Bài học

Tính chất hoá học của phi kim

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em viết được phương trình hoá học của phi kim tác dụng với kim loại và với hydrogen, và so sánh được mức độ hoạt động hoá học giữa hai phi kim thông qua phản ứng thế (phi kim mạnh đẩy phi kim yếu ra khỏi muối).

Kiến thức nền cần nhớ

Ở Course 2 và Course 3, em đã học kim loại tác dụng phi kim tạo muối hoặc oxide (ví dụ $2Na + Cl_2 \xrightarrow{t^\circ} 2NaCl$ ), và dãy hoạt động hoá học của kim loại K, Na, ..., Cu, Ag để so sánh mức độ hoạt động. Bài này áp dụng đúng lối tư duy đó cho phi kim: cũng có một "dãy hoạt động hoá học" để so sánh phi kim với nhau.

Ở Course 2 và Course 3, em đã học kim loại tác dụng phi kim tạo muối hoặc oxide (ví dụ $2Na + Cl_2 \xrightarrow{t^\circ} 2NaCl$), và dãy hoạt động hoá học của kim loại K, Na, ..., Cu, Ag để so sánh mức độ hoạt động. Bài này áp dụng đúng lối tư duy đó cho phi kim: cũng có một "dãy hoạt động hoá học" để so sánh phi kim với nhau.

Khởi động

Muối ăn NaCl được tạo ra từ kim loại sodium và phi kim chlorine. Nhưng nếu cho khí chlorine tác dụng với dung dịch potassium bromide (KBr) không màu, có phản ứng xảy ra không? Nếu có, điều đó nói lên điều gì về "độ mạnh yếu" giữa hai phi kim chlorine và bromine?

Kiến thức trọng tâm

Phi kim có ba tính chất hoá học chung.

(1) Tác dụng với kim loại tạo muối hoặc oxide: $2Na + Cl_2 \xrightarrow{t^\circ} 2NaCl$ ; $Fe + S \xrightarrow{t^\circ} FeS$ ; $3Fe + 2O_2 \xrightarrow{t^\circ} Fe_3O_4$ (đốt dây sắt trong khí oxygen).

(2) Tác dụng với hydrogen tạo hợp chất khí: $H_2 + Cl_2 \xrightarrow{t^\circ} 2HCl$ (khí hydrogen chloride, tan trong nước tạo dung dịch acid hydrochloric). Phi kim càng hoạt động mạnh thì phản ứng với hydrogen càng dễ xảy ra: fluorine phản ứng ngay ở nhiệt độ thường, chlorine cần chiếu sáng hoặc đun nóng, các phi kim yếu hơn cần nhiệt độ cao hơn nữa.

(3) Mức độ hoạt động hoá học của phi kim được so sánh qua khả năng phản ứng với kim loại, với hydrogen, và rõ nhất là qua phản ứng thế giữa các phi kim: phi kim mạnh hơn đẩy được phi kim yếu hơn ra khỏi dung dịch muối của nó. $Cl_2 + 2NaBr \to 2NaCl + Br_2$ chứng tỏ chlorine mạnh hơn bromine; $Cl_2 + 2KI \to 2KCl + I_2$ chứng tỏ chlorine mạnh hơn iodine. Từ nhiều thí nghiệm như vậy, người ta xếp được một dãy mức độ hoạt động hoá học giảm dần: $F_2 > O_2 > Cl_2 > Br_2 > I_2 > S$ — em chỉ cần nhớ thứ tự tương đối này để giải thích chiều phản ứng thế, không cần học thuộc toàn bộ như một công thức máy móc.

Phản ứng thế này không chỉ nằm trên giấy. Trong công nghiệp khai thác bromine từ nước biển, người ta sục khí chlorine — rẻ, sản xuất được với lượng lớn từ điện phân nước muối — qua nước biển chứa bromide hoà tan. Phản ứng $Cl_2 + 2NaBr \to 2NaCl + Br_2$ đẩy bromine ra khỏi muối, rồi được tách thu hồi ngay tại đó. Nắm chắc dãy hoạt động hoá học của phi kim, em sẽ hiểu được vì sao quy trình này chọn chlorine mà không phải chất nào khác.

Phi kim có ba tính chất hoá học chung. **(1) Tác dụng với kim loại** tạo muối hoặc oxide: $2Na + Cl_2 \xrightarrow{t^\circ} 2NaCl$; $Fe + S \xrightarrow{t^\circ} FeS$; $3Fe + 2O_2 \xrightarrow{t^\circ} Fe_3O_4$ (đốt dây sắt trong khí oxygen). **(2) Tác dụng với hydrogen** tạo hợp chất khí: $H_2 + Cl_2 \xrightarrow{t^\circ} 2HCl$ (khí hydrogen chloride, tan trong nước tạo dung dịch acid hydrochloric). Phi kim càng hoạt động mạnh thì phản ứng với hydrogen càng dễ xảy ra: fluorine phản ứng ngay ở nhiệt độ thường, chlorine cần chiếu sáng hoặc đun nóng, các phi kim yếu hơn cần nhiệt độ cao hơn nữa. **(3) Mức độ hoạt động hoá học** của phi kim được so sánh qua khả năng phản ứng với kim loại, với hydrogen, và rõ nhất là qua **phản ứng thế** giữa các phi kim: phi kim mạnh hơn đẩy được phi kim yếu hơn ra khỏi dung dịch muối của nó. $Cl_2 + 2NaBr \to 2NaCl + Br_2$ chứng tỏ chlorine mạnh hơn bromine; $Cl_2 + 2KI \to 2KCl + I_2$ chứng tỏ chlorine mạnh hơn iodine. Từ nhiều thí nghiệm như vậy, người ta xếp được một dãy mức độ hoạt động hoá học giảm dần: $F_2 > O_2 > Cl_2 > Br_2 > I_2 > S$ — em chỉ cần nhớ thứ tự tương đối này để giải thích chiều phản ứng thế, không cần học thuộc toàn bộ như một công thức máy móc. Phản ứng thế này không chỉ nằm trên giấy. Trong công nghiệp khai thác bromine từ nước biển, người ta sục khí chlorine — rẻ, sản xuất được với lượng lớn từ điện phân nước muối — qua nước biển chứa bromide hoà tan. Phản ứng $Cl_2 + 2NaBr \to 2NaCl + Br_2$ đẩy bromine ra khỏi muối, rồi được tách thu hồi ngay tại đó. Nắm chắc dãy hoạt động hoá học của phi kim, em sẽ hiểu được vì sao quy trình này chọn chlorine mà không phải chất nào khác.

Ví dụ

Viết phương trình phi kim tác dụng kim loại và hydrogen

1
Viết phương trình hoá học khi: (a) đốt bột sắt trong khí chlorine dư; (b) đốt cháy khí hydrogen trong khí chlorine.
2
Sắt tác dụng chlorine dư tạo muối iron(III) chloride, vì chlorine là phi kim hoạt động mạnh nên oxi hoá sắt lên hoá trị III: $2Fe + 3Cl_2 \xrightarrow{t^\circ} 2FeCl_3$ .
Sắt tác dụng chlorine dư tạo muối iron(III) chloride, vì chlorine là phi kim hoạt động mạnh nên oxi hoá sắt lên hoá trị III: $2Fe + 3Cl_2 \xrightarrow{t^\circ} 2FeCl_3$.
3
Hydrogen cháy trong chlorine tạo khí hydrogen chloride không màu, mùi xốc: $H_2 + Cl_2 \xrightarrow{t^\circ} 2HCl$ .
Hydrogen cháy trong chlorine tạo khí hydrogen chloride không màu, mùi xốc: $H_2 + Cl_2 \xrightarrow{t^\circ} 2HCl$.
4
Chlorine phản ứng được cả với kim loại lẫn hydrogen — thể hiện đây là một phi kim hoạt động hoá học mạnh.

Ví dụ

So sánh mức độ hoạt động hoá học qua phản ứng thế

1
Cho khí chlorine lội qua dung dịch potassium iodide (KI) không màu, thấy dung dịch chuyển sang màu nâu vàng. Hãy: (a) viết phương trình hoá học; (b) so sánh mức độ hoạt động hoá học của chlorine và iodine; (c) dự đoán hiện tượng nếu thay Cl₂ bằng Br₂.
2
$Cl_2 + 2KI \to 2KCl + I_2$ . Iodine (I₂) sinh ra tan một phần trong nước tạo màu nâu vàng đặc trưng, dễ quan sát bằng mắt thường.
$Cl_2 + 2KI \to 2KCl + I_2$. Iodine (I₂) sinh ra tan một phần trong nước tạo màu nâu vàng đặc trưng, dễ quan sát bằng mắt thường.
3
Vì Cl₂ đẩy được I₂ ra khỏi dung dịch muối KI, chứng tỏ chlorine có mức độ hoạt động hoá học mạnh hơn iodine.
4
Theo dãy $F_2 > O_2 > Cl_2 > Br_2 > I_2$ , bromine cũng mạnh hơn iodine nên khi thay Cl₂ bằng Br₂ phản ứng vẫn xảy ra: $Br_2 + 2KI \to 2KBr + I_2$ , dung dịch cũng chuyển màu nâu vàng, nhưng do Br₂ kém hoạt động hơn Cl₂ nên phản ứng thường xảy ra chậm hơn.
Theo dãy $F_2 > O_2 > Cl_2 > Br_2 > I_2$, bromine cũng mạnh hơn iodine nên khi thay Cl₂ bằng Br₂ phản ứng vẫn xảy ra: $Br_2 + 2KI \to 2KBr + I_2$, dung dịch cũng chuyển màu nâu vàng, nhưng do Br₂ kém hoạt động hơn Cl₂ nên phản ứng thường xảy ra chậm hơn.

Sai lầm thường gặp

Học sinh hay nhầm chiều của phản ứng thế: chỉ phi kim MẠNH HƠN mới đẩy được phi kim YẾU HƠN ra khỏi muối, không có chiều ngược lại. Ví dụ, iodine (I₂) không thể đẩy được chlorine ra khỏi dung dịch muối NaCl.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Phi kim: (1) + kim loại → muối/oxide, (2) + hydrogen → hợp chất khí, (3) mức độ hoạt động hoá học so sánh qua phản ứng thế — phi kim mạnh đẩy phi kim yếu ra khỏi muối. Dãy giảm dần: $F_2 > O_2 > Cl_2 > Br_2 > I_2$ .

Bài tiếp theo tập trung riêng vào phản ứng phi kim với oxygen — nhóm phản ứng quan trọng nhất trong chương này vì tạo ra các oxide acid, nền tảng để hiểu hiện tượng mưa acid và nhiều ứng dụng công nghiệp.