当前位置:首页 >> 学科竞赛 >>

卤族元素1


卤族元素
一、鹵族元素概述 二、鹵族元素的單質 三、鹵化氫和鹵化物 四、鹵素的含氧酸及其鹽

第 17 族元素又稱鹵族元素,由氟、氯、溴、 碘、砹五種元素組成。在自然界中,氟元素主 要以螢石(CaF2)和冰晶石(Na3AlF6)等礦物存在。 氯、溴、碘元素則主要以無機鹽的形式存在於 海水中,海藻等海洋生物是碘的重要來源。砹 是放射性元素,

大多由人工合成,目前人們對它 的性質研究較少。

无机化学

一、鹵族元素概述 鹵族元素的一些基本性質
元 素 氟 氯 溴 碘

元素符號
原子序數

價層電子組態 2s22p5

主要氧化值

无机化学
9 17 35 53 3s23p5 99 1251 349 3.0 4s24p5 114 1140 324.7 2.8

F

Cl

Br

I

5s25p5 133 1008 295.1 2.5

-1
64

-1,+1,+3,+5,+7 -1,+1,+3,+5,+7 -1,+1,+3,+5,+7

原子半徑/pm Ei,1/(kJ· mol-1) Eea/(kJ· mol-1 電負性

1681 327.9 4.0

鹵族元素的價層電子組態為ns2np5,極易獲得 一個電子,形成氧化值為 -1 的化合物。 鹵素都有較大電負性,容易得到電子,顯示出 很強的非金屬性。在鹵族元素中,自上而下,原子 半徑增大,電負性減小,因此從F到I非金屬性依次 減弱。鹵族元素的第一電離能都比較大,表明它們 失去電子的傾向比較小。事實上,鹵族元素中只有 半徑最大、第一電離能最小的碘元素才有失去電子 的可能。 氯、溴、碘元素的最外電子層中都存在空 d軌 道,與電負性更大的元素結合時,d軌道也可以成 鍵,因此這三種元素可以表現出+1、+3、+5、+7氧 化值。

无机化学

在鹵族元素中,氟元素表現出反常的變化規 律。氟元素的電負性雖然很大,但它的電子親和 能卻小於氯元素,這是因為氟元素的電負性大, 同時其原子半徑很小,當接受外來電子時,電子 間的靜電斥力特別大,克服這種斥力所需的能量 部分地抵消了氟原子接受一個電子成為氟離子時 所釋放的能量,造成氟元素的電子親和能反常地 小於氯元素的現象。 氟元素與有多種氧化值的元素化合,所形成 的化合物中該元素一般表現為最高氧化值,這是 因為氟原子半徑小,空間位阻不大,而電負性又 很大的緣故。

无机化学

二、鹵族元素的單質
(一) 物理性質 鹵族元素的單質的一些性質
單 質 F2 氣 Cl2 氣 Br2 液 I2 固

无机化学
聚集狀態

顏色

淺黃

黃綠

紅棕 -7.2

紫黑

熔點/℃ 沸點/℃

-219.6 -188 6.32

-101

113.5

-34.6 20.41 0.732 1.57(l)

58.78 30.71 3.58 3.12(l)

184.3 46.61 0.029 4.93(l)

? ?vap Hm /(kJ ? mol?1 )

溶解度/[mL· (kg H2O)-1]

分解水 1.11(l)

密度/(g· cm-3)

鹵族元素的單質皆為雙原子分子,固態時為 分子晶體,熔點和沸點都比較低。從 F2到I2,隨 著分子體積的增大,分子的變形性依次增大,分 子之間的色散力逐漸增大,因而熔點、沸點依次 升高。常溫下,F2和Cl2是氣體,Br2是液體,I2 是 固體。Cl2 容易液化,在常溫下加壓至 600 kPa時, 氯氣即可轉化為黃色的液體。固態碘具有較高的 蒸氣壓,容易昇華,加熱可直接轉化為氣態碘, 利用碘的這一性質,可對粗制碘進行純化。 鹵族元素的單質均有顏色,從F2到I2,隨著 相對分子質量的增大,顏色依次由淺黃、黃綠、 紅棕到紫黑。

无机化学

鹵族元素的單質在水中的溶解度不大。F2與水 起劇烈反應,並使水分解放出氧氣。Cl2、Br2和I2 在有機溶劑中的溶解度比在水中大得多,並呈現一 定的顏色。Br2溶於有機溶劑所得溶液的顏色,隨 濃度增大而從黃到棕紅逐漸加深。I2溶于極性有機 溶劑時呈現棕紅色,溶於非極性有機溶劑中則呈現 本身蒸氣的紫色。這是由於I2在極性溶劑中形成溶 劑化物,而在非極性或弱極性溶劑中以分子存在。 I2難溶于水,但易溶於KI溶液中,這主要是由 ? 於形成的 I 3 緣故:

无机化学

? I2 + I ? I3 鹵族元素的單質均有刺激氣味,強烈刺激眼、 鼻、喉、氣管的黏膜,吸入蒸氣會引起中毒,使用 時應注意安全。

(二) 化學性質

鹵族元素的單質都具有氧化性。F2、Cl2和Br2 是強氧化劑,I2是一種中等強度的氧化劑。 1.與金屬單質和非金屬單質作用 F2可以與所有金屬單質直接作用,與銅、鎳和 鎂作用時,生成一層緻密的金屬氟化物保護膜,阻 止金屬進一步氧化,因此氟氣可以儲存在銅、鎳、 鎂或它們的合金製成的容器中。Cl2也可以與大多數 金屬單質直接作用,但反應不如F2劇烈。Cl2在乾燥 的情況下不與鐵作用,因此可以儲存在鐵罐中。 Br2和I2的反應活性較差,常溫下只能與活潑金屬單 質作用,與其他金屬單質在較高溫度下發生化學反 應。

无机化学

F2幾乎能與所有非金屬單質直接化合,反應劇 烈,常伴隨燃燒和爆炸。F2還能與Xe、Kr在一定條 件下發生反應。Cl2也可以與除O2、N2及稀有氣體 外的非金屬單質直接化合,但反應不如F2劇烈。Br2 和I2的反應活性要差一些。 鹵族元素的單質都能與氫氣直接化合,生成鹵 化氫。F2在低溫和暗處即可與H2 化合,並放出大量 的熱引起爆炸。Cl2與H2在常溫下反應緩慢,在強光 照射或高溫下,反應瞬間完成並可發生爆炸。Br2與 H2的反應需加熱至648 K或在紫外線照射下才能進 行。I2與H2的反應則需要更高的溫度或催化劑的存 在下才能進行,並且一般反應不完全。

无机化学

2. 與水反應 鹵族元素的單質與水發生兩類化學反應。第一類 反應是鹵族元素的單質從水中置換出氧氣的反應: 2X2 + 2H2O 4HX + O2 第二類反應是鹵族元素的單質發生歧化反應:

X2 + 2H2O H+ + X? + HXO F2的氧化性最強,與水只發生第一類反應,反應 非常劇烈。Cl2只有在光照下緩慢與水反應放出O2。 Br2氧化水放出O2的反應極其緩慢,需要在鹼性條件下 進行。I2 與水發生第一類反應,而O2卻可以將HI氧化, 析出 I2。

无机化学

Cl2、Br2和 I2 在鹼性條件下與H2O主要發生 第二類反應。加酸能抑制歧化反應的進行,而加 鹼則能促進歧化反應的進行。 3. 鹵素單質的置換反應 鹵素單質氧化能力大小順序為:

而鹵素離子的還原能力的大小順序為:

无机化学
F2>Cl2>Br2>I2

I->Br->Cl->FF2能氧化Cl-、Br-和I-,置換出Cl2、Br2和 I2;Cl2 能置換出Br2和I2;而Br2只能置換出I2。

(三) 鹵素單質的製備和用途

鹵族元素在自然界大多以化合物的形式存在, 因此鹵素單質的製備一般採用陰離子氧化法。 由於氧化劑不能將 F-氧化,因此採用電解氟氫 化鉀和無水氟化氫熔融混合物的方法製備氟氣:
工業上用電解飽和食鹽水溶液製備氯氣。實驗 室通常用二氧化錳與濃鹽酸反應制取氯氣。 工業上利用海水或鹵水制取溴。先通氯氣於曬 鹽後留下的苦鹵中,將 Br- 氧化為Br2,然後用空氣 將Br2吹出,再用Na2CO3溶液吸收吹出的Br2, Br2與 Na2CO3溶液反應生成NaBr和NaBrO3: 2? ? 3Br2 +3CO3 5Br ? +BrO3 +3CO2 ↑

无机化学
2KHF2
电解

2KF + H↑ ↑ 2 +F 2

加入硫酸酸化,得到液溴:
? 5Br ? + BrO3 + 6H+

3Br2 + 3H2O

實驗室用Cl2氧化NaBr製備Br2。 碘主要從富含I-的海藻中提取。將Cl2通入用 水浸取海藻所得的溶液中,把I 氧化為I3,然後用 離子交換樹脂加以濃縮。 氯氣是一種重要的化工原料,主要用於合成 鹽酸、聚氯乙烯、漂白粉、農藥、化學試劑等, 氯氣也曾用於自來水消毒,已逐漸被臭氧和二氧 化氯代替。 溴用於感光材料、染料、藥劑、農藥和無機 溴化物的製備。 碘的酒精溶液可用作消毒劑。I2 也是氧化還 原滴定法中碘量法的重要試劑。

无机化学

三、鹵化氫和鹵化物
(一) 鹵化氫和氫鹵酸

鹵化氫都是具有強烈刺激性氣味的無色氣體。
鹵化氫和氫鹵酸的一些性質

无机化学
HF HCl HBr 熔點/℃ 沸點/℃ -83.1 -271 -114.8 -84.9 -88.5 -67.2 -36.4 19.54
? ?f Hm /(kJ ? mol?1 )

HI

-50.8 26.5

-35.38

-92.30

鍵能/(kJ· mol-1)
? ?vap Hm /(kJ ? mol?1 )

566
30.31 6.40 10%

431
16.12 3.61 93%

366
17.62 2.65 93.5%

299
19.77 1.27 95%

分子電偶極矩 表觀解離度(0.1 mol· L-1,18℃)

溶解度/[g· (100 g H2O)-1]

35.3

42

42

57

鹵化氫的物理性質從HCl → HI呈現規律性變 化,但HF有許多例外,如它的熔點、沸點反常地 高,而表觀解離度反常地小。這主要是由於F元 素的電負性大和半徑小,致使HF分子間存在氫鍵, 導致分子間發生締合而引起的。 鹵化氫水溶液稱為氫鹵酸,它們均為無色溶 液,氫鹵酸的酸性從HF→HI依次增強,除氫氟酸 外,其他氫鹵酸均為強酸。習慣上把氫氯酸稱為 鹽酸,市售濃鹽酸中HCl的品質分數為37%,濃 度為12 mol· L-1,密度為1.19 g ·cm-3,是一種重 要的化工原料和化學試劑。

无机化学

氫氟酸是弱酸,但與其他弱酸不同,它的解離 度隨溶液濃度的增大而增加,當濃度大於5mol· L-1 時成了強酸,這是因為當HF溶液濃度增大時,一 部分 F- 通過氫鍵締合成 HF2?。氫氟酸的另一特性是 能與SiO2 或矽酸鹽反應,生成SiF4 氣體: ↑ SiO2 + 4HF SiF 4 +2H2O CaSiO2 + 6HF CaF2 + SiF ↑ 4 + 3H2O 因此,氫氟酸不能用玻璃或陶瓷容器貯存。氫氟酸 常用於蝕刻玻璃。HF及其水溶液都有劇毒,損傷 呼吸系統和傷害皮膚,使用時應注意防護。 氫鹵酸的還原性從HF → HI依次增強。HF不能 被氧化劑氧化,HCl需用強氧化劑才能被氧化, HBr較易被氧化,而HI能被空氣中的O2 氧化。

无机化学

(二)鹵化物

非金屬鹵化物都是共價型鹵化物,它們都是分 子晶體,熔點、沸點較低,具有揮發性。有些非金 屬鹵化物不溶于水,而溶于水的非金屬鹵化物通常 發生強烈的水解:

PCl5 + 4H2O H3PO4 + 5HCl SiCl4 + 4H2O H4SiO4 + 4HCl 但 NCl3水解反應比較特殊: NCl3 + 3H2O NH3 + 3HOCl 金屬鹵化物的情況比較複雜,有些金屬鹵化物 屬於共價型化合物,有些屬於離子型化合物,還有 些介於兩類化合物之間,稱為過渡型化合物。

无机化学

一般說來,金屬離子的半徑越小和金屬離子 的電荷數越大,其極化能力就越強,金屬鹵化物 的共價性也越強;鹵素離子的半徑越大,越容易 變形,金屬鹵化物的共價性也越強。反之,則金 屬鹵化物的離子性越強。鹼金屬(Li除外)、鹼土 金屬(Be 除外)和大多數鑭系、錒系金屬元素形成 離子型鹵化物,熔點一般比較高,熔融時導電。 一些高氧化值、半徑小的過渡金屬元素形成的鹵 化物通常是共價型化合物。但共價型鹵化物和離 子型鹵化物之間沒有嚴格的界限,如FeCl3是易揮 發的共價型鹵化物,它熔融時能導電,則又表現 出離子型鹵化物的特徵。通常把這種類型的鹵化 物稱為過渡型鹵化物。

无机化学

大多數金屬鹵化物易溶于水,但氯、溴、碘元素 的銀鹽、鉛鹽,亞汞鹽、亞銅鹽難溶于水。對於離子 型鹵化物,同一金屬元素的鹵化物的溶解度大小順序 為: 碘化物>溴化物>氯化物>氟化物 共價型金屬鹵化物的溶解度變化規律恰好相反: 氟化物>氯化物>溴化物>碘化物 在金屬鹵化物中,金屬氯化物僅AgCl、Hg2Cl2、 CuCl、PbCl2難溶于水,其他金屬鹵化物易溶于水; +、Pb2+ 的溴化 金屬溴化物和金屬碘化物除Ag+、Hg 、2+ Cu 2 物和碘化物難溶于水外,HgBr2、HgI2 和 BiI3也 難溶于水。金屬氟化物的溶解性則比較特殊。

无机化学

四、鹵素的含氧酸及其鹽
氯、溴、碘元素均可形成氧化值為+1、+3、 +5、+7的含氧酸及其鹽。
氧化值 +1 +3 +5

无机化学
氯 溴 碘 HClO HBrO HIO ─ HClO2 HClO3 HBrO2 HBrO3 HIO3

鹵素的含氧酸

名稱

次鹵酸 亞鹵酸 鹵 酸

+7

HClO4

HBrO4

HIO4,H5IO6

高鹵酸

? ? 根據價層電子對推斥理論, 為 V 形, XO XO2 3 為三角錐形,XO? 為四面體形。 4

无机化学
ClO ClO2 ClO3 ClO4

(一) 氯的含氧酸及其鹽

1.次氯酸及其鹽 次氯酸是一種極弱的酸,因此次氯酸鹽極易 水解。次氯酸只存在於溶液中,而且很不穩定, 其分解反應有以下兩種方式: 2HClO 2HCl + O2 ↑ 3HClO 2HCl + HClO3 在光照或有催化劑存在時,次氯酸的分解幾 乎完全按照第一個反應進行;加熱時,主要按第 二個反應發生歧化反應。 次氯酸極不穩定,實際應用多為次氯酸鹽。 通常是把氯氣通入冷的堿溶液中製備次氯酸鹽。

无机化学

次氯酸鈣、氯化鈣和氫氧化鈣組成的混合物就 是漂白粉,其有效成分為次氯酸鈣。漂白粉及次氯 酸鹽的漂白作用主要是利用次氯酸的氧化性。漂白 粉使用時最好加酸,使Ca(ClO)2轉變成HClO後才能 具有氧化性,發揮漂白消毒作用。空氣中的二氧化 碳也能從漂白粉中置換出來次氯酸,所以浸泡過漂 白粉的棉織物在空氣中晾曬也能產生漂白作用。 漂白粉置於空氣中會逐漸失效,是因為空氣中 的CO2和H2O與漂白粉作用生成HClO,而HClO不穩 定發生分解的結果。

无机化学

2. 亞氯酸及其鹽 亞氯酸是惟一已知的亞鹵酸,它僅存在於溶 液中,其酸性強於次氯酸。亞氯酸溶液可由硫酸 和亞氯酸鋇溶液作用制取:
亞氯酸鹽在溶液中較為穩定,其晶體受熱或 受撞擊時會發生爆炸。亞氯酸及其鹽都有強氧化 性,其還原產物通常為 Cl-。

无机化学

H2SO4 +Ba(ClO2 )2

BaSO4 +2HClO2

3. 氯酸及其鹽 氯酸是強酸,其酸性與鹽酸相近。氯酸不穩定, 僅存在於溶液中,當HClO3的質量分數超過40%時發 生分解,反應劇烈,甚至能引起爆炸: 3HClO3 2O↑ ↑+HClO4 ? H2O 2 +Cl2 氯酸具有強氧化性,它能將碘氧化為碘酸: 2HClO3 + I2 2HIO3 + Cl2 ↑ 氯酸鹽比較穩定。氯酸鉀是最重要的氯酸鹽, 它是無色透明晶體,在二氧化錳存在時,473 K下 氯酸鉀可分解為氯化鉀和氧氣。 氯酸鉀是一種強氧化劑,受熱或與易燃物、有 機物、硫酸等接觸時發生燃燒和爆炸,常用於製造 炸藥、火柴及煙火等。 氯酸鹽在酸性溶液中顯強氧化性。

无机化学

4. 高氯酸及其鹽 無水高氯酸是無色、黏稠狀液體,冷、稀溶液 比較穩定,濃溶液不穩定。當溫度高於363 K時, HClO4 發生分解,可引起爆炸: 當溶液中HClO4的質量分數大於60 %時,與易 燃物質接觸會發生爆炸。當溶液HClO4的質量分數 低於60%,加熱接近沸點也不分解。HClO4是酸性 最強的酸,在水溶液中發生完全解離。 高氯酸鹽比較穩定,固體高氯酸鹽受熱分解, 放出氧氣,但熱分解溫度高於氯酸鉀。 高氯酸鹽大多數溶于水,但K+、Rb+、Cs+、 ? NH4 的高氯酸難溶于水。

无机化学

4HClO4



2Cl2↑ +7O2↑+ 2H2O

(二) 溴和碘的含氧酸及其鹽

1. 次溴酸、次碘酸及其鹽 次溴酸和次碘酸不穩定,易按下式分解: 3HXO 2HX + HXO3 溴和碘溶于冷的鹼溶液中,生成次鹵酸鹽。 BrO-在273 K時比較穩定,在室溫時歧化反應 速率很快,在323 K以上時,歧化反應進行很完全, ? 全部生成 和 Br-。 BrO3 IO-在溶液中的歧化反應速率在任何溫度下都 很快,而且歧化反應都能進行到底,在鹼性介質 中不存在 IO-。

无机化学

2. 溴酸、碘酸及其鹽 鹵酸的酸性強弱順序為: HClO3>HBrO3>HIO3 但三種鹵酸的穩定性恰好相反。 溴酸溶液的質量分數低於50%時比較穩定,超 過50%時,溴酸分解為溴和氧氣。 碘酸為白色晶體,加熱到473 K 失水,583K 時 開始熔化並發生分解。 溴酸可用溴酸鋇與硫酸作用制得: Ba(BrO3 )2 + H2SO4 2HBrO3 + BaSO↓ 4 碘酸可用濃硝酸氧化I2制得: I2 +10HNO3 (浓) 2HIO3 +10NO2↑ + 4H2O

无机化学

溴酸鹽常用溴單質在熱的濃堿中歧化制得: 3Br2 + 6KOH KBrO3 + 5KBr + 3H2O 碘酸鹽可用碘化物在鹼溶液中用氯氣氧化得到: KI + 6KOH + 3Cl2 KIO3 + 6KCl + 3H2O 溴酸鹽和碘酸鹽溶液具有氧化性,其氧化能 ? 力與溶液pH有關。當溶液的pH<1.4時,BrO3 能將Cl-氧化為Cl2:
? ↑ BrO + 6Cl + 6H 3Cl2 + Br + 3H2O 當溶液的 pH>1.4時,上述反應逆向進行。 +

无机化学
? 3 ?

BrO? 4 :

3.高溴酸、高碘酸及其鹽 高溴酸是強酸,其酸性與高氯酸相近。高溴 酸是一種極強的氧化劑,其氧化能力比高氯酸和 ? 高碘酸都強。在強鹼條件下用F2氧化 生成 BrO3

將所得溶液酸化,可得到HBrO4。 高碘酸以正高碘酸和偏高碘酸形式存在。 高碘酸的酸性比高氯酸弱得多,但它的氧化 性卻比高氯酸強,而且反應平穩快速。

无机化学
? F2 + BrO3 + 2OH? 2+ ? 4 ? 3

? ? BrO + 2F +H 4 2 O

2Mn + 5H5IO6

2MnO + 5IO + 7H2O + 11H

+

无机化学
HIO4的結構 H5IO6的結構


相关文章:
卤族元素知识点详细总结
卤族元素知识点详细总结_高一理化生_理化生_高中教育_教育专区。卤族元素知识点最详细的总结介绍!包含了所有知识点。卤族元素性质复习重点 1。卤素单质在物理性质和...
卤族元素化学方程式总结1
卤族元素化学方程式总结1_初三理化生_理化生_初中教育_教育专区。卤族元素化学方程式总结1卤族元素化学方程式总结 1. H2 + Cl2 酸) H2 + Cl2 H2 + F2 H2 + ...
1.1 卤族元素通性
1.1 卤族元素通性浏览字体设置: 浏览字体设置: - 11pt + 10pt 12pt 14pt 16pt 放入我的网络收藏夹 1.1 卤族元素通性 卤族元素这一家族,在原子构造上...
卤族元素1
课题:第四章 卤素 第二节 卤族元素(第一课时) 教学目的:1. 使学生掌握卤素的原子结构特点及其与性质之间的相互关系。 2 .使学生掌握卤素单质的物理性质和化学...
卤族元素1
卤族元素单元测试卷一、选择题 1.医生建议患甲状腺肿大的病人多食海带,这是由于海带中含有丰富的( ) A.碘元素 B.铁元素 C.钾元素 D.锌元素 2.下列反应能说...
卤族元素[1]
卤族元素卤族元素包括氟(F) 、氯(Cl) 、溴(Br) 、碘(I) 、砹(At)等,它们最外层电子数都是 7 个电 子,是元素周期表中的第ⅦA 元素。 1、氯(1)物理...
卤族元素
与同周期其它元素比较 卤素原子的价电子层结构是 ns2np5,只需获得一个电子即可形成8电子稳定构型 的 X-离子,因此与同周期其它元素相比,卤素有最大的电子亲合势,...
卤族元素性质递变规律
求实教育化学辅导资料 1 1. 卤族元素性质的相似性和递变性 (1)卤素单质随原子序数的递增,颜色逐渐加深,从 F2→Cl2→Br2→I2,颜色 由淡黄绿色→黄绿色→深红...
高中化学卤族元素
高中化学卤素元素 1.氯气 [氯气的物理性质] (1)常温下,氯气为黄绿色气体.加压或降温后液化为液氯,进一步加压或降温则变成固态氯.(2)常温下, 氯气可溶于水(1...
卤族元素性质总结
高中化学补充资料 元素周期律·卤族元素性质总结 化学必修 1 第 4 章第 1 节 元素周期律 卤族元素性质总结 I.元素周期律 1.周期表位置 VII A 族(第 17 ...
更多相关标签:
卤族元素 | 卤族元素性质 | 卤族元素视频 | 卤族元素性质递变规律 | 卤族元素熔沸点 | 卤族元素的性质 | 卤族元素ppt | 卤族元素颜色 |