Lý thuyết Tính chất vật lí và hóa học các đơn chất nhóm VIIA (Chân trời sáng tạo 2023) hay, chi tiết | Hóa học 10

Lý thuyết Hóa học lớp 10 Bài 17: Tính chất vật lí và hóa học các đơn chất nhóm VIIA

A. Lý thuyết Tính chất vật lí và hóa học các đơn chất nhóm VIIA

I. Vị trí của nhóm halogen trong bảng tuần hoàn

– Nhóm halogen gồm những nguyên tố thuộc nhóm VIIA trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học: fluorine (F); chlorine (Cl); bromine (Br); iodine (I); astatine (At) và tennessine (Ts).

– Trong đó astatine (At) và tennessine (Ts) là các nguyên tố phóng xạ.

II. Trạng thái tự nhiên của các halogen

– Halogen trong tự nhiên không tồn tại ở dạng đơn chất, chủ yếu tồn tại dưới dạng muối của các ion halide (F^–, Cl^–, Br^–, I^–).

Nguyên tố	Một số dạng tồn tại trong tự nhiên
Fluoride	Fluorite (CaF2); fluorapatite (Ca5(PO4)3F) và cryolite (Na3AlF6).
Chloride	Nước biển, trong quặng halite (NaCl, thường gọi là muối mỏ), sylvite (KCl).
Bromide	Quặng bromargyrite (AgBr), nước biển, mỏ muối.
Iodide	Iodargyrite (AgI), nước biển, mỏ muối.

III. Cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tử các nguyên tố halogen. Đặc điểm cấu tạo phân tử halogen

– Lớp electron ngoài cùng của nguyên tử các nguyên tố halogen đều có 7 electron: phân lớp s có 2 electron, phân lớp p có 5 electron.

– Để đạt cấu hình electron bền vững giống khí hiếm, hai nguyên tử halogen góp chung một cặp electron để hình thành phân tử.

+ Với X là kí hiệu các nguyên tố halogen.

+ Công thức cấu tạo của phân tử halogen: X – X.

Kết luận: Đơn chất halogen tồn tại ở dạng phân tử X₂, liên kết trong phân tử là liên kết cộng hóa trị không phân cực.

IV. Tính chất vật lý của các halogen

– Các halogen ít tan trong nước, tan nhiều trong dung môi hữu cơ không phân cực như hexane (C₆H₁₄), carbon tetrachloride (CCl₄), …

– Từ fluorine đến iodine:

+ Trạng thái tập hợp của đơn chất ở 20^oC thay đổi: fluorine và chlorine ở thể khí, bromine ở thể lỏng, iodine ở thể rắn.

+ Màu sắc đậm dần: fluorine có màu lục nhạt, chlorine có màu vàng lục, bromine có màu nâu đỏ, iodine có màu đen tím.

+ Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tăng dần.

– Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của đơn chất halogen bị ảnh hưởng bởi tương tác van der Waals giữa các phân tử. Từ fluorine đến iodine, khối lượng phân tử và bán kính nguyên tử tăng, làm tăng tương tác van der Waals, dẫn đến nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tăng.

V. Tính chất hóa học của các halogen

– Halogen có cấu hình electron lớp ngoài cùng là ns²np⁵, nên nguyên tử có xu hướng nhận thêm 1 electron hoặc dùng chung electron với nguyên tử khác để đạt cấu hình electron bền vững của khí hiếm tương ứng.

Sơ đồ tổng quát: X + 1e → X^–

– Tính chất hóa học đặc trưng của halogen là tính oxi hóa mạnh, tính oxi hóa giảm dần từ fluorine đến iodine.

1. Tác dụng với kim loại

– Các halogen phản ứng với kim loại thể hiện các mức độ khác nhau:

+ Fluorine tác dụng được với tất các các kim loại, ví dụ:

2Ag + F₂ → 2AgF

+ Chlorine tác dụng với hầu hết các kim loại trừ Au, Pt. Ví dụ:

2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃

+ Bromine phản ứng với nhiều kim loại, nhưng khả năng phản ứng yếu so với fluorine và chlorine. Ví dụ:

2Na + Br₂ → 2NaBr

+ Iodine phản ứng với kim loại yếu hơn so với bromine, chlorine và fluorine. Ví dụ:

2Al + 3I₂  $\stackrel{{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}}{\to }$2AlI₃

2. Tác dụng với hydrogen

– Khi tác dụng với hydrogen, fluorine phản ứng nổ mạnh ngay cả trong bóng tối, nhiệt độ rất thấp (-252^oC)

H₂ + F₂ → 2HF

– Chlorine phản ứng trong điều kiện chiếu sáng hoặc đun nóng

H₂ + Cl₂ $\stackrel{\mathrm{askt}}{\to }$  2HCl

– Bromine phản ứng khi đun nóng 200 – 400^oC

H₂ + Br₂  $\stackrel{{\mathrm{t}}^{\mathrm{o}}}{\to }$ 2HBr

– Iodine phản ứng khó khăn hơn, cần đun nóng 350 – 500^oC, chất xúc tác Pt và phản ứng xảy ra thuận nghịch.

H₂ + I₂  $\stackrel{350-{500}^{\mathrm{o}}\mathrm{C},\mathrm{Pt}}{\rightleftarrows }$ 2HI

Mở rộng:

+ Fluorine phản ứng mạnh với nước, bốc cháy trong hơi nước nóng.

2F₂ + 2H₂O → 4HF + O₂↑

+ Chlorine và bromine tác dụng chậm với nước tạo thành hydrohalic acid và hypohalous acid, khả năng phản ứng của bromine khó khăn hơn.

Cl₂ + H₂O ⇄ HCl + HClO

Br₂ + H₂O ⇄ HBr + HBrO

+ Iodine phản ứng rất chậm với nước tạo iodic acid

3I₂ + 3H₂O ⇄ 5HI + HIO₃

3. Tác dụng với dung dịch kiềm

– Halogen tác dụng với dung dịch kiềm, sản phẩm tạo thành phụ thuộc vào nhiệt độ phản ứng.

– Ví dụ:

Cl₂ + 2NaOH → NaCl + NaClO + H₂O

3Cl₂ + 6NaOH $\stackrel{>{70}^{\mathrm{o}}\mathrm{C}}{\to }$ 5NaCl + NaClO₃ + 3H₂O

Chú ý:

+ Hỗn hợp dung dịch NaCl và NaClO được gọi là nước Javel, có tính oxi hóa mạnh nên được dùng làm chất tẩy màu và sát trùng.

+ Phản ứng của chlorine với dung dịch kiềm được dùng để sản xuất các chất tẩy rửa, sát trùng, tẩy trắng trong ngành dệt, da, bột giấy, …

4. Tác dụng với dung dịch muối halide

– Trong dung dịch, các halogen có tính oxi hóa mạnh hơn sẽ phản ứng với muối halide của halogen có tính oxi hóa yếu hơn để tạo ra các halogen có tính oxi hóa yếu hơn.

Ví dụ:

Cl₂ + 2NaBr → 2NaCl + Br₂

Br₂ + 2NaI → 2NaBr + I₂

5. Tính tẩy màu của khí chlorine ẩm

Cl₂ + H₂O ⇄ HCl + HClO

– Phản ứng giữa chlorine và nước là thuận nghịch nên tạo ra dung dịch gồm nước, hydrochloric acid (HCl); hypoclorous acid (HClO) cùng chlorine.

– Hypoclorous acid (HClO) có tính oxi hóa mạnh có thể phá hủy các hợp chất màu nên khí chlorine ẩm có tính tẩy màu.

– Tính tẩy màu của khí chlorine ẩm được ứng dụng:

+ Tẩy trắng sợi, vải, giấy.

+ Sản xuất chất tẩy rửa.

+ Tiệt trùng nước sinh hoạt, nước trong các bể bơi.

VI. Ứng dụng của các halogen

– Fluorine: Được dùng trong sản xuất các chất dẻo ma sát thấp, như teflon phủ trên chảo chống dính… Một số hợp chất khác của fluorine như cryolite dùng cho sản xuất nhôm; sodium fluorine sử dụng như một loại thuốc trừ sâu, chống gián; một số muối fluorine khác được thêm vào thuốc đánh răng, tạo men răng, …

– Chlorine: Là chất oxi hóa mạnh, được sử dụng làm chất tẩy trắng và khử trùng nước. Một lượng lớn chlorine được dùng để sản xuất các dung môi như carbon tetrachloride (CCl₄), chloroform (CHCl₃) …

– Bromine: Được dùng để điều chế thuốc an thần, thuốc trừ sâu, thuốc nhuộm, mực in; silver bromide (AgBr) là chất nhạy với ánh sáng, dùng để tráng phim ảnh, phụ gia chống ăn mòn cho xăng, …

– Iodine: Là nguyên tố vi lượng cần thiết cho dinh dưỡng của con người, thiếu iodine có thể gây nên tác hại cho sức khỏe như gây bệnh bướu cổ, thiểu năng trí tuệ, hỗn hợp ethanol và iodine là chất sát trùng phổ biến. Các hợp chất iodine được sử dụng làm chất xúc tác, dược phẩm và thuốc nhuộm.

B. Trắc nghiệm Tính chất vật lí và hóa học các đơn chất nhóm VIIA

Câu 1. Nhận định sai về đặc điểm lớp electron ngoài cùng của nguyên tử các nguyên tố halogen là

A. đều có 5 electron ở lớp ngoài cùng;

B. phân lớp s có 2 electron;

C. phân lớp p có 5 electron;

D. chưa đạt cấu hình electron bền vững như khí hiếm.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

Lớp electron ngoài cùng của nguyên tử các nguyên tố halogen có 7 electron, trong đó 2 electron trên phân lớp s và 5 electron trên phân lớp p; chưa đạt cấu hình electron bền vững như khí hiếm.

Vậy nhận định A sai.

Câu 2. Kết luận đúng là

A. Đơn chất halogen tồn tại ở dạng phân tử X₂;

B. Liên kết trong phân tử đơn chất halogen là liên kết cộng hóa trị phân cực;

C. Liên kết trong phân tử đơn chất halogen là liên kết cộng hóa trị không phân cực;

D. Cả A và C đều đúng.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

Do nguyên tử các nguyên tố halogen đều có 7 electron lớp ngoài cùng, thiếu 1 electron để đạt cấu hình bền vững giống khí hiếm. Do đó mỗi hai nguyên tử halogen góp chung 1 cặp electron để hình thành phân tử.

Công thức cấu tạo: X – X; Công thức phân tử X₂.

Liên kết trong phân tử đơn chất halogen là liên kết cộng hóa trị không phân cực.

Câu 3. Đơn chất halogen ở có màu vàng lục là

A. F₂

B. Cl₂

C. Br₂

D. I₂

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

Đơn chất halogen có màu vàng lục là Cl₂.

Câu 4. Kết luận sai là

A. Màu sắc của các đơn chất halogen đậm dần từ fluorine đến iodine;

B. Trạng thái tập hợp của đơn chất ở 20°C thay đổi: fluorine và chlorine ở thể khí, bromine ở thể lỏng, iodine ở thể rắn;

C. Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi giảm dần fluorine đến iodine;

D. Các đơn chất halogen tan ít trong nước, tan nhiều trong các dung môi hữu cơ (riêng fluorine phản ứng mãnh liệt với nước).

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: C

Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi giảm dần fluorine đến iodine ⇒ sai.

Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của đơn chất halogen bị ảnh hưởng bởi tương tác van der Waals giữa các phân tử. Từ fluorine đến iodine, khối lượng phân tử và bán kính nguyên tử tăng, làm tăng tương tác van der Waals, dấn đến nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi tăng.

Câu 5. Phát biểu đúng là

A. Tính chất hóa học đặc trưng của halogen là tính oxi hóa mạnh, tính oxi hóa tăng dần từ fluorine đến iodine;

B. Tính chất hóa học đặc trưng của halogen là tính khử mạnh, tính khử tăng dần từ fluorine đến iodine;

C. Tính chất hóa học đặc trưng của halogen là tính khử mạnh, tính khử giảm dần từ fluorine đến iodine;

D. Tính chất hóa học đặc trưng của halogen là tính oxi hóa mạnh, tính oxi hóa giảm dần từ fluorine đến iodine.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

Tính chất hóa học đặc trưng của halogen là tính oxi hóa mạnh, tính oxi hóa giảm dần từ fluorine đến iodine.

Câu 6. Các nguyên tố nhóm VIIA gồm

A. fluorine, chlorine, bromine, iodine và hai nguyên tố phóng xạ astatine, tennessine;

B. sulfur, chlorine, bromine, indium và hai nguyên tố phóng xạ astatine, tennessine;

C. fluorine, chlorine, boron, iodine và hai nguyên tố phóng xạ astatine, tennessine;

D. fluorine, calcium, boron, iodine và hai nguyên tố phóng xạ astatine, tennessine.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

Các nguyên tố nhóm VIIA gồm: fluorine (F), chlorine (Cl), bromine (Br), iodine (I) và hai nguyên tố phóng xạ astatine (At), tennessine (Ts).

Câu 7. Vị trí của nhóm halogen trong bảng tuần hoàn là

A. nhóm VIIB;

B. nhóm IA;

C. nhóm VIIIA;

D. nhóm VIIA.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

Vị trí của nhóm halogen trong bảng tuần hoàn là nhóm VIIA.

Câu 8. Các khoáng chất fluorite, fluorapatite, cryolite đều chứa nguyên tố

A. F;

B. Cl;

C. Br;

D. I.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

Quặng fluorite (CaF₂); quặng cryolite (Na₃AlF₆); quặng fluorapatite (Ca₅F(PO₄)₃).

Do đó các khoáng chất này đều chứa nguyên tố F.

Câu 9. Nguyên tố halogen có hàm lượng nhiều nhất trong tự nhiên là

A. fluorine (F);

B. chlorine (Cl);

C. iodine (I)

D. bromine (Br).

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

Nguyên tố chlorine (Cl) có nhiều trong nước biển mà 71% bề mặt Trái Đất được bao phủ bởi biển và đại dương nên trong các nguyên tố halogen thì chlorine có hàm lượng nhiều nhất trong tự nhiên.

Câu 10. Phát biểu đúng là

A. Trong tự nhiên, halogen chỉ tồn tại ở dạng đơn chất;

B. Trong tự nhiên, halogen tồn tại ở chủ yếu ở dạng đơn chất;

C. Trong tự nhiên, halogen chỉ tồn tại ở dạng hợp chất. Hợp chất chủ yếu của halogen là muối halide;

D. Trong tự nhiên, halogen chỉ tồn tại ở dạng hợp chất là muối halide.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: C

Trong tự nhiên, halogen chỉ tồn tại ở dạng hợp chất. Hợp chất chủ yếu của halogen là muối halide.

Câu 11. Phản ứng nào dưới đây sai?

A. 2Fe + 3Cl₂$\stackrel{t^o}{\to }$ 2FeCl₃

B. H₂ + I₂ $\stackrel{t^o,Pt}{\rightleftarrows }$2HI

C. Cl₂ + H₂O ⇄ HCl + HClO

D. F₂ + H₂O ⟶ HF + HFO

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

Fluorine phản ứng mạnh với nước, bốc cháy trong hơi nước nóng theo phản ứng:

2F₂ + 2H₂O ⟶ 4HF + O₂ ↑

Do đó, phản ứng D sai.

Câu 12. Cho phản ứng: Cl₂ + NaOH $\stackrel{>{70}^{o}C}{\to }$

Sản phẩm của phản ứng là

A. NaCl và H₂O;

B. NaCl, NaClO và H₂O;

C. NaCl, NaClO₃ và H₂O;

D. Không phản ứng.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: C

3Cl₂ + 6NaOH $\stackrel{>{70}^{o}C}{\to }$ 5NaCl + NaClO₃ + 3H₂O.

Do đó sản phẩm của phản ứng là: NaCl, NaClO₃ và H₂O.

Câu 13. Cho thí nghiệm: nhỏ vào ống nghiệm chứa 2 ml dung dịch sodium iodine (có sẵn vài giọt hồ tinh bột) vài giọt nước chlorine rồi lắc nhẹ. Hiện tượng xảy ra là

A. Không xảy ra hiện tượng;

B. Xuất hiện chất rắn màu đen tím;

C. Dung dịch chuyển màu vàng nâu;

D. Dung dịch chuyển màu xanh tím;

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

Halogen mạnh đẩy halogen yếu hơn ra khỏi dung dịch muối (trừ F₂).

Mà chlorine có tính oxi hóa mạnh hơn iodine nên đẩy được iodine ra khỏi dung dịch sodium iodine.

Cl₂ (aq) + 2NaI (aq) ⟶ 2NaCl (aq) + I₂ (aq)

I₂ (aq) + hồ tinh bột ⟶ dung dịch có màu xanh tím.

Câu 14. Cho mẩu giấy màu ẩm vào bình khí chlorine. Hiện tượng xảy ra là

A. Giấy màu ẩm bị mất màu;

B. Giấy màu ẩm chuyển sang màu đen;

C. Giấy màu ẩm tan dần đến hết;

D. Không hiện tượng.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

Giấy màu ẩm làm cho khí chlorine tiếp xúc với giấy màu ẩm theo.

Mà khí chlorine ẩm có tính tẩy màu.

Cl₂ + H₂O ⇄ HCl + HClO (HClO có tính tẩy màu)

Do đó tờ giấy màu bị mất màu.

Câu 15. Sử dụng làm chất tẩy trắng và khử trùng nước là ứng dụng của

A. fluorine;

B. chlorine;

C. iodine;

D. bromine.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

Chlorine là chất oxi hóa mạnh, được sử dụng làm chất tẩy trắng và khử trùng nước.

Bài giảng Hóa học 10 Bài 17: Tính chất vật lí và hóa học các đơn chất nhóm VIIA – Chân trời sáng tạo

Xem thêm các bài tóm tắt lý thuyết Hóa học 10 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

Bài 14: Tính biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học

Bài 15: Phương trình tốc độ phản ứng và hằng số tốc độ phản ứng

Bài 16: Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng hóa học

Bài 18: Hydrogen halide và một số phản ứng của ion halide