Bài 21. Nhóm halogen trang 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110, 111 Hóa 10 Kết nối tri thức

CH tr 104 MĐ

Trong tự nhiên, một số phi kim như carbon, nitrogen, oxygen tồn tại ở cả dạng đơn chất và hợp chất, còn các halogen đều chỉ tồn tại ở dạng hợp chất. Vì sao có sự khác biệt này?

Phương pháp giải:

Do nguyên tử của các nguyên tố này hoạt động hóa học rất mạnh

Lời giải chi tiết:

- Các nguyên tố halogen chỉ tồn tại ở dạng hợp chất trong tự nhiên do nguyên tử của các nguyên tố này hoạt động hóa học rất mạnh

- Halogen có ái lực electron lớn. Nguyên tử halogen X với 7 electron lớp ngoài cùng

=> Dễ dàng nhận thêm 1 electron để tạo thành ion âm X^- có cấu hình electron của khí hiếm

=> Các halogen mau chóng tạo liên kết với các nguyên tử nguyên tố khác

CH tr 105 CH

1. Kể tên một số hợp chất phổ biến của halogen trong tự nhiên

Phương pháp giải:

Trong tự nhiên, halogen thường tồn tại ở dạng muối

Lời giải chi tiết:

- Clo: NaCl có trong nước biển và đại dương, KCl có trong khoáng vật như KCl.MgCl₂.6H₂O và NaCl.KCl

- Flo: Phần lớn có trong 2 loại khoáng vật là florit (CaF₂) và criolit (Na₃AlF₆ hay AlF₃.3NaF)

- Brom: KBr, NaBr, MgBr₂

- Iot: tồn tại dưới dạng muối iotua như NaI, KI, trong tuyến giáp iot tồn tại dưới dạng hợp chất hữu cơ như tetraiodothyronine hoặc triiodothyronine

CH tr 105 HĐ

1. Tra cứu số liệu Bảng 6.1, Bảng 6.2 và Hình 6.2 để hoàn thành bảng mô tả một số đặc điểm cấu tạo của các nguyên tử halogen theo mẫu sau:

Nguyên tử	Lớp electron ngoài cùng	Bán kính nguyên tử	Độ âm điện
Fluorine	?	?	?
Chlorine	?	?	?
Bromine	?	?	?
Iodine	?	?	?

Từ bảng số liệu thu được, hãy:

a) Giải thích tại sao nguyên tử halogen có xu hướng nhận 1 electron từ nguyên tử kim loại, hoặc góp chung 1 electron với nguyên tử phi kim, để hình thành liên kết.

b) Nêu và giải thích xu hướng biến đổi bán kính nguyên tử, độ âm điện của các nguyên tử halogen. Từ đó dự đoán xu hướng biến đổi tính oxi hóa từ F đến I

c) Dựa vào cấu hình electron lớp ngoài cùng và độ âm điện, giải thích tại sao nguyên tử fluorine chỉ có số oxi hóa -1 trong các hợp chất?

Phương pháp giải:

a) Có 7 electron ở lớp electron ngoài cùng

b)

- Bán kính nguyên tử được xác định bằng nửa khoảng cách trung bình giữa 2 hạt nhân nguyên tửu gần nhau nhất trong chất rắn đơn chất hoặc trong phân tử 2 nguyên tử giống nhau

- Độ âm điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng hút electron của nguyên tử

- Tính oxi hóa là khả năng nhận thêm electron

c) Fluorine có độ âm điện lớn nhất

Lời giải chi tiết:

Nguyên tử	Lớp electron ngoài cùng	Bán kính nguyên tử	Độ âm điện
Fluorine	2s²2p⁶	73	3,98
Chlorine	3s²3p⁶	103	3,16
Bromine	4s²4p⁶	119	2,96
Iodine	5s²5p⁶	142	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 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

CH tr 105 HĐ

2. Tham khảo Bài 12 (Liên kết cộng hóa trị) hãy:

a) Mô tả sự hình thành liên kết trong phân tử halogen bằng công thức electron

b) Liên kết trong phân tử halogen là liên kết cộng hóa trị phân cực hay không phân cực?

c) Dựa vào bán kính nguyên tử (Hình 6.2), hãy dự đoán xu hướng biến đổi độ dài liên kết trong dãy các phân tử halogen

Phương pháp giải:

a) Trong phân tử halogen mỗi nguyên tử halogen sẽ góp 1 electron để tạo thành 1 đôi electron dùng chung

b) Phân tử halogen được hình thành nhờ sự góp chung electron của mỗi nguyên tử halogen

c) Đi từ trên xuống dưới, bán kính nguyên tử tăng dần, độ âm điện giảm dần

=> Độ dài liên kết

Lời giải chi tiết:

a) Khi 2 nguyên tử halogen liên kết với nhau, mỗi nguyên tử sẽ góp 1 electron tạo thành 1 cặp electron dùng chung

b)

- Trong phân tử halogen, liên kết hình thành giữa 2 nguyên tử giống nhau

=> Hiệu độ âm điện = 0, cặp electron dùng chung không bị hút lệch về phía nguyên tử nào

=> Liên kết cộng hóa trị không phân cực

c)

- Độ dài liên kết là khoảng cách giữa 2 hạt nhân của 2 nguyên tử

- Đi từ F đến I, bán kính nguyên tử tăng dần

=> Khoảng cách giữa 2 hạt nhân tăng dần

=> Độ dài liên kết trong dãy các phân tử halogen tăng dần

CH tr 106 HĐ

1. Xác định số oxi hóa của chlorine trong các chất sau: Cl₂, HCl, HClO, HClO₂, HClO₃, HClO₄

Phương pháp giải:

- Trong đơn chất, số oxi hóa của nguyên tử bằng 0

- Trong phân tử các hợp chất, thông thường số oxi hóa của H là +1, của O là -2, các kim loại điển hình có số oxi hóa dương bằng số electron hóa trị

- Trong hợp chất, tổng số oxi hóa của các nguyên tử trong phân tử = 0

- Trong ion đơn nguyên tử, số oxi hóa của nguyên tử bằng điện tích ion, trong ion đa nguyên tử, tổng số oxi hóa của các nguyên tử = điện tích ion

Lời giải chi tiết:

Trong phân tử các hợp chất, thông thường số oxi hóa của H là +1, của O là -2. Gọi số oxi hóa của Cl là x

- Cl₂ (đơn chất): Số oxi hóa của Cl là 0

- HCl: (+1) + x = 0 => x = -1

=> Cl trong HCl có số oxi hóa là -1

- HClO: (+1) + x + (-2) = 0 => x = +1

=> Cl trong HClO có số oxi hóa là +1

- HClO₂: (+1) + x + 2.(-2) = 0 => x = +3

=> Cl trong HCl O₂ có số oxi hóa là +3

- HClO₃: (+1) + x + 3.(-2) = 0 => x = +5

=> Cl trong HClO₃ có số oxi hóa là +5

- HClO₄: (+1) + x + 4.(-2) = 0 => x = +7

=> Cl trong HClO₄ có số oxi hóa là +7

CH tr 106 HĐ

2. Từ các số oxi hóa của chlorine, hãy giải thích tại sao Cl₂ vừa có tính oxi hóa vừa có tính khử?

Phương pháp giải:

- Ở trạng thái đơn chất: Cl có số oxi hóa = 0

- Ở trạng thái hợp chất: Cl có số oxi hóa = -1, +1, +3, +5, +7

Lời giải chi tiết:

- Ở trạng thái đơn chất (Cl₂): Cl có số oxi hóa = 0

- Ở trạng thái hợp chất: Cl có số oxi hóa = -1, +1, +3, +5, +7

=> Cl₂ vừa có khả năng nhận electron (tính oxi hóa)để tạo thành Cl^-1, vừa có khả năng nhường electron (tính khử) để tạo thành Cl⁺¹, Cl⁺³, Cl⁺⁵, Cl⁺⁷

CH tr 107 CH

2. Trong tự nhiên, các nguyên tố halogen tồn tại ở dạng hợp chất. Viết công thức một vài hợp chất của halogen thường được dùng trong thực tế

Phương pháp giải:

Tham khảo trên sách, báo, tivi, internet

Lời giải chi tiết:

- Clo: NaCl có trong nước biển và đại dương, KCl có trong khoáng vật như KCl.MgCl₂.6H₂O và NaCl.KCl

- Flo: Phần lớn có trong 2 loại khoáng vật là florit (CaF₂) và criolit (Na₃AlF₆ hay AlF₃.3NaF)

- Brom: KBr, NaBr, MgBr₂

- Iot: tồn tại dưới dạng muối iotua như NaI, KI, trong tuyến giáp iot tồn tại dưới dạng hợp chất hữu cơ như tetraiodothyronine hoặc triiodothyronine

CH tr 106 CH

3. Nguyên tử halogen có thể nhận 1 electron từ nguyên tử kim loại hoặc góp chung electron với nguyên tử phi kim

Mô tả sự hình thành liên kết trong phân tử NaCl và HCl để minh họa

Phương pháp giải:

- NaCl: liên kết ion

- HCl: Liên kết cộng hóa trị

Lời giải chi tiết:

- Sự hình thành liên kết trong phân tử NaCl: Nguyên tử chlorine đã nhận 1 electron của nguyên tử sodium để tạo thành Na⁺ và Cl^-

- Sự hình thành liên kết trong phân tử HCl: Mỗi nguyên tử góp 1 electron tạo thành 1 cặp electron dùng chung trong phân tử HCl

CH tr 107 CH

4. Từ Bảng 21.2, nhận xét xu hướng biến đổi nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của các halogen và giải thích.

Phương pháp giải:

- Tương tác van der Waals

- Khối lượng phân tử

Lời giải chi tiết:

- Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi tăng từ F₂ đến I₂ do:

+ Tương tác van der Waals giữa các phân tử tăng

+ Khối lượng phân tử tăng

CH tr 108 CH

5. Xác định chất oxi hóa, chất khử trong phản ứng sodium và iron với chlorine, dùng mũi tên chỉ rõ sự nhường electron từ chất khử sang chất oxi hóa

Phương pháp giải:

Chất khử là chất nhường electron, chất oxi hóa là chất nhận electron

Lời giải chi tiết:

$2 N a^{0} + C l_{2}^{0} \overset{t^{o}}{\to} 2 \overset{+ 1}{N a} \overset{- 1}{C l}$

- Na⁰ nhường electron thành Na⁺¹ => Na là chất khử

- Cl⁰ nhận electron thành Cl^-1 => Cl₂ là chất oxi hóa

$2 F e^{0} + 3 C l_{2}^{0} \overset{t^{o}}{\to} 2 \overset{+ 3}{F e} {C l}_{3}^{- 1}$

- Fe⁰ nhường electron thành Fe⁺³ => Fe là chất khử

- Cl⁰ nhận electron thành Cl^-1 => Cl₂ là chất oxi hóa

CH tr 108 HĐ

Xét các phản ứng hóa học: H₂(g) + X₂(g) → 2HX(g) (X là các halogen)

Tra số liệu trong Bảng 12.2 để:

1. Giải thích xu hướng phản ứng của các đơn chất halogen với hydrogen theo khả năng hoạt động của các halogen

2. Dựa vào số liệu năng lượng liên kết H-X, giải thích xu hướng phản ứng giảm dần từ F₂ đến I₂

Phương pháp giải:

1. Tính oxi hóa giảm dần

2. Từ F đến I, năng lượng liên kết của halogen với hydrogen giảm dần

Lời giải chi tiết:

1.

- Từ F₂ đến I₂, tính oxi hóa của các halogen giảm dần

=> Khả năng hoạt động của các đơn chất halogen giảm dần

=> Xu hướng phản ứng với hydrogen giảm dần

2.

- Dựa vào Bảng 12.2 ta nhận thấy: Từ F đến I, năng lượng liên kết của halogen với hydrogen giảm dần

=> Khả năng halogen liên kết với hydrogen giảm dần

=> Xu hướng phản ứng của các đơn chất halogen với hydrogen giảm dần từ F₂ đến I₂

CH tr 109 CH

6. Một nhà máy nước sử dụng 5 mg Cl₂ để khử trùng 1 L nước sinh hoạt. Tính khối lượng Cl₂ nhà máy cần dùng để khử trùng 80 000 m³ nước sinh hoạt

Phương pháp giải:

Bước 1: Đổi 80 000 m³ = 8.10⁷ dm³ = 8.10⁷ L

Bước 2: 5 mg Cl₂ để khử trùng 1 L nước

x mg Cl₂ để khử trùng 8.10⁷ L nước

Lời giải chi tiết:

Đổi 80 000 m³ = 8.10⁷ dm³ = 8.10⁷ L

5 mg Cl₂ để khử trùng 1 L nước

x mg Cl₂ để khử trùng 8.10⁷ L nước

=> x = 5 x 8.10⁷ = 4.10⁸ (mg) = 400 kg

Vậy cần 400 kg Cl₂ để khử trùng 80 000 m³ nước sinh hoạt

CH tr 109 HĐ

Tìm hiểu tính tẩy màu của khí chlorine ẩm

Tiến hành:

Đính một mẩu giấy màu ẩm vào thanh kim loại gắn với nút đậy bình tam giác. Sau đó, đưa mầu giấy vào bình tam giác chứa khí chlorine (Hình 21.6).

Quan sát hiện tượng và trả lời câu hỏi:

1. Nhận xét màu của mẩu giấy trước và sau khi cho vào bình tam giác. Giải thích

2. Xác định vai trò của chlorine trong phản ứng với nước, tại sao nói chlorine tự oxi hóa – tự khử trong phản ứng này?

Phương pháp giải:

1. Mẩu giấy màu bị nhạt dần

2. Cl₂ vừa là chất oxi hóa vừa là chất khử

Lời giải chi tiết:

1.

- Trước khi cho vào bình khí chlorine, mẩu giấy màu vẫn giữ nguyên màu ban đầu

- Sau khi cho vào bình khí chlorine, mẩu giấy màu bị nhạt màu dần

- Giải thích:

+ Khi cho mẩu giấy ẩm vào bình chlorine, Cl₂ đã tác dụng với H₂O tạo thành HCl và HClO

$C l_{2} + H_{2} O ⇄ H C l + H C l O$

+ HClO có tính oxi hóa mạnh nên Cl₂ trong H₂O có khả năng tẩy màu, diệt khuẩn

2.

- Xét số oxi hóa của Cltrong phản ứng:

$C l_{2}^{0} + H_{2} O ⇄ H C l^{- 1} + H \overset{+ 1}{C l} O$

- Nhận xét: Trong phản ứng, Cl₂ vừa là chất oxi hóa vừa là chất khử vì

+ Cl⁰ nhận thêm electron để thành Cl^-1 => Chất oxi hóa

+ Cl⁰ nhường đi electron để thành Cl⁺¹ => Chất khử

=> Trong phản ứng này, chlorine tự oxi hóa – tự khử

CH tr 110 CH

7. Khí Cl₂ phản ứng với dung dịch sodium hydrogen nóng tạo thành sodium chlorine, sodium chlorate và nước

Lập phương trình hóa học của phản ứng trên theo phương pháp thăng bằng electron, chỉ rõ chất oxi hóa, chất khử

Phương pháp giải:

- Phương pháp thăng bằng electron:

Bước 1: Xác định các nguyên tử có sự thay đổi số oxi hóa, từ đó xác định chất oxi hóa, chất khử

Bước 2: Biểu diễn quá trình oxi hóa, quá trình khử

Bước 3: Tìm hệ số thích hợp cho chất khử và chất oxi hóa dựa trên nguyên tắc

Bước 4: Đặt hệ số của chất oxi hóa và chất khử vào sơ đồ phản ứng, từ đó tính ra hệ số của các chất khác có mặt trong phương trình hóa học. Kiểm tra sự cân bằng số nguyên tử các nguyên tố ở 2 vế

Lời giải chi tiết:

- Xác định nguyên tử có sự thay đổi số oxi hóa

$C l_{2}^{0} + N a O H \to N a \overset{- 1}{C l} + N a \overset{+ 1}{C l} O + H_{2} O$

- Đặt hệ số của chất oxi hóa và chất khử vào sơ đồ, tính ra hệ số của các chất khác

Cl₂ + 2NaOH → NaCl + NaClO + H₂O

CH tr 110 HĐ

Phản ứng thế của một số muối halide

Chuẩn bị: 3 ống nghiệm, dung dịch NaBr, dung dịch NaI, nước Cl₂, nước Br₂ loãng.

Tiến hành:

- Lấy khoảng 2 mL dung dịch NaBr vào ống nghiệm (1), 2 mL dung dịch NaI vào mỗi ống nghiệm (2) và (3)

- Thêm vào ống nghiệm (1) và (2) vài giọt nước Cl₂, thêm vào ống (3) vài giọt nước Br₂, lắc đều các ống nghiệm

Lưu ý: Cẩn thận không để nước Cl₂, nước Br₂ giây ra tay, quần áo

Quan sát sự thay đổi màu của dung dịch trong các ống nghiệm và trả lời câu hỏi:

1. Nhận xét sự thay đổi màu của dung dịch trong các ống nghiệm

2. So sánh tính oxi hóa của Cl₂, Br₂, I₂

3. Hãy chọn một thuốc thử để chứng tỏ có sự tạo thành I₂ khi cho nước chlorine (hoặc nước bromine) tác dụng với dung dịch sodium iodine

Phương pháp giải:

1. Quan sát hiện tượng thí nghiệm: màu sắc của dung dịch trước và sau phản ứng

2. Tính oxi hóa của Cl₂ > Br₂ > I₂

3. Sử dụng hồ tinh bột để nhận biết I₂

Lời giải chi tiết:

1.

- Khi cho nước Cl₂ vào dung dịch NaBr: dung dịch chuyển từ không màu thành màu vàng

- Khí cho nước Cl₂ vào dung dịch NaI: dung dịch chuyển từ không màu thành màu vàng nâu

- Khi cho nước Br₂ (màu vàng) vào dung dịch NaI: dung dịch chuyển từ không màu thành màu vàng nâu

2.

- Cl₂ có thể oxi hóa ion Br^- trong dung dịch NaBr thành Br₂: Cl₂ + NaBr → NaCl + Br₂

=> Cl₂ có tính oxi hóa mạnh hơn Br₂

- Cl₂ có thể oxi hóa ion I^- trong dung dịch NaI thành I₂: Cl₂ + NaI → NaCl + I₂

=> Cl₂ có tính oxi hóa mạnh hơn I₂

- Br₂ có thể oxi hóa ion I^- trong dung dịch NaI thành I₂: Br₂ + NaI → NaBr + I₂

=> Br₂ có tính oxi hóa mạnh hơn I₂

=> Tính oxi hóa của Cl₂ > Br₂ > I₂

3.

- Sử dụng thuốc thử là hồ tinh bột để chứng tỏ có sự tạo thành I₂

=> Hiện tượng quan sát được: dung dịch màu vàng chuyển sang màu xanh tím

CH tr 110 CH

8. Viết phương trình hóa học minh họa tính oxi hóa giảm dần trong dãy Cl₂, Br₂, I₂

Phương pháp giải:

- Cl₂ tác dụng với NaBr, NaI

- Br₂ tác dụng với NaI

Lời giải chi tiết:

Cl₂ + NaBr → NaCl + Br₂=> Cl₂ có tính oxi hóa mạnh hơn Br₂

Cl₂ + NaI → NaCl + I₂=> Cl₂ có tính oxi hóa mạnh hơn I₂

Br₂ + NaI → NaBr + I₂ => Br₂ có tính oxi hóa mạnh hơn I₂

=> Tính oxi hóa giảm dần trong dãy Cl₂, Br₂, I₂

CH tr 111 CH

9. Khi sản xuất chlorine trong công nghiệp, NaOH và H₂ được tạo thành ở cực âm, còn Cl₂ được tạo thành từ cực dương. Tại sao cần sử dụng màng ngăn xốp để ngăn cách 2 điện cực?

Phương pháp giải:

Cl₂ tác dụng với NaOH

Lời giải chi tiết:

- Trong công nghiệp người ta điều chế Cl₂ bằng cách điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn

- Mục đích của màng ngăn là để tránh Cl₂ tiếp xúc phản ứng với dung dịch NaOH tạo nước Gia – ven:

Cl₂ + 2NaOH → NaCl + NaClO + H₂O

Lý thuyết

>> Xem chi tiết: Lý thuyết bài 21: Nhóm halogen