Nhóm Halogen: Vị trí, Cấu hình electron, Cấu tạo phân tử, Sự biến đổi tính chất Vật lý, Hóa học của Halogen - Hóa 10 bài 21

Vậy nhóm halogen ở vị trí nào trong bảng hệ thống tuần hoàn? Lớp electron ngoài cùng của nguyên tử các nguyên tố halogen có đẳng điểm gì? các phản tử halogen có cấu tạo như thế nào? Tính chất vật lý, tính chất hóa học cơ bản của các nguyên tố halogen là gì? Nguyên nhân nào làm cho tính chất hóa học của các nguyên tố halogen biến đổi có quy luật?

I. Vị trí của nhóm halogen trong bảng tuần hoàn

- Nhóm halogen Gồm các nguyên tố flo (F), clo (Cl), brom (Br), iot (I) và atatin (At). Atatin là nguyên tố phóng xạ, không gặp trong tự nhiên,

- Các nguyên tố Halogen thuộc nhóm VIIA, đứng ở cuối các chu kì, ngay trước các nguyên tố khí hiếm.

II. Cấu hình electron nguyên tử, cấu tạo phân tử của các nguyên tố halogen

- Nguyên tử halogen có 7e lớp ngoài cùng (ns²np⁵)

- Ở trạng thái tự do, 2 nguyên tử halogen góp chung một đôi electron với nhau tạo một liên kết cộng hóa trị không cực.

- Phân tử có dạng X₂ (X - X)

- Liên kết của phân tử X₂ không bền, dễ bị tách thành 2 nguyên tử X.

- Trong phản ứng hoá học, các nguyên tử này rất hoạt động vì chúng dễ thu thêm 1 eleetron, do đó tính chất hoá học cơ bản của các halogen là tính oxi hoá mạnh.

III. Sự biến đổi tính chất của các nguyên tố nhóm Halogen

1. Sự biến đổi tính chất vật lý của các đơn chất.

Từ flo đến iot thì:

- Trạng thái: Chuyển từ thể khí sang thể lỏng và rắn

- Màu sắc: Đậm dần

- Nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy: Tăng dần

2. Sự biến đổi độ âm điện.

- Đô âm điện tương đối lớn

- Đi từ flo đến iot thì 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.

3. Sự biến đổi tính chất hóa học của các đơn chất

- Do các halogen có lớp electron ngoài cũng có cấu tạo tương tự nhau (ns²np⁵) nên các đơn chất của haogen giống nhau về tính chất hóa học cũng như thành phần và tính chất của các hợp chất do chúng tạo thành.

- Halogen là những phi kiem điển hình. Tính oxi hóa giảm dần từ flo đến iot.

- 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, chất khí này tan trong nước tạo dung dịch axit halogenhidric.

IV. Bài tập vận dụng về nhóm halogen

* Bài 1 trang 96 SGK Hóa 10: Kim loại nào sau đây tác dụng với dung dịch HCl loãng và tác dụng với khí Cl₂ cho cùng loại muối clorua kim loại?

A. Fe.     B. Zn.     C. Cu.     D. Ag.

* Lời giải:

- Kim loại Zn tác dụng với dung dịch HCl loãng và với khí clo cho cùng loại muối clorua kim loại.

Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑

Zn + Cl₂ → ZnCl₂.

- Kim loại sắt tác dụng với dung dịch HCl loãng và khí clo cho 2 loại muối clorua khác nhau là FeCl₂ và FeCl₃.

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂↑

2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃.

Ag, Cu không tác dụng với dung dịch HCl.

* Bài 2 trang 96 SGK Hóa 10: Đặc điểm nào dưới đây không phải là đặc điểm chung của các nguyên tố halogen (F, Cl, Br, I)?

A. Nguyên tử chỉ có khả năng thu thêm 1e.

B. Tạo ra với hidro hợp chất có liên kết cộng hóa trị có cực.

C. Có số oxi hóa – 1 trong mọi hợp chất.

D. Lớp electron ngoài cùng của nguyên tử có 7 electron.

* Lời giải:

- Đáp án đúng: C. Có số oxi hóa – 1 trong mọi hợp chất.

Trong tất cả các hợp chất F chỉ có số oxi hóa -1 do F có độ âm điện lớn nhất.

Các nguyên tố halogen khác ngoài số oxi hóa -1 còn có các số oxi hóa +1; +3; +5; +7.

* Bài 3 trang 96 SGK Hóa 10: Đặc điểm nào dưới đây là đặc điểm chung của các đơn chất halogen (F₂, Cl₂, Br₂,I₂):

A. Ở điều kiện thường là chất khí.

B. Có tính oxi hóa mạnh.

C. Vừa có tính oxi hóa, vừa có tính khử.

D. Tác dụng mạnh với nước.

* Lời giải:

- Đáp án đúng: B. Có tính oxi hóa mạnh.

* Bài 4 trang 96 SGK Hóa 10: So sánh những nguyên tố halogen về các mặt sau:

a) Cấu tạo nguyên tử và cấu tạo phân tử.

b) Tính chất vật lí.

c) Tính chất hóa học.

* Lời giải:

So sánh những nguyên tố halogen về các mặt sau:

a) Cấu tạo nguyên tử và cấu tạo phân tử:

• Giống nhau:

- Số lớp electron ngoài cùng có 7e. Ở trạng thái cơ bản, nguyên tử halogen đều có 1 electron độc thân.

- Phân tử 2 nguyên tử, liên kết cộng hóa trị không cực.

- Cấu hình electron lớp ngoài cùng ns²np⁵.

• Khác nhau:

- Bán kính nguyên tử tăng dần từ flo đến iot.

- Số lớp electron tăng dần từ flo đến iot.

- Lớp ngoài cùng của nguyên tố flo là lớp thứ 2 nên không có phân lớp d. Nguyên tử clo, brom và iot có phân lớp d còn trống.

- Ở trạng thái kích thích, nguyên tử clo, brom hoặc iot có thể có 3, 5 hoặc electron độc thân.

- Độ âm điện giảm dần từ flo đến iot.

b) Tính chất vật lí

Trong nhóm halogen, tính chất vật lí biến đổi có quy luật: Trạng thái tập hợp, màu sắc, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi,...

Từ flo đến iot ta nhận 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.

- 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.

c) Tính chất hóa học:

• Giống nhau:

- Vì lớp electron lớp ngoài cùng có cấu tạo tương tự nhau (...ns²np⁵) nên các halogen rất giống nhau về tính chất hóa học của đơn chất cũng như về thành phần và tính chất của các hợp chất.

- Halogen có ái lực với electron lớn. Nguyên tử halogen X với 7 electron lớp ngoài cùng dễ dàng thu thêm 1 electron để trở thành ion âm.

X + 1e → X^-

- Oxi hóa được hầu hết các kim loại tạo muối halogennua.

• Khác nhau:

- Khả năng oxi hóa của các halogen giảm dần từ flo đến iot.

- Phản ứng với kim loại, với hidro, với nước của các halogen cũng có khác nhau.

- Flo không thể hiện tính khử (không có số oxi hóa dương) còn các halogen khác có tính khử và tính khử tăng dần từ flo đến iot.

* Bài 5 trang 96 SGK Hóa 10: Hãy cho biết tính quy luật của sự biến đổi của nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sôi, màu sắc, độ âm điện của nguyên tố halogen.

* Lời giải:

Quy luật của sự biến đổi tính chất vật lí và độ âm điện của các halogen là:

- Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tăng dần từ flo đến iot.

- Màu sắc đậm dần từ flo đến iot.

- Độ âm điện giảm dần từ flo đến iot.

* Bài 6 trang 96 SGK Hóa 10: Nêu tính chất hóa học cơ bản của các nguyên tố halogen. Giải thích chiều biến đổi của tính chất hóa học cơ bản đó trong nhóm.

* Lời giải:

Tính chất hóa học cơ bản của các halogen là tính oxi hóa mạnh, các nguyên tử này rất hoạt động vì chúng dễ thu thêm 1 electron, tính oxi hóa của các halogen giảm dần từ flo đến iot. Sở dĩ tính oxi hóa giảm dần từ flo đến iot là do:

- Độ âm điện giảm dần từ flo đến iot.

- Từ flo qua clo đến brom và iot, lớp electron ngoài cùng càng xa hạt nhân hơn, bán kính nguyên tử tăng dần, lực hút của hạt nhân với electron ngoài cùng càng yếu hớn, làm cho khả năng nhận electron của halogen giảm dần.

* Bài 7 trang 96 SGK Hóa 10: Giải thích vì sao các nguyên tố halogen không có ở trạng thái tự do trong tự nhiên.

* Lời giải:

- Các nguyên tố halogen không có ở trạng thái tự do trong thiên nhiên do nguyên tử của các nguyên tố này hoạt động này hoạt động hóa học rất mạnh.