dần

=> Tính acid tăng dần

=> Dung dịch HF có tính acid yếu nhất

I. Hydrogen halide và hydrohalic acid

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

Phương pháp giải:

Độ âm điện giảm dần

Lời giải:

Trong nhóm halogen, từ F đến I có độ âm điện giảm dần

=> Sự chênh lệch độ âm điện giữa H và X giảm dần

=> Độ phân cực H-X giảm dần từ F đến I

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

Phương pháp giải:

Nhiệt độ sôi = Nhiệt độ hóa lỏng

Lời giải:

- Ở điều kiện thường, nhiệt độ là 25^oC, tất cả các hydrogen halide đều ở thể khí

=> Khi hạ nhiệt độ xuống thấp dần, hydrogen fluoride sẽ được hóa lỏng đầu tiên

Giải hóa học 10 trang 111 Cánh diều

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?

Phương pháp giải:

Tham khảo Bảng 18.2:

(ảnh 1)

Lời giải:

- Xét phản ứng của NaCl với H₂SO₄:

NaCl(s) + H₂SO₄(l) $\overset{t^{o}}{\to}$ NaHSO₄(s) + HCl(g)

=> Ion Cl^- không thể hiện tính khử, không có sự thay đổi số oxi hóa

=> Không phải phản ứng oxi hóa – khử

- Xét phản ứng của NaI với H₂SO₄:

8NaI(s) + 9H₂SO₄(l) → 8NaHSO₄(s) + I₂(g) + H₂S(g) + 4H₂O(g)

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

- Giải thích: Do ion Cl^- có tính khử yếu hơn ion I^-

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?

Phương pháp giải:

Tham khảo Bảng 18.2 (ảnh 1)

Lời giải:

- Khi potassium bromide phản ứng với sulfuric acid đặc, đun nóng. Ta có phương trình:

2NaBr(s) + 3H₂SO₄(l) $\overset{t^{o}}{\to}$ 2NaHSO₄(s) + Br₂(g) + SO₂(g) + 2H₂O(g)

=> Sản phẩm tạo thành không có HBr

=> Không thể điều chế hydrogen bromide từ phản ứng giữa potassium bromide với sulfuric acid đặc

Giải hóa học 10 trang 112 Cánh diều

III. Ứng dụng của một số hydrogen halide

Vận dụng 1 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?

Phương pháp giải:

a) Oxide + acid → Muối + Nước

b) Giấm ăn, chanh

Lời giải:

- Dung dịch hydrochloric acid được dùng để trung hòa môi trường base: oxide base, base

=> Sử dụng dung dịch hydrochloric acid để tẩy rửa lớp copper(II) oxide tạo thành dung dịch muối và nước

- Phương trình hóa học:

CuO + HCl → CuCl₂ + H₂O

b) Các dung dịch có sẵn trong gia đình để tẩy rửa copper(II) oxide là: nước chanh, giấm ăn. Vì chúng có tính acid, có thể loại bỏ được lớp copper(II) oxide:

Acid + Oxide base → Muối + Nước

Giải hóa học 10 trang 113 Cánh diều

IV. Phân biệt các ion halide X^-

Luyện tập 2 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

Phương pháp giải:

Khi nhỏ dung dịch silver nitrate vào dung dịch chứa ion X^-

+ Nếu xuất hiện kết tủa trắng => Cl^-

+ Nếu xuất hiện kết tủa vàng nhạt => Br^-

+ Nếu không thấy sự biến đổi => F^-

Lời giải:

- Khi cho từ từ vài giọt dung dịch silver nitrate vào ống nghiệm chứa từng dung dịch potassium fluoride, hydrochloric acid, sodium bromide:

+ Ống nghiệm xuất hiện kết tủa trắng AgCl => Ống nghiệm đó chứa HCl

HCl + AgNO₃ → AgCl↓ + HNO₃

+ Ống nghiệm xuất hiện kết tủa vàng nhạt AgBr => Ống nghiệm đó chứa NaBr

NaBr + AgNO₃ → AgBr↓ + NaNO₃

+ Ống nghiệm không có sự biến đổi do không có phản ứng hóa học xảy ra => Ống nghiệm chứa KF

Giải hóa học 10 trang 114 Cánh diều

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

Phương pháp giải:

Nhiệt độ sôi phụ thuộc vào:

+ Khối lượng phân tử

+ Lực van der Waals

Lời giải:

Nhiệt độ sôi của hydrogen bromide cao hơn nhiệt độ sôi của hydrogen chloride được giải thích như sau:

+ Khối lượng phân tử HBr (81) cao hơn khối lượng phân tử HCl (36,5)

+ Br có bán kính nguyên tử lớn, có nhiều electron hơn Cl => Tăng khả năng lưỡng cực HX => Làm tăng tương tác van der Waals giữa các phân tử

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 tượn gì sẽ xảy ra. Giải thích

Phương pháp giải:

Quả bóng xẹp vào

Lời giải:

Khí hydrogen chloride tan nhiều trong nước tạo thành dung dịch hydrochloric acid

=> Khi bơm nước vào, khí hydrogen chloride bị hòa tan hết

=> Quả bóng bị xẹp vào

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

4HCl + MnO₂ → Cl₂ + MnCl₂ + 2H₂O

a) Trong phản ứng trên, hãy xác định chất khử và chất oxi hóa

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

Phương pháp giải:

- Chất khử là chất nhường electron

- Chất oxi hóa là chất nhận electron

Lời giải:

$4 H \overset{- 1}{C l} + \overset{+ 4}{M n} O_{2} \to {C l}_{2}^{0} + \overset{+ 2}{M n} C l_{2} + 2 H_{2} O$

$\overset{+ 4}{M n} + 2 e \to \overset{+ 2}{M n}$ => MnO₂ là chất oxi hóa

$\overset{- 1}{2 C l} \to \overset{0}{C l_{2}} + 2 e$ => HCl là chất khử

b) HI có tính khử mạnh hơn HCl

=> HI có thể phản ứng được với MnO₂

4HI + MnO₂ → I₂ + MnI₂ + 2H₂O

Bài 4 trang 114 Hóa học 10: Dung dịch hydrobromic acid không màu, để lâu trong không khí thí 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 tối màu. Giải thích

Phương pháp giải:

a) Màu vàng nâu là màu của nước bromine

b) Sẽ bị oxi hóa

Lời giải:

Khi để lâu trong không khí thì chuyển sang màu vàng nâu => Sản phẩm có sự tạo thành nước Bromine

4HBr + O₂ → 2Br₂ + 2H₂O

Hydrobromic acid được bảo quản trong các lọ tối màu, nếu để nơi có ánh sáng hoặc trong bình sáng thì khí oxygen sẽ được tạo ra do thành phần của acid HBrO

=> HBr bị oxi hóa bởi oxygen

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: $H^{δ^{+}} : X^{δ^{-}}$ .

- 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

Hydrogen halide	Nhiệt độ sôi (^oC)
HF	19,5
HCl	-84,9
HBr	- 66,7
HI	-35,8

+ 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) $\overset{}{\to}$ 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 H₂SO₄từ 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) $\overset{}{\to}$ 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) $\overset{}{\to}$ 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:

NaX(aq)	Hiện tượng	Phương trình hóa học
NaF(aq)	Không thấy sự thay đổi	NaF(aq) + AgNO₃(aq): không xảy ra phản ứng
NaCl(aq)	Xuất hiện chất không tan, màu trắng	NaCl(aq) + AgNO₃(aq) $\overset{}{\to}$ AgCl(s) + NaNO₃(aq)
NaBr(aq)	Xuất hiện chất không tan, màu vàng nhạt	NaBr(aq) + AgNO₃(aq) $\overset{}{\to}$ AgBr(s) + NaNO₃(aq)
NaI(aq)	Xuất hiện chất không tan, màu vàng	NaI(aq) + AgNO₃(aq) $\overset{}{\to}$ AgI(s) + NaNO₃(aq)