Lý thuyết hóa học 10 bài 21: Nhóm halogen – KNTT trang 104

Nhóm halogen gồm những nguyên tố nào và chúng nằm ở đâu trên bảng tuần hoàn? Tính chất hóa học của nhóm halogen ra sao? Hãy cùng khám phá chi tiết trong bài tổng hợp dưới đây của Kiến thức THPT.

Nhóm halogen là gì?

Nhóm halogen, còn được gọi là các nguyên tố sinh ra muối.

Nhóm halogen bao gồm những nguyên tố nào? Trong đó có flo (F), brom (Br), clo (Cl), iot (I) và atatin (At). Atatin không tồn tại tự nhiên mà được tổng hợp trong lò phản ứng hạt nhân, do đó thường được nghiên cứu trong các nhóm nguyên tố phóng xạ.

Các nguyên tố halogen là những phi kim mạnh, có khả năng phản ứng với hiđro tạo thành các hợp chất có tính axit mạnh, từ đó tạo ra các muối đơn giản. Những nguyên tố này thuộc nhóm VIIA của bảng tuần hoàn, nằm ở cuối các chu kỳ, ngay trước các nguyên tố khí hiếm.

Cấu tạo phân tử halogen thuộc nhóm nào?

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

Vì có 7 electron ở lớp ngoài cùng và chỉ thiếu 1 electron để đạt cấu hình electron của khí hiếm, các nguyên tử halogen trong trạng thái tự do thường liên kết với nhau bằng cách chia sẻ một cặp electron, tạo thành phân tử với liên kết cộng hóa trị không cực (X-X hoặc X2, trong đó X là ký hiệu của các nguyên tố halogen).

Liên kết trong các phân tử X2 không bền và thường dễ dàng bị tách ra thành 2 nguyên tử X. Trong các phản ứng hóa học, những nguyên tử này rất hoạt động do khả năng thu thêm 1 electron dễ dàng. Chính vì thế, tính chất hóa học cơ bản của nhóm halogen là tính oxi hóa mạnh.

>> Xem thêm: Phản ứng oxi hóa khử là gì?

Tính chất vật lý của nhóm nguyên tố halogen

Khi khám phá tính chất vật lý của các halogen, chúng ta sẽ xem xét trạng thái, màu sắc, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và độ tan trong nước của chúng.

Trạng thái và màu sắc: Trong nhóm halogen, tính chất vật lý thay đổi theo quy luật rõ rệt. Từ flo đến iot, trạng thái của các nguyên tố chuyển từ khí sang lỏng và rắn, và màu sắc cũng dần đậm hơn.

Nhiệt độ nóng chảy và sôi: Nhiệt độ nóng chảy và sôi của các nguyên tố trong nhóm halogen tăng dần từ flo đến iot.

Tính tan trong nước: Flo không tan trong nước. Các nguyên tố halogen khác tan ít trong nước nhưng tan tốt hơn trong một số dung môi hữu cơ.

Dưới đây là bảng tổng hợp các đặc điểm chung của nhóm halogen:

Tính chất hóa học 

Vì lớp electron ngoài cùng của các halogen có cấu trúc tương tự nhau, nên các đơn chất halogen có tính chất hóa học giống nhau cũng như tính chất và thành phần của các hợp chất do chúng tạo thành.

Các halogen là các phi kim điển hình, với tính oxi hóa giảm dần từ flo đến iot.

Các đơn chất halogen có khả năng oxi hóa hầu hết các kim loại tạo thành muối halogen, và oxi hóa khí hidro tạo ra các hợp chất khí không màu là hidro halogenua. Những khí này có thể hòa tan trong nước để tạo thành dung dịch axit halogenhidric.

>> Xem thêm: Sự hình thành của liên kết cộng hóa trị

Một số phản ứng quan trọng minh họa tính chất của nhóm halogen

Để giúp bạn đọc hiểu sâu hơn về tính chất hóa học của nhóm halogen, chúng ta sẽ khám phá chi tiết các phản ứng điển hình của mỗi tính chất sau đây:

Tác dụng với kim loại

Các halogen phản ứng với hầu hết các kim loại, trừ Au và Pt, tạo thành muối halogenua, thường cần nhiệt độ cao. Muối thu được thường có hóa trị cao nhất của kim loại. Cụ thể, phản ứng của Iot (I2) với sắt (Fe) tạo thành FeI2 (Sắt hóa trị II).

2M+nX2→2MXn

Tác dụng với nước

Flo phản ứng mạnh với nước, trong khi brom và clo có phản ứng thuận nghịch với nước, nhưng Iot thì không phản ứng với nước. Các phương trình phản ứng:

2H2O+2F2→4HF+O2

H2O+Cl2↔HCl+HClO

H2O+Br2↔HBrO+HBr

Tác dụng với dung dịch kiềm

Các halogen tác dụng với dung dịch kiềm loãng nguội và dung dịch kiềm đặc nóng. Phản ứng tiêu biểu:

Với kiềm loãng nguội:

X2+2NaOH→NaX+NaXO+H2O

Cl2+2NaOH→NaCl+NaClO+H2O

2Cl2+2Ca(OH)2→CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O

Cl2+Ca(OH)2→CaOCl2+H2O

Với kiềm đặc nóng:

3X2+6KOH→5KX+KXO3+3H2O

3Cl2+6KOH→5KCl+KClO3+3H2O (ở 1000°C)

Tác dụng với muối halogenua

Các halogen (ngoại trừ Flo) có thể tác dụng với muối halogenua tạo thành muối mới và halogen mới.

X2+2NaX’→2NaX+X’2

Tác dụng với hidro

Halogen phản ứng với hidro tạo ra hợp chất hidro halogenua.

H2+X2→2HX

Điều kiện phản ứng cho mỗi halogen:

• Với Flo: Phản ứng ngay cả trong bóng tối.
• Với Iot: Phản ứng thuận nghịch, cần đun nóng.
• Với Brom: Cần nhiệt độ cao.
• Với Clo: Cần ánh sáng để phản ứng.

Các phương trình điều chế nguyên tố trong nhóm halogen

Mỗi nguyên tử trong nhóm halogen được điều chế theo các phương pháp khác nhau. Dưới đây là một số phương trình điều chế điển hình cho từng nguyên tố:

Điều chế Flo

Phương pháp duy nhất để sản xuất flo trong công nghiệp là thông qua điện phân dung dịch KF hòa tan trong HF ở dạng lỏng, sử dụng cực dương làm bằng graphit và cực âm làm từ thép đặc biệt hoặc đồng. Tại cực âm, khí H2 được giải phóng, trong khi đó khí F2 thoát ra ở cực dương.

2HF(điện phân nóng chảy+KF)→H2+F2

Điều chế Clo

Để điều chế khí clo trong phòng thí nghiệm, người ta thường xuyên cho axit clohidric đặc tác dụng với chất oxi hóa mạnh như MnO2 rắn hoặc KMnO4 rắn. Khi sử dụng MnO2, cần nhiệt độ để xúc tác, trong khi đó với KMnO4 có thể đun nóng hoặc không cần đun. 

Khí clo thu được thường lẫn với khí hidro clorua và hơi nước, do đó để thu được khí clo tinh khiết, cần dẫn khí qua bình rửa chứa dung dịch NaCl để loại bỏ HCl và qua axit sunfuric đặc để loại bỏ hơi nước.

MnO2 + 4HCl → MnCl2 + Cl2 + 2H2O

2KMnO4 + 16HCl → 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 6H2O

Trong công nghiệp, khí clo được điều chế bằng phương pháp điện phân nóng chảy muối natri clorua hoặc điện phân dung dịch muối natri clorua có màng ngăn.

2NaCl→2Na+Cl2​

2NaCl+2H2​O→H2​+2NaOH+Cl2​

Điều chế Brom

Trong công nghiệp, chất brom được sản xuất từ nước biển. Sau khi tách NaCl ra, dung dịch còn lại chứa NaBr hòa tan. Tiếp theo, người ta sử dụng khí clo để oxi hóa NaBr, qua đó sản xuất ra Br2.

2NaBr+Cl2​→2NaCl+Br2​

Sơ đồ tư duy hóa 10 bài 21: Nhóm halogen

Dưới đây là sơ đồ tư duy tổng hợp kiến thức về quang hơp ở thực vật đầy đủ, ngắn gọn nhất:

Kết luận

Hy vọng với những thông tin tổng hợp trên, bạn đã hiểu rõ hơn về nhóm halogen cùng với các tính chất và ứng dụng điển hình của chúng. Hãy tiếp tục theo dõi chuyên mục Kiến thức cơ bản của Kiến thức THPT để khám phá thêm nhiều thông tin hấp dẫn mỗi ngày. Nếu thấy bài viết này hữu ích, đừng quên chia sẻ với bạn bè nhé!