2. Bài 9. Liên kết ion

Điều nào dưới đây đúng khi nói về ion S^2-?

A. Có chứa 18 proton.                       

B. Có chứa 18 electron.         

C. Trung hoà về điện.            

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

Phương pháp giải:

- Bước 1: Viết cấu hình electron của S

- Bước 2: Viết cấu hình electron của S^2-

- Bước 3: Xác định số proton và electron trong ion S^2-

Lời giải chi tiết:

- Nguyên tố S ở ô số 16 trong bảng tuần hoàn

=> Cấu hình electron của nguyên tử S là 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴

=> Cấu hình electron của nguyên tử S^2- là 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶

- Trong ion S^2- có: 16 proton và 16 + 2 = 18 electron

=> Đáp án: B

- Sửa lỗi:

+ Đáp án A sai ở “18 proton” sửa thành “16 proton”

+ Đáp án C sai ở “trung hòa về điện” sửa thành “ion S^2- mang điện tích âm”

+ Đáp án D sai ở “nhận vào 2 proton” sửa thành “nhận vào 2 electron”

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 O^2- 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 O^2-.

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, ...

Phương pháp giải:

Dựa vào đặc điểm của hợp chất ion: Trong điều kiện thường, các hợp chất ion thường tồn tại ở trạng thái rắn, khó nóng chảy, khó bay hơi và không dẫn điện ở trạng thái rắn. Hợp chất ion thường dễ tan trong nước, tạo thành dung dịch có khả năng dẫn điện.

Lời giải chi tiết:

- Đáp án D, sửa thành “Tan trong nước, không tan trong dung môi không phân cực như benzene, carbon tetrachloride,…” vì Na₂O là một chất phân cực thì sẽ tan trong các dung môi phân cực

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.

Phương pháp giải:

Dựa vào đặc điểm của hợp chất ion: Trong điều kiện thường, các hợp chất ion thường tồn tại ở trạng thái rắn, khó nóng chảy, khó bay hơi và không dẫn điện ở trạng thái rắn. Hợp chất ion thường dễ tan trong nước, tạo thành dung dịch có khả năng dẫn điện.

Lời giải chi tiết:

- Đáp án: C

- Sửa lại:

+ Đáp án A, sai ở “nhiệt độ nóng chảy thấp” sửa thành “nhiệt độ nóng chảy cao”

+ Đáp án B, sai ở “dung môi không phân cực” sửa thành “dung môi phân cực”

+ Đáp án D, sai ở “dẫn điện ở trạng thái rắn” sửa thành “không dẫn điện ở trạng thái rắn”

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.     

Phương pháp giải:

Dựa vào đặc điểm của hợp chất ion: Trong điều kiện thường, các hợp chất ion thường tồn tại ở trạng thái rắn, khó nóng chảy, khó bay hơi và không dẫn điện ở trạng thái rắn. Hợp chất ion thường dễ tan trong nước, tạo thành dung dịch có khả năng dẫn điện.

Lời giải chi tiết:

- Hợp chất A phải là một hợp chất ion => Thường được tạo thành khi kim loại điển hình tác dụng với phi kim điển hình

=> Đáp án: A (NaCl)

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 O^2-.

Phương pháp giải:

Dựa vào đặc điểm của hợp chất ion: Trong điều kiện thường, các hợp chất ion thường tồn tại ở trạng thái rắn, khó nóng chảy, khó bay hơi và không dẫn điện ở trạng thái rắn. Hợp chất ion thường dễ tan trong nước, tạo thành dung dịch có khả năng dẫn điện.

Lời giải chi tiết:

- Phân tử MgO tạo bởi lực hút tĩnh điện giữa ion Mg²⁺ và O^2- " Đây là một hợp chất ion ð Đáp án: B, sửa thành “chất rắn ở điều kiện thường”

Sodium sulfide (Na₂S) là một hợp chất hoá 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 hoá 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.

Phương pháp giải:

- Bước 1: Viết cấu hình electron của các nguyên tử và xác định số electron lớp ngoài cùng của các nguyên tử

- Bước 2: Viết sự hình thành ion

- Bước 3: Tạo liên kết ion giữa các nguyên tử

Lời giải chi tiết:

- Bước 1: Viết cấu hình electron của các nguyên tử

+ Nguyên tố Na có Z = 11

=> Cấu hình electron của Na là 1s²2s²2p⁶3s¹

=> Nguyên tử Na có 1 electron lớp ngoài cùng

+ Nguyên tố S có Z = 16

=> Cấu hình electron của S là 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴

=> Nguyên tử S có 6 electron lớp ngoài cùng

            Khi cho sodium phản ứng với sulfur:

- Bước 2: Viết sự hình thành ion

2x (Na -> Na⁺ + 1e)

S + 2e -> S^2-

Vì nguyên tử S cần nhận 2 electron để tạo thành cấu hình bền vững của khí hiếm gần nhất nên cần 2 nguyên tử Na để nhường 1.2 = 2 electron

- Bước 3: Tạo liên kết ion giữa các nguyên tử

2Na⁺ + S^2- -> Na₂S

=> Như vậy ta có phương trình: 2Na + S -> Na₂S

Chỉ ra cấu trúc đúng của ô mạng tinh thể sodium chloride:

Phương pháp giải:

Lời giải chi tiết:

- Đáp án: C

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

Phương pháp giải:

- Bước 1: Viết cấu hình electron của các nguyên tử và xác định số electron lớp ngoài cùng của các nguyên tử

- Bước 2: Viết sự hình thành ion

- Bước 3: Tạo liên kết ion giữa các nguyên tử

Lời giải chi tiết:

- Bước 1: Viết cấu hình electron của các nguyên tử

+ Nguyên tố Mg có Z = 12

=> Cấu hình electron của Mg là 1s²2s²2p⁶3s²

=> Nguyên tử Mg có 2 electron lớp ngoài cùng

+ Nguyên tố Cl có Z = 17

=> Cấu hình electron của Cl là 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵

=> Nguyên tử Cl có 7 electron lớp ngoài cùng

            Khi cho magnesium phản ứng với chlorine:

- Bước 2: Viết sự hình thành ion

Mg -> Mg²⁺ + 2e

2x (Cl + 1e -> Cl^-)

Vì nguyên tử Mg cần nhường 2 electron để tạo thành cấu hình bền vững của khí hiếm gần nhất nên cần 2 nguyên tử Cl để nhận 1.2 = 2 electron

- Bước 3: Tạo liên kết ion giữa các nguyên tử

Mg²⁺ + 2Cl^- -> MgCl₂

=> Như vậy ta có phương trình: 2Mg + Cl₂ -> MgCl₂

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 2300 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?

Phương pháp giải:

Dựa vào công thức tính khối lượng của một nguyên tố X trong một hợp chất X_aY_b

\({m_X} = {n_{{X_a}{Y_b}}}.a.{M_X}\)

            Trong đó:

+ m_X là khối lượng của nguyên tố X

+ \({n_{{X_a}{Y_b}}}\)là số mol của hợp chất X_aY_b

+ a là chỉ số của X

+ M_X là khối lượng mol của X

Lời giải chi tiết:

- Lượng sodium có trong 5,0 gam muối ăn là \(\frac{5}{{58,5}}.1.23 \approx 1,97\)(gam)

- Lượng sodium có trong 0,5 gam bột ngọt là \(\frac{{0,5}}{{169}}.1.23 \approx 0,068\)(gam)

- Lượng sodium có trong 0,05 gam chất bảo quản là \(\frac{{0,05}}{{144}}.1.23 \approx 0,008\)(gam)

=> Lượng sodium người đó tiêu thụ trong một ngày là 1,97 + 0,068 + 0,008 = 2,046 gam = 2046 mg < 2300 mg

=> Lượng sodium tiêu thụ vẫn trong giới hạn cho phép

Trình bày cách vẽ một ô mạng tinh thể NaCl

Phương pháp giải:

- Bước 1: Vẽ một khối lập phương

- Bước 2: Chia khối phương đã vẽ thành 8 khối lập phương nhỏ

- Bước 3: Đặt các ion sodium và ion chloride vào các đỉnh của các khối lập phương

Lời giải chi tiết:

- Bước 1: Vẽ một khối lập phương

- Bước 2: Chia khối phương đã vẽ thành 8 khối lập phương nhỏ

+ Nối điểm chính giữa của mỗi cạnh với điểm chính giữa của cạnh đối diện

+ Nối điểm chính giữa của mỗi mặt với điểm chính giữa của mặt đối diện

- Bước 3: Đặt các ion sodium và ion chloride vào các đỉnh của các khối lập phương

+ Đặt lần lượt trên từng nút mạng các ion sodium và ion chloride xen kẽ nhau, không được có 2 ion giống nhau ở 2 vị trí liền kề

+ Vị trí tâm của khối lập phương có thể là 1 trong 2 ion sodium hoặc chloride đều được

+ Ion chloride to hơn ion sodium

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 quả, các ion lại đầy 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 r_o 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 hợp 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.

Phương pháp giải:

- Bước 1: So sánh điện tích nguyên tử của các nguyên tố mà sodium liên kết

- Bước 2: So sánh bán kính nguyên tử của các nguyên tố mà sodium liên kết

- Bước 3: Dựa vào nhận xét “hợp chất ion được hình thành bởi các ion có điện tích lớn hơn sẽ tạo ra liên kết mạnh hơn và các hợp chất ion có độ dài liên kết ngắn hơn sẽ hình thành liên kết mạnh hơn” để đưa ra kết luận

Lời giải chi tiết:

a) NaCl và Na₂O.

- Ion O^2- có điện tích lớn hơn ion Cl^-

- Kích thước ion O^2- nhỏ hơn ion Cl^-

=> Liên kết trong Na₂O bền hơn so với NaCl

b) NaCl và NaF.

- Ion Cl^- và ion F^- có cùng điện tích

- Kích thước ion F^- nhỏ hơn ion Cl^-

=> Liên kết trong NaF bền hơn so với NaCl

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

Phương pháp giải:

- Bước 1: So sánh điện tích nguyên tử của các nguyên tố

- Bước 2: So sánh bán kính nguyên tử của các nguyên tố

- Bước 3: Dựa vào nhận xét

+ “hợp chất ion được hình thành bởi các ion có điện tích lớn hơn sẽ tạo ra liên kết mạnh hơn và các hợp chất ion có độ dài liên kết ngắn hơn sẽ hình thành liên kết mạnh hơn”

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

Lời giải chi tiết:

- So sánh giữa MgO và MgCl₂

+ Ion O^2- có điện tích lớn hơn ion Cl^-

+ Kích thước ion O^2- nhỏ hơn ion Cl^-

=> Liên kết trong MgO bền hơn so với MgCl₂ => MgO có nhiệt độ nóng chảy cao hơn so với MgCl₂

- So sánh giữa MgCl₂ và NaF

+ Ion Cl^- và ion F^- có cùng điện tích

+ Kích thước ion F^- nhỏ hơn nhiều ion Cl^- (do cùng nhóm)

+ Ion Mg²⁺ có điện tích lớn hơn ion Na⁺

+ Kích thước ion Mg²⁺ nhỏ hơn không nhiều ion Na⁺ (do cùng chu kì)

=> Liên kết trong NaF bền hơn so với MgCl₂ => NaF có nhiệt độ nóng chảy cao hơn so với MgCl₂

=> Vậy X là MgCl₂; Y là NaF và Z là MgO

Cho biết lực hút tĩnh điện được tính theo công thức sau: F = \(k\frac{{\left| {{q_1}} \right|\left| {{q_2}} \right|}}{{{r^2}}}\)  (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.

Phương pháp giải:

- Bước 1: So sánh điện tích nguyên tử của các nguyên tố

- Bước 2: So sánh bán kính nguyên tử của các nguyên tố

- Bước 3: Dựa vào công thức F = \(k\frac{{\left| {{q_1}} \right|\left| {{q_2}} \right|}}{{{r^2}}}\) để rút ra kết luận

Lời giải chi tiết:

- Phân tử NaCl có \(\left| {{q_1}} \right| = \left| {{q_2}} \right| = 1\)đơn vị điện tích; phân tử MgO có \(\left| {{q_1}} \right| = \left| {{q_2}} \right| = 2\)đơn vị điện tích

- So sánh bán kính nguyên tử

+ Kích thước ion O^2- nhỏ hơn ion Cl^-

+ Kích thước ion Mg²⁺ nhỏ hơn ion Na⁺

=> Liên kết trong MgO bền hơn so với NaCl => MgO có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao hơn so với NaCl

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

Phương pháp giải:

Dựa vào kích thước và số lượng của các ion trong cấu trúc tinh thể để kết luận

Lời giải chi tiết:

Một hợp chất ion sẽ 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 sẽ có kích thước và hình dạng khác nhau.

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

Phương pháp giải:

- Cấu trúc tinh thể và lực hút tĩnh điện để giải thích trạng thái rắn và cứng trong điều kiện thường

- Điện tích trái dấu của các ion để giải thích tính chất giòn và dễ vỡ

Lời giải chi tiết:

- 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.

- Khi bị một lực tác động, do các ion có điện tích trái dấu nên cứ một lớp ion bị dịch chuyển sẽ kéo theo toàn bộ sự sắp xếp bị dịch chuyển theo khiến mạng tinh thể bị vỡ

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

Phương pháp giải:

Dựa vào đặc điểm của mạng tinh thể lập phương tâm diện: Lập phương tâm diện 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 các mặt của hình lập phương.

Lời giải chi tiết:

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. Vì vậy có thể nói sodium chloride có cấu trúc mạng tinh thể kiểu lập phương tâm diện. (Xem hình mô tả phía dưới)