Đây là bản xem thử. Phiên bản đầy đủ trong ứng dụng có bài tập, AI chấm ngay và theo dõi tiến độ học.
Bài học
Acid halohydric: tính acid và nhận biết ion halide bằng AgNO₃
Mục tiêu bài học
Sau bài này, em so sánh và giải thích được tính acid của bốn acid halohydric (HF yếu; HCl, HBr, HI mạnh, tăng dần), viết được PTHH và mô tả đúng hiện tượng nhận biết các ion halide bằng dung dịch AgNO₃, và tính toán được khối lượng kết tủa tạo thành.
Kiến thức nền cần nhớ
Same-grade bridge: bài trước đã giải thích độ bền liên kết H–X giảm dần từ HF đến HI (do bán kính X tăng dần), và chỉ ra HF có khả năng tạo liên kết hydrogen đặc biệt bền. Bài này dùng đúng hai đặc điểm cấu tạo đó để giải thích vì sao HF lại là acid yếu trong khi ba acid còn lại đều mạnh.
Khởi động
HF được xếp là acid YẾU trong bốn acid halohydric — yếu hơn cả HCl, HBr, HI. Nhưng trong phòng thí nghiệm, dung dịch HF lại là một trong những hoá chất bị coi là nguy hiểm bậc nhất: nó có thể ăn mòn thuỷ tinh (phản ứng với SiO₂ trong thành phần thuỷ tinh), và khi dính vào da có thể gây bỏng sâu mà ban đầu không hề đau, gây tổn thương xương nếu không xử lí kịp thời. Vì sao một acid "yếu" lại nguy hiểm đến vậy?
Kiến thức trọng tâm
Khi tan trong nước, các hydrogen halide tạo thành dung dịch acid gọi chung là acid halohydric. Bất ngờ ở chỗ, dù F có độ âm điện lớn nhất trong nhóm halogen, HF lại là acid YẾU — yếu hơn hẳn ba acid còn lại. Nguyên nhân nằm ở chính độ bền liên kết H–F: vì bán kính nguyên tử F rất nhỏ, hai orbital của H và F xen phủ với nhau rất hiệu quả, tạo ra liên kết H–F cực kì bền, khó bị phá vỡ hoàn toàn để giải phóng ion H⁺ vào dung dịch. Ngoài ra, các phân tử HF trong dung dịch còn liên kết hydrogen với nhau (giống bài trước), càng cản trở thêm quá trình điện li hoàn toàn. Kết quả là dung dịch HF chỉ điện li một phần, thể hiện tính acid yếu.
Ngược lại, HCl, HBr, HI đều là acid MẠNH, điện li hoàn toàn trong nước, và lực acid tăng dần theo đúng thứ tự $HCl < HBr < HI$. Nguyên nhân là bán kính của Cl, Br, I tăng dần nên độ bền liên kết H–X giảm dần theo đúng thứ tự đó — liên kết càng kém bền thì càng dễ bị phá vỡ để giải phóng H⁺ hoàn toàn, và mức độ dễ dàng đó tăng dần từ HCl đến HI. Chính vì HF là acid yếu, dung dịch của nó không thể đựng trong bình thuỷ tinh thông thường: HF phản ứng được với silicon dioxide (SiO₂) — thành phần chính của thuỷ tinh — ăn mòn dần bề mặt, nên phải bảo quản trong bình nhựa hoặc bình polyethylene. Đây chính là câu trả lời cho câu hỏi mở đầu: acid "yếu" theo nghĩa hoá học (điện li không hoàn toàn) hoàn toàn không đồng nghĩa với "an toàn" — độ nguy hiểm của một hoá chất phụ thuộc vào nhiều tính chất khác nhau, không chỉ độ mạnh yếu của acid.
Một ứng dụng thực hành rất quan trọng của acid halohydric là nhận biết các ion halide bằng dung dịch bạc nitrate (AgNO₃). Khi nhỏ dung dịch AgNO₃ vào dung dịch chứa ion halide, xảy ra phản ứng tạo kết tủa với màu sắc đặc trưng cho từng ion: $Ag^+ + Cl^- \to AgCl\downarrow$ (kết tủa trắng, hoá xám đen dần khi để ngoài ánh sáng do bị phân huỷ một phần thành Ag); $Ag^+ + Br^- \to AgBr\downarrow$ (kết tủa vàng nhạt); $Ag^+ + I^- \to AgI\downarrow$ (kết tủa vàng đậm). Riêng ion F⁻ không tạo kết tủa với Ag⁺ vì AgF tan tốt trong nước — đây là điểm khác biệt quan trọng giúp phân biệt F⁻ với ba ion halide còn lại. Phản ứng với AgNO₃ là thuốc thử đặc trưng, được dùng phổ biến nhất để nhận biết và phân biệt các ion halide trong phòng thí nghiệm.
Ví dụ
Giải thích nghịch lí HF là acid yếu
1
So sánh tính acid của HF và HCl trong dung dịch nước. Giải thích vì sao kết quả này có vẻ trái ngược với xu hướng độ âm điện.
2
F có độ âm điện lớn nhất trong nhóm halogen (lớn hơn Cl), nhưng HF lại là acid yếu nhất trong bốn acid halohydric — trái với trực giác thông thường "độ âm điện càng lớn, acid càng mạnh".
3
Liên kết H–F cực kì bền do bán kính F rất nhỏ, hai orbital xen phủ hiệu quả, khó bị phá vỡ để giải phóng H⁺ hoàn toàn; các phân tử HF còn liên kết hydrogen với nhau trong dung dịch, càng cản trở sự điện li. Liên kết H–Cl kém bền hơn nhiều (Cl bán kính lớn hơn), dễ bị phá vỡ hoàn toàn khi tan trong nước.
4
Vậy HF là acid yếu do liên kết H–F quá bền chứ không phải do độ âm điện của F nhỏ; HCl là acid mạnh do liên kết H–Cl kém bền hơn, điện li hoàn toàn trong nước. Độ mạnh yếu của acid phụ thuộc độ bền liên kết H–X, không phụ thuộc trực tiếp độ âm điện của X.
Ví dụ
Phân biệt ba dung dịch muối halide bằng AgNO₃
1
Có 3 dung dịch mất nhãn: NaCl, NaBr, NaI. Trình bày phương pháp hoá học để phân biệt 3 dung dịch trên, viết PTHH minh hoạ.
2
Chọn dung dịch AgNO₃ làm thuốc thử, vì nó tạo kết tủa với cả ba ion Cl⁻, Br⁻, I⁻ nhưng với ba màu sắc khác nhau, dễ phân biệt bằng mắt thường.
3
Trích mỗi dung dịch một ít ra ống nghiệm riêng, đánh số. Nhỏ vài giọt dung dịch AgNO₃ vào từng ống nghiệm.
4
Ống nghiệm cho kết tủa trắng chứa NaCl ($Cl^-+Ag^+\to AgCl\downarrow$); ống cho kết tủa vàng nhạt chứa NaBr ($Br^-+Ag^+\to AgBr\downarrow$); ống cho kết tủa vàng đậm chứa NaI ($I^-+Ag^+\to AgI\downarrow$).
5
Vậy chỉ với một thuốc thử duy nhất là dung dịch AgNO₃, có thể phân biệt cả ba dung dịch nhờ màu sắc kết tủa đặc trưng: trắng, vàng nhạt, vàng đậm.
Ví dụ
Tính khối lượng kết tủa từ nồng độ mol
1
Cho 200 ml dung dịch NaCl 0,1M tác dụng vừa đủ với dung dịch AgNO₃. Tính khối lượng kết tủa thu được.
2
Ta có $n_{NaCl} = C_M \times V = 0.1 \times 0.2 = 0.02$ mol.
$m_{AgCl} = n \times M = 0.02 \times 143.5 = 2.87$ gam.
5
Vậy khối lượng kết tủa AgCl thu được là 2,87 gam.
Sai lầm thường gặp
Nhiều em cho rằng độ âm điện càng lớn thì acid tương ứng càng mạnh, nên xếp nhầm HF là acid mạnh nhất — thực ra HF là acid YẾU NHẤT do liên kết H–F quá bền, ngược hẳn trực giác này. Lỗi thứ hai: nhầm lẫn màu kết tủa AgBr (vàng nhạt) với AgI (vàng đậm) — cần nhớ chính xác thứ tự đậm dần: AgCl trắng, AgBr vàng nhạt, AgI vàng đậm.
Luyện tập có hướng dẫn
Luyện tập độc lập
Kiểm tra nhanh
Ngoài phản ứng đặc trưng với AgNO₃, acid halohydric mạnh (HCl, HBr, HI) còn mang đầy đủ tính chất chung của một acid mạnh: đổi màu quỳ tím sang đỏ, tác dụng với kim loại đứng trước hydrogen trong dãy hoạt động hoá học giải phóng khí H₂, tác dụng với oxide base và base tạo muối và nước, tác dụng với một số muối tạo muối mới. Trong các tính chất đó, phản ứng với AgNO₃ là phản ứng đặc trưng riêng của gốc halide, không có ở các acid khác như $H_2SO_4$ loãng hay $HNO_3$, nên được dùng làm phép thử nhận biết chuyên biệt.
Ghi nhớ
HF là acid yếu do liên kết H–F quá bền; HCl, HBr, HI đều là acid mạnh, lực acid tăng dần $HCl<HBr<HI$ do độ bền liên kết H–X giảm dần. Thuốc thử AgNO₃ nhận biết các ion halide qua màu kết tủa: AgCl trắng, AgBr vàng nhạt, AgI vàng đậm, còn F⁻ không tạo kết tủa. Chương tiếp theo dùng chính phản ứng của Cl₂ với nước và với base đã học để điều chế hai hoá chất quen thuộc trong đời sống: nước Javen và clorua vôi.
HF được xếp là acid YẾU trong bốn acid halohydric — yếu hơn cả HCl, HBr, HI. Nhưng trong phòng thí nghiệm, dung dịch HF lại là một trong những hoá chất bị coi là nguy hiểm bậc nhất: nó có thể ăn mòn thuỷ tinh (phản ứng với SiO₂ trong thành phần thuỷ tinh), và khi dính vào da có thể gây bỏng sâu mà ban đầu không hề đau, gây tổn thương xương nếu không xử lí kịp thời. Vì sao một acid "yếu" lại nguy hiểm đến vậy?
Khi tan trong nước, các hydrogen halide tạo thành dung dịch acid gọi chung là acid halohydric. Bất ngờ ở chỗ, dù F có độ âm điện lớn nhất trong nhóm halogen, HF lại là acid YẾU — yếu hơn hẳn ba acid còn lại. Nguyên nhân nằm ở chính độ bền liên kết H–F: vì bán kính nguyên tử F rất nhỏ, hai orbital của H và F xen phủ với nhau rất hiệu quả, tạo ra liên kết H–F cực kì bền, khó bị phá vỡ hoàn toàn để giải phóng ion H⁺ vào dung dịch. Ngoài ra, các phân tử HF trong dung dịch còn liên kết hydrogen với nhau (giống bài trước), càng cản trở thêm quá trình điện li hoàn toàn. Kết quả là dung dịch HF chỉ điện li một phần, thể hiện tính acid yếu.
Ngược lại, HCl, HBr, HI đều là acid MẠNH, điện li hoàn toàn trong nước, và lực acid tăng dần theo đúng thứ tự HCl<HBr<HI. Nguyên nhân là bán kính của Cl, Br, I tăng dần nên độ bền liên kết H–X giảm dần theo đúng thứ tự đó — liên kết càng kém bền thì càng dễ bị phá vỡ để giải phóng H⁺ hoàn toàn, và mức độ dễ dàng đó tăng dần từ HCl đến HI. Chính vì HF là acid yếu, dung dịch của nó không thể đựng trong bình thuỷ tinh thông thường: HF phản ứng được với silicon dioxide (SiO₂) — thành phần chính của thuỷ tinh — ăn mòn dần bề mặt, nên phải bảo quản trong bình nhựa hoặc bình polyethylene. Đây chính là câu trả lời cho câu hỏi mở đầu: acid "yếu" theo nghĩa hoá học (điện li không hoàn toàn) hoàn toàn không đồng nghĩa với "an toàn" — độ nguy hiểm của một hoá chất phụ thuộc vào nhiều tính chất khác nhau, không chỉ độ mạnh yếu của acid.
Một ứng dụng thực hành rất quan trọng của acid halohydric là nhận biết các ion halide bằng dung dịch bạc nitrate (AgNO₃). Khi nhỏ dung dịch AgNO₃ vào dung dịch chứa ion halide, xảy ra phản ứng tạo kết tủa với màu sắc đặc trưng cho từng ion: Ag++Cl−→AgCl↓ (kết tủa trắng, hoá xám đen dần khi để ngoài ánh sáng do bị phân huỷ một phần thành Ag); Ag++Br−→AgBr↓ (kết tủa vàng nhạt); Ag++I−→AgI↓ (kết tủa vàng đậm). Riêng ion F⁻ không tạo kết tủa với Ag⁺ vì AgF tan tốt trong nước — đây là điểm khác biệt quan trọng giúp phân biệt F⁻ với ba ion halide còn lại. Phản ứng với AgNO₃ là thuốc thử đặc trưng, được dùng phổ biến nhất để nhận biết và phân biệt các ion halide trong phòng thí nghiệm.
Ống nghiệm cho kết tủa trắng chứa NaCl (Cl−+Ag+→AgCl↓); ống cho kết tủa vàng nhạt chứa NaBr (Br−+Ag+→AgBr↓); ống cho kết tủa vàng đậm chứa NaI (I−+Ag+→AgI↓).
Ta có nNaCl=CM×V=0.1×0.2=0.02 mol.
NaCl+AgNO3→AgCl↓+NaNO3. Theo PT, nAgCl=nNaCl=0.02 mol.
mAgCl=n×M=0.02×143.5=2.87 gam.
Ngoài phản ứng đặc trưng với AgNO₃, acid halohydric mạnh (HCl, HBr, HI) còn mang đầy đủ tính chất chung của một acid mạnh: đổi màu quỳ tím sang đỏ, tác dụng với kim loại đứng trước hydrogen trong dãy hoạt động hoá học giải phóng khí H₂, tác dụng với oxide base và base tạo muối và nước, tác dụng với một số muối tạo muối mới. Trong các tính chất đó, phản ứng với AgNO₃ là phản ứng đặc trưng riêng của gốc halide, không có ở các acid khác như H2SO4 loãng hay HNO3, nên được dùng làm phép thử nhận biết chuyên biệt.
HF là acid yếu do liên kết H–F quá bền; HCl, HBr, HI đều là acid mạnh, lực acid tăng dần HCl<HBr<HI do độ bền liên kết H–X giảm dần. Thuốc thử AgNO₃ nhận biết các ion halide qua màu kết tủa: AgCl trắng, AgBr vàng nhạt, AgI vàng đậm, còn F⁻ không tạo kết tủa. Chương tiếp theo dùng chính phản ứng của Cl₂ với nước và với base đã học để điều chế hai hoá chất quen thuộc trong đời sống: nước Javen và clorua vôi.