Bài tập Liên kết hydrogen và tương tác van der waals có đáp án

Liên kết hydrogen giữa các phân tử nước là một loại liên kết yếu, được hình thành giữa nguyên tử H (đã liên kết với nguyên tử O có độ âm điện lớn) của phân tử nước này với một nguyên tử O (còn cặp electron hóa trị chưa tham gia liên kết) của phân tử nước khác.

Nhờ có liên kết hydrogen mà ở điều kiện thường nước ở thể lỏng, có nhiệt độ sôi cao (100$^{o}$C).

- Độ âm điện của O bằng 3,44; của H bằng 2,2 ⇒ Liên kết O-H là liên kết cộng hóa trị phân cực

- Độ âm điện của S bằng 2,58; của H bằng 2,2 do đó liên kết S-H là liên kết cộng hóa trị không phân cực.

Vậy liên kết O-H phân cực mạnh hơn.

Liên kết hydrogen là một loại liên kết yếu, được hình thành giữa nguyên tử H (đã liên kết với một nguyên tử có độ âm điện lớn, thường là F, O, N) với một nguyên tử khác có độ âm điện lớn (thường là F, O, N) còn cặp electron hóa trị chưa tham gia liên kết.

Liên kết hydrogen thường được biểu diễn bằng dấu ba chấm (…)

H$_{2}$O có liên kết hydrogen liên phân tử còn H$_{2}$S không có nên H$_{2}$O có nhiệt độ sôi cao hơn H$_{2}$S.

Công thức Lewis của NH$_{3}$:

Công thức Lewis của CH$_{4}$:

- Nhiệt độ sôi: Nguyên tử N có độ âm điện lớn làm cho liên kết N-H phân cực mạnh, trong phân tử NH$_{3}$ nguyên tử N còn cặp electron chưa liên kết nên có thể tạo liên kết hydrogen giữa các phân tử NH$_{3}$ với nhau. Mặt 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 CH$_{4}$ với nhau. Điều này khiến cho nhiệt độ sôi của NH$_{3}$ cao hơn của CH$_{4}$.

- Khả năng hòa tan trong nước: Giải thích tương tự như nhiệt độ sôi. Phân tử NH$_{3}$ có thể tạo liên kết hydrogen với nước còn CH$_{4}$ thì không. Do đó NH$_{3}$ tan tốt trong nước hơn CH$_{4}$.

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.

Như vậy một phân tử nước có thể tạo được liên kết hydrogen tối đa với bốn phân tử nước khác.

Nên tránh ướp lạnh các lon bia, nước giải khát, … trong ngăn đá của tủ lạnh vì:

Khi cho vào ngăn đá tủ lạnh, nước chuyển từ trạng thái lỏng thành trạng thái rắn. Ở trạng thái rắn nước có cấu trúc tinh thể phân tử với bốn phân tử H$_{2}$O phân bố ở bốn đỉnh của một tứ diện đều, bên trong là cấu trúc rỗng.

⇒ Nước ở trạng thái rắn có thể tích lớn hơn khi ở trạng thái lỏng.

⇒ Có thể làm biến dạng các lon bia, nước giải khát dẫn đến nổ.

Các lưỡng cực tạm thời và lưỡng cực cảm ứng hút nhau bằng lực hút trái dấu.

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.

Đáp án đúng là: B

A. CH$_{4}$ không tạo được liên kết hydrogen vì liên kết C-H là liên kết cộng hóa trị không phân cực

B. H$_{2}$O tạo được liên kết hydrogen vì liên O-H phân cực. Nguyên tử H mang một phần điện tích dương (linh động) của phân tử H$_{2}$O này tương tác bằng lực hút tĩnh điện với nguyên tử O mang một phần điện tích âm của nguyên tử H$_{2}$O khác.

C. PH$_{3}$ không tạo được liên kết hydrogen vì liên kết P-H là liên kết cộng hóa trị không phân cực.

D. H$_{2}$S không tạo được liên kết hydrogen vì liên kết S-H là liên kết cộng hóa trị không phân cực.

Đáp án đúng là: D

Sự phân bố electron không đồng đều trong một nguyên tử hay một phân tử hình thành nên một lưỡng cực tạm thời.

Đáp án đúng là: A

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.

⇒ Ne có nhiệt độ sôi thấp nhất.

a) Liên kết hydrogen được hình thành giữa các phân tử HF:

b) Liên kết hydrogen được hình thành giữa H$_{2}$O và C$_{2}$H$_{5}$OH

Hoặc

Liên kết P-H không phân cực nên không tạo được liên kết hydrogen giữa các phân tử PH$_{3}$ với nhau và giữa PH$_{3}$ với H$_{2}$O. Mặt khác các phân tử NH$_{3}$ có thể liên kết với nhau và liên kết với H$_{2}$O bằng liên kết hydrogen.

⇒ Nhiệt độ sôi và độ tan trong nước của NH$_{3}$ lớn hơn PH$_{3}$.