Giải SBT Hoá học 10 Chân trời bài 9 Liên kết ion

Bài tập 9.1. Điều nào dưới đây đúng khi nói về ion S^2-?

A. Có chứa 18 proton.   

B. Có chứa 18 electron.

C. Trung hòa về điện.   

D. Được tạo thành khi nguyên tử sulfur (S) nhận vào 2 proton.

Hướng dẫn: Đáp án: B

A sai vì S^2- có 16 proton.

C sai vì S^2- là phần tử mang điện âm.

D sai vì S^2- được tạo thành khi S nhận vào 2 electron.

Bài tập 9.2. Điều nào dưới đây không đúng khi nói về hợp chất sodium oxide (Na₂O)?

A. Trong phân tử Na₂O, các ion sodium Na⁺ và ion oxide O²⁻ đều đạt cấu hình electron bền vững của khí hiếm neon.

B. Phân tử Na₂O tạo bởi lực hút tĩnh điện giữa hai ion Na+ và một ion O²⁻.

C. Là chất rắn trong điều kiện thường.

D. Không tan trong nước, chỉ tan trong dung môi không phân cực như benzene, carbon tetrachloride, …

Hướng dẫn: Đáp án: D

Na₂O phản ứng được với nước tạo thành dung dịch trong suốt.

Na₂O + 2H₂O → 2NaOH.

Bài tập 9.3. Tính chất nào dưới đây đúng khi nói về hợp chất ion?

A. Hợp chất ion có nhiệt độ nóng chảy thấp

B. Hợp chất ion tan tốt trong dung môi không phân cực

C. Hợp chất ion có cấu trúc tinh thể

D. Hợp chất ion dẫn điện ở trạng thái rắn.

Hướng dẫn: Đáp án: C

Bài tập 9.4. Hợp chất A có các tính chất sau: Ở thể rắn trong điều kiện thường, dễ tan trong nước tạo dung dịch dẫn điện được. Hợp chất A là

A. sodium chloride.           B. glucose.

C. sucrose.                         D. fructose.

Hướng dẫn: Đáp án: A

Hợp chất A là hợp chất ion ở thể rắn trong điều kiện thường, dễ tan trong nước tạo dung dịch dẫn điện được. 

Bài tập 9.5. Tính chất nào sau đây không phải của magnesium oxide (MgO)?

A. Có nhiệt độ nóng chảy cao hơn so với NaCl.

B. Chất khí ở điều kiện thường.

C. Có cấu trúc tinh thể.

D. Phân tử tạo bởi lực hút tĩnh điện giữa ion Mg²⁺ và O²⁻.

Hướng dẫn: Đáp án: B

 MgO là chất rắn ở điều kiện thường.

Bài tập 9.6. Sodium sulfide (Na₂S) là một hợp chất hóa học được sử dụng trong ngành công nghiệp giấy và bột giấy, xử lí nước, công nghiệp dệt may và các quy trình sản xuất hóa chất khác như sản xuất cao su; thuốc nhuộm lưu huỳnh và thu hồi dầu, … Điều thú vị là sodium sulfide đã được chứng minh là có vai trò trong bảo vệ tim mạch, chống lại chứng thiếu máu cục bộ ở tim và giúp bảo vệ phổi, chống lại tổn thương phổi do máy thở. Trình bày sự tạo thành sodium sulfide khi cho sodium phản ứng với sulfur.

Hướng dẫn: Khi cho sodium phản ứng với sulfur:

Mỗi nguyên tử sodium sẽ nhường 1 electron để tạo thành Na+,

Mỗi nguyên tử sulfur sẽ nhận 2 electron từ 2 nguyên tử sodium để tạo thành S2−.

Các ion được tạo thành mang điện tích trái dấu, hút nhau tạo thành phân tử Na2S (sodium sulfide):

2 Na⁺+S²⁻ → Na₂S.

Bài tập 9.7. Chỉ ra cấu trúc đúng của ô mạng tinh thể sodium chloride:

Hướng dẫn: Đáp án: C

Trong tinh thể sodium chloride, mỗi ion sodium được bao quanh bởi 6 ion chloride gần nhất và mỗi ion chloride cũng được bao quanh bởi 6 ion sodium gần nhất. 

Bài tập 9.8. Magnesium chloride là một chất xúc tác phổ biến trong hóa học hữu cơ. Trình bày sự hình thành phân tử MgCl₂ khi cho magnesium tác dụng với chlorine.

Hướng dẫn: Khi cho magnesium tác dụng với chlorine, nguyên tử magnesium sẽ nhường 2 electron cho 2 nguyên tử chlorine.

Mỗi nguyên tử chlorine sẽ nhận 1 electron. Kết quả có sự hình thành ion Mg²⁺ và Cl⁻. Các ion được tạo thành mang điện tích trái dấu, hút nhau tạo thành phân tử MgCl_2.

Bài tập 9.9. Trong đời sống, muối ăn (NaCl) và các gia vị, phụ gia (C₅H₈NO₄Na: bột ngọt; C₇H₅O₂Na: chất bảo quản thực phẩm) đều có chứa ion sodium. Hiệp hội Tim mạch Hoa Kỳ khuyến cáo các cá nhân nên hạn chế lượng sodium xuống dưới 2 300 mg mỗi ngày vì nếu tiêu thụ nhiều hơn sẽ ảnh hưởng đến tim mạch và thận. Nếu trung bình mỗi ngày, một người dùng tổng cộng 5,0 gam muối ăn; 0,5 gam bột ngọt và 0,05 gam chất bảo quản thì lượng sodium tiêu thụ có vượt mức giới hạn cho phép nói trên không?

Hướng dẫn: 

M_NaCl = 58,5; $M_{C_{5}H_{8}NO_{4}Na}$=169; $M_{C_{7}H_{5}O_{2}Na}$=144

Lượng sodium người đó tiêu thụ trong một ngày là:

$\frac{5.23}{58,5}+\frac{0,5.23}{169}+\frac{0,05.23}{144}$= 2,042g = 2042 mg < 2300 mg.

Vậy lượng sodium tiêu thụ này còn nằm trong giới hạn cho phép.

Bài tập 9.10. Trình bày cách vẽ một ô mạng tinh thể NaCl.

Hướng dẫn: 

Bước 1: Vẽ một khối lập phương

Bước 2: Chia khối lập phương đã vẽ thành 8 khối lập phương nhỏ bằng cách nối điểm giữa của mỗi cạnh với điểm giữa của cạnh đối diện và điểm giữa của mỗi mặt với điểm giữa của mặt đối diện.

Bước 3: Đặt các ion sodium và ion chloride vào các đỉnh của khối lập phương và các điểm giữa của các cạnh cùng các mặt. Chú ý, ion chlorine có kích thước lớn hơn ion sodium. Tâm của khối lập phương không nhất thiết phải là ion sodium hay chlorine, nhưng bắt buộc các ion trái dấu phải luân phiên nhau trong không gian của mạng tinh thể.

Bước 4: Tinh thể NaCl đã hoàn chỉnh:

Bài tập 9.11*. Biểu đồ dưới đây cho biết mối quan hệ giữa năng lượng của hệ các ion trái dấu so với khoảng cách giữa chúng:

Biểu đồ cho thấy khoảng cách giữa các ion càng gần càng thuận lợi để hệ đạt được trạng thái năng lượng tối thiểu (bền vững). Tuy nhiên, ở khoảng cách nhỏ quá, các ion lại đẩy nhau do hạt nhân của các ion đều mang điện tích dương. Năng lượng tối thiểu đại diện cho độ bền liên kết và khoảng cách ro tại mức năng lượng tối thiểu gọi là độ dài liên kết. Bằng cách thực hiện một loạt các phép tính, người ta thấy rằng các hợp chất ion được hình thành bởi các ion có điện tích lớn hơn sẽ tạo ra liên kết mạnh hơn và các chất ion có độ dài liên kết ngắn hơn sẽ hình thành liên kết mạnh hơn.

Sử dụng nhận định trên để dự đoán và giải thích độ bền liên kết giữa các hợp chất ion sau:

a. NaCl và Na₂O                   b. NaCl và NaF

Hướng dẫn: 

Do hợp chất ion được hình thành bởi các ion có điện tích lớn hơn sẽ tạo ra liên kết bền hơn và các hợp chất ion có độ dài liên kết ngắn hơn sẽ hình thành liên kết bền hơn nên:

a) NaCl và Na₂O

Ion O²⁻ có điện tích lớn hơn ion Cl⁻, ngoài ra kích thước ion O²⁻ lại nhỏ hơn ion Cl⁻ nên liên kết trong Na₂O bền hơn so với NaCl.

b) NaCl và NaF

Tuy các ion Cl⁻ và F⁻ có cùng điện tích, nhưng kích thước ion F⁻ nhỏ hơn ion Cl⁻ nên liên kết trong NaF bền hơn trong NaCl.

Bài tập 9.12*. X, Y, Z là các hợp chất ion thuộc trong số các chất sau: NaF, MgO và MgCl₂. Nhiệt độ nóng chảy của các hợp chất X, Y, Z được thể hiện qua biểu đồ:

Trình bày cách xác định các chất X, Y, Z.

Hướng dẫn: 

Nhiệt độ nóng chảy của hợp chất ion là nhiệt độ tại đó có đủ năng lượng dưới dạng nhiệt để phá vỡ lực hút tĩnh điện mạnh giữa các ion và phá vỡ cấu trúc mạng tinh thể chuyển từ thể rắn sang thể lỏng.

Hợp chất ion có liên kết bền hơn sẽ có nhiệt độ nóng chảy cao hơn.

- Do điện tích anion hình thành hợp chất MgO cao hơn so với điện tích anion hình thành hợp chất MgF₂, trong khi bán kính anion O²⁻ và F⁻ là khác biệt không đáng kể (O và F cùng thuộc chu kì 2) nên MgF₂ phải có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn MgO.

- Do điện tích cation hình thành hợp chất MgF₂ cao hơn điện tích cation hình thành hợp chất NaF, trong khi bán kính cation Mg²⁺ lại nhỏ hơn bán kính cation Na+ nên NaF phải có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn MgF₂.

Vậy X là NaF; Y là MgF₂ và Z là MgO.

Bài tập 9.13. Cho biết lực hút tĩnh điện được tính theo công thức sau: F=|q1|.|q2|r2 (q₁, q₂ là giá trị điện tích của hai điện tích điểm, đơn vị là C (coulomb); r là khoảng cách giữa hai điện tích điểm; đơn vị là m (meter); k là hằng số coulomb).

Dựa vào công thức trên, hãy so sánh gần đúng lực hút tĩnh điện giữa các ion trái dấu trong phân tử NaCl và phân tử MgO.

Từ đó, cho biết nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của hợp chất nào cao hơn.

Hướng dẫn: 

Do phân tử NaCl có |q₁| = |q₂| = 1 đơn vị điện tích; phân tử MgO có |q₁| = |q₂| = 2 đơn vị điện tích, ngoài ra bán kính cation Mg²⁺ lại nhỏ hơn bán kính cation Na⁺ và bán kính anion O²⁻ cũng nhỏ hơn bán kính anion Cl⁻ nên liên kết trong MgO bền hơn nhiều so với trong NaCl.

Điều này dẫn đến nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của MgO cao hơn nhiều so với NaCl.

(Thực nghiệm cho thấy, NaCl nóng chảy ở 801°C và sôi ở 1413°C; MgO nóng chảy ở 2850°C và sôi ở 3600°C.)

Bài tập 9.14. Hình dạng và cấu trúc tinh thể của mọi hợp chất ion có giống nhau không? Giải thích.

Hướng dẫn: 

Do có sự khác nhau về kích thước và số lượng tương đối của các ion liên kết với nhau nên cấu trúc tinh thể của các hợp chất ion khác nhau sẽ có kích thước và hình dạng khác nhau.

Bài tập 9.15. Vì sao các hợp chất ion thường tồn tại ở trạng thái rắn và cứng trong điều kiện thường, nhưng lại giòn, dễ vỡ?

Hướng dẫn: 

Do các hợp chất ion có cấu trúc tinh thể và lực hút tĩnh điện mạnh nên chúng thường tồn tại ở trạng thái rắn và cứng trong điều kiện thường. Tuy nhiên, chúng lại rất giòn do khi bị tác dụng bởi một lực, cứ một lớp ion bị khẽ dịch chuyển kéo theo toàn bộ sự sắp xếp sẽ bị xáo trộn do các ion trái dấu tự đẩy nhau, khiến mạng tinh thể bị vỡ.

Bài tập 9.16. Vì sao nói sodium chloride có cấu trúc mạng tinh thể kiểu lập phương tâm diện?

Hướng dẫn: 

Lập phương tâm diện (kí hiệu là FCC: face centered cubic) là cấu trúc lập phương với 8 ion (hoặc nguyên tử) nằm ở các đỉnh hình lập phương và 6 ion (hoặc nguyên tử) khác nằm ở tâm của các mặt của hình lập phương.

Tinh thể NaCl được coi là sự đan xen giữa một mạng lập phương tâm diện của các anion với một mạng lập phương tâm diện của các cation.