卤族元素的化学性质

Question

关系图与化学方程式

Answer 1

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Cl Br I 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<HCL<HBr<HI 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。
[编辑本段]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 \\ \\ \\ \\ 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， \\

[编辑本段]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）
卤素的物理、化学特性
通常来说，液体卤素分子的沸点均要高于它们所对应的烃链(alcane)。这主要是由于卤素分子比烃链更加电极化，而分子的电极化增加了分子之间的连接力（正电极与负电极的相互吸引），这使我们需要对液体提供更多的能量才能使其蒸发。 卤素的物理特性和化学特性明显区分与于它对应的烃链的主要原因，在于卤素原子（如F,Cl,Br,I)与碳原子的连接，即C-X的连接，明显不同于烃链C-H连接。 * 由于卤素原子通常具有较大的负电性，所以C-X连接比C-H连接更加电极化，但仍然是共价键。 * 由于卤素原子相较于碳原子，通常体积和质量较大，所以C-X连接的偶极子矩（Dipole Moment）和键能（Bonding Energy）远大于C-H，这些导致了C-X的连接力（Bonding strength）远小于C-H连接。 * 卤素原子脆弱的p轨道（Orbital）与碳原子稳定的sp3轨道相连接，这也大大降低了C-X连接的稳定性。 位于元素周期表右方的卤族元素是典型的非金属。卤素的电子构型均为ns2np5，它们获取一个电子以达到稳定结构的趋势极强烈。所以化学性质很活泼，自然状态下不能以单质存在，一般化合价为-1价，即卤离子（X-）的形式。 卤素单质都有氧化性，氧化性从氟到碘依次降低。碘单质氧化性比较弱，三价铁离子可以把碘离子氧化为碘。 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。 只由两种不同的卤素形成的化合物叫做互卤化物，其中显电正性的一种元素呈现正氧化态，氧化态为奇数。这是由于卤素的价电子数是奇数，周围以奇数个其它卤原子与之成键比较稳定(如IF7)。互卤化物都能水解。
卤素的有机化学反应
在有机化学中，卤族元素经常作为决定有机化合物化学性质的官能团存在。 氯的存在范围最广，按照氟、溴、碘的顺序减少，砹是人工合成的元素。卤素单质都是双原子分子，都有很强的挥发性，熔点和沸点随原子序数的增大而增加。常温下，氟、氯是气体、溴是液体，碘是固体。 卤素最常见的有机化学反应为亲核取代反应（nucleophilic substitution）。 通常的化学式如： Nu:- + R-X ;=R-Nu + X- "Nu:-"在这里代表亲核负离子，离子的亲核性越强，则产率和化学反应的速度越可观。 "X"在这里代表卤素原子，如F,Cl,Br,I,若X-所对应的酸(即HX)为强酸，那么产率和反应的速度将非常可观，如果若X-所对应的酸为弱酸，则产率和反应的速度均会下降。 在有机化学中，卤族元素经常作为决定有机化合物化学性质的官能团存在。卤素的有机化学反应 卤素的制成 * 从一个未饱和烃链制作卤素为最简单的方式，通过加成反应，如： CH3-CH2-CH=CH2 + HBr——→CH3-CH2-CH(Br)-CH₃ 不需要催化剂的情况下，产率90%以上。 * 如果希望将Br加在烃链第一个碳原子上，可以使用Karasch的方式： CH3-CH2-CH=CH₂+ HBr ——→ CH3-CH2-CH2-CH2-Br + H2O 催化剂：H2O₂ 产率90%以上。 * 从苯制作卤素泽必须要通过催化剂，如： C6H6 + Br2 ——→C6H5-Br 催化剂：FeBr3或者AlCl3 产率相当可观。 * 从酒精制作卤素，必须通过好的亲核体，强酸作为催化剂以提高产率和速度： CH3-CH2-CH2-CH2-OH + HBr ——→CH3-CH2-CH2-CH2-Br + H2O 注意此反应为平衡反应，故产率和速度有限。 ⅦA 族元素包括氟（ F ）、氯 (Cl) 、溴（ Br ）、碘（ I ）、砹（ At ），合称卤素。其中砹（ At ）为放射性元素，在产品中几乎不存在，前四种元素在产品中特别是在聚合物材料中以有机化合物形式存在。目前应用于产品中的卤素化合物主要为阻燃剂： PBB ， PBDE ， TBBP-A ， PCB ，六溴十二烷，三溴苯酚，短链氯化石蜡；用于做冷冻剂、隔热材料的臭氧破坏物质： CFCs 、 HCFCs 、 HFCs 等。 危害：在塑料等聚合物产品中添加卤素（氟，氯，溴，碘）用以提高燃点，其优点是：燃点比普通聚合物材料高，燃点大约在 300℃ 。燃烧时，会散发出卤化气体（氟，氯，溴，碘），迅速吸收氧气，从而使火熄灭。但其缺点是释放出的氯气浓度高时，引起的能见度下降会导致无法识别逃生路径，同时氯气具有很强的毒性，影响人的呼吸系统，此外，含卤聚合物燃烧释放出的卤素气在与水蒸汽结合时，会生成腐蚀性有害气体（卤化氢），对一些设备及建筑物造成腐蚀。 PBB ， PBDE ， TBBPA 等溴化阻燃剂是目前使用较多的阻燃剂，主要应用在电子电器行业，包括：电路板、电脑、燃料电池、电视机和打印机等等。 这些含卤阻燃剂材料在燃烧时产生二恶英，且在环境中能存在多年，甚至终身累积于生物体，无法排出。 因此，不少国际大公司在积极推动完全废止含卤素材料，如禁止在产品中使用卤素阻燃剂等。 目前对于无卤化的要求，不同的产品有不同的限量标准： 如无卤化电线电缆其中卤素指标为：所有卤素的值 ≤50PPM (根据法规 PREN 14582) ;燃烧后产生卤化氢气体的含量＜100PPM (根据法规 EN 5067-2-1) ;燃烧后产生的卤化氢气体溶于水后的 PH 值大于等于4.3( 弱酸性 ) (根据法规 EN-5 0267-2-2);产品在密闭容器中燃烧后透过一束光线其透光率 ≥60% (根据法规 EN-50268-2) 。

Answer 2

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Cl Br I  

 3.与金属反应；如：3Cl2+2Fe=2FeCl3  

 4.与碱反应；如：Br2+2NaOH=NaBr+NaBrO+H2O   

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<HCL<HBr<HI   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。

Answer 3

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Cl Br I
3.与金属反应；如：3Cl2+2Fe=2FeCl3
4.与碱反应；如：Br2+2NaOH=NaBr+NaBrO+H2O
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<HCL<HBr<HI 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。

Answer 4

氧化性强，从上向下氧化性减弱