Lời giải bài tập Hóa học lớp 10 Bài 17: Nguyên tố và đơn chất halogen sách Cánh diều hay, chi tiết sẽ giúp học sinh dễ dàng trả lời câu hỏi Hóa học 10 Bài 17 từ đó học tốt môn Hóa 10.
Giải bài tập Hóa học lớp 10 Bài 17: Nguyên tố và đơn chất halogen
Giải hóa học 10 trang 99 Cánh diều
Mở đầu trang 99 Hóa học 10: Vì sao nước chlorine được sử dụng phổ biến để khử trùng, sát khuẩn?
Lời giải:
- Nước chlorine có thành phần là HCl và HClO có tính oxi hóa mạnh
=> Nước chlorine có tính tẩy màu được dùng để khử trùng và sát khuẩn, tẩy trắng sợi, vải, giấy
I. Giới thiệu về nguyên tố nhóm VIIA
Giải hóa học 10 trang 101 Cánh diều
II. Đơn chất halogen
Phương pháp giải:
Trong bảng 17.3, thể của các halogen ở điều kiện thường biến đổi từ khí → lỏng → rắn
Lời giải:
- Theo bảng 17.3, xu hướng biến đổi trạng thái của các halogen ở điều kiện thường từ: khí → lỏng → rắn
- Mà astatine đứng dưới cùng trong nhóm halogen
=> Astatine tồn tại ở thể rắn trong điều kiện thường
- Giải thích: Do sự tăng khối lượng phân tử và sự tăng tương tác van dể Waals
Luyện tập 2 trang 101 Hóa học 10: Trong điều kiện thường, halogen nào ở thể rắn? Vì sao
Phương pháp giải:
- Dựa vào thông tin bảng 17.3
- Giải thích: Khối lượng phân tử, sự tăng tương tác van der Waals
Lời giải:
- Quan sát Bảng 17.3, nhận thấy trong điều kiện thường có Iodine (I2) là ở thể rắn
- Giải thích:
+ Khối lượng phân tử cao
+ Lực tương tác van der Waals giữa phân tử iodine mạnh
Giải hóa học 10 trang 102 Cánh diều
Phương pháp giải:
- Các nguyên tố halogen có 7 electron ở lớp ngoài cùng
- Nguyên tố calcium có 2 electron ở lớp ngoài cùng
Lời giải:
- Nguyên tử Fluorine có 7 electron ở lớp ngoài cùng => Nhận 1 electron từ nguyên tử Calcium để đạt cấu hình electron của khí hiếm
- Nguyên tử Calcium có 2 electron ở lớp ngoài cùng => Nhường 2 electron cho 2 nguyên tử Fluorine để đạt cấu hình electron của khí hiếm
Phương pháp giải:
- Nguyên tử Phosphorus có 5 electron ở lớp ngoài cùng => Có xu hướng nhận thêm 3 electron
- Nguyên tử Chlorine có 7 electron ở lớp ngoài cùng => Có xu hướng nhận thêm 1 electron
Lời giải:
- Trong phân tử phosphorus trichloride gồm 2 nguyên tố: P và Cl
+ Nguyên tử P có 5 electron ở lớp ngoài cùng => Góp chung 3 electron độc thân để hình thành 3 liên kết cộng hóa trị
+ Nguyên tử Cl có 7 electron ở lớp ngoài cùng => 3 nguyên tử Cl, mỗi nguyên tử góp chung 1 electron độc thân để hình thành 3 liên kết cộng hóa trị với P.
=> Khi đó, quanh P và Cl đều có 8 electron như khí hiếm Argon.
- Công thức Lewis của phân tử:
Giải hóa học 10 trang 103 Cánh diều
a) Viết phương trình hóa học tạo chất trên từ các đơn chất
b) Phân tử BF3 có bao nhiêu liên kết σ và bao nhiêu liên kết п?
Phương pháp giải:
a) Phương trình hóa học: B + F2 → ?
b) Liên kết đơn còn gọi là liên kết σ, liên kết đôi gồm 1 liên kết σ và 1 liên kết п
Lời giải:
a) Phương trình hóa học: 2B + 3F2 → 2BF3
b) Trong phân tử BF3 có 2 liên kết đơn, 1 liên kết đôi (gồm 1 liên kết σ và 1 liên kết п)
=> Trong phân tử BF3 có 3 liên kết σ và 1 liên kết п
Giải hóa học 10 trang 105 Cánh diều
Phương pháp giải:
Phản ứng hóa học: Br2(aq) + H2O(l) HBr(aq) + HBrO(aq)
Lời giải:
Sau khi nhỏ nhanh vài giọt bromine vào ống nghiệm chứa nước, dung dịch bromine có những chất: Br2, H2O, HBr, HBrO.
Br2(aq) + H2O(l) HBr(aq) + HBrO(aq)
- Vì phản ứng xảy ra thuận nghịch nên trong dung dịch có cả chất tham gia và chất sản phẩm
Giải hóa học 10 trang 106 Cánh diều
Phương pháp giải:
Halogen là những chất oxi hóa mạnh
Lời giải:
- Halogen là những chất oxi hóa mạnh, dễ dàng tác dụng với các chất khác trong tự nhiên: tác dụng với nước, hydrogen,…
=> Trong tự nhiên, các halogen không tồn tại ở dạng đơn chất mà tồn tại ở dạng hợp chất
Giải hóa học 10 trang 107 Cánh diều
Bài tập (trang 107, 108)
Phương pháp giải:
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
Lời giải:
Cl2 + 2NaBr → 2NaCl + Br2
=> Cl2 có tính oxi hóa mạnh hơn sẽ phản ứng với NaBr tạo thành halogen có tính oxi hóa yếu hơn là Br2
=> Chlorine có tính oxi hóa mạnh hơn bromine
NaCl (aq) + H2O (l) → A (aq) + X (g) + Y (g) (*)
Từ phản ứng giữa Y với dung dịch A sẽ sản xuất được hỗn hợp tẩy rửa phổ biến.
Từ phản ứng kết hợp giữa X và Y sẽ sản xuất được hydrogen chlorine
a) Hãy cho biết công thức hóa học của A, X, Y
b) Hoàn thành phương trình hóa học (*)
Phương pháp giải:
- Chất tẩy rửa phổ biến là nước Javel: NaCl và NaClO
- Để sản xuất được hydrogen chloride cần: Cl2 và H2
Lời giải:
- Chất tẩy rửa phổ biến là nước Javel gồm có NaCl và NaClO
=> Hai chất tác dụng với nhau để tạo thành nước Javel là: NaOH và Cl2
- Vì A ở dạng dung dịch, Y ở dạng khí
=> A là dung dịch NaOH, Y là khí Cl2
- Để sản xuất được hydrogen chloride cần: Cl2 và H2
- Mà Y là khí Cl2
=> X là khí H2
a) Công thức hóa học của A, X, Y lần lượt là: NaOH, H2, Cl2
b) Phương trình hóa học
2NaCl (aq) + 2H2O (l) → 2NaOH (aq) + H2 (g) + Cl2 (g) (*)
Dựa vào xu hướng biến đổi một số tính chất của nhóm halogen, hãy dự đoán:
a) Tính oxi hóa của nguyên tử astatine mạnh hơn hay yếu hơn so với nguyên tử iodine?
b) Đơn chất astatine có màu đậm hơn hay nhạt hơn so với đơn chất iodine?
Phương pháp giải:
- Trong nhóm halogen, đi từ F đến I, tính oxi hóa giảm dần
- Trong nhóm halogen, đi từ F đến I, màu sắc đậm dần
Lời giải:
a) Trong nhóm halogen, đi từ F đến I có độ âm điện giảm dần
=> Tính oxi hóa giảm dần
=> Tính oxi hóa của nguyên tử astatine yếu hơn so với nguyên tử iodine
b) Trong nhóm halogen, đi từ F đến I có màu sắc của các đơn chất đậm dần
=> Đơn chất astatine có màu đậm hơn so với đơn chất iodine
Bài 4 trang 107 Hóa học 10: Tra cứu các giá trị năng lượng liên kết ở phụ lục 2
a) Hãy tính biến thiên enthalpy chuẩn ∆rH0298 của 2 phản ứng dưới đây:
F2(g) + H2(g) → 2HF (g)
O2(g) + 2H2(g) → 2H2O(g)
b) Ở hai phản ứng trên, fluorine và oxygen đều đóng vai trò là chất oxi hóa. Dựa vào giá trị ∆rH0298, cho biết phản ứng oxi hóa – khử nào thuận lợi hơn
Phương pháp giải:
a)
∆rH0298 = Eb(F2) + Eb(H2) – 2xEb(HF)
∆rH0298 = Eb(O2) + 2xEb(H2) – 2x2xEb(OH)
b)
Giá trị biến thiên enthalpy nào âm hơn thì phản ứng đó diễn ra thuận lợi hơn
Lời giải:
a)
- Xét phản ứng: F2(g) + H2(g) → 2HF (g)
+ Ta có: ∆rH0298 = Eb(F2) + Eb(H2) – 2xEb(HF) = 159 + 436 – 2x565 = -535 (kJ/mol)
- Xét phản ứng: O2(g) + 2H2(g) → 2H2O(g)
+ Ta có: ∆rH0298 = Eb(O2) + 2xEb(H2) – 2x2xEb(OH) = 142 + 2x436 – 2x2x464 = -842 (kJ/mol)
b)
Giá trị biến thiên enthalpy của phản ứng (2) âm hơn giá trị biến thiên enthalpy của phản ứng (1)
=> Phản ứng oxi hóa – khử (2) diễn ra thuận lợi hơn
Giải hóa học 10 trang 108 Cánh diều
Theo quy chuẩn kĩ thuật quốc gia (QCVN 01 – 1: 2018/BYT), hàm lượng chlorine tự do đối với nước sạch sử dụng cho mục đích sinh hoạt từ 0,2 – 1 mgL-1. Nếu hàm lượng chlorine nhỏ hơn 0,2 – 1 mgL-1 thì không tiêu diệt hết vi khuẩn và không xử lí được hết chất hữu cơ. Ngược lại, lượng chlorine trong nước lớn hơn 1,0 mgL-1 sẽ gây dị ứng
Carbon trong than hoạt tính sẽ tương tác trực tiếp với chlorine, giúp loại bỏ chlorine và các hợp chất chlorine và các hợp chất chlorine bằng cơ chế hấp thụ bề mặt. Khi chiếu tia cực tím với cường độ cao vào nước cũng làm giảm lượng chlorine. Các máy lọc nước RO (reverse osmosis: thẩm thấu ngược) cũng có thể giúp loại bỏ lượng chlorine trong nước một cách hiệu quả
Hãy trả lời các câu hỏi sau đây:
a) Dấu hiệu nào cho thấy chlorine có trong nước sinh hoạt
b) Vì sao người ta cần cho chlorine đến dư vào nước sinh hoạt
c) Cho biết một số phương pháp có thể loại bỏ khí chlorine dư trong nước sinh hoạt
Phương pháp giải:
a) Chlorine có mùi xốc
b) Ngăn ngừa sự tái nhiễm của vi khuẩn
c) Tham khảo phần cuối của đoạn văn trên
Lời giải:
a) Chlorine có mùi xốc, nên khi sử dụng nước sinh có chlorine, chúng ta sẽ ngửi thấy mùi của nước chlorine
b) Trong quá trình khử trùng, người ta phải cho một lượng chlorine dư vào nước sinh hoạt. Lượng chlorine dư trong nước sinh hoạt còn có tác dụng ngăn ngừa sự tái nhiễm của vi khuẩn trong quá trình phân phối trong đường ống dẫn nước và trữ nước tại nhà
c) Một số phương pháp để loại bỏ khí chlorine dư trong nước sinh hoạt:
- Sử dụng máy lọc nước than hoạt tính
- Phơi chậu nước ra ngoài ánh nắng mặt trời => Tia cực tím với cường độ cao vào nước cùng làm giảm lượng chlorine
- Sử dụng máy lọc nước RO (thẩm thấu ngược) cũng có thể giúp loại bỏ lượng chlorine trong nước
Lý thuyết Nguyên tố và đơn chất halogen
I. Giới thiệu về nguyên tố nhóm VIIA
- Các nguyên tố nhóm VIIA gồm fluorine, chlorine, bromine, iodine và hai nguyên tố phóng xạ astatine, tennessine.
- Một số đặc điểm của nguyên tố halogen được thể hiện trong bảng sau:
Bảng 17.1. Một số đặc điểm của các nguyên tố halogen
Nguyên tố |
Số hiệu nguyên tử |
Cấu hình electron nguyên tử |
Độ âm điện |
Bán kính nguyên tử (pm) |
Fluorine (F) |
9 |
[He]2s22p5 |
3,98 |
42 |
Chlorine (Cl) |
17 |
[Ne]3s23p5 |
3,16 |
79 |
Bromine (Br) |
35 |
[Ar]3d104s24p5 |
2,96 |
94 |
Iodine (I)_ |
53 |
[Kr]4d105s25p5 |
2,66 |
115 |
Astatine (At) |
85 |
[Xe]4f145d106s26p5 |
2,20 |
127 |
Tennessine (Ts) |
117 |
[Rn]5f146d107s27p5 |
- |
- |
- Mỗi nguyên tử nguyên tố nhóm VIIA đều có 7 electron ở lớp ngoài cùng, dạng ns2np5. Vì vậy chúng là các phi kim.
- Một số dạng tồn tại của các nguyên tố halogen phổ biến trong tự nhiên được thể hiện trong bảng sau:
Bảng 17.2. Một số dạng tồn tại trong tự nhiên của các nguyên tố halogen
Nguyên tố |
Một số dạng tồn tại trong tự nhiên |
Fluorine |
- CaF2 là thành phần chính của quặng fluorite. - Na3AlF6 là thành phần chính của quặng cryolite. - Ca5F(PO4)3 là thành phần chính của quặng fluorapatite. |
Chlorine |
- NaCl trong mỏ muối. - Các hợp chất chloride (chứa Cl-) tan trong nước biển, nước sông, trong máu động vật. - KCl.MgCl2.6H2O là thành phần chính của khoáng vật carnallite. - NaCl.KCl là thành phần chính của khoáng vật sylvinite. - HCl trong dịch dạ dày. |
Bromine |
Các hợp chất bromide (chứa Br-) tan trong nước biển, nước sông. |
Iodine |
Các hợp chất iodide, iodate (chứa I-, ) có trong nước biển, nước sông, rong biển. |
II. Đơn chất halogen
Ở điều kiện thường, đơn chất halogen tồn tại ở dạng phân tử hai nguyên tử, được kí hiệu chung là X2.
1. Xu hướng biến đổi một số tính chất vật lí
- Một số tính chất vật lí của đơn chất halogen được thể hiện trong bảng sau:
Bảng 17.3. Một số tính chất vật lí của đơn chất halogen
Đơn chất (X2) |
Nhiệt độ nóng chảy (oC) |
Nhiệt độ sôi (oC) |
Thể ở điều kiện thường |
Màu sắc |
Fluorine (F2) |
-220 |
-188 |
Khí |
Lục nhạt |
Chlorine (Cl2) |
-102 |
-34 |
Khí |
Vàng lục |
Bromine (Br2) |
-7 |
59 |
Lỏng |
Nâu đỏ |
Iodine (I2) |
114 |
185 |
Rắn |
Tím đen |
- Nhận xét:
+ Nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy của các đơn chất halogen tăng dần từ F2 đến I2.
Giải thích: Khi phân tử X2 có kích thước càng lớn và càng nhiều electron thì mức độ chuyển động hỗn loạn của các electron càng cao. Vì vậy, thường xuyên có sự phân bố không đều các electron tại một thời điểm nào đó, dễ làm xuất hiện các lưỡng cực tạm thời ở mỗi phân tử.
Hình 17.1. Minh họa tương tác van der Waals giữa hai phân tử iodine
→ Điều này sẽ làm tăng tương tác van der Waals giữa các phân tử halogen X2 với nhau. Dó đó, trong các đơn chất halogen, tương tác van der Waals tăng từ fluorine đến iodine. Điều này dẫn đến, nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy của các đơn chất halogen tăng dần từ F2 đến I2.
+ Thể của các halogen ở điều kiện thường biến đổi từ khí (fluorine, chlorine) đến lỏng (bromine) và rắn (iodine), phù hợp với xu hướng tăng khối lượng phân tử và sự tương tác giữa các phân tử.
+ Màu sắc của các đơn chất halogen từ fluorine đến iodine cũng biến đổi theo xu hướng đậm dần.
2. Xu hướng tạo liên kết trong các phản ứng hóa học
Nguyên tử của các nguyên tố halogen đều có 7 electron hóa trị. Vì vậy, theo quy tắc octet, halogen thường có hai xu hướng tạo liên kết khi phản ứng với các chất khác.
- Xu hướng thứ nhất: nhận thêm 1 electron tử nguyên tử khác.
+ Xu hường này xảy ra khi khi đơn chất halogen phản ứng với nhiều kim loại khác nhau. Khi đó, mỗi nguyên tử X nhận thêm 1 electron từ nguyên tử kim loại để trở thành anion có điện tích 1-, đồng thời nguyên tử kim loại sẽ trở thành cation có điện tích n+. Cả cation và anion đều thỏa mãn quy tắc octet. Giữa chúng sẽ có tương tác tĩnh điện để tạo hợp chất có liên kết ion.
Ví dụ: Khi chlorine phản ứng với calcium, có sự nhường và nhận electron như sau:
Cl2 + 2e → 2Cl-
Ca → Ca2+ + 2e
Phương trình hóa học của phản ứng:
Ca(s) + Cl2(g) → CaCl2(s)
Lưu ý: Halogen kết hợp với nhiều kim loại tạo ra muối halide có công thức MXn như NaCl, KBr, KI, CaCl2, CuCl2, … Các muối halide của kim loại là hợp chất ion, nên hầu hết tan tốt trong nước (trừ AgCl, AgBr, AgI).
- Xu hướng thứ hai: góp chung electron hóa trị với nguyên tử nguyên tố khác
+ Khi đơn chất halogen phản ứng với một số phi kim thì mỗi nguyên tử X có thể góp chung electron hóa trị với nguyên tử phi kim đều cả hai nguyên tử đều đạt cấu hình electron thỏa mãn quy tắc octet. Giữa chúng hình thành chất có liên kết cộng hóa trị.
Ví dụ: Trong phản ứng giữa chlorine và hydrogen, nguyên tử của mỗi chất sẽ góp chung 1 electron độc thân để hình thành liên kết cộng hóa trị, Khi đó quanh nguyên tử H sẽ có 2 electron như khí hiếm helium, xung quanh chlorine sẽ có 8 electron như khí hiếm neon, với mô tả theo công thức electron như sau:
Phương trình hóa học của phản ứng:
H2(g) + Cl2(g) → 2HCl(g)
- Kết luận: để thỏa mãn quy tắc octet, nguyên tử halogen sẽ nhận thêm 1 electron của nguyên tử khác hoặc góp chung 1 electron với nguyên tử khác. Vì vậy:
+ Nhóm halogen có tính phi kim mạnh hơn các nhóm phi kim còn lại trong bảng tuần hoàn.
+ Hóa trị phổ biến của các halogen là 1.
3. Xu hướng thể hiện tính oxi hóa
- Ngoại trừ fluorine, các halogen còn lại thể hiện cả tính oxi hóa và tính khử trong các phản ứng hóa học. Tuy nhiên, xu hướng thể hiện tính oxi hóa phổ biến hơn rất nhiều và trở nên đặc trưng hơn so với xu hướng thể hiện tính khử.
- Các đơn chất halogen đều có tính oxi mạnh và tính oxi hóa giảm dần từ fluorine đến iodine
a) Phản ứng với hydrogen
- Các đơn chất halogen đều phản ứng với hydrogen tạo hydrogen halide nhưng trong các điều kiện phản ứng và điều kiện khác nhau.
Bảng 17.4. Điều kiện và mức độ phản ứng của đơn chất halogen với hydrogen, năng lượng liên kết H - X
Phản ứng tạo HX |
Điều kiện và mức độ phản ứng |
Năng lượng liên kết H – X (kJ mol-1) |
H2(g) + F2(g) → 2HF(g) |
Diễn ra mãnh liệt, nổ ngay cả trong bóng tối hoặc ở nhiệt độ thấp |
565 |
H2(g) + Cl2(g) → 2HCl(g) |
Nổ khi đun nóng. Hoặc nổ ngay ở nhiệt độ thường khi được chiếu tia tử ngoại |
431 |
H2(g)+ Br2(g) → 2HBr(g) |
Cần đun nóng để phản ứng diễn ra. Phản ứng diễn ra chậm |
364 |
H2(g)+ I2(g) 2HI(g) |
Cần đun nóng để phản ứng diễn ra. Phản ứng thuận nghịch, tạo hỗn hợp gồm HI sinh ra và lượng H2, I2 còn lại |
297 |
- Nhận xét:
+ Mức độ phản ứng với hydrogen giảm dần từ fluorine đến iodine, phù hợp với xu hướng giảm tính oxi hóa của dãy halogen tử fluorine đến iodine.
+ Các phản ứng đều tạo ra HX. Năng lượng liên kết H – X giảm dần làm cho độ bền nhiệt của các phân tử giảm dần từ HF đến HI. Trong đó, phân tử HI có độ bền nhiệt thấp, dễ bị phân hủy một phần để tái tạo lại iodine và hydrogen theo phản ứng:
2HI(g) H2(g)+ I2(g)
b) Phản ứng thế halogen
- 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.
Lưu ý: Trong dung dịch thì fluorine không có phản ứng trên. Đó là do fluorine ưu tiên phản ứng với nước.
Ví dụ: Nguyên tố chlorine đã thay thế nguyên tố bromine trong muối sodium bromide.
Cl2(aq) + 2NaBr(aq) → 2NaCl(aq) + Br2(aq)
c) Phản ứng với nước, với dung dịch sodium hydroxide
- Trừ fluorine, các halogen còn lại khi phản ứng với nước hoặc dung dịch sodium hydroxide (NaOH) đều thể hiện tính oxi hóa và tính khử.
- Khi cho các halogen vào nước thì fluorine phản ứng mạnh, chlorine và bromine đều phản ứng thuận nghịch với nước, còn iodine tan rất ít và hầu như không phản ứng.
2(aq) + 2H2O(l) → O2(g) + 4(aq)
(aq) + H2O(l) (aq) + (aq)
(aq) + H2O(l) (aq) + (aq)
- Phản ứng giữa chlorine và nước là phản ứng thuận nghịch nên tạo ra dung dịch gồm nước, hydrochloric acid (HCl), hydrochlorous acid (HClO, còn được viết là HOCl). Dung dịch này còn được gọi là dung dịch nước chlorine, có tính sát khuẩn. Vì vậy, nước chlorine được sử dụng để xử lí vi khuẩn trong các nguồn nước cấp hoặc xử lí môi trường.
- Trong công nghiệp, sử dụng phản ứng giữa chlorine với sodium hydroxide lạnh (khoảng 15oC) để tạo ra nước Javel có tính oxi hóa mạnh phục vụ cho mục đích sát khuẩn, tẩy màu. Phương trình hóa học tạo nước Javel như sau:
(aq) + 2NaOH(aq) → (aq) + (aq)
Hình 17.1. Nước Javel dùng để sát khuẩn, tẩy rửa
- Ở 70oC, phản ứng giữa chlorine với sodium hydroxide xảy ra như sau:
3(aq) + 6NaOH(aq) 5(aq) + (aq) + 3H2O(l)
→ Phản ứng này thuộc loại phản ứng tự oxi hóa, tự khử. Đó là do chlorine vừa giảm số oxi hóa, vừa tăng số oxi hóa.
Bài giảng Hóa học 10 Bài 17: Nguyên tố và đơn chất halogen - Cánh diều
Xem thêm các bài giải SGK Hóa học lớp 10 Cánh diều hay, chi tiết khác:
Bài 14 : Phản ứng hóa học và enthalpy
Bài 15: Ý nghĩa và cách tính biến thiên enthalpy phản ứng hóa học
Bài 16: Tốc độ phản ứng hóa học
Bài 18: Hydrogen halide và hydrohalic acid