Bài tập Hóa vô cơ - Bài tập chương 1: Chất rắn (Có đáp án)

Nội dung text: Bài tập Hóa vô cơ - Bài tập chương 1: Chất rắn (Có đáp án)

1. Năng lượng của các loại tương tac trong lực Van de Waals (kJ/mol) Chất Khối Moment Độ bị cực Tương Tương Tương tác Lực Van lượng NT lưỡng cực hóa , tác định tác cảm khuếch tán de Waals hay PT  , D 10-24 cm-1 hướng ứng He 4 0 0,20 0 0 0,21 0,21 Xe 131,3 0 4,00 0 0 18,41 18,41 HCl 36,5 1,07 2,36 3,31 1,00 16,82 21,13 HI 130,9 0,38 5,4 0,59 0,31 60,92 61,82 H2O 18 1,84 1,4 36,36 1,92 9,00 47,28 CO 28 0,12 1,99 0 0 8,74 8,74 (sinh viên không cần lập bảng và đưa ra các công thức tính các loại tương tác) Đặc tính lý học của tinh thể và chất lỏng Van de Waals: Do lực Van der Waals rất yếu nên tinh thể mạng phân tử có những tính chất đặc trưng: dễ nóng chảy, có áp suất hơi bão hòa cao nên dễ bay hơi, mềm, dễ có khả năng thăng hoa ở áp suất thấp, không dẫn điện. Chất lỏng hình thành nhờ liên kết Van de Waals có độ nhớt nhỏ, áp suất hơi bão hòa lớn, dễ bay hơi, nhiệt độ sôi thấp, sức căng bề mặt nhỏ, không dẫn điện. Bài 2: Hãy cho biết bản chất của liên kết ion. Độ mạnh của liên kết ion phụ thuộc vào các yếu tố nào. Nêu các tính chất của liên kết ion. Liên kết ion cho tinh thể và chất lỏng những đặc tính lý học gì. Bản chất của liên kết ion : là lực hút tĩnh điện giữa các ion mang điện tích trái dấu . Độ mạnh của liên kết ion phụ thuộc vào những yêu tố sau : -Điện tích ion: điện tích ion càng lớn thì liên kết ion càng mạnh. - Kích thước ion: bán kính ion càng nhỏ thì liên kết ion càng mạnh. - Độ chênh lệch độ âm điện  giữa các nguyên tử tham gia tạo liên kết:  càng lớn, liên kết ion càng bền Các tính chất của liên kết ion : + Không bảo hòa + Không định hướng + Phân cực rất mạnh Liên kết ion cho tinh thể và chất lỏng những đặc tính lý học sau : Do đặc điểm của liên kết ion: liên kết mạnh, không bão hòa , không định hướng, nên ở nhiệt độ thường tất cả các hợp chất ion đều là tinh thể. Tinh thể ion có nhiệt độ nóng chảy tương đối cao, khá cứng, dòn, áp suất hơi bão hòa rất nhỏ nên hầu như không bay hơi, không dẫn điện, dẫn nhiệt kém. Phần lớn các 2
2. Bài 4: Người ta cho rằng: “Liên kết kim loại là một loại liên kết đa tâm với một số lớn các electron hóa trị không định chỗ”. Hãy giải thích điều này bằng thuyết miền năng lượng. Yếu tố nào quyết định độ bền của liên kết kim loại. Liên kết kim loại cho tinh thể những đặc lính lý học gì. Các kim loại có những tính chất khác biệt rõ rệt so với các chất khác: không trong suốt, có ánh kim, dẻo, dẫn nhiệt và dẫn điện tốt, có nhiệt độ nóng chảy và độ cứng khác nhau rất nhiều, ở nhiệt độ phòng 0 có kim loại ở trạng thái lỏng (Hg , t nc =-38,8 C), nhưng có kim loại rất khó nóng chảy (W , tnc = 33870C). Chỉ có thể giải đáp thỏa đáng các tính chất này của kim loại khi quan niệm liên kết kim loại là một loại liên kết đa tâm với một số lớn các electron không định chỗ. Bản chất liên kết kim loại được giải thích bằng thuyết miền năng lượng. Thuyết miền năng lượng được xây dựng trên cơ sở phương pháp LCAO-MO khi coi tổ hợp các AO hóa trị của một số lượng rất lớn các nguyên tử kim loại (~1023). Sự tổ hợp của nAO thành nMO (n/2MOlk, n/2MOplk) . Do n rất lớn, các MO lân cận nhau chỉ có sự chênh lệch năng lượng không đáng kể (~10 -22eV). Tập hợp các MOlk và tập hợp các MOplk tạo thành các miền năng lượng. Các electron có thể di chuyển tự do trong một miền năng lượng nếu còn MO trống. Miền năng lượng MO lk chứa electron là miền hóa trị. Đối với kim loại, miền hóa trị có thể bão hòa hay chưa bão hòa elctron. Miền năng lượng MO plk không chứa electron nằm ngay trên miền hóa trị là miền dẫn. Đối với kim loại miền dẫn và miền hóa trị che phủ nhau. Liên kết kim loại càng mạnh khi số lượng electron tự do càng lớn và do đó nút mạng tinh thể càng dương điện. Bài 5: Liên kết hydro là gì? Nêu ví dụ. Điều kiện có liên kết hydro. Bản chất của liên kết hydro. Liên kết hydro ảnh hưởng như thế nào đến tính chất các chất. Liên kết hydro là gì: Liên kết hydro là loại liên kết giữa các phân tử hay trong nội phân tử trong đó nguyên tử hydro phân cực dương liên kết với một nguyên tử phân cực âm của nguyên tố khác. Liên kết hydro có độ mạnh gấp khoảng 10 lần độ mạnh của liên kết Van de Waals. Ví dụ: 1) Liên kết hydro giữa hai phân tử HF: H – F∙∙∙∙H – F 2) Liên kết hydro nội phân của orthonitropnenol (C6H4NO2OH) giữa nguyên tử hydro trong nhóm chức -OH với một nguyên tử oxy trong nhóm chức -NO2. Điều kiện có liên kết hydro: Liên kết hydro chỉ được tạo thành khi có hai điều kiện: - Nguyên tử hydro phân cực dương rất mạnh (do nó liên kết với nguyên tố có độ âm điện cao – F, O, N) - Nguyên tử của nguyên tố liên kết với nó phải có mật độ điện tích âm lớn (các nguyên tố F, O và N có độ âm điện cao thỏa điều kiện này) Bản chất liên kết hydro: - Liên kết Hydro vừa có bản chất tĩnh điện, vừa có bản chất cho-nhận. Ảnh hưởng của liên kết hydro đến tính chất vật lý của chất: - Liên kết hydro liên phân tử làm tăng nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy của chất. Do có liên kết hydro, nước đá có tỷ trọng nhỏ hơn nước lỏng ở 00C. - Liên kết hydro nội phân tử làm giảm nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy của chất. Bài 6: Thế nào là một khí lý tưởng? Thế nào là phương trình trạng thái khí lý tưởng. Cho biết ý nghĩa hằng số khí lý tưởng. Nêu những đặc tính lý học của chất khí. 4
3. Bài 8: Cấu trúc chất lỏng ở nhiệt độ thường và ở nhiệt độ cao có khác nhau không? Giải thích. Vì sao chất lỏng và chất khí ở nhiệt độ và áp suất tới hạn có cùng tỷ khối. Nêu những đặc tính lý học của chất lỏng. Cấu trúc chất lỏng ở nhiệt độ thường và ở nhiệt độ cao: khác nhau vì ở nhiệt độ thường chất lỏng có cấu trúc gần giống chất rắn tinh thể còn ở nhiệt độ cao có cấu trúc giống chất khí. Ở điều kiện tới hạn chất khí và chất lỏng có cùng cấu trúc, có thể tích bằng nhau nên chúng có cùng tỉ khối. Chất lỏng có những đặc tính lý học sau: + Có tính chảy, linh động. + Có hình dạng theo vật chứa. + Có tính đẳng hướng về các tính chất vậy lý (độ dẫn điện, độ dẫn nhiệt, tính chất quang ) + Cho tính trong suốt cho ánh sáng truyền qua. + Có tính nhớt. + Không chịu nén. + Có sức căng bề mặt trên vùng tiếp xúc pha khác, do đó có hiện tượng mao dẫn khi nằm trong ống có kích thước đủ nhỏ. Bài 9: Trạng thái chậm hóa hơi của chất lỏng là gì? Nguyên nhân gây ra trạng thái này? Cách khắc phục trạng thái này trong phòng thí nghiệm như thế nào? Trạng thái chậm hóa hơi của chất lỏng là hiện tượng chất lỏng không sôi ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi của chất lỏng đó. - Nguyên nhân : việc sinh ra lúc ban đầu những bóng hơi ở trong một chất lỏng không có khí hòa tan là rất khó khăn vì những phần tử có động năng lớn hơn động năng cần cho sự hóa hơi phải tập trung lại với nhau. Do vậy khi đun nóng chất lỏng đến nhiệt độ hóa hơi, chất lỏng vẫn chưa hóa hơi. - Khắc phục : trong phòng thí nghiệm khi cần chưng cất 1 chất lỏng nào người ta cho vào chất lỏng những mảnh sứ nhỏ vì bọt không khí nằm trong lỗ xốp của sứ thoát ra tạo điều kiện sinh ra những bọt hơi chất lỏng và chất sôi. Bài 10: Trạng thái chậm đông của chất lỏng là gì? Nguyên nhân của hiện tượng này là gì? Cách khắc phục trạng thái này. Trạng thái chậm đông của chất lỏng: là hiện tượng chất lỏng chưa hóa rắn nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ kết tinh của nó. Nguyên nhân: khi làm lạnh chất lỏng đến nhiệt độ đông đặc, đa số các chất có cách sắp xếp các hạt biến đổi không nhiều nên không ảnh hưởng nhiều đến sự đông đặc của chất lỏng. Tuy nhiên trong 1 số chất cách sắp xếp này lại biến đổi đáng kể gây nên sự sai khác trong cấu trúc chất lỏng, dẫn đến hiện tượng chậm đông của chất lỏng. Cách khắc phục: Cho vào vài hạt tinh thể chất rắn cùng loại, khuấy lên, hay dung đua thủy tinh cọ vào thành bình đựng. Bài 11: Plasma là gì? Thế nào là plasma nguội? Nguyên nhân gây ra plasma nguội. Thế nào là plasma nóng? Nguyên nhân gây ra plasma nóng. 6
4. + 3 ô mạng cơ sở tâm khối của các hệ tinh thể trực giao, tứ phương và lập phương. + 2 ô mạng cơ sở tâm diện của các hệ tinh thể trực giao và lập phương. Các hệ tinh thể Các mạng lưới Bravais Tam tà Nguyên thủy Đơn tà Đơn giản Tâm đáy Trực giao Tâm diện Nguyên thủy Tâm đáy Tâm khối Tam phương Nguyên thủy Tứ phương Nguyên thủy Tâm khối Lục phương Nguyên thủy Lập phương Đơn giản Tâm khối Tâm diện Bài 14: Dựa vào bản chất liên kết giữa các nút mạng tinh thể người ta phân các tinh thể thành bao nhiêu kiểu mạng tinh thể. Cho biết đặc tinh lý học của từng loại mạng tinh thể. Dựa vào bản chất liên kết giữa các nút mạng tinh thể ta phân mạng tinh thể thành 4 mạng tinh thể khác nhau : mạng phân tử, mạng nguyên tử, mạng ion và mạng kim loại. 8
5. Bài 16: Bản chất liên kết ảnh hưởng như thế nào đến nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của các chất. Nêu ví dụ minh họa (khác ví dụ trong bài giảng). Nguyên tắc chung: Liên kết càng mạnh, chất càng khó nóng chảy, khó bay hơi.Lực Van de Waals rất yếu nên các hợp chất có mạng phân tử đều có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp. Ở điều kiện thường nhiều chất ở trạng thái lỏng hay ở trạng thái khí. Trường hợp sự tồn tại của trạng thái tập hợp nhờ liên kết Van de Waals, khối lượng phân tử càng lớn và độ có cực của phân tử càng lớn nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi càng cao. Sự chênh lệch của nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi nhỏ. Lực liên kết hydro khá yếu nhưng mạnh hơn nhiều so với lực Van de Waals nên các chất có liên kết hydro liên phân tử có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao hơn hẳn các chất không có loại liên kết này. Chất Liên kết Phân tử (nguyên tử) Nhiệt độ nóng chảy Nhiệt độ sôi (0C) lượng (đ.v.C) (0C) He Van de Waals 4,0 -271,4 -268,9 Xe Van de Waals 131,3 -111,85 -108,12 H2S Van de Waals 34 -85,6 -60,4 H2Te Van de Waals 129,6 -51 -2 H2O Van de Waals + hydro 18 0 100 Do bản chất liên kết ion là lực hút tĩnh điện giữa các ion cùng dấu và là loại liên kết mạnh, ở điều kiện thường các hợp chất ion đều là chất rắn. Tuy nhiên do hiện tượng phân cực giữa các ion trái dấu, các hợp chất ion có nhiệt độ nóng chảy không quá cao (thường dưới 1000 0C). Có sự chênh lệch rõ rệt giữa nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi. Chất Nhiệt độ nóng Nhiệt độ sôi Chất Nhiệt độ nóng Nhiệt độ sôi chảy (0C) (0C) (ở 1 atm) chảy (0C) (0C) LiCl 610 1380 NaCl 801 1490 BaF2 1368 2260 776 1430 Do hiện tượng phân cực ion, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của các chất có cation điện tích cao và anion kích thước lớn có thể nhỏ bất thường, loại hợp chất này có thể thăng hoa khi đun nóng (khí là phân tử) Chất Nhiệt độ nóng chảy (0C) Nhiệt độ sôi (0C) (ở 1 atm) Nhiệt độ thăng hoa (0C) BeI2 490 530 AlCl3 192,6 180 FeCl3 307,5 315 Liên kết cộng hóa trị là loại liên kết mạnh. Giữa hai nguyên tử có thể nối với nhau bằng một hay nhiều liên kết cộng hóa trị (1 liên kết sigma, 2 liên kết pi và 1 liên kết delta). Liên kết cộng hóa trị có thể có cực và không có cực. Liên kết cộng hóa trị cho nhận dễ bị đứt dưới tác động nhiệt độ. Các đặc điểm này cho các chất cộng hóa trị có nhiệt độ nóng chảy từ khá cao đến rất cao. 10
6. b) Khuyết tật xen kẽ: các tiểu phân tạp chất xâm nhập vào mạng tinh thể thay thế cho các tiểu phân cấu trúc tại nút mạng hay xen kẽ vào giữa mạng . 2) Khuyết tật đường: đầu biên của một mặt mạng bị đứt cụt trong tinh thể. 3) Khuyết tật bề mặt: là tập hợp của khuyết tật điểm và khuyết tật đường. Xuất hiện trên bề mặt tinh thể và bề mặt biên giới giữa các tinh thể . Bài 19: Hiện tượng đa hình (thù hình) là gì? Nêu 1 ví dụ về hiện tượng thù hình và một ví dụ về hiện tượng đa hình. Hiện tượng đa hình là hiện tượng một chất có thể tồn tại dưới nhiều dạng tinh thể khác nhau. Ví dụ hợp chất: ZnS có 2 đa hình: sphalerite và Wurtzite 12