1. Bài 21. Nhóm halogen

Phương pháp giải:

Do nguyên tử của các nguyên tố này hoạt động hóa học rất mạnh

Lời giải chi tiết:

- Các nguyên tố halogen chỉ tồn tại ở dạng hợp chất trong tự nhiên do nguyên tử của các nguyên tố này hoạt động hóa học rất mạnh

- Halogen có ái lực electron lớn. Nguyên tử halogen X với 7 electron lớp ngoài cùng

=> Dễ dàng nhận thêm 1 electron để tạo thành ion âm X^- có cấu hình electron của khí hiếm

=> Các halogen mau chóng tạo liên kết với các nguyên tử nguyên tố khác

Phương pháp giải:

Trong tự nhiên, halogen thường tồn tại ở dạng muối

Lời giải chi tiết:

- Clo: NaCl có trong nước biển và đại dương, KCl có trong khoáng vật như KCl.MgCl₂.6H₂O và NaCl.KCl

- Flo: Phần lớn có trong 2 loại khoáng vật là florit (CaF₂) và criolit (Na₃AlF₆ hay AlF₃.3NaF)

- Brom: KBr, NaBr, MgBr₂

- Iot: tồn tại dưới dạng muối iotua như NaI, KI, trong tuyến giáp iot tồn tại dưới dạng hợp chất hữu cơ như tetraiodothyronine hoặc triiodothyronine

Phương pháp giải:

a) Có 7 electron ở lớp electron ngoài cùng

b) 

- Bán kính nguyên tử được xác định bằng nửa khoảng cách trung bình giữa 2 hạt nhân nguyên tửu gần nhau nhất trong chất rắn đơn chất hoặc trong phân tử 2 nguyên tử giống nhau

- Độ âm điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng hút electron của nguyên tử

- Tính oxi hóa là khả năng nhận thêm electron

c) Fluorine có độ âm điện lớn nhất

Lời giải chi tiết:

Phương pháp giải:

a) Trong phân tử halogen mỗi nguyên tử halogen sẽ góp 1 electron để tạo thành 1 đôi electron dùng chung

b) Phân tử halogen được hình thành nhờ sự góp chung electron của mỗi nguyên tử halogen

c) Đi từ trên xuống dưới, bán kính nguyên tử tăng dần, độ âm điện giảm dần

=> Độ dài liên kết

Lời giải chi tiết:

a) Khi 2 nguyên tử halogen liên kết với nhau, mỗi nguyên tử sẽ góp 1 electron tạo thành 1 cặp electron dùng chung

b)

- Trong phân tử halogen, liên kết hình thành giữa 2 nguyên tử giống nhau

=> Hiệu độ âm điện = 0, cặp electron dùng chung không bị hút lệch về phía nguyên tử nào

=> Liên kết cộng hóa trị không phân cực

c)

- Độ dài liên kết là khoảng cách giữa 2 hạt nhân của 2 nguyên tử

- Đi từ F đến I, bán kính nguyên tử tăng dần

=> Khoảng cách giữa 2 hạt nhân tăng dần

=> Độ dài liên kết trong dãy các phân tử halogen tăng dần

Phương pháp giải:

- Trong đơn chất, số oxi hóa của nguyên tử bằng 0

- Trong phân tử các hợp chất, thông thường số oxi hóa của H là +1, của O là -2, các kim loại điển hình có số oxi hóa dương bằng số electron hóa trị

- Trong hợp chất, tổng số oxi hóa của các nguyên tử trong phân tử = 0

- Trong ion đơn nguyên tử, số oxi hóa của nguyên tử bằng điện tích ion, trong ion đa nguyên tử, tổng số oxi hóa của các nguyên tử = điện tích ion

Lời giải chi tiết:

Trong phân tử các hợp chất, thông thường số oxi hóa của H là +1, của O là -2. Gọi số oxi hóa của Cl là x

- Cl₂ (đơn chất): Số oxi hóa của Cl là 0

- HCl: (+1) + x = 0 => x = -1

=> Cl trong HCl có số oxi hóa là -1

- HClO: (+1) + x + (-2) = 0 => x = +1

=> Cl trong HClO có số oxi hóa là +1

- HClO₂: (+1) + x + 2.(-2) = 0  => x = +3

=> Cl trong HCl O₂ có số oxi hóa là +3

- HClO₃: (+1) + x + 3.(-2) = 0  => x = +5

=> Cl trong HClO₃ có số oxi hóa là +5

- HClO₄: (+1) + x + 4.(-2) = 0  => x = +7

=> Cl trong HClO₄ có số oxi hóa là +7

Phương pháp giải:

- Ở trạng thái đơn chất: Cl có số oxi hóa = 0

- Ở trạng thái hợp chất: Cl có số oxi hóa = -1, +1, +3, +5, +7

Lời giải chi tiết:

- Ở trạng thái đơn chất (Cl₂): Cl có số oxi hóa = 0

- Ở trạng thái hợp chất: Cl có số oxi hóa = -1, +1, +3, +5, +7

=> Cl₂ vừa có khả năng nhận electron (tính oxi hóa)để tạo thành Cl^-1, vừa có khả năng nhường electron (tính khử) để tạo thành Cl⁺¹, Cl⁺³, Cl⁺⁵, Cl⁺⁷

Phương pháp giải:

Tham khảo trên sách, báo, tivi, internet

Lời giải chi tiết:

- Clo: NaCl có trong nước biển và đại dương, KCl có trong khoáng vật như KCl.MgCl₂.6H₂O và NaCl.KCl

- Flo: Phần lớn có trong 2 loại khoáng vật là florit (CaF₂) và criolit (Na₃AlF₆ hay AlF₃.3NaF)

- Brom: KBr, NaBr, MgBr₂

- Iot: tồn tại dưới dạng muối iotua như NaI, KI, trong tuyến giáp iot tồn tại dưới dạng hợp chất hữu cơ như tetraiodothyronine hoặc triiodothyronine

Phương pháp giải:

- NaCl: liên kết ion

- HCl: Liên kết cộng hóa trị

Lời giải chi tiết:

- Sự hình thành liên kết trong phân tử NaCl: Nguyên tử chlorine đã nhận 1 electron của nguyên tử sodium để tạo thành Na⁺ và Cl^-

- Sự hình thành liên kết trong phân tử HCl: Mỗi nguyên tử góp 1 electron tạo thành 1 cặp electron dùng chung trong phân tử HCl

4. Từ Bảng 21.2, nhận xét xu hướng biến đổi nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của các halogen và giải thích.

Phương pháp giải:

- Tương tác van der Waals

- Khối lượng phân tử

Lời giải chi tiết:

- Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi tăng từ F₂ đến I₂ do:

   + Tương tác van der Waals giữa các phân tử tăng

   + Khối lượng phân tử tăng

Phương pháp giải:

Chất khử là chất nhường electron, chất oxi hóa là chất nhận electron

Lời giải chi tiết:

\(2N{a^0} + Cl_2^0\xrightarrow{{{t^o}}}2\mathop {Na}\limits^{ + 1} \mathop {Cl}\limits^{ - 1} \)

- Na⁰ nhường electron thành Na⁺¹ => Na là chất khử

- Cl⁰ nhận electron thành Cl^-1 => Cl₂ là chất oxi hóa

\(2F{e^0} + 3Cl_2^0\xrightarrow{{{t^o}}}2\mathop {Fe}\limits^{ + 3} {\mathop {Cl}\limits^{ - 1} _3}\)

- Fe⁰ nhường electron thành Fe⁺³ => Fe là chất khử

- Cl⁰ nhận electron thành Cl^-1 => Cl₂ là chất oxi hóa

Phương pháp giải:

1. Tính oxi hóa giảm dần

2. Từ F đến I, năng lượng liên kết của halogen với hydrogen giảm dần

Lời giải chi tiết:

1.

- Từ F₂ đến I₂, tính oxi hóa của các halogen giảm dần

=> Khả năng hoạt động của các đơn chất halogen giảm dần

=> Xu hướng phản ứng với hydrogen giảm dần

2.

- Dựa vào Bảng 12.2 ta nhận thấy: Từ F đến I, năng lượng liên kết của halogen với hydrogen giảm dần

=> Khả năng halogen liên kết với hydrogen giảm dần

=> Xu hướng phản ứng của các đơn chất halogen với hydrogen giảm dần từ F₂ đến I₂

Phương pháp giải:

Bước 1: Đổi 80 000 m³ = 8.10⁷ dm³ = 8.10⁷ L

Bước 2: 5 mg Cl₂ để khử trùng 1 L nước

              x mg Cl₂ để khử trùng 8.10⁷  L nước

Lời giải chi tiết:

Đổi 80 000 m³ = 8.10⁷ dm³ = 8.10⁷ L

5 mg Cl₂ để khử trùng 1 L nước

x mg Cl₂ để khử trùng 8.10⁷  L nước

=> x = 5 x 8.10⁷  = 4.10⁸ (mg) = 400 kg

Vậy cần 400 kg Cl₂ để khử trùng 80 000 m³ nước sinh hoạt

Phương pháp giải:

1. Mẩu giấy màu bị nhạt dần

2. Cl₂ vừa là chất oxi hóa vừa là chất khử

Lời giải chi tiết:

1.

- Trước khi cho vào bình khí chlorine, mẩu giấy màu vẫn giữ nguyên màu ban đầu

- Sau khi cho vào bình khí chlorine, mẩu giấy màu bị nhạt màu dần

- Giải thích:

   + Khi cho mẩu giấy ẩm vào bình chlorine, Cl₂ đã tác dụng với H₂O tạo thành HCl và HClO

$C{l_2} + {H_2}O \rightleftarrows HCl + HClO$

   + HClO có tính oxi hóa mạnh nên Cl₂ trong H₂O có khả năng tẩy màu, diệt khuẩn

2.

- Xét số oxi hóa của Cltrong phản ứng:

$Cl_2^0 + {H_2}O \rightleftarrows HC{l^{ - 1}} + H\mathop {Cl}\limits^{ + 1} O$

- Nhận xét: Trong phản ứng, Cl₂ vừa là chất oxi hóa vừa là chất khử vì

   + Cl⁰ nhận thêm electron để thành Cl^-1 => Chất oxi hóa

   + Cl⁰ nhường đi electron để thành Cl⁺¹ => Chất khử

=> Trong phản ứng này, chlorine tự oxi hóa – tự khử

Phương pháp giải:

- Phương pháp thăng bằng electron:

   Bước 1: Xác định các nguyên tử có sự thay đổi số oxi hóa, từ đó xác định chất oxi hóa, chất khử

   Bước 2: Biểu diễn quá trình oxi hóa, quá trình khử

   Bước 3: Tìm hệ số thích hợp cho chất khử và chất oxi hóa dựa trên nguyên tắc

   Bước 4: Đặt hệ số của chất oxi hóa và chất khử vào sơ đồ phản ứng, từ đó tính ra hệ số của các chất khác có mặt trong phương trình hóa học. Kiểm tra sự cân bằng số nguyên tử các nguyên tố ở 2 vế

Lời giải chi tiết:

- Xác định nguyên tử có sự thay đổi số oxi hóa

\(Cl_2^0 + NaOH \to Na\mathop {Cl}\limits^{ - 1}  + Na\mathop {Cl}\limits^{ + 1} O + {H_2}O\)

- Đặt hệ số của chất oxi hóa và chất khử vào sơ đồ, tính ra hệ số của các chất khác

Cl2 + 2NaOH → NaCl + NaClO + H2O

Phương pháp giải:

1. Quan sát hiện tượng thí nghiệm: màu sắc của dung dịch trước và sau phản ứng

2. Tính oxi hóa của Cl₂ > Br₂ > I₂

3. Sử dụng hồ tinh bột để nhận biết I₂

Lời giải chi tiết:

1.

- Khi cho nước Cl₂ vào dung dịch NaBr: dung dịch chuyển từ không màu thành màu vàng

- Khí cho nước Cl₂ vào dung dịch NaI: dung dịch chuyển từ không màu thành màu vàng nâu

- Khi cho nước Br₂ (màu vàng) vào dung dịch NaI: dung dịch chuyển từ không màu thành màu vàng nâu

2.

- Cl₂ có thể oxi hóa ion Br^- trong dung dịch NaBr thành Br₂: Cl₂ + NaBr → NaCl + Br₂

=> Cl₂ có tính oxi hóa mạnh hơn Br₂

- Cl₂ có thể oxi hóa ion I^- trong dung dịch NaI thành I₂:  Cl₂ + NaI → NaCl + I₂

=> Cl₂ có tính oxi hóa mạnh hơn I₂

- Br₂ có thể oxi hóa ion I^- trong dung dịch NaI thành I₂: Br₂ + NaI → NaBr + I₂

=> Br₂ có tính oxi hóa mạnh hơn I₂

=> Tính oxi hóa của Cl₂ > Br₂ > I₂

3.

- Sử dụng thuốc thử là hồ tinh bột để chứng tỏ có sự tạo thành I₂

=> Hiện tượng quan sát được: dung dịch màu vàng chuyển sang màu xanh tím

Phương pháp giải:

- Cl₂ tác dụng với NaBr, NaI

- Br₂ tác dụng với NaI

Lời giải chi tiết:

Cl₂ + NaBr → NaCl + Br₂ => Cl₂ có tính oxi hóa mạnh hơn Br₂

Cl₂ + NaI → NaCl + I₂ => Cl₂ có tính oxi hóa mạnh hơn I₂

Br₂ + NaI → NaBr + I₂ => Br₂ có tính oxi hóa mạnh hơn I₂

=> Tính oxi hóa giảm dần trong dãy Cl₂, Br₂, I₂

Phương pháp giải:

Cl₂ tác dụng với NaOH

Lời giải chi tiết:

- Trong công nghiệp người ta điều chế Cl₂ bằng cách điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn

- Mục đích của màng ngăn là để tránh Cl₂ tiếp xúc phản ứng với dung dịch NaOH tạo nước Gia – ven:

Cl₂ + 2NaOH → NaCl + NaClO + H₂O

>> Xem chi tiết: Lý thuyết bài 21: Nhóm halogen