Lý thuyết Tính chất vật lí và hóa học các đơn chất nhóm VIIA (Chân trời sáng tạo 2024) Hóa 10

Lý thuyết Hóa học lớp 10 Bài 17: Tính chất vật lí và hóa học các đơn chất nhóm VIIA

A. Lý thuyết Tính chất vật lí và hóa học các đơn chất nhóm VIIA

I. Vị trí của nhóm halogen trong bảng tuần hoàn

- Nhóm halogen gồm những nguyên tố thuộc nhóm VIIA trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học: fluorine (F); chlorine (Cl); bromine (Br); iodine (I); astatine (At) và tennessine (Ts).

- Trong đó astatine (At) và tennessine (Ts) là các nguyên tố phóng xạ.

II. Trạng thái tự nhiên của các halogen

- Halogen trong tự nhiên không tồn tại ở dạng đơn chất, chủ yếu tồn tại dưới dạng muối của các ion halide (F-, Cl-, Br-, I-).

III. Cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tử các nguyên tố halogen. Đặc điểm cấu tạo phân tử halogen

- Lớp electron ngoài cùng của nguyên tử các nguyên tố halogen đều có 7 electron: phân lớp s có 2 electron, phân lớp p có 5 electron.

- Để đạt cấu hình electron bền vững giống khí hiếm, hai nguyên tử halogen góp chung một cặp electron để hình thành phân tử.

+ Với X là kí hiệu các nguyên tố halogen.

+ Công thức cấu tạo của phân tử halogen: X – X.

Kết luận: Đơn chất halogen tồn tại ở dạng phân tử X2, liên kết trong phân tử là liên kết cộng hóa trị không phân cực.

IV. Tính chất vật lý của các halogen

- Các halogen ít tan trong nước, tan nhiều trong dung môi hữu cơ không phân cực như hexane (C6H14), carbon tetrachloride (CCl4), …

- Từ fluorine đến iodine:

+ Trạng thái tập hợp của đơn chất ở 20oC thay đổi: fluorine và chlorine ở thể khí, bromine ở thể lỏng, iodine ở thể rắn.

+ Màu sắc đậm dần: fluorine có màu lục nhạt, chlorine có màu vàng lục, bromine có màu nâu đỏ, iodine có màu đen tím.

+ Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tăng dần.

- Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của đơn chất halogen bị ảnh hưởng bởi tương tác van der Waals giữa các phân tử. Từ fluorine đến iodine, khối lượng phân tử và bán kính nguyên tử tăng, làm tăng tương tác van der Waals, dẫn đến nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tăng.

V. Tính chất hóa học của các halogen

- Halogen có cấu hình electron lớp ngoài cùng là ns2np5, nên nguyên tử có xu hướng nhận thêm 1 electron hoặc dùng chung electron với nguyên tử khác để đạt cấu hình electron bền vững của khí hiếm tương ứng.

Sơ đồ tổng quát: X + 1e → X-

- Tính chất hóa học đặc trưng của halogen là tính oxi hóa mạnh, tính oxi hóa giảm dần từ fluorine đến iodine.

1. Tác dụng với kim loại

- Các halogen phản ứng với kim loại thể hiện các mức độ khác nhau:

+ Fluorine tác dụng được với tất các các kim loại, ví dụ:

2Ag + F2 → 2AgF

+ Chlorine tác dụng với hầu hết các kim loại trừ Au, Pt. Ví dụ:

2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3

+ Bromine phản ứng với nhiều kim loại, nhưng khả năng phản ứng yếu so với fluorine và chlorine. Ví dụ:

2Na + Br2 → 2NaBr

+ Iodine phản ứng với kim loại yếu hơn so với bromine, chlorine và fluorine. Ví dụ:

2Al + 3I2  $\stackrel{{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}}{\to }$2AlI3

2. Tác dụng với hydrogen

- Khi tác dụng với hydrogen, fluorine phản ứng nổ mạnh ngay cả trong bóng tối, nhiệt độ rất thấp (-252oC)

H2 + F2 → 2HF

- Chlorine phản ứng trong điều kiện chiếu sáng hoặc đun nóng

H2 + Cl2 $\stackrel{\mathrm{askt}}{\to }$  2HCl

- Bromine phản ứng khi đun nóng 200 – 400oC

H2 + Br2  $\stackrel{{\mathrm{t}}^{\mathrm{o}}}{\to }$ 2HBr

- Iodine phản ứng khó khăn hơn, cần đun nóng 350 – 500oC, chất xúc tác Pt và phản ứng xảy ra thuận nghịch.

H2 + I2  $\stackrel{350-{500}^{\mathrm{o}}\mathrm{C},\mathrm{Pt}}{\rightleftarrows }$ 2HI

Mở rộng:

+ Fluorine phản ứng mạnh với nước, bốc cháy trong hơi nước nóng.

2F2 + 2H2O → 4HF + O2↑

+ Chlorine và bromine tác dụng chậm với nước tạo thành hydrohalic acid và hypohalous acid, khả năng phản ứng của bromine khó khăn hơn.

Cl2 + H2O ⇄ HCl + HClO

Br2 + H2O ⇄ HBr + HBrO

+ Iodine phản ứng rất chậm với nước tạo iodic acid

3I2 + 3H2O ⇄ 5HI + HIO3

3. Tác dụng với dung dịch kiềm

- Halogen tác dụng với dung dịch kiềm, sản phẩm tạo thành phụ thuộc vào nhiệt độ phản ứng.

- Ví dụ:

Cl2 + 2NaOH → NaCl + NaClO + H2O

3Cl2 + 6NaOH $\stackrel{>{70}^{\mathrm{o}}\mathrm{C}}{\to }$ 5NaCl + NaClO3 + 3H2O

Chú ý:

+ Hỗn hợp dung dịch NaCl và NaClO được gọi là nước Javel, có tính oxi hóa mạnh nên được dùng làm chất tẩy màu và sát trùng.

+ Phản ứng của chlorine với dung dịch kiềm được dùng để sản xuất các chất tẩy rửa, sát trùng, tẩy trắng trong ngành dệt, da, bột giấy, …

4. Tác dụng với dung dịch muối halide

- Trong dung dịch, các halogen có tính oxi hóa mạnh hơn sẽ phản ứng với muối halide của halogen có tính oxi hóa yếu hơn để tạo ra các halogen có tính oxi hóa yếu hơn.

Ví dụ:

Cl2 + 2NaBr → 2NaCl + Br2

Br2 + 2NaI → 2NaBr + I2

5. Tính tẩy màu của khí chlorine ẩm

Cl2 + H2O ⇄ HCl + HClO

- Phản ứng giữa chlorine và nước là thuận nghịch nên tạo ra dung dịch gồm nước, hydrochloric acid (HCl); hypoclorous acid (HClO) cùng chlorine.

- Hypoclorous acid (HClO) có tính oxi hóa mạnh có thể phá hủy các hợp chất màu nên khí chlorine ẩm có tính tẩy màu.

- Tính tẩy màu của khí chlorine ẩm được ứng dụng:

+ Tẩy trắng sợi, vải, giấy.

+ Sản xuất chất tẩy rửa.

+ Tiệt trùng nước sinh hoạt, nước trong các bể bơi.

VI. Ứng dụng của các halogen

- Fluorine: Được dùng trong sản xuất các chất dẻo ma sát thấp, như teflon phủ trên chảo chống dính… Một số hợp chất khác của fluorine như cryolite dùng cho sản xuất nhôm; sodium fluorine sử dụng như một loại thuốc trừ sâu, chống gián; một số muối fluorine khác được thêm vào thuốc đánh răng, tạo men răng, …

- Chlorine: Là chất oxi hóa mạnh, được sử dụng làm chất tẩy trắng và khử trùng nước. Một lượng lớn chlorine được dùng để sản xuất các dung môi như carbon tetrachloride (CCl4), chloroform (CHCl3) …

- Bromine: Được dùng để điều chế thuốc an thần, thuốc trừ sâu, thuốc nhuộm, mực in; silver bromide (AgBr) là chất nhạy với ánh sáng, dùng để tráng phim ảnh, phụ gia chống ăn mòn cho xăng, …

- Iodine: Là nguyên tố vi lượng cần thiết cho dinh dưỡng của con người, thiếu iodine có thể gây nên tác hại cho sức khỏe như gây bệnh bướu cổ, thiểu năng trí tuệ, hỗn hợp ethanol và iodine là chất sát trùng phổ biến. Các hợp chất iodine được sử dụng làm chất xúc tác, dược phẩm và thuốc nhuộm.

B. Trắc nghiệm Tính chất vật lí và hóa học các đơn chất nhóm VIIA

Câu 1. Phát biểu đúng là

A. Tính chất hóa học đặc trưng của halogen là tính oxi hóa mạnh, tính oxi hóa tăng dần từ fluorine đến iodine;

B. Tính chất hóa học đặc trưng của halogen là tính khử mạnh, tính khử tăng dần từ fluorine đến iodine;

C. Tính chất hóa học đặc trưng của halogen là tính khử mạnh, tính khử giảm dần từ fluorine đến iodine;

D. Tính chất hóa học đặc trưng của halogen là tính oxi hóa mạnh, tính oxi hóa giảm dần từ fluorine đến iodine.

Câu 3. Nhận định sai về đặc điểm lớp electron ngoài cùng của nguyên tử các nguyên tố halogen là

A. đều có 5 electron ở lớp ngoài cùng;

B. phân lớp s có 2 electron;

C. phân lớp p có 5 electron;

D. chưa đạt cấu hình electron bền vững như khí hiếm.

Câu 4. Kết luận đúng là

A. Đơn chất halogen tồn tại ở dạng phân tử X2;

B. Liên kết trong phân tử đơn chất halogen là liên kết cộng hóa trị phân cực;

C. Liên kết trong phân tử đơn chất halogen là liên kết cộng hóa trị không phân cực;

D. Cả A và C đều đúng.

Câu 5. Đơn chất halogen ở có màu vàng lục là

A. F2

B. Cl2

C. Br2

D. I2

Câu 6. Kết luận sai là

A. Màu sắc của các đơn chất halogen đậm dần từ fluorine đến iodine;

B. Trạng thái tập hợp của đơn chất ở 20°C thay đổi: fluorine và chlorine ở thể khí, bromine ở thể lỏng, iodine ở thể rắn;

C. Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi giảm dần fluorine đến iodine;

D. Các đơn chất halogen tan ít trong nước, tan nhiều trong các dung môi hữu cơ (riêng fluorine phản ứng mãnh liệt với nước).

Câu 11. Phản ứng nào dưới đây sai?

A. 2Fe + 3Cl2$\stackrel{t^o}{\to }$ 2FeCl3

B. H2 + I2 $\stackrel{t^o,Pt}{\rightleftarrows }$2HI

C. Cl2 + H2O ⇄ HCl + HClO

D. F2 + H2O ⟶ HF + HFO

Câu 12. Cho phản ứng: Cl2 + NaOH $\stackrel{>{70}^{o}C}{\to }$

Sản phẩm của phản ứng là

A. NaCl và H2O;

B. NaCl, NaClO và H2O;

C. NaCl, NaClO3 và H2O;

D. Không phản ứng.

Câu 13. Cho thí nghiệm: nhỏ vào ống nghiệm chứa 2 ml dung dịch sodium iodine (có sẵn vài giọt hồ tinh bột) vài giọt nước chlorine rồi lắc nhẹ. Hiện tượng xảy ra là

A. Không xảy ra hiện tượng;

B. Xuất hiện chất rắn màu đen tím;

C. Dung dịch chuyển màu vàng nâu;

D. Dung dịch chuyển màu xanh tím;

Câu 14. Cho mẩu giấy màu ẩm vào bình khí chlorine. Hiện tượng xảy ra là

A. Giấy màu ẩm bị mất màu;

B. Giấy màu ẩm chuyển sang màu đen;

C. Giấy màu ẩm tan dần đến hết;

D. Không hiện tượng.

Câu 15. Sử dụng làm chất tẩy trắng và khử trùng nước là ứng dụng của

A. fluorine;

B. chlorine;

C. iodine;

D. bromine.

Bài giảng Hóa học 10 Bài 17: Tính chất vật lí và hóa học các đơn chất nhóm VIIA - Chân trời sáng tạo