1 HOÁ HỌC CAO CỰ GIÁC (Chủ biên) ĐẶNG THỊ THUẬN AN – NGUYỄN ĐÌNH ĐỘ NGUYỄN XUÂN HỒNG QUÂN – PHẠM NGỌC TUẤN 10 (Tái bản lần thứ nhất) 2 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG SÁCH Trong mỗi bài học gồm các nội dung sau Hướ[.]
CAO CỰ GIÁC (Chủ biên) ĐẶNG THỊ THUẬN AN – NGUYỄN ĐÌNH ĐỘ NGUYỄN XUÂN HỒNG QUÂN – PHẠM NGỌC TUẤN HOÁ HỌC (Tái lần thứ nhất) 10 Hướng dẫn sử dụng sách HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG SÁCH Trongmỗi nộisau: dung sau: Trong bàibài họchọc gồmgồm nội dung MỞ ĐẦU Khởi động, đặt vấn đề, gợi mở tạo hứng thú vào học HÌNH THÀNH KIẾN THỨC MỚI Hoạt động hình thành kiến thức Thảo luận Tóm tắt kiến thức trọng tâm LUYỆN TẬP Củng cố kiến thức rèn luyện kĩ học VẬN DỤNG Vận dụng kiến thức kĩ học vào thực tiễn MỞ RỘNG Giới thiệu thêm kiến thức ứng dụng liên quan đến học, giúp em tự học nhà CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT TRONG SÁCH Kí hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt askt ánh sáng khuếch tán asmt ánh sáng mặt trời đpnc , điện phân nóng chảy sản phẩm khí, sản phẩm không tan nước (kết tủa) (s) solid chất rắn (l) liquid chất lỏng (g) gas chất khí (hơi) (aq) aqueous chất tan nước (dung dịch) Ea activation energy lượng hoạt hoá Eb bond energy lượng liên kết đkc standard ambient temperature and pressure điều kiện chuẩn nhiệt độ áp suất (25oC, bar) ∆H enthalpy change biến thiên enthalpy o ∆ f H298 standard enthalpy of formation at 298 K enthalpy tạo thành chuẩn 298 K ∆r Ho298 standard enthalpy change of reaction at 298 K biến thiên enthalpy chuẩn phản ứng 298 K Hãy bảo quản, giữ gìn sách giáo khoa để dành tặng em học sinh lớp sau! LỜI NÓI ĐẦU Các em học sinh thân mến! Từ lâu, hoá học mệnh danh “trung tâm ngành khoa học” nhiều ngành khoa học vật lí, sinh học, y học, khoa học Trái Đất, … lấy hoá học làm tảng cho phát triển Hoá học sở phát triển cho nhiều ngành công nghiệp khác vật liệu, luyện kim, điện tử, dược phẩm, dầu khí, … Trong sống ngày, hoá học diện khắp nơi Từ lương thực – thực phẩm, đồ dùng thiết yếu gia đình, dụng cụ học tập, thuốc chữa bệnh, nguyên liệu sản xuất, … đến hương thơm quyến rũ nước hoa, mĩ phẩm, … sản phẩm hoá học Sách giáo khoa Hoá học 10 gồm phần Mở đầu Chương mang đến cho em hiểu biết cấu tạo chất biến đổi chất dựa nguyên lí, quy luật tự nhiên, từ thấy vai trị to lớn đóng góp hố học phát triển kinh tế, khoa học kĩ thuật, ứng dụng thực tiễn, … Mỗi chương chia thành số học, học gồm chuỗi hoạt động nhằm hình thành lực hoá học cho em Để học tập đạt kết tốt, em cần tích cực, chủ động thực hoạt động sau: Hoạt động Mở đầu học đưa câu hỏi, tình huống, vấn đề, … thực tiễn với mục đích định hướng, gợi mở em huy động kiến thức kinh nghiệm để bắt nhịp cách hứng thú vào học Hoạt động Hình thành kiến thức chuỗi hoạt động quan trọng mà em cần tích cực quan sát hình ảnh, thực thí nghiệm, thảo luận, phán đốn khoa học, … để chiếm lĩnh kiến thức học Các hoạt động Luyện tập, Vận dụng giúp em ôn tập kiến thức, rèn luyện kĩ học sử dụng chúng để giải số vấn đề thực tiễn liên quan đến hoá học Hoạt động Mở rộng giúp em tìm hiểu thêm kiến thức ứng dụng liên quan đến học Cuối học số tập nhằm tạo điều kiện cho em tự kiểm tra đánh giá kết học tập Bảng Giải thích thuật ngữ cuối sách giúp em tra cứu số thuật ngữ khoa học liên quan đến học Đây sách thuộc sách giáo khoa Chân trời sáng tạo Nhà xuất Giáo dục Việt Nam Sách biên soạn theo định hướng phát triển phẩm chất lực người học, giúp em không ngừng sáng tạo trước giới tự nhiên rộng lớn, đồng thời tạo hội cho em vận dụng kiến thức hoá học vào sống ngày Các tác giả hi vọng sách giáo khoa Hoá học 10 người bạn đồng hành hữu ích em khám phá giới tự nhiên, phát triển nhận thức, tư logic lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn CÁC TÁC GIẢ MỤC LỤC HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG SÁCH LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC MỞ ĐẦU Bài Nhập mơn hố học CHƯƠNG CẤU TẠO NGUYÊN TỬ 6 13 Bài Thành phần nguyên tử 13 Bài Nguyên tố hoá học 20 Bài Cấu trúc lớp vỏ electron nguyên tử 26 CHƯƠNG BẢNG TUẦN HỒN CÁC NGUN TỐ HỐ HỌC 35 Bài Cấu tạo bảng tuần hồn ngun tố hố học 35 Bài Xu hướng biến đổi số tính chất nguyên tử nguyên tố, thành phần số tính chất hợp chất chu kì 43 nhóm Bài Định luật tuần hồn – Ý nghĩa bảng tuần hồn ngun tố hố học CHƯƠNG LIÊN KẾT HOÁ HỌC 52 Bài Quy tắc octet 52 Bài Liên kết ion 55 Bài 10 Liên kết cộng hoá trị 59 Bài 11 Liên kết hydrogen tương tác van der Waals 67 CHƯƠNG PHẢN ỨNG OXI HOÁ – KHỬ Bài 12 Phản ứng oxi hoá – khử ứng dụng sống 49 72 72 CHƯƠNG NĂNG LƯỢNG HOÁ HỌC 80 Bài 13 Enthalpy tạo thành biến thiên enthalpy phản ứng hố học 80 Bài 14 Tính biến thiên enthalpy phản ứng hoá học CHƯƠNG TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG HOÁ HỌC 88 94 Bài 15 Phương trình tốc độ phản ứng số tốc độ phản ứng 94 Bài 16 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng hoá học 98 CHƯƠNG NGUYÊN TỐ NHÓM VIIA – HALOGEN 105 Bài 17 Tính chất vật lí hố học đơn chất nhóm VIIA 105 Bài 18 Hydrogen halide số phản ứng halide ion 114 GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ 120 MỞ ĐẦU Bài NHẬP MƠN HỐ HỌC MỤC TIÊU – Nêu đối tượng nghiên cứu hố học – Nêu vai trị hố học đời sống, sản xuất, – Trình bày phương pháp học tập nghiên cứu hoá học Hầu hết thứ xung quanh liên quan đến hoá học Hoá học nghiên cứu vấn đề gì? Hố học có vai trị đời sống sản xuất? Làm để có phương pháp học tập nghiên cứu hố học cách hiệu quả? Các chất hoá học có mặt ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU CỦA HỐ HỌC đời sống ngày Nhận biết đối tượng nghiên cứu hố học Quan sát Hình 1.1, đơn chất hợp chất Viết công thức hố học chúng Nitơ (Nitrogen) Nhơm (aluminium) (a) Lá nhơm Hydrogen (b) Bình khí nitrogen Oxygen (c) Cốc nước Cl– Na+ (d) Muối ăn Hình 1.1 Một số đơn chất hợp chất (a) (b) Hình 1.2 Ba thể bromine Quan sát Hình 1.2, cho biết ba thể bromine tương ứng với hình (a) (b) Sắp xếp theo thứ tự tăng dần mức độ trật tự cấu trúc ba thể Quan sát Hình 1.3, cho biết trình (a), (b), đâu q trình biến đổi vật lí, q trình biến đổi hố học Giải thích (a) Q trình thăng hoa (b) Nhúng đinh sắt vào dung dịch copper(II) sulfate iodine Hình 1.3 Q trình biến đổi vật lí q trình biến đổi hố học Hoá học ngành khoa học thuộc lĩnh vực khoa học tự nhiên, nghiên cứu thành phần, cấu trúc, tính chất biến đổi chất ứng dụng chúng VAI TRỊ CỦA HỐ HỌC TRONG ĐỜI SỐNG VÀ SẢN XUẤT Tìm hiểu vai trị hố học đời sống sản xuất Hình 1.4 Một số loại nhiên liệu dùng cho động đốt Khi đốt nến (được làm paraffin), nến chảy dạng lỏng, thấm vào bấc, cháy khơng khí, sinh khí carbon dioxide nước Cho biết giai đoạn diễn tượng biến đổi vật lí, giai đoạn diễn tượng biến đổi hoá học Giải thích Quan sát hình từ 1.4 đến 1.10, cho biết hố học có ứng dụng lĩnh vực đời sống sản xuất Hình 1.5 Một số loại vật liệu xây dựng Nêu vai trị hố học ứng dụng mơ tả hình bên Hình 1.6 Thuốc phịng, chữa bệnh cho người Hình 1.7 Chỉ khâu tự tiêu dùng y khoa Kể tên vài ứng dụng khác hoá học đời sống Hình 1.8 Mĩ phẩm Hình 1.9 Bón phân cho trồng Hình 1.10 Nghiên cứu phịng thí nghiệm Hoá học có vai trò quan trọng đời sống, sản xuất nghiên cứu khoa học Từ sáng sớm thức dậy tối ngủ, em sử dụng nhiều chất việc sinh hoạt cá nhân, ăn uống, học tập, … Hãy liệt kê chất sử dụng ngày mà em biết Nếu thiếu chất sống bất tiện nào? PHƯƠNG PHÁP HỌC TẬP HỐ HỌC Trình bày phương pháp học tập hố học Để học tốt mơn Hố học, cần có phương pháp học tập đắn thơng qua số hoạt động thực lớp học, nhà Ôn tập nghiên cứu học trước đến lớp Rèn luyện tư hoá học Ghi chép Luyện tập thường xuyên Thực hành thí nghiệm Nêu ý nghĩa hoạt động có Hình 1.11 việc học tập mơn Hố học Hãy cho biết hoạt động Hình 1.11 tương ứng với phương pháp học tập hoá học Dựa vào tiêu chí khác nhau, em lập sơ đồ để phân loại chất sau: oxygen, ethanol, iron(III) oxide, acetic acid, sucrose Sử dụng thẻ ghi nhớ Nguyên tử P roton Hoạt động tham quan, trải nghiệm Neutron E lectron Sử dụng sơ đồ tư Hình 1.11 Minh hoạ số hoạt động học tập mơn Hố học Em bạn nhóm tự tạo thẻ ghi nhớ để ghi nhớ số nguyên tố 20 nguyên tố hoá học bảng tuần hồn Phương pháp học tập hố học nhằm phát triển lực hoá học, bao gồm: (1) Phương pháp tìm hiểu lí thuyết; (2) Phương pháp học tập thơng qua thực hành thí nghiệm; (3) Phương pháp luyện tập, ôn tập; (4) Phương pháp học tập trải nghiệm PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU HOÁ HỌC Tìm hiểu phương pháp nghiên cứu hố học Khi nghiên cứu vấn đề hố học, cần có phương pháp nghiên cứu Khơng có phương pháp chung cho nghiên cứu Tuỳ vào mục đích đối tượng nghiên cứu mà lựa chọn phương pháp cho phù hợp Cho biết phương pháp nghiên cứu hoá học sử dụng độc lập hay bổ trợ lẫn trình nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu lí thuyết sử dụng định luật, ngun lí, quy tắc, chế, mơ hình, …cũng kết nghiên cứu có để tiếp tục làm rõ vấn đề lí thuyết hoá học Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm nghiên cứu vấn đề dựa kết thí nghiệm, khảo sát, thu thập số liệu, phân tích, định lượng, … Phương pháp nghiên cứu ứng dụng nhằm mục đích giải vấn đề hố học ứng dụng lĩnh vực khác Tìm hiểu bước nghiên cứu hố học Ví dụ: Để nghiên cứu thành phần hoá học bước đầu ứng dụng tinh dầu tràm trà (Melaleuca alternifolia) sản xuất nước súc miệng, nhà nghiên cứu thực theo bước mơ tả Hình 1.12 (1) Nghiên cứu thành phần hoá học ứng dụng tinh dầu tràm trà làm nước súc miệng qua công trình khoa học tạp chí xuất (3) Thí nghiệm chiết xuất tinh dầu phương pháp chưng cất lôi nước Hãy cho biết đề tài “nghiên cứu thành phần hoá học bước đầu ứng dụng tinh dầu tràm trà sản xuất nước súc miệng”, nhà nghiên cứu sử dụng phương pháp nghiên cứu (2) Đặt giả thuyết: tinh dầu tràm trà có khả kháng khuẩn (4) Khảo sát hoạt tính kháng khuẩn sản phẩm nước súc miệng từ tinh dầu tràm trà Hình 1.12 Các bước thực đề tài nghiên cứu thành phần hoá học bước đầu ứng dụng tinh dầu tràm trà sản xuất nước súc miệng 10 VỊ TRÍ CỦA NHĨM HALOGEN TRONG BẢNG TUẦN HỒN Xác định vị trí nhóm halogen bảng tuần hồn VIIIA VA VIA VIIA 18,998 F Fluorine 17 Quan sát Hình 17.1, cho biết vị trí nhóm halogen bảng tuần hoàn 35,45 Cl Chlorine 35 Bromine 79,91 Br 53 126,90 I Iodine 85 Astatine (210) At 117 (294) Ts Tennessine Hình 17.1 Vị trí nhóm halogen bảng tuần hồn Nhóm halogen gồm ngun tố thuộc nhóm VIIA bảng tuần hồn ngun tố hố học: fluorine (F), chlorine (Cl), bromine (Br), iodine (I), astatine (At) tennessine (Ts) Astatine (85At) nguyên tố phóng xạ, tạo cách bắn phá đồng vị 209Bi hạt α máy gia tốc hạt (cyclotron), tạo hai neutron đồng vị 211At Astatine tự nhiên tìm thấy dạng trung gian chuỗi phân rã phóng xạ uranium thorium Năm 2020, nhà khoa học nghiên cứu đưa vào ứng dụng 211At điều trị ung thư, đồng thời phát triển dược phẩm phóng xạ sử dụng đồng vị này(*) Tennessine (117Ts) nguyên tố phóng xạ, phát năm 2010 IUPAC phê duyệt tên tennessine cho nguyên tố thứ 117 vào năm 2016 Vì có vài nguyên tử tạo nên Ts chưa có ứng dụng thực tế ngồi mục đích nghiên cứu TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN CỦA CÁC HALOGEN Tìm hiểu trạng thái tự nhiên halogen Halogen tự nhiên không tồn dạng đơn chất, chủ yếu tồn dạng muối halide ion (F–, Cl–, Br–, I–) Fluoride ion tìm thấy khoáng chất fluorite (CaF2); fluorapatite (Ca5(PO4)3F) cryolite (Na3AlF6) Chloride ion có nhiều nước biển, quặng halite (NaCl, thường gọi muối mỏ), sylvite (KCl) Bromide ion có quặng bromargyrite (AgBr); iodide ion iodargyrite (AgI), … ion có nước biển mỏ muối (*) Nguồn: David Leimbach cộng sự, The electron affinity of astatine (2020), Nature Communications, Vol 11, p.3824 106 Hãy kể tên số chất chứa nguyên tố halogen Từ thông tin quan sát Hình 17.2, nhận xét dạng tồn nguyên tố halogen tự nhiên (a) Fluorite (b) Sylvite (c) Cryolite Hình 17.2 Một số khống chất chứa halide ion Khoảng 71% bề mặt Trái Đất bao phủ biển đại dương, phần lại lục địa đảo Theo em, hàm lượng nguyên tố halogen nhiều tự nhiên? Trong tự nhiên, halogen tồn dạng hợp chất Hợp chất chủ yếu halogen muối halide CẤU HÌNH ELECTRON LỚP NGỒI CÙNG CỦA NGUN TỬ CÁC NGUYÊN TỐ HALOGEN ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO PHÂN TỬ HALOGEN Tìm hiểu cấu hình electron lớp ngồi nguyên tử đặc điểm cấu tạo phân tử halogen Lớp electron nguyên tử nguyên tố halogen có electron: phân lớp s có electron, phân lớp p có electron Do có electron lớp ngồi cùng, chưa đạt cấu hình bền vững khí hiếm, nên trạng thái tự do, hai nguyên tử halogen góp chung cặp electron để hình thành phân tử Viết cấu hình electron lớp nguyên tử nguyên tố halogen Từ đặc điểm cấu hình electron lớp ngồi nguyên tử, nhận xét xu hướng hình thành liên kết phân tử halogen Với X kí hiệu nguyên tố halogen Công thức cấu tạo phân tử halogen: X – X Đơn chất halogen tồn dạng phân tử X2, liên kết phân tử liên kết cộng hố trị khơng phân cực TÍNH CHẤT VẬT LÍ CỦA CÁC HALOGEN Tìm hiểu giải thích số tính chất vật lí halogen Các halogen tan nước, tan nhiều dung mơi hữu không phân cực hexane (C6H14), carbon tetrachloride (CCl4), … 107 Bảng 17.1 Một số đặc điểm nguyên tố nhóm halogen(*) Nguyên tố F (Z = 9) Cl (Z = 17) Br (Z = 35) I (Z = 53) Đơn chất (X2) F2 Cl2 Br2 I2 Màu sắc lục nhạt vàng lục nâu đỏ đen tím Cấu hình electron lớp ngồi 2s2 2p5 3s2 3p5 4s2 4p5 5s2 5p5 Bán kính nguyên tử (nm) 0,072 0,100 0,114 0,133 Nguyên tử khối trung bình 18,99 35,45 79,90 126,90 Độ âm điện 3,98 3,16 2,96 2,66 Thể (20 oC) khí khí lỏng rắn Nhiệt độ nóng chảy (oC) –220 –101 –7 114 Nhiệt độ sôi (oC) –188 –35 59 184 Độ tan nước 25 oC (mol/ lít) Phản ứng mãnh liệt với nước Tính chất 0,0620 0,2100 0,0013 Dựa vào Bảng 17.1, nhận xét biến đổi màu sắc, thể chất điều kiện thường, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sơi đơn chất halogen Giải thích biến đổi nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sơi từ fluorine đến iodine Ở điều kiện thường, dự đoán astatine tồn thể khí, thể lỏng hay thể rắn Giải thích Từ fluorine đến iodine: − Trạng thái tập hợp đơn chất 20 oC thay đổi: fluorine chlorine thể khí, bromine thể lỏng, iodine thể rắn − Màu sắc đậm dần từ fluorine đến iodine − Nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sơi tăng dần Nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sôi đơn chất halogen bị ảnh hưởng tương tác van der Waals phân tử Từ fluorine đến iodine, khối lượng phân tử bán kính nguyên tử tăng, làm tăng tương tác van der Waals, dẫn đến nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi tăng * Nguồn: Lawrie Ryan, Roger Norris, Cambridge International AS and A Level Chemistry Coursebook (2014, second editition), Cambridge University Press, United Kingdom Marianna Anderson Busch, Halogen Chemistry (2015), Baylor University, Elsevier Inc., Texas, USA ( ) 108 TÍNH CHẤT HỐ HỌC CỦA CÁC HALOGEN Tìm hiểu tính chất hố học đặc trưng halogen Halogen có cấu hình electron lớp ngồi ns2np5, nên nguyên tử có xu hướng nhận thêm electron dùng chung electron với nguyên tử khác để đạt cấu hình electron bền vững khí tương ứng Sơ đồ tổng quát: X + 1e X− Từ cấu tạo phân tử halogen đặc điểm cấu hình electron lớp nguyên tử, nhận xét xu hướng hình thành liên kết nguyên tử halogen phản ứng hoá học Tác dụng với kim loại Các halogen phản ứng với kim loại thể mức độ khác (Hình 17.3) Fluorine tác dụng với tất kim loại Ví dụ: 2Ag + F2 2AgF Chlorine tác dụng với hầu hết kim loại (trừ Au, Pt) Ví dụ: 2Fe + 3Cl2 2FeCl3 Bromine phản ứng với nhiều kim loại, khả phản ứng yếu so với fluorine chlorine Ví dụ: 2Na + Br2 Trong phản ứng với kim loại, nhận xét biến đổi số oxi hoá nguyên tử nguyên tố halogen viết trình khử xảy 2NaBr Iodine phản ứng với kim loại yếu so với bromine, chlorine fluorine Ví dụ phản ứng với aluminium, bromine phản ứng mạnh điều kiện thường, iodine cần nước làm xúc tác để phản ứng xảy ra: H2 O 2Al + 3I2 → 2AlI3 Chlorine phản ứng với dây sắt nóng đỏ Iodine phản ứng với bột nhôm, xúc tác nước Hình 17.3 Thí nghiệm halogen phản ứng với kim loại Tác dụng với hydrogen Khi tác dụng với hydrogen, fluorine phản ứng nổ mạnh bóng tối, nhiệt độ thấp (–252 °C); chlorine phản ứng điều kiện cần chiếu sáng đun nóng; 109 bromine phản ứng đun nóng 200 – 400 °C; iodine phản ứng khó khăn hơn, cần đun nóng 350 – 500 °C, chất xúc tác Pt phản ứng xảy thuận nghịch(*) 10 Dựa vào điều kiện phản ứng với hydrogen giá trị lượng liên kết phân tử H – X, giải thích khả phản ứng halogen với hydrogen −1 H2 + F2 → 2H F H2 + C l → 2HC l H2 + Br2 → 2H B r H2 + I2 2HI 0 −1 askt −1 to −1 350 oC − 500 oC, Pt Bảng 17.2 Năng lượng liên kết HX(**) Năng lượng liên kết (Eb) H–F H – Cl H – Br H–I kJ/mol 565 427 363 295 Fluorine phản ứng mạnh với nước, bốc cháy nước nóng 2F2 + 2H2O 4HF + O2 Chlorine bromine tác dụng chậm với nước, tạo thành hydrohalic acid hypohalous acid, khả phản ứng với nước bromine khó khăn Iodine phản ứng chậm với nước tạo iodic acid Cl2 + H2O HCl HBr 5HI (hydroiodic acid) HClO (hypochlorous acid) + (hydrobromic acid) 3I2 + 3H2O + (hydrochloric acid) Br2 + H2O HBrO (hypobromous acid) + HIO3 (iodic acid) 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, chlorine phản ứng với dung dịch NaOH nhiệt độ thường nhiệt độ 70 oC: Cl2 + 2NaOH → NaCl + NaClO + H2O o > 70 C 3Cl2 + 6NaOH → 5NaCl + NaClO3 + 3H2O (*) Phản ứng xảy theo chiều trái ngược nhau, học lớp 11 Nguồn: Martin S Silberberg, Principles of General Chemistry (2013, third edition), The McGraw-Hill Companies, Inc., New York, USA (**) 110 11 Trong phản ứng với dung dịch kiềm, nhận xét biến đổi số oxi hoá chlorine cho biết phản ứng thuộc loại phản ứng gì? Dung dịch hỗn hợp NaCl NaClO gọi nước Javel, có tính oxi hố mạnh nên dùng làm chất tẩy màu sát trùng Phản ứng chlorine với dung dịch kiềm dùng để sản xuất chất tẩy rửa, sát trùng, tẩy trắng ngành dệt, da, bột giấy, calcium hypochlorite (Ca(ClO)2); calcium oxychloride (CaOCl2), Tác dụng với dung dịch muối halide Nước Javel Thực hành thí nghiệm so sánh tính chất hố học halogen Thí nghiệm 1: So sánh tính chất hố học halogen Hoá chất: dung dịch NaBr, NaI, nước chlorine, nước bromine dung dịch hồ tinh bột Dụng cụ: ống nghiệm, ống hút nhỏ giọt, kẹp gỗ, giá để ống nghiệm Tiến hành: Thực bước theo Bảng 17.3 Bảng 17.3 Các bước tiến hành thí nghiệm Ống nghiệm 12 Tiến hành thí nghiệm 1, quan sát ghi nhận tượng Bước 1: Lấy vào ống nghiệm khoảng mL dung dịch NaBr mL dung dịch NaI 13 Dựa vào phương trình hố học phản ứng, giải thích kết thí nghiệm Bước 2: Cho vào ống nghiệm khoảng mL nước chlorine mL nước bromine, vài giọt hồ tinh bột Bước 3: Lắc đều, để ổn định Phương trình hố học phản ứng: Cl2 + 2NaBr ⟶ 2NaCl + Br2 Br2 + 2NaI ⟶ 2NaBr + I2 Tính tẩy màu khí chlorine ẩm Thực hành thí nghiệm tìm hiểu tính tẩy màu khí chlorine ẩm Kết thí nghiệm Thí nghiệm 2: Tính tẩy màu khí chlorine ẩm Hoá chất: tinh thể potassium permanganate (KMnO4), dung dịch HCl đặc, giấy màu, nước cất Dụng cụ: ống nghiệm nhánh, nút cao su, giá đỡ, thìa thuỷ tinh, ống hút nhỏ giọt 14 Tiến hành thí nghiệm 2, quan sát ghi nhận tượng 111 Tiến hành: Bước 1: Dùng thìa thuỷ tinh lấy tinh thể KMnO4, cho vào nhánh dài ống nghiệm Dùng ống hút nhỏ giọt lấy khoảng mL dung dịch HCl đặc cho vào nhánh ngắn ống nghiệm Lắp dụng cụ điều chế khí Cl2 ẩm Hình 17.4 Lưu ý: Kiểm tra nút cao su phải đậy kín trước thực bước Bước 2: Nghiêng ống nghiệm cho dung dịch HCl tiếp xúc với KMnO4 Phương trình hố học phản ứng điều chế khí Cl2: 2KMnO4 + 16HCl → 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O dung dịch HCl giấy màu ẩm KMnO4 15 Dựa vào phương trình hố học phản ứng, giải thích kết thí nghiệm Viết phương trình hố học phản ứng sau: Cu + Cl2 → (1) Al + Br2 → (2) Ca(OH)2 + Cl2 → (3) o > 70 C KOH + Br2 → Cl2 + KBr → Br2 + NaI → (4) (5) (6) Tính tẩy màu khí chlorine ẩm ứng dụng vào lĩnh vực đời sống? Hình 17.4 Bộ dụng cụ điều chế thử tính tẩy màu khí chlorine ẩm • Halogen có electron lớp ngồi cùng, nên ngun tử halogen có xu hướng nhận thêm electron để tạo hợp chất ion dùng chung electron để tạo hợp chất cộng hố trị • Tính chất hố học đặc trưng halogen tính oxi hố mạnh, tính oxi hoá giảm dần từ fluorine đến iodine ỨNG DỤNG CỦA CÁC HALOGEN Tìm hiểu ứng dụng halogen Fluorine: Được sử dụng sản xuất chất dẻo ma sát thấp, teflon phủ bề mặt chảo chống dính dùng cho thiết bị nhà bếp, dụng cụ thí nghiệm, … Một số hợp chất khác fluorine cryolite dùng sản xuất nhôm; sodium fluoride sử dụng loại thuốc trừ sâu, chống gián; số muối fluoride khác thêm vào thuốc đánh răng, tạo men răng, … 112 Ứng dụng fluorine sản xuất kem đánh Chlorine: Là chất oxi hoá mạnh, sử dụng làm chất tẩy trắng khử trùng nước Một lượng lớn chlorine dùng để sản xuất dung môi carbon tetrachloride (CCl4), chloroform (CHCl3), 1,2-dichloroethylene (C2H2Cl2), … Bromine: Được sử dụng để điều chế thuốc an thần, thuốc trừ sâu, thuốc nhuộm, mực in; silver bromide (AgBr) 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 người, thiếu iodine gây nên tác hại cho sức khoẻ gây bệnh bướu cổ, thiểu trí tuệ, hỗn hợp ethanol iodine chất sát trùng phổ biến Các hợp chất iodide sử dụng làm chất xúc tác, dược phẩm thuốc nhuộm Ứng dụng chlorine sản xuất dung môi hữu Ứng dụng bromine sản xuất phim cuộn 16 Nhận xét vai trò halogen đời sống, sản xuất y tế 17 Tìm hiểu thêm ứng dụng khác halogen thực tế Tại sử dụng nước Javel để tẩy vết mực áo trắng, lại khơng nên sử dụng vải quần, áo có màu? BÀI TẬP Hồn thành phương trình minh hoạ tính chất hố học ngun tố halogen: c) I2 + Na → a) Cl2 + H2 → b) F2 + Cu → d) Cl2 + Fe → g) Br2 + KI → e) Br2 + Ca(OH)2 → o 100 C f ) Cl2 + KOH → Giải thích ngun tố halogen không tồn dạng đơn chất tự nhiên Chloramine B (C6H5ClNNaO2S) chất thường sử dụng để sát khuẩn bề mặt, vật dụng dùng để khử trùng, sát khuẩn, xử lí nước sinh hoạt Ở nồng độ cao, chloramine B có tác dụng diệt nấm mốc, vi khuẩn, virus gây bệnh cho người Chloramine B có dạng viên nén (mỗi viên có khối lượng 0,3 – 2,0 gam) dạng bột Chloramine B 25% (250 mg chlorine hoạt tính viên nén hình bên) dùng phổ biến, tiện dụng pha chế bảo quản a) Nồng độ chloramine B hoà tan vào nước đạt 0,001% có tác dụng sát khuẩn dùng xử lí nước sinh hoạt Cần dùng viên nén chloramine B 25% (loại viên gam) để xử lí bình chứa 200 lít nước? b) Chloramine B nồng độ 2% dùng để phun xịt bề mặt vật dụng nhằm sát khuẩn, virus gây bệnh Để pha chế dung dịch này, sử dụng chloramine B 25% dạng bột Cần gam bột chloramine B 25% pha với lít nước để dung dịch sát khuẩn 2%? 113 Bài HYDROGEN HALIDE VÀ MỘT SỐ PHẢN ỨNG CỦA HALIDE ION 18 MỤC TIÊU – Nhận xét giải thích xu hướng biến đổi nhiệt độ sôi hydrogen halide từ HCl tới HI dựa vào tương tác van der Waals Giải thích bất thường nhiệt độ sôi HF so với HX khác – Trình bày xu hướng biến đổi tính acid dãy hydrohalic acid – Trình bày tính khử halide ion (Cl–, Br–, I–) thông qua phản ứng với chất oxi hoá sulfuric acid đặc – Thực thí nghiệm phân biệt ion F–, Cl–, Br–, I– cách cho dung dịch silver nitrate vào dung dịch muối chúng – Nêu ứng dụng số hydrogen halide Thuỷ tinh vốn cứng, trơn trơ mặt hoá học nên việc chạm khắc điều không đơn giản Trước đây, muốn khắc hoa văn, cần phủ lên bề mặt thuỷ tinh lớp paraffin, thực chạm khắc hoa văn lên lớp paraffin, để phần thuỷ tinh cần khắc lộ Nhỏ dung dịch hydrofluoric acid hỗn hợp CaF2 H2SO4 đặc lên lớp paraffin đó, phần thuỷ tinh cần chạm khắc bị ăn mòn, tạo nên hoa văn vật dụng cần trang trí Q trình ăn mòn thuỷ tinh xảy nào? Các halide ion có tính chất gì? Hoa văn khắc thuỷ tinh TÍNH CHẤT VẬT LÍ CỦA HYDROGEN HALIDE Giải thích xu hướng biến đổi tính chất vật lí hydrogen halide Hydrogen halide hợp chất hydrogen với halogen, công thức tổng quát HX, với X halogen Hậu tố “ide” hydrogen halide thay từ hậu tố “ine” tên halogen Bảng 18.1 Bảng mơ tả đặc điểm, tính chất vật lí hydrogen halide (HX)(*) Hydrogen halide HF Hydrogen fluoride Khí Khơng màu 20 vơ hạn HCl Hydrogen chloride Khí Khơng màu –85 42 HBr Hydrogen bromide Khí Khơng màu –67 68 HI Hydrogen iodide Khí Khơng màu –35 70 Độ dài liên kết H–X (A) 0,92 1,27 1,41 1,61 Bán kính ion halide (nm) 0,133 0,181 0,196 0,220 Tên hợp chất Thể, 20 oC Màu sắc Nhiệt độ sôi (oC) Độ tan nước oC (%) o Dựa vào Bảng 18.1 Hình 18.1, cho biết nhiệt độ sôi hydrogen halide từ HCl đến HI biến đổi nào? Giải thích Nguồn: Lawrie Ryan, Roger Norris, Cambridge International AS and A Level Chemistry Coursebook (2014, second editition), Cambridge University Press, United Kingdom Marianna Anderson Busch, Halogen Chemistry (2015), Baylor University, Elsevier Inc., Texas, USA Raji Heyrovská, Effective radii of alkali halide ions in aqueous solutions, crystals and in the gas phase and the interpretation of stokes radii (1989), Chemical Physics Letters Journal, Vol 163(1–2), pp.207–211 (*) 114 Quan sát Hình 18.2, giải thích nhiệt độ sơi cao bất thường hydrogen fluoride so với hydrogen halide cịn lại Hình 18.1 Tương tác van der Waals phân tử HX Nhờ liên kết hydrogen phân tử nên hydrogen fluoride khó bay hydrogen halide cịn lại Hình 18.2 Liên kết hydrogen phân tử HF • Nhiệt độ sôi hydrogen halide tăng dần từ HCl đến HI Nguyên nhân khối lượng phân tử tăng, làm tăng lượng cần thiết cho trình sơi; đồng thời, tăng kích thước số electron phân tử, dẫn đến tương tác van der Waals phân tử tăng • Các phân tử hydrogen fluoride hình thành liên kết hydrogen liên phân tử, loại liên kết bền tương tác van der Waals, nên nhiệt độ sôi hydrogen fluoride cao bất thường so với hydrogen halide lại HYDROHALIC ACID Tìm hiểu tính acid hydrohalic acid Các hydrogen halide tan nước, tạo thành hydrohalic acid tương ứng Hydrofluoric acid (HF) acid yếu, có tính chất đặc biệt ăn mịn thuỷ tinh, phương trình hố học phản ứng: Thơng tin Bảng 18.1 cho biết độ tan hydrogen fluoride nước oC vơ hạn Giải thích ngun nhân dẫn đến tính chất Dựa vào Bảng 17.2 Bảng 18.1, nhận xét mối liên hệ biến đổi lượng liên kết độ dài liên kết H−X với biến đổi tính acid hydrohalic acid SiO2 + 4HF → SiF4 + 2H2O Các dung dịch HCl, HBr, HI acid mạnh, có đầy đủ tính chất hố học chung acid làm quỳ tím chuyển sang màu đỏ, tác dụng với kim loại đứng trước hydrogen dãy hoạt động hoá học, tác dụng với basic oxide, base số muối Tính acid hydrohalic acid tăng dần từ hydrofluoric acid đến hydroiodic acid Hồn thành phương trình hố học phản ứng sau: NaOH + HCl → (1) Zn + HCl → (2) CaO + HBr → (3) K2CO3 + HI → (4) 115 Trong dịch vị dày người có hydrochloric acid với nồng độ khoảng 10–4 – 10–3 mol/L, đóng vai trị quan trọng q trình tiêu hố, với enzyme co bóp dày nhằm chuyển hoá thức ăn thành chất dinh dưỡng cho thể dễ hấp thụ Em đề xuất cách bảo quản hydrofluoric acid phịng thí nghiệm TÍNH KHỬ CỦA CÁC HALIDE ION Tìm hiểu tính chất halide ion Trong halide ion, halogen có số oxi hố thấp −1, halide ion thể tính khử phản ứng oxi hố − khử Khi đun nóng muối khan halide với chất oxi hoá mạnh, dung dịch H2SO4 đặc, chloride ion không khử H2SO4 nên xảy phản ứng trao đổi (Hình 18.3a) KCl + H2SO4 2KCl + H2SO4 < 250 oC o ≥ 400 C KHSO4 + HCl K2SO4 + 2HCl Bromide ion khử H2SO4 dung dịch H2SO4 đặc thành SO2 Br− bị oxi hoá thành Br2, sản phẩm có màu vàng đậm (Hình 18.3b) Nhận xét thay đổi số oxi hoá nguyên tử nguyên tố halogen phản ứng muối halide với dung dịch H2SO4 đặc Viết trình halide ion bị oxi hoá thành đơn chất tương ứng Iodide ion khử H2SO4 dung dịch H2SO4 đặc thành H2S, S, SO2 tuỳ vào điều kiện phản ứng I– bị oxi hố thành I2 có màu đen tím (Hình 18.3c) − + (a) (b) Hình 18.3 Các muối KCl (a), KBr (b), KI (c) (c) phản ứng với dung dịch H2SO4 đặc Tính khử halide ion tăng theo chiều F– < Cl– < Br– < I– 116 Phản ứng chứng minh tính khử halide ion: BaCl2 + H2SO4 → BaSO4 + 2HCl (1) ñpnc → 2Na + Cl2 (2) 2NaCl 2HBr + H2SO4 → Br2 + SO2 + 2H2O (3) HI + NaOH → NaI + H2O (4) NHẬN BIẾT HALIDE ION TRONG DUNG DỊCH Thực hành thí nghiệm nhận biết halide ion dung dịch Hoá chất: dung dịch NaF, NaCl, NaBr, NaI AgNO3, có nồng độ 0,1 M Dụng cụ: ống nghiệm, ống hút nhỏ giọt, giá để ống nghiệm Tiến hành Tiến hành thí nghiệm quan sát tượng Dựa vào phương trình hố học phản ứng, nêu cách nhận biết halide ion dung dịch Bước 1: Lấy khoảng mL dung dịch NaF, NaCl, NaBr NaI cho vào ống nghiệm, đánh số thứ tự từ đến Bước 2: Thêm tiếp vào ống nghiệm vài giọt dung dịch AgNO3 Phương trình hố học phản ứng: NaCl + AgNO3 ⟶ AgCl + NaNO3 Nêu cách nhận biết dung dịch CaCl2 NaNO3, viết phương trình hố học phản ứng xảy NaBr + AgNO3 ⟶ AgBr + NaNO3 NaI + AgNO3 ⟶ AgI + NaNO3 Dung dịch NaF không phản ứng với dung dịch AgNO3 Hình 18.4 Nhận biết halide ion dung dịch Phân biệt ion F−, Cl−, Br− I− cách cho dung dịch silver nitrate (AgNO3) vào dung dịch muối chúng Halide ion Thuốc thử Dung dịch AgNO3 F− Cl− Br− I− Khơng có tượng Có kết tủa màu trắng (AgCl) Có kết tủa màu vàng nhạt (AgBr) Có kết tủa màu vàng (AgI) 117 ỨNG DỤNG CỦA CÁC HYDROGEN HALIDE Tìm hiểu ứng dụng hydrogen halide Tìm ứng dụng khác hydrogen halide đời sống, sản xuất Hydrogen fluoride: Dùng để tẩy cặn thiết bị trao đổi nhiệt; chất xúc tác 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, hợp chất vô hữu phục vụ đời sống, sản xuất, … Bệnh đau dày gây ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ người, nguyên nhân căng thẳng kéo dài thói quen chưa hợp lí Trong dịch vị dày, HCl có nồng độ nhỏ 10−4 M gây bệnh khó tiêu hố, nồng độ lớn 10−3 M, gây bệnh ợ chua Thông thường, bên cạnh lời khuyên nghỉ ngơi thay đổi thói quen chưa hợp lí, bác sĩ định bệnh nhân mắc bệnh ợ chua sử dụng số thuốc chứa NaHCO3 để điều trị Giải thích tác dụng thuốc chứa NaHCO3 Hydrogen bromide: Làm chất xúc tác cho phản ứng hữu cơ, tổng hợp chất chống cháy chứa nguyên tố bromine tetrabromobisphenol A, điều chế nhựa epoxy, sản xuất vi mạch điện tử, … Hydrogen iodide: Dùng làm chất khử phổ biến phản ứng hoá học; sản xuất iodine alkyl iodide, … Hydrogen halide có nhiều ứng dụng đời sống sản xuất Việc ứng dụng khoa học để cải tạo điều kiện môi trường, tạo mưa nhân tạo thực từ lâu, cần thiết mùa hạn hán Khi đó, mưa nhân tạo cung cấp nước cho canh tác nông nghiệp sinh hoạt người Trong đám mây chứa nước, Silver iodide (AgI) chuyển đổi nước từ thể sang thể lỏng Vùng mây có nhiệt độ từ –20 C đến –5 C không diễn ra, nên cần hình thành trình chuyển đổi trạng thái để kích thước hạt nước nhỏ li ti tăng dần lên, đủ nặng để rơi Tinh thể băng xuống tạo thành mưa Bằng cách phun lên đám mây tinh thể silver iodide (AgI) băng khô (CO2 đóng băng) có nhiệt Khi kích thước tinh thể băng đủ lớn, nặng dần rơi xuống tạo mưa, độ thấp, kích thích q trình ngưng tụ tuyết mưa đá nước tạo tinh thể băng lớn Những tinh thể rơi xuống dạng Quá trình làm mưa nhân tạo tuyết trước tan thành nước, tạo mưa o 118 o BÀI TẬP Viết phương trình hoá học phản ứng xảy trường hợp: a) Kim loại Mg phản ứng với dung dịch HBr b) Dung dịch KOH phản ứng với dung dịch HCl c) Muối CaCO3 phản ứng với dung dịch HCl d) Dung dịch AgNO3 phản ứng với dung dịch CaI2 Trong phịng thí nghiệm, khí hydrogen halide (HX) điều chế theo phương trình hố học phản ứng sau: o t → HX↑ + NaHSO4 (hoặc Na2SO4) NaX(khan) + H2SO4(đặc) a) Cho biết HX chất chất sau: HCl, HBr, HI Giải thích b) Có thể dùng dung dịch NaX H2SO4 lỗng để điều chế HX theo phản ứng không? Giải thích "Natri clorid 0,9%" nước muối sinh lí chứa sodium chloride (NaCl), nồng độ 0,9% tương đương dịch thể người máu, nước mắt, … thường sử dụng để súc miệng, sát khuẩn, Em trình bày cách pha chế 500 mL nước muối sinh lí 119 GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ Thuật ngữ Giải thích Trang Hạt α Hạt nhân nguyên tử helium 15 Enthalpy tạo thành Nhiệt kèm theo phản ứng tạo thành mol chất từ đơn chất bền 84 Lưỡng cực cảm ứng Được hình thành tượng cảm ứng phân tử diện bên cạnh lưỡng cực tạm thời 70 Lưỡng cực tạm thời Được hình thành electron phân tử chất tập trung phía phân tử 69 Mạng tinh thể ion Tập hợp ion trái dấu xếp luân phiên, đặn theo cấu trúc không gian, tạo nên cấu trúc tinh thể hợp chất ion 56 Moment lưỡng cực Đại lượng biểu thị cho mức độ phân cực liên kết 65 Nguyên tố phóng xạ Các ngun tố hố học gồm đồng vị phóng xạ 106 Phản ứng thuận nghịch Phản ứng xảy theo chiều trái ngược điều kiện 110 120