30 Bài tập về Nguyên tố và đơn chất halogen (2024) có đáp án chi tiết nhất

Bài tập về Nguyên tố và đơn chất halogen

1. Lý thuyết và phương pháp giải

1.1 Giới thiệu về nguyên tố nhóm VIIA

- Các nguyên tố nhóm VIIA gồm fluorine, chlorine, bromine, iodine và hai nguyên tố phóng xạ astatine, tennessine.

- Một số đặc điểm của nguyên tố halogen được thể hiện trong bảng sau:

Bảng 17.1. Một số đặc điểm của các nguyên tố halogen

- Mỗi nguyên tử nguyên tố nhóm VIIA đều có 7 electron ở lớp ngoài cùng, dạng ns²np⁵. Vì vậy chúng là các phi kim.

- Một số dạng tồn tại của các nguyên tố halogen phổ biến trong tự nhiên được thể hiện trong bảng sau:

Bảng 17.2. Một số dạng tồn tại trong tự nhiên của các nguyên tố halogen

1.2 Đơn chất halogen

Ở điều kiện thường, đơn chất halogen tồn tại ở dạng phân tử hai nguyên tử, được kí hiệu chung là X₂.

1. Xu hướng biến đổi một số tính chất vật lí

- Một số tính chất vật lí của đơn chất halogen được thể hiện trong bảng sau:

Bảng 17.3. Một số tính chất vật lí của đơn chất halogen

- Nhận xét:

+ Nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy của các đơn chất halogen tăng dần từ F₂ đến I₂.

Giải thích: Khi phân tử X₂ có kích thước càng lớn và càng nhiều electron thì mức độ chuyển động hỗn loạn của các electron càng cao. Vì vậy, thường xuyên có sự phân bố không đều các electron tại một thời điểm nào đó, dễ làm xuất hiện các lưỡng cực tạm thời ở mỗi phân tử.

Hình 17.1. Minh họa tương tác van der Waals giữa hai phân tử iodine

→ Điều này sẽ làm tăng tương tác van der Waals giữa các phân tử halogen X₂ với nhau. Dó đó, trong các đơn chất halogen, tương tác van der Waals tăng từ fluorine đến iodine. Điều này dẫn đến, nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy của các đơn chất halogen tăng dần từ F₂ đến I₂.

+ Thể của các halogen ở điều kiện thường biến đổi từ khí (fluorine, chlorine) đến lỏng (bromine) và rắn (iodine), phù hợp với xu hướng tăng khối lượng phân tử và sự tương tác giữa các phân tử.

+ Màu sắc của các đơn chất halogen từ fluorine đến iodine cũng biến đổi theo xu hướng đậm dần.

2. Xu hướng tạo liên kết trong các phản ứng hóa học

Nguyên tử của các nguyên tố halogen đều có 7 electron hóa trị. Vì vậy, theo quy tắc octet, halogen thường có hai xu hướng tạo liên kết khi phản ứng với các chất khác.

- Xu hướng thứ nhất: nhận thêm 1 electron tử nguyên tử khác.

+ Xu hường này xảy ra khi khi đơn chất halogen phản ứng với nhiều kim loại khác nhau. Khi đó, mỗi nguyên tử X nhận thêm 1 electron từ nguyên tử kim loại để trở thành anion có điện tích 1^-, đồng thời nguyên tử kim loại sẽ trở thành cation có điện tích n⁺. Cả cation và anion đều thỏa mãn quy tắc octet. Giữa chúng sẽ có tương tác tĩnh điện để tạo hợp chất có liên kết ion.

Ví dụ: Khi chlorine phản ứng với calcium, có sự nhường và nhận electron như sau:

Cl₂ + 2e → 2Cl^-

Ca → Ca²⁺ + 2e

Phương trình hóa học của phản ứng:

Ca(s) + Cl₂(g) → CaCl₂(s)

Lưu ý: Halogen kết hợp với nhiều kim loại tạo ra muối halide có công thức MX_n như NaCl, KBr, KI, CaCl₂, CuCl₂, … Các muối halide của kim loại là hợp chất ion, nên hầu hết tan tốt trong nước (trừ AgCl, AgBr, AgI).

- Xu hướng thứ hai: góp chung electron hóa trị với nguyên tử nguyên tố khác

+ Khi đơn chất halogen phản ứng với một số phi kim thì mỗi nguyên tử X có thể góp chung electron hóa trị với nguyên tử phi kim đều cả hai nguyên tử đều đạt cấu hình electron thỏa mãn quy tắc octet. Giữa chúng hình thành chất có liên kết cộng hóa trị.

Ví dụ: Trong phản ứng giữa chlorine và hydrogen, nguyên tử của mỗi chất sẽ góp chung 1 electron độc thân để hình thành liên kết cộng hóa trị, Khi đó quanh nguyên tử H sẽ có 2 electron như khí hiếm helium, xung quanh chlorine sẽ có 8 electron như khí hiếm neon, với mô tả theo công thức electron như sau:

Phương trình hóa học của phản ứng:

H₂(g) + Cl₂(g) → 2HCl(g)

- Kết luận: để thỏa mãn quy tắc octet, nguyên tử halogen sẽ nhận thêm 1 electron của nguyên tử khác hoặc góp chung 1 electron với nguyên tử khác. Vì vậy:

+ Nhóm halogen có tính phi kim mạnh hơn các nhóm phi kim còn lại trong bảng tuần hoàn.

+ Hóa trị phổ biến của các halogen là 1.

3. Xu hướng thể hiện tính oxi hóa

- Ngoại trừ fluorine, các halogen còn lại thể hiện cả tính oxi hóa và tính khử trong các phản ứng hóa học. Tuy nhiên, xu hướng thể hiện tính oxi hóa phổ biến hơn rất nhiều và trở nên đặc trưng hơn so với xu hướng thể hiện tính khử.

- Các đơn chất halogen đều có tính oxi mạnh và tính oxi hóa giảm dần từ fluorine đến iodine

a) Phản ứng với hydrogen

- Các đơn chất halogen đều phản ứng với hydrogen tạo hydrogen halide nhưng trong các điều kiện phản ứng và điều kiện khác nhau.

Bảng 17.4. Điều kiện và mức độ phản ứng của đơn chất halogen với hydrogen, năng lượng liên kết H - X

- Nhận xét:

+ Mức độ phản ứng với hydrogen giảm dần từ fluorine đến iodine, phù hợp với xu hướng giảm tính oxi hóa của dãy halogen tử fluorine đến iodine.

+ Các phản ứng đều tạo ra HX. Năng lượng liên kết H – X giảm dần làm cho độ bền nhiệt của các phân tử giảm dần từ HF đến HI. Trong đó, phân tử HI có độ bền nhiệt thấp, dễ bị phân hủy một phần để tái tạo lại iodine và hydrogen theo phản ứng:

2HI(g) $\rightleftarrows$ H₂(g)+ I₂(g)

b) Phản ứng thế halogen

- Trong dung dịch, các halogen có tính oxi hóa mạnh hơn sẽ phản ứng với muối halide của halogen có tính oxi hóa yếu hơn để tạo ra các halogen có tính oxi hóa yếu hơn.

Lưu ý: Trong dung dịch thì fluorine không có phản ứng trên. Đó là do fluorine ưu tiên phản ứng với nước.

Ví dụ: Nguyên tố chlorine đã thay thế nguyên tố bromine trong muối sodium bromide.

Cl₂(aq) + 2NaBr(aq) → 2NaCl(aq) + Br₂(aq)

c) Phản ứng với nước, với dung dịch sodium hydroxide

- Trừ fluorine, các halogen còn lại khi phản ứng với nước hoặc dung dịch sodium hydroxide (NaOH) đều thể hiện tính oxi hóa và tính khử.

- Khi cho các halogen vào nước thì fluorine phản ứng mạnh, chlorine và bromine đều phản ứng thuận nghịch với nước, còn iodine tan rất ít và hầu như không phản ứng.

2${\stackrel{0}{F}}_2$(aq) + 2H₂O(l) → O₂(g) + 4$H\stackrel{-1}{F}$(aq)

${\stackrel{0}{Cl}}_2$(aq) + H₂O(l)$\rightleftarrows$  $H\stackrel{-1}{Cl}$(aq) + $H\stackrel{+1}{Cl}O$(aq)

${\stackrel{0}{Br}}_2$(aq) + H₂O(l) $\rightleftarrows$ $H\stackrel{-1}{Br}$(aq) + $H\stackrel{+1}{Br}O$(aq)

- Phản ứng giữa chlorine và nước là phản ứng thuận nghịch nên tạo ra dung dịch gồm nước, hydrochloric acid (HCl), hydrochlorous acid (HClO, còn được viết là HOCl). Dung dịch này còn được gọi là dung dịch nước chlorine, có tính sát khuẩn. Vì vậy, nước chlorine được sử dụng để xử lí vi khuẩn trong các nguồn nước cấp hoặc xử lí môi trường.

- Trong công nghiệp, sử dụng phản ứng giữa chlorine với sodium hydroxide lạnh (khoảng 15^oC) để tạo ra nước Javel có tính oxi hóa mạnh phục vụ cho mục đích sát khuẩn, tẩy màu. Phương trình hóa học tạo nước Javel như sau:

${\stackrel{0}{Cl}}_2$(aq) + 2NaOH(aq) → $Na\stackrel{-1}{Cl}$(aq) + $Na\stackrel{+1}{Cl}O$(aq)

Hình 17.1. Nước Javel dùng để sát khuẩn, tẩy rửa

- Ở 70^oC, phản ứng giữa chlorine với sodium hydroxide xảy ra như sau:

3${\stackrel{0}{Cl}}_2$(aq) + 6NaOH(aq) $\stackrel{{70}^{o}C}{\to }$5$Na\stackrel{-1}{Cl}$(aq) + $Na\stackrel{+5}{Cl}{O}_3$(aq) + 3H₂O(l)

→ Phản ứng này thuộc loại phản ứng tự oxi hóa, tự khử. Đó là do chlorine vừa giảm số oxi hóa, vừa tăng số oxi hóa.

2. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Cho phản ứng điện phân NaCl trong công nghiệp:

NaCl (aq) + H₂O (l) ⟶ A (aq) + X (g) + Y (g)

Biết Y tác dụng được với dung dịch A tạo hỗn hợp chất tẩy rửa phổ biến.

X tác dụng với Y tạo hydrogen chloride.

Công thức của A, X, Y lần lượt là

A. NaClO, HCl, HClO

B. NaOH, H₂, Cl₂

C. NaOH, Cl₂, H₂

D. NaClO₃, HCl, HClO

Đáp án: B

Giải thích:

Chất tẩy rửa phổ biến là nước Javen là dung dịch chứa NaCl và NaClO

Cl₂ + 2NaOH ⟶ NaCl + NaClO + H₂O

⇒ Hai chất tác dụng với nhau tạo thành nước Javen là NaOH và Cl₂.

Theo phương trình, A ở dạng dung dịch, Y ở dạng khí ⇒ A là NaOH, Y là Cl₂

Để tạo hydrogen chloride (HCl) cần Cl₂ và H₂.

Cl₂ + H₂  2HCl

Mà Y là Cl₂ ⇒ X là H₂.

⇒ phản ứng điện phân NaCl trong công nghiệp:

2NaCl (aq) + 2H₂O (l) ⟶ 2NaOH (aq) + H₂ (g) + Cl₂ (g)

Vậy A, X, Y lần lượt là NaOH, H₂, Cl₂.

Ví dụ 2: Cho thí nghiệm: nhỏ vào ống nghiệm chứa 2 ml dung dịch sodium iodine (có sẵn vài giọt hồ tinh bột) vài giọt nước chlorine rồi lắc nhẹ. Hiện tượng xảy ra là

A. Không xảy ra hiện tượng

B. Xuất hiện chất rắn màu đen tím

C. Dung dịch chuyển màu vàng nâu

D. Dung dịch chuyển màu xanh tím

Đáp án: D

Giải thích:

Cl₂ (aq) + 2NaI (aq) ⟶ 2NaCl (aq) + I₂ (aq)

I₂ (aq) + hồ tinh bột ⟶ dung dịch có màu xanh tím.

Ví dụ 3: Khẳng định đúng là

A. Các halogen đều thể hiện tính khử và tính oxi hóa

B. Tính oxi hóa tăng dần từ F₂ đến I₂

C. Mức độ tác dụng với H₂, H₂O tăng dần từ F₂ đến I₂

D. Trong dung dịch, fluorine không có phản ứng thế halogen

Đáp án: D

Giải thích:

Các halogen đều thể hiện tính khử và tính oxi hóa ⇒ sai. Vì fluorine không thể hiện tính khử.

Tính oxi hóa tăng dần từ F₂ đến I₂ ⇒ sai. Vì tính oxi hóa giảm dần từ F₂ đến I₂.

Mức độ tác dụng với H₂, H₂O tăng dần từ F₂ đến I₂ ⇒ sai. Vì mức độ tác dụng với H₂, H₂O giảm dần từ F₂ đến I₂.

Trong dung dịch, fluorine không có phản ứng thế halogen ⇒ đúng. Vì trong dung dịch, fluorine ưu tiên phản ứng với nước.

3. Bài tập vận dụng

Câu 1. Khẳng định nào sau đây sai?

A. Xu hướng tạo liên kết khi phản ứng của nguyên tử các nguyên tố halogen là: nhận thêm một electron từ nguyên tử khác.

B. Xu hướng tạo liên kết khi phản ứng của nguyên tử các nguyên tố halogen là: góp chung electron hóa trị với nguyên tử khác

C. Hóa trị phổ biến của các halogen là II

D. Nhóm halogen có tính phi kim mạnh hơn các nhóm phi kim còn lại trong bảng tuần hoàn

Đáp án: C

Giải thích:

Hóa trị phổ biến của các halogen là II ⇒ sai. Vì hóa trị phổ biến của các halogen là I.

Câu 2. Đơn chất halogen có tính oxi hóa mạnh nhất là

A. F₂

B. Cl₂

C. Br₂

D. I₂

Đáp án: A

Giải thích:

Đơn chất halogen đều có tính oxi hóa mạnh và tính oxi hóa giảm dần từ F₂ đến I₂.

⇒ Đơn chất halogen có tính oxi hóa mạnh nhất là F₂.

Câu 3. Đi từ F₂ đến I₂, khẳng định sai là

A. Nhiệt độ nóng chảy tăng dần

B. Nhiệt dộ sôi tăng dần

C. Màu sắc có xu hướng nhạt dần

D. Khối lượng phân tử tăng dần

Đáp án: C

Giải thích:

F₂ màu lục nhạt, Cl₂ màu vàng lục, Br₂ mà nâu đỏ, I₂ màu tím đen.

⇒ Đi từ F₂ đến I₂ màu sắc có xu hướng đậm dần.

Câu 4. Đơn chất halogen chỉ thể hiện tính oxi hóa, không thể hiện tính khử là

A. I₂

B. Cl₂

C. F₂

D. Br₂

Đáp án: C

Giải thích:

Đơn chất halogen chỉ thể hiện tính oxi hóa, không thể hiện tính khử là F₂.

Các halogen còn lại thể hiện cả tính oxi hóa và tính khử trong các phản ứng hóa học. Tuy nhiên xu hướng thể hiện tính oxi hóa phổ biến hơn rất nhiều và trở nên đặc trưng hơn so với xu hướng thể hiện tính khử.

Câu 5. Phản ứng diễn ra mãnh liệt, nổ ngay cả trong bóng tối hoặc ở nhiệt độ thấp là

A. H₂ (g) + F₂ (g) ⟶ 2HF (g)

B. H₂ (g) + I₂ (g) ⇆ 2HI (g)

C. H₂ (g) + Cl₂ (g) ⟶ 2HCl (g)

D. H₂ (g) + Br₂ (g) ⟶ 2HBr (g)

Đáp án: A

Giải thích:

Phản ứng diễn ra mãnh liệt, nổ ngay cả trong bóng tối hoặc ở nhiệt độ thấp là:

H₂ (g) + F₂ (g) ⟶ 2HF (g)

Câu 6. Các nguyên tố nhóm VIIA gồm

A. fluorine, chlorine, bromine, iodine và hai nguyên tố phóng xạ astatine, tennessine

B. sulfur, chlorine, bromine, indium và hai nguyên tố phóng xạ astatine, tennessine

C. fluorine, chlorine, boron, iodine và hai nguyên tố phóng xạ astatine, tennessine

D. fluorine, calcium, boron, iodine và hai nguyên tố phóng xạ astatine, tennessine

Đáp án: A

Giải thích:

Các nguyên tố nhóm VIIA gồm: fluorine (F), chlorine (Cl), bromine (Br), iodine (I) và hai nguyên tố phóng xạ astatine (At), tennessine (Ts).

Câu 7. Cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tử nguyên tố nhóm halogen có dạng

A. ns¹

B. ns²np¹

C. ns²np⁶

D. ns²np⁵

Đáp án: D

Giải thích:

Các nguyên tố nhóm halogen thuộc nhóm VIIA trong bảng tuần hoàn, đều có 7 electron lớp ngoài cùng.

Cấu hình electron lớp ngoài cùng có dạng: ns²np⁵.

Câu 8. Trong tự nhiên, nguyên tố Cl có tồn tại trong

A. quặng fluorite

B. quặng cryolite

C. quặng fluorapatite

D. khoáng vật carnallite

Đáp án: D

Giải thích:

Quặng fluorite (CaF₂); quặng cryolite (Na₃AlF₆); quặng fluorapatite (Ca₅F(PO₄)₃); khoáng vật carnallite (KCl.MgCl₂.6H₂O)

⇒ nguyên tố Cl có tồn tại trong khoáng vật carnallite.

Câu 9. Đơn chất halogen ở trạng thái khí trong điều kiện thường, màu lục nhạt là

A. F₂

B. Cl₂

C. Br₂

D. I₂

Đáp án: A

Giải thích:

Đơn chất halogen ở trạng thái khí trong điều kiện thường, màu lục nhạt là F₂.

Câu 10. Trong điều kiện thường, halogen tồn tại ở thể rắn là

A. F₂

B. Cl₂

C. Br₂

D. I₂

Đáp án: D

Giải thích:

Trong điều kiện thường, I₂ tồn tại ở thể rắn.

Câu 11. Cho nước chlorine màu vàng rất nhạt vào dung dịch sodium bromide không màu thì hiện tượng xảy ra là

A. Không hiện tượng

B. Xuất hiện khí màu nâu đỏ

C. dung dịch chuyển màu vàng nâu

D. dung dịch chuyển màu xanh

Đáp án: C

Giải thích:

Cl₂ (aq) + 2NaBr (aq) ⟶ 2NaCl (aq) + Br₂ (aq)

Do có sự hình thành đơn chất bromine (màu vàng nâu) làm dung dịch chuyển màu vàng nâu.

Câu 12. Cho F₂ tác dụng với nước, sản phẩm của phản ứng là

A. Không phản ứng

B. HF và HFO

C. HF và O₂

D. OF₂ và H₂

Đáp án: C

Giải thích:

F₂ (aq) + 2H₂O (l) ⟶ O₂ (g) + 4HF (aq)

Bài 13. Cho 0,896 lít Cl₂ tác dụng với 200 ml dung dịch NaOH 1M ở t^o thường thu được dung dịch X. Tính CM của các chất trong dung dịch X ?

Lời giải:

Cl₂ + 2NaOH → NaCl + NaClO + H₂O

n_Cl2 = 0,896/22,4 = 0,04 mol

n_NaOH = 0,2 mol

Theo pt ⇒ n_NaCl = n_NaClO = n_Cl2 =0,04 mol

⇒ C_MNaCl = C_MNaClO = 0,04/0,2 = 0,2M

n_NaOHdư = 0,2 – 0,04.2 = 0,12 mol ⇒ C_MNaOH = 0,12 / 0,2 = 0,6M

Câu 14. Cho 17,4 gam MnO₂ tác dụng hết với HCl lấy dư. Toàn bộ khí clo sinh ra được hấp thụ hết vào 148,5 gam dung dịch NaOH 20% (ở nhiệt độ thường) tạo ra dung dịch A. Vậy dung dịch A có các chất và nồng độ % tương ứng như sau:

A. NaCl 10% ; NaClO 5%

B. NaCl 7,31%; NaClO 6,81%, NaOH 6%

C. NaCl 7,19%; NaClO 9,16%, NaOH 8,42%

D. NaCl 7,31%; NaClO 9,31%, HCl 5%

Lời giải:

Đáp án: C

Câu 15. Hidro clorua bị oxi hóa bởi MnO₂ biết rằng khí clo tạo thành trong phản ứng đó có thể đẩy được 12,7 gam iot từ dung dịch natri iotua. Vậy khối lượng HCl là:

A. 7,3g       B. 14,6g       C. 3,65g       D. 8,9g

Lời giải:

Đáp án: A

Phương trình phản ứng:

MnO₂ + 4HCl → MnCl₂ + Cl₂ + H₂O

             0,2                    0,05 mol

Cl₂ + 2KI → 2KCl + I₂

0,05                          0,05

m_HCl = 0,2 × 36,5 = 7,3g

Câu 16. Nguyên tố R là phi kim thuộc phân nhóm chính trong bảng tuần hoàn. Tỷ lệ % R trong oxit cao nhất với %R trong hợp chất khí với hidro là 0,5955. Vậy R là:

A. Flo       B. Clo       C. Brom       D. Iot

Lời giải:

Đáp án: C

Gọi công thức của R với oxi là R₂O_x (x = 4, 5, 6, 7)

Suy ra công thức của R với hidro là RH₈ – x

→ Rút ra được biểu thức liên hệ R và x

Sau đó biện luận ta được x = 7, R = 80 → R là Brom

Câu 17. Cho 19,05 gam hỗn hợp KF và KCl tác dụng hết với dung dịch H₂SO₄ đặc thu được 6,72 lít khí (đktc). Vậy % theo khối lượng của KF và KCl là:

A. 60,20% và 39,80%       B. 60,89% và 39,11%

C. 39,11% và 60, 89%       D. 70% và 30%

Lời giải:

Đáp án: B

Câu 18. Dung dịch A chứa đồng thời axit HCl và H₂SO₄. Để trung hòa 40 ml A cần dùng vừa hết 60 ml NaOH 1M. Cô cạn dung dịch khi trung hòa, thu được 3,76 g hỗn hợp muối khan. Vậy nồng độ mol/l của hai axit HCl và H₂SO₄ là:

A. 1 và 0,75       B. 0,25 và 1       C. 0,25 và 0,75       D. 1 và 0,25

Lời giải:

Đáp án: D

Gọi a, b là nồng độ mol của HCl và H₂SO₄

HCl + NaOH → NaCl + H₂O

0,04a    0,04a        0,04a

H₂SO₄ + 2NaOH → Na2SO₄ + 2H₂O

0,04b    0,08b        0,04b

Câu 19. Khi đun nóng muối kali clorat, không có xúc tác, thì muối này bị phân hủy đồng thời theo hai phương trình sau đây:

2KClO₃ → 2KCl + 3O₂ (1)

4KClO₃ → 3KClO₃ + KCl (2)

Biết rằng khi phân hủy hoàn toàn 73,5 gam kali clorat thì thu được 33,5 gam kali clorua. Vậy phần trăm khối lượng KClO₃ phân hủy theo (1) là:

A. 80,23%       B. 83,25%       C. 85,1%       D. 66,67%

Lời giải:

Đáp án: D

Các phản ứng xảy ra:

Xem thêm các dạng câu hỏi và bài tập chi tiết khác:

30 bài tập về Phản ứng oxi hóa - khử (2024) có đáp án chi tiết nhất

30 bài tập về Cấu tạo của bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học (2024) có đáp án chi tiết nhất

30 bài tập về Liên kết cộng hóa trị (2024) có đáp án chi tiết nhất

30 bài tập về Xu hướng biến đổi thành phần và một số tính chất của hợp chất trong một chu kì (2024) có đáp án chi tiết nhất

30 bài tập về Liên kết ion (2024) có đáp án chi tiết nhất