Nhóm Halogen
Cấu tạo nguyên tử & phân tử · Tính chất vật lí – hoá học · Điều chế chlorine
Nhóm halogen (nhóm VIIA) gồm 6 nguyên tố: fluorine (F), chlorine (Cl), bromine (Br), iodine (I), astatine (At) và tennessine (Ts). Trong đó F, Cl, Br, I tồn tại trong tự nhiên; At, Ts là nguyên tố phóng xạ.
▸ Một số hợp chất phổ biến
| Hợp chất | Công thức | Ghi chú |
|---|---|---|
| Fluorite (đá huỳnh thạch) | $\text{CaF}_2$ | Nguyên liệu sản xuất HF |
| Sodium chloride (muối ăn) | $\text{NaCl}$ | Có trong nước biển, mỏ muối |
| Potassium chloride | $\text{KCl}$ | Phân bón kali |
| Potassium iodide | $\text{KI}$ | Bổ sung iodine trong muối ăn |
▸ a) Cấu hình electron & xu hướng biến đổi
| Nguyên tử | Cấu hình | Bán kính (nm) | Độ âm điện |
|---|---|---|---|
| F | $1s^2 2s^2 2p^5$ | 0,072 | 3,98 |
| Cl | $[\text{Ne}]\,3s^2 3p^5$ | 0,100 | 3,16 |
| Br | $[\text{Ar}]\,3d^{10}4s^2 4p^5$ | 0,114 | 2,96 |
| I | $[\text{Kr}]\,4d^{10}5s^2 5p^5$ | 0,133 | 2,66 |
▸ b) Đặc điểm chung
- Lớp electron ngoài cùng có 7 electron (cấu hình $ns^2 np^5$).
- Ở trạng thái cơ bản, mỗi nguyên tử halogen có 1 electron độc thân.
- Khi liên kết, halogen có xu hướng nhận 1 electron (với kim loại → liên kết ion) hoặc góp chung 1 electron (với phi kim → liên kết cộng hoá trị).
• Phân lớp ngoài cùng ($np^5$) có 5 electron, còn lớp ngoài cùng mới có 7 electron.
• Halogen nhận / góp chung 1 electron (KHÔNG phải $3$ electron).
▸ c) Số oxi hoá
- Số oxi hoá đặc trưng trong hợp chất: $-1$.
- Cl, Br, I còn có thể có số oxi hoá $+1, +3, +5, +7$ (khi liên kết với nguyên tố có độ âm điện lớn hơn — như O).
- Fluorine luôn có số oxi hoá $-1$ (vì F có độ âm điện lớn nhất).
▸ d) Phân tử halogen
Ở dạng đơn chất, halogen tồn tại dưới dạng phân tử hai nguyên tử $\text{X}_2$ với liên kết đơn $\text{X–X}$ (liên kết cộng hoá trị không phân cực). Từ $\text{F}_2$ đến $\text{I}_2$: bán kính tăng → độ dài liên kết tăng dần.
| Đơn chất | Trạng thái | Màu sắc | $t_{nc}$ (°C) | $t_s$ (°C) |
|---|---|---|---|---|
| $\text{F}_2$ | Khí | Lục nhạt | −219,6 | −188,1 |
| $\text{Cl}_2$ | Khí | Vàng lục | −101,0 | −34,1 |
| $\text{Br}_2$ | Lỏng | Nâu đỏ | −7,3 | 59,2 |
| $\text{I}_2$ | Rắn | Tím đen | 113,6 | 185,5 |
▸ Xu hướng biến đổi từ $\text{F}_2$ đến $\text{I}_2$
- $t_{nc}$, $t_s$ tăng dần: do khối lượng phân tử tăng → tương tác van der Waals giữa các phân tử tăng.
- Màu sắc đậm dần (lục nhạt → vàng lục → nâu đỏ → tím đen).
- Trạng thái: khí → lỏng → rắn.
• Halogen ít tan trong nước, tan nhiều trong dung môi hữu cơ (alcohol, benzene). Dung dịch iodine loãng trong ethanol → cồn iodine, dùng làm thuốc sát trùng.
• Iodine có khả năng thăng hoa (rắn → hơi, không qua trạng thái lỏng ở áp suất thường).
• Tất cả halogen đều độc; bromine còn gây bỏng sâu khi tiếp xúc da.
Tính oxi hoá giảm dần từ $\text{F}_2 > \text{Cl}_2 > \text{Br}_2 > \text{I}_2$.
▸ a) Tác dụng với kim loại — tạo muối halide
▸ b) Tác dụng với hydrogen — tạo hydrogen halide
| Phản ứng | Điều kiện | Đặc điểm |
|---|---|---|
| $\text{H}_2 + \text{F}_2 \to 2\text{HF}$ | $t^\circ$ phòng, trong bóng tối | Nổ mạnh |
| $\text{H}_2 + \text{Cl}_2 \to 2\text{HCl}$ | Ánh sáng hoặc $t^\circ$ | Gây nổ |
| $\text{H}_2 + \text{Br}_2 \to 2\text{HBr}$ | $\sim 200°\text{C}$, xt Pt | Không nổ |
| $\text{H}_2 + \text{I}_2 \rightleftharpoons 2\text{HI}$ | $\sim 300°\text{C}$, xt Pt | Thuận nghịch |
Mức độ phản ứng giảm dần từ $\text{F}_2$ đến $\text{I}_2$ — phù hợp với tính oxi hoá giảm. Đặc biệt phản ứng của $\text{I}_2$ với $\text{H}_2$ là phản ứng thuận nghịch.
▸ c) Tác dụng với nước
Khí $\text{Cl}_2$ ẩm tẩy màu được (vì có $\text{HClO}$); khí $\text{Cl}_2$ khô không tẩy màu.
▸ d) Tác dụng với dung dịch kiềm
$\text{Cl}_2 + 2\text{NaOH} \to \text{NaCl} + \text{NaClO} + \text{H}_2\text{O}$
$3\text{Cl}_2 + 6\text{KOH} \xrightarrow{t^\circ} 5\text{KCl} + \text{KClO}_3 + 3\text{H}_2\text{O}$
Nước Javel (chứa $\text{NaClO}$, $\text{NaCl}$, $\text{NaOH}$ dư) → chất tẩy rửa, khử trùng. Thành phần có tính oxi hoá là $\text{NaClO}$.
▸ e) Phản ứng thế (halogen mạnh đẩy halogen yếu khỏi muối)
▸ a) Trong phòng thí nghiệm
Cho chất oxi hoá mạnh ($\text{MnO}_2$ hoặc $\text{KMnO}_4$) tác dụng với HCl đặc:
Trong các phản ứng trên: $\text{MnO}_2$ (hoặc $\text{KMnO}_4$) là chất oxi hoá; $\text{HCl}$ là chất khử.
• Dẫn khí qua bình $\text{NaCl}$ bão hoà (loại HCl) → bình $\text{H}_2\text{SO}_4$ đặc (làm khô).
• Thu bằng phương pháp đẩy không khí, bình úp ngược (vì $\text{Cl}_2$ nặng hơn không khí).
• KHÔNG thu bằng phương pháp đẩy nước (vì $\text{Cl}_2$ tan và phản ứng với nước).
▸ b) Trong công nghiệp
Điện phân dung dịch $\text{NaCl}$ bão hoà có màng ngăn xốp:
Để xem lý thuyết đầy đủ kèm phương pháp giải các dạng bài tập (xác định số oxi hoá, viết & cân bằng PTHH, bài toán hỗn hợp – hiệu suất, bảo toàn electron…) cùng sơ đồ tư duy và bảng sai lầm thường gặp, hãy đọc bài viết bên dưới:
Bao gồm cấu tạo nguyên tử – phân tử, tính chất vật lí – hoá học, điều chế, các dạng bài tập đầy đủ và sơ đồ tư duy.
Sau khi đã nắm vững lý thuyết, các em hãy chuyển sang tab Bài Tập để luyện 24 câu bám sát chương trình SGK Hoá Học 10!
Cùng luyện Bài 21 – Nhóm Halogen!
24 câu: 19 trắc nghiệm · 2 đúng/sai · 3 tự luận
Tuyệt vời!
ThS. Lê Thị Mai Nhi
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Hoá Học THPT
Trình độ: Thạc sĩ Hóa học, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 10+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Chuyên Nguyễn Huệ