卤族元素

引入

为什么卤素单质都具有强氧化性？它们在性质上有什么递变规律？

正文

定义

位于元素周期表第 17 族（或第 VIIA 族）的元素，包括氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)、砹(At)。

原子结构特点

卤素原子最外层都有 7 个电子，容易得 1 个电子形成 -1 价阴离子，达到稳定结构，因此化学性质活泼，具有强氧化性。

从 F 到 I，原子半径逐渐增大，原子核对最外层电子的吸引力减弱，得电子能力逐渐减弱，非金属性逐渐减弱，氧化性逐渐减弱。

物理性质

名称	颜色	物态（常温常压）	气味	熔点	沸点	水溶性
氟 $\mathrm{F}{}_2$	淡黄绿色	气体	刺激性	-220℃	-188℃	与水剧烈反应
氯 $\mathrm{Cl}{}_2$	黄绿色	气体	刺激性	-101℃	-34℃	可溶
溴 $\mathrm{Br}{}_2$	深红棕色	液体	刺激性	-7℃	59℃	微溶
碘 $\mathrm{I}{}_2$	紫黑色	固体	刺激性	114℃	184℃	难溶

递变规律：

• 颜色逐渐加深
• 物态从气态→液态→固态
• 熔点、沸点逐渐升高
• 水溶性逐渐降低，但在有机溶剂中溶解性增强

化学性质

与氢气反应

反应剧烈程度从 F 到 I 递减：

卤素	反应条件	反应现象	化学方程式
$\mathrm{F}{}_2$	暗处	爆炸	$\mathrm{H}{}_2+\mathrm{F}{}_2\to 2\mathrm{HF}$
$\mathrm{Cl}{}_2$	光照或点燃	安静燃烧，苍白色火焰	$\mathrm{H}{}_2+\mathrm{Cl}{}_2\stackrel{光照}{\to }2\mathrm{HCl}$
$\mathrm{Br}{}_2$	加热	需加热，反应较缓慢	$\mathrm{H}{}_2+\mathrm{Br}{}_2\stackrel{加热}{\rightleftharpoons }2\mathrm{HBr}$
$\mathrm{I}{}_2$	加热	需持续加热，可逆反应	$\mathrm{H}{}_2+\mathrm{I}{}_2\stackrel{加热}{\rightleftharpoons }2\mathrm{HI}$

与金属反应

卤素单质都能与金属反应，活泼性从 F 到 I 递减。

例如与钠反应：

• $2\mathrm{Na}+\mathrm{Cl}{}_2\stackrel{点燃}{\to }2\mathrm{NaCl}$（剧烈反应，产生白烟）
• $2\mathrm{Na}+\mathrm{Br}{}_2\to 2\mathrm{NaBr}$
• $2\mathrm{Na}+\mathrm{I}{}_2\to 2\mathrm{NaI}$

卤素单质间的置换反应

氧化性强的卤素可以从氧化性弱的卤素的盐溶液中置换出来。

氧化性顺序：$\mathrm{F}{}_2>\mathrm{Cl}{}_2>\mathrm{Br}{}_2>\mathrm{I}{}_2$

例如：

• $2\mathrm{NaBr}+\mathrm{Cl}{}_2\to 2\mathrm{NaCl}+\mathrm{Br}{}_2$（溶液变橙红色）
• $2\mathrm{KI}+\mathrm{Br}{}_2\to 2\mathrm{KBr}+\mathrm{I}{}_2$（溶液变褐色）
• $2\mathrm{KI}+\mathrm{Cl}{}_2\to 2\mathrm{KCl}+\mathrm{I}{}_2$（溶液变褐色）

这个规律可以总结为：前面的卤素能把后面的卤素从盐溶液中置换出来。

卤素离子的检验

检验溶液中是否含有 $\mathrm{Cl}{}^{-}$、$\mathrm{Br}{}^{-}$、$\mathrm{I}{}^{-}$：

1. 先加稀 $\mathrm{HNO}{}_3$ 酸化，排除 $\mathrm{CO}{}_3{}^{2-}$、$\mathrm{SO}{}_3{}^{2-}$ 等离子的干扰
2. 再加 $\mathrm{AgNO}{}_3$ 溶液

现象：

离子	沉淀颜色	化学方程式
$\mathrm{Cl}{}^{-}$	白色沉淀	$\mathrm{Ag}{}^{+}+\mathrm{Cl}{}^{-}\to \mathrm{AgCl}\downarrow$
$\mathrm{Br}{}^{-}$	淡黄色沉淀	$\mathrm{Ag}{}^{+}+\mathrm{Br}{}^{-}\to \mathrm{AgBr}\downarrow$
$\mathrm{I}{}^{-}$	黄色沉淀	$\mathrm{Ag}{}^{+}+\mathrm{I}{}^{-}\to \mathrm{AgI}\downarrow$

注意：这些沉淀都不溶于稀硝酸。

递变规律总结

性质	变化趋势（F → I）	原因
原子半径	逐渐增大	电子层数增加
得电子能力	逐渐减弱	原子核对外层电子吸引力减弱
非金属性	逐渐减弱	得电子能力减弱
氧化性	逐渐减弱	得电子能力减弱
与 H₂ 反应	越来越难	氧化性减弱
颜色	逐渐加深	分子量增大
熔沸点	逐渐升高	分子间作用力增强

引出

• 为什么用稀硝酸酸化而不是用稀盐酸或稀硫酸？
• 卤素单质在有机溶剂中的溶解性和颜色有什么规律？
• 碱金属元素与卤族元素的递变规律有什么对称性？