Chương VI nguyên tố không chuyển tiếp halogen

CHƯƠNG VI
NGUYÊN TỐ KHÔNG CHUYỂN TIẾP
§1. PHÂN NHÓM HALOGEN
I. Đơn chất
I.1 Nhận xét chung & tính chất vật lý đơn chất
1) Sự khác biệt về cấu hình electron
F : 1s22s22p5
Cl : 1s22s22p63s23p53d0
Br: 1s22s22p63s23p63d104s24p54d0
I : 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p55d0
At: 1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s26p56d0
2) Sự tăng đều đặn bán kính nguyên tử
Bá n kính nguyê n tử cộ ng hó a trò củ a
halogen
1.6
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0

2

4

6

Từ 1 và 2 rút nhận xét:
a) Là các phi kim loại mạnh nhất trong từng chu kỳ do có cấu hình ns2np5
b) Có sự biến đổi đều đặn tính chất hóa học và vật lý trong phân nhóm (do
sự tăng đều đặn bán kính nguyên tử):
Trong phân nhóm tính phi kim giảm dần từ trên xuống.
c) Cl khác F vì có phân lớp 3d trống.
d) Br khác Cl vì có phân lớp 3d10 (hiệu ứng co d tác động đến cặp electron
4s)
e) At khác I vì có phân lớp 4f14 (hiệu ứng co f tác động mạnh đến cặp
electron 6s)


f) mức oxy hóa 1 bền nhất nên đơn chất có tính oxy hóa đặc trưng. Các
mức oxy hóa dương đều kém bền do đó các hợp chất halogen có số oxy
hóa dương đều đặc trưng bởi tính oxy hóa.
g) Trong các số oxy hóa dương, phổ biến nhất là +7 và +5. Số oxy hóa +3
kém bền nhất.
b) Có sự biến đổi đều đặn tính chất hóa học và vật lý trong phân nhóm
(do sự tăng đều đặn bán kính nguyên tử):
Trong phân nhóm tính phi kim giảm dần từ trên xuống.
Trạng thái
đơn chất
tnc (oC)
ts (oC)
Epl XX (kJ/mol)
Thế khử chuẩn
X2+2e- = 2X- (V)
Thế khử chuẩn
XO4- +2e-  XO3- (V)
I1 (eV)X  X++eF (eV)

Độ âm điện

F2
khí
lục sáng
219,6
187
159
2,87

17,43
3,5
4,0

Cl2
Khí
vàng lục
100,1
34,15
243
1,36

Br2
Lỏng
đỏ sậm
7,2
58,75
199
1,07

I2
rắn tím
đen
113,5
184,5
150,7
0,54

1,201

1,853

1,60

13,01
3,6
3,0

11,84
3,5
2,8

10,45
3,3
2,6

c) Fluor không có phân lớp d trống
Chất
Epl XX (kJ/mol)

F2
151

Cl2
239

Br2
199

I2
150,7

At2
117

At
Rắn
đen
299
411
117
0,2

9,2
2,8
2,2


Năng lượng liên kết X-X của
halogen (kJ/mol)

300
250
200
150
100
50
0
0

1

2

3

4

5

6

Năng lượng liên kết cao bất thường của Clo, Brom, Iod, At so với F là do
chúng còn tạo được liên kết  giữa cặp electron tự do và orbitan d trống
d) Br khác Cl vì có phân lớp 3d10
e) At khác I vì có phân lớp 4f14
Nguyên tố
Thế khử chuẩn
XO4- +2e-  XO3- (V)

Clo

1,201

Brom
1,853

Biến đổi thế khử chuẩn
của Cl, Br và I
XO4- +2e- = XO3- (V)
2
1.5
1
0.5
0
0

1

2

3

4

Iod
1,60


Giải thích: Sự tăng thế khử của Br đột ngột so với Cl là do cặp e- bền rõ
rệt do sự co d. At(VII) không tồn tại trong nước vì tính oxy hóa quá mạnh
của nó ( cặp e- 6s bền rõ rệt do tác dụng hút mạnh của hạt nhân vì xuất

hiện thêm 14 proton ứng với 14 electron trên phân lớp 4f)
I.2 Tính chất hóa học của đơn chất
A. Tính oxy hóa giảm dần từ trên xuống
1) Fluor
a) Là chất oxy hóa cực mạnh:
Tác dụng trực tiếp và mãnh liệt với hầu hết các đơn chất ở
ngay nhiệt độ thấp.
Tác dụng trực tiếp với một số khí hiếm (trừ He, Ar & Ne)
Đẩy oxy ra khỏi các hợp chất của nó
SiO2 + F2 = SiF4 + O2
Chú ý: Fluor tạo thành lớp mỏng floride với Ni nên thực tế vẫn dùng bình
Niken chứa khí flo khô.
Khả năng hoạt động cao bất thường của fluor (so với Oxy hay Clo) do các
nguyên nhân sau:
+ Năng lượng liên kết F – F nhỏ (151 kJ/mol)
+ Ái lực electron lớn ( 336,7 kJ/mol)
+ năng lượng hoạt hóa các phản ứng fluor tham gia nhỏ ( 4kJ/mol)
+ Các hợp chất của fluor rất bền vững
Ví dụ:
Hợp chất
SF6 (k)
SO3 (k)
PF5 (k)
PCl5 (k)
o298,tt
-1221
-396
-1593
-375
(kJ/mol)

2) Clo
a) Là chất oxy hóa mạnh, nhưng cường độ kém fluor
Tác dụng trực tiếp với hầu hết các nguyên tố (trừ oxy & khí
hiếm)
b) Không oxy hóa được nước mà dò phân:
(mặc dù oCl2/2Cl- = 1,359V> oO2,H+/H2O = 1,229V)
Cl2 + H2O
HClO + HCl


3) Br & I
a) Brom là chất oxy hóa mạnh, I là chất oxy hóa trung bình. chúng là
các chất oxy hoá yếu hơn so với clo
Chúng chỉ tác dụng với hydro khi đốt nóng
b)Tan trong nước dò phân:
3X2 + H2O
HXO3 + 5HX
Tính oxy hóa giảm dần:

Thế khử chuẩn
X2+2e- = 2X- (V)

F2
2,85

Cl2
1,36

Br2
1,07

I2
0,54

At2
0,2

B. Tính khử tăng dần từ Clo đến Atatin
3I2 + 10HNO3 = 6HIO3 + 10NO + 2H2O
I.3 Trạng thái tự nhiên & điều chế
1) trạng thái tự nhiên
2) Điều chế
a) Fluor
Điện phân muối K[HF2] nóng chảy
Fluor thoát ở anod
b) Clo
Công nghiệp: Điện phân dung dòch NaCl có màng ngăn, clo thoát ở anod
Phòng thí nghiệm:
MnO2(r) + 4HCl(đặc, nóng) = Cl2 + MnCl2 + 2H2O
C) Brom & Iod
Dùng clo hoàn nguyên brom & iod từ dung dòch bromua & iodua.
2X-.aq + Cl2 = 2Cl-.aq + X2
Brom lấy từ nước ót sản xuất muối biển
Iod lấy từ tro rong biển


II. Hợp chất
II.1 hydrohalogenide HX
Vật lý:
Là chất khí ở nhiệt độ thường

Hóa học:
+ Phân tử H-X có cực, phân ly hoàn toàn trong nước (trừ HF mạnh trung
bình pK = 10-3,16), nên chúng là axit mạnh.
Độ mạnh acid tăng dần từ HF
HI
Do đó ion X hầu như không bò thủy phân
(F- thủy phân yếu)
+ HF tác dụng dễ với thủy tính, cát do tạo phức florosilicat bền:
6HF + SiO2 = H2[SiF6] + 2H2O
+ Tính khử tăng dần từ HF đến HBr
2HBr + H2SO4(đậm đặc) = SO2 + Br2 + 2H2O
8HI + H2SO4 (đậm đặc) = H2S + 4I2 + 4H2O
Điều chế
HF:
NaF + H2SO4 = HF + Na2SO4
HCl:
Cl2 + H2 = HCl
HBr & HI:
PX3 + 3H2O = 3HX + H3PO3 (X – Br, I)

II.2 Các hợp chất halogen có số oxy hóa dương
Tất cả các hợp chất halogen có số oxy hóa dương đều là chất oxy hóa.
(Fluor không có số oxy hóa dương)
Tính oxy hóa giảm dần từ hợp chất Clo đến At
Cường độ oxy hóa phụ thuộc vào độ bền vững của số oxy hóa , pH và
nồng độ các chất
Ví dụ:


pH  0

, 201
,181
, 701
, 630
,358
ClO4 1
 ClO3 1
 HClO2 1
 HClO 1
 Cl2 1
 Cl 

pH  14
, 374
, 295
, 681
, 421
, 358
ClO4 0
 ClO3 0
 ClO2 0
 ClO  0
 Cl2 1
 Cl 

Ở cùng nồng độ Cl(+3) và Cl(+1) có tính oxy hóa mạnh hơn Cl(+7) và
Cl(+5)
Sản phẩm cuối cùng của các hợp chất halogen ở số oxy hóa dương trong
phản ứng oxy hóa – khử khi dư chất khử là X-