Luyện tập tính chất hóa học của nhóm halogen, hợp chất halogen và bài tập - hóa 10 bài 26

Ở bài học trước, chúng ta đã được học về tính chất hóa học của các nguyên tố trong nhóm halogen này như flo (F), clo (Cl), brom (Br), iot (I). Trong phần này chúng ta sẽ ôn tập và hệ thống lại kiến thức về tính chất hóa học của các nghuyên tố Halogen và làm một số bài tập vận dụng.

I. Vị trí của nhóm Halogen trong bảng HTTH

- Nhóm halogen: nhóm VIIA.

- Nhóm halogen: gồm Flo (F), Clo (Cl), Brom (Br) và Iot (I).

II. Cấu tạo nguyên tử và phân tử của của các Halogen

- Lớp electron ngoài cùng của nguyên tử các nguyên tố halogen đều có 7 electron, được phân thành 2 phân lớp : phân lớp s có 2 electron, phân lớp p có 5 electron (ns²np⁵).

- Vì có 7 electron ở lớp ngoài cùng, chỉ còn thiếu 1 electron là đạt được cấu hình electron bền như khí hiếm, nên ở trạng thái tự do, hai nguyên tử halogen góp chung một đôi electron để tạo ra phân tử có liên kết cộng hoá trị không cực.

- Liên kết của phân tử X₂ không bền lắm, chúng dễ bị tách thành 2 nguyên tử X. Trong phản ứng hoá học, các nguyên tử này hoạt động mạnh vì chúng dễ thu thêm 1 electron, do đó tính chất hoá học cơ bản của các halogen là tính oxi hoá mạnh.

III. Tính chất vật lý của nhóm Halogen

- Trạng thái và màu sắc: Flo (khí, lục nhạt), Clo (khí, vàng lục), Brom (lỏng, đỏ nâu) và Iot (rắn, đen tím, dễ thăng hoa).

- Từ flo đến iot, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tăng dần.

- Các halogen (Clo, Brom, Iot) khác tan tương đối ít trong nước và tan nhiều trong một số dung môi hữu cơ.

IV. Tính chất hóa học chung của Halogen

- Do lớp e ngoài cùng đã có 7e nên halogen là những phi kim điển hình, dễ nhận thêm 1e thể hiện tính oxi hóa mạnh.

- Tính oxi hóa của các halogen giảm dần khi đi từ F₂ đến I₂.

- Trong các hợp chất, F chỉ có mức oxi hóa -1; các halogen khác ngoài mức oxi hóa -1 còn có mức +1; +3; +5; +7.

1. Halogen tác dụng với kim loại

- Các halogen phản ứng với hầu hết các kim loại trừ Au và Pt (riêng F₂ phản ứng được với tất cả các kim loại) → muối halogenua. Các phản ứng thường xảy ra ở nhiệt độ cao.

2M + nX₂ → 2MX_n               

     Muối thu được thường ứng với mức hóa trị cao nhất của kim loại. Riêng phản ứng của Fe với I₂ chỉ tạo sản phẩm là FeI₂.

2. Halogen phản ứng với hiđro tạo thành hiđro halogenua

 H₂ + X₂ → 2HX

- Các halogen tham gia phản ứng cộng H₂ với điều kiện khác nhau:

+ F₂: phản ứng được ngay cả trong bóng tối.

+ Cl₂: phản ứng khi được chiếu sáng.

+ Br₂: phản ứng xảy ra khi được đun nóng ở nhiệt độ cao.

+ I₂: phản ứng có tính thuận nghịch và phải được đun nóng.

- Điều kiện phản ứng với H₂ phức tạp dần khi đi từ F₂ đến I₂ nên phản ứng với H₂ có thể chứng minh tính oxi hóa trong nhóm halogen giảm dần từ F₂ đến I₂.

3. Halogen tác dụng với nước

- F₂ tác dụng mãnh liệt với nước:

 2H₂O + 2F₂ → 4HF + O₂

⇒ Phản ứng chứng minh F₂ có tính oxi hóa mạnh hơn của O₂.

- Br₂ và Cl₂ có phản ứng thuận nghịch với nước:

 H₂O + X₂  HX + HXO (axit halogen hiđric và axit hipohalogenơ)

 H₂O + Cl₂  HCl + HClO

- Khi để lâu hoặc bị chiếu sáng thì HClO bị phân hủy: HClO → HCl + O. Vì HClO có chứa ion ClO^- có tính oxi hóa mạnh nên có thể dùng nước Clo để tẩy màu hoặc sát trùng.

- I₂ không phản ứng với nước.

4. Halogen phản ứng với dung dịch kiềm

- Nếu dung dịch kiềm loãng nguội:

 X₂ + 2NaOH → NaX + NaXO + H₂O

 Cl₂ + 2NaOH → NaCl + NaClO + H₂O

 → (nước Javen)

2Cl₂ + 2Ca(OH)₂ dung dịch → CaCl₂ + Ca(ClO)₂ + 2H₂O

Cl₂ + Ca(OH)₂ bột → CaOCl₂ + H₂O

 → (clorua vôi)

Riêng F₂:

 2F₂ + 2NaOH → 2NaF + H₂O + OF₂

- Nếu dung dịch kiềm đặc nóng:

 3X₂ + 6KOH → 5KX + KXO₃ + 3H₂O

 3Cl₂ + 6KOH  5KCl + KClO₃ + 3H₂O

5. Halogen tác dụng với dung dịch muối halogenua của halogen có tính oxi hóa yếu hơn

- Phản ứng dưới đây X' là halogen có tính oxi hóa yếu hơn tính oxi hóa của halogen X.

 X₂ + 2NaX’ → 2NaX + X’₂

- Riêng F₂ không có phản ứng trên

- Các cặp oxi hóa - khử của halogen được xếp theo chiều giảm dần tính khử của các ion X^-: I₂/2I^- > Br₂/2Br^- > Cl₂/2Cl^-

- Trong nước:

 5Cl₂ + 6H₂O + Br₂ → 10HCl + 2HBrO₃

6. Một số phản ứng khác của Halogen

 2FeCl₂ + Cl₂ → 2FeCl₃

 3Cl₂ + 2NH₃ → N₂ + 6HCl

 4Cl₂ + H₂S + 4H₂O → 8HCl + H₂SO₄

 Br₂ + SO₂ + 2H₂O → 2HBr + H₂SO_4­

I₂ kết hợp với hồ tinh bột → hợp chất màu xanh tím.

* Chú ý: Trong phản ứng với kim loại và với H₂, với dung dung dịch muối của các halogen yếu hơn, halogen là chất oxi hóa. Còn trong phản ứng với nước và dung dịch kiềm, các halogen vừa là chất khử, vừa là chất oxi hóa.

IV. Điều chế Halogen

1. Điện phân muối halogenua

- Điện phân nóng chảy:          

2MX_­n → 2M + nX₂ (M là kim loại kiềm: Na, K; X thường là: Cl, Br, I).

- Điện phân dung dịch muối halogenua của kim loại kiềm có màng ngăn:

2NaCl + 2H₂O → H₂ + 2NaOH + Cl₂

2. Cho HX tác dụng với các chất oxi hóa mạnh 

- Thường gặp: MnO₂, KMnO₄, K₂Cr₂O₇, KClO₃.

 MnO₂ + 4HCl → MnCl­₂ + Cl₂ + 2H₂O

 2KMnO₄ + 16HCl → 2KCl + 2MnCl₂ + 5Cl₂ + 6H₂O

 K₂­Cr₂O₇ + 14HCl → 2KCl + 2CrCl₃ + 3Cl₂ + 7H_2­O

 KClO₃ + 6HCl → 3H₂O + KCl + 3Cl₂

V. Ứng dụng của Halogen

1. Ứng dụng của clo

- Dùng làm chất sát trùng trong hệ thống cung cấp nước sạch, khi xử lí nước thải.

- Tẩu trắng vải, sợi, giấy.

- Là nguyên liệu để sản xuất nhiều hợp chất hữu cơ và vô cơ.

2. Ứng dụng của flo

- Làm chất oxi hóa cho nhiên liệu lỏng dùng trong tên lửa.

- Dùng trong công nghiệp sản xuất nhiên liệu hạt nhân để làm giàu ²³⁵U.

- Ứng dụng quan trọng của flo là ở dạng dẫn xuất:

+ Dẫn xuất halogen của flo có nhiều ứng dụng: teflon (-CF₂-CF₂-)_n là chất dẻo chịu được axit, kiềm và nhiều hóa chất khác; Freon (chủ yếu là CFCl₃ và CF₂Cl₂) đường dùng trong các tủ lạnh và máy lạnh...

+ NaF được dùng làm thuốc chống sâu răng.

3. Ứng dụng của brom

- Chế tạo dược phẩm, phẩm nhuộm...

- Dùng để chế tạo AgBr là chất nhạy cảm với ánh sáng để tráng lên phim ảnh.

4. Ứng dụng của iot

- Dùng chủ yếu ở dạng cồn iot làm chất sát trùng.

- Có trong thành phần của nhiêu dược phẩm.

- Trộn KI và KIO₃ vào muối ăn tạo ra muối iot.

* Bảng tóm tắt tính chất hóa học của Flo, Brom, Iot, Clo

* Phương pháp điều chế Flo, Brom, Iot và Clo

VI - Phân Biệt Các Ion F^-, Cl^-, Br^-, I^-

VII. Bài tập về nhóm Halogen

* Bài 1 trang 118 SGK Hóa 10: Dãy aixt nào sau đây được sắp xếp đúng theo thứu tự tính axit giảm dần:

A. HCl, HBr, HI, HF.

B. HBr, HI, HF, HCl.

C. HI, HBr, HCl, HF.

D. HF, HCl, HBr, HI.

Xem lời giải

* Bài 2 trang 118 SGK Hóa 10: Đổ dung dịch AgNO₃ vào dung dịch muối nào sau đây sẽ không có phản ứng:

A. NaF.  B. NaCl.   C. NaBr.   D. NaI.

° Lời giải bài 2 trang 118 SGK Hóa 10:

• Đáp án: A. NaF không phản ứng.

* Bài 3 trang 118 SGK Hóa 10: Brom đóng vai trò gì trong phản ứng sau:

 SO₂ + Br₂+ 2H₂O → H₂SO₄ + 2HBr.

A. Chất khử.

B. Chất oxi hóa.

C. Vừa là chất oxi hóa, vừa là chất khử.

D. Không là chất oxi hóa, không là chất khử.

Chọn đáp án đúng.

° Lời giải bài 3 trang 118 SGK Hóa 10:

• Đáp án: B : Br là chất oxi hóa (do nhận electron)

* Bài 4 trang 118 SGK Hóa 10: Chọn câu đúng khi nói về flo, clo, brom, iot:

A. Flo có tính oxi hóa rất mạnh, oxi hóa mãnh liệt nước.

B. Clo có tính oxi hóa mạnh, oxi hóa được nước.

C. Brom có tính oxi hóa mạnh, nhưng yếu hơn flo và clo, nó cũng oxi hóa được nước.

D. Iot có tính oxi hóa yếu hơn flo, clo, brom nhưng cũng oxi hóa được nước.

° Lời giải bài 4 trang 118 SGK Hóa 10:

• Đáp án: A đúng. Flo có tính oxi hóa rất mạnh, oxi hóa mãnh liệt nước.

* Bài 6 trang 119 SGK Hóa 10: Có những chất sau: KMnO₄, MnO₂, K₂Cr₂O₇ và dung dịch HCl.

a) Nếu các chất oxi hóa có khối lượng bằng nhau thì chọn chất nào có thể điều chế được lượng khí clo nhiều hơn?

b) Nếu chất oxi hóa có số mol bằng nhau thì chọn chất nào có thể điều chế được lượng khí clo nhiều hơn?

Hãy trả lời bằng cách tính toán trên cơ sở của các phương trình phản ứng.

° Lời giải bài 6 trang 119 SGK Hóa 10:

a) Giả sử lấy lượng mỗi chất là a gam

- Các phương trình hóa học của phản ứng

 MnO₂ + 4HCl → MnCl₂ + Cl₂↑ + H₂O    (1)

 2KMnO₄ + 16HCl → 2MnCl₂ + 2KCl + 5Cl₂↑ + 8H₂O   (2)

 K₂Cr₂O₇ + 14HCl → 2CrCl₃ + 2KCl + 3Cl₂↑ + 7H₂O   (3)

- Theo PTPƯ (1): n_Cl2 = n_MnO2 = a/87 (mol)

- Theo PTPƯ (2): n_Cl2 = (5/2).n_KMnO4 = (5/2).(a/158) = a/63,2 (mol)

- Theo PTPƯ (3): n_Cl2 = 3.n_K2Cr2O7 = 3.(a/294) = a/98 (mol)

⇒ Ta có: a/63,2 > a/87 > a/98

⇒ Lượng Cl₂ điều chế được từ PTPƯ (2) nhiều nhất.

 Vậy dùng KMnO₄ điều chế được nhiều Cl₂ hơn.

b) Nếu lấy số mol các chất bằng a mol

- Theo PTPƯ (1) n_Cl2 = n_MnO2 = a (mol)

- Theo PTPƯ (2) n_Cl2 = (5/2).n_KMnO4 = 2,5a (mol)

- Theo PTPƯ (3) n_Cl2 = 3.n_K2Cr2O7 = 3a (mol)

 Ta có: 3a > 2,5a > a.

⇒ lượng Cl₂ điều chế được từ PTPƯ (3) nhiều nhất.

 Vậy dùng K₂Cr₂O₇ được nhiều Cl₂ hơn.

* Bài 7 trang 119 SGK Hóa 10: Tính khối lượng HCl bị oxi hóa bởi MnO₂, biết rằng khí Cl₂ sinh ra trong phản ứng đó có thể đẩy được 12,7g I₂ từ dung dịch NaI.

° Lời giải bài 7 trang 119 SGK Hóa 10:

- Phương trình hóa học của phản ứng:

 Cl₂ + 2NaI → 2NaCl + I₂

- Theo bài ra, ta có: n_I2 = 12,7/254 = 0,05 (mol).

- Theo PTPƯ: n_Cl2 = n_I2 = 0,05 (mol).

 4HCl + MnO₂ → MnCl₂ + Cl₂ + 2H₂O

 n_HCl = 4.n_Cl2 = 4.0,05 = 0,2 mol.

⇒ Khối lượng HCl cần dùng là: m_HCl = 0,2.36,5 = 7,3 (g).

* Bài 11 trang 119 SGK Hóa 10: Cho 300ml một dung dịch có hòa tan 5,85g NaCl tác dụng với 200ml dung dịch có hòa tan 34g AgNO₃, người ta thu được một kết tủa và nước lọc.

a) Tính khối lượng chất kết tủa thu được.

b) Tính nồng độ mol chất còn lại trong nước lọc. Cho rằng thể tích nước lọc thu được không thay đổi đáng kể

° Lời giải bài 11 trang 119 SGK Hóa 10:

- Theo bài ra, ta có: n_CaCl = 5,85/58,5 = 0,1 (mol). n_AgNO3 = 34/170 = 0,2 (mol).

a) Phương trình hóa học của phản ứng:

 NaCl + AgNO₃ → AgCl↓ + NaNO₃

- Theo PTPƯ: n_AgNO3 pư = n_AgCl = n_NaCl = 0,1 (mol)

b) Ta có: V_dd = 300 + 200 = 500 (ml).

 n_AgNO3 dư = 0,2 – 0, 1 = 0,1 (mol); n_NaNO3 = n_NaCl = 0,1 (mol).

⇒ C_{M (NaNO3)} = C_{M (AgNO3)} = 0,1/0,5 = 0,2 (mol/l).

* Bài 12 trang 119 SGK Hóa 10: Cho 69,6g MnO₂ tác dụng với dung dịch HCl đặc, dư. Dẫn khí thoát ra đi vào 500ml dung dịch NaOH 4M (ở nhiệt độ thường).

a) Viết phương trình hóa học của phản ứng xảy ra.

b) Xác định nồng độ mol/l của những chất có trong dung dịch sau phản ứng. Biết rằng tinh thể của dung dịch sau phản ứng thay đổi không đáng kể

° Lời giải bài 12 trang 119 SGK Hóa 10:

- Theo bài ra, ta có: n_MnO2 = 69,6/87 = 0,8 (mol); n_NaOH = 0,5.4 = 2 (mol).

a) Phương trình hóa học của phản ứng:

 MnO₂  +  4HCl  →  MnCl₂  +   Cl₂  + 2H₂O   (1)

0,8 mol                  0,8          0,8

 Cl₂   +    2NaOH    →  NaCl  +  NaClO +  H₂O   (2)

0,8 mol    1,6              0,8        0,8