Bài giảng Hóa vô cơ, chương Halogen

Bài giảng Hóa học vô cơ Đại học bách khoa Hà Nội, Dành cho sinh viên ngành kĩ thuật hóa học, hoặc hóa học. Chương các nguyên tố halogen bao gồm Flo, Clo, Iot, Brom, và các hợp chất của chúng, phản ứng hóa học, các phương pháp điều chế, trạng thái thiên nhiên, ứng dụng,

3/2/2018 GROUP VIIA The Halogens Halogens (Greek hals, “salt”; genes, “born”) CÁC NGUYÊN TỐ NHÓM VIIA Department of Inorganic Chemistry - HUT X ns2np5 The Lewis dot structure     ns np4nd1: ClF3       ns2np3nd2: BrF5             ns2np2nd3: IF7 Department of Inorganic Chemistry - HUT 3/2/2018 -1 +1 +3 HX OF2 O2F2 X2 Cl2O Br2O HClO HBrO HIO HClO2 HBrO2 HIO2 Tính chất hố học Tính oxi hố Từ F, Cl, Br, I tính oxi hố giảm dần: Cl2 + 2KBr  2KCl + Br2 Br2 + 2KI  2KBr + I2 +5 +7 HClO3 HClO4 HBrO3 HBrO4 HIO3 HIO4 I2O5 Tính chất lý học -Ở điều kiện thường Flo Clo - khí, khơng màu (F), vàng lục (Cl) Brôm - lỏng màu nâu đỏ Iốt - rắn màu tím sẫm - Các halogen tan nước trừ Flo phân huỷ hoàn toàn nước nhiệt độ thường - I2 dễ hoàn tan dung dịch KI tạo thành KI3: I2 + KI = KI3 - Flo phi kim hoạt động nhất: phản ứng với hầu hết đơn chất, nhiều hợp chất khí Kr, Xe, Rn…; phản ứng xảy mãnh liệt: 3/2/2018 - Phản ứng X với H2: X2 + H2  2HX F2+ H2 = 2HF - - Phản ứng halogen với nước: nổ mạnh t thấp (-252oC) Cl2 + H2 = 2HCl nổ đun nóng tác dụng ánh sáng giàu tia tử ngoại Br2 + H2 = 2HBr HBr bị phân ly t= 200oC 700oC I2 + H2 ⇆ 2HI - t > 200oC bắt đầu xảy thuận nghịch Ho, KJ.mol-1 HF HCl HBr HI -288,6 -92,3 -35,98 25,9 Ở nhiệt độ thường F oxi hoá nước theo phản ứng: F2 +2H2O  4HF + O2 Còn halogen khác : X2 + H2O  HX + HXO, khả phản ứng giảm từ Cl2 đến I2 - Phản ứng với dung dịch kiềm: Cl2 + 2NaOH  NaCl + NaClO + H2O Nước Javen 2Cl2 + Ca(OH)2 CaCl2 + Ca(ClO)2 + 2H2O Clorua vơi Tính khử Các phương pháp điều chế Khơng đặc trưng halogen, tính khử tăng dần từ xuống nhóm (trừ F) từ Cl2 đến I2 (Br2, I2) Ví dụ: Cl2 + 2KI  2KCl + I2 5Cl2 + I2 + 6H2O  2HIO3 + 10HCl - Điều chế Cl2: Cl2 + 2KBr  2KCl + Br2 5Cl2 + Br2 + 6H2O  2HBrO3 + 10HCl * Trong công nghiệp: Axit HNO3 oxi hố I2 thành axit Iođic I2 + HNO3(l)  HIO3 + NO + H2O * Trong phòng thí nghiệm: MnO2, KMnO4, K2Cr2O7 tác dụng với HCl đặc MnO2 + 4HCl  MnCl2 + Cl2 + 2H2O 2KMnO4 + 16HCl  2MnCl2 + 5Cl2 + 2KCl + 8H2O đpnc 2NaCl  2Na + Cl2 đpdd 2NaCl + 2H2O  2NaOH + Cl2 + H2 3/2/2018 Ứng dụng - Điều chế Br2 I2: Cl2 + 2NaBr  2NaCl + Br2 Cl2 + 2KI  2KCl + I2, dùng lượng Cl2 nghiêm ngặt Vì dư Cl2: 5Cl2 + I2 + 6H2O  2HIO3 + 10HCl Nếu thiếu Cl2: I2 + I I 3- Điều chế F2: Phương pháp để điều chế F điện phân nóng chảy muối florua Vì sao? - Tính chất lý học + Ở điều kiện thường chất khí khơng màu, có mùi sốc Tnc Teflon, freon CF2Cl2 + Br2 dùng để chế hoá số dược phẩm, thuốc nhuộm, AgBr dùng nhiếp ảnh + I2 dùng y tế làm thuốc sát trùng, cầm máu, chế tạo số dược phẩm - Tính axít hồ tan nước: HF axit trung bình yếu, HCl, HBr, HI axit mạnh Hợp chất halogenua: HF, HCl, HBr, HI , oC + F2 dùng để điều chế: CFCl3… Tính chất hố học Hợp chất halogen tS, oC + Clo ứng dụng rộng rãi để tổng hợp chất dung môi hữu CCl4, thuốc trừ sâu, diệt cỏ, chất dẻo, cao su, sợi tổng hợp, chất tẩy trắng, tẩy trùng nước… HF HCl HBr HI 19,5 -84,9 -66,7 -35,8 -83 -114,2 -88 -50,8 + Các halogenua có khả hồ tan nước nhiều + Từ HF đến HI lượng liên kết H-X giảm dần nguyên nhân chủ yếu làm tăng khả phân ly H+ HX, tức làm tăng tính axit EH-X, KJ.mol-1 HF HCl HF HI 565 431 364 297 Tính axit HF giảm cách đột ngột so với HX khác tượng liên hợp phân tử HF gây liên kết hydro : nHF  (HF)n (n= 26) 3/2/2018 - Trừ HF, HX có tính khử tính khử tăng dần từ HCl, HBr, HI + Ví dụ: HCl bị oxi hoá chất oxy hoá mạnh như: KMnO4, MnO2, khơng bị oxi hố H2SO4 đặc, HBr HI phản ứng theo phương trình sau: 2HBr + H2SO4  SO2 + Br2 + 2H2O 8HI + H2SO4  H2S + 4I2 + 4H2O + HI bị oxi hố Fe3+: 2FeCl3 + 2HI  2FeCl2 + I2 + 2HCl Hợp chất chứa oxi * Các hợp chất HXO phân tử có góc HOX = 109o, không bền -Axit hipoflorơ tạo khí F2 qua nước 0oC, t thường phân huỷ thành HF O2: 2HFO = 2HF + O2 - Axit hipoclorơ HClO tạo phản ứng thuỷ phân Cl2 nước: Cl2 + HOH ⇆ HCl + HClO + Dễ bị phân huỷ theo phương trình sau: as 2HClO  2HCl + O2 to 3HClO  2HCl + HClO3 - Riêng HF có tính đặc biệt khác: 6HF + SiO2 H2[SiF6] + 2H2O, dùng HF để khắc lên thuỷ tinh - Điều chế: CaF2(r) + H2SO4(đ) CaSO4 + 2HF(k) to H2(k) + Cl2(k)  2HCl(k) PX3 + 3HOH  H3PO4 + 3HX (HBr, HI) Hợp chất chứa oxi • Các hợp chất HXO - Đều axit yếu, tính axit giảm dần: Ka(HClO) = 3,4.10-8; Ka(HBrO)= 2.10-9; Ka(HlO) = 1.10-11 - Muối axit hipoclorơ bền hipoclorit, tạo phản ứng: Cl2 + 2NaOH  NaCl + NaClO+ 2H2O Trong môi trường kiềm, bị phân huỷ theo phản ứng: 3XO- ⇆ 2X- + XO3(X= Cl, Br, I) 3/2/2018 * Hợp chất chứa oxi HXO3 - HClO3, HBrO3 HIO3 axit mạnh tính axit giảm dần theo dãy + HClO3 HBrO3 bền tồn dung dịch loãng, HIO3 tách dạng tinh thể + Được tạo phân huỷ hợp chất với số oxi hố +1 mơi trường kiềm: 3XO- ⇄ 2X- + XO3 - Phản ứng tăng dần từ Cl đến I: ClO- xảy t= 80oC, BrO- 0oC IO- phản ứng phân huỷ xảy t thấp Điều chế muối KClO3 + Trong công nghiệp KClO3 điều chế điện phân dung dịch KCl không màng ngăn 80oC đp KCl + H2O Cl2 + 2KOH  KOH + Cl2 + H2 = KClO + KCl + H2O KClO ⇄ KClO3 + KCl KClO3 tách cách làm lạnh Nhiệt phân muối KClO3 2KClO3(r) 2KCl + 3O2(k) t= 250oC có mặt xúc tác MnO2 4KClO3  3KClO4 + KCl đun nóng khơng có mặt xúc tác ClO3-, BrO3-, IO3- có tính oxi hố mạnh giảm dần mơi trường trung tính mơi trường kiềm ClO3- + 6e + 6H+  Cl- + 3H2O  εClO /Cl 0,059 [ClO3 ][H ]6 ε  lg [Cl ] o ... trắng, tẩy trùng nước… HF HCl HBr HI 19,5 -8 4,9 -6 6,7 -3 5,8 -8 3 -1 14,2 -8 8 -5 0,8 + Các halogenua có khả hồ tan nước nhiều + Từ HF đến HI lượng liên kết H-X giảm dần nguyên nhân chủ yếu làm tăng... lý học - điều kiện thường Flo Clo - khí, khơng màu (F), vàng lục (Cl) Brơm - lỏng màu nâu đỏ Iốt - rắn màu tím sẫm - Các halogen tan nước trừ Flo phân huỷ hoàn toàn nước nhiệt độ thường - I2 dễ... tạo phân huỷ hợp chất với số oxi hoá +1 môi trường kiềm: 3XO- ⇄ 2X- + XO3 - Phản ứng tăng dần từ Cl đến I: ClO- xảy t= 80oC, BrO- 0oC IO- phản ứng phân huỷ xảy t thấp Điều chế muối KClO3 + Trong