A. KIẾN THỨC CƠ BẢN VÀ TRỌNG TÂM
II- Khái quát về tính chất của các Halogen
Bảng một số đặc điểm của các nguyên tố nhóm halogen
Nguyên tố F Cl Br I
29
Số hiệu nguyên tử 9 17 35 53
Cấu hình electron lớp ngoài cùng -2s22p5 -3s23p5 -4s24p5 -5s25p5
Trạng thái tập hợp (200c) khí khí lỏng rắn
Màu sắc lục nhạt vàng lục nâu đỏ tím đen
Nhiệt độ nóng chảy (0c) -219,6 -101,0 -7,3 113,6
Nhiệt độ sôi (0c) -188,1 -34,1 59,2 185,5
Bán kính nguyên tử (nm) 0,064 0,099 0,114 0,133
Bán kính ion X- (nm) 0,136 0,181 0,196 0,220
Năng lượng liên kết X-X (250c, 1atm) (kJ/mol) 159 243 192 151
Ái lực electron (eV) 3,45 3,61 3,37 3,08
Độ âm điện 4,0 3,0 2,8 2,5
Flo không tan trong nước vì nó phân hủy nước rất mạnh. Các halogen khác tan tương đối ít trong nước và tan nhiều trong một số dung môi hữu cơ.
Nhìn vào bảng tính chất vật lí của nhóm halogen ta thấy: Các tính chất vật lí, hóa học biến đổi có qui luật: Theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân(từ flo đến iot):
- Trạng thái tập hợp: Từ thể khí chuyển sang thể lỏng và thể rắn.
- Màu sắc: Đậm dần
- Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi: tăng dần - Độ âm điện tương đối lớn và giảm dần.
- Tính oxi hóa giảm dần: Tính oxi hóa F2>Cl2 > Br2 > I2. 2) Tính chất hóa học:.
Các halogen có 7e ở lớp ngoài cùng, bán kính nguyên tử nhỏ, ái lực electron lớn nên dễ dàng thu thêm 1 electron để tạo ion X- có cấu hình của khí hiếm liền kề trong bảng tuần hoàn. X + 1e X-
…ns2np5 …ns2np6
Các halogen có độ âm điện lớn. Bán kính nguyên tử tăng dần và độ âm điện giảm dần từ flo đến clo, brom, iot.
Halogen là những phi kim điển hình, chúng là những chất oxi hóa mạnh, khả năng oxi hóa của các halogen giảm dần từ flo đến iot.
Trong hợp chất, flo luôn có số oxi hóa -1, các halogen khác ngoài số oxihoa -1 còn có các số oxi hóa +1, +3, +5, +7.
a) Tác dụng với kim loại: 2M + nX2 t0
2MXn (n: Hóa trị cao nhất của M)
30 Ví dụ: 2Na + Cl2
t0
2NaCl ; 2Fe + 3Cl2 t0
2FeCl3; 2Al + 3Br2 t0
2AlBr3
Lưu ý: Fe + I2 t0
FeI2
b) Tác dụng với phi kim
* Với H2: H2 + X2 t0 2HX (khí hiđro halogenua)
( Flo pư mãnh liệt ngay cả trong bóng tối, Clo pư ngoài ánh sáng, Br, Iot cần nhiệt độ và pư thuận nghịch)
Hòa tan khí HX vào nước được dung dịch axit halogen-hiđric.
H2 + Cl2 as 2HCl; HCl H O2 dung dịch axit clohiđric HCl
* Cl2, Br2, I2 không phản ứng trực tiếp với O2, N2, C
* Với P, S: 2P + 3Cl2 t0
2PCl3 ; 2P + 5Cl2 t0
2PCl5
2S + Cl2 t0
S2Cl2 ; S + 3Cl2 + 4H2O H2SO4 + 6HCl 2P + 5Cl2 + 8H2O t0 2H3PO4 + 10HCl
c) Tác dụng với H2O: 2F2 + 2H2O 4HF + O2
2Cl2 + 2H2O 2HCl + 2HClO (axit hipoclorit) 2HClO 2HCl + 2O
2O O2
2Cl2 + 2H2O 4HCl + O2
Nước Clo chứa (Cl2, HCl, HClO) có tính tính ôxi hóa mạnh nên được dùng để tẩy màu, tẩy uế, sát trùng.
d) Tác dụng với dung dịch kiềm:
Cl2 + 2MOH t thuong0 MCl + MClO + H2O Nước gia - ven
Cl2 + 6MOH 1000c 5MCl + MClO3 + H2O Vd:
Cl2 + 2NaOH t thuong0 NaCl + NaClO + H2O (nước Javen) Natri hipoclorit
3Cl2 + 6NaOH 1000c5NaCl + NaClO3 + 3H2O 3Cl2 + 6KOHđậm đặc
t0
5KCl + KClO3 + 3H2O Cl2 + Ca(OH)2 300C CaOCl2 + H2O
Dạng bột hoặc sữa clorua vôi
31 CTCT:
Ca Cl
O Cl
-1 +1
(muối hỗn tạp của Ca với hai gốc axit Cl- và ClO-)
Trong các phản ứng trên, nguyên tố clo vừa là chất oxi hóa, vừa là chất khử. Đó là những phản ứng tự oxi hóa - khử.
2F2 + 2NaOH 2NaF + H2O + OF2 Lưu ý:
- Nước Gia – ven, clorua vôi có chứa ClO- (hipoclorit) là chất oxi hóa mạnh nên được dùng để sát trùng và tẩy trắng vải sợi. Clorua vôi được sử dụng nhiều hơn nước Gia-Ven do rẻ tiền, có hàm lượng hipoclorit cao hơn, dễ bảo quản và dễ chuyên trở hơn.
- Nước Gia – Ven và clorua vôi không bền trong không khí ẩm có CO2. NaClO + CO2 + H2O NaHCO3 + HClO
2CaOCl2 + CO2 + H2O CaCO3 + CaCl2 + 2HClO e) Tác dụng với dung dịch muối:
Clo không oxi hóa được ion F- trong các muối florua, nhưng oxi hóa dễ dàng ion Br- trong dung dịch muối brômua, ion I- trong dung dịch muối iotua.
Cl2 + 2NaBr 2NaBr + Cl2 Cl2 + 2KI 2KCl + I2
Br2 + 2KI 2KBr + I2
Chứng tỏ trong nhóm halogen, tính oxi hóa giảm dần từ flo đến clo qua brom và iot.
f) Tác dụng với các chất khử khác:
3Cl2 + 2NH3 N2 + 6HCl Br2 + 2HI I2 + 2HBr I2 + H2S 2HI + S
SO2 + X2 (Cl,Br)+ 2H2O 2HX + H2SO4 2FeCl2 + Cl2
t0
2FeCl3
3) Điều chế Halogen X2:
a) Điều chế F2: Điện phân nóng chảy hỗn hợp (KF và HF) dpnc F2
b) Điều chế Cl2:
Trong PTN: Axit HX + Chất oxi hóa t0 Halogen X2 (trong PTN)
Chất oxi hóa thường dùng là: MnO2, KMnO4, K2Cr2O7, CaOCl2, KClO3, NaClO, … Ví dụ: MnO2 + 4HCl t0 MnCl2 + Cl2 + 2H2O
32 16HCl + 2KMnO4 2MnCl2 + 5Cl2 + 2KCl + 8H2O
14HCl + K2Cr2O7 2KCl + 3Cl2 + 2CrCl3 + 7H2O 2KClO3 + 12HCl 2KCl + 5Cl2 + 6H2O
Trong công nghiệp: Điện phân dung dịch NaCl bão hòa có màng ngăn xốp.
2NaCl + 2H2O m.n.xdpdd 2NaOH + H2 + Cl2
catot anot c) Điều chế Br2: Từ nước biển, tách ra được muối NaBr
Cl2 + 2NaBr 2NaCl + Br2 (trong công nghiệp) d) Điều chế I2: (Trong công nghiệp)
Rong tảo biển được sẩy khô, đốt cháy. Tro xử lí bằng nước, tách ra được dung dịch NaI . Sau đó cho axit H2SO4 đặc tác dụng với dung dịch NaI.
2H2SO4đặc + 2NaI I2 + SO2 + Na2SO4 + 2H2O
Hoặc dung dịch NaI được axit hóa bằng axit H2SO4 loãng rồi thêm vào đó dd NaNO2.