Bài tập Hydrogen halide và một số phản ứng của ion halide có đáp án

- Hydrofluoric acid (HF) là acid rất yếu, nhưng có tính chất đặc biệt là ăn mòn thủy tinh, phương trình hóa học của phản ứng ăn mòn thủy tinh:

SiO$_{2}$ + 4HF → SiF$_{4}$↑ + 2H$_{2}$O

- Tính chất của các ion halide: Trong ion halide, các halogen có số oxi hóa thấp nhất là -1, do đó ion halide chỉ thể hiện tính khử trong phản ứng oxi hóa – khử.

+ Tính khử của các ion halide tăng theo chiều: F$^{-}$ < Cl$^{-}$ < Br$^{-}$ < I$^{-}$

+ Ví dụ: Ion bromide khử H$_{2}$SO$_{4}$đặc thành SO$_{2}$ và Br$^{-}$ bị oxi hóa thành Br$_{2}$, sản phẩm có màu vàng đậm.

$2K\overset{-1}{Br}\ +\ 2{H}_{2}\overset{+6}{S}{{O}_{4}}_{(đ)}\rightarrow \ {\overset{0}{Br}}_{2}+\ \overset{+4}{S}{O}_{2}↑\ +\ {K}_{2}S{O}_{4}+\ 2{H}_{2}O$

- Nhiệt độ sôi của các hydrogen halide tăng dần từ HCl đến HI.

- Giải thích: Khối lượng phân tử tăng làm tăng năng lượng cần thiết cho quá trình sôi; đồng thời, sự tăng kích thước và số electron trong phân tử dẫn đến tương tác van der Waals giữa các phân tử tăng.

Năng lượng liên kết nhỏ + độ dài liên kết lớn ⇒ Liên kết H-X dễ dàng bị phá vỡ ⇒ Nguyên tử H càng linh động hay càng dễ phân ly ra H$^{+}$ ⇒ Tính acid càng mạnh.

Năng lượng liên kết H-X giảm dần từ HF đến HI. Đồng thời độ dài liên kết cũng giảm dần từ HF đến HI ⇒ Tính acid tăng dần từ HF đến HI

(1) NaOH + HCl → NaCl + H$_{2}$O

(2) Zn + 2HCl → ZnCl$_{2}$ + H$_{2}$

(3) CaO + 2HBr → CaBr$_{2}$ + H$_{2}$O

(4) K$_{2}$CO$_{3}$ + 2HI → 2KI + H$_{2}$O + CO$_{2}$

- Đối với Cl, chỉ xảy ra phản ứng trao đổi nên số oxi hóa giữ nguyên sau phản ứng.

- Số oxi hóa của nguyên tử các nguyên tố Br và I tăng từ -1 lên 0 trong phản ứng của muối halide với dung dịch H$_{2}$SO$_{4}$ đặc.

Quá trình các ion halide bị oxi hóa thành đơn chất tương ứng:

$2\overset{-1}{Br}\rightarrow {\overset{0}{Br}}_{2}+2e\ 2\overset{-1}{I}\rightarrow {\overset{0}{I}}_{2}+2e$

Phản ứng (2) và (3) chứng minh tính khử của các ion halide.

- Với phản ứng (2): 2NaCl $\overset{dpnc}{\rightarrow }$ 2Na + Cl$_{2}$↑

Số oxi hóa của Cl tăng từ -1 lên 0 sau phản ứng;

- Với phản ứng (3) 2HBr + H$_{2}$SO$_{4}$ → Br$_{2}$ + SO$_{2}$↑ + 2H$_{2}$O

Số oxi hóa của Br tăng từ -1 lên 0 sau phản ứng;

- Hiện tượng thí nghiệm:

+ Ống nghiệm 1: Không có hiện tượng gì xảy ra.

+ Ống nghiệm 2: Xuất hiện kết tủa trắng

+ Ống nghiệm 3: Xuất hiện kết tủa vàng nhạt

+ Ống nghiệm 4: Xuất hiện kết tủa vàng đậm

- Phương trình hóa học của các phản ứng:

+ Ống nghiệm 1: Dung dịch NaF không phản ứng với dung dịch AgNO$_{3}$

+ Ống nghiệm 2: NaCl + AgNO$_{3}$ → AgCl↓$_{trắng}$ + NaNO$_{3}$

+ Ống nghiệm 3: NaBr + AgNO$_{3}$ → AgBr↓$_{vàng nhạt}$ + NaNO$_{3}$

+ Ống nghiệm 4: NaI + AgNO$_{3}$→ AgI↓$_{vàng đậm}$ + NaNO$_{3}$

- Cách nhận biết các ion halide trong dung dịch:

Dùng silver nitrate (Ag) để nhận biết các ion halide trong dung dịch

+ Khi ion là F$^{-}$không thấy có sự biến đổi, do không có phản ứng hóa học xảy ra.

+ Khi ion là Cl$^{-}$ xuất hiện kết tủa màu trắng silver chloride (AgCl)

Ag$^{+}$ + Cl$^{-}$ → AgCl↓

+ Khi ion là Br$^{-}$ xuất hiện kết tủa màu vàng nhạt silver bromide (AgBr)

Ag$^{+}$ + Br$^{-}$ → AgBr↓

+ Khi ion là I$^{-}$ xuất hiện kết tủa màu vàng đậm silver iodide (AgI)

Ag$^{+}$ + I$^{-}$ → AgI↓

Dụng cụ: Ống nghiệm, ống hút nhỏ giọt, giá để ống nghiệm

Tiến hành

Bước 1: Lấy lần lượt khoảng 2 mL 2 dung dịch cần nhận biết ra 2 ống nghiệm có đánh số.

Bước 2: Thêm tiếp vào mỗi ống nghiệm vài giọt dung dịch AgNO$_{3}$

Hiện tượng:

- Ống nghiệm xuất hiện kết tủa trắng thì chất đem nhận biết là CaCl$_{2}$.

CaCl$_{2}$ + 2AgNO$_{3}$ → Ca(NO$_{3}$)$_{2}$+ 2AgCl↓

- Ống nghiệm không có hiện tượng gì thì chất ban đầu đem nhận biết là NaNO$_{3}$.

- Hydrogen fluoride (HF)

+ Một lượng đáng kể hydrogen fluoride được dùng trong sản xuất cryolite (thành phần chính là Na$_{3}$AlF$_{6}$), đóng vai trò chất chảy trong quá trình sản xuất aluminium từ aluminium oxide.

+ Dung dịch nước của hydrogen fluoride là hydrofluoric acid có khả năng hòa tan silicon doixide nên được sử dụng để khắc các chi tiết lên thủy tinh theo phản ứng.

SiO$_{2}$ + 4HF → SiF$_{4}$↑ + 2H$_{2}$O

+ Được sử dụng trong quá trình sản xuất teflon.

- Hydrogen chloride:

+ Trong sản xuất nước đóng chai, hydrochloric acid tinh khiết được sử dụng để tái sinh các nhựa trao đổi ion nhằm thay thế các ion Na$^{+}$ và Ca$^{2+}$bằng ion H$^{+}$.

Người mắc bệnh ợ chua do nồng độ acid cao (lớn hơn 10$^{-3}$ M). Thuốc chứa NaHCO$_{3}$ có tác dụng trung hòa acid trong dạ dày làm giảm nồng độ acid theo phản ứng:

NaHCO$_{3}$+ HCl → NaCl + H$_{2}$O + CO$_{2}$

a) Kim loại Mg phản ứng với dung dịch HBr

Mg + 2HBr → MgBr$_{2}$+ H$_{2}$

b) Dung dịch KOH phản ứng với dung dịch HCl

KOH + HCl → KCl + H$_{2}$O

c) Muối CaCO$_{3}$ phản ứng với dung dịch HCl

CaCO$_{3}$ + 2HCl → CaCl$_{2}$+ H$_{2}$O + CO$_{2}$

d) Dung dịch AgNO$_{3}$ phản ứng với dung dịch CaI$_{2}$

2AgNO$_{3}$ + CaI$_{2}$ → Ca(NO$_{3}$)$_{2}$ + 2AgI

a) HX là HCl. Vì:

+ Ion chloride không khử được H$_{2}$SO$_{4}$ nên chỉ xảy ra phản ứng trao đổi:

KCl + H$_{2}$SO$_{4 (đặc)}$ $\overset{<\ {250}^{o}C}{\rightarrow }$ KHSO$_{4}$ + HCl↑

2KCl + H$_{2}$SO$_{4 (đặc)}$ $\overset{\ge \ {400}^{o}C}{\rightarrow }$ K$_{2}$SO$_{4}$ + 2HCl↑

+ Ion bromide khử H$_{2}$SO$_{4}$đặc thành SO$_{2}$ và Br$^{-}$ bị oxi hóa thành Br$_{2}$, sản phẩm có màu vàng đậm.

2KBr + 2H$_{2}$SO$_{4}$ $_{(đặc)}$ → Br$_{2}$ + SO$_{2}$↑ + K$_{2}$SO$_{4}$ + 2H$_{2}$O

+ Ion iodide có thể khử H$_{2}$SO$_{4}$ đặc thành H$_{2}$S, S, SO$_{2}$ tùy vào điều kiện phản ứng và I$^{-}$ bị oxi hóa thành I$_{2}$ có màu đen tím.

2KI + 2H$_{2}$SO$_{4}$ $_{(đặc)}$ → I$_{2}$↓ + SO$_{2}$↑ + K$_{2}$SO$_{4}$ + 2H$_{2}$O

6KI + 4H$_{2}$SO$_{4}$ $_{(đặc)}$ → 3I$_{2}$↓ + S↓ + 3K$_{2}$SO$_{4}$ + 4H$_{2}$O

8KI + 5H$_{2}$SO$_{4}$ $_{(đặc)}$ → 4I$_{2}$ + H$_{2}$S↑ + 4K$_{2}$SO$_{4}$ + 4H$_{2}$O

b) Không thể dùng dung dịch NaX và H$_{2}$SO$_{4}$ loãng để điều chế HX theo phương trình trên, vì HX dễ tan trong nước, làm cho phản ứng trao đổi khó xảy ra.

Đặt x (g) là khối lượng sodium chloride (NaCl) cần dùng.

500 mL nước ⇔ 500 g nước

Áp dụng công thức:

$C\%=\frac{{m}_{chat\ \tan }}{{m}_{dung\ dich}}.100\%$

⇔ $0{,}9\%=\frac{x}{500+x}.100\%$

⇔ x = 4,54 gam

- Cách pha chế:

+ Cho khoảng 100 mL nước vào bình định mức có dung tích lớn hơn 500ml.

+ Cân 4,54 gam NaCl và cho vào bình định mức

+ Lắc đều hoặc khuấy cho đến khi muối tan hết

+ Tiếp tục cho nước đến vạch định mức 500 mL ta được dung dịch cần pha.