Lý thuyết Nhóm halogen (Kết nối tri thức 2023) hay, chi tiết | Hóa học 10

Lý thuyết Hóa học lớp 10 Bài 21: Nhóm halogen

A. Lý thuyết Nhóm halogen

I. Trạng thái tự nhiên

Nhóm VIIA (nhóm halogen) trong bảng tuần hoàn gồm sáu nguyên tố: fluorine (F), chlorine (Cl), 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.

Ví dụ:

Trong cơ thể người, nguyên tố chlorine có trong máu và dịch dạ dày (ở dạng ion Cl^–), nguyên tố iodine có ở tuyến giáp (ở dạng hợp chất hữu cơ),

Rong biển chứa nguyên tố iodine.

II. Cấu tạo nguyên tử, phân tử

– Cấu tạo nguyên tử

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:

ns²np⁵ + 1e $\stackrel{}{\to }$ ns²np⁶

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

Chú ý: Khi liên kết với các nguyên tố có độ âm điện lớn, các halogen có thể có các số oxi hóa dương: +1, +3, +5, +7 (trừ fluorine có độ âm điện lớn nhất, nên fluorine luôn có số oxi hóa bằng –1 trong mọi hợp chất).

– Cấu tạo phân tử

Ở điều kiện thường, đơn chất halogen tồn tại ở dạng phân tử hai nguyên tử, được kí hiệu chung là X₂, liên kết hóa học trong phân tử X₂ là liên kết cộng hóa trị không phân cực.

Ví dụ: F₂, Cl₂, Br₂, I₂.

III. Tính chất vật lí

Trạng thái tồn tại, màu sắc, nhiệt độ nóng chảy (t_nc), nhiệt độ sôi (t_s) của halogen:

Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi tăng từ F₂ đến I₂ do:

– Tương tác van der Waals giữa các phân tử tăng.

– Khối lượng phân tử tăng.

Ở điều kiện thường, các halogen ít tan trong nước nhưng tan nhiều trong dung môi hữu cơ như  alcohol, benzene. Trong y học, dung dịch iodine loãng trong ethanol được dùng làm thuốc sát trùng.

Bromine gây bỏng sâu khi tiếp xúc với da. Hít thở không khí có chứa halogen với nồng độ vượt ngưỡng cho phép làm tổn hại niêm mạc tế bào đường hô hấp, gây co thắt phế quản, khó thở.

IV. Tính chất hóa học

Halogen là các phi kim điển hình, có tính oxi hóa mạnh, tính oxi hóa 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.

Ví dụ:

$2\stackrel{0}{Na}+\stackrel{0}{C{l}_2}\stackrel{t^o}{\to } 2\stackrel{+1}{Na}\stackrel{-}{Cl}$

$2\stackrel{0}{Fe}+3{\stackrel{0}{Cl}}_2 \stackrel{t^o}{\to }2\stackrel{+3}{Fe}{\stackrel{-1}{Cl}}_3$

2. Tác dụng với hydrogen

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

Nhận xét: Mức độ phản ứng của các halogen với hydrogen giảm dần khi đi từ fluorine đến iodine, phù hợp với tính oxi hóa của các halogen giảm dần từ F₂ đến I₂.

3. Tác dụng với nước

F₂ phản ứng mạnh với nước ngay ở nhiệt độ thường, giải phóng khí O₂:

2F₂ + 2H₂O $\stackrel{}{\to }$ 4HF + O₂

Các halogen Cl₂, Br₂ và I₂ phản ứng chậm với nước và mức độ phản ứng giảm dần từ Cl₂ đến I₂.

Ví dụ: ${\stackrel{0}{Cl}}_2+H_{2}O\rightleftarrows H\stackrel{-1}{Cl}+H\stackrel{+1}{Cl}O$.

Nhận xét:

Số oxi hóa của nguyên tố chlorine vừa tăng lên +1, vừa giảm xuống –1 nên Cl₂ vừa là chất oxi hóa, vừa là chất khử.

Hypochlorous (HClO) có tính oxi hóa mạnh nên chlorine trong nước có khả năng diệt khuẩn, tẩy màu và được ứng dụng trong 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):

Cl₂ + 2NaOH $\stackrel{}{\to }$NaCl + NaClO + H₂O

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

Chú ý: Khi đun nóng, Cl₂ phản ứng với dung dịch potassium hydroxide tạo thành muối chlorate.

3Cl₂ + 6KOH $\stackrel{t^o}{\to }$ 5KCl + KClO₃ + 3H₂O

Potassium choratelà chất oxi hóa mạnh, được sử dụng chế tạo thuốc nổ, hỗn hợp đầu que diêm, …

5. Tác dụng với dung dịch halide

Chlorine có thể oxi hóa ion Br^– trong dung dịch muối bromide và ion I^– trong dung dịch muối iodine; bromine có thể oxi hóa ion I^– trong dung dịch muối iodine.

Ví dụ:

Cl₂ + 2NaBr $\stackrel{}{\to }$ 2NaCl + Br₂

Br₂ + 2NaI $\stackrel{}{\to }$ 2NaBr + I₂

V. Điều chế chlorine

1. Trong phòng thí nghiệm

Cho quặng pyrolusite (MnO₂) tác dụng với hydrochloric acid đặc:

MnO₂ + 4HCl_(đặc) $\stackrel{t^o}{\to }$MnCl₂ + Cl₂ + 2H₂O

Ngoài ra, còn có thể thay MnO₂ bằng KMnO₄ rắn để điều chế khí Cl₂:

2KMnO₄ + 16HCl_(đặc) → 2KCl + 2MnCl₂ + 5Cl₂ + 8H₂O

2. Trong công nghiệp

Chlorine được sản xuất ở nhiệt độ thường bằng cách điện phân dung dịch muối ăn bão hòa, có màng ngăn giữa các điện cực:

2NaCl + 2H­₂O $\stackrel{dpdd,comangngan}{\to }$2NaCl + H₂ + Cl₂

B. Trắc nghiệm Nhóm halogen

Câu 1. Ở điều kiện thường, đơn chất halogen tồn tại ở dạng

A. nguyên tử.

B. phân tử hai nguyên tử.

C. phân tử ba nguyên tử.

D. phân tử bốn nguyên tử.

Đáp án: B

Giải thích:

Ở điều kiện thường, đơn chất halogen tồn tại ở dạng phân tử hai nguyên tử, được kí hiệu chung là X₂.

Ví dụ: F₂, Cl₂, Br₂, I₂.

Câu 2. Ở điều kiện thường, đơn chất bromine

A. ở thể khí, màu nâu đỏ.

B. ở thể lỏng, màu nâu đỏ.

C. ở thể khí, màu vàng lục.

D. ở thể lỏng, màu vàng lục.

Đáp án: B

Giải thích:

Ở điều kiện thường, đơn chất bromine ở thể lỏng, màu nâu đỏ.

Câu 3. Đi từ F₂ đến I₂:

A. Nhiệt độ nóng chảy giảm, nhiệt độ sôi tăng.

B. Nhiệt độ nóng chảy tăng, nhiệt độ sôi giảm.

C. Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi tăng.

D. Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi giảm.

Đáp án: C

Giải thích:

Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi tăng từ F₂ đến I₂ do:

– Tương tác van der Waals giữa các phân tử tăng.

– Khối lượng phân tử tăng.

Câu 4. Trong y học, dung dịch nào sau đây được dùng làm thuốc sát trùng?

A. chlorine loãng trong ethanol.

B. chlorine loãng trong methanol.

C. iodine loãng trong methanol.

D. iodine loãng trong ethanol.

Đáp án: D

Giải thích:

Trong y học, dung dịch iodine loãng trong ethanol được dùng làm thuốc sát trùng.

Câu 5. Nhận xét nào sau đây là đúng?

A. Halogen là các phi kim điển hình, có tính oxi hóa mạnh.

B. Halogen là các phi kim điển hình, có tính oxi hóa yếu.

C. Halogen là các kim loại điển hình, có tính khử mạnh.

D. Halogen là các kim loại điển hình, có tính khử yếu.

Đáp án: A

Giải thích:

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

Câu 6. Nhóm nào trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học còn gọi là nhóm halogen?

A. Nhóm IA.

B. Nhóm IIA.

C. Nhóm VIIA.

D. Nhóm VIIIA.

Đáp án: C

Giải thích:

Nhóm VIIA trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học còn gọi là nhóm halogen.

Câu 7. Nguyên tố nào sau đây không thuộc nhóm halogen?

A. Fluorine.

B. Sodium.

C. Chlorine.

D. Bromine.

Đáp án: B

Giải thích:

Nhóm VIIA (nhóm halogen) trong bảng tuần hoàn gồm sáu nguyên tố: flourine (F), chlorine (Cl), 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.

 Nguyên tố sodium không thuộc nhóm halogen.

Câu 8. Trong tự nhiên, halogen

A. chỉ tồn tại ở dạng hợp chất.

B. chỉ tồn tại ở dạng đơn chất.

C. tồn tại ở dạng đơn chất hoặc hợp chất.

D. chỉ tồn tại trong cơ thể người và động vật.

Đáp án: A

Giải thích:

Trong tự nhiên, halogen chỉ tồn tại ở dạng hợp chất, phần lớn ở dạng muối halide.

Câu 9. Các nguyên tử halogen có

A. 2 electron ở lớp ngoài cùng.

B. 3 electron ở lớp ngoài cùng.

C. 5 electron ở lớp ngoài cùng.

D. 7 electron ở lớp ngoài cùng.

Đáp án: D

Giải thích:

Nguyên tố nhóm halogen thuộc nhóm VIIA trong bảng tuần hoàn.

 Các nguyên tử halogen có 7 electron ở lớp ngoài cùng (ns²np⁵).

Câu 10. Số oxi hóa đặc trưng của các halogen trong hợp chất là

A. –1.

B. +1.

C. –2.

D. +2.

Đáp án: A

Giải thích:

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:

ns²np⁵ + 1e ® ns²np⁶

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

Chú ý: Khi liên kết với các nguyên tố có độ âm điện lớn, các halogen có thể có số oxi hóa dương (trừ fluorine).

Câu 11. Đốt cháy kim loại Fe trong khí chlorine dư, thu được sản phẩm là

A. FeCl.

B. FeCl₂.

C. FeCl₃.

D. Fe₂Cl₃.

Đáp án: C

Giải thích:

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

Câu 12. Phản ứng giữa H₂ với đơn chất halogen nào sau đây xảy ra ngay ở nhiệt độ phòng và trong bóng tối?

A. F₂.

B. Cl₂.

C. Br₂.

D. I₂.

Đáp án: A

Giải thích:

Phản ứng giữa H₂ với đơn chất fluorine (F₂) xảy ra ngay ở nhiệt độ phòng và trong bóng tối.

Phương trình hóa học: H₂ + F₂ ® 2HF.

Câu 13. Chlorine trong nước có khả năng diệt khuẩn, tẩy màu và được ứng dụng trong khử trùng nước sinh hoạt, đó là do

A. Cl₂ có tính acid mạnh.

B. Cl₂ có tính oxi hóa mạnh.

C. HClO có tính oxi hóa mạnh.

D. HCl có tính oxi hóa mạnh.

Đáp án: C

Giải thích:

Khi tan trong nước, một phần Cl₂ tác dụng với nước tạo thành HCl (hydrochloric acid) và HClO (hypochlorous acid).

.

Hypochlorous (HClO) có tính oxi hóa mạnh nên chlorine trong nước có khả năng diệt khuẩn, tẩy màu và được ứng dụng trong khử trùng nước sinh hoạt.

Câu 14. Khi đun nóng, Cl₂ phản ứng với dung dịch potassium hydroxide tạo thành muối X. Biết X là chất oxi hóa mạnh, được sử dụng chế tạo thuốc nổ, hỗn hợp đầu que diêm, …Công thức hóa học của X là

A. KCl.

B. KClO.

C. KClO₃.

D. KClO₄.

Đáp án: C

Giải thích:

Khi đun nóng, Cl₂ phản ứng với dung dịch potassium hydroxide tạo thành muối chlorate (KClO₃).

3Cl₂ + 6KOH  5KCl + KClO₃ + 3H₂O

Potassium chorate là chất oxi hóa mạnh, được sử dụng chế tạo thuốc nổ, hỗn hợp đầu que diêm, …

Câu 15. Trong công nghiệp, chlorine được sản xuất ở nhiệt độ thường bằng cách

A. điện phân dung dịch muối ăn bão hòa, có màng ngăn giữa các điện cực.

B. điện phân dung dịch muối ăn bão hòa, không có màng ngăn giữa các điện cực.

C. điện phân nóng chảy muối ăn bão hòa, có màng ngăn giữa các điện cực.

D. điện phân nóng chảy muối ăn bão hòa, không có màng ngăn giữa các điện cực.

Đáp án: A

Giải thích:

Chlorine được sản xuất ở nhiệt độ thường bằng cách điện phân dung dịch muối ăn bão hòa, có màng ngăn giữa các điện cực:

2NaCl + 2H₂O 2NaCl + H₂ + Cl₂

Bài giảng Hóa học 10 Bài 21: Nhóm halogen – Kết nối tri thức

Xem thêm các bài tóm tắt lý thuyết Hóa học 10 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Bài 19: Tốc độ phản ứng

Chương 6: Tốc độ phản ứng

Bài 22: Hydrogen halide. Muối halide

Chương 7: Nguyên tố nhóm halogen