Câu hỏi mở đầu trang 64

Đề bài: Ở áp suất khí quyển, nhiệt độ sôi của $\text{H}_2\text{O}$ là 100 °C, $\text{CH}_4$ là −161,58 °C, $\text{H}_2\text{S}$ là −60,28 °C. Vì sao các chất trên có nhiệt độ sôi khác nhau?

Lời giải:

Các chất trên có nhiệt độ sôi khác nhau là do lực tương tác giữa các phân tử khác nhau:

• $\text{H}_2\text{O}$: giữa các phân tử có liên kết hydrogen (do H liên kết với O có độ âm điện lớn) → cần năng lượng lớn để phá vỡ → nhiệt độ sôi cao nhất (100 °C).
• $\text{H}_2\text{S}$: phân tử có khối lượng lớn hơn $\text{CH}_4$, tương tác van der Waals mạnh hơn → nhiệt độ sôi cao hơn $\text{CH}_4$.
• $\text{CH}_4$: phân tử nhỏ, không phân cực, tương tác van der Waals yếu nhất → nhiệt độ sôi thấp nhất (−161,58 °C).

I. Liên kết hydrogen

Câu 1 trang 66

Đề bài: Vẽ sơ đồ biểu diễn liên kết hydrogen giữa:

a) Hai phân tử hydrogen fluoride (HF).

b) Phân tử hydrogen fluoride (HF) và phân tử ammonia ($\text{NH}_3$).

Lời giải:

Cách xác định liên kết hydrogen: nguyên tử H mang điện tích dương ($\delta^+$) hút cặp electron chưa liên kết trên nguyên tử có độ âm điện lớn (F, O, N) của phân tử khác.

a) Liên kết hydrogen giữa hai phân tử HF:

Trong phân tử HF, H mang điện tích dương ($\delta^+$), F mang điện tích âm ($\delta^-$) và còn 3 cặp electron chưa liên kết. Nguyên tử H của phân tử này hút cặp electron chưa liên kết trên F của phân tử kia, tạo thành liên kết hydrogen (biểu diễn bằng dấu ba chấm).

b) Liên kết hydrogen giữa phân tử HF và phân tử $\text{NH}_3$:

Trong phân tử $\text{NH}_3$, nguyên tử N có 1 cặp electron chưa liên kết, mang điện tích âm ($\delta^-$). Nguyên tử H trong phân tử HF mang điện tích dương ($\delta^+$) sẽ hút cặp electron chưa liên kết trên N, tạo thành liên kết hydrogen.

Câu 2 trang 66

Đề bài: Những nguyên tử hydrogen nào trong phân tử ethanol ($\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}$) không tham gia vào liên kết hydrogen? Vì sao?

Lời giải:

Bước 1: Xác định các nguyên tử H trong ethanol.

Phân tử $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}$ có 6 nguyên tử H, chia làm 2 loại:

• 5 nguyên tử H liên kết với C (3 H trong $\text{CH}_3$ và 2 H trong $\text{CH}_2$).
• 1 nguyên tử H liên kết với O (trong nhóm − OH).

Bước 2: Xác định điều kiện tạo liên kết hydrogen.

Để tham gia liên kết hydrogen, nguyên tử H phải liên kết với nguyên tử có độ âm điện lớn như F, O, N.

Bước 3: Kết luận.

• Nguyên tử H liên kết với O (trong nhóm − OH) có tham gia tạo liên kết hydrogen.
• 5 nguyên tử H còn lại liên kết với C không tham gia vào liên kết hydrogen, vì độ âm điện của C không đủ lớn (không phải F, O hay N).

II. Tương tác van der Waals

Câu 3 trang 67

Đề bài: Hãy giải thích sự khác nhau về nhiệt độ sôi của butane và isobutane.

Lời giải:

Butane và isobutane đều có cùng công thức phân tử $\text{C}_4\text{H}_{10}$ → có cùng khối lượng phân tử và cùng số electron.

Tuy nhiên, hai chất này có cấu tạo khác nhau:

• Butane: mạch carbon không phân nhánh (mạch thẳng) → diện tích tiếp xúc giữa các phân tử lớn → tương tác van der Waals mạnh hơn → nhiệt độ sôi cao hơn.
• Isobutane: mạch carbon phân nhánh → diện tích tiếp xúc giữa các phân tử nhỏ hơn → tương tác van der Waals yếu hơn → nhiệt độ sôi thấp hơn.

→ Vì vậy, butane có nhiệt độ sôi cao hơn isobutane (tương tự như trường hợp pentane và neopentane đã học).

Em có thể

So sánh được tính chất vật lí giữa các phân tử dựa vào liên kết hydrogen và tương tác van der Waals

Lời giải:

Để so sánh nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi giữa các chất, các em có thể dựa vào 3 nguyên tắc sau:

1) Chất có liên kết hydrogen có nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi cao hơn:

So sánh các chất có khối lượng phân tử tương đương: chất nào có liên kết hydrogen thì nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao hơn.

Ví dụ: $\text{H}_2\text{O}$ (sôi ở 100 °C) cao hơn nhiều so với $\text{H}_2\text{S}$ (sôi ở −60,75 °C) do $\text{H}_2\text{O}$ có liên kết hydrogen còn $\text{H}_2\text{S}$ thì không.

2) Khối lượng phân tử càng lớn, tương tác van der Waals càng mạnh:

Trong dãy chất tương tự nhau, khi khối lượng phân tử tăng thì tương tác van der Waals tăng → nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi tăng theo.

Ví dụ: Trong dãy halogen, nhiệt độ sôi tăng dần: $\text{F}_2$ < $\text{Cl}_2$ < $\text{Br}_2$ < $\text{I}_2$.

3) Với các chất cùng khối lượng phân tử (đồng phân):

Phân tử có cấu trúc mạch không phân nhánh sẽ có diện tích tiếp xúc lớn hơn → tương tác van der Waals mạnh hơn → nhiệt độ sôi cao hơn so với phân tử có mạch phân nhánh.

Ví dụ: Pentane (mạch thẳng, sôi ở 36 °C) có nhiệt độ sôi cao hơn neopentane (mạch nhánh, sôi ở 9,5 °C).

ThS. Lê Thị Mai Nhi

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Hoá Học THPT

Trình độ: Thạc sĩ Hóa học, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 10+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Chuyên Nguyễn Huệ