高中化学卤素知识点

卤族元素的代表：氯卤族元素指周期系ⅦA族元素。包括氟（F）、氯（Cl）、溴（Br）、碘（I）、砹（At），简称卤素。它们在自然界都以典型的盐类存在，是成盐元素。卤族元素的单质都是双原子分子，它们的物理性质的改变都是很有规律的，随着分子量的增大，卤素分子间的色散力逐渐增强，颜色变深，它们的熔点、沸点、密度、原子体积也依次递增。卤素都有氧化性，氟单质的氧化性最强。卤族元素和金属元素构成大量无机盐，此外，在有机合成等领域也发挥着重要的作用。Halogen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：F₂Cl₂Br₂I₂At₂，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ClBrI3.与金属反应；如：3Cl2+2Fe=2FeCl34.与碱反应；如：Br2+2NaOH=NaBr+NaBrO+H2OB.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：HFHCLHBrHI酸性：HFHCLHBrHI单质氧化性：F2CL2Br2I2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；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（DipoleMoment）和键能（BondingEnergy）远大于C-H，这些导致了C-X的连接力（Bondingstrength）远小于C-H连接。紫色*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（nucleophilicsubstitution）。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PREN1