Mục lục (5 phần)
Kiến thức Hóa 10 chiếm khoảng 2–4 câu trong đề tốt nghiệp: câu nhiều lựa chọn về cấu hình electron, xu hướng trong bảng tuần hoàn, loại liên kết, số oxi hóa; câu trả lời ngắn tính biến thiên enthalpy hoặc tốc độ phản ứng; đôi khi có câu thực tiễn về nhóm halogen (nước Javel, muối iod, nhận biết ion halide) hoặc phòng chống cháy nổ. Đây là phần "nền": hiểu chắc thì học các chủ đề lớp 11, 12 nhẹ hơn nhiều.
Kiến thức trọng tâm
Cấu tạo nguyên tử
- Nguyên tử gồm hạt nhân (proton mang điện +1, neutron không mang điện) và lớp vỏ electron (điện tích −1). Nguyên tử trung hòa: số proton = số electron = Z.
- Số khối ; kí hiệu nguyên tử . Đồng vị: cùng Z, khác N.
- Nguyên tử khối trung bình: (: phần trăm số nguyên tử).
- Lớp có orbital, chứa tối đa electron. Phân lớp s, p, d, f có 1, 3, 5, 7 orbital, chứa tối đa 2, 6, 10, 14 electron.
- Thứ tự mức năng lượng: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s… Điền electron theo nguyên lí vững bền, nguyên lí Pauli (mỗi orbital tối đa 2 electron ngược chiều) và quy tắc Hund (electron phân bố để số electron độc thân là tối đa).
- Lớp ngoài cùng có 1–3 electron: thường là kim loại; 5–7 electron: thường là phi kim; 8 electron (He: 2): khí hiếm.
Bảng tuần hoàn và xu hướng biến đổi
Các nguyên tố được xếp theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân; cùng số lớp electron → cùng chu kì; cùng số electron hóa trị → cùng nhóm. Với nguyên tố nhóm A: số thứ tự nhóm = số electron lớp ngoài cùng.
| Đại lượng | Trong chu kì (trái → phải) | Trong nhóm A (trên → dưới) |
|---|---|---|
| Bán kính nguyên tử | giảm | tăng |
| Độ âm điện | tăng | giảm |
| Tính kim loại | giảm | tăng |
| Tính phi kim | tăng | giảm |
| Tính base của oxide, hydroxide | giảm | tăng |
| Tính acid của oxide, hydroxide | tăng | giảm |
Chu kì 3: , MgO là oxide base; lưỡng tính; , , , là oxide acid. Hóa trị cao nhất với oxygen tăng từ 1 (Na) đến 7 (Cl).
Liên kết hóa học
Quy tắc octet: nguyên tử có xu hướng đạt 8 electron lớp ngoài cùng (giống khí hiếm) bằng cách nhường, nhận hoặc góp chung electron.
| Hiệu độ âm điện | Loại liên kết |
|---|---|
| cộng hóa trị không phân cực (, , C–H) | |
| cộng hóa trị phân cực (HCl, ) | |
| ion (NaCl, ) |
- Liên kết đơn: 1 σ; liên kết đôi: 1 σ + 1 π; liên kết ba: 1 σ + 2 π. Liên kết σ bền hơn liên kết π.
- Liên kết cho – nhận: cặp electron dùng chung do một nguyên tử đóng góp (ví dụ trong ).
- Năng lượng liên kết (): năng lượng cần để phá vỡ 1 mol liên kết ở thể khí; càng lớn, liên kết càng bền.
- Liên kết hydrogen: giữa nguyên tử H (đã liên kết với F, O, N) và một nguyên tử F, O, N khác có cặp electron riêng. Làm nước, alcohol, acid sôi cao bất thường; nước đá nhẹ hơn nước lỏng.
- Tương tác van der Waals: lực hút yếu giữa các phân tử; tăng khi phân tử khối, kích thước phân tử tăng (nhiệt độ sôi ).
Hình dạng phân tử quyết định phân tử có phân cực hay không: thẳng nên hai liên kết C=O phân cực triệt tiêu nhau; dạng góc nên phân cực.
Phân tử 3D
Hình dạng bốn phân tử quen thuộc của Hóa 10. Nước dạng góc (≈ 104,5°) và ammonia chóp tam giác nên phân cực; methane tứ diện đều và carbon dioxide thẳng nên các liên kết phân cực triệt tiêu nhau.
Phản ứng oxi hóa – khử
Quy tắc xác định số oxi hóa: đơn chất bằng 0; trong hợp chất, H thường là +1, O thường là −2 (trừ peroxide −1); tổng số oxi hóa trong phân tử bằng 0, trong ion bằng điện tích ion.
| Tiêu chí | Chất khử | Chất oxi hóa |
|---|---|---|
| Electron | nhường | nhận |
| Số oxi hóa | tăng | giảm |
| Quá trình | bị oxi hóa | bị khử |
Mẹo nhớ: "khử cho – O nhận". Cân bằng bằng phương pháp thăng bằng electron: (1) xác định số oxi hóa thay đổi; (2) viết quá trình oxi hóa, quá trình khử; (3) tìm hệ số sao cho tổng electron nhường = tổng electron nhận; (4) đặt hệ số, cân bằng nguyên tố còn lại (thường H, O sau cùng).
Năng lượng hóa học: enthalpy
- Điều kiện chuẩn: áp suất 1 bar, nồng độ 1 M (chất tan), nhiệt độ thường chọn 25 °C (298 K).
- : phản ứng tỏa nhiệt; : thu nhiệt.
- Enthalpy tạo thành chuẩn của đơn chất bền bằng 0.
(sp: sản phẩm, cd: chất đầu; công thức theo năng lượng liên kết chỉ áp dụng khi các chất đều ở thể khí; nhớ nhân hệ số phương trình.)
Tốc độ phản ứng
Với phản ứng , tốc độ trung bình:
- Định luật tác dụng khối lượng (phản ứng đơn giản): .
- Quy tắc Van't Hoff: khi nhiệt độ tăng 10 °C, tốc độ tăng lần (–4): .
| Yếu tố tăng | Ảnh hưởng – ví dụ |
|---|---|
| Nồng độ, áp suất (chất khí) | tốc độ tăng; thổi không khí vào lò để than cháy mạnh |
| Nhiệt độ | tốc độ tăng; nấu bằng nồi áp suất nhanh chín, bảo quản lạnh làm chậm thực phẩm hỏng |
| Diện tích bề mặt | tốc độ tăng; đập nhỏ đá vôi khi nung, nhai kĩ thức ăn |
| Chất xúc tác | tốc độ tăng, không bị tiêu hao; enzyme trong cơ thể, phân hủy |
Nhóm halogen (nhóm VIIA)
Nhóm VIIA gồm fluorine (F), chlorine (Cl), bromine (Br), iodine (I) và hai nguyên tố phóng xạ astatine (At), tennessine (Ts); chương trình xét chủ yếu từ F đến I. Nguyên tử halogen có 7 electron lớp ngoài cùng (), dễ nhận thêm 1 electron tạo ion halide , nên halogen là những phi kim điển hình, có tính oxi hóa mạnh. Trong hợp chất, fluorine chỉ có số oxi hóa −1; chlorine, bromine, iodine ngoài số oxi hóa −1 còn có các số oxi hóa dương (+1, +3, +5, +7) khi liên kết với oxygen.
Trạng thái tự nhiên. Halogen hoạt động hóa học mạnh nên trong tự nhiên chỉ tồn tại ở dạng hợp chất, chủ yếu là muối halide: fluorine có trong khoáng vật fluorite (); chlorine chủ yếu ở dạng sodium chloride trong nước biển và mỏ muối; bromine, iodine có trong nước biển với hàm lượng nhỏ hơn nhiều, iodine còn tích lũy trong rong biển.
Tính chất vật lí của đơn chất (ở điều kiện thường):
| Đơn chất | Thể | Màu | Lưu ý |
|---|---|---|---|
| khí | lục nhạt | rất độc, phản ứng mạnh nhất | |
| khí | vàng lục | độc, mùi xốc, nặng hơn không khí | |
| lỏng | nâu đỏ | dễ bay hơi, hơi rất độc, gây bỏng da | |
| rắn | tím đen | đun nóng thì thăng hoa (hơi màu tím) |
Từ đến , phân tử khối tăng, tương tác van der Waals giữa các phân tử tăng nên nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi tăng (khí → lỏng → rắn) và màu đậm dần. Chlorine tan vừa phải trong nước; bromine, iodine tan ít trong nước nhưng tan tốt trong dung môi hữu cơ (cồn iodine là dung dịch iodine trong ethanol).
Tính oxi hóa giảm dần : từ F đến I bán kính nguyên tử tăng, độ âm điện giảm, khả năng hút thêm electron giảm. Halogen mạnh hơn đẩy được halogen yếu hơn ra khỏi dung dịch muối halide (ngược lại thì không):
Fluorine phản ứng ngay với nước nên không dùng để đẩy halogen khác trong dung dịch.
Các phản ứng của đơn chất halogen.
Với kim loại → muối halide (halogen nhận electron, số oxi hóa giảm từ 0 xuống −1). Chlorine oxi hóa sắt lên +3, còn iodine yếu hơn chỉ tạo :
Với hydrogen → hydrogen halide: . Mức độ giảm dần: fluorine nổ mạnh ngay cả trong bóng tối, ở nhiệt độ rất thấp; chlorine nổ khi chiếu sáng mạnh hoặc đốt nóng; bromine cần đun nóng; iodine cần đun nóng, có xúc tác và phản ứng thuận nghịch.
Với nước: fluorine phản ứng mãnh liệt, giải phóng oxygen: . Chlorine phản ứng một phần, thuận nghịch:
Hypochlorous acid (HClO) có tính oxi hóa mạnh nên nước chlorine tẩy màu, diệt khuẩn — cơ sở của việc khử trùng nước sinh hoạt, nước bể bơi. Bromine phản ứng chậm và ít hơn; iodine hầu như không phản ứng với nước.
Với dung dịch kiềm ở nhiệt độ thường → muối hypochlorite có tính tẩy màu, sát khuẩn:
Dung dịch NaCl và NaClO là nước Javel; sản phẩm của chlorine với vôi tôi hoặc sữa vôi là clorua vôi (). Khi đun nóng, chlorine với dung dịch kiềm tạo muối chlorate:
Hydrogen halide và hydrohalic acid. Hydrogen halide (HF, HCl, HBr, HI) là chất khí, tan rất nhiều trong nước tạo dung dịch acid tương ứng: hydrofluoric acid, hydrochloric acid, hydrobromic acid, hydroiodic acid.
- Tính acid tăng dần HF < HCl < HBr < HI. Từ F đến I, liên kết H–X dài hơn, năng lượng liên kết nhỏ hơn nên phân tử dễ phân li ra ion hơn. HF là acid yếu; HCl, HBr, HI là acid mạnh.
- Hydrochloric acid có đủ tính chất của acid mạnh: làm quỳ tím hóa đỏ; tác dụng với kim loại đứng trước hydrogen (sắt chỉ lên +2: ), với oxide base, base và một số muối như .
- Hydrofluoric acid tuy yếu nhưng hòa tan được silicon dioxide trong thủy tinh: . Vì vậy HF dùng để khắc chữ, hoa văn lên thủy tinh và phải đựng trong bình nhựa.
- Tính khử của ion halide tăng dần (ion càng lớn càng dễ nhường electron). Với sulfuric acid đặc, sodium chloride rắn chỉ có phản ứng trao đổi, tạo khí hydrogen chloride (, đun nhẹ); ion bromide khử S(+6) xuống S(+4), ion iodide khử mạnh hơn, đưa S(+6) xuống S(−2):
Nhận biết ion halide bằng dung dịch ():
| Ion trong dung dịch | Hiện tượng khi nhỏ |
|---|---|
| không có kết tủa (Ag |
|
| kết tủa trắng Ag |
|
| kết tủa vàng nhạt Ag |
|
| kết tủa vàng Ag |
Ứng dụng:
| Chất | Ứng dụng chính |
|---|---|
| Chlorine | khử trùng nước sinh hoạt, nước bể bơi; sản xuất hydrochloric acid, chất dẻo PVC, nước Javel, clorua vôi |
| Nước Javel | tẩy trắng vải, sợi; tẩy rửa, sát khuẩn (nhờ tính oxi hóa mạnh của Na |
| Clorua vôi | tẩy trắng, sát trùng, xử lí chất độc; ở dạng rắn nên dễ bảo quản, vận chuyển hơn nước Javel |
| Muối iod | muối ăn trộn một lượng rất nhỏ potassium iodate () để bổ sung iodine, phòng bệnh bướu cổ |
| Fluoride trong kem đánh răng | hợp chất như sodium fluoride giúp men răng cứng, bền hơn trước acid do vi khuẩn tạo ra, phòng sâu răng |
| Iodine, hydrofluoric acid | cồn iodine sát trùng vết thương; HF khắc chữ, hoa văn trên thủy tinh |
An toàn khi làm việc với halogen:
- Chlorine, bromine độc, gây tổn thương đường hô hấp; chlorine nặng hơn không khí () nên tích tụ ở chỗ trũng. Khi có rò rỉ khí chlorine: rời khỏi khu vực, đi lên chỗ cao, ngược chiều gió.
- Thí nghiệm với chlorine, bromine làm trong tủ hút; khí thừa được hấp thụ bằng dung dịch NaOH (bông tẩm NaOH đậy miệng bình).
- Bromine lỏng và hydrofluoric acid gây bỏng da rất nặng: đeo găng tay, kính bảo hộ.
- Không trộn nước Javel với chất tẩy rửa có acid (như dung dịch tẩy chứa hydrochloric acid) vì sinh ra khí chlorine độc:
Phòng chống cháy nổ
- Sự cháy cần đủ ba yếu tố (tam giác cháy): chất cháy, chất oxi hóa (thường là oxygen trong không khí), nguồn nhiệt. Loại bỏ một yếu tố là dập tắt được đám cháy.
- Nhiệt độ tự bốc cháy: nhiệt độ thấp nhất để chất tự cháy mà không cần nguồn lửa. Điểm chớp cháy: nhiệt độ thấp nhất tại đó hơi của chất lỏng cháy được khi tiếp xúc nguồn lửa — chất có điểm chớp cháy thấp (xăng) rất dễ gây cháy.
- Bụi than, bột mì, bột kim loại lơ lửng trong không gian kín có thể nổ bụi vì diện tích tiếp xúc với oxygen rất lớn.
- Xử lí: cháy xăng dầu → dùng cát, bình bột, bình , không dùng nước; cháy do điện → ngắt cầu dao trước; cháy kim loại mạnh (Na, Mg) → dùng cát khô; rò rỉ khí gas → khóa van, mở cửa thông gió, không bật tắt thiết bị điện.
Dạng bài thường gặp trong đề thi
Dạng 1: Cấu hình electron và vị trí
Xem lời giải
- Electron ở phân lớp p: (6) + (5) = 11 → cấu hình , Z = 17 (chlorine).
- 3 lớp electron → chu kì 3; 7 electron lớp ngoài cùng, electron cuối điền vào phân lớp p → nhóm VIIA.
- 7 electron lớp ngoài cùng → phi kim.
Dạng 2: Đồng vị và nguyên tử khối trung bình
Xem lời giải
Gọi phần trăm là : → → . Vậy chiếm 73% số nguyên tử.
Dạng 3: Cân bằng phản ứng oxi hóa – khử
Xem lời giải
- Số oxi hóa thay đổi: Al từ 0 lên +3; N từ +5 (trong ) xuống +1 (trong ).
- Quá trình oxi hóa: (× 8). Quá trình khử: 2 nguyên tử N nhận electron tạo 1 phân tử (× 3).
- Đặt hệ số: 8 Al, 3 ; nitrogen cần → 30 ; hydrogen → 15 :
Chất khử: Al. Chất oxi hóa: (chỉ 6 trong 30 phân tử đóng vai trò chất oxi hóa, phần còn lại tạo muối).
Dạng 4: Tính biến thiên enthalpy
Xem lời giải
a) kJ → phản ứng tỏa nhiệt (đơn chất có ). 1,0 kg = 15,625 mol; cứ 2 mol tỏa 197,8 kJ → nhiệt tỏa ra kJ.
b) kJ → phản ứng tỏa nhiệt.
Dạng 5: Tốc độ phản ứng
Xem lời giải
a) M/s (nhớ chia cho hệ số 2 của ).
b) → thời gian giảm 9 lần: phút.
Dạng 6: Đếm phát biểu đúng (thực tiễn)
Xem lời giải
(b), (d), (e) đúng. (a) sai: xăng nhẹ hơn nước, nổi lên và loang rộng đám cháy; phải dùng cát, bình bột hoặc bình . (c) sai: bán kính giảm dần. Đáp số 3.
Dạng 7: Nhóm halogen — so sánh tính chất, nhận biết ion halide
Xem lời giải
a) Tính khử tăng dần , nên chlorine oxi hóa ion iodide trước (dung dịch chuyển sang màu vàng nâu của iodine):
Hết iodide thì chlorine mới oxi hóa tiếp ion bromide tạo bromine.
b) AgF tan trong nước nên kết tủa chỉ có AgCl:
. Nếu cho rằng NaF cũng tạo kết tủa thì sẽ lập sai hệ phương trình.
Lỗi thường gặp
Mẹo làm bài
Tự kiểm tra nhanh
- Nguyên tố có cấu hình electron lớp ngoài cùng thuộc chu kì, nhóm nào? Là kim loại hay phi kim?
Xem đáp án
Chu kì 3, nhóm IIA (magnesium), kim loại.
- Xác định số oxi hóa của S trong , của N trong , của Cr trong .
Xem đáp án
S: +6; N: −3; Cr: +6.
- Hệ số Van't Hoff của một phản ứng là 2. Khi tăng nhiệt độ từ 20 °C lên 60 °C, tốc độ phản ứng tăng bao nhiêu lần?
Xem đáp án
lần.
- Dựa vào độ âm điện (H 2,20; O 3,44; Na 0,93; Cl 3,16), cho biết loại liên kết trong và NaCl.
Xem đáp án
O–H: → cộng hóa trị phân cực. NaCl: → liên kết ion.
- Vì sao trong nhà máy xay bột mì phải hạn chế bụi và cấm lửa?
Xem đáp án
Bụi bột mì lơ lửng có diện tích tiếp xúc với oxygen rất lớn; gặp tia lửa sẽ cháy cực nhanh, gây nổ bụi.
- Vì sao hydrofluoric acid phải đựng trong bình nhựa mà không đựng trong bình thủy tinh?
Xem đáp án
HF hòa tan silicon dioxide, thành phần chính của thủy tinh (), nên ăn mòn bình thủy tinh.
Làm 10 câu luyện tập về hóa học đại cương lớp 10 và xem lời giải ngay sau mỗi câu.