Bài tập Hóa học vô cơ

CHÖÔNG VI

NGUYEÂN TOÁ KHOÂNG CHUYEÅN TIEÁP

§1. PHAÂN NHOÙM HALOGEN

I. Ñôn chaát

I.1 Nhaän xeùt chung & tính chaát vaät lyù ñôn chaát

1) Söï khaùc bieät veà caáu hình electron

F : 1s²2s²2p⁵

Cl : 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵3d⁰

Br: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁵4d⁰

I : 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰5s²5p⁵5d⁰

At: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰4f¹⁴5s²5p⁶5d¹⁰6s²6p⁵6d⁰

2) Söï taêng ñeàu ñaën baùn kính nguyeân töû

Baùn kính nguyeân töû coäng hoùa trò cuûa

halogen

1.6

1.4

1.2

1

0.8

0.6

0.4

0.2

0

2

4

6

Töø 1 vaø 2 ruùt nhaän xeùt:

a) Laø caùc phi kim loaïi maïnh nhaát trong töøng chu kyø do coù caáu hình ns²np⁵

b) Coù söï bieán ñoåi ñeàu ñaën tính chaát hoùa hoïc vaø vaät lyù trong phaân nhoùm

(do söï taêng ñeàu ñaën baùn kính nguyeân töû):

Trong phaân nhoùm tính phi kim giaûm daàn töø treân xuoáng.

c) Cl khaùc F vì coù phaân lôùp 3d troáng.

d) Br khaùc Cl vì coù phaân lôùp 3d¹⁰(hieäu öùng co d taùc ñoäng ñeán caëp

electron 4s)

e) At khaùc I vì coù phaân lôùp 4f¹⁴(hieäu öùng co f taùc ñoäng maïnh ñeán caëp

electron 6s)

f) möùc oxy hoùa 1 beàn nhaát neân ñôn chaát coù tính oxy hoùa ñaëc tröng. Caùc

möùc oxy hoùa döông ñeàu keùm beàn do ñoù caùc hôïp chaát halogen coù soá oxy

hoùa döông ñeàu ñaëc tröng bôûi tính oxy hoùa.

g) Trong caùc soá oxy hoùa döông, phoå bieán nhaát laø +7 vaø +5. Soá oxy hoùa +3

keùm beàn nhaát.

b) Coù söï bieán ñoåi ñeàu ñaën tính chaát hoùa hoïc vaø vaät lyù trong phaân nhoùm

(do söï taêng ñeàu ñaën baùn kính nguyeân töû):

Trong phaân nhoùm tính phi kim giaûm daàn töø treân xuoáng.

Traïng thaùi

ñôn chaát

F₂

khí

Cl₂

Khí

Br₂

Loûng

I₂

At

raén tím

Raén

ñen

299

411

117

0,2

luïc saùng vaøng luïc ñoû saäm ñen

t_nc(^oC)

219,6

187

159

100,1

34,15

243

7,2

58,75

199

113,5

184,5

150,7

0,54

t_s(^oC)

E_plXX (kJ/mol)

Theá khöû chuaån

X₂+2e^-= 2X^-(V)

Theá khöû chuaån

2,87

1,36

1,07

1,201

1,853

1,60

-

XO₄+2e^- XO₃(V)

I₁(eV)X  X⁺+e^-

F (eV)

17,43

3,5

4,0

13,01

3,6

3,0

11,84

3,5

2,8

10,45

3,3

2,6

9,2

2,8

2,2

Ñoä aâm ñieän

c) Fluor khoâng coù phaân lôùp d troáng

Chất F₂

Cl₂Br₂I₂

At₂

E_plXX (kJ/mol) 151 239 199 150,7 117

Naêng löôïng lieân keát X-X cuûa

halogen (kJ/mol)

300

250

200

150

100

50

0

1

2

3

4

5

6

Naêng löôïng lieân keát cao baát thöôøng cuûa Clo, Brom, Iod, At so vôùi F laø do

chuùng coøn taïo ñöôïc lieân keát  giöõa caëp electron töï do vaø orbitan d troáng

d) Br khaùc Cl vì coù phaân lôùp 3d¹⁰

e) At khaùc I vì coù phaân lôùp 4f¹⁴

Nguyeân toá

Clo

1,201

Brom

1,853

Iod

1,60

Theá khöû chuaån

-

XO₄+2e^- XO₃(V)

Bieán ñoåi theá khöû chuaån

cuûa Cl, Br vaø I

XO4- +2e- = XO3- (V)

2

1.5

1

0.5

0

1

2

3

4

Giaûi thích: Söï taêng theá khöû cuûa Br ñoät ngoät so vôùi Cl laø do caëp e^-beàn roõ

reät do söï co d. At(VII) khoâng toàn taïi trong nöôùc vì tính oxy hoùa quaù maïnh

cuûa noù ( caëp e^-6s beàn roõ reät do taùc duïng huùt maïnh cuûa haït nhaân vì xuaát

hieän theâm 14 proton öùng vôùi 14 electron treân phaân lôùp 4f)

I.2 Tính chaát hoùa hoïc cuûa ñôn chaát

A. Tính oxy hoùa giaûm daàn töø treân xuoáng

1) Fluor

a) Laø chaát oxy hoùa cöïc maïnh:

-

Taùc duïng tröïc tieáp vaø maõnh lieät vôùi haàu heát caùc ñôn chaát ôû

ngay nhieät ñoä thaáp.

-

Taùc duïng tröïc tieáp vôùi moät soá khí hieám (tröø He, Ar & Ne)

Ñaåy oxy ra khoûi caùc hôïp chaát cuûa noù

SiO₂+ F₂= SiF₄+ O₂

Chuù yù: Fluor taïo thaønh lôùp moûng floride vôùi Ni neân thöïc teá vaãn duøng

bình Niken chöùa khí flo khoâ.

Khaû naêng hoaït ñoäng cao baát thöôøng cuûa fluor (so vôùi Oxy hay Clo) do caùc

nguyeân nhaân sau:

+ Naêng löôïng lieân keát F – F nhoû (151 kJ/mol)

+ AÙi löïc electron lôùn ( 336,7 kJ/mol)

+ naêng löôïng hoaït hoùa caùc phaûn öùng fluor tham gia nhoû ( 4kJ/mol)

+ Caùc hôïp chaát cuûa fluor raát beàn vöõng

Ví duï:

Hôïp chaát

SF₆(k)

-1221

SO₃(k)

-396

PF₅(k)

-1593

PCl₅(k)

-375

^o

298,tt

(kJ/mol)

2) Clo

a) Laø chaát oxy hoùa maïnh, nhöng cöôøng ñoä keùm fluor

-

Taùc duïng tröïc tieáp vôùi haàu heát caùc nguyeân toá (tröø oxy &

khí hieám)

b) Khoâng oxy hoùa ñöôïc nöôùc maø dò phaân:

(maëc duø ^o_Cl2/2Cl-= 1,359V> ^o_O2,H+/H2O= 1,229V)

Cl₂+ H₂O

HClO + HCl

3) Br & I

a) Brom laø chaát oxy hoùa maïnh, I laø chaát oxy hoùa trung bình. chuùng laø

caùc chaát oxy hoaù yeáu hôn so vôùi clo

Chuùng chæ taùc duïng vôùi hydro khi ñoát noùng

b)Tan trong nöôùc dò phaân:

3X₂+ H₂O

HXO₃+ 5HX

Tính oxy hoùa giaûm daàn:

F₂

2,85

Cl₂

1,36

Br₂

1,07

I₂

0,54

At₂

0,2

Theá khöû chuaån

X₂+2e^-= 2X^-(V)

B. Tính khöû taêng daàn töø Clo ñeán Atatin

3I₂+ 10HNO₃= 6HIO₃+ 10NO + 2H₂O

I.3 Traïng thaùi töï nhieân & ñieàu cheá

1) traïng thaùi töï nhieân

2) Ñieàu cheá

a) Fluor

Ñieän phaân muoái K[HF₂] noùng chaûy

Fluor thoaùt ôû anod

b) Clo

Coâng nghieäp: Ñieän phaân dung dòch NaCl coù maøng ngaên, clo thoaùt ôû anod

Phoøng thí nghieäm:

MnO₂(r) + 4HCl(ñaëc, noùng) = Cl₂+ MnCl₂+ 2H₂O

C) Brom & Iod

Duøng clo hoaøn nguyeân brom & iod töø dung dòch bromua & iodua.

2X^-.aq + Cl₂= 2Cl^-.aq + X₂

Brom laáy töø nöôùc oùt saûn xuaát muoái bieån

Iod laáy töø tro rong bieån

II. Hôïp chaát

II.1 hydrohalogenide HX

Vaät lyù:

Laø chaát khí ôû nhieät ñoä thöôøng

Hoùa hoïc:

+ Phaân töû H-X coù cöïc, phaân ly hoaøn toaøn trong nöôùc (tröø HF maïnh trung

bình pK = 10^-3,16), neân chuùng laø axit maïnh.

Ñoä maïnh acid taêng daàn töø HF

HI

Do ñoù ion X^-haàu nhö khoâng bò thuûy phaân

(F^-thuûy phaân yeáu)

+ HF taùc duïng deã vôùi thuûy tính, caùt do taïo phöùc florosilicat beàn:

6HF + SiO₂= H₂[SiF₆] + 2H₂O

+ Tính khöû taêng daàn töø HF ñeán HBr

2HBr + H₂SO₄(ñaäm ñaëc) = SO₂+ Br₂+ 2H₂O

8HI + H₂SO₄(ñaäm ñaëc) = H₂S + 4I₂+ 4H₂O

Ñieàu cheá

HF:

NaF + H₂SO₄= HF + Na₂SO₄

HCl:

Cl₂+ H₂= HCl

HBr & HI:

PX₃+ 3H₂O = 3HX + H₃PO₃(X – Br, I)

II.2 Caùc hôïp chaát halogen coù soá oxy hoùa döông

Taát caû caùc hôïp chaát halogen coù soá oxy hoùa döông ñeàu laø chaát oxy hoùa.

(Fluor khoâng coù soá oxy hoùa döông)

Tính oxy hoùa giaûm daàn töø hôïp chaát Clo ñeán At

Cöôøng ñoä oxy hoùa phuï thuoäc vaøo ñoä beàn vöõng cuûa soá oxy hoùa , pH vaø

noàng ñoä caùc chaát

Ví duï:

pH  0

ClO₄^¹^,²⁰¹ClO₃^¹^,1⁸¹ HClO₂¹^,⁷⁰¹ HClO ¹^,6³⁰Cl₂¹^,3⁵⁸Cl^

pH  14

ClO₄^⁰^,3⁷⁴ClO₃^⁰^,2⁹⁵ClO₂^⁰^,⁶⁸¹ClO^⁰^,4²¹Cl₂¹^,3⁵⁸Cl^

ÔÛ cuøng noàng ñoä Cl(+3) vaø Cl(+1) coù tính oxy hoùa maïnh hôn Cl(+7) vaø

Cl(+5)

Saûn phaåm cuoái cuøng cuûa caùc hôïp chaát halogen ôû soá oxy hoùa döông trong

phaûn öùng oxy hoùa – khöû khi dö chaát khöû laø X^-

Bài tập Hóa học vô cơ - Chương 6