Bài 21 Nhóm halogen A/ Câu hỏi mở đầu Câu hỏi mở đầu trang 104 SGK Hóa học 10 Trong tự nhiên, một số phi kim như carbon, nitrogen, oxygen tồn sao tại ở cả dạng đơn chất và hợp chất, còn các halogen đề[.]
Bài 21 Nhóm halogen A/ Câu hỏi mở đầu Câu hỏi mở đầu trang 104 SGK Hóa học 10: Trong tự nhiên, số phi kim carbon, nitrogen, oxygen tồn dạng đơn chất hợp chất, halogen tồn dạng hợp chất Vì có khác biệt này? Trả lời: Các halogen tồn dạng hợp chất halogen có tính oxi hóa mạnh nên oxi hóa nhiều chất khác tạo thành hợp chất B/ Câu hỏi I Trạng thái tự nhiên Câu hỏi trang 105 SGK Hóa học 10: Kể tên số hợp chất phổ biến halogen tự nhiên Trả lời: Một số hợp chất phổ biến halogen tự nhiên: - Calcium fluoride (CaF2) thành phần quặng fluorite - Sodium chloride (NaCl) mỏ muối - Hydrochloric acid dịch dày - Các hợp chất bromide (chứa Br-) tan nước biển, nước sông - Các hợp chất iodide, iodate (chứa I-, IO3-) có nước biển, nước sơng, rong biển II Cấu tạo nguyên tử, phân tử Hoạt động trang 105 SGK Hóa học 10: Tra cứu số liệu Bảng 6.1, Bảng 6.2 Hình 6.2 để hồn thành bảng mô tả số đặc điểm cấu tạo nguyên tử halogen theo mẫu sau: Nguyên tử Lớp electron Bán kính ngồi ngun tử Độ âm điện Fluorine ? ? ? Chlorine ? ? ? Bromine ? ? ? Iodine ? ? ? Từ bảng số liệu thu được, hãy: a) Giải thích nguyên tử halogen có xu hướng nhận electron từ nguyên tử kim loại, góp chung electron với nguyên tử phi kim, để hình thành liên kết b) Nêu giải thích xu hướng biến đổi bán kính nguyên tử, độ âm điện nguyên tử halogen Từ dự đốn xu hướng biến đổi tính oxi hố từ F đến I c) Dựa vào cấu hình electron lớp ngồi độ âm điện, giải thích nguyên tử fluorine có số oxi hố -1 hợp chất? Trả lời: Nguyên tử Độ âm điện Lớp electron Bán kính ngồi ngun tử Fluorine 72 pm 3,98 Chlorine 100 pm 3,16 Bromine 114 pm 2,96 Iodine 133 pm 2,66 a) Các nguyên tử halogen có electron lớp ngồi cùng, dễ nhận thêm electron để đạt cấu hình electron bền khí gần ns2np5 + 1e → ns2np6 ⇒ Nguyên tử halogen có xu hướng nhận electron từ nguyên tử kim loại, góp chung electron với nguyên tử phi kim, để hình thành liên kết b) - Trong nhóm VIIA, bán kính ngun tử tăng theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân lực hút hạt nhân với electron lớp ngồi giảm ⇒ Bán kính ngun tử: F < Cl < Br < I - Độ âm điện giảm từ xuống nhóm A số lớp electron tăng, lực hút hạt nhân với electron lớp giảm ⇒ Độ âm điện: F > Cl > Br > I ⇒ Tính oxi hóa giảm dần theo dãy: F > Cl > Br > I c) Fluorine có electron lớp ngồi cùng, dễ nhận thêm electron để đạt cấu hình electron bền khí gần Bên cạnh fluorine có độ âm điện lớn nên fluorine ln có số oxi hóa -1 hợp chất Hoạt động trang 105 SGK Hóa học 10: Tham khảo Bài 12 (Liên kết cộng hoá trị), hãy: a) Mơ tả hình thành liên kết phân tử halogen công thức electron b) Liên kết phân tử halogen liên kết cộng hoá trị phân cực hay khơng phân cực? c) Dựa vào bán kính ngun tử (Hình 6.2), dự đốn xu hướng biến đổi độ dài liên kết dãy phân tử halogen Trả lời: a) Phân tử halogen: Mỗi nguyên tử halogen có electron hố trị, hai ngun tử halogen liên kết với cách nguyên tử halogen góp electron, tạo thành cặp electron dùng chung Khi đó, phân tử X2 (X: halogen), nguyên tử có electron lớp ngồi cùng, thoả mãn quy tắc octet: b) Liên kết phân tử halogen liên kết cộng hố trị khơng phân cực c) Bán kính tăng dần từ F < Cl < Br < I độ âm điện giảm dần từ F > Cl > Br > I ⇒ Dự đoán: độ dài liên kết X – X (X: halogen) tăng dần từ F2 đến I2 Hoạt động trang 106 SGK Hóa học 10: Xác định số oxi hố chlorine chất sau: Cl2, HCl, HClO, HClO2, HClO3, HClO4 Trả lời: - Số oxi hóa chlorine Cl2 - Số oxi hóa chlorine HCl -1 - Số oxi hóa chlorine HClO +1 - Số oxi hóa chlorine HClO2 +3 - Số oxi hóa chlorine HClO3 +5 - Số oxi hóa chlorine HClO4 +7 Hoạt động trang 106 SGK Hóa học 10: Từ số oxi hoá chlorine, giải thích Cl2 vừa có tính oxi hóa vừa có tính khử? Trả lời: Các mức oxi hóa chlorine là: -1, 0, +1, +3, +5, +7 Số oxi hóa chlorine Cl2 0, mức oxi hóa trung gian nên Cl2 vừa có tính oxi hóa vừa có tính khử Câu hỏi trang 106 SGK Hóa học 10: Trong tự nhiên, nguyên tố halogen tồn dạng hợp chất Viết công thức vài hợp chất halogen thường dùng thực tế Trả lời: Một vài hợp chất halogen thường dùng thực tế là: - Sodium chloride (NaCl), - Calcium flouride (CaF2), - Potassium chlorate (KClO3), - Sodium iodide (NaI), - Hydrochloric acid (HCl) Câu hỏi trang 106 SGK Hóa học 10: Nguyên tử halogen nhận electron từ nguyên tử kim loại góp chung electron với ngun tử phi kim Mơ tả hình thành liên kết phân tử NaCl HCl để minh hoạ Trả lời: Sự hình thành liên kết phân tử NaCl Nguyên tử sodium có electron lớp Nếu electron nguyên tử sodium tạo thành hạt mang điện dương, có cấu hình electron bền vững, giống với khí Viết gọn: Na → Na+ + 1e Nguyên tử chlorine có electron lớp ngồi nhận electron từ nguyên tử sodium Khi nhận vào electron nguyên tử chlorine tạo thành hạt mang điện âm, có cấu hình electron bền vững giống khí Viết gọn: Cl + 1e → ClCác ion tạo thành Na+; Cl- có điện tích trái dấu hút tạo nên phân tử NaCl Sự hình thành liên kết phân tử HCl Nguyên tử hydrogen liên kết với nguyên tử chlorine cách nguyên tử góp electron tạo thành cặp electron dùng chung phân tử HCl Khi ngun tử hydrogen có electron (cấu hình electron bền vững nguyên tử khí He) nguyên tử chlorine có electron lớp ngồi cùng, thoả mãn quy tắc octet III Tính chất vật lí Câu hỏi trang 107 SGK Hóa học 10: Từ Bảng 21.2, nhận xét xu hướng biến đổi nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sơi halogen giải thích Trả lời: Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sơi tăng từ F2 đến I2 do: - Tương tác van der Waals phân tử tăng - Khối lượng phân tử tăng IV Tính chất hóa học Tác dụng với kim loại Câu hỏi trang 108 SGK Hóa học 10: Xác định chất oxi hoá, chất khử phản ứng sodium iron với chlorine, dùng mũi tên rõ nhường electron từ chất khử sang chất oxi hố Trả lời: ⇒ Na đóng vai trị chất khử, cịn Cl2 đóng vai trị chất oxi hóa ⇒ Fe đóng vai trị chất khử, cịn Cl2 đóng vai trị chất oxi hóa Tác dụng với hydrogen Hoạt động trang 108 SGK Hóa học 10: Xét phản ứng hoá học: H2(g) + X2(g) ⟶ 2HX(g) (X halogen) Tra số liệu Bảng 12.2 để: Giải thích xu hướng phản ứng đơn chất halogen với hydrogen theo khả hoạt động halogen Dựa vào số liệu lượng liên kết H – X, giải thích xu hướng phản ứng giảm dần từ F2 đến I2 Trả lời: Năng lượng liên kết X – X thấp so với lượng liên kết H – X nên đơn chất halogen có xu hướng phản ứng với hydrogen để tạo H – X bền 2 Dựa vào bảng 12.2, lượng liên kết H – X giảm dần từ H – F đến H – I nên xu hướng phản ứng giảm dần từ F2 đến I2 Tác dụng với nước Câu hỏi trang 109 SGK Hóa học 10: Một nhà máy nước sử dụng mg Cl2 để khử trùng L nước sinh hoạt Tính khối lượng Cl2 nhà máy cần dùng để khử trùng 80 000 m3 nước sinh hoạt Trả lời: Đổi 80 000m3 = 80 000 000 L = 8.107 L mg Cl2 dùng để khử trùng L nước sinh hoạt x mg Cl2 dùng để khử trùng 8.107 L nước sinh hoạt 8.107.5 ⇒x= = 4.108 mg = 400 kg Hoạt động trang 109 SGK Hóa học 10: Tìm hiểu tính tẩy màu khí chlorine ẩm Tiến hành: Đính mẩu giấy màu ẩm vào kim loại gắn với nút đậy bình tam giác Sau đó, đưa mẩu giấy vào bình tam giác chứa khí chlorine (Hình 21.6) Quan sát tượng trả lời câu hỏi: Nhận xét màu mẩu giấy trước sau cho vào bình tam giác Giải thích Xác định vai trò chlorine phản ứng với nước, nói chlorine tự oxi hố - tự khử phản ứng này? Trả lời: Sau cho mẩu giấy màu ẩm vào bình tam giác mẩu giấy màu phần khí Cl2 tác dụng với nước sinh HClO có tính oxi hóa mạnh, có khả diệt khuẩn tẩy màu Cl2 + H2O ⇌ HCl + HClO Sự thay đổi số oxi hóa chất phản ứng: +1 −2 +1 −1 Cl2 + H O +1 +1 −2 H Cl + H ClO Trong phản ứng chlorine với nước số oxi hóa chlorine vừa tăng vừa giảm ⇒ Chlorine vừa đóng vai trị chất oxi hóa vừa đóng vai trị chất khử ⇒ Ta nói chlorine tự oxi hố - tự khử phản ứng Tác dụng với dung dịch kiềm Câu hỏi trang 110 SGK Hóa học 10: Khí Cl2 phản ứng với dung dịch sodium hydroxide nóng tạo thành sodium chloride, sodium chlorate nước Lập phương trình hố học phản ứng theo phương pháp thăng electron, rõ chất oxi hoá, chất khử Trả lời: t → NaCl + NaClO3 + H2O Phản ứng: Cl2 + NaOH ⎯⎯ o −1 +5 Sự thay đổi số oxi hóa phản ứng: Cl2 + NaOH → Na Cl + Na ClO3 + H 2O ⇒ Cl2 vừa đóng vai trị chất khử vừa đóng vai trị chất oxi hóa +5 Cl → Cl + 5e −1 Cl + e → Cl t → 5NaCl + NaClO3 + 3H2O ⇒ Phương trình: 3Cl2 + 6NaOH ⎯⎯ o Tác dụng với dung dịch halide Hoạt động trang 110 SGK Hóa học 10: Phản ứng số muối halide Chuẩn bị: ống nghiệm, dung dịch NaBr, dung dịch NaI, nước Cl2, nước Br2 loãng Tiến hành: - Lấy khoảng mL dung dịch NaBr vào ống nghiệm (1), mL dung dịch NaI vào ống nghiệm (2) (3) - Thêm vào ống nghiệm (1) (2) vài giọt nước Cl2, thêm vào ống (3) vài giọt nước Br2, lắc ống nghiệm Lưu ý: Cẩn thận không để nước Cl2, nước Br2 giây tay, quần áo Quan sát tượng thực yêu cầu sau: Nhận xét thay đổi màu dung dịch ống nghiệm So sánh tính oxi hố Cl2, Br2, I2 Hãy chọn thuốc thử để chứng tỏ có tạo thành I2 cho nước chlorine (hoặc nước bromine) tác dụng với dung dịch sodium iodide Trả lời: - Ống nghiệm (1): dung dịch ban đầu không màu dần chuyển sang màu vàng - Ống nghiệm (2): dung dịch ban đầu không màu dần chuyển thành dung dịch có màu vàng nâu có chất rắn màu đen tím - Ống nghiệm (3): dung dịch NaI khơng màu, dung dịch Br2 có màu vàng nâu Dung dịch chuyển từ không màu thành màu vàng nâu - Ống nghiệm (1) xảy phản ứng: Cl2 + 2NaBr → 2NaCl + Br2 Cl2 oxi hóa ion Br- dung dịch NaBr thành Br2 ⇒ Cl2 có tính oxi hóa mạnh Br2 (1) - Ống nghiệm (2) xảy phản ứng: Cl2 + 2NaI → 2NaCl + I2 Cl2 oxi hóa ion I- dung dịch NaI thành I2 ⇒ Cl2 có tính oxi hóa mạnh I2 (2) - Ống nghiệm (3) xảy phản ứng: Br2 + 2NaI → 2NaBr + I2 Br2 oxi hóa ion I- dung dịch NaI thành I2 ⇒ Br2 có tính oxi hóa mạnh I2 (3) Từ (1), (2), (3) ta xếp mức độ giảm dần tính oxi hóa: Cl2 > Br2 > I2 Để chứng tỏ có tạo thành I2 cho nước chlorine (hoặc nước bromine) tác dụng với dung dịch sodium iodide ta dùng thuốc thử hồ tinh bột Hiện tượng: Dung dịch màu vàng chuyển màu xanh tím Câu hỏi trang 110 SGK Hóa học 10: Viết phương trình hố học minh hoạ tính oxi hố giảm dần dãy Cl2, Br2, I2 Trả lời: Phương trình minh họa tính oxi hóa giảm dần dãy Cl2, Br2, I2 là: Cl2 + 2NaBr → 2NaCl + Br2 Br2 + 2NaI → 2NaBr + I2 V Điều chế chlorine Câu hỏi trang 111 SGK Hóa học 10: Khi sản xuất chlorine công nghiệp, NaOH H2 tạo thành cực âm, Cl2 tạo thành cực dương Tại cần sử dụng màng ngăn xốp để ngăn cách hai điện cực? Trả lời: Nếu không sử dụng màng ngăn xốp để ngăn cách hai điện cực khí Cl2 cực dương phản ứng với NaOH bên cực âm tạo thành nước Javel Cl2 + 2NaOH ⟶ NaCl + NaClO + H2O ... có số oxi hóa -1 hợp chất Hoạt động trang 105 SGK Hóa học 10: Tham khảo Bài 12 (Liên kết cộng hoá trị), hãy: a) Mơ tả hình thành liên kết phân tử halogen công thức electron b) Liên kết phân tử... - Số oxi hóa chlorine HClO2 +3 - Số oxi hóa chlorine HClO3 +5 - Số oxi hóa chlorine HClO4 +7 Hoạt động trang 106 SGK Hóa học 10: Từ số oxi hoá chlorine, giải thích Cl2 vừa có tính oxi hóa vừa... lời: Các mức oxi hóa chlorine là: -1, 0, +1, +3, +5, +7 Số oxi hóa chlorine Cl2 0, mức oxi hóa trung gian nên Cl2 vừa có tính oxi hóa vừa có tính khử Câu hỏi trang 106 SGK Hóa học 10: Trong tự nhiên,