Bài 21: Nhóm halogen

- 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

- Clo: NaCl có trong nước biển và đại dương, KCl có trong khoáng vật như KCl.\(MgCl_2\).6\(H_2O\) và NaCl.KCl

- Flo: Phần lớn có trong 2 loại khoáng vật là florit (\(CaF_2\)) và criolit (\(Na_3AlF_6\) hay \(AlF_3\).3NaF)

- Brom: KBr, NaBr, \(MgBr_2\)

- 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

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

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

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

- \(Cl_2\) (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

- \(HClO_2\): (+1) + x + 2.(-2) = 0  => x = +3

=> Cl trong \(HClO_2\) có số oxi hóa là +3

- \(HClO_3\): (+1) + x + 3.(-2) = 0  => x = +5

=> Cl trong \(HClO_3\) có số oxi hóa là +5

- \(HClO_4:\) (+1) + x + 4.(-2) = 0  => x = +7

=> Cl trong \(HClO_4\) có số oxi hóa là +7

- Ở trạng thái đơn chất (\(Cl_2\)): Cl có số oxi hóa = 0

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

=> \(Cl_2\) 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

- Clo: NaCl có trong nước biển và đại dương, KCl có trong khoáng vật như KCl.\(MgCl_2\).6\(H_2O\) và NaCl.KCl

- Flo: Phần lớn có trong 2 loại khoáng vật là florit (\(CaF_2\)) và criolit (\(Na_3AlF_6 \)hay \(AlF_3\).3NaF)

- Brom: KBr, NaBr, \(MgBr_2\)

- 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

- 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

- Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi tăng từ \(F_2\) đến \(I_2\) do:

   + Tương tác van der Waals giữa các phân tử tăng

   + Khối lượng phân tử tăng

\(2N{a^0} + Cl_2^0\xrightarrow{{{t^o}}}2\mathop {Na}\limits^{ + 1} \mathop {Cl}\limits^{ - 1}\)

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

- Cl0 nhận electron thành Cl-1 => \(Cl_2\) là chất oxi hóa

\(2F{e^0} + 3Cl_2^0\xrightarrow{{{t^o}}}2\mathop {Fe}\limits^{ + 3} {\mathop {Cl}\limits^{ - 1} _3}\)

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

- Cl0 nhận electron thành Cl-1 => \(Cl_2\) là chất oxi hóa

1. - Từ \(F_2\) đến \(I_2\), 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 \(F_2\) đến\( I_2\)

Đổi 80 000 m3 = 8.107 dm3 = 8.107 L

5 mg \(Cl_2\) để khử trùng 1 L nước

x mg \(Cl_2\) để khử trùng 8.107  L nước

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

Vậy cần 400 kg \(Cl_2\) để khử trùng 80 000 m3 nước sinh hoạt

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, \(Cl_2\) đã tác dụng với \(H_2O\) tạo thành HCl và HClO

\(C{l_2} + {H_2}O \rightleftarrows HCl + HClO\)

  + HClO có tính oxi hóa mạnh nên \(Cl_2\) trong \(H_2O\) có khả năng tẩy màu, diệt khuẩn

2.- Xét số oxi hóa của Cl trong phản ứng:

\(Cl_2^0 + {H_2}O \rightleftarrows HC{l^{ - 1}} + H\mathop {Cl}\limits^{ + 1} O\)

- Nhận xét: Trong phản ứng, \(Cl_2 \)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

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

\(Cl_2^0 + NaOH \to Na\mathop {Cl}\limits^{ - 1}  + Na\mathop {Cl}\limits^{ + 1} O + {H_2}O\)

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

\(Cl_2\) + 2NaOH → NaCl + NaClO + \(H_2O\)

1. - Khi cho nước \(Cl_2 \)vào dung dịch NaBr: dung dịch chuyển từ không màu thành màu vàng

- Khí cho nước \(Cl_2\) vào dung dịch NaI: dung dịch chuyển từ không màu thành màu vàng nâu

- Khi cho nước \(Br_2\) (màu vàng) vào dung dịch NaI: dung dịch chuyển từ không màu thành màu vàng nâu

2.- \(Cl_2 \)có thể oxi hóa ion Br- trong dung dịch NaBr thành \(Br_2: Cl_2 + NaBr → NaCl + Br_2\)

=> \(Cl_2 \)có tính oxi hóa mạnh hơn\( Br_2\)

- \(Cl_2\) có thể oxi hóa ion I- trong dung dịch NaI thành \(I_2:  Cl_2 + NaI → NaCl + I_2\)

=> \(Cl_2\) có tính oxi hóa mạnh hơn \(I_2\)

- \(Br_2\) có thể oxi hóa ion I- trong dung dịch NaI thành \(I_2: Br_2 + NaI → NaBr + I_2\)

=> \(Br_2\) có tính oxi hóa mạnh hơn \(I_2\)

=> Tính oxi hóa của \(Cl_2 > Br_2 > I_2\)

3.- Sử dụng thuốc thử là hồ tinh bột để chứng tỏ có sự tạo thành \(I_2\)

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

\(Cl_2 + NaBr → NaCl + Br_2 => Cl_2\) có tính oxi hóa mạnh hơn \(Br_2\)

\(Cl_2 + NaI → NaCl + I_2 => Cl_2\) có tính oxi hóa mạnh hơn \(I_2\)

\(Br_2 + NaI → NaBr + I_2 => Br_2\) có tính oxi hóa mạnh hơn \(I_2\)

=> Tính oxi hóa giảm dần trong dãy \(Cl_2, Br_2, I_2\)

- 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