Bài tập Nguyên tố và đơn chất halogen có đáp án

Khi cho chlorine vào nước sẽ xảy ra phản ứng:

Cl₂(aq) + H₂O(l) ⇄ HCl(aq) + HClO(aq)

Phản ứng này là thuận nghịch nên tạo ra dung dịch gồm: nước, hydrochloric acid (HCl), hypochlorous acid (HClO còn được viết là HOCl) và chlorine. Dung dịch này còn được gọi là dung dịch nước chlorine, có tính sát khuẩn. Vì vậy, nước chlorine được sử dụng phổ biến để khử trùng, sát khuẩn trong các nguồn nước cấp, môi trường

Khi phân tử halogen 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 đồng đều các electron tại một thời điểm nào đó, dễ làm xuất hiện các lưỡng cực tạm thời ở mỗi phân tử. Điều này sẽ làm tăng tương tác van der Waals giữa các phân tử halogen với nhau hay nói cách khác các phân tử halogen tương tác với nhau chặt chẽ hơn.

Trong nhóm VIIA, theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân nguyên tử, khối lượng nguyên tử có xu hướng tăng ⇒ Khối lượng phân tử halogen X₂ có xu hướng tăng ⇒ Sự tương tác giữa các phân tử trong mỗi halogen X₂ tăng.

Dựa vào bảng 17.3 ta có thể thấy thể của các halogen ở điều kiện thường biến đổi từ khí (fluorine, chlorine) đến lỏng (bromine) và rắn (iodine). Mà astatine có khối lượng phân tử lớn hơn iodine.

Vậy ta có thể dự đoán đơn chất astatine tồn tại ở thể rắn ở điều kiện thường.

Dựa theo xu hướng tăng khối lượng phân tử và sự tương tác giữa các phân tử.

Khi phân tử X₂ có kích thước càng lớn và càng nhiều electron thì tương tác van der Waals giữa các phân tử càng mạnh. Do đó, trong các halogen, tương tác tăng từ fluorine đến iodine.

Ở điều kiện thường bắt đầu từ iodine (I) tồn tại ở thể rắn, các nguyên tố có khối lượng phân tử lớn hơn iodine (I) là astatine At, tennessine (Ts) cũng ở thể rắn

Theo quy tắc octet:

Ca (Z = 20): [Ar]4s² có xu hướng nhường 2 electron.

F (Z = 9): [He]2s²2p⁵ có xu hướng nhận 1 electron

Khi calcium và fluorine kết hợp thành phân tử calcium fluoride (CaF₂) có sự nhận và nhường electron như sau:

- Mỗi nguyên tử F nhận thêm 1 electron từ nguyên tử Ca tạo thành anion F-

⇒ Phân tử F₂ gồm 2 nguyên tử F nhận tổng cộng 2 electron từ nguyên tử Ca

F₂ + 2e → 2F^‑

- Đồng thời nguyên tử Ca đã nhường 2 electron để trở thành cation Ca²⁺

Ca → Ca²⁺ + 2e

- Giữa anion và cation hút nhau bằng lực hút tĩnh điện để tạo thành phân tử calcium fluoride (CaF₂).

Phương trình hóa học của phản ứng là:

Ca + F₂ → CaF₂

Theo quy tắc octet:

P (Z = 15): [Ne]2s²2p³ có 5 electron lớp ngoài cùng. Thiếu 3 electron để đạt được cấu hình electron bền vững.

Cl (Z = 17): [Ne]2s²2p⁵ có 7 electron lớp ngoài cùng. Thiếu 1 electron để đạt được cấu hình electron bền vững.

Để đạt được cấu hình của khí hiếm gần nhất, mỗi nguyên tử Cl đều cần thêm 1 electron. Vì vậy, nguyên tử P sẽ góp chung 3 electron với 3 nguyên tử Cl để tạo nên 3 cặp electron chung cho cả hai nguyên tử.

Công thức Lewis của phân tử:

a) Phương trình hóa học:

2B + 3F₂ → 2BF₃

b) Phân tử BF₃ gồm 2 liên kết σ và 1 liên kết π.

+ Khi dùng đèn tử ngoại chiếu vào xi-lanh chứa hỗn hợp khí (hoặc dùng ngọn lửa hơ nhẹ bên ngoài xi-lanh)

Hiện tượng: Có tiếng nổ trong xi-lanh, màu vàng lục của khí Cl₂ biến mất, xuất hiện khói trắng đục.

Giải thích: Khi có đèn tử ngoại chiếu vào xi-lanh (hoặc dùng ngọn lửa hơ nhẹ bên ngoài xi-lanh) khí H₂ đã xảy ra phản ứng với khí Cl₂ (có màu vàng lục) tạo khói trắng đục chính là khí HCl.

Phương trình hóa học của phản ứng:

H₂(g) + Cl₂(g) → 2HCl(g)

+ Nếu thay khí chlorine bằng hơi iodine thì phản ứng giữa hơi iodine và hydrogen không có tiếng nổ như phản ứng của khí chlorine với hydrogen. Bên cạnh đó khi có đèn tử ngoại chiếu vào phản ứng không xảy ra mà cần dùng ngọn lửa hơ bên ngoài xi-lanh phản ứng mới xảy ra. Do tính oxi hóa của iodine yếu hơn tính oxi hóa của chlorine

Phản ứng giữa hơi iodine và hydrogen là phản ứng thuận nghịch. Cần đun nóng để phản ứng diễn ra. Sản phẩm là hỗn hợp gồm HI sinh ra và lượng H₂, I₂ còn lại.

Phương trình hóa học: H₂ + I₂ ⇄ 2HI

Thí nghiệm 1: Khi cho nước chlorine (Cl₂) màu vàng rất nhạt vào dung dịch sodium bromide (NaBr) không màu hoặc dung dịch potassium bromide (KBr) không màu thì tạo ra dung dịch màu vàng nâu của bromine (Br₂)

Phương trình hóa học:

Cl₂(aq) + 2NaBr(aq) → 2NaCl(aq) + Br₂(aq)

Hoặc Cl₂(aq) + 2KBr(aq) → 2KCl(aq) + Br₂(aq)

Thí nghiệm 2:

Hiện tượng: Khi cho nước bromine (Br₂) màu vàng nâu vào dung dịch sodium iodine (NaI) không màu hoặc potassium iodine (KI) không màu có thêm hồ tinh bột thì thấy dung dịch màu vàng nâu chuyển sang màu xanh tím.

Giải thích: Do Br₂ màu vàng nâu đã phản ứng với dung dịch NaI hoặc KI không màu để hình thành đơn chất I₂ được tinh bột hấp thụ tạo dung dịch có màu xanh tím.

Phương trình hóa học: Br₂(aq) + 2NaI(aq) → 2NaBr(aq) + I₂(s)

Hoặc Br₂(aq) + 2KI(aq) → 2KBr(aq) + I₂(s)

Phương trình hóa học của phản ứng:

Br₂(aq) + H₂O(l) ⇄ HBr(aq) + HBrO(aq)

Phản ứng là thuận nghịch nên trong dung dịch sẽ gồm: Br₂, H₂O, HBr, HBrO.