4. Bài 13. Liên kết hydrogen và tương tác van der waals

Liên kết hydrogen là loại liên kết hoá học được hình thành giữa các nguyên tử nào sau đây?

A. Phi kim và hydrogen trong hai phân tử khác nhau.

B. Phi kim và hydrogen trong cùng một phân tử.

C. Phi kim có độ âm điện lớn và nguyên tử hydrogen.

D. F, O, N,... có độ âm điện lớn, đồng thời có cặp electron hoá trị chưa liên kết và nguyên tử hydrogen linh động.

Phương pháp giải:

Dựa vào

- Định nghĩa liên kết hydrogen: 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

Lời giải chi tiết:

- Đáp án: D

Tương tác van der Waals được hình thành do

A. tương tác tĩnh điện lưỡng cực - lưỡng cực giữa các nguyên tử.

B. tương tác tĩnh điện lưỡng cực - lưỡng cực giữa các phân tử.

C. tương tác tĩnh điện lưỡng cực - lưỡng cực giữa các nguyên tử hay phân tử.

D. lực hút tĩnh điện giữa các phân tử phân cực.

Phương pháp giải:

Dựa vào

- Định nghĩa của tương tác van der Waals: là lực tương tác yếu giữa các phân tử, được hình thành do sự xuất hiện của các lưỡng cực tạm thời và lưỡng cực cảm ứng

Lời giải chi tiết:

- Đáp án: C

Chất nào sau đây có thể tạo liên kết hydrogen?

A. PF₃.                  B. CH₄.                 C. CH₃OH             D. H₂S.

Phương pháp giải:

Dựa vào

- Định nghĩa liên kết hydrogen: 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

Lời giải chi tiết:

- Đáp án: C

- Giải thích: Trong 4 đáp án trên, chỉ có đáp án C thỏa mãn điều kiện để tạo liên kết hydrogen: Có nguyên tử H (đã liên kết với nguyên tố có độ âm điện cao là O) liên kết với một nguyên tử khác có độ âm điện lớn là O (của phân tử CH₃OH)

Chất nào sau đây không thể tạo được liên kết hydrogen?

A. H₂O.                 B. CH₄.                 C. CH₃OH.           D. NH₃.

Phương pháp giải:

Dựa vào

- Định nghĩa liên kết hydrogen: 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

Lời giải chi tiết:

- Đáp án: B

- Giải thích: Trong 4 đáp án trên, CH₄ không thỏa mãn điều kiện để tạo liên kết hydrogen: Do nguyên tử H chỉ liên kết với C (nguyên tố không có độ âm điện cao)

Tương tác van der Waals tồn tại giữa những

A. ion.                   B. hạt proton.        C. hạt neutron.      D. phân tử.

Phương pháp giải:

Dựa vào

- Định nghĩa của tương tác van der Waals: là lực tương tác yếu giữa các phân tử, được hình thành do sự xuất hiện của các lưỡng cực tạm thời và lưỡng cực cảm ứng

Lời giải chi tiết:

- Đáp án: D

Cho các chất sau: F₂, Cl₂, Br₂, I₂. Chất có nhiệt độ nóng chảy thấp nhất là

A. F₂.                    B. Cl₂.                   C. Br₂.                   D. I₂.

Phương pháp giải:

Dựa vào

- Đặc điểm của tương tác van der Waals:

+ 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

Lời giải chi tiết:

- Đáp án: A

- Giải thích: Phân tử khối của F₂ nhỏ nhất trong các chất trên

Cho các chất sau F₂, Cl₂, Br₂, I₂. Chất có nhiệt độ sôi cao nhất là

A. F₂.                    B. Cl₂.                   C. Br₂.                   D. I₂.

Phương pháp giải:

Dựa vào

- Đặc điểm của tương tác van der Waals:

+ 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

Lời giải chi tiết:

- Đáp án: D

- Giải thích: Phân tử khối của I₂ lớn nhất trong các chất trên

Dãy chất nào sau đây xếp theo thứ tự nhiệt độ sôi tăng dần?

A. H₂O, H₂S, CH₄.                            

B. H₂S, CH₄, H₂O.

C. CH₄, H₂O, H₂S.                             

D. CH₄, H₂S, H₂O.

Phương pháp giải:

Dựa vào ảnh hưởng của liên kết hydrogen và tương tác van der Waals đến nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy của các chất

- Các chất có liên kết hydrogen đều có nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy cao hơn các chất không có liên kết hydrogen

- Đặc điểm của tương tác van der Waals:

+ 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

Lời giải chi tiết:

- Phân tử H₂O có liên kết hydrogen " nhiệt độ sôi cao nhất

- Có " nhiệt độ sôi của H₂S cao hơn nhiệt độ sôi của CH₄

=> Đáp án: D

Cho các khí hiểm sau: He, Ne, Ar, Kr, Xe. Khí hiếm có nhiệt độ nóng chảy thấp nhất và cao nhất lần lượt là

A. Xe và He.        

B. Ar và Ne.         

C. He và Xe.        

D. He vȧ Kr.

Phương pháp giải:

Dựa vào

- Đặc điểm của tương tác van der Waals:

+ 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

Lời giải chi tiết:

- Đáp án: C

- Giải thích: Phân tử khối của He nhỏ nhất trong các chất trên và phân tử khối của Xe lớn nhất trong các chất trên

Cho các chất sau: C₂H₆; H₂O; NH₃; PF₃; C₂H₅OH. Số chất tạo được liên kết hydrogen là

A. 2.                      B. 3.                      C. 4.                      D. 5.

Phương pháp giải:

Dựa vào

- Định nghĩa liên kết hydrogen: 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

Lời giải chi tiết:

- Đáp án: B

- Giải thích: Các phân tử tạo được liên kết hydrogen là H₂O; NH₃; C₂H₅OH

Giữa H₂O và HF có thể tạo ra ít nhất bao nhiêu kiểu liên kết hydrogen?

A. 2.                      B. 3.                      C. 4.                      D. 5.

Phương pháp giải:

Dựa vào

- Phân loại liên kết hydrogen:

+ Liên kết hydrogen nội phân tử: là liên kết hydrogen được tạo thành trong chính phân tử chất đó

          Điều kiện để có liên kết hydrogen nội phân tử:

          · Hợp chất phải chứa từ 2 nhóm chức trở lên

          · Khi tạo thành liên kết hydrogen phải tạo được vòng 5 hoặc 6 cạnh

+ Liên kết hydrogen liên phân tử: là liên kết hydrogen được tạo thành giữa phân tử này và phân tử khác

Lời giải chi tiết:

H₂O và HF có thể tạo ra 4 loại liên kết hydrogen

1. Liên kết giữa 2 phân tử H₂O:

2. Liên kết giữa 2 phân tử HF: 

3. Liên kết giữa phân tử H₂O và HF:

4. Liên kết giữa phân tử HF và H₂O:

=>Đáp án: C

Nhiệt độ sôi của từng chất methane, ethane, propane và butane là một trong bốn nhiệt độ sau: 0 °C; -164 °C; -42 °C và -88 °C. Nhiệt độ sôi -88 °C là của chất nào sau đây

A. methane.         

B. propane.          

C. ethane.             

D. butane.

Phương pháp giải:

Dựa vào

- Đặc điểm của tương tác van der Waals:

+ 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

Lời giải chi tiết:

- Thứ tự tăng dần phân tử khối: methane < ethane < propane < butane

" Thứ tự tăng dần nhiệt độ sôi: -164 °C < -88 °C < -42 °C < 0 °C

=> Đáp án: C

Cho các chất sau: C₂H₆, CH₃OH, CH₃COOH. Chất nào có thể tạo được liên kết hydrogen? Vì sao?

Phương pháp giải:

Dựa vào

- Định nghĩa liên kết hydrogen: 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

Lời giải chi tiết:

- Trong các chất trên, CH₃OH và CH₃COOH thỏa mãn điều kiện để tạo liên kết hydrogen: Có nguyên tử H (đã liên kết với nguyên tố có độ âm điện cao là O) liên kết với một nguyên tử khác có độ âm điện lớn là O (của phân tử CH₃OH hoặc của phân tử CH₃COOH)

Khối lượng mol (g/mol) của nước, ammonia và methane lần lượt bằng 18, 17 và 16. Nước sôi ở 100 °C, còn ammonia sôi ở -33,35 °C và methane sôi ở -161,58 °C. Giải thích vì sao các chất trên có khối lượng mol xấp xỉ nhau nhưng nhiệt độ sôi của chúng lại chênh lệch nhau.

Phương pháp giải:

Dựa vào ảnh hưởng của liên kết hydrogen và tương tác van der Waals đến nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy của các chất

- Các chất có liên kết hydrogen đều có nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy cao hơn các chất không có liên kết hydrogen

- Đặc điểm của tương tác van der Waals:

+ 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

Lời giải chi tiết:

- Phân tử H₂O và NH₃ có liên kết hydrogen nên nhiệt độ sôi cao hơn phân tử CH₄ (CH₄ không có)

- Độ âm điện của oxygen > độ âm điện của nitrogen " nhiệt độ sôi của H₂O cao hơn nhiệt độ sôi của NH₃

Trong dung dịch ethanol (C₂H₅OH) có những kiểu liên kết hydrogen nào? Kiểu nào bền nhất và kém bền nhất? Mô tả bằng hình vẽ.

Phương pháp giải:

Dựa vào

- Phân loại liên kết hydrogen:

+ Liên kết hydrogen nội phân tử: là liên kết hydrogen được tạo thành trong chính phân tử chất đó

          Điều kiện để có liên kết hydrogen nội phân tử:

          · Hợp chất phải chứa từ 2 nhóm chức trở lên

          · Khi tạo thành liên kết hydrogen phải tạo được vòng 5 hoặc 6 cạnh

+ Liên kết hydrogen liên phân tử: là liên kết hydrogen được tạo thành giữa phân tử này và phân tử khác

Lời giải chi tiết:

Trong dung dịch C₂H₅OH có H₂O " C₂H₅OH và H₂O có thể tạo ra 4 loại liên kết hydrogen

1. Liên kết giữa 2 phân tử H₂O:

2. Liên kết giữa 2 phân tử C₂H₅OH:

3. Liên kết giữa phân tử C₂H₅OH và H₂O:

4. Liên kết giữa phân tử H₂O và C₂H₅OH:

- Liên kết hydrogen càng bền khi nguyên tử có độ âm điện lớn hơn và nguyên tử H linh động hơn.

- C₂H₅- là gốc đẩy electron làm nguyên tử oxygen trên nhóm -OH có mật độ electron cao hơn và nguyên tử hydrogen trên nhóm -OH kém linh động.

-> Liên kết hydrogen giữa H₂O và C₂H₅OH bền nhất

-> Liên kết hydrogen giữa C₂H₅OH và H₂O kém bền nhất

Trong phân tử nước và ammonia, phân tử nào có thể tạo nhiều liên kết hydrogen hơn? Vì sao?

Phương pháp giải:

Dựa vào: số liên kết hydrogen được hình thành trên mỗi phân tử phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Số nguyên tử hydrogen đã liên kết với nguyên tố có độ âm điện cao (F, O, N) trong phân tử

- Số cặp electron chưa liên kết trên nguyên tử F, O, N của phân tử khác

Lời giải chi tiết:

- Công thức Lewis của H₂O:

+ Phân tử H₂O có 2 nguyên tử hydrogen có thể tham gia liên kết hydrogen

+ Nguyên tử O trên H₂O có 2 cặp electron chưa liên kết

=> Mỗi phân tử H₂O có thể tạo ra tối đa 2 liên kết hydrogen

- Công thức Lewis của NH₃: 

+ Phân tử NH₃ có 3 nguyên tử hydrogen có thể tham gia liên kết hydrogen

+ Nguyên tử N trên NH₃ có 1 cặp electron chưa liên kết

=> Mỗi phân tử NH₃ có thể tạo ra tối đa 1 liên kết hydrogen

Dầu mỏ chứa hỗn hợp nhiều hydrocarbon như: octane (C₈H₁₈) có trong xăng, butane (C₄H₁₀) có trong gas. Khi chưng cất dầu mỏ, octane hay butane sẽ bay hơi trước? Giải thích.

Phương pháp giải:

Dựa vào

- Đặc điểm của tương tác van der Waals:

+ 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

Lời giải chi tiết:

- Có \({M_{{C_8}{H_{18}}}} > {M_{{C_4}{H_{10}}}}\) => nhiệt độ sôi của C₈H₁₈ cao hơn nhiệt độ sôi của C₄H₁₀

=> butane sẽ bay hơi trước octane

Cho các chất và các trị số nhiệt độ sôi (°C) sau:

H₂O, H₂S, H₂Se, H₂Te và -42 °C; -2 °C; 100 °C; -61 °C.

          Ghép các trị số nhiệt độ sôi vào mỗi chất sao cho phù hợp và giải thích.

Phương pháp giải:

Dựa vào ảnh hưởng của liên kết hydrogen và tương tác van der Waals đến nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy của các chất

- Các chất có liên kết hydrogen đều có nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy cao hơn các chất không có liên kết hydrogen

- Đặc điểm của tương tác van der Waals:

+ 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

Lời giải chi tiết:

- H₂O có liên kết hydrogen => nhiệt độ sôi cao nhất

- Thứ tự sắp xếp phân tử khối của các chất còn lại theo chiều tăng dần là: H₂S < H₂Se < H₂Te

=> Giá trị nhiệt độ sôi của từng chất như sau: H₂O (100 °C), H₂S (-61 °C), H₂Se (-42 °C), H₂Te (-2 °C)