Lý thuyết Hydrogen halide và hydrohalic acid (Cánh diều 2024) Hóa 10

Lý thuyết Hóa học lớp 10 Bài 18: Hydrogen halide và hydrohalic acid

A. 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:

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) $\stackrel{}{\to }$ AgCl(s) + NaNO3(aq)
NaBr(aq)	Xuất hiện chất không tan, màu vàng nhạt	NaBr(aq) + AgNO3(aq) $\stackrel{}{\to }$ AgBr(s) + NaNO3(aq)
NaI(aq)	Xuất hiện chất không tan, màu vàng	NaI(aq) + AgNO3(aq) $\stackrel{}{\to }$AgI(s) + NaNO3(aq)

B. Trắc nghiệm Hydrogen halide và hydrohalic acid

Câu 1. Trong các ion halide X−, ion có tính khử mạnh nhất là

A. F−

B. I−

C. Br−

D. Cl−

Đáp án: A

Giải thích:

Trong các ion halide X−, tính khử tăng từ Cl− đến I− (F− không thể hiện tính khử)

⇒ ion có tính khử mạnh nhất là I−

Câu 2. Hydrogen halide là

A. đơn chất halogen (X2)

B. hợp chất gồm nguyên tố halogen và nguyên tố hydrogen (HX)

C. hợp chất gồm nguyên tố chlorine và nguyên tố hydrogen (HCl)

D. hợp chất gồm nguyên tố halogen, nguyên tố hydrogen và nguyên tố oxygen (HXO)

Đáp án: B

Giải thích:

Hydrogen halide là hợp chất gồm nguyên tố halogen và nguyên tố hydrogen (HX).

Câu 3. Nguyên nhân chủ yếu làm tăng độ mạnh của các acid theo dãy từ HF đến HI là do

A. sự tăng khối lượng phân tử từ HF đến HI

B. sự giảm độ phân cực của liên kết từ HF đến HI

C. sự giảm độ bền liên kết từ HF đến HI

D. sự tăng kích thước từ HF đến HI

Đáp án: C

Giải thích:

Nguyên nhân chủ yếu làm tăng độ mạnh của các acid theo dãy từ HF đến HI là do sự giảm độ bền liên kết từ HF đến HI.

Câu 4. Khi phản ứng với sulfuric acid đặc thì:

(1) Ion Cl− thể hiện tính khử.

(2) Ion Br− thể hiện tính khử và sulfur trong H2SO4 từ số oxi hóa +6 về số oxi hóa +4 trong SO2.

(3) Ion I− thể hiện tính khử và sulfur trong H2SO4 từ số oxi hóa +6 về số oxi hóa −4 trong H2S.

Khẳng định đúng là

A. (1)

B. (1), (2) và (3)

C. (2) và (3)

D. (1) và (2)

Đáp án: C

Giải thích:

Khi phản ứng với sulfuric acid đặc thì:

(1) Ion Cl− thể hiện tính khử. ⇒ sai. Vì ion Cl− không thể hiện tính khử.

(2) Ion Br− thể hiện tính khử và sulfur trong H2SO4 từ số oxi hóa +6 về số oxi hóa +4 trong SO2. ⇒ đúng.

(3) Ion I− thể hiện tính khử và sulfur trong H2SO4 từ số oxi hóa +6 về số oxi hóa −4 trong H2S. ⇒ đúng.

Câu 5. Cho phản ứng: NaCl (s) + H2SO4 (l) $\stackrel{t°}{\to }$

Sản phẩm thu được là

A. NaHSO3 và HCl

B. NaHSO4, Cl2, S và H2O

C. NaHSO4 và HCl

D. NaHSO4, Cl2, SO2 và H2O

Đáp án: C

Giải thích:

NaCl (s) + H2SO4 (l) $\stackrel{t°}{\to }$ NaHSO4 (s) + HCl (g)

Câu 6. Khi cho NaBr (s) tác dụng với H2SO4 đặc, đun nóng. Hiện tượng xảy ra là

A. tạo khí có mùi hắc

B. tạo khí có mùi trứng thối

C. tạo khí có mùi hắc, hơi bay ra có màu nâu đỏ

D. Không hiện tượng

Đáp án: C

Giải thích:

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

Phản ứng tạo ra khí SO2 có mùi hắc, hơi Br2 có màu nâu đỏ.

Câu 7. Hydrogen halide là

A. đơn chất

B. hợp chất ion

C. hợp chất cộng hóa trị không cực

D. hợp chất cộng hóa trị phân cực

Đáp án: D

Giải thích:

Hydrogen halide là hợp chất cộng hóa trị phân cực do sự chênh lệch độ âm điện giữa nguyên tử H và nguyên tử halogen.

H?− : X?+

Câu 8. Xu hướng phân cực giảm từ HF đến HI là do

A. khối lượng phân tử tăng dần từ HF đến HI

B. bán kính nguyên tử halogen tăng dần từ F đến I

C. tính oxi hóa giảm dần từ F2 đến I2

D. độ âm điện giảm dần từ F đến I

Đáp án: D

Giải thích:

Xu hướng phân cực giảm từ HF đến HI là do độ âm điện giảm dần từ F đến I làm cho sự chênh lệch độ âm điện giữa H và halogen giảm dần ⇒ Độ phân cực H – X giảm dần từ HF đến HI.

Câu 9. Phân tử nào dưới đây có nhiệt độ sôi cao bất thường?

A. HCl

B. HF

C. HI

D. HBr

Đáp án: B

Giải thích:

Trong dãy hydrogen halide, nhiệt độ sôi tăng dần từ HCl đến HI. Riêng HF có nhiệt độ sôi cao bất thường do các phân tử HF tạo liên kết hydrogen với nhau.

Câu 10. Hydrohalic acid có tính acid mạnh nhất là

A. HCl

B. HF

C. HI

D. HBr

Đáp án: C

Giải thích:

Trong dãy hydrohalic acid, tính acid tăng dần từ HF đến HI.

Vậy HI có tính acid mạnh nhất.

Câu 11. Ứng dụng nào dưới đây không phải là ứng dụng của hydrogen chloride?

A. Khắc chữ lên thủy tinh

B. Sản xuất vinyl chloride cung cấp cho ngành nhựa

C. Phục vụ sản xuất dược phẩm, thuốc nhuộm

D. Tẩy rửa gỉ sét bám trên bề mặt thép

Đáp án: A

Giải thích:

Khắc chữ lên thủy tinh là ứng dụng của hydrogen fluoride (HF) theo phản ứng:

SiO2 (s) + 4HF (aq) ⟶ SiF4 (g) + 2H2O (l)

Câu 12. Thuốc thử để nhận biết các ion halide X− là

A. nước

B. quỳ tím

C. dung dịch AgNO3

D. sung dịch Ba(OH)2

Đáp án: C

Giải thích:

Thuốc thử để nhận biết các ion halide X− là dung dịch silver nitrate AgNO3.

- 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 sliver bromide (AgBr)

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

Câu 13. Nhỏ từ từ vài giọt dung dịch silver nitrate vào ống nghiệm chứa dung dịch hydrochloride acid, ta thấy

A. không có hiện tượng xảy ra

B. xuất hiện kết tủa trắng

C. xuất hiện kết tủa vàng nhạt

D. xuất hiện kết tủa vàng

Đáp án: B

Giải thích:

AgNO3 (aq) + HCl (aq) ⟶ AgCl (s) + NaNO3 (aq)

AgCl (s) là kết tủa có màu trắng.

Câu 14. Nếu bơm từ từ cho đến hết lượng nước trong xi lanh vào bong bóng chứa khí hydrogen chloride thì hiện tượng xảy ra là

A. Bong bóng xẹp vào

B. Bong bóng phồng to hơn

C. Bong bóng đổi màu

D. Không có hiện tượng            

Đáp án: A

Giải thích:

Vì khí hydrogen chloride tan nhiều trong nước tạo thành dung dịch hydrochloride acid.

⇒ Khi bơm nước vào, khí hydrogen chloride bị hòa tan hết.

⇒ Bong bóng xẹp vào.

Câu 15. Nhỏ vài giọt dung dịch silver nitrate vào ống nghiệm chứa dung dịch muối sodium halide thì thấy không có hiện tượng xảy ra. Công thức của muối đó là

A. NaCl

B. NaF

C. NaBr

D. NaI

Đáp án: B

Giải thích:

AgNO3 (aq) + NaF (aq) ⟶ Không xảy ra phản ứng.

Do đó, không có hiện tượng xảy ra.

Bài giảng Hóa học 10 Bài 18: Hydrogen halide và hydrohalic acid - Cánh diều