Đang tải... (xem toàn văn)
Chuyên đề Bài tập hóa học 10 sách mới: Chủ đề 7 Nhóm halogen Bài tập thiết kế theo chương trình phổ thông mới Có đáp án chi tiết. Chuyên đề Bài tập hóa học 10 sách mới: Chủ đề 7 Nhóm halogen Bài tập thiết kế theo chương trình phổ thông mới Có đáp án chi tiết.
CHỦ ĐỀ 7: NGUYÊN TỐ NHÓM VIIA (NHÓM HALOGEN TÓM TẮT LÍ THUYẾT HALOGEN Khái qt nhóm halogen Nhóm halogen (nhóm VIIA bảng tuần hồn) bao gồm ngun tố: fluorine (F); chlorine (Cl); bromine (Br); iodine (I); astatine (At), tennessine (Ts) (astatine tennessine nguyên tố phóng xạ) - Lớp electron ngồi có electron, cấu hình electron chung lớp ngồi cùng: ns2np5 - Ở trạng thái bản, nguyên tử halogen có electron độc thân - Tồn trạng thái phân tử X2 Bảng 7.1 Một số thông tin nguyên tố nhóm halogen Fluorine Chlorine Bromine Iodine (Z = 9) (Z = 17) (Z = 35) (Z = 53) 2 5 10 Cấu hình electron 1s 2s 2p [Ne] 3s 3p [Ar] 3d 4s 4p [Kr] 4d105s25p5 Bán kính nguyên 0,072 0,100 0,114 0,133 tử (nm) Độ âm điện 3,98 3,16 2,96 2,66 Trạng thái tự nhiên Trong tự nhiên, nguyên tố halogen tồn dạng hợp chất Muối mỏ (NaCl) Nước biển (NaCl, NaBr, NaI) Quặng Fluorite (CaF 2) Khống cryolite Quặng Fluorapatite Quặng sylvinite (Na3AlF6) (Ca5(PO4)3F) (NaCl.KCl) Hình 7.1 Một số dạng tồn tự nhiên halogen Tính chất vật lí halogen Bảng 7.2 Tính chất vật lí đơn chất halogen Fluorine Chlorine Bromine Iodine (Z = 9) (Z = 17) (Z = 35) (Z = 53) Đơn chất (X2) Màu sắc F2 Cl2 Br2 I2 Lục nhạt Vàng lục Nâu đỏ Tím đen Trạng thái tồn Khí Khí Lỏng Rắn Nhiệt độ nóng -220 -101 -7 114 chảy (°C) Nhiệt độ sôi (°C) -188 -35 59 184 Nhận xét: Trạng thái halogen điều kiện thường biến đổi từ khí (fluorine chlorine) đến lỏng (bromine) rắn (iodine) phù hợp với tăng khối lượng phân tử tương tác phân tử Màu sắc biến đổi theo xu hướng đậm dần từ fluorine đến iodine Nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sơi tăng dần kích thước phân tử X tăng, khối lượng phân tử tăng theo tương tác van der Waals phân tử tăng mạnh Các halogen có độc tính, khơng khí có chứa halogen với nồng độ vượt ngưỡng cho phép làm tổn hại niêm mạc tế bào đường hơ hấp, gây co thắt phế quản, khó thở Bromine gây bỏng sâu tiếp xúc với da Ở nhiệt độ cao, iodine có khả thăng hoa, chuyển từ thể rắn sang thể áp suất thường Hình 7.2 Các halogen độc Tính chất hóa học Để thỏa mãn quy tắc Octet, halogen có xu hướng nhận thêm electron góp chung electron với nguyên tử khác Xu hướng tạo liên kết phản ứng hóa học • Xu hướng 1: Nhận thêm electron từ ngun tử khác • Xu hướng 2: Góp chung electron hóa trị với nguyên tử nguyên tố khác Tác dụng với kim loại Ví dụ: 2Fe + 3Cl2 2Al + 3I2 2FeCl3 2AlI3 Tác dụng với hydrogen Phản ứng Điều kiện phản ứng Nổ mạnh bóng tối nhiệt độ thấp H2(g) + F2(g) → 2HF(g) H2(g) + Cl2(g) 2HCl(g) Nổ đun nóng Cần chiếu sáng đun nóng H2(g) + Br2(g) Cần đun nóng để phản ứng diễn Phản ứng diễn 2HBr(g) chậm H2(g) + I2(g) Cần đun nóng để phản ứng diễn ra, phản ứng thuận nghịch, tạo hỗn hợp gồm HI sinh lượng H2, I2 lại 2HI(g) Tác dụng với dung dịch kiềm Halogen phản ứng với dung dịch kiềm, sản phẩm tạo thành phụ thuộc vào nhiệt độ phản ứng Ví dụ: Cl2(aq) + 2NaOH(aq) → NaCl(aq) + NaOCl (aq) + H2O(l) 3Cl2(aq) + 6NaOH(aq) Nước Javel: NaCl, NaClO, H2O Tác dụng với nước 5NaCl(aq) + NaClO3 (aq) + 3H2O(l) 2F2(aq) + 2H2O(l) → O2(g) + 4HF(aq) Fluorine tác dụng mãnh liệt với nước Cl2(aq) + H2O(l) HCl(aq) + HClO(aq) Phản ứng thuận nghịch với nước Br2(aq) + H2O(l) HBr(aq) + HBrO(aq) Phản ứng thuận nghịch với nước Iodine tan không phản ứng với nước Nước chlorine: HCl, HClO, Cl2, H2O Tác dụng với dung dịch muối halide Cl2(aq) + 2NaBr(aq) → 2NaCl(aq) + Br2(aq) Br2(aq) + 2NaI(aq) → 2NaBr(aq) + I2(aq) Trong dung dịch halogen có tính oxi hóa mạnh phản ứng với muối halide halogen có tính oxi hóa yếu (trừ Fluorine) Điều chế chlorine Chlorine điều chế cách cho HCl đậm đặc tác dụng với chất oxi hóa mạnh: MnO2, KClO3, KMnO4, … MnO2(r) + HCl(đặc) KMnO4(r) + 16HCl(đặc) MnCl2 + Cl2 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O HYDROGEN HALIDE + 2H2O Tính chất vật lí hydrogen halide (HX) Bảng 7.3 Nhiệt độ sôi hydrogen halide Hydrogen halide Nhiệt độ sôi (°C) Hydrogen fluoride (HF) 19,5 Hydrogen chloride (HCl) -84,9 Hydrogen bromide (HBr) -66,7 Hydrogen iodide (HI) -35,8 Ở điều kiện thường hydrogen halide chất khí Nhiệt độ sơi tăng dần từ HCl đến HI do: + Khối lượng phân tử tăng từ HCl đến HI + Sự tăng kích thước số lượng electron phân tử từ HCl đến HI → tăng tương tác van der Waals phân tử HF có nhiệt độ sơi cao phân tử HF có tạo liên kết hydrogen với Hình 7.3 Sự tạo thành liên kết hydrogen phân tử hydrogen fluoride Hydrohalic acid Các hydrogen halide tan nước, tạo thành hydrohalic acid tương ứng Tính acid hydrohalic acid: HF < HCl < HBr < HI (Do giảm dần độ bền liên kết phân tử HX, dễ phân li H+ tính acid mạnh) Hydrofluoric acid (HF) acid yếu, có khả ăn mịn thuỷ tinh: SiO2 + 4HF → SiF4 + 2H2O Tính acid hydrohalic acid Zn +2HCl →ZnCl2 + H2 NaHCO3 + HCl → NaCl + H2O + CO2 NaOH + HCl → NaCl + H2O Tính khử số ion halide XPhương trình hóa học Một số dấu hiệu Tạo khí HCl có mùi NaCl(s)+ H2SO4(l) → NaHSO4 (s)+ HCl(g) hắc Tạo khí SO2 có mùi 2NaBr(s)+ 3H2SO4(l) → 2NaHSO4(s)+ Br2(g) + SO2(g) + 2H2O(g) hắc, Br2 màu nâu đỏ Tạo I2 có màu tím, 8NaI(s)+ 9H2SO4(l) → 8NaHSO4(s)+ 4I2(g) + H2S(g) + 4H2O(g) khí H2S có mùi trứng (Sản phẩm khử H2S SO2 tùy theo tỉ lệ số mol) thối Khi phản ứng với sulfuric acid đặc, Cl - tính khử, Br - thể tính khử yếu I- Tính khử ion halide tăng theo chiều F– < Cl– < Br– < I– Ứng dụng hydrogen halide Hình 7.4 Một số ứng dụng hydrogen fluoride Hình 7.5 Một số ứng dụng hydrogen chloride Nhận biết ion halide dung dịch Hầu hết muối halide tan nước, trừ: • Muối không tan sliver chloride, sliver bromide, sliver iodide • Muối tan lead chloride, lead bromide Hình 7.6 Nhận biết ion halide Nhận biết ion halide dung dịch AgNO3 AgNO3(aq) + NaF(aq) → không xảy phản ứng AgNO3(aq) + NaCl(aq) → AgCl(s) + NaNO3(aq) AgNO3(aq) + NaBr(aq) → AgBr(s) + NaNO3(aq) AgNO3(aq) + NaI(aq) → AgI(s) + NaNO3(aq) Hình 7.7 Màu kết tủa silver halide PHẦN I: TỰ LUẬN NGUYÊN TỐ VÀ ĐƠN CHẤT HALOGEN Dạng 1: Cấu tạo phân tử, tính chất vật lí, trạng thái tự nhiên đơn chất halogen Bài 1: Ghép tính chất vật lí cột B với tên đơn chất halogen tương ứng cột A bảng (Điều kiện thường): Bảng 7.4 Tính chất vật lí số halogen A B a Fluorine a1 chất khí, màu lục nhạt b Chlorine b2 chất khí, màu vàng lục c Bromine c3 chất lỏng, màu nâu đỏ d Iodine d4 chất khí, màu tím đen chất rắn, màu tím đen chất khí, màu nâu đỏ Hướng dẫn giải: a – 1; b – 2; c – 3; d – Bài 2: Hồn thành thơng tin cịn thiếu bảng sau: Bảng 7.5 Trạng thái tồn màu sắc số halogen Halogen Trạng thái Màu sắc Fluorine Chlorine Iodine Hướng dẫn giải: Halogen Trạng thái Màu sắc Fluorine Khí Lục nhạt Chlorine Khí Vàng lục Iodine Rẳn Đen tím Bài 3: a Nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sơi halogen trình bày bảng đây: Bảng 7.6 Nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sôi số halogen Đơn chất F2 Cl2 Br2 I2 o o t nóng chảy ( C) -223 -101 -7,2 113,5 o o t sôi ( C) -187 -34,1 58,2 184,5 Nhận xét giải thích xu hướng biến đổi nhiệt độ sơi, nhiệt độ nóng chảy đơn chất halogen từ F2 tới I2? b Tại halogen tan nước lại tan nhiều benzene? Hướng dẫn giải: a Khi từ fluorine tới iodine nhiệt độ sơi nhiệt độ nóng chảy các đơn chất halogen tăng dần Giải thích: Từ F2 → Cl2 kích thước phân tử tăng, số electron phân tử tăng => tương tương van der Waals phân tử mạnh => nhiệt độ sôi nhiệt độ nóng chảy tăng b Liên kết X – X phân tử X liên kết cộng hố trị khơng cực nên halogen dễ dàng tan dung môi không phân cực benzene tan dung môi phân cực nước Bài 4: Trong tự nhiên, halogen tồn dạng đơn chất hay hợp chất? Giải thích? Lấy hai ví dụ hợp chất chlorine tự nhiên? Hướng dẫn giải: - Do có tính oxi mạnh nên tự nhiên halogen tồn dạng hợp chất - NaCl có nhiều nước biển KCl có quặng sylvinite Bài 5: Hình cho biết trạng thái tự nhiên số nguyên tố halogen: Muối mỏ (NaCl) Nước biển (NaCl, NaBr, NaI) Quặng Fluorite (CaF 2) Khoáng cryolite Quặng Fluorapatite Quặng sylvinite (Na3AlF6) (Ca5(PO4)3F) (NaCl.KCl) Hình 7.8 Trạng thái tự nhiên số halogen Dựa vào thông tin ảnh ghép trạng thái tự nhiên thích hợp ngun tố nhóm halogen cách hoàn thành bảng sau: Bảng 7.7 Trạng thái tự nhiên số halogen Nguyên tố Trạng thái tự nhiên Fluorine Chlorine Bromine Iodine Hướng dẫn giải: Nguyên tố Trạng thái tự nhiên Fluorine Quặng fluorite, khoáng cryolite, quặng fluorapatite Chlorine Muối mỏ, nước biển Bromine Nước biển Iodine Nước biển Bài 6: Đồ thị biểu diễn nhiệt độ nóng chảy điểm sơi đơn chất nhóm VIIA. Astatine xếp iodine nhóm VIIA Hãy dự đốn điểm nóng chảy nhiệt độ sôi, trạng thái astatine nhiệt độ phịng Hình 7.9 Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi đơn chất halogen Hướng dẫn giải: Astatine nên có điểm nóng chảy khoảng 300 °C điểm sơi khoảng 340 °C. Điều có nghĩa astatine chất rắn nhiệt độ phòng Bài 7: Bảng cung cấp thơng tin số tính chất vật lí đơn chất halogen Bảng 7.8 Một số tính chất vật lý ngun tố nhóm VIIA Các ngun tố Bán kính Nhiệt độ nóng Nhiệt độ sơi Màu sắc nhóm VIIA ngun tử (nm) chảy (°C) (°C) Fluorine (F2) 0,072 -220 -188 Lục nhạt Chlorine (Cl2) 0,099 -101 -35 Vàng lục Bromine (Br2) 0,114 -7 59 Đỏ nâu Iodine (I2) 0,133 114 184 Đen tím a Sử dụng bảng trên, xác định trạng thái đơn chất halogen 20 °C b Hãy nhận xét xu hướng biến đổi màu sắc đơn chất halogen từ fluorine đến iodine c Nêu xu hướng biến đổi bán kính nguyên tử đơn chất halogen Giải thích d Astatine (At) nằm iodine cuối nhóm VIIA Dự đốn tính chất astatine về: i) trạng thái 20 °C ii) màu sắc iii) bán kính nguyên tử Hướng dẫn giải: a Từ bảng thấy điều kiện thường flourine chlorine tồn thể khí, bromine tồn thể lỏng, iodine tồn thể rắn Các phân tử lớn lực van der Waals phân tử mạnh b Màu sắc đơn chất halogen đậm dần lên c Khi từ xuống bán kính nguyên tử tăng dần số lớp electron tăng làm bán kính nguyên tử tăng d Astatine tồn thể rắn, bán kính nguyên tử lớn màu sắc đậm (đậm iodine) Dạng 2: Tính chất hóa học đơn chất halogen 2.1 Xu hướng biến đổi tính chất hố học đơn chất halogen Bài 1: Tại nguyên tố fluorine khơng thể xuất mức oxi hố dương hợp chất hoá học? Tại ngun tố chlorine, bromine, iodine mức oxi hố chẵn khơng đặc trưng? Hướng dẫn giải: + Số oxi hóa nguyên tử nguyên tố hợp chất điện tích ngun tử ngun tố với giả định hợp chất ion + Fluorine nguyên tố có độ âm điện lớn nên ln nhận cặp electron liên kết ion Do hợp chất fluorine ln thể số oxi hố -1 + Các nguyên tử chlorine, bromine iodine trạng thái kích thích tạo 1, 3, electron độc thân => thể số oxi hố -1, +1, +3, +5 +7 hợp chất Bài 2: Xác định H2(g) + Cl2(g) hai phản ứng sau theo lượng liên kết: 2HCl(g) H2(g) + Br2(g) 2HBr(g) Hãy cho biết mức độ thuận lợi phản ứng theo khía cạnh nhiệt Điều có mâu thuẫn với điều kiện thực tế để xảy phản ứng không? Tại sao? Cho EH-H = 436 kJ/mol; ECl-Cl = 242 kJ/mol; EH-Cl = 431 kJ/mol; EBr-Br = 192 kJ/mol; EH-Br = 366 kJ/mol Hướng dẫn giải: rH0298 (1) = EH-H + ECl-Cl - 2EH-Cl = 436 + 242 – 2.431 = -184 kJ/mol rH0298 (2) = EH-H + EBr-Br - 2EH-Br = 436 + 192 – 2.366 = -103 kJ/mol Ta thấy rH0298 (1), rH0298 (2) âm nên phản ứng thuận lợi mặt nhiệt Phản ứng (1) thuận lợi mặt nhiệt phản ứng (2) Mặc dù hai phản ứng thuận lợi nhiệt mâu thuẫn với thực tế, điều kiện chuẩn phản ứng (2) khơng xảy mà cần cung cấp nhiệt độ, cịn phản ứng (1) cần cung cấp thêm ánh sáng Vì để phản ứng xảy phụ thuộc vào mật độ phân tử mức độ chuyển động hỗn loạn chúng Do bromine chlorine có kích thước phân tử lớn làm giảm mức độ chuyển động hỗn loạn phân tử tham gia phản ứng 2.2 Halogen tác dụng với hydrogen 10