So sánh (có giải thích) độ bền, tính acid, tính oxygen hóa của: HClO, HClO2, HCl…
1. So sánh độ bền của HClO, HClO2, HClO3, HClO4:
Để so sánh độ bền, chúng ta cần xem xét sự phân hủy của các oxoacid này.
* HClO (Axit hypochlorơ): Là chất kém bền nhất trong dãy. Trong dung dịch nước, HClO dễ dàng phân hủy theo phương trình:
2HClO → 2HCl + O2
Hoặc trong điều kiện có ánh sáng:
2HClO → 2HCl + O2
Oxy nguyên tử sinh ra có tính oxygen hóa mạnh.
* HClO2 (Axit chlorơ): Bền hơn HClO. Nó cũng có xu hướng phân hủy, nhưng chậm hơn.
4HClO2 → 3HClO3 + HCl
Hoặc:
5HClO2 → 4ClO2 + HClO3 + H2O
Trong dung dịch, HClO2 có thể tự phân hủy.
* HClO3 (Axit chloric): Bền hơn HClO2. Dung dịch axit chloric tương đối bền, nhưng khi đun nóng hoặc để lâu có thể bị phân hủy.
3HClO3 → HClO4 + 2ClO2 + H2O
* HClO4 (Axit perchloric): Là oxoacid bền nhất trong dãy. Nó là một axit mạnh và khá ổn định, chỉ bị phân hủy ở nhiệt độ rất cao.
Giải thích: Độ bền của các oxoacid của clo tăng dần khi số nguyên tử oxy liên kết với nguyên tử clo tăng lên. Điều này là do khi số lượng nguyên tử oxy tăng, sự liên kết giữa nguyên tử clo và nguyên tử oxy trở nên bền vững hơn, làm cho phân tử khó bị phá vỡ. Ngoài ra, sự phân bố điện tích trong phân tử cũng ảnh hưởng đến độ bền.
Kết luận về độ bền: HClO < HClO2 < HClO3 < HClO4 2. So sánh tính acid của HClO, HClO2, HClO3, HClO4:
Tính acid của một axit được đo bằng khả năng nhường proton (H+) trong dung dịch nước. Điều này liên quan đến độ phân cực của liên kết O-H.
* HClO (Axit hypochlorơ): Là axit yếu nhất. Liên kết O-H phân cực không nhiều.
* HClO2 (Axit chlorơ): Là axit mạnh hơn HClO.
* HClO3 (Axit chloric): Là axit mạnh hơn HClO2.
* HClO4 (Axit perchloric): Là axit mạnh nhất trong dãy. Liên kết O-H phân cực rất mạnh, dễ dàng nhường proton.
Giải thích: Tính acid của các oxoacid halogen tăng lên khi số lượng nguyên tử oxy tăng. Khi số lượng nguyên tử oxy liên kết với clo tăng lên, nguyên tử oxy có độ âm điện lớn sẽ hút các electron của liên kết Cl-O và cả liên kết O-H về phía mình. Điều này làm cho liên kết O-H trở nên phân cực hơn, nguyên tử hydro trở nên “dương” hơn và dễ dàng tách ra dưới dạng ion H+.
Chúng ta có thể hình dung sự phân bố điện tích như sau:
Trong phân tử HClOn, nguyên tử clo mang một phần điện tích dương. Số lượng nguyên tử oxy càng nhiều, sự hút electron của clo càng mạnh, và kết quả là sự phân cực của liên kết O-H càng lớn.
Nói cách khác, anion ClOn- tạo thành sau khi nhường proton sẽ kém bền hơn khi có ít nguyên tử oxy, và ngược lại, anion sẽ bền hơn khi có nhiều nguyên tử oxy do hiệu ứng cộng hưởng và hiệu ứng cảm ứng. Anion càng bền thì axit càng mạnh.
Kết luận về tính acid: HClO < HClO2 < HClO3 < HClO4 3. So sánh tính oxygen hóa của HClO, HClO2, HClO3, HClO4:
Tính oxygen hóa của một chất được thể hiện qua khả năng nhận electron của nó. Trong các oxoacid của clo, số oxygen hóa của clo lần lượt là +1, +3, +5, +7. Nguyên tử clo có số oxygen hóa dương cao có xu hướng nhận electron để giảm số oxygen hóa của nó, do đó thể hiện tính oxygen hóa.
* HClO (Số oxygen hóa của Cl là +1): Có tính oxygen hóa mạnh. Clo ở đây có thể dễ dàng nhận electron để về số oxygen hóa -1 (trong HCl) hoặc 0.
* HClO2 (Số oxygen hóa của Cl là +3): Có tính oxygen hóa, nhưng yếu hơn HClO. Clo có thể giảm về 0 hoặc -1.
* HClO3 (Số oxygen hóa của Cl là +5): Có tính oxygen hóa, nhưng yếu hơn HClO2. Clo có thể giảm về 0 hoặc -1.
* HClO4 (Số oxygen hóa của Cl là +7): Là chất oxy hóa mạnh nhất trong các axit này khi ở dạng dung dịch đậm đặc, nóng. Tuy nhiên, khi ở dạng dung dịch loãng, nó chủ yếu thể hiện tính acid mạnh. Sở dĩ HClO4 có tính oxy hóa mạnh là do clo ở số oxy hóa cao nhất (+7), có khả năng nhận electron để giảm số oxy hóa.
Giải thích: Số oxygen hóa của clo trong các axit này tăng dần từ +1 đến +7. Khi số oxygen hóa của một nguyên tố càng cao, khả năng nhận electron (tính oxygen hóa) của nó càng lớn, miễn là nó có thể giảm xuống một trạng thái bền vững hơn.
Tuy nhiên, cần lưu ý một điểm quan trọng về tính oxygen hóa của HClO4. Mặc dù clo ở số oxy hóa cao nhất, nhưng trong dung dịch loãng, tính acid mạnh của nó lấn át tính oxygen hóa. Chỉ khi ở dạng dung dịch đậm đặc và đun nóng thì HClO4 mới thể hiện rõ tính oxygen hóa mạnh của mình.
Một cách giải thích khác là: Khi số lượng nguyên tử oxy tăng lên, sự kéo electron của nguyên tử oxy làm cho nguyên tử clo ở trạng thái oxy hóa cao hơn dễ dàng nhận thêm electron (nếu có thể) hoặc bị đẩy electron ra khỏi liên kết (nếu nó đóng vai trò là chất khử). Nhưng ở đây chúng ta đang xét tính oxygen hóa, tức là khả năng nhận electron của clo.
Kết luận về tính oxygen hóa: HClO > HClO2 > HClO3 > HClO4 (ở dạng dung dịch loãng, HClO4 chủ yếu thể hiện tính acid). Tuy nhiên, khi HClO4 nóng, đặc, nó là chất oxy hóa rất mạnh.
Tóm lại, chúng ta đã đi qua ba khía cạnh quan trọng để so sánh HClO, HClO2, HClO3, HClO4: độ bền, tính acid và tính oxygen hóa. Các tính chất này có mối liên hệ chặt chẽ với cấu trúc phân tử và số oxygen hóa của nguyên tử clo. Các em cần nắm vững mối quan hệ này để có thể dự đoán và giải thích các tính chất hóa học của các hợp chất tương tự.
Đáp án:
Giải thích các bước giải:
Dựa vào cấu tạo, đồng thời ta có nhận xét\(:\)
\(@ chi_O > chi_(Cl)\) nên dẫn đến \(O\) có nối đôi với \(Cl\) hút \(e\) mạnh hơn \(->\) Làm cho nó mang một phần điện tích âm, \(Cl\) mang một phần điện tích dương \(->\) Liên kết giữa \(HO-Cl\) bền hơn
\(->\) Sắp xếp độ bền\(: HClO < HClO_2 < HClO_3 < HClO_4\)
\(@\) Vì độ bền \(HClO < HClO_2 < HClO_3 < HClO_4\) nên dẫn đến tính oxi hóa lần lượt là \(HClO > HClO_2 > HClO_3 > HClO_4\)
\(@\) Tính acid dựa trên khả năng phân ly ion \(H^+.\) Nhận thấy vì \(Cl\) mang một phần điện tích âm nên làm cho độ phân cực ở liên kết \(O-H\) tăng \((\) cụ thể là lệch về phía \(O\) nhiều hơn \(),\) dẫn đến \(H\) linh động hơn \(->\) Tính acid\(: HClO < HClO_2 < HClO_3 < HClO_4\)