Tổng hợp Lý thuyết Hóa học 10 HKII - CHƯƠNG 7 (hay, chi tiết) | Kiến thức trọng tâm Hóa học 10

---

Chương 7: Nguyên tố nhóm VIIA – Halogen

Bài 17: Tính chất vật lí và hóa học các đơn chất nhóm VIIA

I. Vị trí của nhóm halogen trong bảng tuần hoàn

- Nhóm halogen gồm những nguyên tố thuộc nhóm VIIA trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học: fluorine (F); chlorine (Cl); bromine (Br); iodine (I); astatine (At) và tennessine (Ts).

- Trong đó astatine (At) và tennessine (Ts) là các nguyên tố phóng xạ.

II. Trạng thái tự nhiên của các halogen

Trong tự nhiên, halogen chỉ tồn tại ở dạng hợp chất. Hợp chất chủ yếu của halogen là muối halide.

+ Ion fluoride được tìm thấy trong các khoáng chất như fluorite (CaF₂); fluorapatite (Ca₅(PO₄)₃F) và cryolite (Na₃AlF₆).

+ Ion chloride có nhiều trong nước biển, trong quặng halite (NaCl, thường gọi là muối mỏ), sylvite (KCl).

+ Ion bromide có trong quặng bromargyrite (AgBr);

+ Ion iodide có trong iodargyrite (AgI);…

III. Cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tử các nguyên tố halogen. Đặc điểm cấu tạo phân tử halogen.

- Lớp electron ngoài cùng của nguyên tử các nguyên tố halogen đều có 7 electron.

- Để đạt cấu hình electron bền vững giống khí hiếm, hai nguyên tử halogen góp chung một cặp electron để hình thành phân tử.

+ Với X là kí hiệu các nguyên tố halogen.

+ Công thức cấu tạo của phân tử halogen: X – X.

→ Như vậy, 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 lý của các halogen

- Các halogen ít tan trong nước, tan nhiều trong dung môi hữu cơ không phân cực như hexane (C₆H₁₄), carbon tetrachloride (CCl₄), …

- Từ fluorine đến iodine:

+ Trạng thái tập hợp của đơn chất ở 20^oC thay đổi: fluorine và chlorine ở thể khí, bromine ở thể lỏng, iodine ở thể rắn.

+ Màu sắc đậm dần: fluorine có màu lục nhạt, chlorine có màu vàng lục, bromine có màu nâu đỏ, iodine có màu đen tím.

+ 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 fluorine đến iodine, khối lượng phân tử và bán kính nguyên tử tăng, làm tăng tương tác van der Waals, dẫn đến nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tăng.

5. Tính chất hóa học của các halogen

Nhận xét chung: 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 tương ứng.

Sơ đồ tổng quát: X + 1e → X^-

1. Tác dụng với kim loại

- Các halogen phản ứng với kim loại thể hiện các mức độ khác nhau:

+ Fluorine tác dụng được với tất các các kim loại, ví dụ:

2Ag + F₂ → 2AgF

+ Chlorine tác dụng với hầu hết các kim loại trừ Au, Pt. Ví dụ:

2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃

+ Bromine phản ứng với nhiều kim loại, nhưng khả năng phản ứng yếu so với fluorine và chlorine. Ví dụ:

2Na + Br₂ → 2NaBr

+ Iodine phản ứng với kim loại yếu hơn so với bromine, chlorine và fluorine. Ví dụ:

2. Tác dụng với hydrogen

- Khi tác dụng với hydrogen, fluorine phản ứng nổ mạnh ngay cả trong bóng tối, nhiệt độ rất thấp (-252^oC); chlorine phản ứng trong điều kiện chiếu sáng hoặc đun nóng; bromine phản ứng khi đun nóng 200 – 400^oC; iodine phản ứng khó khăn hơn, cần đun nóng 350 – 500^oC, chất xúc tác Pt và phản ứng xảy ra thuận nghịch.

H₂ + F₂ → 2HF

Chú ý:

+ Fluorine phản ứng mạnh với nước, bốc cháy trong hơi nước nóng.

2F₂ + 2H₂O → 4HF + O₂↑

+ Chlorine và bromine tác dụng chậm với nước tạo thành hydrohalic acid và hypohalous acid, khả năng phản ứng của bromine khó khăn hơn.

Cl₂ + H₂O ⇄ HCl + HClO

Br₂ + H₂O ⇄ HBr + HBrO

+ Iodine phản ứng rất chậm với nước tạo iodic acid

3I₂ + 3H₂O ⇄ 5HI + HIO₃

3. Tác dụng với dung dịch kiềm

- Halogen tác dụng với dung dịch kiềm, sản phẩm tạo thành phụ thuộc vào nhiệt độ phản ứng.

- Ví dụ:

Cl₂ + 2NaOH → NaCl + NaClO + H₂O

Chú ý:

+ Hỗn hợp dung dịch NaCl và NaClO được gọi là nước Javel, có tính oxi hóa mạnh nên được dùng làm chất tẩy màu và sát trùng.

+ Phản ứng của chlorine với dung dịch kiềm được dùng để sản xuất các chất tẩy rửa, sát trùng, tẩy trắng trong ngành dệt, da, bột giấy, …

4. Tác dụng với dung dịch muối halide

- Nhìn chung, trong dung dịch, các halogen có tính oxi hóa mạnh hơn sẽ phản ứng với muối halide của halogen có tính oxi hóa yếu hơn để tạo ra các halogen có tính oxi hóa yếu hơn.

- Ví dụ:

Cl₂ + 2NaBr → 2NaCl + Br₂

Br₂ + 2NaI → 2NaBr + I₂

5. Tính tẩy màu của khí chlorine ẩm

Cl₂ + H₂O ⇄ HCl + HClO

- Phản ứng giữa chlorine và nước là thuận nghịch nên tạo ra dung dịch gồm nước, hydrochloric acid (HCl); hypoclorous acid (HClO) cùng chlorine.

- Hypoclorous acid (HClO) có tính oxi hóa mạnh có thể phá hủy các hợp chất màu nên khí chlorine ẩm có tính tẩy màu.

VI. Ứng dụng của các halogen

- Fluorine: Được dùng trong sản xuất các chất dẻo ma sát thấp, như teflon phủ trên chảo chống dính… Một số hợp chất khác của fluorine như cryolite dùng cho sản xuất nhôm; sodium fluorine sử dụng như một loại thuốc trừ sâu, chống gián; một số muối fluorine khác được thêm vào thuốc đánh răng, tạo men răng, …

- Chlorine: Là chất oxi hóa mạnh, được sử dụng làm chất tẩy trắng và khử trùng nước. Một lượng lớn chlorine được dùng để sản xuất các dung môi như carbon tetrachloride (CCl₄), chloroform (CHCl₃) …

- Bromine: Được dùng để điều chế thuốc an thần, thuốc trừ sâu, thuốc nhuộm, mực in; silver bromide (AgBr) là chất nhạy với ánh sáng, dùng để tráng phim ảnh, phụ gia chống ăn mòn cho xăng, …

- Iodine: Là nguyên tố vi lượng cần thiết cho dinh dưỡng của con người, thiếu iodine có thể gây nên tác hại cho sức khỏe như gây bệnh bướu cổ, thiểu năng trí tuệ, hỗn hợp ethanol và iodine là chất sát trùng phổ biến. Các hợp chất iodine được sử dụng làm chất xúc tác, dược phẩm và thuốc nhuộm.

---

Bài 18: Hydrogen halide và một số phản ứng của ion halide

I. Tính chất vật lí của hydrogen halide

- Hydrogen halide là hợp chất của hydrogen với halogen, công thức tổng quát HX, với X là halogen. Hậu tố “ide” trong hydrogen halide được thay thế từ hậu tố “ine” của tên halogen.

- Tử bảng mô tả đặc điểm trên, có các nhận xét sau:

+ Nhiệt độ sôi của các hydrogen halide tăng dần từ HCl đến HI.

Giải thích: Khối lượng phân tử tăng làm tăng năng lượng cần thiết cho quá trình sôi; đồng thời, sự tăng kích thước và số electron trong phân tử dẫn đến tương tác van der Waals giữa các phân tử tăng.

+ Các phân tử hydrogen fluoride hình thành liên kết hydrogen liên phân tử, loại liên kết này bền hơn tương tác van der Waals, nên nhiệt độ sôi của hydrogen flouride cao bất thường so với các hydrogen halide còn lại.

II. Hydrohalic acid

- Các hydrogen halide tan trong nước, tạo thành hydrohalic acid tương ứng.

- Hydrofluoric acid (HF) là acid rất yếu, nhưng có tính chất đặc biệt là ăn mòn thủy tinh, phương trình hóa học của phản ứng:

SiO₂ + 4HF → SiF₄↑ + 2H₂O

- Các dung dịch HCl, HBr, HI là những acid mạnh, có đầy đủ tính chất hóa học chung của acid như: làm quỳ tím chuyển sang màu đỏ, tác dụng với kim loại đứng trước hydrogen trong dãy hoạt động hóa học, tác dụng với basic oxide, base và một số muối.

Chú ý: Tính acid của các hydrohalic acid tăng dần từ hydrofluoric acid đến hydroiodic acid.

III. Tính khử của các ion halide

- Trong ion halide, các halogen có số oxi hóa thấp nhất là -1, do đó ion halide chỉ thể hiện tính khử trong phản ứng oxi hóa – khử.

- Tính khử của các ion halide tăng theo chiều: F^- < Cl^- < Br^- < I^-

- Ví dụ: Khi đun nóng các muối khan halide với H₂SO₄ đặc:

+ Ion chloride không khử được H₂SO₄ nên chỉ xảy ra phản ứng trao đổi.

KCl + H₂SO_{4 (đặc)} → KHSO₄ + HCl↑

+ Ion bromide khử H₂SO₄ đặc thành SO₂ và Br^- bị oxi hóa thành Br₂, sản phẩm có màu vàng đậm.

2KBr + 2H₂SO_4 (đặc) → Br₂ + SO₂↑ + K₂SO₄ + 2H₂O

+ Ion iodide có thể khử H₂SO₄ đặc thành H₂S, S, SO₂ tùy vào điều kiện phản ứng và I^- bị oxi hóa thành I₂ có màu đen tím.

2KI + 2H₂SO_4 (đặc) → I₂↓ + SO₂↑ + K₂SO₄ + 2H₂O

6KI + 4H₂SO_4 (đặc) → 3I₂↓ + S↓ + 3K₂SO₄ + 4H₂O

8KI + 5H₂SO_4 (đặc) → 4I₂ + H₂S↑ + 4K₂SO₄ + 4H₂O

IV. Nhận biết ion halide trong dung dịch

- Phân biệt các ion F^-, Cl^-, Br^- và I^- bằng cách cho dung dịch silver nitrate (AgNO₃) vào dung dịch muối của chúng.

- Phương trình hóa học minh họa:

NaF + AgNO₃ → không phản ứng

NaCl + AgNO₃ → AgCl↓ + NaNO₃

NaBr + AgNO₃ → AgBr↓ + NaNO₃

NaI + AgNO₃ → AgI↓ + NaNO₃

V. Ứng dụng của các hydrogen halide

- Hydrogen fluoride: Dùng để tẩy cặn trong các thiết bị trao đổi nhiệt; chất xúc tác trong các nhà máy lọc dầu, công nghệ làm giàu uranium, sản xuất dược phẩm, …

- Hydrogen chloride: Dùng để loại bỏ gỉ thép, sản xuất chất tẩy rửa nhà vệ sinh, các hợp chất vô cơ và hữu cơ phục vụ đời sống và sản xuất,…

- Hydrogen bromide: Làm chất xúc tác cho các phản ứng hữu cơ, tổng hợp chất chống cháy chứa nguyên tố bromine như tetrabromobisphenol A, điều chế nhựa epoxy, sản xuất các vi mạch điện tử.

- Hydrogen iodide: Dùng làm chất khử phổ biến trong các phản ứng hóa học; sản xuất iodine và ankyl iodide…

---

Kết luận

Trên đây là tổng hợp các Lý thuyết Hóa học hk2, Các bạn có thể tham khảo và ôn tập cho các kỳ thi sắp tới. Hy vọng rằng bài viết này của Điểm 10+ sẽ hữu ích đối với bạn.

---

Tham khảo KHÓA HỌC HÓA HỌC 10: TẠI ĐÂY