Các nguyên tố nhóm Halogen

Chuyên mục: Lý thuyết vô cơ 1. Cấu tạo nguyên tử

Cấu hình electron lớp ngoài cùng của X là ns2np5. Dễ dàng thực hiện quá trình :                 X2 + 2e -> 2X-

Thể hiện tính oxi hoá mạnh. Số oxi hoá: Flo chỉ có số oxi hoá 1, các halogen khác có các số oxi hoá 1, +1, +3,

+5 và +7. Từ F2 I2: tính oxi hóa giảm, tính khử tăng, độ âm điện giảm.

2. Tính chất vật lý F2, Cl2 là chất khí, Br2 là chất lỏng, I2 là chất rắn. Khí flo màu lục nhạt, khí clo màu vàng lục, chất lỏng brom màu đỏ nâu, tinh thể iot màu tím đen. Các halogen đều rất độc.

 F2 không tan trong nước vì nó phân hủy nước rất mạnh; Các halogen khác tan tương đối ít trong nước nhưng tan nhiều trong các dung môi hữu cơ như: C6H6, CCl4,….3. Tính chất hoá học Tính chất hóa học đặc trưng của các halogen là tính oxi hóa mạnh

a. Phản ứng với hiđro: Xảy ra với mức độ khác nhau:                   H2 + F2 -> 2HF   phản ứng xảy ra ngay trong bóng tối, ở đk thường, nổ                   H2 + Cl2 -> 2Cl   phản ứng xảy ra khi chiếu sáng hoặc có đốt nóng, nổ                   H2 + Br2 -> 2HBr phản ứng xảy ra khi đốt nóng                   H2 + I2 2HI phản ứng xảy ra ở nhiệt độ cao, thuận nghịch

b. Phản ứng mạnh với kim loại        2Fe + 3Cl2 -> 2FeCl3Phản ứng tạo thành hợp chất ở đó kim loại có số oxi hoá cao (nếu kim loại có nhiều số oxi hoá như Fe, Sn…)

c. Phản ứng với H2O: Khi cho halogen tan vào nước thì: Flo phân huỷ nước:

F2 + H2O -> 2HF + 1/2O2 Clo tạo thành hỗn hợp 2 axit:                  Cl2 + H2O HCl + HClO Brom cho phản ứng tương tự nhưng tan kém clo. Iot tan rất ít.

d. Phản ứng với phi kim khác2P + 3Cl2 -> 2PCl32P + 5Cl2 -> 2PCl5 Cl2, Br2, I2 không phản ứng trực tiếp với oxi.

e. Phản ứng với dung dịch kiềm Clo tác dụng với dung dịch kiềm loãng và nguội tạo thành nước Javen:

     + NaOH   + H2O Clo tác dụng với dung dịch kiềm đặc và nóng tạo thành muối clorat:

             + NaOH   + H2O Clo tác dụng với vôi tôi tạo thành clorua vôi:

             + Ca(OH)2 bột ẩm, huyền phù   + 2H2ONước Javen, clorua vôi là những chất oxi hoá mạnh do Cl+ trong phân tử gây ra.

Chúng được dùng làm chất tẩy màu, sát trùng.

f. Halogen mạnh đẩy halogen yếu ra khỏi hợp chất:       2Cl2 + NaBr -> 2NaCl + Br2g. Oxi hóa các hợp chất có tính khử:       Cl2 + 2FeCl2   2FeCl3          Br2 + SO2 + 2H2O  2HBr + H2SO4

       I2 + 2Na2S2O3  Na2S4O6 + 2NaI4. Ứng dụng và điều chế clo

Clo được dùng để:       + Diệt trùng trong nước sinh hoạt ở các thành phố       + Tẩy trắng vải sợi, giấy       + Sản xuất nước Javen, clorua vôi, axit HCl       + Sản xuất các hoá chất trong công nghiệp dược phẩm, công nghiệp dệt… Trong phòng thí nghiệm, clo được điều chế từ axit HCl:

4HCl + MnO2           MnCl2 + Cl2 + 2H2 O16HCl + 2KMnO4         2KCl + 2MnCl2  + 5Cl2

+ 8H2 O Trong công nghiệp: clo được điều chế bằng cách điện phân dung dịch muối clorua kim loại kiềm. Khi đó clo thoát ra ở anôt theo phương trình.       2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2 + Cl25. Trạng thái tự nhiên            Trong lớp vỏ trái đất, clo đứng thứ 11 trong tất cả các nguyên  tố hóa học và đứng thứ nhất trong các halogen. Clo tự nhiên tồn tại ở hai dạng đồng vị: (75,77%) và (24,23%). Do hoạt động hóa học mạnh, clo chỉ tồn tại trong tự nhiên ở dạng hợp chất, chủ yếu là muối clorua (trong nước biển, mỏ muối, khoáng vật: cacnalit KCl. MgCl2.6H2O và xinvinit NaCl. KCl).6. Hợp chấta. Hiđro halogenua_ axit halogenhiđric (HX) Đều là chất khí, tan nhiều trong H2O thành những axit mạnh (trừ HF là axit yếu vì giữa các phân tử có tạo liên kết hiđro), điện li hoàn toàn trong dung dịch:           HX + H2O -> H3O+ + X-HCl là chất khí không màu, mùi xốc, nặng hơn không khí (d = 1,26). Trong không khí ẩm nó tạo thành các hạt nhỏ như sương mù. Nồng độ cho phép trong không khí là: 0,005mg/l. Axit halogenhiđric có đầy đủ các tính chất hóa học đặc trưng của một axit:       + Làm  đổi màu chất chỉ thị: quỳ tím hóa đỏ       + Tác dụng với bazơ và oxit bazơ tạo thành muối và nước                   HCl + NaOH -> NaCl + H2O                   2HCl + CuO -> CuCl2 + H2O       + Tác dụng với kim loại mạnh (trước H trong dãy điện hóa) giải phóng H2                   2HCl + Zn -> ZnCl2 + H2       + Tác dụng với muối tạo thành muối mới và axit mới (muối mới phải ít tan hoặc axit mới phải dễ bay hơi):                   2HCl  + CaCO3 -> CaCl2 + CO2 + H2O        Riêng HF có tính chất đặc biệt: nó có thể tác dụng được với SiO2 (thủy tinh)                   4HF + SiO2 -> SìF4 + 2H2O                   2HF + SìF4 -> H2[SìF6]       Do vậy người ta không đựng dung dịch HF trong các lọ thủy tinh mà đựng trong các lọ bằng chất dẻo.    - Ngoài tính axit, các HX do có chứa X-1 nên  chúng còn thể hiện tính khử khi tác dụng với các chất oxi hóa mạnh. Từ HF -> HI tính khử tăng dần  Ví dụ:                   16HCl + 2KMnO4 -> 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O Phần lớn các muối clorua tan nhiều trong H2O, trừ một số ít tan như AgCl, PbCl2, Hg2Cl2, Cu2Cl2,…Tính tan của các muối bromua và iođua tương tự muối clorua.-         Điều chế các HX:       + Tổng hợp trực tiếp:                   H2 + X2 -> 2HX       + Dùng phương pháp trao đổi ion:                   NaClrắn + H2SO4 đặc  HCl + NaHSO4 Cách nhận biết ion Cl (Br, I): Bằng phản ứng tạo muối clorua (bromua…) kết tủa với Ag+ (AgNO3)

       AgNO3 + NaCl -> NaNO3 + AgCl                                                 Trắng

AgBr kết tủa màu vàng, AgI kết tủa màu vàng đậmb. Axit hipoclorơ (HClO)

Là axit yếu, kém bền, chỉ tồn tại trong dung dịch. Axit HClO và muối của nó là hipoclorit (như NaClO) đều có tính oxi hoá mạnh vì có

chứa Cl+ :Cl+ + 2e -> Cl-1c. Axit cloric (HClO3)

Là axit khá mạnh, tan nhiều trong H2O, chỉ tồn tại trong dung dịch nồng độ dưới 50%.

Axit HClO3 và muối clorat (KClO3) có tính oxi hoá mạnh.- Muối clorat là nguyên liệu điều chế Oxi trong phòng thí nghiệm                    KClO3

KCl + 3/2O2d. Axit pecloric (HClO4)Là chất lỏng không màu, bốc khói trong không khí, là axit mạnh nhất trong các axit, tan nhiều trong H2O, HClO4 có tính oxi hoá mạnh.Axit pecloric được điều chế bằng phản ứng:       2KClO4 + H2SO4  2HClO4 + K2SO4Từ HClO -> HClO4 tính bền, tính axit tăng và khả năng oxi hóa giảm.