Trả lời nhanh
Nhiệt độ nóng chảy của NaCl khoảng 801 °C. NaCl là hợp chất ion, trong tinh thể các ion Na+ và Cl– hút nhau bằng lực tĩnh điện rất mạnh nên cần nhiều năng lượng để phá mạng tinh thể. Khi nóng chảy, các ion không còn bị giữ cố định mà chuyển động tự do, vì vậy NaCl lỏng dẫn được điện.
Đề bài và hướng trả lời
Câu nhận định quen thuộc ở phần liên kết hoá học (lớp 10): “Hợp chất NaCl nóng chảy ở nhiệt độ cao và có khả năng dẫn điện khi nóng chảy.” Đề thường yêu cầu giải thích, hoặc hỏi nguyên nhân là do loại liên kết nào. Đáp án cốt lõi là liên kết ion trong tinh thể ion.
Khi làm bài, em nên trả lời theo ba bước: (1) NaCl hình thành thế nào, (2) vì sao nhiệt độ nóng chảy cao, (3) vì sao nóng chảy mới dẫn điện.
Bước 1: NaCl được tạo thành từ các ion
Na (Z = 11, cấu hình 1s22s22p63s1) dễ nhường 1 electron để có cấu hình bền của khí hiếm Ne. Cl (Z = 17, 3s23p5) dễ nhận 1 electron để có cấu hình bền của Ar.
- Na → Na+ + 1e
- Cl + 1e → Cl–
Ion Na+ mang điện dương, ion Cl– mang điện âm nên hút nhau bằng lực hút tĩnh điện. Đó là liên kết ion. Hiệu độ âm điện giữa Cl (3,16) và Na (0,93) khoảng 2,23, lớn hơn 1,7 nên liên kết mang bản chất ion.
Bước 2: Vì sao nhiệt độ nóng chảy cao (801 °C)?
Ở trạng thái rắn, NaCl không tồn tại thành “phân tử NaCl” riêng lẻ mà là mạng tinh thể ion. Mỗi ion Na+ được bao quanh bởi 6 ion Cl– và ngược lại. Tinh thể là cả khối lớn các lực hút tĩnh điện nối với nhau theo mọi hướng.
Muốn nóng chảy, phải cung cấp đủ năng lượng để các ion dao động mạnh, thoát khỏi vị trí cố định trong mạng. Lực hút giữa các ion trái dấu rất lớn nên nhiệt độ cần thiết cao.
| Chất | Loại liên kết / tinh thể | Nhiệt độ nóng chảy (xấp xỉ) |
|---|---|---|
| NaCl | Ion | 801 °C |
| MgO | Ion (điện tích 2+ và 2–) | 2852 °C |
| H2O | Phân tử, có liên kết hydrogen | 0 °C |
| CO2 | Phân tử, tương tác yếu | thăng hoa ở –78,5 °C |
Bảng cho thấy hợp chất ion có nhiệt độ nóng chảy cao hơn hẳn hợp chất cộng hoá trị phân tử. MgO còn cao hơn NaCl vì ion có điện tích lớn hơn nên lực hút mạnh hơn.
Bước 3: Vì sao nóng chảy mới dẫn điện?
Một chất dẫn điện khi có các hạt mang điện chuyển động tự do. NaCl rắn có đủ ion nhưng các ion bị giữ cố định tại nút mạng, chỉ dao động quanh vị trí cân bằng, nên NaCl rắn không dẫn điện. Khi nóng chảy, mạng tinh thể bị phá vỡ, Na+ và Cl– chuyển động tự do; đặt vào hai điện cực, ion dương về cực âm, ion âm về cực dương, tạo thành dòng điện.
Tương tự, dung dịch NaCl cũng dẫn điện vì khi hoà tan trong nước, các ion tách ra khỏi mạng và chuyển động tự do (được nước bao quanh).
Ứng dụng: điện phân NaCl nóng chảy
Chính tính dẫn điện khi nóng chảy được dùng để điều chế kim loại Na:
- Cực âm (catot): Na+ + 1e → Na
- Cực dương (anot): 2Cl– → Cl2 + 2e
Phương trình tổng quát: 2NaCl (nóng chảy) → 2Na + Cl2 (điều kiện: điện phân nóng chảy). Hiện tượng: có kim loại Na màu trắng bạc ở catot và khí Cl2 màu vàng lục thoát ra ở anot. Trong thực tế người ta thường trộn thêm muối khác để hạ nhiệt độ nóng chảy của hỗn hợp, tiết kiệm năng lượng.
Lỗi sai thường gặp
- Viết “phân tử NaCl”. Đúng là NaCl là công thức đơn giản nhất thể hiện tỉ lệ ion 1 : 1 trong tinh thể.
- Nói NaCl rắn dẫn điện vì “có ion”. Phải nhấn mạnh ion không tự do di chuyển.
- Giải thích nhiệt độ nóng chảy cao bằng “liên kết ion bền nên khó bị phá” mà không nêu lực hút tĩnh điện trong mạng tinh thể.
- Nhầm điện phân dung dịch NaCl với điện phân NaCl nóng chảy: sản phẩm khác nhau (dung dịch cho NaOH, H2, Cl2 nếu có màng ngăn).
Mẹo nhớ: “Ion hút mạnh – nóng chảy cao; ion tự do – mới có điện.”
Bài luyện tập
- Câu 1. NaCl rắn khan, NaCl nóng chảy và dung dịch NaCl: trường hợp nào dẫn điện?
Đáp án: NaCl nóng chảy và dung dịch NaCl dẫn điện (có ion tự do); NaCl rắn khan không dẫn điện. - Câu 2. So sánh nhiệt độ nóng chảy của NaCl và HCl, giải thích ngắn gọn.
Đáp án: NaCl (801 °C) cao hơn nhiều so với HCl (khoảng –114 °C). NaCl là tinh thể ion với lực hút tĩnh điện mạnh, còn HCl là chất phân tử, chỉ có tương tác yếu giữa các phân tử. - Câu 3. Viết phương trình điện phân nóng chảy NaCl và cho biết sản phẩm ở mỗi điện cực.
Đáp án: 2NaCl → 2Na + Cl2; catot thu được Na, anot thu được Cl2.
Câu hỏi thường gặp
Nhiệt độ nóng chảy của NaCl là bao nhiêu?
NaCl nóng chảy ở khoảng 801 °C ở áp suất thường. Đây là giá trị cao do NaCl là hợp chất ion có lực hút tĩnh điện mạnh trong mạng tinh thể.
Vì sao NaCl rắn không dẫn điện nhưng NaCl nóng chảy lại dẫn điện?
Ở trạng thái rắn, các ion Na⁺ và Cl⁻ bị giữ cố định ở nút mạng nên không di chuyển được. Khi nóng chảy, các ion chuyển động tự do và tạo dòng điện khi có hiệu điện thế.
Hợp chất ion có đặc điểm chung gì về tính chất vật lí?
Hợp chất ion thường là chất rắn ở điều kiện thường, nhiệt độ nóng chảy và sôi cao, cứng nhưng giòn, tan nhiều trong nước và dẫn điện khi nóng chảy hoặc khi tan trong nước.
Điện phân NaCl nóng chảy thu được sản phẩm gì?
Thu được kim loại Na ở catot và khí Cl₂ ở anot theo phương trình 2NaCl → 2Na + Cl₂ (điện phân nóng chảy).