Hóa học 10 Cánh Diều Bài 17: Nguyên tố và đơn chất Halogen

- Các nguyên tố nhóm VIIA gồm: fluorine, chlorine, bromine, iodine và hai nguyên tố phóng xạ là astatine, tennessine. Một số đặc điểm của các nguyên tố halogen được thể hiện trong Bảng 17.1.

Bảng 17.1. Một số đặc điểm của các nguyên tố halogen

- Mỗi nguyên tử nguyên tố nhóm VIIA đều có 7 electron lớp ngoài cùng, dạng ns²np⁵. Vì vậy, chúng là các phi kim.

- Trong tự nhiên, các nguyên tố nhóm VIIA chủ yến tồn tại dạng muối, do đó chúng còn được gọi là nhóm halogen

+ Fluorine:

• CaF₂ là thành phần chính của quặng fluorite.
• Na₃AlF₆ là thành phần chính của quặng cryolite.
• Ca₅(PO₄)₃F là thành phần chính của quặng fluorapatite.

+ Chlorine

• NaCl trong mỏ muối.
• Các hợp chất chloride (chứa Cl^-) tan trong nước biển, nước sông, trong máu động vật
• KCl.MgCl.6H₂O là thành phần chính của khoáng vật canallite.
• NaCl.KCl là thành phần chính của khoảng vật sylvinite.
• HCl trong dịch dạ dày.

+ Bromine: Các hợp chất bromide (chứa Br^-) tan trong nước biển, nước sông.

+ Iodine: Các hợp chất iodide, iodate (chứa I^-, IO₃^-) có trong nước biển, nước sông, rong biển.

Ở điều kiện thường, đơn chất halogen tồn tại ở dạng phân tử hai nguyên tử, được kí hiệu chung là X₂

a. Xu hướng biến đổi một số tính chất vật lí

- Một số tính chất vật lí của đơn chất halogen được thể hiện Bảng 17.3.

Bảng 17.3. Một số tính chất vật lí của đơn chất halogen

- Khi phân tử X₂ có kích thước càng lớn và càng nhiều electron thì tương tác van der Waals giữa các phân tử càng mạnh. Do đó, trong các halogen, tương tác van der Waals tăng từ fluorine đến iodine. Như vậy, bên cạnh sự tăng khối lượng phân tử, thì sự tăng tương tác van der Waals đã giải thích được xu hướng biến đổi nhiệt độ sôi từ fluorine den iodine trong Bảng 17.3.

- Thể của các halogen ở điều kiện thường biển đổi từ khi (fluorine, chlorine) đến lỏng (bromine) và rắn (iodine), phù hợp với xu hướng tăng khối lượng phân tử và sự tương tác giữa các phân tử.

- Một điều lí thú là màu sắc của các đơn chất của halogen từ fluorine đến iodine cũng biến đổi theo xu hướng đậm dần.

b. Xu hướng tạo liên kết trong các phản ứng hoá học

- Nguyên tử của các nguyên tố halogen đều có 7 electron hoá trị. Vì vậy, theo quy tắc octet, halogen thường có hai xu hướng tạo liên kết khi phản ứng với các chất khác.

* Xu hướng thứ nhất: nhận thêm 1 electron từ nguyên tử khác. Xu hướng này xảy ra khi đơn chất halogen phản ứng với nhiều kim loại khác nhau. Khi đó, mỗi nguyên tử Xnhận thêm 1 electron từ nguyên tử kim loại để trở thành anion có điện tích 1-, đồng thời nguyên tử kim loại sẽ trở thành cation có điện tích n+. Cả cation và anion cùng thoả mãn quy tắc octet. Giữa chúng sẽ có tương tác tĩnh điện để tạo hợp chất có liên kết ion.

Ví dụ 1: Khi chlorine phản ứng với magnesium, có sự nhận và nhường electron như sau:

Cl₂ + 2e → 2Cl^-

Mg → Mg²⁺ + 2e

- Phương trình hoá học của phản ứng là: Mg (s) + Cl₂ (g) → MgCl₂ (s)

- Phương trình hoá học của phản ứng là: Mg(s) + Cl₂ (8) → MgCl₂(s)

* Xu hướng thứ hai: góp chung electron hoá trị với nguyên tử nguyên tố khác. Khi đơn chất halogen phản ứng với một số phi kim thì mỗi nguyên tử X có thể góp chung electron hoá trị với nguyên tử phi kim để cả hai nguyên tử đều đạt cấu hình electron thoả mãn quy tắc octet. Giữa chúng hình thành liên kết cộng hoá trị.

Ví dụ 2: Trong phản ứng giữa chlorine và hydrogen, nguyên tử của mỗi chất sẽ góp chung 1 electron độc thân để hình thành 1 liên kết cộng hoá trị. Khi đó, quanh H có 2 electron như khí hiểm helium, xung quanh C1 có 8 electron như khí hiếm neon, với mô tả theo công thức electron:

- Phương trình hoá học của phản ứng: H₂(g) + Cl₂ (g) → 2HCl(g)

- Hai xu hướng trên cho thấy, để thoả mãn quy tắc octet, nguyên tử halogen sẽ dễ nhận thêm 1 electron của nguyên tử khác hoặc góp chung 1 electron với nguyên tử khác.

- Vì vậy:

+ Nhóm halogen có tính phi kim mạnh hơn các nhóm phi kim còn lại trong bảng tuần hoàn.

+ Hoá trị phổ biến của các halogen là I.

c. Xu hướng thể hiện tính oxi hoá

- Ngoại trừ fluorine, các halogen còn lại thể hiện cả tính oxi hoá và tính khử trong các phản ứng hoá học. Tuy nhiên, xu hướng thể hiện tính oxi hoá phổ biến hơn rất nhiều và trở nên đặc trưng hơn so với xu hướng thể hiện tính khử.

- Do vậy, ở các nội dung dưới đây, chúng ta chủ yếu xét xu hưởng biến đổi tính oxi hoá trong dãy halogen.

- Thực nghiệm và lí thuyết đều chỉ ra rằng đơn chất halogen đều có tính oxi hoá mạnh và tính oxi hoá giảm dần từ fluorine đến iodine. a) Phản ứng với hydrogen Các đơn chất halogen đều phản ứng với hydrogen tạo hydrogen halide nhưng trong các điều kiện phản ứng và mức độ thể hiện khác nhau.

* Phản ứng với hydrogen

- Các đơn chất halogen đều phản ứng với hydrogen tạo sẽ có một phần sản phẩm tái hydrogen halide nhưng trong các điều kiện phản ứng và tạo lại các chất ban đầu, theo mức độ thể hiện khác nhau.

Bảng 17.4. Điều kiện và mức độ phản ứng của đơn chất halogen với hydrogen, năng lượng liên kết H-X

- Bảng 17.4 cho thấy, mức độ phản ứng với hydrogen giảm từ fluorine đến iodine, phù hợp với xu hướng giảm tính oxi hoá của dãy halogen từ fluorine đến iodine.

- Các phản ứng đều tạo ra phân tử HX. Giá trị năng lượng liên kết H-X giảm dần làm cho độ bền nhiệt của các phân tử giảm từ HF đến HI.

- Trong đó, phân tử HI có độ bền nhiệt thấp, dễ bị phân huỷ một phần để tái tạo lại iodine và hydrogen theo phản ứng: 2HI(g) ⇔ H₂ (g) + I₂ (g)

- Vì vậy, phản ứng hydrogen và iodine được trình bày trong Bảng 17.4 là phản ứng hai chiều hay phản ứng thuận nghịch.

* Phản ứng thế halogen

- Khi cho nước chlorine màu vàng rất nhạt vào dung dịch sodium bromide không màu thì tạo ra dung dịch màu vàng nâu.

- Sự chuyển màu được giải thích là do đã có sự hình thành đơn chất bromine theo phản ứng sau: Cl₂ (aq) + 2NaBr (aq) → 2NaCl (aq) + Br₂ (aq)

- Như vậy, nguyên tố chlorine đã thay thế bromine trong muối sodium bromide.

- Nhìn chung, trong dung dịch, các halogen có tính oxi hoá mạnh hơn sẽ phản ứng với muối halide của halogen có tính oxi hoá yếu hơn để tạo ra các halogen có tính oxi hoá yếu hơn.

- Cũng cần lưu ý rằng trong dung dịch thì fluorine không có phản ứng trên. Đó là do fluorine ưu tiên phản ứng với nước.

* Phản ứng với nước, với dung dịch sodium hydroxide

- Ngoại trừ fluorine, các halogen còn lại khi phản ứng với nước hoặc dung dịch sodium hydroxide (NaOH) đều thể hiện cá tính oxi hoá và tính khử.

- Khi cho các halogen vào nước thì fluorine phản ứng mạnh, chlorine và bromine có phản ứng thuận nghịch với nước, còn iodine tan rất ít và hầu như không phản ứng.

2F₂(aq) + 2H₂O (l)  → O₂ (g) + 4HF(aq)

Cl₂ (aq) + H2O(l) → HCl(aq) + HClO(aq)

Br₂ (aq) +  H2O(l) → HBr(aq) + HBrO(aq)

- Phản ứng giữa chlorine và nước là thuận nghịch nên tạo ra dung dịch gồm nước, hydrochloric acid(HCl), hypochlorous acid (HClO, còn được viết là HOCl) cùng chlorine. Dung dịch này còn được gọi là dung dịch nước chlorine, có tính sát khuẩn. Vì vậy, nước chlorine được sử dụng để xử lí vi khuẩn trong các nguồn nước cấp, môi trường, Trong công nghiệp, người ta còn sử dụng phản ứng giữa chlorine với dung dịch sodium hydroxide lạnh (khoảng 15°C) để tạo ra nước Javel có tính oxi hoá mạnh phục vụ cho mục đích sát khuẩn. Phương trình hoá học tạo nước Javel như sau:

Cl₂(aq) + 2NaOH(aq) → NaCl(aq) +NaOCl (aq) +H₂O (l)

Hình 17.3. Nước Javel dùng để sát khuẩn, tẩy rửa 

- Ngoài phản ứng giữa chlorine với dung dịch sodium hydroxide lạnh, người ta còn thực hiện phản ứng trên ở 70°C. Phương trình hoá học phản ứng như sau:

3Cl₂ (aq) +6NaOH(aq) → 5NaCl(aq) + NaClO₃ (aq)+3H₂O (l)

- Phản ứng giữa chlorine và dung dịch sodium hydroxide thuộc loại phản ứng tự oxi hoá, tự khử. Đó là do chlorine vừa giảm số oxi hoá, vừa tăng số oxi hoá.

Bài 1: Vì sao nước chlorine được sử dụng phổ biến để khử trùng, sát khuẩn?

Hướng dẫn giải

- Nước chlorine có thành phần là HCl và HClO có tính oxi hóa mạnh

→ Nước chlorine có tính tẩy màu được dùng để khử trùng và sát khuẩn, tẩy trắng sợi, vải, giấy

Bài 2: Chất A là muối canxi halogenua. Cho dung dịch chứa 0,2 gam A tác dụng với lượng dư dung dịch bạc nitrat thì thu được 0,376 gam kết tủa bạc halogenua. Hãy xác định công thức chất A.

Hướng dẫn giải

CaX₂ + 2AgNO₃ → Ca(NO₃)₂ + 2AgX (X là halogen)

- Áp dụng phương pháp tăng giảm khối lượng:

- Theo phương trình cứ 1 mol CaX₂ tham gia phản ứng tạo 2 mol AgX.

- Khối lượng AgX tăng so với khối lượng CaX₂ là: (2.108 + 2M_X) – (40 – 2M_X) = 176

- Theo đề bài, số mol CaX₂ tham gia phản ứng là: (0,376-0,2)/176 = 10-3 (mol)

→ M_CaX2 = 0,2/10^-3 = 200 → 40 + 2M_X = 200 → M_X = 80

→ Vậy X là Brom (Br). Công thức của chất A là CaBr₂

Bài 3: Cho 3,87 gam hỗn hợp muối natri của hai hologen liên tiếp tác dụng với dung dịch AgNO₃ dư thu được 6,63g kết tủa. Hai halogen kế tiếp là:

Hướng dẫn giải

NaX + AgNO₃ → AgX + NaNO₃

m_NaX = 3,87 , m_AgX = 6,63

Áp dụng PP tăng giảm khối lượng ⇒ nNaX = (6,63-3,87)/(108-23)=0,324 mol

M_NaX = 3,87/0,324 = 119,18 ⇒ M_X = 96,1

⇒ 2 Halogen liên tiếp thỏa mãn là Br₂ và I₂

Bài 4:Trong các phản ứng hoá học sau, brom đóng vai trò là :

(1)   SO₂ + Br₂ + 2H₂O H₂SO₄ + 2HBr

(2)   H₂S + 4Br₂ + 4H₂O H₂SO₄ + 8HBr

A. Vừa là chất oxi hoá, vừa là chất khử.  

B. Chất oxi hoá.

C. Chất khử.

D. Không là chất oxi hoá, không là chất khử.

Hướng dẫn giải 

Ở 2 phương trình trên Br có số oxh thay đổi từ 0 (Br₂) xuống -1 (HBr)

→ Br là chất OXH

Đáp án B

Học xong bài học này, em có thể:

- Phát biểu được trạng thái tự nhiên của các nguyên tố halogen.

- Mô tả được trạng thái, màu sắc, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của các đơn chất halogen.

- Giải thích được sự biến đổi nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của các đơn chất halogen dựa vào tương tác van der Waals.

- Trình bày được xu hướng nhận thêm 1 electron (từ kim loại), hoặc dùng chung electron (với phi kim) để tạo hợp chất ion, hoặc hợp chất cộng hoá trị dựa theo cấu hình electron.

- Thực hiện được (hoặc quan sát video) thí nghiệm chứng minh được xu hướng giảm dần tính oxi hoá của các halogen thông qua một số phản ứng: Thay thế halogen trong dung dịch muối bởi một halogen khác; Halogen tác dụng với hydrogen và với nước.

- Giải thích được xu hướng phản ứng của các đơn chất halogen với hydrogen theo khả năng hoạt động của halogen và năng lượng liên kết H-X (điều kiện phản ứng, hiện tượng phản ứng và hỗn hợp chất có trong bình phản ứng).

- Viết được phương trình hoá học của phản ứng tự oxi hoá - khử của chlorine trong phản ứng với dung dịch sodium hydroxide ở nhiệt độ thường và khi đun nóng; ứng dụng của phản ứng này trong sản xuất chất tẩy rửa.

- Thực hiện được (hoặc quan sát video) một số thí nghiệm chứng minh tính oxi hoá mạnh của các halogen và so sánh tính oxi hoá giữa chúng.

Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Hóa học 10 Cánh Diều Bài 17 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết. 

• Câu 1:

  Nguyên tố halogen có bán kính nguyên tử lớn nhất là

  • A. Clo
  • B. Brom 
  • C. Flo 
  • D. Iot

• Câu 2:

  Đặc điểm nào dưới đây không phải là đặc điểm chung cho các nguyên tố halogen (F, Cl, Br, I) ?

  • A. Lớp electron ngoài cùng đều có 7 electron.
  • B. Nguyên tử đều có khả năng nhận thêm 1 electron.
  • C. Chỉ có số oxi hóa -1 trong các hợp chất.    
  • D. Các hợp chất với hiđro đều là hợp chất cộng hóa trị.

• Câu 3:

  Brom đơn chất được điều chế trong phòng thí nghiệm và được bảo quản trong bình kín. Trạng thái của brom đơn chất ở điều kiện thường là

  • A. rắn
  • B. lỏng
  • C. khí
  • D. tất cả đều sai.

Câu 4-10: Mời các em đăng nhập xem tiếp nội dung và thi thử Online để củng cố kiến thức về bài học này nhé!

Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Hóa học 10 Cánh Diều Bài 17 để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.

Luyện tập 1 trang 101 SGK Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Luyện tập 2 trang 101 SGK Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Luyện tập 3 trang 102 SGK Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Luyện tập 4 trang 102 SGK Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Luyện tập 5 trang 103 SGK Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Thực hành trang 104 SGK Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Thực hành trang 105 SGK Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải câu hỏi trang 105 SGK Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Thực hành trang 106 SGK Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Vận dụng trang 106 SGK Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 1 trang 107 SGK Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 2 trang 107 SGK Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 3 trang 107 SGK Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 4 trang 107 SGK Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 5 trang 107 SGK Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 17.1 trang 56 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 17.2 trang 56 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 17.3 trang 56 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 17.4 trang 57 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 17.5 trang 57 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 17.6 trang 57 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 17.7 trang 57 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 17.8 trang 58 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 17.9 trang 58 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 17.10 trang 58 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 17.11 trang 58 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 17.12 trang 59 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 17.13 trang 59 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 17.14 trang 59 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 17.15 trang 59 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 17.16 trang 59 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 17.17 trang 60 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 17.18 trang 60 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 17.19 trang 60 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 17.20 trang 61 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 17.21 trang 61 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 17.22 trang 61 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Hóa học HOC247 sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!

Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!