Lý thuyết hóa học 10 chương 5: Nhóm halogen. Lý thuyết hóa học 10 chương 5: Nhóm halogen. Lý thuyết hóa học 10 chương 5: Nhóm halogen. Lý thuyết hóa học 10 chương 5: Nhóm halogen. Lý thuyết hóa học 10 chương 5: Nhóm halogen.
Trang 1Chương 5: NHÓM HALOGEN
A Lí thuyết
I Đặc điểm về halogen
1 Vị trí , cấu tạo :
* Vị trí :
+Nhóm Halogen (các nguyên tố thuộc nhóm VIIA) gồm: 9F, 17Cl, 35Br, 53I, 85At
(At là nguyên tố phóng xạ)
+ Hal đứng ở cuối các chu kì ( Trừ CK 1 ) ,trước các nguyeentoos khí hiếm
* Cấu tạo :
+ Các nguyên tử halogen (X) có 7 electron lớp ngoài cùng, là những phi kim im hoạt động dễ nhận 1 thêm electron trong phản ứng hoá học để tạo ion X -
X + 1e X -+ Cấu hình electron ngoài cùng: ns2 np5
+ Trong hợp chất thì flo luôn có số oxi hoá là -1 do XF lớn nhất và bằng 3,98
+ Trừ F , các hal còn lại [ Cl , Br, I ] ngoài số oxi hoá và -1 còn có số oxi hoá là +1, +3, +5, +7
Nguyên nhân: Do Cl, Br, I (có độ âm điện thấp hơn) song lớp ngoài cùng còn có obitan d trống nên ở trạng thái kích thích có thể chuyển 1, 2, 3 electron ở lớp ngoài cùng sang obitan d trống này tạo số electron độc thân là 3, 5, 7
3s2 3p5 3d0
2 Đặc điểm đơn chất halogen X 2 (ở nhiệt độ thường)
- Flo là chất khí màu lục nhạt ( xanh nhạt )
- Clo là chất khí màu vàng lục
- Brom là chất lỏng màu nâu đỏ
- Iot là chất rắn, màu đen tím
Chú ý :
* Với brom khi tan vào nước thành nước brom có màu vàng da cam
* Với I2 khi đun nóng, nó chuyển sang I2 ở thể hơi, không qua trạng thái lỏng, gọi là hiện tượng thăng hoa
3 Đặc điểm chung của hợp chất AgX
Trong dung dịch:
- AgF là chất tan không màu
- AgCl là chất kết tủa màu trắng
- AgBr là chất kết tủa (màu vàng nhạt)
- AgI là chất kết tủa (màu vàng đậm)
II Tính chất học học của đơn chất X2
Nhận xét: Các đơn chất halogen X2 là những phi kim có tính oxi hoá mạnh và tính oxi hóa giảm theo thứ tự sau F Cl Br2 2 2 I 2
Trang 2
1.Tác dụng với kim loại: Đơn chất halogen X2 oxi hoá kim loại tạo muối MXn (muối
2
2Na +Cl2
0
t
Mg + Cl2
0
t
2Al + 3Cl2
0
t
2AlCl3
Chú ý :1 F2 oxihóa tất cả các kim loại
2 Các halogen Cl2 , Br2 oxihóa hầu hết các kim loại ( từ Au , Pt ) , tạo hợp chất có hóa trị cực
đại
2Fe + 3Cl2
0
t
2FeCl3
3 Riêng I2 oxihóa các kim loại thường tạo hợp chất có hóa trị thấp
Fe + I2
0
t
FeI2
Cu + I2
0
t
Cu2I2
2 Tác dụng với phi kim
a) Tác dụng với hiđro tạo HX (khí hiđro clorua)
H2 + F2
2HF
H2 + Cl2 a / s
2HCl ( tỉ lệ 1: 1 có chiếu sáng có thể gây nổ )
H2 + Br2 ®un nãng 2HBr
xt Pt
356 500 C
2HI
NX : Qua đk pứ với hiđro chứng minh độ hoạt động hoá học của F2 > Cl2 > Br2 > I2
b) Với phi kim khác
*) Flo : F2 phản ứng hầu hết với các phi kim
S + F2
0
t
SF6 ( lưu huỳnh hexan florua)
Chú ý : Khi đun nóng F2 có thể pư được với cả Cl2 , Kr , Xe
Xe + F2
0
t
XeF2
*) Clo , Brom , iot : phản ứng với P , S
2P + 5Cl2
0
t
2PCl5 ( photpho penta clorua) 2P + 3I2
0
t
2PI3 ( photpho tri iotua)
Chú ý :
1 Clo , Brom , iot không pư trực tiếp với O2 , N2 , C
2 Nước Clo đun sôi với P ,S thì P, S bị oxi hóa đến số oxh cực đại
S + 3Cl2 + 4H2O t 0
H2SO4 + 6HCl 2P + 5Cl2 + 8H2O t 0
2H3PO4 + 10HCl
3.Tác dụng với nước
a) Flo: Tác dụng mãnh liệt với nước và bốc cháy khi gặp hơi nước nóng
2F2 + 2H2O 4HF + O2
Trang 3
b) Clo, brom tác dụng một phần với nước (Br2 chậm hơn)
Cl2 + H2O HCl + HClO
Br2 + H2O HBr + HBrO ( axithipobromơ )
Chú ý : * Nhận xét: Trong phản ứng với nước thì clo, brom vừa là chất khử vừa là chất oxi
hoá
* Axit HClO là một axit yếu song nó có tính oxi hoá mạnh và có tính tẩy màu (do Cl+1 gây ra)
c) Iot: Hầu như không phản ứng với nước
4 Tác dụng với clo tạo dung dịch kiềm
a) Tác dụng dung dịch NaOH, KOH ở nhiệt độ thường tạo dung dịch nước javen
Cl2 +KOH KCl KClO + H2O
Nước gia ven
Chú ý :
* Khi cho F2 pư nhanh với dd kiềm xảy ra pư sau :
2F2 + 2 NaOH 2NaF + F2O + H2O
* Khi đun nóng dung dịch kiềm thì có phản ứng:
3Cl2 + 6KOH đặc t 0
5KCl + KClO3 + 3H2O
b) Tác dụng Ca(OH) 2 tạo clorua vôi (có 2 trường hợp )
*) dung dịch Ca(OH) 2 : 2Cl2 + 2Ca(OH)2 Ca(OCl)2 + CaCl2 + 2H2O
*) Ca(OH) 2 bột : 2Cl2 + 2Ca(OH)2 CaOCl2 + H2O
5 Halogen mạnh đẩy Halogen yếu ra khỏi dung dịch muối hay dung dịch axit
Cl2 + 2NaI 2NaCl + I2
Br2 + 2NaI 2NaBr + I2
Cl2 + 2HI 2HCl + I2
VD khác: Cl2 + H2S 2HCl + S
* Chú ý :
1 Flo không có tính chất trên vì flo phản ứng mãnh liệt với nước
2 Khi sục khí clo vào dung dịch gồm 2 muối ( NaCl, NaBr, NaI ) thì thứ tự phản ứng
sẽ là:
Nếu sau phản ứng (1) mà NaI dư thì có phản ứng (2)
Giải thích : Tính khử tăng theo thứ tự sau : F - < Cl - < Br - < I
6.Tác dụng với hợp chất có tính khử (có tính oxi hoá yếu hơn )
0
t
FeCl2 + Br2
0
t
FeCl3 + 2FeBr3 VD2: H2S + 4Cl2 + 4H2O 2HCl + H2SO4
Trang 4
VD3: SO2 + Br + 2H O2 2
2HBr + H2SO4
dd màu da cam
* Chú ý :
1 Riêng brom có thể tác dụng được với nứơc clo và chất oxi hoá mạnh
Br2 + 2Cl2 + 3H2O 4HCl + 2HBrO3 (axit bromic)
2Br2 + 2H2O + 4AgNO3 4AgBr + 4HNO3 + O2
2 I2 có một số pư đặc biệt :
+ Phản ứng với muối thiosunfat : Na2S2O3 + I2 Na2S4O6 + 2NaI
+ I2 pư với hồ tinh bột tạo thành hợp chất có màu xanh thẫm
III Điều chế
1 Điều chế clo
a) Trong công nghiệp
*) Điện phân dung dịch muối ăn có màng ngăn
2NaCl + H2O dpdd
2NaOH + Cl2 + H2
anot (-) catot (+) Nếu không có màng ngăn thì clo tác dụng với dung dịch kiềm tạo nước javen
*) Trong phòng thí nghiệm :
+ Cho axit HCl đặc tác dụng với chất oxi hoá mạnh (MnO2 , KClO3 , KMnO4 , K2Cr2O7 , PbO2 )
KClO3 + 6HCl KCl + 3Cl2 + 3H2O
K2Cr2O7 + 14HCl 2KCl + 2CrCl3 + 7H2O + 3Cl2 MnO2 + 4HCl MnCl2 + 2H2O + Cl2
HNO3 + HCl NO2 + Cl2 + H2O
HClO3 + HCl Cl2 + H2O
+ Cho HCl td với O2 có đá bọt CuCl2 ,ở 4000C : 4HCl + O2
2 0
xtCuCl
400 C
2Cl 2 + 2H2O
2 Điều chế flo:
Điện phân hỗn hợp lỏng HF và NaF với điện cực grafit (điện cực trơ)
3 Điều chế brom
Từ nước biển sau khi loại NaCl được dung dịch NaBr rồi sục Cl2 vào
Cl2 + 2NaBr 2NaCl + Br2
4 Điều chế iôt : Từ rong biển
Bài 2: HỢP CHẤT CỦA HALOGEN
A HỢP CHẤT HX( hiđrohalogenua : HF, HCl, HBr, HI )
Trang 5
I.Tính chất vật lí : HX là những chất khí không màu, tan tốt trong nước tạo thành dung dịch
axit mạnh ( trừ HF ), phân li hoàn toàn
II Tính chất hóa học : Tính chất hóa học chủ yếu là tính axit và tính khử
Độ mạnh tính khử tăng : HF < HCl < HBr < HI
1) Tính axit : Độ mạnh axit tăng từ : HF < HCl < HBr < HI
Có đầy đủ tính chất của một a xit thông thường
* Làm đổi màu chỉ thị
* Tác dụng kim loại đứng trước H
* Tác dụng bazơ ( oxit bazơ )
* Tác dụng với muối của axit yếu hơn
2) Tính khử : Độ mạnh tính khử tăng từ : HF < HCl < HBr < HI , cụ thể :
* Florua : chỉ bị oxh khi điện phân muối florua nóng chảy
* Clo rua ,Brômua :bị oxh bởi các chất oxh mạnh như MnO , Cr O , MnO 4 2 72 2
mt H
2KMnO 10HBr 3H SO 2Mn SO K SO 5Br 8H O
MnO 2HCl H SO Mn SO Cl 2H O
HBr + K2Cr2O7 + H2SO4 ?
FeCl2 + KMnO4 + H2SO4 Fe2(SO4)3 + Cl2 + K2SO4 + MnSO4 + H2O
*Iotua có tính khử khá mạnh nên dễ bị oxh thông thường như Fe , O 3 2
2HI 2FeCl 2FeCl I 2HCl
O 4HI 2I 2H O
CuSO 4 + KI Cu 2 I 2 + I 2 + K 2 SO 4
Kết tủa trắng
* Chú ý :
1 Dung dịch HF là một axit yếu song có tính chất riêng là ăn mòn các đồ vật làm bằng thuỷ
tinh
SiO2 + 4HF SiF4 + 2H2O , pư này dùng để khắc thủy tinh Silic đioxit silic tetra florua
2.Hỗn hợp [ 3 thể tích HCl đặc + 1 thể tích HNO3 đặc ] được gọi là nước cường toan ( hay cường thủy ) có khả năng hòa tan được Au , Pt
Au + 3HCl + HNO3 AuCl3 + NO + H2O ( NO là khí không màu hóa nâu trong KK )
III Điều chế axit HX:
1) Phương pháp tổng hợp ( pp này thường được áp dụng đ/c HF và HCl ):
H X 2 2 2HX
H2 + Cl2 a / s
2) Phương pháp sunfat:
VD1 : NaCl + H2SO4 đặc t 0 250 0
NaHSO4 + HCl 2NaCl + H2SO4đặc t 400 C 0
Na2SO4 + 2HCl
Trang 6
VD2: Từ CaF2 (canxi florua) và dung dịch axit H2SO4 đặc
CaF2 + H2SO4 đ CaSO4 + 2HF
Chú ý : Không áp dụng pp này để đ/c HBr , HI vì HBr , HI có tính khử sẽ td với H2SO4đặc
3) Phương pháp thủy phân photpho halogenua ( pp này thích hợp để đ/c HBr và HI ):
PX3 + 3H2O 3HX + H3PO3
4) Phương pháp hal tác dụng với hợp chất chứua Hiđro ( pp này thích hợp để đ/c HBr và
HI ):
I2 + H2S HI + S
IV Nhận biết ion halogenua X
1) ion clorua :
* Đa số các muối clorua đều tan trong nước trừ AgCl trắng ; PbCl2 trắng ; CuCl trắng ; HgCl trắng ( hay Hg2Cl2 )
* Nhận biết ion clorua , dùng dung dịch AgNO3
2) ionbromua
* Đa số các muối bromua đều tan trong nước trừ AgBr vàng nhạt ; HgBr trắng ; PbBr2 không màu ; CuBr không màu
* Nhận biết ion Bromua , dùng dung dịch AgNO3
3) ion iotua
* Đa số các muối iotua đều tan trừ AgI vàng đậm , HgI2 đỏ , PbI2 màu vàng , Cu2I 2 trắng
* Nhận biết ion Iotua
+ dùng dung dịch AgNO3 tạo vàng đậm
+ dùng dung dịch Hg SO4 tạo đỏ
+ dùng dung dịch CuSO4 tạo trắng Cu2I2 có lẫn màu nâu I2
4KI + 2CuSO4 Cu2I2 + I2 + 2K2SO4
Chú ý: Hợp chất AgX dễ bị phân huỷ khi có ánh sáng hay nhiệt độ
AgBr là một chất rất nhạy cảm với ánh sáng
B CÁC OXI AXIT CỦA HALOGEN
* Flokhông tạo ra oxiaxit
* Clo , Brom , iot tạo ra một số oxi axit
HXO HXO HXO HXO 2 3 4
VD : HClO HClO2 HClO3 HClO4
Ax hipoclorơ Ax clorơ Ax cloric Ax pe cloric
HBrO HBrO2 HBrO3 HBrO4
Ax hipo bromơ Ax bromơ Ax bromic Ax pe bromic
Chú ý :
1 TừHClO đến HClO4 tính axit và tính bền tăng , tính oxh giảm
2 Muối có oxi của clo đều kém bền , bị nhiệt phân cho Cl- và O2 :
3NaClO t C 0
Trang 7
4NaClO3 t C
NaClO4
0
t C
NaCl + 2O2
C HỢP CHẤT CHỨA OXI CỦA CLO
I Nước Javen
1) Thành phần: Dung dịch nước javen chứa đồng thời 2 muối NaCl và NaClO
2) Tính chất:
* Do chứa muối NaClO (chứa Cl+) nên có tính oxi hóa mạnh, kém bền với nhiệt và tính tẩy màu
NaClO + 2HCl NaCl + Cl2 + H2O
3NaClO 70 C 0
NaClO3 + 2NaCl
* Muối NaClO là muối của axit yếu (yếu hơn axit cacbonic)
NaClO + H2O + CO2 NaHCO3 + HClO
3) Điều chế: * Cho clo tác dụng với dung dịch kiềm ở nhiệt độ thường Cl2 + 2NaOH NaCl + NaClO + H2O
* Điện phân dung dịch muối NaCl trong điều kiện không có màng ngăn
2NaCl + 2H2O dp
2NaOH + Cl2 + H2
Cl2 + 2NaOH NaCl + NaClO + H2O
4 )Ứng dụng: - Dùng để tẩy trắng tẩy uế, …
II Kali clorat (hay muối Bec tole): KClO3
1) Tính chất: là chất oxi hoá mạnh (được dùng để điều chế oxi trong phòng thí nghiệm, sản
phẩm diêm, thuốc súng.)
5KClO3 + 6P 5KCl + 3P2O5
2KClO3 0 2
MnO t
2KCl + 3O2 KClO3 + HCl đặc KCl + Cl2 + H2O
KClO3 + HCl đặc + H2SO4 K2SO4 + Cl2 + H2O
2) Điều chế: * 3Cl2 + 6KOH 100 C 0
5KCl + KClO3 + 3H2O
* 6Cl2 + 6Ca(OH)2
0
t C
5CaCl2 + Ca(ClO3)2 + 6H2O Ca(ClO3)2 + 2KCl Lamlanh
CaCl2 + 2KClO3
* KCl + 3 H2O dp
KClO3 + H2
III Clorua vôi:
1 Công thức cấu tạo: Ca Cl|
O Cl
2 Tính chất: Do chứa Cl +1 nên có tính oxi hoá mạnh, tính tẩy màu
- Là chất rắn (bột) màu trắng và là muối hỗn tạp (Do chứa hai gốc axit Cl- và ClO-)
- Tác dụng được với CO2 có hơi nước
2CaOCl2 + CO2 + H2O CaCO3 + CaCl2 + 2HClO
- Tính oxihóa : HCl đ + CaOCl2 Cl2 + CaCl2 + H2O
Chú ý : CaOCl2 + CO2 CaCO3 + Cl2
3 Điều chế: Cho Cl2 + Ca(OH)2 dạng bột hay sữa
Cl2 + Ca(OH)2 CaOCl2 + H2O Nếu dung dịch Ca(OH)2 dư thì nó tạo CaCl2 + Ca(ClO)2 + H2O
Trang 8
Cl2 + Ca(OH)2 (dd) CaCl2 + Ca(ClO)2 + H2O
4 Ứng dụng: dùng tẩy trắng, tẩy uế
PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HAI HALOGEN X , Y
NẰM Ở HAI CHU KỲ LIÊN TIẾP TQ: Khi cho hỗn hợp A gồm 2 muối natri của X, Y, (NaX, NaY) (Với X, Y là hai halogen nằm
ở hai chu kỳ liên tiếp kết tủa hoàn toàn bởi dung dịch AgNO3 hay tác dụng với dung dịch AgNO3 dư thu được m(g) kết tủa
Khi đó ta cần xét 2 trường hợp:
Phản ứng hỗn hợp với AgNO3 (chỉ có NaCl phản ứng)
Tính số mol của NaCl: nNaCl = nAgNO 3
Thay vào phương trình khối lượng xem có thoả mãn không (tức mNaCl < mhh)
Xét trường hợp 2: Với x, y nó thuộc các halogen từ clo iot
Dùng phương pháp trung bình
Đặt công thức phân tử trung bình của 2 muối là NNaX ?
(đ/k: MX < MX < MY hoặc X < X < Y )
Phương trình phản ứng: NaX + AgNO3 AgX + NaNO3
Ta có: nNaXnAgX nNaNO 3 phản ứng
Tính MX dựa vào điều kiện kết quả
M
; 9F (19); 17Cl (35,5); 35Br (80); 55I (127)
BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN THỨ TỰ PHẢN ỨNG TQ: Khi dẫn clo vào dung dịch X gồm NaCl, NaBr, NaI thì thứ tự phản ứng là:
Nhận xét: nếu sau phản ứng (1) mà Cl2 hết, NaI đủ hoặc dư thì không có phản ứng (2)
TQ2: Khi dẫn hỗn hợp X gồm clo, brom vào dung dịch NaI thì thứ tự phản ứng là:
Nhận xét: Nếu sau phản ứng (1) mà NaI dư, clo hết thì sẽ có phản ứng (2)