Giáo án Bài 22. Hydrogen halide. Muối halide

Huy động kiến thức nền về liên kết giữa các phân tử và tính acid; xác định vấn đề cần giải quyết trong bài.

HS quan sát mô phỏng bể làm lạnh (NeoEdu) hoặc hình ảnh bốn ống HF, HCl, HBr, HI. GV đặt câu hỏi: “Vì sao ở cùng một nhiệt độ, HF có thể đã hoá lỏng trong khi HCl vẫn là khí?” và “Trong dung dịch, HF và HCl chất nào là acid mạnh hơn? Dựa vào đâu để dự đoán?”

Dự đoán ban đầu của HS: HF có nhiệt độ sôi cao hơn các chất còn lại vì có thể có liên kết giữa các phân tử; nhiệt độ sôi có xu hướng tăng theo khối lượng phân tử. HS nhận ra mình chưa đủ căn cứ để kết luận về tính acid của HF và cần kiểm chứng. Vấn đề bài học: xu hướng nhiệt độ sôi, tính acid, tính chất hoá học và cách nhận biết ion halide.

Nêu được xu hướng biến đổi nhiệt độ sôi và tính acid của các hydrogen halide; giải thích được vì sao HF bất thường.

HS làm việc nhóm 4 người với Phiếu học tập số 1. Phần A: quan sát mô phỏng, ghi trạng thái của HF, HCl, HBr, HI ở 0 °C và −70 °C, rồi sắp xếp xu hướng nhiệt độ sôi. Phần B: quan sát GV biểu diễn phản ứng của dung dịch HCl loãng với NaHCO₃ và so sánh độ mạnh của HCl với H₂CO₃. Phần C: rút ra xu hướng tính acid của dãy hydrohalic acid từ HF đến HI.

Phần A: Ở 0 °C, HF hoá lỏng; ở −70 °C, HBr đã lỏng, HI đông đặc, HCl vẫn là khí. Xu hướng: nhiệt độ sôi của HCl, HBr, HI tăng theo khối lượng phân tử; HF có nhiệt độ sôi cao bất thường (khoảng 20 °C) do liên kết hydrogen giữa các phân tử HF.
Phần B: $\mathrm{HCl + NaHCO_3 \to NaCl + CO_2 + H_2O}$; có sủi bọt khí $\mathrm{CO_2}$, chứng tỏ HCl là acid mạnh hơn $\mathrm{H_2CO_3}$.
Phần C: Tính acid tăng dần từ HF (acid yếu) đến HI; HCl, HBr, HI đều là acid mạnh trong phạm vi dung dịch loãng.
Kiến thức HS rút ra: hydrogen halide là hợp chất phân tử; dung dịch trong nước có tính acid; nhiệt độ sôi và độ mạnh acid không đồng nhất với nhau.

Trình bày được tính chất hoá học của HCl và tính chất đặc biệt của HF; giải thích được vì sao Cu không tác dụng với HCl loãng.

Lớp chia thành hai nhóm chuyên gia. Nhóm A nghiên cứu tác dụng của HCl loãng với kẽm và đồng qua thí nghiệm GV biểu diễn và phòng thí nghiệm ảo “Hydrochloric acid tác dụng với kim loại”. Nhóm B nghiên cứu tác dụng của HF với SiO₂ qua video tư liệu và trả lời câu hỏi: “Vì sao HF khắc được thuỷ tinh trong khi HCl không làm vậy?” Sau đó hai nhóm chia sẻ theo mô hình mảnh ghép. Cả lớp trả lời câu hỏi chung: “Tính khử của ion halide thay đổi thế nào từ F⁻ đến I⁻?”

Nhóm A: HCl loãng hoà tan Zn, sủi bọt khí $\mathrm{H_2}$: $\mathrm{Zn + 2HCl \to ZnCl_2 + H_2}$. Với Cu, không có khí thoát ra khi cho vào HCl loãng; Cu không tác dụng với HCl loãng vì Cu đứng sau hydrogen trong dãy hoạt động hoá học.
Nhóm B: HF hoà tan $\mathrm{SiO_2}$ có trong thuỷ tinh: $\mathrm{SiO_2 + 4HF \to SiF_4 + 2H_2O}$; nhờ đó HF dùng để khắc chữ, hoa văn lên thuỷ tinh. Đây là tính chất đặc biệt của HF, không phải tính chất chung của các hydrohalic acid.
Chung: Tính khử của ion halide tăng dần từ F⁻ đến I⁻ (ví dụ với sulfuric acid đặc, chỉ cần nêu xu hướng, không yêu cầu viết phương trình).

Phân biệt được các ion F⁻, Cl⁻, Br⁻, I⁻ bằng dung dịch AgNO₃ dựa trên màu kết tủa; nhận ra giới hạn của phép thử.

HS làm việc theo cặp với Phiếu học tập số 2. Quan sát mô phỏng: nhỏ dung dịch AgNO₃ 0,1 M lần lượt vào bốn ống NaF, NaCl, NaBr, NaI 0,1 M; ghi hiện tượng và màu kết tủa. Sau đó trả lời: “Vì sao không dùng HCl để acid hoá mẫu trước khi thử?” và “Kết quả không có kết tủa với một mẫu có nghĩa là mẫu không chứa halide không?”

Kết quả quan sát:

• NaF: không xuất hiện kết tủa ($\mathrm{AgF}$ tan).
• NaCl: kết tủa trắng $\mathrm{AgCl}$.
• NaBr: kết tủa vàng nhạt $\mathrm{AgBr}$.
• NaI: kết tủa vàng $\mathrm{AgI}$.
  Dấu hiệu nhận biết: Cl⁻ – AgCl trắng; Br⁻ – AgBr vàng nhạt; I⁻ – AgI vàng; F⁻ không cho kết tủa.
  Lưu ý: dùng HCl để acid hoá sẽ đưa thêm Cl⁻ ngoại lai gây nhiễu; kết quả âm tính trong phép thử này không chứng minh mẫu không chứa halide (F⁻ là ví dụ điển hình; cần kiểm soát nồng độ, thuốc thử và mẫu trắng).

Vận dụng kiến thức về hydrogen halide, nhận biết ion halide và tính khối lượng, số mol theo dữ liệu bài toán.

HS làm nhanh các bài tập sau:

1. Trong các acid sau, acid nào yếu theo mức phân li trong nước? A. HF; B. HI; C. HBr; D. HCl.
2. Thuốc thử Ag⁺ tạo kết tủa trắng với anion nào trong điều kiện bài? A. NO₃⁻; B. Na⁺; C. Cl⁻; D. F⁻.
3. Ghép anion với dấu hiệu kết tủa bạc halide: Cl⁻ – ?; Br⁻ – ?; I⁻ – ?
4. 0,10 mol Cl⁻ kết tủa hết thành AgCl, M(AgCl) = 143,5 g/mol. Khối lượng AgCl thu được theo lí thuyết là bao nhiêu gam?
5. 5,85 g NaCl, M(NaCl) = 58,5 g/mol, chứa bao nhiêu mol Cl⁻?
6. 0,005 mol AgI, M(AgI) = 235 g/mol, có khối lượng bao nhiêu gam?

Đáp án:

1. A (HF là acid yếu về mức phân li).
2. C (Cl⁻ tạo AgCl trắng; F⁻ không cho kết tủa AgF tương tự).
3. Cl⁻ – AgCl trắng; Br⁻ – AgBr vàng nhạt; I⁻ – AgI vàng.
4. $n_{\mathrm{AgCl}} = n_{\mathrm{Cl^-}} = 0{,}10$ mol; $m = 0{,}10 \times 143{,}5 = 14{,}35$ g.
5. $n_{\mathrm{NaCl}} = \dfrac{5{,}85}{58{,}5} = 0{,}10$ mol; tỉ lệ $\mathrm{Cl^-}$ : NaCl = 1 : 1 nên có $0{,}10$ mol $\mathrm{Cl^-}$.
6. $m = 0{,}005 \times 235 = 1{,}175$ g.

Vận dụng kiến thức về ion halide và tính chất của HF, HCl để đề xuất phương án nhận biết và đánh giá các nhận định về an toàn, nhận biết.

Tình huống: phòng thí nghiệm có bốn lọ mất nhãn chứa dung dịch NaF, NaCl, NaBr, NaI. Nhóm 4 HS đề xuất phương án nhận biết bằng AgNO₃ (không dùng HCl để acid hoá mẫu), nêu cách ghi kết quả và giải thích vì sao phải loại trừ nhiễu. Sau đó nhóm thảo luận đánh giá các nhận định sau, ghi Đúng hoặc Sai và giải thích ngắn:
a) HF là acid yếu nên có thể cho học sinh tự xử lí.
b) Dùng HCl để acid hoá có thể đưa Cl⁻ ngoại lai vào mẫu.
c) Chất thải chứa bạc cần được thu gom theo quy định phòng thí nghiệm.
d) HCl dạng khí và dung dịch cần được phân biệt.

Phương án gợi ý: Lấy mỗi dung dịch khoảng 1 mL vào bốn ống nghiệm riêng, đánh số; nhỏ từ từ dung dịch AgNO₃ 0,1 M, quan sát và ghi màu kết tủa. Ống không có kết tủa là NaF; ống có kết tủa trắng là NaCl; vàng nhạt là NaBr; vàng là NaI. Không dùng HCl để acid hoá vì sẽ đưa thêm Cl⁻ gây nhiễu.
Đánh giá nhận định:
a) Sai: HF là acid yếu về mức phân li nhưng rất độc và gây tổn thương nghiêm trọng; HS không được tự xử lí HF.
b) Đúng: HCl chứa Cl⁻, làm sai lệch kết quả nhận biết Cl⁻ trong mẫu.
c) Đúng: chất thải chứa bạc phải thu gom và xử lí theo quy định.
d) Đúng: HCl dạng khí và dung dịch HCl là hai dạng khác nhau cần được nhận diện và quản lí đúng cách.