Nhóm halogen

Khuynh hướng hóa học : Các nguyên tử nguyên tô halogen X do có 7 electron lớp ngoài cùng nên đều là phi kim, đều có khuynh hướng dễ nhận một electron dé tạo anion X, do đó đơn chất tương

VI

V.2

V3

I- KHAI QUAT VE NHOM HALOGEN

Cho biết vị trí và thành phần các nguyên tô trong nhóm halogen : ? Tại sao nhóm

nguyen tô này được gọi là nhóm halogen ? Nêu ý nghĩa tên các nguyên tô Ho, clo,

brom, iot theo tiếng cô Hi Lạp Tại sao nguyên tố atatin không được xếp vào nhóm halogen ?

Vị trí: Nhóm VIIA, từ chu kì 2 đến chu kì 6 Gồm : flo (F), clo (Cl), brom (Br),

iot (1) Nhom nguyên tô này được gọi là halogen vì những nguyên tô này đều tác

dụng với kim loai tao mudi , “halogeno” tiéng cé Hi Lap cé nghia 1a “sinh mudi”

Flo (fluorum) : xuất phát từ tiếng cô Hi Lạp “fluoros” co nghĩa là "sự phá hoại hay sự tiêu diệt” Clo (chlorum) : xuât phát từ tiếng cô Hi Lạp "chloros” có

nghĩa là "vàng lục” Brom (bromum) : xuất phát từ tiêng cô Hi Lap “bromos” cé nghĩa là "hôi thôi" lot (iodum) : xuất phát từ tiếng cô Hi Lạp *loeides”, có nghĩa

là "tím”

Atatin không gặp trong tự nhiên, nó được điều chế nhân tạo bằng các phản ứng hạt nhân Atatin được nghiên cứu trong nhóm các nguyên tô phóng xạ

Nêu đặc điểm câu tạo nguyên tử của các nguyên tô trong nhóm halogen, từ đó suy

ra khuynh hướng nhường, nhận electron của nguyên từ các nguyên tô halogen Đặc điểm cấu tạo nguyên tứ :

- Giống nhau : Deu co 7 electron lép ngoài cùng (câu hình electron lớp ngoài cùng đều có dạng nsˆ aap So d6 obitan :

[HINH

5

2 np

ns Như vậy ở trạng thái cơ bản, nguyên tử các nguyên tô halogen đều có lelectron độc thân

- Khác nhau : Từ F đến I, bán kính nguyên tử tăng dân, điện tích hạt nhân tăng dần

Khuynh hướng hóa học : Các nguyên tử nguyên tô halogen (X) do có 7 electron

lớp ngoài cùng nên đều là phi kim, đều có khuynh hướng dễ nhận một electron dé tạo anion (X), do đó đơn chất tương ứng của các halogen đều có tính oxi hóa đặc

trưng

Nêu công thức các đơn chất halogen và giải thích vì sao chúng có công thức như vậy Nêu tính chất hóa học đặc trưng của các nguyên tô halogen và giải thích Dựa vào năng lượng liên kết của các halogen trong bảng sau, nêu nhận xét về khả nang phan li cua cac halogen

Năng lượng lién két (kJ/mol, dktc) {| 159 | 243 192 ISI

Do có 7 electron lớp ngoài cùng, chỉ thiểu 1 electron là đạt được cầu hình bên như khí hiểm, nên ở trạng thái tự do hai nguyén tu halogen gop chung | doi electron

v4

V.6

để tạo ra phân tử có liên kết cộng hóa trị không cực Công thức chung của các don chat halogen déu 1a X> va các nguyên tử X trong phân tử này đều đạt cầu hình bên của khí hiêm tương ứng

Năng lượng liên kết của các đơn chất halogen không lớn nên liên kết của phân tử

Xa không bên, chúng dễ tách thành hai nguyên tử X Các nguyên tử này rất hoạt

động vì chúng dễ nhận thém mt electron tao anion (X + le > X ) thé hién tinh oxi hoa manh

Nêu sự biến đổi bán kính nguyên tử, độ âm điện, năng lượng ion hóa của nguyên

tử các nguyên tô trong nhóm halogen và giải thích Độ âm điện của F có gì đặc

biệt ?

Từ E đến I, điện tích hạt nhân tăng nhưng số lớp electron tăng nhanh, vì vậy bán kính nguyên tử tăng Khi bán kính nguyên từ tăng, sức hút cua hạt nhân giảm dân nên khả năng nhường electron tăng, năng lượng 1on hóa lị giảm, khả năng nhận electron giảm, độ âm điện giảm

Elo là nguyên tổ có độ âm điện lớn nhất trong tất cä các nguyên tố

Dựa vào bảng sau, nêu nhận xét về trạng thái tập hợp, màu sắc, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, tính tan trong nước của các halogen Dựa vào câu tạo, giải

thích sự biến đôi của nhiệt độ nóng chảy, n nhiệt độ sôi

Nguyên tử

Trang thái tập hợp ở 230 °C 3 khi 3 khi : long : ran

Màu sắc | lục nhạt 7 vang luc : do nau | đen tím 7

Nhiệt độ nóng chảy ( tnc, °C) 3 -219,6 : -101,0 : 7,3 : 113.6 3

Nhiét 6 sdi (t,, °C) / 1881 | -341 | 592 | 185,5

eee ewww ewe eee eee eee eee eee eee ee eee eee ee eee eee ee eee eee eee eee eee esses esse eseeeeseeeeseseeeedaseeeeseseesesesdaseessesesessseeet

Tir flo dén iot :

- Trang thai tập hợp : Từ trạng thái khí chuyền sang trạng thái long, ran

- Màu sắc : đậm dan

-_ Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi : tăng dẫn

Dựa vào cấu tạo nguyen tu, giải thích vì sao F chỉ có một mức oxi hóa âm duy

nhất trong các hợp chất là —l, còn các halogen khác lại có nhiều mức oxi hóa là — l,+l, +3, +5, +7

Lớp electron ngoài cùng của nguyên từ F là lớp thứ hai nên không có phân lớp d

Nguyên tử clo, brom, Iot có phân lớp d còn trồng, khi được kích thích, l hay 2 hay 3 electron ở các phân lớp ns, np có thé chuyên đến các obitan còn trồng của phan lop (n—1)d, vi vay cac nguyén tu halogen (—F) co thé có 3, 5, hoac 7 electron

độc thân Điều này giải thích vi sao cac halogen tir Cl dén I có thê có các mức oxi

hóa +l, +3, +5, +7 trong các hợp chất

V.7 Tir flo dén iot, tính phi kim biên đổi thé nao ? Gidi thích Viết công thức oxit cao

nhất, công thức hiđroxit, công thức hop chất khí với hiđro của các nguyên tô nhóm halogen và cho biết sự biến đôi tính axit - bazơ, độ bên và tính oxi hóa - khử của các oxit cao nhất và hiđroxit tương ứng

Tir flo đến iot, tính phi kim giảm dẫn, tính kim loại ting dan

Giải thích : Từ E đến I, bán kính nguyên tử tăng, lực hút của hạt nhân giảm dần

nên khả năng nhận electron giảm dân, khả năng nhường electron tăng dân, do đó tính phi kim giảm dân, tính kim loại ting dan

Công thức oxit cao nhất của các nguyên tố nhóm halogen có dang R307, céng thức hiđroxit tương ứng có dạng HRO¿ (trừ E không có oxit cao nhất và hiđroxit tương ứng) công thức hợp chât khí với hiđro la HR

Theo chiêu điện tích hạt nhân tăng, tính axit của các oxit cao nhất và hiđroxit

tương ứng giảm, độ bèn giảm dan

Tính chất vật lí của Cl› được mô tả như sau :

~ Ở điều kiện thường, Cla là chất khí màu vàng lục, mùi xốc, nặng hơn không khí

2,5 lần Dưới áp suất thường, Cla hóa lỏng ở -33,6 ”C và hóa rắn ở —100,98 °C,

clo dé hóa lỏng ở áp suất cao

— Khí clo tan vừa phải trong nước (ở 20C, I L nước hòa tan khoảng 2,5 L khí

Cla) Dung dịch nước clo có màu vàng nhạt Khi để lâu, nước clo bị biến đôi do

phản ứng của clo với nước Cla tan nhiều trong các dung môi hữu cơ, nhất là

— Khí clo rât độc, nó phá hoại niềm mạc đường hô hâp Cân phải cân thận khi tiếp

Khí clo nặng hơn không khí 2,5 lần do : d = 2,5

Phân tử Cla có liên kết cộng hóa trị không cực nên dễ tan trong dung môi không phân cực như hexan, cacbon tetraclorua, nhưng tan ít trong dung mỗi có cực như nước Tuy nhiên, do Clạ có tương tác với nước theo phản ứng oxi hóa - khử

tạo sản phim tan tot trong nước nên C]› tan trong nước ở mức độ vừa phải

Dé thu khi Clo trong phòng thí nghiệm, người ta dùng phương pháp đây không

khí Để an toàn hơn, người ta có thể thu khí Cla qua dung dich NaCl bio héa vi

dung dịch NaCT bão hòa không hòa tan C]la

Nêu tính chất hóa học cơ bản nhất của Cla, giải thích Viết phương trình phản ứng xảy ra khi cho Ca lần lượt tác dung voi Na, Mg, Al, Fe, Cu, M (kim loai hóa trị n), Ha, Si, S, P, HxO, dung dich NaOH, dung dich KOH dam đặc Trong phản

ứng nào, Cla vừa đóng vai trò chat oxi hóa, vừa đóng vai tro chat khử ?

3 Cla có tính oxi hóa mạnh (xem bài 8), ngoài ra do số oxi hóa của Cl trong đơn

V4

chất Cl› băng không, là số oxi hóa trung gian, nên Cla còn thể hiện tính khử khi

tác dụng với các chât oxi hóa mạnh hơn

(1) 2Na + Cl› — 2NaCl

(2) Mg + Cl — MgCl»

(3) 2AI + 3Cla —> 2AIC]a (4) 2Fe + 3Cla —> 2FeCla (5) Cu + Cla —> CuC]›

(6) 2M + nC l› — 2MCIạ (7) Hạ+(Cl› —> 2HC]

(8) Si + 2C la —> SIC]\

(7) HO + Cl› — HC] + HCIO

(8) 2NaOH + Clo — NaCl + NaClO + H20

(9) 6KOH gag) + 3C la — ŠSKC] + KCIOa + 3HạO

Trong phản ứng (7), (8), (9), Clạ vừa đóng vai trò chất khử, vừa đóng vai trò chất oxi hóa, các phản ứng này đêu là phản ứng tự oxi hóa - khử

Trong các phản ứng sau, người ta chọn phản ứng nào đề điều chế Cla trong phòng thí nghiệm, trong công nghiệp ? Lí do chon ?

(1) 2NaCl + 2H»O — 2NaOH + Hạ + Cl›

(2) 2NaCl > 2Na + Ch (3) MnO› + 4HCI —› MnCla + Cl› + 2HạO (4) 2KMnO¿ + 16HCI — 2MnCla + 5Cl› + 2KCI + 8H2O (5) CaOCla + 2HCI —› CaCla + Cl› + HạO

3 Trong công nghiệp, người ta thường dùng phản ứng (1) để sản xuất Cla vì phương

pháp này có the sản xuất một luong lon Clo dong thời với việc sản xuất NaOH từ

nguyên liệu muối ăn là nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiểm

Trong phòng thí nghiệm, để điều chế một lượng nhỏ Cla, người ta thường dùng phản ứng (3), (4) vì KMnOa hay MnO2 và dung dịch HCI là những hóa chất cơ bản ở phòng thí nghiệm, không dùng phương pháp này để điều chế Cla trong công nghiệp vì nguyên liệu đặt tiên hơn so với NaC]

V.6

»5

Tính thê tích Clạ sinh ra khi cho 15,8 gam KMn©¿ tác dụng với 400 mL dung

dịch HCI 2,5 M o dktc Luong Clo sinh ra cho qua 200 mL dung dich NaOH 2M thu duoc 200 mL dung dich A Tinh Cyy cac chất có trong dung dịch A

I5.8¢

S6 mol KMnOy4 = ———

I58g.mol ˆ

= 0,1 mol

Số mol HC] = 0,4 L x 2.5 mol.L7! = 1,0 mol

Phuong trinh hoa hoc :

(l) 2KMnO + 16HCI = S5Clo + 2MnCly + 2KCI + 8H2O

Dpur 0,1) mol O.8mol 0,25 mol

Thể tích Cla sinh ra ở đktc : 0,25 mol x 22,4 L mol! =5,6 L

Số mol NaOH : 0.4L x 2 mol L = 0,8 mol

(2) Ch + 2NaOH > NaCl + NaClO + HạO

No 0.25 mol 0,8 mol

Mp O25 mol O05 mol 0,25 mol 0,25 mol

Cyy (NaCl) = Cy (NaCl0) = 0,25 mol : 0,2 L = 1,25 mol.L

Cụ (NaOH dư) = 0,3 mol : 0,2 L = 1,5 mol.L7

Dé oxi héa vira di 5,4 gam một kim loại R thuộc nhóm A trong BTH cần vừa đủ V

L khí Cla ở đktc và sinh ra 26,7 gam muỗi Tính V và xác định R

Gọi n là hóa trị của R

V.4

(9) 2AI + 6HCI —› 2AICH + 3HzŸ

(10) 2M + 2nHCI —› 2MCIạ + nHạT

(11) NaHCO; + HCl > NaCl + COzT + HạO

(12) FeS + 2HCI > FeCl) + H2ST

(13) 2KsCrOx + I6HCI > 4KCI + 2CrCl; + 3Clo + 8H20

b) Trong cac phan ung (7), (8), (9) HCI dong vai tro chất oxi hóa; trong phản ứng

(13), HCI đóng vai trò chât khử

Đề nhận biết dung dịch HC], người ta dùng thuốc thử nào trong các thuốc thử sau

}* Nêu hiện tượng và việt phương trình hoa học nêu co :

BaClọ

3® Đề nhận biết dung dịch HCI, trừ dung dịch BaCla khi tác dụng với dung dịch HC] không có phản ứng, còn lại tuỳ trường hợp các chất trên đều có thể dùng làm

thuôc thử được

¡ Dung dịch AgNO,, ‡ Có kết tủa trắng xuất hiện | : AgNO, + HCI —> AgC + HNO,

: Dung dịch Na;CO; 3 C6 sui bot khi | Na; ›CO:+2HCI—> 2NaCl+CỌÏ +H, 0

Ì Zn i Zn tan, cổ gửi bot khi i Zn + 2HCl > ZnCl, + HiT

* Trong các thuốc thử trên, dung dịch AgNOa có thể nhận biết dung dịch HCI và

cả muôi cloruạ

Trình bày phương pháp hóa học phân biệt các dung dịch sau đựng trong các bình

riêng biệt mắt nhan : NaOH, HCI, NaCl, KNO3

3® Trích mẫu thử cho mỗi lần làm thí nghiệm :

Cho 4 mẫu thử, mẫu thử nào làm đôi màu quy tím thành đỏ là mẫu thir HCl, mau thử làm đôi màu quỳ tím thành xanh là mẫu thử NaOH, hai mẫu thử không có

hiện twong la NaCl, KNO3

Cho hai mau thir NaCl, KNO3 tac dung véi dung dich AgNO , mẫu thử tác dụng sinh kết tua trắng là dung dịch NaCl, mẫu thử còn lại không có hiện tượng là

KNỢ

AgNOa + HCI —› AgClÌ + HNOa

V.6

V.7

Cho 10,00 lít Ha và 6,72 lít Cla (đktc) tác dụng với nhau rồi hòa tan sản phâm vào

385,40 gam HaO, ta thu được dung dịch A Lấy 50.00 gam dung dich A cho tac

dụng với dung dịch AgNOa lay du thu duoc 7,175 gam kết tủa Tính hiệu suất của

phản ứng giữa Hạ và C]a

Phương trình hóa học :

(1) Hạ + Cl› — 2HCI

(2) AgNOa + HCI — AgCH + HNO;

Tu (2) > nuci c6 trong 50 gam dung dich

7,175¢

25 = 0,05 mol 143,5¢.mol!

NAsClL = Goi x mol 14 s6 mol HCI sinh ra do (1) trén thuc té :

Madd A = 385.4 + 36.5x

385,4+36,5x 50 1000 1000x — 36,5x = 385.4 >x=0,4 mol

Vậy hiệu suât phản ứng = 06 = 0,667 = 66,7%

Hòa tan HCI vào HạO ta được dung dịch HCI (dung dịch A) Lay 3 gam dung

dich A cho tac dụng với dung dich AgNO; du thu duoc 4,305 g két tua

a) Tinh C% va Cy của dung dịch A biết D của dung dịch A là 1,15 g/mL

b) Tính V khí HCI cần dùng ở đktc đề hòa tan trong | lit HO tao ra dung dich A

3

b) myc) trong 3 g dung dich A = 0,03 x 36,5 = 1,095 (g)

m,, trong 3 g dung dich A = 3 — 1,095 = 1,905 (g)

Khối lượng cita 1 lit HO = 1000 ml x 1 g.ml' = 1000 g

1000 g x 0,03 mol 1,905 g

nyc) hoa tan trong Ì lít HạO = = 15,748 mol

V khi HCI (dktc) can diing = 15,748 mol x 22,4 L.mol = 352,76 L

Để hòa tan hoàn toàn l6 g oxit của sắt cần vừa đủ 200 ml dung dịch HC] 3M Tim cong thuc oxit cua sat

Gọi FexO, là công thức oxit của sắt cần tim

-lÌ

nyc) = 0,2 L x 3mol.L = 0,6 mol

Công thuc oxit cua sat la FeaO

Hoa tan hoan toan 1,2 gam mét kim loai R có hóa trị không đôi cần vừa đủ 200 g

dung dich HCl a % thu duoc 201,1 gam dung dich A

a) Xac dinh R

b) Tinh a va C% dung dich HCI ban dau va C% chất tan trong A

a) Xác định R Gọi n là hóa trị của R :

n

10

b) myc) trong 3 g dung dich A = 0,03 x 36,5 = 1,095 (g)

m,, trong 3 g dung dich A = 3 — 1,095 = 1,905 (g)

Khối lượng cita 1 lit HO = 1000 ml x 1 g.ml' = 1000 g

1000 g x 0,03 mol 1,905 g

nyc) hoa tan trong Ì lít HạO = = 15,748 mol

V khi HCI (dktc) can diing = 15,748 mol x 22,4 L.mol = 352,76 L

Để hòa tan hoàn toàn l6 g oxit của sắt cần vừa đủ 200 ml dung dịch HC] 3M Tim cong thuc oxit cua sat

Gọi FexO, là công thức oxit của sắt cần tim

-lÌ

nyc) = 0,2 L x 3mol.L = 0,6 mol

Công thuc oxit cua sat la FeaO

Hoa tan hoan toan 1,2 gam mét kim loai R có hóa trị không đôi cần vừa đủ 200 g

dung dich HCl a % thu duoc 201,1 gam dung dich A

a) Xac dinh R

b) Tinh a va C% dung dich HCI ban dau va C% chất tan trong A

a) Xác định R Gọi n là hóa trị của R :

n

12

IV- HOP CHAT CO OXI CUA CLO

V.1 Viết công thức các oxit và các hiđroxit tương ứng của clo ứng với các mức oxi

hóa +1, +3, +5, +7 và gọi tên Viết công thức cấu tạo của các chất này, so sánh độ bên và lực axit, khả năng oxi hóa của các hiđroxit

V.2 — Gọi tên các axit trên và cho biết tên muối tương ứng

V.3 a) Cho biết cách điều chế và thành phần của nước Gia-ven

b) Nêu những ứng dụng của nước Giia-ven

14

3 a) Điện phân dung dịch NaCl không có vách ngăn

V.4

2NaCl + 2H2O —Ÿ!#Ê,_ 2NẠOH + Hạ +Cla

2NaQH + Clo > NaCl + NaClO + H20

Thanh phan của nước Gia-ven : NaCl, NaClO, HO

(b) Trong nước Gia-ven có NaC]O là chất oxi hóa mạnh, do đó nước Gia-ven dùng đề sát trùng, tây trắng vải sợi, giấy và dùng đề tây uế chuồng trại chăn nuôi,

nhà về sinh

Giải thích vì sao nước Gia-ven có khả năng tây trăng vải, sợi, giấy v.v

Muôi NaClIO trong nước Gia-ven dễ tác dụng với COs trong không khí tạo thành

HCIO là một chất oxi hóa mạnh (dễ nhận e tạo Cl , đễ giải phóng oxi nguyên tử)

có tác dụng sát trùng, tây trăng vai soi

NaClO + CO2 + HO — NaHCO+a + HCIO

a) Tại sao người ta nói clorua vôi thuộc loại mudi hén tap

b) Viết phương trình hóa học xảy ra khi cho clorua vôi lần lượt tác dụng với dung

2CaOCla + CO2 + HạO —> CaCO+ + CaCla + 2HCIO

c) Trong không khí có CO2, clorua vôi tác dụng với CO2 giải phóng HCIO nên có ứng dụng tương tự nước Gia-ven Clorua vôi cũng được dùng dé tay trắng soi vai, giây, tây uê các hồ rác, công rãnh, xử lí các chất độc hữu cơ Một lượng lớn clorua vôi được dùng đề tinh chế dầu mö

So với nước Gia-ven, clorua vôi rẻ tiền hơn, hàm lượng hipoclorit cao hơn, dễ

bảo quản và chuyên chở hơn

15

V.6

V.7

Mu

Cho 16 g clorua vôi kĩ thuật tác dụng hết với dung dich HCI du thu duoc 2,688 L

khí Cl› ở đktc Giả sử tạp chất trong loại clorua vôi trên không tác dụng với dung

dịch HCT tạo Cla thì hàm lượng CaOC]a trong loại clorua vôi trên sẽ là

Hai chất CaOCla và Ca(OCI)a được điều chế băng cách nào ? Chúng giỗng và

khác nhau ở điệm nào ? Tên gọi các chât đó

Khi cho khí Cla đi qua või tôi bột ướt hoặc qua huyền phu dac Ca(OH)» & 30 TC

sẽ thu được clorua vôi (còn gọi là canxi clorua hipoclorit)

Ca(OH)› + Clạ — CaOC la + HạO

Khi cho khí Cla qua dung dịch nước vôi trong ở nhiệt độ thường sẽ tạo ra canxi hipoclorit :

- Clorua vôi thu được ở thé ran, canxi hipoclorit ở dang dung dich

- CaOCh 1a mudi hén tap, Ca(OCI)2 khéng phai 1a mudi hon tap

Ngudi ta diéu ché KCIO; tir phan tng cho khí Cla tác dụng với dung dịch kiềm

nóng hoặc điện phân dung dịch KCI 25% ở nhiệt độ 70 — 75 °C Viết phương

trình hóa học và giải thích vì sao khi cho Cl» tác dụng với dung dịch KOH nguội

ta thu được KCIO nhưng khi cho Cl» tac dụng với dung dịch KOH nóng lại được KCIO3

6KOH + 3Cl, —> SKCI + KCIO3 + 3H50

16

3KCIO — 2ˆ€ `; KCIOa + 2KCI

Nêu ứng dụng KC]Oa

Dùng để chế tạo thuốc nô, sản xuất pháo hoa, ngòi nỗ và những hỗn hợp dễ cháy nhất KCIOa còn được dùng đề sản xuất điêm (thuốc ở đầu que diêm thường chứa khoảng 50% KC O2)

a) Trong phòng thí nghiệm, người ta thường dùng KCIO3 đề điều chế O› bằng cách nhiệt phan KCIO3 co xuc tac MnOp Nếu không có xúc tác, phản ứng nhiệt

phân tạo peclorat Việt phương trình hóa học

b) Tính thê tích khí oxi thu được ở đktc khi nhiệt phân 24,5 gam KC]ØOa

Thẻ tích khí Os sinh ra ở đktc = 0,3 mol x 22,4 L.mol! = 6,72 L

Từ các hóa chất : NaCl (r) MnOa (r) NaOH (dd) CaC©O+g (r), HaO, HaSO+x (dd

đặc) Việt sơ đô điêu chê các chât sau : Nước Gia-ven, kali clorat, clorua vôi

(phương pháp l) hoặc điện phân dung dịch KCI 25% ở nhiệt độ từ 20 — 75 TC (phương pháp 2)

17