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卤 素

卤 素. 周期表第七主族元素包括氟、氯、溴、碘和放射性元素砹，称为卤素 (halogen) 。 希腊文原义是成盐元素，这些元素都是典型的非金属元素，易与典型的金属元素生成盐（如： NaCl 、 KF 等 ）。. 卤 素 的 通 性. 一、卤素原子的物理性质* 原子的价层结构为： ns 2 np 5 ，因此在化学反应中卤素原子较易取得一个电子而形成负离子 X － 。. 卤素的基本性质 元素 F Cl Br I

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卤 素

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Presentation Transcript

  1. 卤 素 • 周期表第七主族元素包括氟、氯、溴、碘和放射性元素砹，称为卤素(halogen)。 • 希腊文原义是成盐元素，这些元素都是典型的非金属元素，易与典型的金属元素生成盐（如：NaCl、KF等）。

  2. 卤 素 的 通 性

  3. 一、卤素原子的物理性质* • 原子的价层结构为：ns2np5，因此在化学反应中卤素原子较易取得一个电子而形成负离子X－。

  4. 卤素的基本性质 元素 F Cl Br I 原子序数 9 17 35 53 主要氧化数 -1 -1、1、3、（4）、5、7 原子半径 64 99 114 133 X-离子半径 133 181 196 220 第一电离能 1682 1251 1141 1008 电子亲和能 -333 -349 -325 -295 电负性 4 3 2.8 2.5 X-水和能 -515 -381 -347 -305

  5. 二、单质和化合物在水溶液中的氧化还原能力*二、单质和化合物在水溶液中的氧化还原能力* 卤素部分电势图（酸性介质和碱性介质中）

  6. 从电势图中可见： • 酸性介质中的氧化性较碱性介质中强； • 在酸性介质中卤素单质不发生歧化反应， • 在碱性介质中，Cl2、Br2、I2可发生歧化反应。

  7. 发生的一些反应 2Cl2 + 3Ca(OH)2 === Ca(ClO)2 + CaCl2·Ca(OH)2·H2O + H2O 漂白粉制法 Ca(ClO)2 + 2H2O === Ca(OH)2 + 2HClO HClO ——→ HCl +[O] 漂白粉漂白原理

  8. 3Cl2 + 6KOH（热、浓）==== KClO3 + 5KCl + 3H2O 制KClO3方法 2ClO2 + H2O ==== HClO2 + HClO3 8HClO2 ==== 6ClO2 + Cl2 + 4H2O 3HClO ==== 2HCl + HClO3（加热） 3HClO3 ==== HClO4 + Cl2 + 2O2 + H2O （加热）

  9. 3Br2 + 6KOH ==== KBrO3 + 5KBr + 3H2O 3BrO- === BrO3- + 2Br- 2HBrO ==== HBrO2 + HBr

  10. I2 + 2KOH（过量）=== NaI + NaIO + H2O （55℃） I2 + 2KOH === 2KIO + H2O 3KIO === 2KI + KIO3 3I2 + 6KOH === KIO3 + 5KI + 3H2 （加热） 5HIO === HIO3 + 2I2 + 2H2O

  11. 卤 素 单 质

  12. 一、卤素的单质物理性质*

  13. 气态卤素单质的颜色从氟到碘由浅黄到紫依次加深，这可从外层电子能量的高低来解释。气态卤素单质的颜色从氟到碘由浅黄到紫依次加深，这可从外层电子能量的高低来解释。 • 物质的颜色通常是由于物质对不同波长的光选择吸收的结果。

  14. 碘分子体积大，外层电子受核引力弱，易被激发，即用于激发外层电子的能量要少些，相应地对可见光中波长较长(能量较低)的那部分光的吸收率就增大，从而显示出波长较短的那部分光——紫色。碘分子体积大，外层电子受核引力弱，易被激发，即用于激发外层电子的能量要少些，相应地对可见光中波长较长(能量较低)的那部分光的吸收率就增大，从而显示出波长较短的那部分光——紫色。

  15. 物质的颜色与吸收光波的关系

  16. 二、卤素的成键特性 1．双原子分子中生成一个非极性共价键 2．氧化数为-1时的成键情况（化学键的性质和与之成键原子性质有关），以MX表示-1氧化数的化合物。 （1）M为活泼金属时，则生成离子化合物，发生电子得失为离子键。

  17. （2）M为电负性较小的非金属元素时，H、P等；生成极性共价键。HX、PCl3、PCl5等。（2）M为电负性较小的非金属元素时，H、P等；生成极性共价键。HX、PCl3、PCl5等。 （3）M为具有空原子轨道的过渡元素时，X可作配体提供成对电子与之生成配位键，X是单基配体，由于X2的电负性大，为电价配键（电子对被配位原子吸引强，偏向配位原子）。

  18. 3．除F不显正氧化态外（F的电负性高、与价层结构有关），Cl、Br、I均有正氧化态，分别为+1、+3、+5、+7（含氧酸及盐中、卤素氧化物中）。3．除F不显正氧化态外（F的电负性高、与价层结构有关），Cl、Br、I均有正氧化态，分别为+1、+3、+5、+7（含氧酸及盐中、卤素氧化物中）。

  19. 三、卤素单质的化学性质* 1、与金属作用 • 可与活泼的金属反应生成相应的卤化物。 • F2可以存放在Cu、Ni、Mg或它们的合金中，它们与F2生成的氟化物可阻止反应进一步发生。 • 氟与单质反应时总是把与之反应的单质氧化到最高氧化态。

  20. Cl2在干燥的条件下与Fe不发生反应，可用铁罐中运输。与金属的反应较氟与金属的反应活性弱 。 • Br2、I2与金属反应分两种情况： （1）活泼金属常温反应 （2）其它金属加热条件下反应。与氯能反应的金属可与溴和碘反应，只是条件要更剧烈些。

  21. 2、与非金属反应 • 除O2、N2和惰性气体外，F2与非金属均可发生作用化合。 • Cl2与大多数非金属可反应，程度较F2稍弱些，可与O作用生成ClO2等物质。 • 氯可与F、Br、I之间生成卤素互化物：ClF、ClF3、ICl3等。

  22. Br、I活性降低，与P作用生成三溴或三碘化物，而不能生成五溴化物。Br、I活性降低，与P作用生成三溴或三碘化物，而不能生成五溴化物。 • 与H2的反应，F2激烈，Cl2与H2反应发生光化学反应，速度高可发生爆炸； • Br2、I2与H2的反应相对较慢，需加热反应。

  23. 3、与水的反应 • X2与水的反应分为两类： （1） 4X2 + 2H2O ==== 4H+ + 4X- + O2 • F2与水的反应属于该类型。 • Cl2与水的反应在光照的条件下可以缓慢地进行放出氧气；溴的反应更慢，碘不与水反应，但逆反应可发生。

  24. （2）歧化反应 • 实际中Cl2、Br2与水的反应是一歧化反应，原因是上反应中的活化能高不可进行，发生下反应 X2 + 2H2O ==== H3O+ + X- + HXO • X2不同、温度不同时生成的产物也不相同。

  25. 卤 素 的 化 合 物

  26. 一、卤化氢和氢卤酸 1、卤化氢的物理化学性质 • HX易液化，液态HX不导电。 • HX(g)：从上→下，沸点→大，△fHm→小，键能→小，偶极矩→小。

  27. HX(aq)：从上→下，酸性→大，HF酸性弱，HI酸性强；HX(aq)：从上→下，酸性→大，HF酸性弱，HI酸性强； • 在水溶液中HCl→HI，离解度→大； • HX水溶液熔点和沸点、汽化热变化有一反常表现：是什么？

  28. 氢卤酸酸性、X-的还原性是该物质主要化学性质。氢卤酸酸性、X-的还原性是该物质主要化学性质。 • HF→HI，还原性→强，HF无还原性，以腐蚀性为主。 • 而HF→HI，酸性→强。与HF存在分子间氢键有关。

  29. 2、卤化氢的制备 （1）与H2作用 H2 + X2 === 2HX • 有实际意义的是H2与Cl2的反应，与F2的反应太激烈，与Br2、I2反应太慢。

  30. （2）MX与浓硫酸反应(实验室中制取HX的方法) 2MX + H2SO4（浓）==== M2SO4 + 2HX↑ CaF2 + H2SO4 ==== CaSO4 + 2HF NaCl + H2SO4 ==== NaHSO4 + HCl NaHSO4 + NaCl ==== Na2SO4 + HCl (加热) • MBr、MI则需用浓H3PO4与之反应制备，因为HBr、HI可与H2SO4发生氧化还原反应。

  31. （3）HBr、HI制备 • PBr3或PI3的水解 PBr3 +3H2O ——→ H3PO3 + 3HBr （4）RH的卤代反应 • 有机化合物卤代反应中得到副产物HX经常存在，分离得到HX。

  32. 二、卤素氧化物和含氧酸及其盐 1、氧化物 • 卤素氧化物稳定性低，碘的氧化物稳定；卤素的氧化物多数以含氧酸、含氧酸盐形式存在。卤素高价态氧化物比低价态氧化物稳定。

  33. 在氧化物中，ClO2较重要，是强氧化剂，与还原剂物质接触可爆炸，它用来净化水和对纸张、纤维等的漂白。在氧化物中，ClO2较重要，是强氧化剂，与还原剂物质接触可爆炸，它用来净化水和对纸张、纤维等的漂白。 2ClO2 + H2O ==== HClO2 + HClO3 • 是HClO2和HClO3的混合酸酐。

  34. 另一物质是I2O5，是HIO3的酸酐，可定量地与CO作用，测定CO的含量。另一物质是I2O5，是HIO3的酸酐，可定量地与CO作用，测定CO的含量。 I2O5 + 5CO ==== 5CO2 + I2

  35. 2、含氧酸及其盐 通式为： HXO HXO2 HXO3 HXO4 酸性 ——————————→ 大 • 卤素的含氧酸中只有HClO4、HIO3、HIO4、H5IO6 可稳定存在，其余的仅存在于溶液中。

  36. （1）HXO与XO-： HClO HBrO HIO 酸性 ——————————→小 稳定性——————————→小 • HXO是弱酸。它们的盐可溶于水，溶液的pH ＞8。

  37. 次卤酸离子

  38. XO- + H2O ==== HXO + OH- • 可视为阴离子碱的离解，产物中生成OH-，显碱性。 HXO可由X2与H2O反应生成 X2 + H2O ==== H+ + X- +HXO 反应的Ko较小，加碱、CO32-等利用平衡向产物方 向移动移动。

  39. HXO是较强的氧化剂，有光或催化剂存在时发生下反应HXO是较强的氧化剂，有光或催化剂存在时发生下反应 2HXO ——→ 2HX + O2↑ • 加热下发生歧化，反应易于进行，IO-在溶液中不存在： 3HXO === 2HX + HXO3 IO- → I- + IO3-利用该反应进行分析滴定。

  40. （2）HXO2与XO2-： • 已知的仅HClO2于溶液中存在，HClO2热稳定性差，酸性大于HClO，ClO2-在溶液中稳定，是强氧化剂、漂白剂。 盐的制备： 2ClO2 + Na2O2 === 2NaClO2 + O2↑

  41. 亚卤酸离子

  42. 固态加热盐会发生爆炸，溶液加热发生下反应：固态加热盐会发生爆炸，溶液加热发生下反应： 3NaClO2 ==== 2NaClO3 + NaCl • 酸的制备： H2SO4 + Ba(ClO2)2 == BaSO4↓+ 2HClO2

  43. （3）HXO3与XO3-： • HClO3 HBrO3 HIO3，从前→后，稳定性→大，相应的盐的溶解度→小； • HClO3、HBrO3是强酸，HIO3是中强酸。 • 浓溶液为强氧化剂，氧化能力由标准电极电势可知： BrO3-＞ ClO3-＞ IO3-

  44. 卤酸离子

  45. 酸的制备： Ba(XO3)2 + H2SO4 ==== BaSO4↓+ 2HXO3 I2 + 10HNO3 === 2HIO3 + 10NO2↑+ 4H2 盐的制备： 3I2 + NaOH ==== NaIO3 + 5NaI + 3H2O KI + 6KOH + 3Cl2 = KIO3 + 6KCl + 3H2O

  46. （4）高卤酸和盐： • HXO4与 XO4-，H5IO6（ HIO4）和IO65-（IO4-）。HClO4是无机酸中的最强酸，室温下氧化活性很弱，浓热的HClO4是强氧化剂。 • H5IO6（正高碘酸或仲高碘酸） HIO4（偏高碘酸）最重要，稳定性相对较高。

  47. XO4-

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