BÀI 17: TÍNH CHẤT VẬT LÍ BÀ HOÁ HỌC CÁC ĐƠN CHẤT NHÓM VIIA

MỞ ĐẦU

Trong đèn halogen, bao quanh dây tóc làm bằng wolfram là các khí hiếm như krypton, xenon và một lượng nhỏ halogen như bromine hoặc iodine, giúp tăng tuổi thọ và duy trì độ trong suốt của vỏ bóng đèn. Đèn halogen được sử dụng trong các máy sưởi, lò nước, bếp halogen hồng ngoại,… do đặc điểm toả nhiểu nhiệt.

Nhu cầu về nước sạch là thiết yếu và cấp bách của con người, nước sạch được dùng cho sinh hoạt, ăn uống và sản xuất. Cách xử lí nước phổ biến hiện nay là sử dụng nước chlorine hoặc các chất có chứa chlorine để khử trùng nước. 

Nhóm halogen gồm những nguyên tố nào? Halogen có những tính chất và ứng dụng trong lĩnh vực nào?

Giải nhanh:

- Gồm những nguyên tố thuộc nhóm VIIA trong bảng tuần hoàn.

- TCVL: ít tan trong nước, tan nhiều trong dung môi hữu cơ không phân cực 

+ Ở 20^oC: fluorine và chlorine ở thể khí, bromine ở thể lỏng, iodine ở thể rắn.

+ Fluorine màu lục nhạt, chlorine màu vàng lục, bromine màu nâu đỏ, iodine màu đen tím.

+ Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tăng dần từ fluorine đến chlorine.

- TCHH: Tính oxi hóa mạnh, giảm dần từ fluorine đến iodine.

- Ứng dụng: trong đời sống và sản xuất

1. VỊ TRÍ CỦA NHÓM HALOGEN TRONG BẢNG TUẦN HOÀN

Thảo luận 1: Quan sát hình 17.1 cho biết vị trí nhóm halogen trong bảng tuần hoàn

Giải nhanh:

Thuộc nhóm VIIA và ở trước khí hiếm.

2. TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN CỦA CÁC HALOGEN

Thảo luận 2: Hãy kể tên một số chất chứa nguyên tố halogen

Giải nhanh:

Muối ăn, kem đánh răng, nước tẩy rửa, đèn halogen…

Thảo luận 3: Từ các thông tin và quan sát hình 17.2 nhận xét dạng tồn tại của các nguyên tố halogen trong tự nhiên

Giải nhanh:

Chúng chỉ tồn tại dạng hợp chất, chủ yếu là muối của ion halide.

Luyện tập: Khoảng 71 % bề mặt Trái đất được bao phủ bởi biển và đại dương, phần còn lại là các lục địa và đảo. Theo em hàm lượng nguyên tố halogen nào nhiều nhất trong tự nhiên

Giải nhanh:

Hàm lượng ion Cl^- nhiều nhất.

3. CẤU HÌNH ELECTRON LỚP NGOÀI CÙNG CỦA NGUYÊN TỬ CÁC NGUYÊN TỐ HALOGEN. ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO PHÂN TỬ HALOGEN

Thảo luận 4: Viết cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tử các nguyên tố halogen

Giải nhanh:

Fluorine (Z = 9): [He]2s²2p⁵; Chlorine (Z = 17): [Ne]3s²3p⁵; Bromine (Z = 35): [Ar]3d¹⁰4s²4p⁵; Iodine (Z = 53): [Kr]4d¹⁰5s²5p⁵.

Thảo luận 5: Từ đặc điểm cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tử, nhận xét xu hướng hình thành liên kết trong phân tử halogne

Giải nhanh:

Chúng có 7 electron ngoài cùng nên có xu hướng góp chung 1 electron để hình thành liên kết cộng hoá trị không phân cực. Tổng quát X – X.

4. TÍNH CHẤT VẬT LÍ CỦA CÁC HALOGEN

Thảo luận 6: Dựa vào bảng 17.1, nhận xét sự biến đổi về màu sắc, thể các chất ở điều kiện thường, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của các đơn chất Halogen

Giải nhanh:

- Ở 20 ^oC: fluorine, chlorine là thể khí, bromine thể lỏng, iodine thể rắn.

- Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi tăng dần từ fluorine đến iodine.

Thảo luận 7: Giải thích sự biến đổi nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi từ fluorine đến iodine

Giải nhanh:

Từ fluorine đến iodine, bán kính nguyên tử và khối lượng phân tử tăng làm tăng tương tác giữa các phân tử.

Luyện tập: Ở điều kiện thường, hãy dự đoán astatine tồn tại ở thể khí, thể lỏng hay thể rắn? Giải thích.

Giải nhanh:

Thể rắn vì theo chiều tăng dần bán kính nguyên tử và khối lượng phân từ làm tăng tương tác giữa các phân tử nên chúng biển đổi từ thể khí sang thể lỏng và thể rắn.

5. TÍNH CHẤT HOÁ HỌC CỦA CÁC HALOGEN

Thảo luận 8: Từ cấu tạo phân tử halogen và đặc điểm cấu hình eletron lớp ngoài cùng của nguyên tử, nhận xét xu hướng hình thành liên kết của nguyên tử halogen trong các phản ứng hóa học

Giải nhanh:

Chúng có xu hướng ghép cặp electron với nguyên tử phi kim hoặc nhận thêm 1 electron từ nguyên tử kim loại.

Thảo luận 9: Trong phản ứng với kim loại nhận xét sự biển đổi số oxi hóa của nguyên tử các nguyên tố halogen và viết các quá trình khử xảy ra

Giải nhanh:

Số oxi hoá của halogen giảm từ 0 xuống -1.

Tổng quát: X₂ + 2e → 2X^-

Thảo luận 10: Dựa vào điều kiện phản ứng với hydrogen và giá trị năng lượng liên kết của phân tử H-X, giải thích khả năng phản ứng của các halogen với hydrogen.

Giải nhanh:

- Từ F₂ đến I₂, khả năng phản ứng với H₂ giảm dần. 

- Các hydrogen halide có năng lượng liên kết giảm dần từ HF đến HI, khi năng lượng liên kết càng lớn, độ bền liên kết càng tăng, phân tử càng dễ được tạo.

Thảo luận 11: Trong phản ứng với dung dịch kiềm, nhận xét sự biến đổi số oxi hóa của chlorine và cho biết phản ứng này thuộc loại phản ứng gì?

Giải nhanh:

Số oxi hoá vừa giảm vừa tăng. Phản ứng thuộc loại phản ứng tự oxi hoá – khử.

Thảo luận 12: Tiến hành thí nghiệm 1, quan sát và ghi nhận hiện tượng.

Giải nhanh:

- Ống 1: dung dịch sau cùng có màu vàng.

- Ống 2: dung dịch sau cùng màu đen tím

Thảo luận 13: Dựa vào phương trình hóa học của các phản ứng, giải thích kết quả thí nghiệm 1.

Giải nhanh:

- Ống 1: vì chlorine có tính oxi hoá mạnh hơn. 

PTHH: Cl₂ + 2NaBr → 2NaCl + Br₂

- Ống 2: bromine có tính oxi hoá mạnh hơn iodine và I₂ tan trong dung dịch NaI. I₂ gặp hồ tinh bột tạo dung dịch đen tím.

PTHH: Br₂ + 2NaI → 2NaBr + I₂

Thảo luận 14: Tiến hành thí nghiệm 2, quan sát và ghi nhận hiện tượng

Giải nhanh:

Thấy ống sủi bọt khí màu vàng, khí thoát ra làm giấy màu ẩm bị mất màu.

Thảo luận 15: Dựa vào phương trình hoá học của các phản ứng, giải thích kết quả thí nghiệm 2.

Giải nhanh:

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

Cl₂ + H₂O ⇌ HCl + HClO

HClO → HCl + O (vì HClO không bền)

Luyện tập: Viết phương trình hóa học của các phản ứng sau:

Cu + Cl₂ → (1)

Al + Br₂ → (2)

Ca(OH)₂ + Cl₂ → (3) 

KOH + Br₂  >70 °C→  (4)

Cl₂ + KBr → (5)

Br₂ + NaI → (6)

Giải nhanh:

Cu + Cl₂ → CuCl₂ (1)

2Al + 3Br₂ → 2AlBr₃ (2)

2Ca(OH)₂ + 2Cl₂ → CaCl₂ + Ca(ClO)₂ + 2H₂O (3) 

6KOH + 3Br₂  >70 °C→  5KBr + KbrO₃ + 3H₂O (4)

Cl₂ + 2KBr → 2KCl + Br₂ (5)

Br₂ + 2NaI → 2NaBr + I₂ (6)

Vận dụng: Tính tẩy màu của khí chlorine ẩm được ứng dụng vào lĩnh vực nào trong đời sống?

Giải nhanh:

Điều chế chất tẩy màu trong công nghiệp, sản xuất bột giấy, dệt, da, bột giặt, nước Javel…

6. ỨNG DỤNG CỦA CÁC HALOGEN

Thảo luận 16: Nhận xét vai trò của Halogen trong đời sống sản xuất và y tế

Giải nhanh:

Chúng được sử dụng rộng rãi trong đời sống, sản xuất và y tế.

Thảo luận 17: Tìm hiểu thêm những ứng dụng khác của halogen trong thực tế

Giải nhanh:

- Trong điện tử và vật liệu: chất chống cháy làm vật liệu điện tử, vỏ sản phẩm, chất dẻo…

- Y học: dược phẩm, thuốc chống suy nhược, thuốc chống viêm khớp…

Vận dụng: Tại sao có thể sử dụng nước Javel để tẩy những vết mực trên áo trắng nhưng lại không nên sử dụng trên vải quần áo có màu?

Giải nhanh:

Vì nước Javel có khả năng tẩy màu trên quần áo.

BÀI TẬP

Bài 1: Hoàn thành các phương trình minh họa tính chất hóa học của các nguyên tố halogen:

a) Cl₂ + H₂ → b) F₂ + Cu →  c) I₂ + Na → 

d) Cl₂ + Fe → e) Br₂ + Ca(OH)₂ → f) Cl₂ + KOH  100 °C→ 

g) Br₂ + KI →

Giải nhanh:

a) Cl₂ + H₂ → 2HCl 

b) F₂ + Cu →  CuF₂ 

c) I₂ + 2Na → 2NaI 

d) 3Cl₂ + 2Fe → 2FeCl₃

e) 2Br₂ + Ca(OH)₂ → CaBr₂ + Ca(BrO)₂ + 2H₂O

f) 3Cl₂ + 6KOH  100 °C→  5KCl + KClO₃ + 3H₂O

g) Br₂ + 2KI → 2KBr + I₂

Bài 2: Giải thích vì sao các nguyên tố halogen không tồn tại ở dạng đơn chất trong tự nhiên

Giải nhanh:

Vì chúng có 7 electron lớp ngoài cùng nên dễ nhận 1 electron để đạt cấu hình bền vững của khí hiếm nên có tính oxi hoá mạnh và nó oxi hoá hầu hết các chất.

Bài 3: Chloramine B (C ₆H₅ClNNaO ₂S) là chất thường được sử dụng để sát khuẩn trên các bề mặt, vật dụng hoặc dùng để khử trùng, sát khuẩn, xử lí nước sinh hoạt. Ở nồng độ cao, chloramine B có tác dụng diệt nấm mốc, vi khuẩn, virus gây bệnh cho người. Chloramine B có dạng viên nén (mỗi viên có khối lượng 0,3-2,0 gam) và dạng bột.

Chloramine B 25% (250 mg chlorine hoạt tính trong một viên nén như hình bên) được dùng phổ biến vi tiệnd ụng khi pha chế và bảo quản.

a. Nồng độ chloramine B khi hòa tan vào nước đạt 0,0001 % có tác dụng sát khuẩn dùng trong xử lí nước sinh hoạt. Cần dùng bao nhiêu viên nén chloramine B 25% (loại viên 1 gam) để xứ lí bình chứa 200 lít nước?

b. Chloramine B nồng độ 2% dùng để phun xịt trên các bề mặt vật dụng nhằm sắt khuẩn, virus gây bệnh. Để pha chế dung dịch này, sử dụng chloramine B 25% dạng bột vậy càn bao nhiêu gam bột chloramine B 25% với 1 lít nước để được dung dịch sát khuẩn 2%?

Giải nhanh:

a) Gọi a là số viên cần tìm.

m_nước = 200000 g

C% = 0,25a0,25a+200000×100=10-3=>a=8 viên

b) Gọi b là khối lượng cần tìm.

m_nước = 1000g

C% = 0,25b0,25b+1000×100=2=>b=81,63 g