Giải SBT Hoá học 10 Chân trời bài 11 Liên kết Hydrogen và tương tác Van Der Waals

Bài tập 11.1. Hợp chất nào sau đây tạo được liên kết hydrogen liên phân tử?

A. H₂S.        B. PH₃.           C. HI.             D. CH₃OH.

Hướng dần: Đáp án: D 

Bài tập 11.2. Mặc dù chlorine có độ âm điện là 3,16 xấp xỉ với nitrogen là 3,04 nhưng giữa các phân tử HCl không tạo được liên kết hydrogen với nhau, trong khi giữa các phân tử NH₃ tạo được liên kết hydrogen với nhau, nguyên nhân là do

A. độ âm điện của chlorine nhỏ hơn của nitrogen.

B. phân tử NH₃ chứa nhiều nguyên tử hydrogen hơn phân tử HCl.

C. tổng số nguyên tử trong phân tử NH₃ nhiều hơn so với phân tử HCl.

D. kích thước nguyên tử chlorine lớn hơn nguyên tử nitrogen nên mật độ điện tích âm trên chlorine không đủ lớn để hình thành liên kết hydrogen.

Hướng dần: Đáp án: D

Bài tập 11.3. Sơ đồ nào sau đây thể hiện đúng liên kết hydrogen giữa 2 phân tử hydrogen fluoride (HF)?

Hướng dần: Đáp án: A

Bài tập 11.4. Điều nào sau đây đúng khi nói về liên kết hydrogen liên phân tử?

A. Là lực hút tĩnh điện giữa nguyên tử H (thường trong các liên kết H – F, H = N, H – O ở phân tử này) với một trong các nguyên tử có độ âm điện mạnh (thường là N, O, F) ở một phân tử khác.

B. Là lực hút giữa các phân tử khác nhau

C. Là lực hút tĩnh điện giữa các ion trái dấu

D. Là lực hút giữa các nguyên tử trong một hợp chất cộng hóa trị

Hướng dần: Đáp án: A

Liên kết hydrogen liên phân tử là lực hút tĩnh điện giữa nguyên tử H (thường trong các liên kết H – F, H = N, H – O ở phân tử này) với một trong các nguyên tử có độ âm điện mạnh (thường là N, O, F) ở một phân tử khác.

Bài tập 11.5. Điều nào sau đây đúng khi nói về liên kết hydrogen nội phân tử?

A. Là lực hút giữa các proton của nguyên tử này với các electron ở nguyên tử khác.

B. Là lực hút tĩnh điện giữa nguyên tử H (thường trong các liên kết H – F, H – N, H – O) ở một phân tử với một trong các nguyên tử có độ âm điện mạnh (thường là N, O, F) ở ngay chính phân tử đó.

C. Là lực hút giữa các ion trái dấu

D. Là lực hút giữa các phân tử có chứa nguyên tử hydrogen.

Hướng dần: Đáp án: B

Bài tập 11.6. Tương tác van der Waals xuất hiện là do sự hình thành các lưỡng cực tạm thời cũng như các lưỡng cực cảm ứng. Các lưỡng cực tạm thời xuất hiện là do sự chuyển động của

A. các nguyên tử trong phân tử.

B. các electron trong phân tử.

C. các proton trong hạt nhân.

D. các neutron và proton trong hạt nhân.

Hướng dần: Đáp án: B

Bài tập 11.7. Trong các khí hiếm sau, khí hiếm có nhiệt độ sôi cao nhất là

A. Ne.             B. Xe.                C. Ar.             D. Kr.

Hướng dần: Đáp án: B

Trong 4 nguyên tử Ne, Xe, Ar, Kr thì Xe có khối lượng phân tử lớn nhất nên tương tác van der Waals giữa các phân tử Xe là lớn nhất, dẫn đến khí hiếm Xe có nhiệt độ sôi cao nhất.

Bài tập 11.8. Biểu diễn liên kết hydrogen giữa các phân tử sau:

a. methanol (CH₃OH) và nước.

b. ethylene glycol (HOCH₂CH₂OH) và nước

Từ đó nhận xét tính tan của methanol và ethylene glycol trong nước.

Hướng dần: 

Bài tập 11.9. Ethylene glycol (HOCH₂CH₂OH) là một chất chống đông trong công nghiệp ô tô, hàng không do có khả năng can thiệp vào liên kết hydrogen của nước, làm các phân tử nước khó liên kết hơn, khiến nước khó đóng băng hơn. Biểu diễn liên kết hydrogen liên phân tử và nội phân tử trong ethylene glycol.

Hướng dần: 

Bài tập 11.10. Hãy so sánh tương tác van der Waals với liên kết ion.

Hướng dần: 

Tương tác van der Waals và liên kết ion đều là các lực hút tĩnh điện. Tuy nhiên, tương tác van der Waals là lực hút tĩnh điện giữa các phân tử trung hòa nên yếu hơn nhiều so với liên kết ion là lực hút tĩnh điện giữa các ion mang điện tích trái dấu.

Bài tập 11.11. Thiết bị chụp cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) sử dụng nitrogen lỏng để làm mát nam châm siêu dẫn. Nitrogen lỏng sôi ở - 195,8^oC. Dự đoán nhiệt độ sôi của oxygen lỏng sẽ cao hay thấp hơn so với nitrogen lỏng? Giải thích.

Hướng dần: 

Oxygen có khối lượng phân tử lớn hơn nitrogen, do đó tương tác van der Waals giữa các phân tử oxygen mạnh hơn so với nitrogen. Kết quả là oxygen lỏng có nhiệt độ sôi cao hơn nitrogen lỏng.

Thực nghiệm đã chứng minh, oxygen lỏng sôi ở -183°C, còn nitrogen lỏng sôi ở -195,8°C.

Bài tập 11.12. Giải thích vì sao các tương tác van der Waals giữa các phân tử có kích thước lớn lại mạnh hơn so với các phân tử có kích thước nhỏ.

Hướng dần: 

Phân tử có kích thước lớn thường đi đôi với nhiều electron. Chính vì vậy, khả năng tạo các ion lưỡng cực tức thời và lưỡng cực cảm ứng của các phân tử có kích thước lớn cũng nhiều hơn, từ đó tương tác van der Waals giữa các phân tử lớn cũng mạnh hơn so với các phân tử có kích thước nhỏ.

Bài tập 11.13*. Giải thích tại sao ở điều kiện thường, các nguyên tố trong nhóm halogen như fluorine và chlorine ở trạng thái khí, còn bromine ở trạng thái lỏng và iodine ở trạng thái rắn.

Hướng dần: 

Khi đi từ F₂ đến I₂, do khối lượng phân tử của các halogen tăng dần làm tương tác van der Waals giữa các phân tử halogen cũng tăng dần, kết quả các phân tử halogen “dính” với nhau chặt hơn, nên fluorine ở trạng thái khí, còn bromine ở trạng thái lỏng và iodine ở trạng thái rắn.

Bài tập 11.14*.Nhiệt độ sôi của các hợp chất với hydrogen của các nguyên tố nhóm VA, VIA và VIIA được biểu diễn qua đồ thị sau: 

Nhiệt độ sôi của các hợp chất với hydrogen của các nguyên tố nhóm VA, VIA và VIIA

a. Giải thích nhiệt độ sôi cao bất thường của các hợp chất với hydrogen của các nguyên tố đầu tiên trong mỗi nhóm.

b. Nhận xét nhiệt độ sôi của các hợp chất với hydrogen của các nguyên tố còn lại ở mỗi nhóm và giải thích nguyên nhân sự biến đổi nhiệt độ sôi của chúng.

Hướng dần: 

a) Các nguyên tố đầu tiên trong mỗi nhóm VA, VIA, VIIA (N, O, F) có kích thước nhỏ và độ âm điện lớn, kết quả trong các hợp chất NH3; H2O; HF xuất hiện liên kết hydrogen liên phân tử làm cho các hợp chất này có nhiệt độ sôi cao bất thường so với các hợp chất còn lại trong mỗi nhóm.

b) Hợp chất với hydrogen của các nguyên tố còn lại trong mỗi nhóm có nhiệt độ sôi tăng dần khi khối lượng phân tử của chúng tăng. Vì khi khối lượng phân tử tăng, tương tác van der Waals giữa các phân tử trong hợp chất cũng tăng dẫn đến nhiệt độ sôi của chúng dần cao hơn.

Bài tập 11.15*. So sánh nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của pentane (CH₃CH₂CH₂CH₂CH₃) và neopentane ((CH₃)₄C). Giải thích nguyên nhân sự khác biệt trên.

Hướng dần: 

Hai hợp chất pentane và neopentane có cùng công thức phân tử, tức cùng khối lượng phân tử. Tuy nhiên, phân tử neopentane có dạng hình cầu nên diện tích bề mặt tiếp xúc giữa các phân tử neopentane nhỏ hơn so với các phân tử pentane.

Do đó, lực tương tác van der Waals giữa các phân tử pentane mạnh hơn giữa các phân tử neopentane nên nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy của pentane cao hơn so với neopentane.

Thực nghiệm đã chứng minh:

Nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy của pentane: -130°C và 36°C.

Nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy của neopentane: -16,6°C và 9,5°C.

Bài tập 11.16*. Giải thích vì sao tetrachloromethane (CCl₄) tuy là phân tử không cực nhưng có nhiệt độ sôi cao hơn trichloromethane (CHCl₃) là phân tử có cực.

Hướng dần: 

Do phân tử CCl₄ có kích thước lớn hơn CHCl₃ nên có số electron cũng nhiều hơn CHCl₃, do đó tương tác van der Waals giữa các phân tử CCl₄ mạnh hơn CHCl₃, làm cho CCl₄ có nhiệt độ sôi cao hơn CHCl₃.