Nội dung chính hóa học 10 chân trời sáng tạo Bài 17: Tính chất vật lí và hóa học các đơn chất nhóm VIIA

BÀI 17. TÍNH CHẤT VẬT LÍ VÀ HÓA HỌC CÁC ĐƠN CHẤT NHÓM VII

1. VỊ TRÍ NHÓM HALOGEN TRONG BẢNG TUẦN HOÀN

Câu 1:

- Nhóm halogen là nhóm VIIA trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, bắt đầu là nguyên tố fluorine thuộc chu kì 2, kết thúc là nguyên tố tennessine thuộc chu kì 7.

- Astatine và tennessine là 2 nguyên tố phóng xạ, được nghiên cứu trong nhóm nguyên tố phóng xạ. Nhóm halogen chỉ tìm hiểu đặc điểm, tính chất của 4 nguyên tố F, Cl, Br và I.

2. TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN CỦA CÁC HALOGEN

Câu 2:

Trong thực tiễn, các nguyên tố halogen có mặt trong muối ăn, kem đánh răng, nước tẩy rửa, nước sát trùng, đèn halogen ( bóng đèn, đèn ô tô, xe máy), bếp halogen hồng ngoại,…

Câu 3: Trong tự nhiên, halogen chỉ tồn tại ở trạng thái hợp chất, chủ yếu ở dạng muối ion halide. Phần lớn ion halide có trong nước biển, một số tồn tại trong các loại quặng, ở thể rắn.

Câu luyện tập:

Các ion halide được tìm thấy trong nước biển và đại dương có hàm lượng giảm dần: Cl^-, Br^-, I^- và F^-. Trong đó Cl^- có hàm lượng 55,04%.

=> Kết luận: Trong tự nhiên, halogen chỉ tồn tại ở trạng thái hợp chất. Hợp chất chủ yếu của halogen là muối halide.

3. CẤU HÌNH ELECTRON LỚP NGOÀI CÙNG CỦA NGUYÊN TỬ CÁC NGUYÊN TỐ HALOGEN.

1. Đặc điểm cấu tạo phân tử halogen.

Trả lời câu 4:

- F: (He)2s²2p⁵

- Cl: (Ne)3s²3p⁵

- Br: (Ar)4s²4p⁵

- I: (Kr)5s²5p⁵

Trả lời câu 5:

Nguyên tử halogen có 7 electron lớp ngoài cùng, chưa đạt cấu hình bền vững ( theo quy tắc octet) nên mỗi nguyên tử halogen có xu hướng góp chung 1 electron để hình thành liên kết cộng hóa trị không phân cực trong phân tử X₂. Công thức cấu tạo các halogen: F-F, Cl-Cl, Br-Br, I-I. Tổng quát: X-X

=> Kết luận: Đơn chất halogen tồn tại ở dạng phân tử X₂, liên kết trong phân tử là liên kết cộng hóa trị không phân cực.

4. TÍNH CHẤT VẬT LÍ CỦA CÁC HALOGEN

Trả lời câu 6:

- Thể tập hợp tạp 20 độ C của F và Cl là thể khí, Br là thể lỏng, I là thể khí.

- Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt ssooj sôi tăng dần từ F đến I.

Trả lời câu 7:

Giữa các phân tử halogen hình thành tương tác van der Waals, ảnh hưởng đến sự biến đổi nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của các đơn chất halogen, từ F đến I, bán kính nguyên tử và khối lượng phân tử tăng dần làm tăng tương tác giữa các phân tử, nên nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi tăng.

Luyện tập:

- Theo chiều tăng dần của bánh kính nguyên tử và khối lượng phân tử tăng, làm tăng tương tác van der Waals giữa các phân tử, dẫn đến các nguyên tố thuộc nhóm halogen biến đổi từ thể khí sang thể lỏng và thể rắn. Vậy, theo suy luận này, ở điều kiện thường, astatine tồn tại ở thể rắn.

=> Kết luận:

• Từ Fluorine đến iodine:

- Trạng thái tập hợp của đơn chất ở 20 độ C thay đổi: F và Cl thể khí, Br thể lỏng và I thể rắn.

- Màu sắc đậm dần từ F đến I

- Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tăng dần

Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của đơn chất halogen bị ảnh hưởng bởi tương tác van der Waals giữa các phân tử. Từ F đến I, bán kính nguyên tử và khối lượng phân tử tăng dần làm tăng tương tác giữa các phân tử, nên nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi tăng.

5. TÍNH CHẤT HÓA HỌC CỦA CÁC HALOGEN

Trả lời câu 8:

Halogen có cấu hình electron lớp ngoài cùng là ns²np⁵, nên nguyên tử có xu hướng nhận thêm 1 electron hoặc dùng chung electron với nguyên tử khác để đạt cấu hình electron bền vững của khí hiếm

Sơ đồ: X + 1e → X^-

• Tác dụng với kim loại

Trả lời câu 9:

Trong phản ứng với kim loại, các halogen từ số oxi hóa 0 sẽ nhận thêm 1 electron thành số oxi hóa -1

- Sơ đồ:

F + 1e → F^-

Cl + 1e → Cl^-

Br + 1e → Br^-

I + 1e → I^-

• Tác dụng với hydrogen

Trả lời câu hỏi 10

- Đi từ F đến I

  + Điều kiện phản ứng với hydrogen khó dần

  + Năng lượng liên kết H-X giảm dần => Độ bền H-X giảm dần

=> Khả năng phản ứng của các halogen với hydrogen  giảm dần

• Tác dụng với dung dịch kiềm

Trả lời câu 11:

- Phản ứng thứ nhất:

=> Số oxi hóa của Cl từ 0 thành -1 và +1

=> Phản ứng oxi hóa khử trong đó, Cl₂ vừa là chất oxi hóa vừa là chất khử

- Phản ứng thứ 2:

=> Số oxi hóa của Cl từ 0 thành -1 và +5

=> Phản ứng oxi hóa khử trong đó, Cl₂ vừa là chất oxi hóa vừa là chất khử

• Tác dụng với dung dịch muối halide

Trả lời câu 12:

- Ống nghiệm 1: dung dịch không màu chuyển thành màu vàng nhạt

- Ống nghiệm 2: dung dịch không màu chuyển thành vàng, khi cho hồ tinh bột (không màu) thì dung dịch chuyển màu xanh tím

Trả lời câu 13:

- Giải thích kết quả:

   + Ống nghiệm 1: dung dịch không màu chuyển thành màu vàng nhạt của Br₂

Cl₂ + 2NaBr → 2NaCl + Br₂

   + Ống nghiệm 2: dung dịch không màu chuyển thành vàng của I₂, khi cho hồ tinh bột (không màu) thì dung dịch chuyển màu xanh tím do I₂ làm đổi màu hồ tinh bột

Br₂ + 2NaI → 2NaBr + I₂

• Tính tẩy màu của khí chlorine ẩm

Trả lời câu 14:

Hiện tượng: Giấy màu ẩm bị nhạt màu dần sau đó mất màu

Trả lời câu 15: Sản phẩm tạo thành có khí Cl₂, khí Cl₂ bay lên tác dụng với H₂O (giấy màu ẩm) tạo thành hỗn hợp có tính tẩy màu

Cl₂ + H₂O → HCl + HClO

=> Giấy màu ẩm bị nhạt màu dần sau đó mất màu

Trả lời câu luyện tập:

Cu + Cl₂  →  CuCl₂                   (1)

2Al + 3Br₂  →   2AlBr₃             (2)

2Ca(OH)₂ + 4Cl₂  →  CaCl₂ + Ca(ClO)₂  + 2H₂O        (3)

6KOH + 3Br₂    5KBr + KBrO₃ + 3H₂O        (4)

Cl₂ + 2KBr →  2KCl + Br₂            (5)

Br₂ + 2NaI →  2KBr + I₂               (6)

Trả lời câu vận dụng:

- Tính tẩy màu của khí chlorine ẩm được ứng dụng trong lĩnh vực điều chế chất tẩy màu trong công nghiệp, sản xuất bột giấy, dệt, da, bột giặt, sản xuất bước tẩy vết bẩn,…

=> Kết luận:

• Halogen có 7 electron ở lớp ngoài cùng, nên nguyên tử halogen có xu hướng nhận thêm 1 electron để tạo hợp chất ion hoặc dùng chung electron để tạo hợp chất cộng hóa trị

Tính chất hóa học đặc trưng của halogen là tính oxi hóa mạnh, tính oxi hóa mạnh giảm dần từ Fluorine đến iodine.

6. ỨNG DỤNG CỦA CÁC HALOGEN

Trả lời câu 16:

- Fluorine: dùng làm chảo chống dính, thuốc trừ sâu, chống gián và được cho vào thuốc đánh răng, tạo men răng

- Chlorine: chất tẩy trắng, khử trùng nước, sản xuất 1 số chất hữu cơ

- Bromine: thuốc an thần, thuốc trừ sâu, thuốc nhuộm, mực in, tráng phim ảnh

- Iodine: phòng bướu cổ, thiểu năng trí tuệ; ngoài ra còn dùng để sát trùng và dùng trong dược phẩm, thuốc nhuộm

=> Halogen có vai trò rất quan trọng trong đời sống, sản xuất và y tế

Trả lời câu 17:

- Fluorine được dùng làm chất sinh hàn trong tủ lạnh. Ngoài ra còn dùng trong công nghiệp hạt nhân để làm giàu ²³⁵U

- Hợp chất của bromine được dùng nhiều trong công nghiệp dầu mỏ, hóa chất cho nông nghiệp

Trả lời câu vận dụng:

Nước Javel có tính oxi hóa mạnh, có tính tẩy màu nên có thể tẩy được vết mực trên áo trắng nhưng không nên sử dụng trên vải quần, áo màu vì nước Javel sẽ làm mất màu của quần áo đó