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

Dựa vào xu hướng biến đổi tính chất của các đơn chất halogen trong bảng 17.3, hãy dự đoán về thể (trạng thái) của đơn chất astatine ở điều kiện thường. Giải thích?

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

Trong điều kiện thường, halogen nào ở thể rắn? Vì sao?

Calcium và fluorine kết hợp thành phân tử calcium fluorine, CaF₂. Trong đó, nguyên tử nào đã nhường và nhường bao nhiêu electron? Nguyên tử nào đã nhận và nhận bao nhiêu electron?

Để hình thành phân tử phosphorus trichloride (PCl₃) thì mỗi nguyên tử chlorine và phosphorus đã góp chung bao nhiêu electron hóa trị? Viết công thức Lewis của phân tử?

Theo độ âm điện, boron trifluoride là hợp chất ion, thực tế nó là hợp chất cộng hóa trị, với công thức Lewis như sau:

a) Viết phương trình hóa học tạo chất trên từ các đơn chất

b) Phân tử BF₃ có bao nhiêu liên kết σ và bao nhiêu liên kết п?

Thí nghiệm chlorine phản ứng với hydrogen được mô tả như sau:

Bước 1: Chuẩn bị thí nghiệm như hình 17.1a với các ống nghiệm cùng đặt vào một giá thí nghiệm

Bước 2: Bơm vài giọt dung dịch hydrochloric acid (HCl) đặc từ xi – lanh chứa acid vào ống nghiệm chứa tinh thể potassium permanganate  (thuốc tím, KMnO₄) - ống nghiệm (1) để tạo khí chlorine. Khi pit – tông nâng lên khoảng ½ chiều cao của xi – lanh thu khí thì ngừng bơm acid (hình 17.1b)

Bước 3: Rút xi – lanh thu khí ra khỏi ống nghiệm (1), chuyển sang ghim vào ống nghiệm chứa kẽm - ống nghiệm (2) (hình 17.1c). Chuyển xi – lanh chứa dung dịch hydrochloric acid sang ống nghiệm (2)

Bước 4: Bơm vào giọt dung dịch hydrochloric acid từ xi – lanh chứa acid vào ống nghiệm (2) để tạo khí hydrogen. Đến khí pit – tông được nâng lên khoảng 2/3 xi – lanh thu khí thì ngừng bơm acid

Bước 5: Rút xi – lanh thu khí ra khỏi ống nghiệm (2). Ghim xi – lanh chứa hỗn hợp khí vào một nút cao su như hình 17.1d rồi kẹp vào giá thí nghiệm

Bước 6: Dùng đèn tử ngoại chiếu vào xi – lanh chứa hỗn hợp khí (hoặc dùng ngọn lửa hơ nhẹ bên ngoài xi – lanh)

+ Quan sát và giải thích hiện tượng xảy ra khi dùng đèn tử ngoại chiếu vào xi – lanh chứa hỗn hợp khí (hoặc khi dùng ngọn lửa hơ nhẹ bên ngoài xi – lanh)

+ Nếu thay khí chlorine bằng hơi iodine thì phản ứng giữa hơi iodine và hydrogen có thể xảy ra hiện tượng như đã thấy trong thí nghiệm trên không? Giải thích

- Thí nghiệm 1:

+ Nhỏ vào ống nghiệm khoảng 2 mL dung dịch sodium bromide hoặc potassium bromide loãng.

+ Nhỏ tiếp vào ống nghiệm vài giọt nước chlorine và lắc nhẹ

+ Có thể tiếp tục nhỏ vào ống nghiệm khoảng 2 mL cyclohexane

- Thí nghiệm 2:

+ Nhỏ vào ống nghiệm khoảng 2 mL dung dịch sodium iodide hoặc potassium iodide loãng

+ Nhỏ tiếp vào ống nghiệm vài giọt nước bromine loãng và lắc nhẹ. Có thể thêm tiếp vào ống nghiệm khoảng 2 mL cyclohexane

+ Thêm tiếp vào ống nghiệm vài giọt hồ tinh bột

Giải thích các hiện tượng xảy ra và minh họa bằng phương trình hóa học

Nhỏ nhanh vài giọt bromine màu nâu đỏ vào ống nghiệm chứa nước, đậy kín, lắc đều. Trong dung dịch bromine có những chất nào? Vì sao?

Thí nghiệm tính tẩy màu của khí chlorine.

Chuẩn bị thí nghiệm như hình 17.2

Bóp nhẹ phần cao su của ống nhỏ giọt để dung dịch hydrochloric acid chảy xuống ống nghiệm. Quan sát các hiện tượng xảy ra và giải thích.

Hãy giải thích vì sao các halogen không tồn tại tự do trong tự nhiên.

Hãy viết phương trình hóa học để chứng minh chlorine có tính oxi hóa mạnh hơn bromine

Trong công nghiệp, dung dịch sodium chlorine được đem điện phân để có phản ứng theo phương trình hóa học sau:

NaCl (aq) + H₂O (l) → A (aq) + X (g) + Y (g) (*)

Từ phản ứng giữa Y với dung dịch A sẽ sản xuất được hỗn hợp tẩy rửa phổ biến.

Từ phản ứng kết hợp giữa X và Y sẽ sản xuất được hydrogen chlorine

a) Hãy cho biết công thức hóa học của A, X, Y

b) Hoàn thành phương trình hóa học (*)

Astatine là nguyên tố phóng xạ, được xếp dưới nguyên tố iodine trong nhóm VIIA. Thực tế, các nhà khoa học chỉ thu được đồng vị bền của astatine từ quá trình nghiên cứu về phóng xạ, đồng thời nó chỉ tồn tại khoảng 8 giờ

Dựa vào xu hướng biến đổi một số tính chất của nhóm halogen, hãy dự đoán:

a) Tính oxi hóa của nguyên tử astatine mạnh hơn hay yếu hơn so với nguyên tử iodine?

b) Đơn chất astatine có màu đậm hơn hay nhạt hơn so với đơn chất iodine?

Tra cứu các giá trị năng lượng liên kết ở phụ lục 2

a) Hãy tính biến thiên enthalpy chuẩn ∆_rH⁰₂₉₈ của 2 phản ứng dưới đây:

F₂(g) + H₂(g) → 2HF (g)

O₂(g) + 2H₂(g) → 2H₂O(g)

b) Ở hai phản ứng trên, fluorine và oxygen đều đóng vai trò là chất oxi hóa. Dựa vào giá trị ∆_rH⁰₂₉₈, cho biết phản ứng oxi hóa – khử nào thuận lợi hơn

Một trong những ứng dụng của chlorine trong đời sống là khử trùng nước sinh hoạt tại các nhà máy xử lí và cấp nước. Trong quá trình khử trùng, người ta phải cho một lượng chlorine dư vào nước sinh hoạt. Lượng chlorine dư trong nước sinh hoạt còn có tác dụng ngăn ngừa sự tái nhiễm của vi khuẩn trong quá trình phân phối trong đường ống dẫn nước và trữ nước tại nhà.

Theo quy chuẩn kĩ thuật quốc gia (QCVN 01 – 1: 2018/BYT), hàm lượng chlorine tự do đối với nước sạch sử dụng cho mục đích sinh hoạt từ 0,2 – 1 mgL^-1. Nếu hàm lượng chlorine nhỏ hơn 0,2 – 1 mgL^-1 thì không tiêu diệt hết vi khuẩn và không xử lí được hết chất hữu cơ. Ngược lại, lượng chlorine trong nước lớn hơn 1,0 mgL^-1 sẽ gây dị ứng

Carbon trong than hoạt tính sẽ tương tác trực tiếp với chlorine, giúp loại bỏ chlorine và các hợp chất chlorine và các hợp chất chlorine bằng cơ chế hấp thụ bề mặt. Khi chiếu tia cực tím với cường độ cao vào nước cũng làm giảm lượng chlorine. Các máy lọc nước RO (reverse osmosis: thẩm thấu ngược) cũng có thể giúp loại bỏ lượng chlorine trong nước một cách hiệu quả

Hãy trả lời các câu hỏi sau đây:

a) Dấu hiệu nào cho thấy chlorine có trong nước sinh hoạt

b) Vì sao người ta cần cho chlorine đến dư vào nước sinh hoạt

c) Cho biết một số phương pháp có thể loại bỏ khí chlorine dư trong nước sinh hoạt.

Phát biểu nào sau đây không đúng khi nói về nguyên tử các nguyên tố nhóm VIIA?

A. Có 7 electron hóa trị.

B. Theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân nguyên tử thì độ âm điện giảm.

C. Theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân nguyên tử thì khả năng hút cặp electron liên kết giảm.

D. Theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân nguyên tử thì bán kính nguyên tử giảm.

a) Điền tên và kí hiệu các nguyên tố halogen bền vào vị trí các nguyên tố A, B, C, D bên dưới. Biết mỗi vòng tròn minh họa cho một nguyên tử với tỉ lệ kích thước tương ứng.

Điền tên và kí hiệu các nguyên tố halogen bền vào vị trí các nguyên tố A, B, C, D bên dưới

b) Viết công thức phân tử đơn chất của mỗi nguyên tố tương ứng.

c) Ở điều kiện nhiệt độ, áp suất thông thường, các đơn chất này tồn tại ở trạng thái nào? Từ đó, dự đoán thứ tự tăng nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi tương ứng giữa chúng trong cùng điều kiện áp suất.

Nguyên nhân dẫn đến nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của các đơn chất halogen tăng từ fluorine đến iodine là do từ fluorine đến iodine

A. khối lượng phân tử và tương tác van der Waals đều tăng.

B. tính phi kim giảm và tương tác van der Waals tăng.

C. khối lượng phân tử tăng và tương tác van der Waals giảm.

D. độ âm điện và tương tác van der Waals đều giảm.

Phát biểu nào sau đây là không đúng khi nói về đơn chất nhóm VIIA?

A. Tính chất đặc trưng là tính oxi hoá.

B. Màu sắc đậm dần từ fluorine đến iodine.

C. Từ fluorine đến bromine rồi iodine, trạng thái của các đơn chất chuyển từ khí đến lỏng rồi rắn.

D. Khả năng phản ứng với nước tăng từ fluorine đến iodine. 

Những phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về tính chất và phản ứng của đơn chất nhóm VIIA?

A. Tính oxi hoá giảm dần từ fluorine đến iodine.

B. Phản ứng với nhiều kim loại, tạo thành hợp chất ion. Phản ứng với một số phi kim, tạo thành hợp chất cộng hoá trị.

C. Khi phản ứng với đơn chất hydrogen, các đơn chất nhóm VIIA thể hiện tính khử.

D. Khi phản ứng với đơn chất hydrogen, mức độ phản ứng giảm dần từ fluorine đến iodine.

Nối mỗi chất trong cột A với những tính chất tương ứng của chúng trong cột B.

Những phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về phản ứng của đơn chất halogen với hydrogen?

A. Các phản ứng đều phát nhiệt mạnh và kèm hiện tượng nổ.

B. Phản ứng giữa fluorine với hydrogen diễn ra mãnh liệt nhất.

C. Điều kiện và mức độ phản ứng phù hợp với xu hướng giảm dần tính oxi hóa từ fluorine đến iodine.

D. Do hợp chất hydrogen iodide sinh ra kém bền (giá trị năng lượng liên kết nhỏ) nên phản ứng giữa iodine với hydrogen là phản ứng hai chiều.

Những phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về phản ứng của đơn chất nhóm VIIA với nước?

A. Các đơn chất nhóm VIIA vừa thể hiện tính oxi hoá, vừa thể hiện tính khử; mức độ phản ứng giảm dần từ fluorine đến iodine.

B. Fluorine phản ứng rất mạnh với nước tạo dung dịch có tính oxi hoá mạnh, có thể dùng để sát khuẩn.

C. Phản ứng của bromine hoặc chlorine với nước đều là phản ứng thuận nghịch.

D. Iodine tan rất ít và hầu như không phản ứng với nước.

Lời giải chi tiết:

Phát biểu nào sau đây là không đúng khi nói về phản ứng của đơn chất nhóm VIIA với dung dịch muối halide?

A. Bromine phản ứng dễ dàng với dung dịch sodium fluoride để tạo ra đơn chất fluorine.

B. Khi cho vào dung dịch sodium chloride, fluorine sẽ ưu tiên phản ứng với nước.

C. Có thể sục khí chlorine vào dung dịch chứa potassium iodide để thu được iodine.

D. Iodine khó tan trong dung dịch sodium chloride.

Phát biểu nào sau đây là không đúng khi nói về một số ứng dụng của đơn chất chlorine?

A. Khí chlorine có thể được dùng để tạo môi trường sát khuẩn cho nguồn nước cấp.

B. Khí chlorine phản ứng với dung dịch sodium hydroxide tạo dung dịch nước Javel dùng để sát khuẩn trong công nghiệp và trong gia đình.

C. Khí chlorine được sử dụng để sản xuất hydrogen chloride, từ đó tạo hydrochloric acid.

D. Do có độc tính, khí chlorine được sử dụng để trừ sâu trong nông nghiệp.

Những phát biểu nào sau đây là đúng?

A. Đơn chất chlorine có tính oxi hóa mạnh hơn đơn chất bromine và iodine.

B. Tương tác van der Waals của các đơn chất halogen tăng từ fluorine đến iodine đã góp phần làm tăng nhiệt độ sôi của chúng.

C. Thành phần của nước bromine gồm các chất: Br₂, H₂O, HBr, HBrO.

D. Hóa trị phổ biến của nguyên tố halogen là 1.

E. Đơn chất iodine phản ứng được với nước và với dung dịch sodium bromide.

Nhúng giấy quỳ vào dung dịch nước chlorine thì thấy giấy quỳ chuyển sang màu đỏ. Nhưng ngay sau đó, màu đỏ trên giấy quỳ sẽ biến mất. Hãy giải thích hiện tượng này.

Ở các đô thị, khi thay nước cho các bồn nuôi cá cảnh, người ta không cho trực tiếp nước sinh hoạt (nước máy) vào bồn cá. Nước này phải được chứa trong xô, thau, chậu khoảng một ngày rồi mới được cho vào bồn nuôi cá. Hãy giải thích.

Để bảo đảm vệ sinh, nước ở các hồ bơi thường xuyên được xử lý bằng hoá chất. Hãy tìm hiểu và cho biết:

a) Các hoá chất nào thường được sử dụng để xử lí vi khuẩn có trong nước hồ bơi?

b) Nhờ đâu mà các hoá chất ấy giúp xử lý vi khuẩn có trong nước hồ bơi?

c) Để bảo đảm an toàn cho người bơi trong hồ, cần lưu ý gì khi sử dụng các hoá chất ấy?

Thổi một lượng khí chlorine vào dung dịch chứa m gam hai muối bromide của sodium và potassium. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, cô cạn dung dịch, khối lượng chất rắn thu được giảm 4,45 gam so với lượng muối trong dung dịch ban đầu. Chọn phát biểu đúng về số mol khí chlorine đã tham gia phản ứng với các muối trên.

A. 0,10 mol.                                       

B. Ít hơn 0,06 mol.

C. Nhiều hơn 0,12 mol.                      

D. 0,07 mol.

a) Trong công nghiệp, xút (sodium hydroxide) được sản xuất bằng phương pháp điện phân dung dịch sodium chloride có màng ngăn xốp. Bằng phương pháp này, người ta cũng thu được khí chlorine (sơ đồ minh hoạ). Chất khí này được làm khô (loại hơi nước) rồi hoá lỏng để làm nguyên liệu quan trọng cho nhiều ngành công nghiệp chế biến và sản xuất hoá chất. Theo em, chất nào sau đây phù hợp để làm khô khí chlorine?

A. Sulfuric acid 98%.       

B. Sodium hydroxide khan.

C. Calcium oxide khan.

D. Dung dịch sodium chloride bão hòa.

b) Từ quá trình điện phân nêu trên, một lượng chlorine và hydrogen sinh ra được tận dụng để sản xuất hydrochloric acid đặc thương phẩm (32%, D = 1,153 g mL^-1 ở 30^oC).

Một nhà máy với quy mô sản xuất 200 tấn xút mỗi ngày thì đồng thời sản xuất được bao nhiêu m³ acid thương phẩm trên. Biết rằng, tại nhà máy này, 60% khối lượng chlorine sinh ra được dùng tổng hợp hydrochloric acid và hiệu suất của toàn bộ quá trình từ chlorine đến acid thương phẩm đạt 80% về khối lượng.

Iodine là chất rắn, ít tan trong nước, nhưng lại tan khá dễ dàng trong dung dịch potassium iodide là do phản ứng sau:

I₂ (s) + KI (aq) → KI₃ (aq)

Vai trò của KI trong phản ứng trên là gì?

A. Chất oxi hóa.       

B. Chất khử.

C. Vừa là chất oxi hóa, vừa là chất khử.

D. Không phải là chất oxi hóa cũng không phải là chất khử.

Calcium chloride hypochlorite (CaOCl₂) thường được dùng làm chất khử trùng bể bơi do có tính oxi hóa mạnh tương tự nước Javel. Tìm hiểu thêm về công thức cấu tạo của CaOCl₂, từ đó, biết được số oxi hóa của nguyên tử chlorine trong hợp chất trên là

A. +1 và -1.           B. -1.                     C. 0 và -1.              D. 0.

Xét các phản ứng:

X₂(g) + H₂(g) → 2HX(g)  \({\Delta _r}H_{298}^0\) (*)

với X lần lượt là Cl, Br, I.

Giá trị năng lượng liên kết (kJ mol^-1) một số chất được cho trong Phụ lục 2, SGK Hóa học 10, Cánh Diều.

a) Hãy tính biến thiên enthalpy chuẩn của mỗi phản ứng (*).

b) Hãy sắp xếp các phản ứng (*) theo thứ tự giảm dần của nhiệt lượng tỏa ra.

Từ bảng giá trị năng lượng liên kết (kJ mol^-1) dưới đây:

Hãy cho biết:

a) Liên kết nào bền nhất, liên kết nào kém bền nhất?

b) Giá trị biến thiên enthalpy chuẩn của hai phản ứng sau là bao nhiêu?

F₂ (g) + H₂ (g) → 2HF (g)   (1)

O₂ (g) + 2H₂(g)  →  2H₂O(g)  (2)

c) Trong hai phản ứng (1) và (2), phản ứng nào tỏa nhiệt nhiều hơn?

Người ta thường tách bromine trong rong biển bằng quá trình sục khí chlorine vào dung dịch chiết chứa ion bromide. Phương trình hóa học của phản ứng có thể được mô tả dạng thu gọn như sau:

2Br^-(aq) + Cl₂(aq) → 2Cl^-(aq) + Br₂(aq)

Cho các số liệu enthalpy tạo thành chuẩn \({\Delta _f}H_{298}^0\) trong bảng dưới đây:

a) Tính biến thiên enthalpy chuẩn phản ứng trên.

b) Phản ứng trên có thuận lợi về năng lượng không?

Hình sau đây là một phần phổ khối lượng của chlorine. Phổ này có hai tín hiệu, là hai đường thẳng xuất phát từ tọa độ 35 và 37 trên trục hoành. Nhờ đó, người ta biết được nguyên tố chlorine có hai đồng vị bền là ³⁵Cl và ³⁷Cl.

Tỉ lệ số nguyên tử của hai đồng vị cũng là tỉ lệ độ cao h₁ và h₂ (hay tỉ lệ cường độ tương đối) của hai tín hiệu:

a) Dùng thước (độ chia nhỏ nhất là mm) để đo h₁ và h₂. Từ đó tính tỉ lệ h₁ : h₂.

b) Số nguyên tử đồng vị ³⁵Cl gấp bao nhiêu lần số nguyên tử đồng vị ³⁷Cl?

c) Xác định phần trăm số nguyên tử của mỗi đồng vị?

d) Xác định nguyên tử khối trung bình của chlorine.