Bài 21: Nhóm halogen | Hóa học 10 | Chương 7: Nguyên tố nhóm halogen - Lớp 10 - Kết Nối Tri Thức Với Cuộc Sống

(Trang 103)

Người dân làm muối từ nước biển

Tên gọi chung của các nguyên tố nhóm VIIA là halogen. Theo tiếng Hy Lạp “hals” là muối và “genes” là sinh ra, halogen nghĩa là sinh ra muối. Sodium chloride (NaCl) là hợp chất quan trọng và phổ biến của chlorine trong tự nhiên, có nhiều trong nước biển và mỏ muối. Biển và đại dương là kho vô tận chứa các muối halide, vừa là môi trường sống của nhiều loài sinh vật, vừa là đối tượng khai thác, chế biến của nhiều ngành nghề.

(Trang 104)

MỤC TIÊU:

– Nêu được trạng thái tự nhiên của các nguyên tố halogen.

– Mô tả được trạng thái, màu sắc, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của các đơn chất halogen.

– Giải thích được sự biến đổi nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của các đơn chất halogen dựa vào tương tác van der Waals.

– Trình bày được xu hướng các halogen nhận thêm 1 electron (từ kim loại) hoặc dùng chung electron (với phi kim) để tạo hợp chất ion hoặc hợp chất cộng hoá trị dựa theo cấu hình electron. Giải thích được xu hướng phản ứng của các đơn chất halogen với hydrogen.

– Viết được phương trình hoá học của phản ứng tự oxi hoá – khử của chlorine.

– Thực hiện được (hoặc quan sát video) một số thí nghiệm chứng minh tính oxi hoá mạnh của các halogen và so sánh tính oxi hoá của các halogen trong nhóm VIIA.

I. TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN

Nhóm VIIA trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học còn gọi là nhóm halogen, gồm sáu nguyên tố: fluorine (F), chlorine (CI), bromine (Br), iodine (I), astatine (At) và tennessine (Ts). Bốn nguyên tố F, Cl, Br và I tồn tại trong tự nhiên, còn At và Ts là các nguyên tố phóng xạ.

Trong tự nhiên, halogen chỉ tồn tại ở dạng hợp chất, phần lớn ở dạng muối halide, phổ biến nhu calcium fluoride, sodium chloride.

Bảng 21.1. Nồng độ các ion halide trong nước biển (*) lon halide Nồng độ (mg/kg) 1 18 980 65 0,06 Trong cơ thể người, nguyên tố chlorine có trong máu và dịch vị dạ dày (ở dạng ion ), nguyên tố iodine có ở tuyến giáp (ở dạng hợp chất hữu cơ).

Hình 21.1. Rong biển chứa nguyên tố iodine

(*) Nguồn: John Wright, Angela Colling (2004). Seawater: Its Composition, Properties and Behaviour. The Open University.

(Trang 105)

II. CẤU TẠO NGUYÊN TỬ, PHÂN TỬ

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:

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 hoá 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 hoá −1 trong các hợp chất?

2. Tham khảo Bài 12 (Liên kết cộng hoá 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 hoá 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.

(Trang 106)

Các nguyên tử halogen có 7 electron ở lớp ngoài cùng, dễ nhận thêm 1 electron để đạt được cấu hình electron bền của khí hiếm gần nhất:

Do vậy, số oxi hoá đặc trưng của các halogen trong hợp chất là −1.

Tuy nhiên, khi liên kết với các nguyên tố có độ âm điện lớn, các halogen có thể có các số oxi hoá dương: +1, +3, +5, +7 (trừ fluorine có độ âm điện lớn nhất, nên fluorine luôn có số oxi hoá bằng −1 trong mọi hợp chất).

(Trang 107)

II. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

Trạng thái tồn tại, màu sắc, nhiệt độ nóng chảy

Bảng 21.2. Một số tính chất vật lí của đơn chất halogen (*)

Đơn chất	Trạng thái	Màu sắc			Độ tan trong nước (mol/L) (ở 25 °C)
	Khí	Lục nhạt	–219,6	–188,1	–
	Khí	Vàng lục	–101,0	–34,1	0,091
	Lỏng	Nâu đỏ	–7,3	59,2	0,21
	Rắn	Tím đen	113,6	185,5	0,0013

IV. TÍNH CHẤT HOÁ HỌC

Halogen là các phi kim điển hình, có tính oxi hoá mạnh, tính oxi hoá giảm dần từ fluorine đến iodine.

1. Tác dụng với kim loại

Các halogen phản ứng trực tiếp với nhiều kim loại, tạo muối halide.

--------------------------------------------------------------------------------

(*) Nguồn: http://chem.libritexts.org.

(Trang 108)

2. Tác dụng với hydrogen

Các halogen phản ứng với hydrogen, tạo thành hydrogen halide.

Bảng 21.3. Một số đặc điểm của phản ứng giữa halogen và hydrogen

Phản ứng	Điều kiện	Đặc điểm phản ứng
	Phản ứng ngay ở nhiệt độ phòng và trong bóng tối	Nổ mạnh
	Ánh sáng hoặc t°	Gây nổ
	~ 200 °C, xúc tác Pt	Không gây nổ
	~ 300 °C, xúc tác Pt	Thuận nghịch (*)

Mức độ phản ứng của các halogen với hydrogen giảm dần khi đi từ fluorine đến iodine, phù hợp với tính oxi hoá của các halogen giảm dần từ đến .

---------------------------------------------------------------------------------
(*) Phản ứng thuận nghịch là phản ứng xảy ra theo hai chiều trái ngược nhau ở cùng điều kiện.

(Trang 109)

3. Tác dụng với nước Khi tan vào nước, một phần tác dụng với nước tạo thành HCI (hydrochloric acid) và HCIO (hypochlorous acid): Hypochlorous acid có tính oxi hoá mạnh nên chlorine trong nước có khả năng diệt khuẩn, tẩy màu và được ứng dụng trong khử trùng nước sinh hoạt.

EM CÓ BIẾT phản ứng mạnh với nước ngay ở nhiệt độ thường, giải phóng khí : Các halogen và phản ứng chậm với nước và mức độ phản ứng giảm dần từ đến

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

4. Tác dụng với dung dịch kiềm

Chlorine phản ứng với dung dịch sodium hydroxide ở điều kiện thường, tạo thành nước Javel (Gia-ven):

Nước Javel (chứa NaCIO (sodium hypochlorite), NaCl và một phần NaOH dư) được dùng làm chất tẩy rửa, khử trùng.

Khi đun nóng, phản ứng với dung dịch potassium hydroxide tạo thành muối chlorate:

Potassium chlorate là chất oxi hoá mạnh, được sử dụng chế tạo thuốc nổ, hỗn hợp đầu que diêm,...

(Trang 110)

5. Tác dụng với dung dịch halide

Chlorine có thể oxi hoá ion trong dung dịch muối bromide và ion trong dung dịch muối iodide, bromine có thể oxi hoá ion trong dung dịch muối iodide.

Trong công nghiệp, phản ứng giữa chlorine và ion bromide được ứng dụng để điều chế bromine từ nước biển.

Phản ứng thế của một số muối halide Chuẩn bị: 3 ống nghiệm, dung dịch NaBr, dung dịch Nal, nước , nước loãng. Tiến hành: • Lấy khoảng 2 mL dung dịch NaBr vào ống nghiệm (1), 2 mL dung dịch Nal vào mỗi ống nghiệm (2) và (3). Thêm vào ống nghiệm (1) và (2) vài giọt nước , thêm vào ống (3) vài giọt nước , lắc đều các ống nghiệm. Lưu ý: Cẩn thận không để nước nước giây ra tay, quần áo. Hình 21.7. Phản ứng thế của một số muối halide Nước Nước Dung dịch NaBr Dung dịch Nal Ống (1) Ống (2) Ống (3) Quan sát hiện tượng và thực hiện yêu cầu sau: 1. Nhận xét sự thay đổi màu của dung dịch trong các ống nghiệm. 2. So sánh tính oxi hoá của 3. Hãy chọn một thuốc thử để chứng tỏ có sự tạo thành  khi cho nước chlorine (hoặc nước bromine) tác dụng với dung dịch sodium iodide.

8. Viết phương trình hoá học minh hoạ tính oxi hoá giảm dần trong dãy

(Trang 111)

V. ĐIỀU CHẾ CHLORINE

Năm 1774, C. W. Scheele (Se-lơ), nhà hoá học người Thụy Điển, điều chế được chlorine khi cho quặng pyrolusite tác dụng với hydrochloric acid đặc:

Ngày nay, phản ứng trên vẫn được dùng khi cần điều chế khí

Trong công nghiệp, chlorine được sản xuất ở nhiệt độ thường bằng cách điện phân dung dịch muối ăn bão hoà, có màng ngăn giữa các điện cực:

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