Các nguyên tố halogen khác, ngoài số oxi hóa âm, còn có các số oxi hóa dương trong các hợp chất với nguyên tố có độ âm điện lớn hơn... Cấu tạo phân tử đơn chất - Đơn chất halogen: gồm 2 [r]
(1)Bài KHÁI QUÁT VỀ NHÓM HALOGEN Nội dung: I NHÓM HALOGEN TRONG BẢNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ II CẤU HÌNH ELECTRON – CẤU TẠO PHÂN TỬ CỦA HALOGEN III TÍNH CHẤT VẬT LÍ IV TÍNH CHẤT HÓA HỌC V PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ Câu hỏi củng cố (3) I NHÓM HALOGEN TRONG BẢNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ - Vị trí các halogen: nhóm VIIA, cuối chu kì, trước khí - Nhóm halogen gồm nguyên tố: Flo (F), Clo (Cl), Brom (Br), Iot (I), Atatin (At) - Trong đó, atatin là nguyên tố phóng xạ, không gặp thiên nhiên và nghiên cứu nhóm các nguyên tố phóng xạ - Trong nhóm halogen, clo tìm thấy dạng tự đầu tiên vào năm 1774 Sau đó cùng với tìm các nguyên tố còn lại flo, iot, brom ,…các nhà hóa học có thể khẳng định giống tinh chất các nguyên tố này Năm 1811, nhà hóa học Đức I.Schweiger đề nghị đặt tên cho nhóm nguyên tố là Halogen theo tiếng Latin nghĩa là sinh muối, chúng có thể kết hợp dễ dàng với kim loại kiềm tạo thành các muối điển hình Mẫu đơn chất flo Mẫu đơn chất clo Lop10.com (2) Mẫu đơn chất brom Mẫu đơn chất iot [Đầu trang ↑] II CẤU HÌNH ELECTRON – CẤU TẠO PHÂN TỬ CỦA HALOGEN Cấu hình - Lớp electron ngoài cùng các halogen có electron - Cấu hình e lớp ngoài cùng tổng quát: cùng) electron (n là số thứ tự lớp ngoài Số oxi hóa halogen hợp chất - Flo có số oxi hoá -1 - Clo, brom, iot có số oxi hoá: -1, +1, +3, +5, +7 Giải thích Số oxi hóa halogen phụ thuộc vào số eletron độc thân Ở trạng thái bản: các nguyên tử halogen có e độc thân Ở trạng thái kích thích: Lop10.com (3) Ở các trạng thái kích thích, nguyên tử clo, brom, iot có thể có 3, 5, electron độc thân Mặt khác, flo có độ âm điện lớn nên tất các hợp chất có số oxi hóa âm Các nguyên tố halogen khác, ngoài số oxi hóa âm, còn có các số oxi hóa dương (trong các hợp chất với nguyên tố có độ âm điện lớn hơn) Cấu tạo phân tử đơn chất - Đơn chất halogen: gồm nguyên tử liên kết liên kết cộng hoá trị không cực, tạo thành phân tử X2 Năng lượng liên kết X-X phân tử X2 không lớn ( từ 151 đến 243 kJ/mol) nên các phân tử halogen tương đối dễ tách thành hai nguyên tử [Đầu trang ↑] III TÍNH CHẤT VẬT LÍ Flo Clo Brom Iot Trạng thái tập hợp đơn chất Khí màu lục nhạt Khí màu vàng lục Lỏng, màu đỏ nâu Tinh thể màu tím Cấu hình electron lớp ngoài cùng 2s22p5 3s23p5 4s24p5 5s25p5 Bán kính nguyên tử (nm) 0,064 0,099 0,114 0,133 Độ âm điện 3,98 3,16 2,96 2,66 Nhiệt độ nóng chảy (oC) - 219,6 - 101,0 - 7,3 113,6 Nhiệt độ sôi (oC) - 188,1 - 34,1 59,2 185,5 Nhận xét biến đổi tính chất vật lí các đơn chất từ flo đến iot: - Trạng thái tập hợp: từ thể khí chuyển sang thể lỏng và rắn - Màu sắc: đậm dần - Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tăng dần - Bán kính nguyên tử tăng dần, độ âm điện giảm dần [Đầu trang ↑] Lop10.com (4) IV TÍNH CHẤT HÓA HỌC - Do lớp electron ngoài cùng có cấu tạo tương tự ( ns2np5 ) nên các halogen giống tính chất hoá học thành phần và tính chất các hợp chất - Nguyên tử halogen với electron lớp ngoài cùng nên dễ nhận thêm electron để tạo lớp ngoài cùng bền vững giống khí "Tôi là nguyên tử halogen, làm ơn cho tôi electron nhé!" - Halogen là phi kim điển hình, chúng có tính oxi hóa mạnh Từ flo đến iot, tính oxi hóa giảm dần Giải thích: Các halogen có độ âm điện lớn Từ flo đến iot, bán kính nguyên tử tăng dần và độ âm điện giảm dần Lop10.com (5) [Đầu trang ↑] V PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ F2 - Điện phân hỗn hợp KF và HF Cl2 Br2 I2 - Cho axit HCl đặc tác dụng - Dùng Cl2 để oxi hóa - Tách NaI từ rong với chất oxi hóa mạnh ion Br– (trong nước biển, sau đó oxi hóa MnO2, KMnO4, … biển) thành Br2 ion I– thành I2 - Điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn Câu hỏi củng cố Hãy so sánh cấu hình electron các nguyên tử halogen ? Giống nhau: - Đều có electron lớp ngoài cùng (ns2np5) - Ở trạng thái bản, nguyên tử các halogen có electron độc thân Khác nhau: - Số lớp electron nguyên tử tăng dần từ flo đến iot, vì lớp electron ngoài cùng càng xa hạt nhân - Lớp ngoài cùng F không có phân lớp d, còn lớp ngoài cùng Cl, Br, I có phân lớp d còn trống Lop10.com (6) Vì các hợp chất, nguyên tố flo luôn luôn có số oxi hóa âm, còn các halogen khác ngoài số oxi hóa âm còn có số oxi hóa dương ? Do flo là nguyên tố có độ âm điện lớn - Khi tạo thành liên kết ion thì flo luôn có xu hướng nhận thêm 1e để tạo thành ion âm và theo quy ước nó có số oxi hóa là -1 - Còn liên kết cộng hóa trị thì cặp e dùng chung có xu hướng bị lệch phía flo (nguyên tố có độ âm điện lớn hơn) nên nó có số oxi hóa là -1 Đối với các nguyên tố halogen khác - Khi liên kết với nguyên tố có độ âm điện nhỏ thì có số oxi hóa âm - Ngược lại, chúng liên kết với nguyên tố có độ âm điện lớn thì có số oxi hóa dương Tại nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy các đơn chất halogen tăng dần từ flo đến iot ? Trong đơn chất halogen, các phân tử X2 liên kết với liên kết liên phân tử (lực Van der Waals) Lực này tăng lên theo chiều tăng phân tử khối (M) và khả bị cực hóa phân tử halogen nên từ flo đến iot, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tăng lên: Ở điều kiện bình thường: - Flo và clo là chất khí - Brom là chất lỏng - Iot là chất rắn Bài FLO Nội dung: I LỊCH SỬ TÌM RA NGUYÊN TỐ II TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN III TÍNH CHẤT VẬT LÍ IV TÍNH CHẤT HÓA HỌC V ỨNG DỤNG Lop10.com (7) VI ĐIỀU CHẾ VII HỢP CHẤT CỦA FLO VỚI OXI Câu hỏi củng cố (1) NGUYÊN TỐ FLO - Kí hiệu - Khối lượng - Vị trí: ô số hóa học: nguyên 9, nhóm F tử: VIIA, 18,998 chu kì - Công thức phân tử: F2 I LỊCH SỬ TÌM RA NGUYÊN TỐ - Tên gọi flo (Fluere) theo tiếng Latin có nghĩa là “chảy”, tên gọi bắt nguồn từ việc các nhà luyện kim thời xưa thường cho thêm quặng florit để tạo với kim loại hỗn hợp dễ nóng chảy, nhờ đó tách kim loại tinh khiết khỏi xỉ - Năm 1771, nhà hóa học Thụy Điển Carl William Scheele chưng khoáng vật florit (CaF2) với axit sunfuric thì thu chất có tính chất tương tự axit clohidric nên gọi là axit fluoric Việc này chứng tỏ có nguyên tố phát hiện, có tính chất tương tự clo flo hoạt động hóa học quá mạnh nên chưa có thể điều chế dạng đơn chất nó - Mãi đến năm 1886, trước ủy ban đặc biệt Viện Hàn lâm khoa học Paris, nhà hóa học người Pháp Ferdinand Frederic Henri Moissan đã trình bảy thành công thí nghiệm thu khí flo nguyên chất Lop10.com (8) Carl William Scheele (1742- 1786) Ferdinand F Henri Moissan (1826 – 1907) [Đầu trang ↑] II TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN - Trong tự nhiên, flo tồn dạng hợp chất, có men người và động vật, lá số loại cây - Flo chiếm 0,08% khối lượng vỏ Trái Đất, nghĩa là nhiều đồng, kẽm, kền và số nguyên tố tương đối phổ biến khác Phần lớn flo có khoáng vật florit (CaF2) và criolit (AlF3.3NaF) Lop10.com (9) Lop10.com (10) Lop10.com (11) Quặng Fluorite (CaF2) Quặng Criolit (AlF3.3NaF) [Đầu trang ↑] III TÍNH CHẤT VẬT LÍ - Ở điều kiện thường, flo là chất khí màu lục nhạt Khí flo độc, nó là nguyên nhân dẫn đến cái chết nhiều nhà hóa học nghiên cứu tính chất đơn chất flo - Khí flo nặng không khí, có tính ăn mòn cao Mẫu khí flo [Đầu trang ↑] IV TÍNH CHẤT HÓA HỌC - Nguyên tố flo có độ âm điện lớn nên là phi kim có tính oxi hóa mạnh Khi tham gia phản ứng , nguyên tử flo dễ nhận thêm 1e để thành ion florua Tác dụng với Lop10.com kim loại (12) Flo tác dụng với tất các kim loại, kể vàng (Au) và bạch kim (Pt) tạo muối florua Tác dụng với hiđro - Khí flo oxi hóa hầu hết các phi kim Với khí hiđro, phản ứng nổ mạnh xảy bóng tối và nhiệt độ thấp (-252oC), tạo hiđro florua: - Hiđro florua (HF) là khí tan nước không có giới hạn, tạo thành axit flohiđric Axit flohiđric không thể đựng các bình thủy tinh vì nó có đặc điểm ăn mòn thủy tinh (được đựng các bình chì, polietilen, cao su) và dùng để khắc chữ, khắc hình lên thuỷ tinh, tẩy vết cát trên mặt kim loại Tác dụng với nước - Khí flo oxi hóa nước dễ dàng nhiệt độ thường, và nước nóng tiếp xúc với khí flo thì bốc cháy Câu hỏi: Dựa vào phản ứng trên, hãy so sánh tính oxi hóa flo và oxi? [Đầu trang ↑] V ỨNG DỤNG Lop10.com (13) - Ứng dụng quan trọng và chủ yếu flo là để điều chế số dẫn xuất hiđrocacbon chứa flo, đó là sản phẩm trung gian để sản xuất chất dẻo Ví dụ: Floroten dùng bảo vệ các chi tiết, vật thể kim loại, gốm sứ, thủy tinh khỏi bị ăn mòn Chất dẻo teflon là polime có tính chất độc đáo, bền học hoá học, không bị axit và kiềm phá huỷ và khó nóng chảy nên dùng để chế tạo các vòng đệp làm kín chân không, phủ lên các dụng cụ nhà bếp (xoong, chảo ) để tạo bề mặt không dính Một số dẫn xuất hiđrocacbon khác có chứa flo là điclođiflometan CF2Cl2 , còn gọi là chất CFC (tên thương mại là freon) Trước đây, chất này dùng làm chất sinh hàn tủ lạnh và máy điều hòa nhiệt độ Từ năm 1996, chất này bị cấm sử dụng sinh khí có khả phá hủy tầng ozon Chất Freon dùng làm chất sinh hàn - Dung dịch NaF loãng dùng làm thuốc chống sâu Ngoài ra, flo còn dùng công nghiệp hạt nhân để làm giàu 235U [Đầu trang ↑] VI ĐIỀU CHẾ - Flo có tính oxi hóa mạnh nên không chất nào có thể oxi hóa F- thành F2 Phương pháp để sản xuất flo công nghiệp là phương pháp điện phân Lop10.com (14) - Điện phân nóng chảy hỗn hợp KF và HF, bình điện phân có cực âm làm thép đặc biệt hay đồng và cực dương than chì Khí hiđro thoát cực âm và khí flo thoát cực dương Sơ đồ bình điện phân HF [Đầu trang ↑] VII HỢP CHẤT CỦA FLO VỚI OXI - Trong hợp chất OF2, flo có số oxi hóa -1 và oxi có số oxi hóa +2 (Giải thích: độ âm điện flo lớn oxi) Mô hình phân tử OF2 - Oxi florua OF2 điều chế cách cho flo qua dung dịch NaOH loãng (2%) và lạnh: - OF2 là chất khí không màu, có mùi đặc biệt, độc - OF2 là chất oxi hóa mạnh, tác dụng với hầu hết các kim loại và phi kim tạo thành oxit và florua Lop10.com (15) [Đầu trang ↑] Câu hỏi củng cố Tại không thể chứa dung dịch HF các bình thủy tinh? Do HF có tính chất ăn mòn thủy tinh theo phản ứng sau: SiO2 + HF -> SiF4 + H2O Bài CLO Nội dung: I LỊCH SỬ TÌM RA NGUYÊN TỐ II TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN III TÍNH CHẤT VẬT LÍ IV TÍNH CHẤT HÓA HỌC V ỨNG DỤNG VI ĐIỀU CHẾ Câu hỏi củng cố (2) NGUYÊN TỐ CLO - Kí hiệu hóa học: Cl - Khối lượng nguyên tử: 35,45 - Vị trí: ô số 17, nhóm VIIA, chu kì - Công thức phân tử: Cl2 I LỊCH SỬ TÌM RA NGUYÊN TỐ Lop10.com (16) - Muối ăn (NaCl) là hợp chất chứa clo người sử dụng rộng rãi từ thời xa xưa Thời trung cổ, các nhà giả kim thuật đã biết điều chế axit clohidric cách cho axit sunfuric tác dụng với muối ăn - Tuy nhiên, vào năm 1774 clo khám phá nhà hóa học Thụy Điển Carl William Scheele và thừa nhận là nguyên tố vào năm 1810 nhà hóa học người Anh Humphry Davy - Tên gọi clo (Chloas) theo tiếng Hy lạp có nghĩa là “vàng lục”, đó chính là màu sắc khí clo Carl William Scheele (1742- 1786) Humphry Davy (1778 – 1829) [Đầu trang ↑] II TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN - Trong tự nhiên, tồn hai đồng vị clo : - Do hoạt động hoá học mạnh nên clo tồn tự nhiên dạng hợp chất, chủ yếu là muối clorua Natri clorua (muối ăn) có nhiều nước biển (một lít nước biển chứa khoảng 30g NaCl) Cũng thấy natri clorua dạng rắn, tạo thành vỉa lớn rải rác vỏ Trái Đất gọi là muối mỏ Lop10.com (17) Tinh thể muối ăn (NaCl) Mỏ muối Texas – Mĩ - Một vài hợp chất khác clo phổ biến tự nhiên, ví dụ kali clorua là thành phần chất khoáng cacnalit KCl.MgCl2.6H2O Clo chiếm 0,05% khối lượng vỏ Trái Đất Quặng Sylvite (NaCl - KCl) Quặng Carnalite (KCl.MgCl2.6H2O) [Đầu trang ↑] III TÍNH CHẤT VẬT LÍ - Ờ điều kiện thường, clo là chất khí màu vàng lục, mùi xốc Lop10.com (18) Mẫu khí clo - Khí clo nặng không khí 2,5 lần - Dưới áp suất thường, clo hóa lỏng -33,6oC và hóa rắn -101,0oC - Ở 20oC, thể tích nước hoà tan 2,5 thể tích clo Dung dịch khí clo nước còn gọi là nước clo có màu vàng nhạt Clo tan nhiều các dung môi hữu - Khí clo độc, lượng nhỏ gây kích thích mạnh đường hô hấp và viêm các niêm mạc Hít phải nhiều clo thì bị ngạt và có thể chết [Đầu trang ↑] IV TÍNH CHẤT HÓA HỌC - Clo có độ âm điện lớn (3,16) đứng sau flo (3,98) và oxi (3,44) Vì vậy, hợp chất với các nguyên tố này clo có số oxi hóa dương (+1,+3,+5,+7), còn các hợp chất khác clo có số oxi hóa âm (-1) - Khi tham gia phản ứng, nguyên tử clo dễ nhận thêm 1e để thành ion clorua: - Vậy tính chất hóa học clo là tính oxi hóa mạnh Tác dụng với kim loại Clo tác dụng trực tiếp với hầu hết các kim loại, phản ứng xảy nhanh, toả nhiều nhiệt Sản phẩm là các muối halogenua ứng với số oxi hóa cao kim loại Lop10.com (19) TN.1: Natri nóng chảy, cháy clo với lửa sáng chói, tạo thành natri clorua Xem phim TN.2: Sắt cháy clo tạo thành khói màu nâu gồm hạt nhỏ sắt (III) clorua Xem phim TN.3: Nung đỏ sợi dây đồng mảnh đưa vào bình đựng khí clo, dây đồng cháy sáng, sản phẩm phản ứng là đồng (II) clorua Xem phim Tác dụng với hiđro - Ở nhiệt độ thường và bóng tối, khí clo oxi hóa chậm hiđro - Khi chiếu sáng mạnh (ánh sáng mặt trời, ánh sáng magie cháy) hay hơ nóng, phản ứng trên xảy nhanh và có tiếng nổ Hỗn hợp nổ mạnh tỉ lệ mol hiđro và clo là 1:1 Lop10.com (20) Xem phim Tác dụng với nước - Khi tan nước, phần clo tác dụng với nước : - Axit hipoclorơ (HClO) có tính oxi hoá mạnh phân huỷ các chất màu Vì clo hoàn toàn khô không có tính tẩy trắng, clo ẩm lại có tính chất đó tạo thành axit hipoclorơ - Phân tử Cl2 vừa là chất khử, vừa là chất oxi hoá, nên phản ứng thuộc loại tự oxi hóa – khử Xem phim Tác dụng với muối các halogen Clo không oxi hóa ion florua, oxi hóa dễ dàng các ion bromua và iotua Lop10.com khác (21)