Giải sách bài tập Hóa học 10 Bài 13. Liên kết hydrogen và tương tác van der Waals - Kết nối tri thức

Nhận biết

Bài 13.1 trang 34 SBT Hóa học 10: Liên kết hydrogen là loại liên kết hóa học được hình thành giữa các nguyên tử nào sau đây?

A. Phi kim và hydrogen trong hai phân tử khác nhau.

B. Phi kim và hydrogen trong cùng một phân tử.

C. Phi kim có độ âm điện lớn và nguyên tử hydrogen

D. F, O, N, … có độ âm điện lớn, đồng thời có cặp electron hóa trị chưa liên kết và nguyên tử hydrogen linh động.

Lời giải

Đáp án đúng là: D

Liên kết hydrogen là loại liên kết hóa học được hình thành giữa F, O, N, … có độ âm điện lớn, đồng thời có cặp electron hóa trị chưa liên kết và nguyên tử hydrogen linh động.

Ví dụ: Liên kết hydrogen giữa hai phân tử HF.

Bài 13.2 trang 34 SBT Hóa học 10: Tương tác van der Waals được hình thành do

A. tương tác tĩnh điện lưỡng cực – lưỡng cực giữa các nguyên tử

B. tương tác tĩnh điện lưỡng cực – lưỡng cực giữa các phân tử.

C. tương tác tĩnh điện lưỡng cực – lưỡng cực giữa các nguyên tử hay phân tử.

D. Lực hút tĩnh điện giữa các phân tử phân cực.

Lời giải

Đáp án đúng là: C

Tương tác van der Waals được hình thành do tương tác tĩnh điện lưỡng cực – lưỡng cực giữa các nguyên tử hay phân tử.

Bài 13.3 trang 34 SBT Hóa học 10: Chất nào sau đây có thể tạo liên kết hydrogen?

A. PF₃

B. CH₄

C. CH₃OH

D. H₂S

Lời giải

Đáp án đúng là: C

A. PF₃ không tạo được liên kết hydrogen vì không có nguyên tử H linh động.

B. CH₄ không tạo được liên kết hydrogen với nhau vì C không có cặp electron hóa trị chưa tham gia liên kết.

C. CH₃OH tạo được liên kết hydrogen vì có nguyên tử H liên kết với nguyên tử có độ âm điện cao là O là cho chênh lệch điện tích dẫn đến H linh động. Bên cạnh đó nguyên tử O có cặp electron chưa tham gia liên kết và có liên kết với nguyên tử hydrogen.

D. H₂S không tạo được liên kết hydrogen với nhau vì liên kết H-S không phân cực, sự chênh lệch điện tích ít làm cho H kém linh động.

Bài 13.4 trang 34 SBT Hóa học 10: Chất nào sau đây không thể tạo được liên kết hydrogen?

A. H₂O

B. CH₄

C. CH₃OH

D. NH₃

Lời giải

Đáp án đúng là: B

- Phân tử CH₃OH, H₂O và NH₃ có thể tạo liên kết hydrogen vì có nguyên tử H liên kết với nguyên tử có độ âm điện cao là O, N làm cho H linh động. Bên cạnh đó nguyên tử N, O đều có cặp electron chưa tham gia liên kết và có liên kết với nguyên tử hydrogen.

- CH₄ không tạo được liên kết hydrogen với nhau vì C không có cặp electron hóa trị chưa tham gia liên kết.

Bài 13.5 trang 34 SBT Hóa học 10: Tương tác van der Waals tồn tại giữa những

A. ion

B. hạt proton

C. hạt neutron

D. phân tử

Lời giải

Đáp án đúng là: D

Tương tác van der Waals là một loại liên kết rất yếu, hình thành do lực hút tĩnh điện giữa các cực trái dấu của phân tử.

Bài 13.6 trang 34 SBT Hóa học 10: Cho các chất sau: F₂, Cl₂, Br₂, I₂

Chất có nhiệt độ nóng chảy thấp nhất là

A. F₂

B. Cl₂

C. Br₂

D. I₂

Lời giải

Đáp án đúng là: A

Trong dãy halogen, tương tác van der Waals tăng theo sự tăng số electron (và proton) trong phân tử, làm tăng nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của các chất.

Số electron (và proton) trong phân tử tăng theo thứ tự: F₂ < Cl₂ < Br₂ < I₂

⇒ F₂ có số electron (số proton) nhỏ nhất ⇒ Nhiệt độ nóng chảy thấp nhất.

Bài 13.7 trang 34 SBT Hóa học 10: Cho các chất sau: F₂, Cl₂, Br₂, I₂

Chất có nhiệt độ sôi cao nhất là

A. F₂

B. Cl₂

C. Br₂

D. I₂

Lời giải

Đáp án đúng là: D

Trong dãy halogen, tương tác van der Waals tăng theo sự tăng số electron (và proton) trong phân tử, làm tăng nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của các chất.

Số electron (và proton) trong phân tử tăng theo thứ tự: F₂ < Cl₂ < Br₂ < I₂

⇒ I₂ có số electron (số proton) lớn nhất ⇒ Nhiệt độ sôi cao nhất.

Bài 13.8 trang 34 SBT Hóa học 10: Dãy chất nào sau đây xếp theo thứ tự nhiệt độ sôi tăng dần?

A. H₂O, H₂S, CH₄

B. H₂S, CH₄, H₂O

C. CH₄, H₂O, H₂S

D. CH₄, H₂S, H₂O

Lời giải

Đáp án đúng là: D

- Các phân tử H₂O tạo được liên kết hydrogen với nhau do trong phân tử liên kết O-H phân cực mạnh, nguyên tử O còn cặp electron chưa liên kết.

- Các phân tử H₂S và CH₄ không tạo được liên kết hydrogen với nhau

⇒ Nhiệt độ sôi của H₂O lớn hơn nhiều so với H₂S và CH₄.

- Khối lượng phân tử H₂S (34 amu) lớn gần gấp đôi khối lượng phân tử của CH₄ (16 amu).

- Liên kết S-H phân cực hơn liên kết C-H nên tương tác van der Waals giữa các phân tử H₂S mạnh hơn tương tác van der Waals giữa các phân tử CH₄.

⇒ Nhiệt độ sôi của H₂S lớn hơn nhiệt độ sôi của CH₄

Dãy chất xếp theo thứ tự nhiệt độ sôi tăng dần là: CH₄, H₂S, H₂O

Thông hiểu

Bài 13.9 trang 35 SBT Hóa học 10: Cho các khí hiếm sau: He, Ne, Ar, Kr, Xe

Khí hiếm có nhiệt độ nóng chảy thấp nhất và cao nhất lần lượt là

A. Xe và He

B. Ar và Ne

C. He và Xe

D. He và Kr

Lời giải

Đáp án đúng là: C

Chú ý:

- Tương tác van der Waals làm tăng nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của các chất.

- Khi khối lượng phân tử tăng, kích thước phân tử tăng thì tương tác van der Waals tăng.

Theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân nguyên tử trong nhóm VIIIA, bán kính nguyên tử tăng đồng thời khối lượng nguyên tử tăng.

⇒ Tương tác van der Waals tăng ⇒ Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tăng.

⇒ Khí hiếm có nhiệt độ nóng chảy thấp nhất là He và cao nhất là Xe.

Bài 13.10 trang 35 SBT Hóa học 10: Cho các chất sau: C₂H₆, H₂O, NH₃, PF₃, C₂H₅OH

Số chất tạo được liên kết hydrogen là

A. 2

B. 3

C. 4

D. 5

Lời giải

Đáp án đúng là: B

Các chất tạo được liên kết hydrogen là: H₂O, NH₃, C₂H₅OH

- Phân tử nước có hai nguyên tử H liên kết với nguyên tử O (có độ âm điện lớn) nên mỗi nguyên tử H trong phân tử nước này có thể tạo liên kết hydrogen với nguyên tử O trong phân tử nước khác. Bên cạnh đó, nguyên tử O còn 2 cặp electron chưa liên kết nên có thể tạo 2 liên kết hydrogen với nguyên tử H trong 2 phân tử nước khác.

- Nguyên tử N có độ âm điện lớn làm cho liên kết N-H phân cực mạnh, trong phân tử NH₃ nguyên tử N còn cặp electron chưa liên kết nên có thể tạo liên kết hydrogen giữa các phân tử NH₃ với nhau.

- Nguyên tử H gắn với nguyên tử O có độ âm điện cao nên H đó linh động, có thể tham gia tạo liên kết với O trong phân tử C₂H₅OH khác.

- C có độ âm điện nhỏ nên liên kết C-H phân cực yếu, nguyên tử C không còn cặp electron chưa liên kết nên không có khả năng tạo liên kết hydrogen giữa các phân tử CH₄ với nhau

- PF₃ không tạo được liên kết hydrogen vì không có nguyên tử H linh động.

Bài 13.11 trang 35 SBT Hóa học 10: Giữa H₂O và HF có thể tạo ra ít nhất bao nhiêu liên kết hydrogen?

A. 2

B. 3

C. 4

D. 5

Lời giải

Đáp án đúng là: C

Một phân tử nước có thể tạo được 4 liên kết hydrogen với 4 phân tử HF.

Bài 13.12 trang 35 SBT Hóa học 10: Nhiệt độ sôi của từng chất methane, ethane, propane và butane là một trong bốn nhiệt độ sau: 0^oC; -164^oC; -42^oC và -88^oC.

Nhiệt độ sôi -88^oC là của chất nào sau đây?

A. methane

B. propane

C. ethane

D. butane

Lời giải

Đáp án đúng là: C

Methane: CH₄

Ethane: C₂H₆

Propane: C₃H₈

Butane: C₄H₁₀

Theo dãy từ methane đến butane khối lượng phân tử tăng dần ⇒ Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tăng dần

Sắp xếp nhiệt độ sôi của từng chất tương ứng là:

Bài 13.13 trang 35 SBT Hóa học 10: Cho các chất sau: C₂H₆; CH₃OH; CH₃COOH

Chất nào có thể tạo được liên kết hydrogen? Vì sao?

Lời giải

CH₃OH và CH₃COOH chứa nguyên tử O có độ âm điện lớn (3,44) và nguyên tử H liên kết với nguyên tử O trong nhóm –OH là nguyên tử hydrogen linh động tạo ra liên kết hydrogen:

Bài 13.14 trang 35 SBT Hóa học 10: Khối lượng mol (g/mol) của nước, ammonia và methane lần lượt bằng 18, 17 và 16. Nước sôi ở 100^oC, còn ammonia sôi ở -33,35^oC và methane sôi ở -161,58^oC. Giải thích vì sao các chất trên có khối lượng mol xấp xỉ nhau nhưng nhiệt độ sôi của chúng lại chênh lệch nhau.

Lời giải

Nhiệt độ sôi của H₂O lớn hơn rất nhiều so với NH₃ và CH₄ vì phân tử H₂O và NH₃ có liên kết hydrogen liên phân tử (còn CH₄ không có), do độ âm điện O > N nên liên kết hydrogen trong H₂O bền hơn trong NH₃.

Vận dụng

Bài 13.15 trang 35 SBT Hóa học 10: Trong dung dịch ethanol (C₂H₅OH) có những kiểu liên kết hydrogen nào? Kiểu nào bền nhất và kém bền nhất? Mô tả bằng hình vẽ.

Lời giải

Dung dịch ethanol có C₂H₅OH và H₂O, cả hai phân tử này đều chứa nguyên tử O có độ âm điện lớn (3,44) và nguyên tử H liên kết với nguyên tử O trong nhóm –OH là nguyên tử hydrogen linh động tạo ra liên kết hydrogen.

Có bốn kiểu liên kết hydrogen trong dung dịch ethanol: alcohol – alcohol; nước – nước; alcohol – nước và nước alcohol.

Liên kết hydrogen càng bền khi nguyên tử có độ âm điện lớn hơn và nguyên tử H linh động hơn. Trong bốn kiểu trên: kiểu bền nhất là liên kết giữa H của nước với O của alcohol (nước-alcohol). Kiểu kém bền nhất là liên kết giữa H của alcohol với O của alcohol (alcohol – alcohol).

Bài 13.16 trang 35 SBT Hóa học 10: Trong phân tử nước và ammonia, phân tử nào có thể tạo nhiều liên kết hydrogen hơn? Vì sao?

Lời giải

– Số liên kết hydrogen trung bình được tạo thành trên mỗi phân tử phụ thuộc vào:

+ Số nguyên tử hydrogen liên kết với F, O hoặc N trong phân tử.

+ Số lượng các cặp electron chưa liên kết có mặt trên F, O, N

- Một phân tử nước có hai nguyên tử hydrogen và hai cặp electron chưa liên kết nên phân tử nước có nhiều liên kết hydrogen với các phân tử nước khác. Nó có mức trung bình là hai liên kết hydrogen trên mỗi phân tử.

- Ammonia có ít liên kết hydrogen hơn nước. Trung bình nó có thể hình thành chỉ một liên kết hydrogen trên mỗi phân tử. Mặc dù phân tử ammonia có ba nguyên tử hydrogen gắn với nguyên tử nitrogen, nhưng nó chỉ có một cặp electron duy nhất có thể tham gia vào quá trình hình thành liên kết hydrogen.

Bài 13.17 trang 35 SBT Hóa học 10: Dầu mỏ chứa hỗn hợp nhiều hydrogen như: octane (C₈H₁₈) có trong xăng; butane (C₄H₁₀) có trong gas. Khi chưng cất dầu mỏ, octane hay butane sẽ bay hơi nước? Giải thích.

Lời giải

Khi chưng cất dầu mỏ, butane sẽ bay hơi trước octane. Vì octane (M = 114) có phân tử khối lớn hơn butane (M = 58) nên có nhiệt độ sôi cao hơn.

Bài 13.18 trang 35 SBT Hóa học 10: Cho các chất và các trị số nhiệt độ sôi (^oC) sau: H₂O, H₂S, H₂Se, H₂Te và -42; -2; 100; -61.

Ghép các trị số nhiệt độ sôi vào mỗi chất sao cho phù hợp và giải thích.

Lời giải

- Giá trị nhiệt độ sôi của từng chất:

H₂O (100^oC); H₂S (-61^oC); H₂Se (-42^oC) và H₂Te (-2^oC).

- Giải thích: sự tăng nhiệt độ sôi từ H₂S đến H₂Te là do khối lượng phân tử tăng lên. Nếu H₂O chỉ có lực van der Waals giữa các phân tử thì nhiệt độ sôi của nó dự đoán vào khoảng -80^oC. Tuy nhiên, nhiệt độ sôi của H₂O là 100^oC, cao hơn nhiều, đó là vì phân tử H₂O còn có liên kết hydrogen liên phân tử, làm cho liên kết giữa các phân tử H₂O bền hơn.

Xem thêm lời giải sách bài tập Hóa học 10 Kết nối tri thức với cuộc sống hay, chi tiết khác: 

Bài 12. Liên kết cộng hóa trị

Bài 13. Liên kết hydrogen và tương tác van der Waals

Bài 14. Ôn tập chương 3

Bài 15. Phản ứng oxi hóa – khử

Bài 16. Ôn tập chương 4