高中化学卤素.docx
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高中化学卤素
卤素的化学性质都很相似,它们的最外电子层上都有7个电子,有取得一个电子形成稳定的八隅体结构的卤离子的倾向,因此卤素都有氧化性,原子半径越小,氧化性越强,因此氟是单质中氧化性最强者。
除F外,卤素的氧化态为+1、+3、+5、+7,与典型的金属形成离子化合物,其他卤化物则为共价化合物。
卤素与氢结合成卤化氢,溶于水生成氢卤酸。
卤素之间形成的化合物称为互卤化物,如ClF3、ICl。
卤素还能形成多种价态的含氧酸,如HClO、HClO2、HClO3、HClO4。
卤素单质都很稳定,除了I2以外,卤素分子在高温时都很难分解。
卤素及其化合物的用途非常广泛。
例如,我们每天都要食用的食盐,主要就是由氯元素与钠元素组成的氯化物。
卤素单质的毒性,从F开始依次降低。
从F到At,其氢化物的酸性依次增强。
但氢化物的稳定性呈递减趋势。
氧化性:
F₂>Cl₂>Br₂>I₂>At₂,但还原性相反。
氟
氟气常温下为淡黄色的气体,有剧毒。
与水反应立即生成氢氟酸和氧气并发生燃烧,同时能使容器破裂,量多时有爆炸的危险。
氟、氟化氢和氢氟酸对玻璃有较强的腐蚀性。
氟是氧化性最强的元素,只能呈-1价。
单质氟与盐溶液的反应,都是先与水反应,生成的氢氟酸再与盐的反应,通入碱中可能导致爆炸。
水溶液氢氟酸是一种弱酸。
但却是稳定性、腐蚀性最强的氢卤酸,如果皮肤不慎粘到,将一直腐蚀到骨髓。
化学性质活泼,能与几乎所有元素发生反应(除氦、氖)。
氯
氯气常温下为黄绿色气体,可溶于水,1体积水能溶解2体积氯气。
有毒,与水部分发生反应,生成HCl与次氯酸,次氯酸不稳定,分解放出氧气,并生成盐酸,次氯酸氧化性很强,可用于漂白。
氯的水溶液称为氯水,不稳定,受光照会分解成HCl与氧气。
液态氯气称为液氯。
HCl是一种强酸。
氯有多种可变化合价。
氯气对肺部有强烈刺激。
氯可与大多数元素反应。
氯气具有强氧化性氯气与变价金属反应时,生成最高金属氯化物
溴
液溴,在常温下为深红棕色液体,可溶于水,100克水能溶解约3克溴。
挥发性极强,有毒,蒸气强烈刺激眼睛、粘膜等。
水溶液称为溴水。
溴单质需要加水封存,防止蒸气逸出危害人体。
有氧化性,有多种可变化合价,常温下与水微弱反应,生成氢溴酸和次溴酸。
加热可使反应加快。
氢溴酸是一种强酸,酸性强于氢氯酸。
溴一般用于有机合成等方面。
碘
加碘化物可增加碘的溶解度并加快溶解速度。
100g水在常温下可溶解约0.02g碘。
低毒,氧化性弱,有多种可变化合价。
有升华性,加热即升华,蒸汽呈紫红色,但无空气时为深蓝色。
有时需要加水封存。
氢碘酸为无放射性的最强氢卤酸,也是无放射性的最强无氧酸。
但腐蚀性是所有无放射氢卤酸中最弱的,仅对皮肤有刺激性。
有还原性。
碘是所有卤族元素中最安全的,因为氟、氯、溴的毒性、腐蚀性均比碘强,而砹虽毒性比碘弱,但有放射性。
但是,碘对人体并不安全,尤其是碘蒸气,会刺激粘膜。
即使要补碘,也要用无毒的碘酸盐。
所以所有的卤族元素对人体都不安全。
化学性质
相似性:
1.均能与H₂发生反应生成相应卤化氢,卤化氢均能溶于水,形成无氧酸。
H₂(g)+F₂(g)=2HF(g)(会发生爆炸)
H₂(g)+Cl₂(g)=(点燃或光照)2HCl(g)(会发生爆炸)
H₂(g)+Br₂(g)=(500摄氏度加热)2HBr(g)
H₂(g)+I₂(g)=(持续加热)2HI(g)(可逆反应).
2HI(g)=(加热)H₂(g)+I₂(g)
2.均能与水反应生成相应的氢卤酸和次卤酸(氟除外)
2F₂(g)+2H2O(l)=4HF(aq)+O₂(g)
X₂(g)+H2O(l)=HX(aq)+HXO(aq)X=表示ClBrI
3.与金属反应;如:
3Cl2+2Fe=2FeCl3
4.与碱反应;如:
Br2+2NaOH=NaBr+NaBrO+H2O
B.差异性
1.与氢气化合的能力,由强到弱
2.氢化合物的稳定性逐渐减弱
3.卤素单质的活泼性逐渐减弱
稳定性:
HF>HCL>HBr>HI
酸性:
HF 单质氧化性: F2>CL2>Br2>I2 阴离子还原性: F-<Cl-<Br-<I- F-只有还原性,其余既有氧化性又有还原性。 单质物理性质卤素相关颜色 元素 单质 水溶液(溶解度为20℃的数据) CCl4 苯 酒精 银盐 其他 F 氟气: 淡黄绿色 与水剧烈反应 \\ \\ \\ AgF;白色,可溶于水 K/NA+单一卤素的均为白色,液体透明无色 Cl 氯气: 黄绿色 氯水: 黄绿色,溶解度0.09mol/L 黄绿色 黄绿色 AgCl: 白色,难溶于水 CuCl2固体: 棕黄溶液: 蓝色 FeCl3溶液: 黄色 FeCl2溶液: 浅绿色 Br 液溴: 深红棕色 溴水: 橙色,溶解度0.21mol/L 橙红色 橙红色 橙红色 AgBr: 淡黄色,难溶于水 BaBr2溶液: 无色 CuBr2固体: 黑色结晶或结晶性粉末 MgBr2溶液: 无色 I 碘单质: 紫黑色 碘蒸气;紫色 碘水: 紫色,溶解度0.0013mol/L 紫色 紫色 褐色 AgI: 黄色,难溶于水, \\ 元素性质 原子结构特征 最外层电子数相同,均为7个电子,由于电子层数不同,原子半径不,从F~I原子半径依次增大,因此原子核对最外层的电子的吸引能力依次减弱,从外界获得电子的能力依次减弱,单质的氧化性减弱。 递变性 与氢反应的条件不同,生成的气体氢化物的稳定性不同,HF>HCl>HBr>HI, 无氧酸的酸性不同,HI>HBr>HCl>HF.。 与水反应的程度不同,从F2~I2逐渐减弱。 注意: 萃取和分液的概念 ·在溴水中加入四氯化碳振荡静置有何现象? (分层,下层橙红色上层无色) ·在碘水中加入煤油振荡静置有何现象? (分层,上层紫红色,下层无色) 卤离子的鉴别: 加入HNO3酸化的硝酸银溶液, 氯离子: 得白色沉淀Ag+(aq)+Cl-(aq)——→AgCl(s) 溴离子: 得淡黄色沉淀Ag+(aq)+Br-(aq)——→AgBr(s) 碘离子: 得黄色沉淀Ag+(aq)+I-(aq)——→AgI(s) 卤素的化学特性 卤素单质在碱中容易歧化,方程式为: 3X₂(g)+6OH-(aq)——→5X-(aq)+XO3-(aq)+3H2O(l) 但在酸性条件下,其逆反应很容易进行: 5X-(aq)+XO3-(aq)+6H+(aq)——→3X₂(g)+3H2O(l) 这一反应是制取溴和碘单质流程中的最后一步。 卤素的氢化物叫卤化氢,为共价化合物;而其溶液叫氢卤酸,因为它们在水中都以离子形式存在,且都是酸。 氢氟酸一般看成是弱酸,pKa=3.20。 氢氯酸(即盐酸)、氢溴酸、氢碘酸都是化学中典型的强酸,它们的pKa均为负数,酸性从HCl到HI依次增强。 卤素可以显示多种价态,正价态一般都体现在它们的含氧酸根中: +1: HXO(次卤酸) +3: HXO₂(亚卤酸) +5: HXO₃(卤酸) +7: HXO₄(高卤酸) 卤素的含氧酸均有氧化性,同一种元素中,次卤酸的氧化性最强。 卤素的氧化物都是酸酐。 像二氧化氯(ClO₂)这样的偶氧化态氧化物是混酐。 有X2代表卤素 1.卤素单质与金属反应? 2.卤素单质与氢气反应? 3.还原性从强到弱? 4.卤素单质与碱溶液反应? 5.卤素单质之间的置换反应? 最佳答案 1M+X2=MX2或2M+X2=2MX(依此类推) 2H2+X2=(一定条件)=2HX 3I2>Br2>Cl2>F2 42NaOH+X2=NaX+NaXO+H2O(4NaOH+2F2=4NaF+2H2O+O2↑) 5氟不会在水溶液中置换其它卤素因为会与水反应 Cl2+2Br-=2Cl-+Br2 Cl2+2I-=2Cl-+I2 Br2+2I-=2Br-+I2 Cl2,Br2和水的反应都是可逆的,要用可逆号,不能用等号 HF最稳定,HI加热易分解,所以热稳定性随X的核电荷数增大而降低 F2、Cl2、Br2、I2的颜色分别是浅黄绿色、黄绿色、红棕色、紫黑色,颜色逐渐加深。 。 。 。 随荷电核数增加,单质熔点升高。 HF,HCl,HBr,HI,HAt等卤素气态氢化物均无颜色。 。 卤族单质的物理性质中颜色由浅→深,状态由气→固。 。 根据HX的稳定性变化规律可知HAt不可能很稳定,卤素阴离子还原性逐渐增强,因此At—还原性较强。 根据AgX的溶解性可知AgAt可能不溶于水 F2很活泼,能和水反应,所以F2与其他卤素盐溶液反应时,先和水反应: 2F2+2H2O==4HF+O2↑,而不是将式量大的卤族单质从它的盐溶液里置换出来 氟化银可溶 氯化银白色沉淀 溴化银浅黄色沉淀 碘化银黄色沉淀 卤族元素是没有酸性的,你想说的是卤族元素最高价氧化物水化物的酸性比较吧? 卤族元素非金属性是同周期从上往下递减。 所以F的非金属性最强,但是F没有最高正价,所以没有高氟酸这个物质。 所以酸性最强的酸是高氯酸。 HClO4>HI>HBr≈H2SO4>HCl>HClO3>HNO3(以上为强酸)>H2C2O4(草酸)>H2SO3>H3PO4>CH3COCOOH(丙酮酸)>HNO2(以上为中强酸)>HF>HCOOH>C3H6O3(乳酸)>C6H5COOH(苯甲酸)>CH2=CH-COOH(丙烯酸)>CH3COOH>C2H5COOH(丙酸)>C17H33COOH(油酸)>C17H35COOH(硬脂酸)>H2CO3>H2S>HClO>H3BO3>H2SiO3>C6H5这是因为元素价态不同,含氧酸里面的元素是正价,而无氧酸里面的元素是负价。 它们所具有的化学性质在变。 那得看元素的非金属性的强弱,元素的非金属性越强,则其最高价氧化物对应的水化物酸性就越强. 在同一周期中,随着核电荷数增加,元素的非金属性增强,其最高价氧化物对应的水化物酸性就越强. 在同一主族中,随着核电荷数的增加,元素的非金属性减弱,其最高价氧化物对应的水化物酸性就越弱. 对我有帮助 高中化考点精讲卤素 1.复习重点 1.卤素单质在物理性质和化学性质上的主要差异及递变规律; 2.卤族元素的化合物性质的递变性; 3.卤化银的性质、用途及碘与人体健康的关系。 4.重点考查卤素性质的变化规律。 2.难点聚焦 1.卤族元素 卤族元素包括: F、Cl、Br、I、At。 它们的原子最外电子层都有7个电子,因此它们的化学性质相似,都具有强氧化性。 由于原子核外电子层数不同,因此它们的性质也存在着差异。 (1)相似性 ①与金属反应: 2Fe+3Br2=2FeBr3,Fe+I2=FeI2 ②与非金属反应: H2+F2=2HF,2P+3Br2=2PBr3 ③与水反应: H2O+Br2=HBr+HBrO(程度更小);2F2+2H2O=4HF+O2↑(剧烈、完全) ④与碱反应: 2NaOH+Br2=NaBr+NaBrO+H2O;2NaOH+I2=NaI+NaIO+H2O(注: 也可生成NaI和NaIO3) (2)相异性(变化规律)注意点: ①F2的氧化性特别强,因此F-的还原性特别弱。 ②Br-、I-都有较强的还原性,都能被浓H2SO4和HNO3氧化,因此用NaBr和浓H2SO4反应制HBr时,其中含有Br2蒸气和SO2气体,应用浓H3PO4代替浓H2SO4制HBr。 用浓H2SO4几乎不能制取HI,所以必须用浓H3PO4和KI等反应制HI。 ③HX都极易溶于水,在空气中形成白雾。 2.两类置换反应 (1)金属间的置换: 活泼金属置换不活泼金属。 Fe+CuSO4=FeSO4+Cu反应意义: ①说明金属活动性强弱;②制备金属。 (2)非金属间的置换: 活泼非金属置换不活泼非金属。 2NaBr+Cl2=2NaCl+Br2;2KI+Br2=2KBr+I2;2F2+2H2O=4HF+O2↑意义: ①比较非金属单质活泼性强弱;②制备非金属单质。 溴和碘在水中溶解性均很弱,而在某些有机溶剂中(如: 苯、汽油、四氯化碳)则易溶。 注: 溶液的颜色与浓稀有关,浓溶液颜色深,稀溶液颜色浅,如饱和溴水为红棕色,而很稀的溴水则为浅黄色。 4.萃取 (1)原理: 利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同,用一种溶剂把溶质从它与另一种溶剂所组成的溶液中提取出来。 (2)操作步骤: ①混合振荡,②静置分层,③分液。 使用的仪器是分液漏斗。 (3)注意点: ①萃取剂必须具备两点: a.与溶剂不相溶,b.溶质在萃取剂中的溶解度较大。 注: 酒精易溶于水不能做水溶液萃取剂,苯和汽油比水轻,CCl4比水重。 ②萃取常在分液漏斗中进行,分液是萃取操作中的一个步骤。 ③分液时,打开分液漏斗的活塞,将下层液体从漏斗颈放出,当下层液体刚好放完时要立即关闭活塞,不要让上层液体流出,上层液体从分液漏斗上口倒出。 5.氟化氢 (1)性质 ①有剧毒的无色气体,极易溶于水。 氢氟酸为弱酸(其它氢卤酸均为强酸)。 ②与SiO2反应: SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O注: 此反应为HF的特性,换成HCl则与SiO2不反应。 氢氟酸能腐蚀玻璃,用于玻璃刻字。 氢氟酸应保存在铅制容器或塑料容器中。 (2)制法CaF2+H2SO4(浓)=2HF↑+CaSO4此反应不能在玻璃器皿中进行,为什么? CaF2是萤石的主要成分,它不溶于水,是氟元素的重要资源。 6.卤化银 除AgF外,其它卤化银均不溶于水和稀HNO3,是检验X-的原理。 Ag++Cl-=AgCl↓(白色);Ag++Br-=AgBr↓(浅黄色);Ag++I-=AgI↓(黄色) 注意点: ①3Ag++PO43-=Ag3PO4(黄色)。 但Ag3PO4溶于HNO3: Ag3PO4+2H+=3Ag++H2PO4- ②AgX(除AgF)见光易分解成银和卤素单质。 AgBr和AgI可做感光材料或变色镜。 反应及现象为: 2AgCl=2Ag+Cl2;2AgBr=2Ag+Br2;2AgI=2Ag+I2固体逐渐变成黑色,这是单质银的小颗粒。 1.卤素单质在不同的溶剂中分别呈什么颜色? Cl2在水中溶解度较大,它在水中和有机溶剂中均呈黄绿色,与气态颜色相近。 Br2、I2在水中溶解度较小,所以它们在水中颜色较在有机溶剂中的颜色浅。 一、氯水成分的多样性 氯气溶于水得到的溶液叫做氯水,常温下1体积水溶解大约2体积Cl2,而溶解的Cl2约只有39%与水发生反应,在氯水中存在如下三个平衡: ①Cl2+H2OHCl+HClO②HClOH++ClO—③H2OH++OH— 所以在氯水中含有三种分子: Cl2、H2O、HClO;四种离子: H+、Cl—、ClO—及少量OH—。 二、氯水性质的多样性 由于氯水中成分的多样性,使得氯水性质也具有多样性: 如Cl2、HclO的强氧化性,HCl的强酸性,HClO的弱酸性等。 1.氧化性: 当氯水与Fe2+、I—、S2—、SO32—等还原性物质作用时,起反应的是Cl2分子。 2.酸性: 当氯水与较活泼金属(如Al、Mg等)、弱酸盐(如NaHCO3、Na2CO3等)作用时,起反应的是H+离子。 3.漂白性: 氯水使品红溶液等有机色质褪色,起反应的是HClO分子。 4.沉淀反应: 当氯水与AgNO3溶液反应时,产生白色沉淀,起反应的是Cl—离子。 在某些反应中,起反应的不止一种微粒。 如新制的氯水中滴加紫色石蕊试液先变红后褪色,起反应的是H+和HClO。 三、氯水参与反应类型的多样性 1.化合反应 ①向氯水中加入不活泼金属Cu: Cu+Cl2=CuCl2 ②氯水与Mg等活泼金属发生的主反应: Mg+Cl2=MgCl2 2.分解反应 氯水久置或见光: 故久置氯水的黄绿色消失,pH减小,可视为稀盐酸。 氯水通常随配随用,如需贮存备用,宜放在棕色瓶中并置于冷暗处。 3.置换反应 ①氯水与Mg等活泼金属发生的副反应: Mg+2HCl=MgCl2+H2↑ ②氯水与浓氨水反应: 3Cl2+2NH3=N2+6HCl或3Cl2+8NH3=N2+6NH4Cl ③氯水与硫化钠溶液反应: Na2S+Cl2=2NaCl+S↓ ④氯水与少量溴化亚铁溶液反应: 2FeBr2+3Cl2(足量)=2FeCl3+2Br2 ⑤氯水与碘化钾溶液反应: 2KI+Cl2=2KCl+I2 故可用润湿的KI淀粉试纸对Cl2收集的验满。 4.复分解反应 ①氯水中加碳酸钙: CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑ ②氯水与硝酸银溶液反应: AgNO3+HCl=AgCl↓+HNO3 5.其他氧化还原反应 ①向氯水中加入NaOH溶液: Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O ②氯水与亚硫酸钠溶液反应: Na2SO3+Cl2+H2O=Na2SO4+2HCl ③少量氯水与溴化亚铁溶液反应: 6FeBr2+3Cl2(少量)=2FeCl3+4FeBr3 ④二氧化硫通入氯水中: SO2+Cl2+2H2O=H2SO4+2HCl 次氯酸有强氧化性,某些有色有机物被次氯酸氧化,破坏了其中的显色结构而褪色,但不能使有色的无机离子(Fe3+、Cu2+、MnO4—)褪色。 6.加成反应 向氯水中通入乙烯: Cl2+CH2=CH2→CH2ClCH2Cl 故盛氯水的试剂瓶不能用橡皮塞,因为橡胶中含有不饱和的碳碳键。 氯元素是一种重要的卤族元素,化学性质特别活泼,氯元素的价态变化也很复杂,现总结如下: 一、Cl2→Cl—(氯气的强氧化性) 1.氯气与多数金属反应 2Fe+3Cl2=2FeCl3(氯气的氧化性强,生成高价物) Cu+Cl2=CuCl2(氯气的氧化性强,生成高价物) Mg+Cl2=MgCl2 2.氯气与某些非金属反应 2P+3Cl2=2PCl3(少量氯气,生成液态PCl3) 2P+5Cl2=2PCl5(足量氯气,生成固态PCl5) H2+Cl2=2HCl(工业上制盐酸) 3.氯气与某些还原性化合物反应 2KI+Cl2=2KCl+I2(工业上制碘) 2KBr+Cl2=2KCl+Br2(工业上制溴) Na2SO3+Cl2+H2O=Na2SO4+2HCl SO2+Cl2+2H2O=H2SO4+2HCl(漂白的二氧化硫与氯气不能混用) 2FeBr2+3Cl2=2FeCl3+2Br2(足量氯气) 6FeBr2+3Cl2=2FeCl3+4FeBr3(少量氯气) Na2S+Cl2=2NaCl+S↓ 3Cl2+2NH3=N2+6HCl(少量氨气) 3Cl2+8NH3=N2+6NH4Cl(足量氨气) 二、Cl2→Cl—+ClO—(岐化反应,氯气的氧化性、还原性) 1.氯气与水反应 Cl2+H2O=HCl+HClO 2.氯气与碱溶液反应 Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O(制氯气的尾气吸收) 2Cl2+2Ca(OH)2==CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O(工业上制漂白粉) 三、Cl2→Cl—+ClO3—(岐化反应,氯气的氧化性、还原性) 3Cl2+6KOH(浓)5KCl+KClO3+3H2O(实验室制氯酸钾) 四、Cl—→Cl2(氯化物的还原性) 1.氯化物被强氧化剂氧化 MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O(实验室用舍勒法制氯气) 2KMnO4+16HCl(浓)==2KCl+2MnCl2+8H2O+5Cl2↑(实验室快速制氯气) MnO2+4NaCl+4H2SO4(浓)==MnCl2+4NaHSO4+Cl2↑+2H2O(贝托雷法制氯气) 14HCl(浓)+K2Cr2O7=2KCl+2CrCl3+3Cl2↑+7H2O(实验室快速制氯气) PbO2+4HCl(浓)==2PbCl2+2H2O+Cl2↑ 4HCl+O22Cl2↑+2H2O(地康法制氯气) 2.电解氯化钠熔融物或氯化钠溶液 2NaCl2Na+Cl2↑(工业上制钠,副产物氯气) 2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑(工业上制烧碱,副产物氯气) 五、Cl—+ClO—→Cl2(归中反应) Ca(ClO)2+4HCl(浓)==CaCl2+Cl2↑+2H2O 六、Cl—+ClO3—→Cl2(归中反应) KClO3+6HCl(浓)==KCl+3Cl2↑+3H2O(实验室快速制氯气) 七、ClO3—→Cl—(氯酸盐的强氧化性) 2KClO32KCl+2O2↑(实验室制氧气) 2KClO3+I2==2KIO3+Cl2↑(一定条件下反应) 八、ClO—→Cl2(次氯酸盐的强氧化性) KClO+3KI+H2O==KCl+2KOH+I2(次氯酸根离子与碘离子不能共存) 词条图册更多图册
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