Lý thuyết trọng tâm hóa học 10 cánh diều bài 17: Nguyên tố và đơn chất halogen

I. GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN TỐ NHÓM VIIA.

Đáp án phiếu học tập số 1

Nguyên tử halogen Lớp electron ngoài cùng Bán kính nguyên tử       Độ âm điện

Fluorine       2s$^{2}$2p$^{5}$          72     3,98

Chlorine       3s$^{2}$3p$^{5}$         100    3,16

Bromine       4s$^{2}$4p$^{5}$         114    2,96

Iodine           5s$^{2}$2p$^{5}$         133    2,66

a) Nguyên tử halogen có 7 electron ở lớp ngoài cùng, dễ nhận thêm 1 electron để đạt được cấu hình electron bền cùng khí hiếm gần nhất.

• Khi nguyên tử halogen liên kết với kim loại => Khi đó kim loại sẽ nhường electron và nguyên tử halogen sẽ nhận 1 electron để trở thành ion mang điện tích âm
• Khi nguyên tử halogen liên kết với phi kim => 2 phi kim kết hợp với nhau tạo thành phân tử, chúng sẽ góp electron để tạo thành các cặp electron dùng chung => Halogen sẽ góp chung 1 electron để đạt cấu hình electron bền vững

b)

• Bán kính nguyên tử: Đi từ trên xuống dưới, số lớp electron tăng => Lực hút giữa hạt nhân và lớp electron ngoài cùng giảm dần => Bán kính tăng dần
• Độ âm điện: Đi từ trên xuống dưới, số lớp electron tăng => Lực hút giữa hạt nhân với các electron lớp ngoài cùng giảm nên độ âm điện giảm
• Từ F đến I, độ âm điện giảm dần => Khả năng hút (nhận) electron giảm dần => Tính oxi hóa giảm dần

c) Nguyên tử fluorine có 7 electron ở lớp ngoài cùng, không có phân lớp d trống và có độ âm điện lớn nhất.

=> Khi tham gia liên kết hóa học, fluorine chỉ nhận 1 electron từ các nguyên tử khác

=> Fluorine chỉ có số oxi hóa -1 trong các hợp chất 

II. ĐƠN CHẤT HALOGEN

1. Xu hướng biến đổi một số tính chất vật lý

a)

• Trạng thái: từ khí → lỏng → rắn . Do xu hướng tăng khối lượng phân tử và sự tương tác giữa các phân tử.
• Màu sắc: đậm dần.
• Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tăng dần. Do tương tác van der Walls và sự tăng khối lượng phân tử

b) Theo bảng 17.3, xu hướng biến đổi trạng thái của các halogen ở điều kiện thường từ: khí → lỏng → rắn

Mà astatine đứng dưới cùng trong nhóm halogen => Astatine tồn tại ở thể rắn trong điều kiện thường

c) Trong điều kiện thường có Iodine (I₂) là ở thể rắn

Giải thích:

• Khối lượng phân tử cao
• Lực tương tác van der Waals giữa phân tử iodine mạnh.

2. Xu hướng tạo liên kết trong các phản ứng hóa học

• Xu hướng thứ nhất: Nhận thêm 1 electron từ nguyên tử khác.
• Xu hướng thứ hai: Góp chung electron hóa trị với nguyên tử khác.
• Nguyên tử Fluorine có 7 electron ở lớp ngoài cùng => Nhận 1 electron từ nguyên tử Calcium để đạt cấu hình electron của khí hiếm
• Nguyên tử Calcium có 2 electron ở lớp ngoài cùng => Nhường 2 electron cho 2 nguyên tử Fluorine để đạt cấu hình electron của khí hiếm.
• Trong phân tử phosphorus trichloride gồm 2 nguyên tố: P và Cl
• Nguyên tử P có 5 electron ở lớp ngoài cùng => Góp chung 3 electron độc thân để hình thành 3 liên kết cộng hóa trị
• Nguyên tử Cl có 7 electron ở lớp ngoài cùng => 3 nguyên tử Cl, mỗi nguyên tử góp chung 1 electron độc thân để hình thành 3 liên kết cộng hóa trị với P.

=> Khi đó, quanh P và Cl đều có 8 electron như khí hiếm Argon.

Công thức Lewis của phân tử:

a) Phương trình hóa học:  2B + 3F₂ → 2BF₃

b) Trong phân tử BF₃ có 2 liên kết đơn, 1 liên kết đôi (gồm 1 liên kết σ và 1 liên kết п)

=> Trong phân tử BF₃ có 3 liên kết σ và 1 liên kết п

Kết luận:

• Nhóm halogen có tính phi kim mạnh hơn các nhóm phi kim còn lại trong bảng tuần hoàn.
• Hóa trị phổ biến của các halogen là I.

3. Xu hướng thể hiện tính oxi hóa

a) Phản ứng với hidrogen

• Mức độ phản ứng với hydrogen giảm từ florine đến iodine, phù hợp với xu hướng giảm tính oxi hóa của dãy.
• Phân tử HI có độ bền thấp, dễ bị phân hủy nên phản ứng của H₂+I₂ là phản ứng thuận nghịch.
• Ở Bước 2: Ta thu được khí chlorine
• Ở Bước 4: Ta thu được khí hydrogen

=> Trong xi – lanh là hỗn hợp kí chlorine và hydrogen

• Khi chiếu đèn tử ngoại vào xi – lanh hoặc dùng ngọn lửa hơ nhẹ bên ngoài xi - lanh chứa hỗn hợp khí chlorine và hydrogen sẽ gây ra hiện tượng nổ
• Phương trình hóa học: H₂ + Cl₂ → 2HCl

Nếu thay khí chlorine bằng hơi iodine thì phản ứng giữa hơi iodine và hydrogen không xảy ra hiện tượng như trên.

Giải thích: Phản ứng giữa H₂ và I₂ cần đun nóng để phản ứng diễn ra, là phản ứng thuận nghịch, tạo hỗn hợp gồm HI sinh ra và lượng H₂, I₂ còn lại. Khả năng phản ứng kém nên không có hiện tượng nổ H₂ + I₂ ⇌ 2HI

b) Phản ứng thế halogen

Thí nghiệm 1:

• Khi cho nước chlorine màu vàng rất nhạt vào dung dịch sodium bromide không màu thì tạo ra dung dịch màu vàng nâu của bromine:

Cl₂(aq) + 2NaBr(aq) → 2NaCl(aq) + Br₂(aq)

• Khi nhỏ 2 mL cyclohexane vào ống nghiệm, quan sát thấy màu vàng nâu của bromine nhạt dần do bromine tham gia phản ứng với cyclohexane:

Br₂ + C₆H₁₂ → HBr + C₆H₁₁Br

Thí nghiệm 2:

• Khi cho nước bromine màu vàng vào dung dịch sodium iodine không màu thì tạo ra dung dịch màu vàng:

Br₂(aq) + 2NaI(aq) → 2NaBr(aq) + I₂(aq)

• Khi cho thêm 2 mL cyclohexane thấy màu dung dịch nhạt dần do bromine tham gia phản ứng với cyclohexane:

    Br₂ + C₆H₁₂ → HBr + C₆H₁₁Br

• Khi thêm tiếp vài giọt hồ tinh bột thì thấy dung dịch từ màu vàng chuyển sang màu xanh tím do iodine tác dụng với hồ tinh bột.

c) Phản ứng với nước, với dung dịch sodium hydroxide

Ngoại trừ fluorine, các halogen còn lại khi phản ứng với nước hoặc dung dịch NaOH thể hiện cả tính oxi hóa và tính khử.

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

Hiện tượng: Xuất hiện khí màu vàng và giấy màu ẩm bị nhạt màu dần rồi mất màu

Giải thích:

• Khi nhỏ HCl đặc vào tinh thể KMnO₄, sản phẩm tạo thành có khí chlorine:

2KMnO₄ + 16HCl → 2MnCl₂ + 2KCl + 5Cl₂ + 8H₂O

• Khí chlorine tác dụng với nước ở giấy màu ẩm tạo thành hỗn hợp có tính tẩy màu: HCl và HClO

Cl₂(aq) + H₂O(l) ⇌ HCl(aq) + HClO(aq)

=> Dung dịch này còn được gọi là dung dịch nước chlorine, có tính tẩy màu, sát khuẩn.

• Nước chlorine thành phần HCl, HClO, Cl_2, H₂O. Ứng dụng: xử lí vi khuẩn nguồn cấp nước, xử lý môi trường
• Nước javen: NaCl, NaClO, H₂O. Ứng dụng: sát khuẩn, tẩy trắng quần áo.