chuong 5-halogen

Hóa học phi kim Chơng 5: Nhóm halogen A. Tóm tắt lí thuyết i. cấu hình electron. Các nguyên tố nhóm VII A (còn gọi là nhóm halogen) có cấu hình eletron chung lớp ngoài cùng là: ns 2 np 5 . Ví dụ: F (Z = 9) : 2s 2 2p 5 Cl (Z = 17): 3s 2 3p 5 Nhóm halogen có bán kính nguyên tử bé nhất, độ âm điện lớn nhất so với các nguyên tố thuộc cùng chu kì. ii. lí tính. Cả 4 halogen đều tồn tại ở dạng phân tử X 2 với 2 nguyên tử X nối vơí nhau bằng 1 nối đơn. Ví dụ: F - F, Cl - Cl, Br - Br, I - I. Giữa các phân tử X 2 chỉ có lực hút Van der Waals yếu nên các halogen hoặc ở trạng thái khí (F 2 , Cl 2 ) hoặc ở trạng thái lỏng (Br 2 ) dễ bay hơi, cũng có thể ở trạng thái rắn(I 2 ) dễ thăng hoa. iii. hóa tính. Nhóm halogen với 7 điên tử ở lớp ngoài cùng và độ âm điện lớn, nguyên tử halogen X dễ dàng lấy 1 điện tử tạo ra X - có cấu hình khí trơ bền vững. X + 1e X 1 ns 2 np 5 ns 2 np 6 Do đó tính chất quan trọng nhất của nhóm halogen là tính oxi hóa, tính này giảm dần từ F 2 (chất oxi hóa mạnh nhất) đến I 2 (chất oxi hóa trung bình). Các bậc oxi hóa đặc trng của các halogen là: -1, 0, + 1, +3, + 5, + 7. ở dạng đơn chất, các halogen tồn tại dới dạng phân tử X 2 . Có bậc oxi hóa trung gian là 0 là bậc oxi hóa trung gian. Nên nó vừa thể hiện tính oxi hóa vừa thể hiện tính khử. -1 0 +1 +3 +5 +7 1. Tính oxi hóa 2.Tính khử 3. Tính tự oxi hóa khử 1. Tính oxi hóa mạnh X 2 + 2.1e 2X - Tính oxi hóa: F 2 > Cl 2 > Br 2 > I 2 . 0 a) Tác dụng với kim loại muối halogenua 2M + nX 2 2MX n (n: là hóa trị cao nhất của kim loại M). - F 2 : Oxi hóa đợc tất cả các kim loại. Ca + F 2 CaF 2 (Caxiflorua) - Cl 2 : Oxi hóa đợc hầu hết các kim loại, phản ứng cần đun nóng. 2Fe + 3Cl 2 0 t 2FeCl 3 (Sắt (III) clorua) Cu + Cl 2 0 t CuCl 2 (Đồng (II) clorua) - Br 2 : Oxi hóa đợc nhiều kim loại, phản ứng cần đun nóng. 2Fe + 3Br 2 0 t 2FeBr 3 (Sắt (III) bromua) - I 2 : Oxi hóa đợc nhiều kim loại, phản ứng chỉ xảy ra khi đun nóng hoặc khi có mặt của chất xúc tác. 2Al + 3I 2 oH 2 2AlI 3 (Nhôm iotua) b) Tác dụng với phi kim. Các halogen tác dụng đợc với hầu hết các phi kim trừ N 2 , O 2 , C (kim cơng). 2P + 3Cl 2 0 t 2PCl 3 (Photpho triclorua) 2P + 5Cl 2 0 t 2PCl 5 (Photpho pentaclorua) 2S + Cl 2 0 t S 2 Cl 2 c) Tác dụng với hiđro khí hiđrohalogenua. X 2 + H 2 2HX Khả năng phản ứng giảm dần từ F 2 I 2 - F 2 : Phản ứng ngay trong bóng tối, ở t 0 = - 252 0 C, gây nổ mạnh. F 2 + H 2 0 250 2HF - Cl 2 : Phản ứng cần chiếu sáng, nổ mạnh. Cl 2 + H 2 as 2HCl - Br 2 : Câng nhiệt độ cao. Br 2 + H 2 0 300 2HBr - I 2 : Cần nhiệt độ cao, phản ứng không hoàn. I 2 + H 2 0 450 2HI Ghi nhớ: Khí HX tan trong nớc tạo ra dung dịch axit HX, đều là các dung dịch axit mạnh (trừ HF). d) Tác dụng với hợp chất có tính khử: F 2 + H 2 S 2HF + S F 2 + H 2 O HF + O 2 Cl 2 + H 2 S 2HCl + S 3FeCl 2 + 3Cl 2 2FeCl 3 Cl 2 + 2NaBr 2NaCl + Br 2 Cl 2 + 2NaI 2NaCl + I 2 Br 2 + H 2 2HBr Br 2 + 2NaI 2NaBr + I 2 I 2 + H 2 S 2HI + S Ghi nhớ: - Halogen có tính mạnh hơn đấy đợc halogen có tính oxi hóa yếu hơn ra khỏi dung dịch muối (trừ F 2 ) VD: F 2 + dd NaCl không xảy ra phản ứng: F 2 + 2NaCl 2NaF + Cl 2 mà xảy ra phản ứng : F 2 + H 2 O HF + O 2 - Nớc clo, brom có tính oxi hóa rất mạnh luôn oxihóa chất khử lên bậc oxi hóa cao nhất. 3Cl 2 + S + 4H 2 O 6HCl + H 2 SO 4 Cl 2 + SO 2 + 2H 2 O 2HCl + H 2 SO 4 4Cl 2 + H 2 S + 4H 2 O 8HCl + H 2 SO 4 3Br 2 + S + 4H 2 O 6HBr + H 2 SO 4 Br 2 + SO 2 + 2H 2 O 2HBr + H 2 SO 4 (phản ứng nhận biết khí SO 2 ). 4Br 2 + H 2 S + 4H 2 O 8HBr + H 2 SO 4 2. Tính khử. Theo dãy: F 2 - Cl 2 - Br 2 - I 2 tính khử tăng dần. - Cl 2 : Khử đợc F 2 . Cl 2 + F 2 2ClF - Br 2 : Khử đợc Cl 2 . 5Cl 2 + 6H 2 O + Br 2 10HCl + 2HBrO 3 - I 2 : Khử đợc Cl 2 , Br 2 . 5Cl 2 + 6H 2 O + I 2 10HCl + 2HIO 3 5Br 2 + 6H 2 O + I 2 10HCl + 2HIO 3 3. Tính tự oxi hóa - khử. a) Với H 2 O. - Cl 2 : Phản ứng không hoàn toàn ở nhiệt độ thờng Cl 2 + H 2 O HCl + HClO (axit hipocloro) - Br 2 : ở ứng ở nhiệt độ tờng, chậm hơn clo. Br 2 + H 2 O HBr + HBrO (axit hipobromo) - I 2 : Hầu nh không phản ứng. b) Với dung dịch bazơ. Cl 2 + 2NaOH thuongt 0 NaCl + NaClO + H 2 O nớc gia ven 3Cl 2 + 6NaOH 0 70 5NaCl + NaClO 3 + 3H 2 O Cl 2 + Ca(OH) 2 0 30 CaOCl 2 + H 2 O (cloruavôi) 3Br 2 + 6NaOH 5NaBr + NaBrO 3 + 3H 2 O Ghi nhớ: Nớc gia ven, cloruavôi đều là chất oxi hóa mạnh, tác nhân oxi hóa là Cl +1 . Chúng có tính tẩy màu và sát trùng. iv. Điều chế. 1. Điều chế F 2 : Vì F 2 có tính oxi hóa mạnh nhất, nên muốn chuyển F - thành F 2 phải điện phân hỗn hợp KF + HF (không có mặt H 2 O). 2HF dp H 2 + F 2 2. Điều chế Cl 2 : a) Trong phòng thí nghiệm: Cho axit HCl đặc (hay hỗn hợp NaCl + H 2 SO 4 đặc), tác dụng với các chất oxi hóa mạnh nh MnO 2 , KMnO 4 , K 2 Cr 2 O 7 , PbO 2 , KClO 3 , CaOCl 2 , NaClO, . MnO 2 + 4HCl 0 t MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O MnO 2 + 4NaCl + 4H 2 SO 4 0 t MnCl 2 + 4NaHSO 4 + Cl 2 + 2H 2 O 2KMnO 4 + 16HCl 0 t 2MnCl 2 + Cl 2 + 2KCl + 8H 2 O K 2 Cr 2 O 7 + 14HCl 0 t 2KCl + 2CrCl 3 + 3Cl 2 + 7H 2 O CaOCl 2 + 2HCl 0 t CaCl 2 + H 2 O + Cl 2 2NaClO + 2HCl 0 t 2NaCl + Cl 2 + H 2 O b) Trong công nghiệp: Điện phân dung dịch NaCl, có màng ngăn. 2NaCl + 2H 2 O mndpdd , 2NaOH + H 2 + Cl 2 (K) (A) Nếu không có màng ngăn thì khí clo thoát ra sẽ phản ứng với NaOH tạo ra n- ớc gia ven. Cl 2 + 2NaOH NaCl + NaClO + H 2 O 3. Điều chế Br 2 , I 2 . a) Trong phòng thí nghiệm: Dùng chất oxi hóa mạnh nh MnO 2 oxi hóa ion I , Br trong môi trờng axit H 2 SO 4 . 2NaI + MnO 2 + 2H 2 SO 4 0 t MnSO 4 + I 2 + Na 2 SO 4 + 2H 2 O 2NaBr + MnO 2 + 2H 2 SO 4 0 t MnSO 4 + Br 2 + Na 2 SO 4 + 2H 2 O Hoặc: Có thể điều chế Br 2 , I 2 bằng cách dùng Cl 2 (vừa đủ) oxi hóa ion I , Br . Cl 2 + 2NaBr 2NaCl + Br 2 Cl 2 + 2NaI 2NaCl + I 2 b) Trong công nghiệp: - Nguồn chính để sản xuất Br 2 trong công nghiệp nớc biển và nớc hồ muối, đ- ợc axit hóa bằng H 2 SO 4 , sau đó cho khí Cl 2 (vừa đủ) sục qua. Cl 2 + 2NaBr 2NaCl + Br 2 - Nguồn chính để sản xuất I 2 trong công nghiệp là rong biển và nớc của lỗ khoan dầu mỏ. iv. hợp chất. Các hợp chất của halogen chứa các halogen có số oxi hóa từ -1(thấp nhất) đến +7 (cao nhất). 1. Số oxi hóa -1. Với số oxi hóa -1 halogen tồn tại ở dạng HX hoặc muối halogenua. a) Hiđrohalogenua và axit halogenic. Theo dãy: HF - HCl - HBr - HI Tính axit tăng, tính khử tăng. 1.1. Tính axit. ở điều kiện thờng các HX đều là chất khí, dễ tan trong nớc cho ra dung dịch axit HX. Vì độ bền của liên kết H - X giảm dần từ H - F đến H - I, độ mạnh của axit HX tăng dần từ HF (axit yếu) đến HI. Các axit HCl, HBr, HI đều là các axit mạnh, trong nớc phân li hoàn toàn. HCl H + + Cl - HBr H + + Br - HI H + + I - Các axit HCl, HBr, HI thể hiện đầy đủ tính chất của một axit mạnh. - Làm quỳ tím hóa đỏ - Tác dụng với bazơ muối + nớc. 2HCl + Cu(OH) 2 CuCl 2 + 2H 2 O HBr + NaOH NaBr + H 2 O Ghi nhớ: Nếu có hỗn hợp nhiều axit (chẳng hạn HCl + H 2 SO 4 ) tác dụng với hỗn hợp nhiều bazơ (chẳng hạn NaOH + Ba(OH) 2 ) thì để đơn giản ta nên thay hỗn hợp axit bằng H + và hỗn hợp bazơ bằng OH - . H + + OH - H 2 O n H + = n HCl + 2n H 2 SO 4 ; n OH = n NaOH + 2n Ba (OH) 2 - Tác dụng với oxit bazơ muối + nớc 2HCl + CuO CuCl 2 + H 2 O 2HI + Na 2 O 2NaI + H 2 O Ghi nhớ: Với oxit bazơ Fe 3 O 4 khi tác dụng với axit HX (X:Cl, Br, I) tạo ra hai muối. 8HCl + Fe 3 O 4 2FeCl 3 + FeCl 2 + 4H 2 O 8HBr + Fe 3 O 4 2FeBr 3 + FeBr 2 + 4H 2 O 8HI + Fe 3 O 4 2FeI 3 + FeI 2 + 4H 2 O - Tác dụng với kim loại Muối có hóa trị thấp + H 2 2M + 2nHX 2MX n + nH 2 ĐK: M đứng trớc H 2 (K Pb); n: hóa trị thấp của M. VD: Fe + 2HCl FeCl 2 + H 2 Fe + 2HBr FeBr 2 + H 2 Ghi nhớ: Nếu có hỗn hợp nhiều axit (chẳng hạn HCl + H 2 SO 4 ) tác dụng với hỗn hợp nhiều kim loại (chẳng hạn Na, Mg, Zn, Fe, Al) thì để đơn giản ta nên thay hỗn hợp axit bằng H + . Na + H + Na + + 1/2H 2 Mg + 2H + Mg 2+ + H 2 Zn + 2H + Zn 2+ + H 2 Fe + 2H + Fe 2+ + H 2 2Al + 6H + 2Al 3+ + 3H 2 - Tác dụng với dung dịch muối Có hai kiểu phản ứng Do quan hệ đẩy: axit mạnh đẩy axit yếu hơn ra khỏi muối VD: BaCO 3 + 2HCl BaCl 2 + CO 2 + H 2 O Na 2 S + 2HCl 2NaCl + H 2 S (mùi trứng thối) Phản ứng trao đổi. ĐK: Muối tham gia phải tan, sản phẩm tạo thành phải có chất kết tủa không tan trong axit sinh ra. VD: HCl + AgNO 3 AgCl + HNO 3 (trắng) 1.2. Tính khử. Trong phân tử HX, số oxi hóa của X là -1, thấp nhất thể hiện tính khử. Theo dãy: HF - HCl - HBr - HI tính khử của các HX tăng dần do độ bền liên kết H - X giảm dần ( vì d H-X tăng) độ bền phân tử giảm dần. - HF: Không thể hiện tính khử ở điều kiện thờng, chỉ có thể oxi hóa bằng dòng điện. Vì phân tử HF rất bền. - HCl: Khi đặc, thể hiện tính khử yếu, chỉ tác dụng với các chất oxi hóa mạnh nh MnO 2 , KMnO 4 , K 2 Cr 2 O 7 , PbO 2 , KClO 3 , CaOCl 2 , NaClO Vì phân tử HCl t- ơng đối bền. MnO 2 + 4HCl 0 t MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O MnO 2 + 4NaCl + 4H 2 SO 4 0 t MnCl 2 + 4NaHSO 4 + Cl 2 + 2H 2 O 2KMnO 4 + 16HCl 0 t 2MnCl 2 + Cl 2 + 2KCl + 8H 2 O K 2 Cr 2 O 7 + 14HCl 0 t 2KCl + 2CrCl 3 + 3Cl 2 + 7H 2 O CaOCl 2 + 2HCl 0 t CaCl 2 + H 2 O + Cl 2 2NaClO + 2HCl 0 t 2NaCl + Cl 2 + H 2 O PbO 2 + 4HCl 0 t PbCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O - HBr, HI: Đều là những chất khử mạnh, vì phân tử tơng đối kém bền. 2HBr (k) + H 2 SO 4 (đ) Br 2 + SO 2 + 2H 2 O 8HI(k) + H 2 SO 4 (đ) 4I 2 + H 2 S + 4H 2 O 4HBr + O 2 Br 2 + 2H 2 O 4HI + O 2 I 2 + 2H 2 O MnO 2 + 4HBr MnBr 2 + Br 2 + 2H 2 O MnO 2 + 4HI MnI 2 + I 2 + 2H 2 O Ghi nhớ: HF có tính chất đặc biệt là ăn mòn thủy tinh (SiO 2 ). 4HF + SiO 2 SiF 4 + 2H 2 O Phản ứng trên đợc dùng để khắc thủy tinh. 1.3. Điều chế HX. HF: CaF 2(rắn) + H 2 SO 4(đ) CaSO 4 + 2HF HCl: NaCl (rắn) + H 2 SO 4(đ) 0 250 NaHSO 4 + HCl 2NaCl (rắn) + H 2 SO 4(đ) > 0 250 Na 2 SO 4 + 2HCl HBr, HI: Vì hai axi này có tính khử mạnh, phản ứng với H 2 SO 4 đặc nên không thể dùng phơng pháp sunfat để điều chế nh điều chế HF và HCl. 2NaBr (k) + 2H 2 SO 4 (đ) Br 2 + SO 2 + 2H 2 O + Na 2 SO 4 8NaI(k) + 5H 2 SO 4 (đ) 4I 2 + H 2 S + 4H 2 O + 4Na 2 SO 4 Có thể điều chế HBr, HI bằng các phản ứng: PBr 3 + 3H 2 O 3HBr + H 3 PO 3 PI 3 + 3H 2 O 3HI + H 3 PO 3 H 2 S + I 2 S + 2HI (khí) (dd) (dd) b) Muối halogenua. Các halogenua kim loại đều tan nhiều trong nớc trừ halogenua của Ag + , Pb + ,Hg(I). Độ tan này giảm dần từ clorua đến iođua. AgCl > AgBr > AgI Độ tan giảm dần Nhận biết ion Cl , Br , I : Dùng dung dịch muối Ag + (thờng là AgNO 3 ) làm thuốc thử. NaCl + AgNO 3 AgCl + NaNO 3 (trắng) NaBr + AgNO 3 AgBr + NaNO 3 (vàng nhạt) NaI + AgNO 3 AgI + NaNO 3 ( vàng) 2. Số oxi hóa +1. Với số oxi hóa +1 halogen tồn tại ở dạng HOX (axit hipohalogenơ) và muối MOX (hipohalogenit). Ví dụ: HOCl: axit hipoclorơ. NaOCl: natri hipoclorit HOX có CTCT là H - O - X. Trong CTCT không có O liên kết cho nhận với Clo nên HOCl là axit yếu. Dung dịch muối MClO bị thủy phân mạnh cho ra dung dịch có môi trờng bazơ. HOX và MOX không bền, dễ mất oxi: 2HOX 2HX + O 2 HOX và MOX đều có tính oxi hóa mạnh. 3. Số oxi hóa +3. Với số oxi hóa +3 halogen tồn tại ở dạng HXO 2 (axit halogenơ) và muối MXO 2 (halogenit). Ví dụ: HClO 2 : axit clorơ NaClO 2 : natri clorit. Tồn tại dạng axit có CTCT: H - O - X O Lúc này trong công thức chỉ có 1 oxi liên kết cho nhận nên đây cũng chỉ là một axit yếu, độ mạnh của axit giảm dần từ HClO 2 đến HIO 2 . Với số oxi hóa trung gian +3, HXO 2 và MXO 2 có cả hai tính chất oxi hóa và khử. 4. Số oxi hóa +5. Với số oxi hóa +5 halogen tồn tại ở dạng HXO 3 (axit halogenic) và muối MXO 3 (muối halogenat). Ví dụ: HClO 3 : axit cloric KClO 3 : kali clorat Có CTCT: O H - O - X Với 2 oxi tham gia liên kết cho nhận với X nên đây là một axit mạnh. O Tồn tại ở số oxi hóa trung gian +5, các hợp chất có cả hai tính chất oxi hóa và khử, đặc biệt còn cho phản ứng tự oxi hóa khử: Ví dụ: 4KClO 3 0 t 3KClO 4 + KCl Quá trình oxi hóa: Cl +5 + 2e Cl +7 Quá trình khử: Cl +5 - 6e Cl -1 5. Số oxi hóa +7. Dạng tồn tại: HXO 4 (axit pehalogenic) và muối MXO 4 (muối pehalogenat). Ví dụ: HIO 4 : axit peiođic KIO 4 : kali peiođat Trong dạng này halogen tồn tại ở số oxi hóa cao nhất nên các hợp chất chỉ có tính chất oxi hóa chứ không thể hiện tính khử. B. Câu hỏi trắc nghiệm 1. Phát biểu nào sau đây là đúng ? A. Các halogen đều là những phi kim điển hình B. Tất cả các halogen đều rất độc, tan đợc trong benzen C. Từ flo đến atatin nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tăng dần. D. Trong phản ứng với nớc X 2 đóng vai trò vừa là chất oxi hoá vừa là chất khử 2. Phát biểu nào sau đây là đúng ? Trong nhóm halogen, theo số hiệu nguyên tử tăng dần A. bán kính nguyên tử của các nguyên tố tăng dần, cờng độ màu giảm dần B. bán kính nguyên tử tăng và cờng độ mầu tăng dần C. ái lực electron của nguyên tử các nguyên tố tăng dần, khối lợng riêng của đơn chất tăng dần D. ái lực electron của nguyên tử các nguyên tố giảm dần, khối lợng riêng của đơn chất giảm dần 3. ở điều kiện phòng thí nghiệm, đơn chất nào có cấu tạo mạng tinh thể phân tử? A. Iot B. Brom C. Clo D. Flo 4. Trong dãy nào dới đây các chất đã không đợc xếp theo trật tự tăng dần độ mạnh tính axit từu trái sang phải ? A. HClO, HClO 2 , HClO 3 , HClO 4 B. HI, HBr, HCl, HF C. H 3 PO 4 , H 2 SO 4 , HClO 4 D. NH 3 , H 2 O, HF 5. Theo dãy : F 2 - Cl 2 - Br 2 - I 2 thì A. tính oxi hoá tăng dần, tính khử giảm dần B. tính oxi hoá giảm dần, tính khử tăng dần C. tính oxi hoá giảm dần, tính khử giảm dần D. tính oxi hoá tăng dần, tính khử tăng 6. Theo dãy: HF - HCl - HBr - HI thì A. tính axit giảm, tính khử tăng B. tính axit tăng, tính khử tăng C. tính axit tăng, tính khử giảm D. tính axit giảm, tính khử giảm 7. Thêm HCl vào dung dịch chứa 0,15 mol và 0,15 mol NaAlO 2 . Khi kết tủa thu đ- ợc là 1,2 mol thì số mol HCl đã dùng là A. 1,2 mol hoặc 2,4 mol B. 2,4 mol C. 0,39 mol D. 0,27 mol hoặc 0,39 mol 8. Thêm dung dịch NaOH d vào dung dịch chứa 0,01 mol FeCl 2 trong không khí. Khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thì khối lợng kết tủa thu đợc bằng A. 9,0 gam B. 7,2 gam C. 10,7 gam D. 16,0 gam 9. Khẳng định nào sau đây không đúng ? A. Axit flohiđric đợc dùng để khắc tủy tinh do có phản ứng : SiO 2 + 4HF SiH 4 + 2 F 2 O B. AgBr trớc đây đợc dùng để chế tạo phim ảnh do có phản ứng : 2AgBr as 2Ag + Br 2 C. Nớc Gia - ven có tính oxi hóa mạnh là do có phản ứng : NaClO + CO 2 + H 2 O NaHCO 3 + HClO D. KClO 3 đợc dùng để điều chế oxi trong phòng thí nghiệm theo phản ứng : 2KClO 3 o tMnO , 2 2KCl + 3O 2 10. Trộn 60 ml dung dịch HCl x mol/l với 80 ml dung dịch NaOH 0,15 M thì thu đợc dung dịch có pH = 2. Giá trị của x là A. 0,15 B. 0,20 C. 0,25 D. 2,00 11. Để hòa tan hết 0,1 mol mỗi oxit FeO, Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3 bằng dung dịch HCl, thì l- ợng HCl cần dùng là A. 0,6 mol B. 1,6 mol C. 0,8 mol D. 1,2 mol