Đáp án Hóa học 10 cánh diều Bài 17. NGUYÊN TỐ VÀ ĐƠN CHẤT HALOGEN

BÀI 17: NGUYÊN TỐ VÀ ĐƠN CHẤT HALOGEN

II. ĐƠN CHẤT HALOGEN

Câu hỏi luyện tập 1: Dựa vào xu hướng biến đổi tính chất của các đơn chất halogen trong bảng 17.3, hãy dự đoán về thể (trạng thái) của đơn chất astatine ở điều kiện thường. Giải thích.

Trong điều kiện thường halogen nào ở thể rắn? Vì sao?

Trả lời:

• Astatine ở trạng thái rắn. Theo quy luật thì thể ở điều kiện thường biến đổi từ khí đến lỏng đến rắn phù hợp với xu hướng tăng khối lượng phân tử và sự tương tác giữa các phân tử.
• Trong điều kiện thường halogen ở thể rắn là: iodine và astatine. Do theo quy luật của nhóm halogen.

Câu hỏi luyện tập 2: Trong điều kiện thường, halogen nào ở thể rắn? Vì sao?

Trả lời:

Dựa theo xu hướng tăng khối lượng phân tử và sự tương tác giữa các phân tử.

Khi phân tử X2 có kích thước càng lớn và càng nhiều electron thì tương tác van der Waals giữa các phân tử càng mạnh. Do đó, trong các halogen, tương tác tăng từ fluorine đến iodide.

Ở điều kiện thường bắt đầu từ iodide (I) tồn tại ở thể rắn, các nguyên tố có khối lượng phân tử lớn hơn iodide (I) là astatine At, tennessine (Ts) cũng ở thể rắn

Câu hỏi luyện tập 3: Calcium và flurine kết hợp thành phân tử calcium fluride, CaF₂ . Trong đó, nguyên tử nào đã nhường và nhường bao nhiêu electron? Nguyên tử nào đã nhận và nhận bao nhiêu electron?

Trả lời:

• Nguyên tử nhường electron là: Ca và nhường 2 electron.
• Nguyên tử nhận electron là: F và mỗi F nhận 1 electron.

Câu hỏi luyện tập 4: Để hình thành phân tử phosphorus trichloride (PCl₃ ) thì mỗi nguyên tử chlorine và phosphorus đã góp chung bao nhiêu electron hóa trị? Viết công thức Lewis của phân tử.

Trả lời:

• Mỗi nguyên tử chlorine và phosphorus đã góp chung 1 electron hóa trị.
• Công thức Lewis của phân tử:

Câu hỏi luyện tập 5: Theo độ âm điện, boron trifluoride là hợp chất ion, thực tế nó là hợp chất cộng hóa trị, với công thức Lewis như sau:

1. a) Viết phương trình hóa học tạo chất trên từ các đơn chất.
2. b) Phân tử BF₃có bao nhiêu liên kết  và bao nhiêu liên kết 

Trả lời:

1. a) Phương trình:

2B + 3F₂ → 2BF₃

1. b) Phân tử BF₃ có 3 liên kết π

Câu hỏi: Nhỏ nhanh vài giọt bromine màu nâu đỏ vào ống nghiệm chứa nước, đậy kín, lắc đều.

Trong dung dịch Bromine có những chất nào? Vì sao?

Trả lời:

Trong dung dịch gồm: HBr, HBrO và Br₂ do có phản ứng thuận nghịch với nước.

Câu hỏi vận dụng: Hãy giải thích vì sao các halogen không tồn tại tự do ở trong tự nhiên.

Trả lời:

Do các halogen có tính phi kim và tính oxi hóa mạnh nên sẽ tác dụng với các chất trong tự nhiên tạo phản ứng. (Ví dụ phản ứng với nước).

BÀI TẬP

Câu 1:  Hãy viết phương trình hóa học để chứng minh chlorine có tính oxi hóa mạnh hơn bromine.

Trả lời:

Phản ứng:

• H₂(g) + Cl₂→ 2HCl, phản ứng nổ khi đun nóng.
• H₂(g) + Br₂→ 2HBr, cần đun nóng để phản ứng diễn ra và phản ứng diễn ra chậm.

Câu 2: Khi điện phân dung dịch sodium chloride trong công nghiệp, phản ứng xảy ra theo phương trình hóa học sau:

NaCl(aq) + H₂O(l) → A(aq) + X(g) + Y(g) (*)

Từ phản ứng giữa Y với dung dịch A sẽ sản xuất được hỗn hợp tẩy rửa phổ biến.

Từ phản ứng kết hợp giữa X và Y sẽ tạo được hydrogen chloride.

1. a) Hãy cho biết công thức hóa học của A, X, Y.
2. b) Hoàn thành phương trình hóa học (*).

Trả lời:

1. a) A là NaOH

X là H₂

Y là Cl₂

- Từ phản ứng giữa Y (Cl₂) với dung dịch A (NaOH) sẽ sản xuất được hỗn hợp tẩy rửa phổ biến là nước Javel

Cl₂(aq) + 2NaOH(aq) → NaCl(aq) + NaClO(aq) + H₂O(l)

- Từ phản ứng kết hợp giữa X (H₂) và Y (Cl₂) sẽ tạo được hydrogen chloride (HCl).

H₂(g) + Cl₂(g) → 2HCl(g)

1. b) 2NaCl(aq) + 2H₂O(l) → 2NaOH(aq) + H₂(g) + Cl₂(g) (*)

Câu 3: Astatine là nguyên tố phóng xạ, được xếp dưới nguyên tố iodine trong nhóm VIIA. Thực tế, các nhà khoa học chỉ thu được đồng vị bền của astatine từ quá trình nghiên cứu về phóng xạ. Đồng vị này chỉ tồn tại khoảng 8 giờ.

Dựa vào xu hướng biến đổi một số tính chất của nhóm halogen, hãy dự đoán:

1. a) Tính oxi hóa của nguyên tử astatine mạnh hơn hay yếu hơn so với nguyên tử iodine?
2. b) Đơn chất astatine có màu đậm hơn hay nhạt hơn so với đơn chất iodine?

Trả lời:

1. a) Trong nhóm halogen (VII) theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân nguyên tử, tính oxi hóa giảm dần (từ fluorine đến iodine). Ta có thể dự đoán tính oxi hóa của nguyên tử astatine yếu hơn so với nguyên tử iodine.
2. b) Màu sắc của các đơn chất halogen từ fluorine (màu lục nhạt) đến iodine (màu tím đen) biến đổi theo xu hướng đậm dần.

Ta có thể dự đoán đơn chất astatine có màu đậm hơn so với đơn chất iodine.

Câu 4: Tra cứu các giá trị năng lượng liên kết ở phụ lục 2.

1. a) Hãy tính biến thiên enthalpy chuẩncủa hai phản ứng dưới đây:

F₂(g) + H₂(g) → 2HF(g)

O₂(g) + 2H₂(g) → 2H₂O(g)

1. b) Dựa vào biến thiên enthalpy chuẩn, cho biết phản ứng nào thuận lợi hơn về mặt năng lượng.

Trả lời:

1. a) F₂(g) + H₂(g) → 2HF(g)

  = E_H-H + E_F-F – 2 × F_H-F

  = 436 + 159 – 2 × 565 = -535 kJ

O₂(g) + 2H₂(g) → 2H₂O(g)

  = 2 × E_b(H₂) + E_b(O₂) – 2 × E_b(H₂O)

  = 2 × E_H-H + E_b(O₂) – 2 × 2 × E_O-H

  = 2 × 436 + 498 – 2 × 2 × 464 = -486 kJ

1. b) của phản ứng F₂(g) và H₂(g) âm hơn

⇒ Phản ứng oxi hóa - khử giữa F₂(g) và H₂(g) thuận lợi hơn.

Câu 5: Một trong những ứng dụng của chlorine trong đời sống là khử trùng nước sinh hoạt tại các nhà máy xử lí và cấp nước. Trong quá trình khử trùng, người ta phải cho một lượng chlorine dư vào nước sinh hoạt. Lượng chlorine dư còn có tác dụng ngăn ngừa nước bị tái nhiễm vi khuẩn trong quá trình vận chuyển và lưu trữ.

Theo quy chuẩn kĩ thuật quốc gia (QCVN 01 – 1 : 2018/BYT), hàm lượng chlorine tự do đối với nước sạch sử dụng cho mục đích sinh hoạt từ 0,2 – 1,0 mg L^-1. Nếu hàm lượng chlorine nhỏ hơn 0,2 mg L^-1 thì không tiêu diệt được hết vi khuẩn và không xử lí được hết chất hữu cơ. Ngược lại, lượng chlorine trong nước lớn hơn 1,0 mg L^-1 sẽ gây dị ứng.

Carbon trong than hoạt tính sẽ tương tác trực tiếp với chlorine, giúp loại bỏ chlorine và các hợp chất chlorine bằng cơ chế hấp thụ bề mặt. Khi chiếu tia cực tím với cường độ cao vào nước cũng làm giảm lượng chlorine. Các nhà máy lọc nước RO (reverse osmosis: thẩm thấu ngược) cũng có thể giúp loại bỏ lượng chlorine trong nước một cách hiệu quả.

Hãy trả lời các câu hỏi sau đây:

1. a) Dấu hiệu nào cho thấy chlorine có trong nước sinh hoạt?
2. b) Vì sao người ta cần cho chlorine đến dư vào nước sinh hoạt?
3. c) Có thể loại bỏ khí chlorine dư trong nước sinh hoạt bằng những cách nào?

Trả lời:

1. a) Chlorine có màu vàng lục, có mùi sốc. Mở vòi nước sinh hoạt thấy có mùi xốc của khí chlorine chứng tỏ trong nước sinh hoạt có chứa chlorine.
2. b) Người ta cần cho chlorine đến dư vào nước sinh hoạt vì:

Lượng chlorine dư còn có tác dụng ngăn ngừa nước bị tái nhiễm vi khuẩn trong quá trình vận chuyển và lưu trữ.

1. c) Phương pháp để loại bỏ khí chlorine dư trong nước sinh hoạt là:

- Sử dụng than hoạt tính. Carbon trong than hoạt tính sẽ tương tác trực tiếp với chlorine, giúp loại bỏ chlorine và các hợp chất chlorine bằng cơ chế hấp thụ bề mặt.

- Sử dụng máy lọc nước RO (reverse osmosis: thẩm thấu ngược).

BÀI 17: NGUYÊN TỐ VÀ ĐƠN CHẤT HALOGEN

II. ĐƠN CHẤT HALOGEN

Câu hỏi luyện tập 1: Dựa vào xu hướng biến đổi tính chất của các đơn chất halogen trong bảng 17.3, hãy dự đoán về thể (trạng thái) của đơn chất astatine ở điều kiện thường. Giải thích.

Trong điều kiện thường halogen nào ở thể rắn? Vì sao?

Trả lời:

• Astatine ở trạng thái rắn. Theo quy luật thì thể ở điều kiện thường biến đổi từ khí đến lỏng đến rắn phù hợp với xu hướng tăng khối lượng phân tử và sự tương tác giữa các phân tử.
• Trong điều kiện thường halogen ở thể rắn là: iodine và astatine. Do theo quy luật của nhóm halogen.

Câu hỏi luyện tập 2: Trong điều kiện thường, halogen nào ở thể rắn? Vì sao?

Trả lời:

Dựa theo xu hướng tăng khối lượng phân tử và sự tương tác giữa các phân tử.

Khi phân tử X2 có kích thước càng lớn và càng nhiều electron thì tương tác van der Waals giữa các phân tử càng mạnh. Do đó, trong các halogen, tương tác tăng từ fluorine đến iodide.

Ở điều kiện thường bắt đầu từ iodide (I) tồn tại ở thể rắn, các nguyên tố có khối lượng phân tử lớn hơn iodide (I) là astatine At, tennessine (Ts) cũng ở thể rắn

Câu hỏi luyện tập 3: Calcium và flurine kết hợp thành phân tử calcium fluride, CaF₂ . Trong đó, nguyên tử nào đã nhường và nhường bao nhiêu electron? Nguyên tử nào đã nhận và nhận bao nhiêu electron?

Trả lời:

• Nguyên tử nhường electron là: Ca và nhường 2 electron.
• Nguyên tử nhận electron là: F và mỗi F nhận 1 electron.

Câu hỏi luyện tập 4: Để hình thành phân tử phosphorus trichloride (PCl₃ ) thì mỗi nguyên tử chlorine và phosphorus đã góp chung bao nhiêu electron hóa trị? Viết công thức Lewis của phân tử.

Trả lời:

• Mỗi nguyên tử chlorine và phosphorus đã góp chung 1 electron hóa trị.
• Công thức Lewis của phân tử:

Câu hỏi luyện tập 5: Theo độ âm điện, boron trifluoride là hợp chất ion, thực tế nó là hợp chất cộng hóa trị, với công thức Lewis như sau:

1. a) Viết phương trình hóa học tạo chất trên từ các đơn chất.
2. b) Phân tử BF₃có bao nhiêu liên kết  và bao nhiêu liên kết 

Trả lời:

1. a) Phương trình:

2B + 3F₂ → 2BF₃

1. b) Phân tử BF₃ có 3 liên kết π

Câu hỏi: Nhỏ nhanh vài giọt bromine màu nâu đỏ vào ống nghiệm chứa nước, đậy kín, lắc đều.

Trong dung dịch Bromine có những chất nào? Vì sao?

Trả lời:

Trong dung dịch gồm: HBr, HBrO và Br₂ do có phản ứng thuận nghịch với nước.

Câu hỏi vận dụng: Hãy giải thích vì sao các halogen không tồn tại tự do ở trong tự nhiên.

Trả lời:

Do các halogen có tính phi kim và tính oxi hóa mạnh nên sẽ tác dụng với các chất trong tự nhiên tạo phản ứng. (Ví dụ phản ứng với nước).

BÀI TẬP

Câu 1:  Hãy viết phương trình hóa học để chứng minh chlorine có tính oxi hóa mạnh hơn bromine.

Trả lời:

Phản ứng:

• H₂(g) + Cl₂→ 2HCl, phản ứng nổ khi đun nóng.
• H₂(g) + Br₂→ 2HBr, cần đun nóng để phản ứng diễn ra và phản ứng diễn ra chậm.

Câu 2: Khi điện phân dung dịch sodium chloride trong công nghiệp, phản ứng xảy ra theo phương trình hóa học sau:

NaCl(aq) + H₂O(l) → A(aq) + X(g) + Y(g) (*)

Từ phản ứng giữa Y với dung dịch A sẽ sản xuất được hỗn hợp tẩy rửa phổ biến.

Từ phản ứng kết hợp giữa X và Y sẽ tạo được hydrogen chloride.

1. a) Hãy cho biết công thức hóa học của A, X, Y.
2. b) Hoàn thành phương trình hóa học (*).

Trả lời:

1. a) A là NaOH

X là H₂

Y là Cl₂

- Từ phản ứng giữa Y (Cl₂) với dung dịch A (NaOH) sẽ sản xuất được hỗn hợp tẩy rửa phổ biến là nước Javel

Cl₂(aq) + 2NaOH(aq) → NaCl(aq) + NaClO(aq) + H₂O(l)

- Từ phản ứng kết hợp giữa X (H₂) và Y (Cl₂) sẽ tạo được hydrogen chloride (HCl).

H₂(g) + Cl₂(g) → 2HCl(g)

1. b) 2NaCl(aq) + 2H₂O(l) → 2NaOH(aq) + H₂(g) + Cl₂(g) (*)

Câu 3: Astatine là nguyên tố phóng xạ, được xếp dưới nguyên tố iodine trong nhóm VIIA. Thực tế, các nhà khoa học chỉ thu được đồng vị bền của astatine từ quá trình nghiên cứu về phóng xạ. Đồng vị này chỉ tồn tại khoảng 8 giờ.

Dựa vào xu hướng biến đổi một số tính chất của nhóm halogen, hãy dự đoán:

1. a) Tính oxi hóa của nguyên tử astatine mạnh hơn hay yếu hơn so với nguyên tử iodine?
2. b) Đơn chất astatine có màu đậm hơn hay nhạt hơn so với đơn chất iodine?

Trả lời:

1. a) Trong nhóm halogen (VII) theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân nguyên tử, tính oxi hóa giảm dần (từ fluorine đến iodine). Ta có thể dự đoán tính oxi hóa của nguyên tử astatine yếu hơn so với nguyên tử iodine.
2. b) Màu sắc của các đơn chất halogen từ fluorine (màu lục nhạt) đến iodine (màu tím đen) biến đổi theo xu hướng đậm dần.

Ta có thể dự đoán đơn chất astatine có màu đậm hơn so với đơn chất iodine.

Câu 4: Tra cứu các giá trị năng lượng liên kết ở phụ lục 2.

1. a) Hãy tính biến thiên enthalpy chuẩncủa hai phản ứng dưới đây:

F₂(g) + H₂(g) → 2HF(g)

O₂(g) + 2H₂(g) → 2H₂O(g)

1. b) Dựa vào biến thiên enthalpy chuẩn, cho biết phản ứng nào thuận lợi hơn về mặt năng lượng.

Trả lời:

1. a) F₂(g) + H₂(g) → 2HF(g)

  = E_H-H + E_F-F – 2 × F_H-F

  = 436 + 159 – 2 × 565 = -535 kJ

O₂(g) + 2H₂(g) → 2H₂O(g)

  = 2 × E_b(H₂) + E_b(O₂) – 2 × E_b(H₂O)

  = 2 × E_H-H + E_b(O₂) – 2 × 2 × E_O-H

  = 2 × 436 + 498 – 2 × 2 × 464 = -486 kJ

1. b) của phản ứng F₂(g) và H₂(g) âm hơn

⇒ Phản ứng oxi hóa - khử giữa F₂(g) và H₂(g) thuận lợi hơn.

Câu 5: Một trong những ứng dụng của chlorine trong đời sống là khử trùng nước sinh hoạt tại các nhà máy xử lí và cấp nước. Trong quá trình khử trùng, người ta phải cho một lượng chlorine dư vào nước sinh hoạt. Lượng chlorine dư còn có tác dụng ngăn ngừa nước bị tái nhiễm vi khuẩn trong quá trình vận chuyển và lưu trữ.

Theo quy chuẩn kĩ thuật quốc gia (QCVN 01 – 1 : 2018/BYT), hàm lượng chlorine tự do đối với nước sạch sử dụng cho mục đích sinh hoạt từ 0,2 – 1,0 mg L^-1. Nếu hàm lượng chlorine nhỏ hơn 0,2 mg L^-1 thì không tiêu diệt được hết vi khuẩn và không xử lí được hết chất hữu cơ. Ngược lại, lượng chlorine trong nước lớn hơn 1,0 mg L^-1 sẽ gây dị ứng.

Carbon trong than hoạt tính sẽ tương tác trực tiếp với chlorine, giúp loại bỏ chlorine và các hợp chất chlorine bằng cơ chế hấp thụ bề mặt. Khi chiếu tia cực tím với cường độ cao vào nước cũng làm giảm lượng chlorine. Các nhà máy lọc nước RO (reverse osmosis: thẩm thấu ngược) cũng có thể giúp loại bỏ lượng chlorine trong nước một cách hiệu quả.

Hãy trả lời các câu hỏi sau đây:

1. a) Dấu hiệu nào cho thấy chlorine có trong nước sinh hoạt?
2. b) Vì sao người ta cần cho chlorine đến dư vào nước sinh hoạt?
3. c) Có thể loại bỏ khí chlorine dư trong nước sinh hoạt bằng những cách nào?

Trả lời:

1. a) Chlorine có màu vàng lục, có mùi sốc. Mở vòi nước sinh hoạt thấy có mùi xốc của khí chlorine chứng tỏ trong nước sinh hoạt có chứa chlorine.
2. b) Người ta cần cho chlorine đến dư vào nước sinh hoạt vì:

Lượng chlorine dư còn có tác dụng ngăn ngừa nước bị tái nhiễm vi khuẩn trong quá trình vận chuyển và lưu trữ.

1. c) Phương pháp để loại bỏ khí chlorine dư trong nước sinh hoạt là:

- Sử dụng than hoạt tính. Carbon trong than hoạt tính sẽ tương tác trực tiếp với chlorine, giúp loại bỏ chlorine và các hợp chất chlorine bằng cơ chế hấp thụ bề mặt.

- Sử dụng máy lọc nước RO (reverse osmosis: thẩm thấu ngược).