1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.2.2.1. âm điện [10]
+ Độ âm điện tương đối lớn.
+ Đi từ flo đến iot độ âm điện giảm dần.
+ Flo có độ âm điện lớn nhất nên trong tất cả các hợp chất chỉ có số oxi hóa -1, các nguyên tố halogen khác, ngoài số oxi hóa -1 còn có các số oxi hóa +1, +3, +5, +7.
1.2.2.2. Tính chất vật lí [10]
Đi từ flo đến iot ta thấy:
+ Trạng thái tập hợp: từ thể khí chuyển sang thể lỏng và thể rắn. + Màu sắc: đậm dần.
+ Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi: tăng dần.
1.2.2.3. Tính chất hóa học
+ Vì lớp electron ngoài cùng có cấu tạo tương tự nhau (ns2np5) nên các đơn chất halogen giống nhau về tính chất hóa học cũng như thành phần và tính chất của các hợp chất do chúng tạo thành. [10]
+ Halogen là những phi kim điển hình. Đi từ flo đến iot, tính oxi hóa giảm dần. [10]
+ Các đơn chất halogen oxi hóa được hầu hết các kim loại tạo ra muối halogenua, oxi hóa khí hiđro tạo ra những hợp chất khí không màu hiđro halogenua. Những chất khí này tan trong nước tạo ra dung dịch axit halogenhiđric. [10]
1.2.2.3.1. Tác dụng với kim loại
Halogen tác dụng với hầu hết kim loại tạo thành muối halogenua. - Flo, clo, brom tác dụng với kim loại sắt tạo muối sắt (III)
11 SVTH: Huỳnh Thị Mai Linh
2Fe + 3X2 2FeXto 3 (X: F, Cl, Br) - Riêng iot tác dụng với kim loại sắt tạo muối sắt (II)
Fe + I2 FeIto 2 1.2.2.3.2. Tác dụng với hiđro
Halogen tác dụng với khí hiđro thành hiđro halogenua. - Flo phản ứng ngay trong bóng tối
H2 + F2 2HF
- Ở nhiệt độ thường và trong bóng tối, clo oxi hóa chậm hiđro. Nhưng nếu được chiếu sáng mạnh hoặc hơ nóng, phản ứng xảy ra nhanh.
as
H2 + Cl2 2HCl
- Brom chỉ phản ứng khi đun nóng H2 + Br2 2HBrt
o
- Iot chỉ tác dụng với khí hiđro ở nhiệt độ cao và có mặt chất xúc tác theo phản ứng thuận nghịch.
H2 + I2 2HIt
o cao
1.2.2.3.3. Tác dụng với nước
- Flo phản ứng mãnh liệt với nước: [11]
2F2 + 2H2O 4HF + O2 - Clo, brom, iot tác dụng với nước và phản ứng yếu dần
X2 + H2O HX + HXO 1.2.2.3.4. Tác dụng với bazơ
- Clo
+ Ở nhiệt độ thường
Cho khí clo tác dụng với dung dịch NaOH ta thu được dung dịch nước Gia-ven gồm hỗn hợp muối của axit HCl và HClO.
Cl2 + 2NaOH NaClO + NaCl + H2O Cho khí clo qua Ca(OH)2 khan ta được clorua vôi
12 SVTH: Huỳnh Thị Mai Linh
+ Ở nhiệt độ cao
Cho khí clo qua dung dịch kiềm đun nóng ở 100oC ta được muối clorat.
3Cl2 + 6KOH KClOto 3 + 5KCl + 3H2O - Các halogen khác + Flo + Brom + Iot
3I2 + 6NaOH 5NaI + NaIO3 + 3H2O 1.2.2.3.5. Tác dụng với muối halogenua khác [11]
- Flo tác dụng với nước trong dung dịch muối halogenua. - Clo oxi hóa Br – thành Br2 và I- thành I2.
Cl2 + 2Br- 2Cl- + Br2
Cl2 + 2I- 2Cl- + I2 - Br2 oxi hóa I- thành I2.
Br2 + 2I- 2Br- + I2
1.2.3. Điều chế
Nguyên tắc chung điều chế halogen tự do là oxi hóa ion halogenua (X-) bằng các chất oxi hóa mạnh hoặc bằng dòng điện. [5]
1.2.3.1. Clo
1.2.3.1.1. Trong phòng thí nghiệm
Clo được điều chế từ axit clohiđric đặc. Để oxi hóa ion Cl-, cần chất oxi hóa mạnh như MnO2, KMnO4, KClO3,…[9]
MnO2 + 4HCl MnOt 2 + 2H2O + Cl2
o
2KMnO4 + 16HCl 2KCl + 2MnCl2 + 8H2O + 5Cl2 Nếu chất oxi hóa là MnO2 thì cần phải đun nóng, còn chất oxi hóa là KMnO4 hoặc KClO3 phản ứng xảy ra ở nhiệt độ thường. [9]
(dd loãng, lạnh)
Br2 + 2NaOH NaBr + NaBrO + H2O (dd loãng, lạnh)
13 SVTH: Huỳnh Thị Mai Linh
1.2.3.1.2. Trong công nghiệp
Sản xuất khí clo bằng cách điện phân dung dịch bão hòa muối ăn trong nước. Thùng điện phân có màng ngăn cách 2 điện cực để khí clo không tiếp xúc với dung dịch NaOH.
Phương trình điện phân có thể viết như sau:
1.2.3.2. Flo
Trong công nghiệp flo được điều chế bằng cách điện phân hỗn hợp KF và HF (hỗn hợp ở thể lỏng).
1.2.3.3. Brom
Dùng khí clo oxi hóa NaBr để sản xuất Br2:
Cl2 + 2NaBr 2NaCl + Br2
1.2.3.4. Iot
Dùng chất oxi hóa tác dụng với dung dịch muối iotua