第11章 第VIIA族428.docx

1、第11章 第VIIA族428第十一章第VIIA族，卤素 Group 7, the halogens 第一节卤素 The halogens学习目标 Learning objectives: 元素周期表中第VIIA族元素的原子半径有何变化趋势，存在这种趋势的原因？ 元素周期表中第VIIA族元素的电负性有何变化趋势，存在这种趋势的原因？大纲参考：3.2.5第VIIA族元素位于元素周期表的右手边，由非金属元素组成。第VIIA族单质是双原子分子，包括 F2、Cl2、Br2、I2和At2，这些单质称为卤素。物理性质 Physical properties 气态卤素外观差别很大，如图1所示。室温条件下，氟气

2、是淡黄色气体，氯气是黄绿色气体，溴气是红棕色液体，而碘是黑色固体。随着卤素在元素周期表内排列位置越靠下，卤素颜色越来越深、越来越浓。卤素都有一种“室内游泳池”的气味。氟气的物理性质没有代表性，原因在于与其他卤素单质内部化学键力量强度相比，F-F单键之间的力量非常弱。氟原子很小，造成非成键的电子之间存在排斥力，因为这些电子之间靠得太近：Repulsion 排斥力氟气、氯气、溴气和碘的物理性质如表2所示。提示Hint卤素这个词指的是形成盐的物质。卤素能与多种金属发生反应，形成氟化物、氯化物、溴化物和碘盐。图1气体卤素，依次排列为：氟气、氯气、溴气和碘。表1氟气、氯气、溴气和碘的键能化学键键能/kJ

3、 mol-1F-F158Cl-Cl243Br-Br193I-I151表中的红色箭头指示了这些变化趋势很清晰，可解释如下：原子的大小Size of atoms 随着卤素在元素周期表内排列位置越靠下，卤素原子越大，原因在于与上一种元素相比，每种元素都多一层电子，如表2所示。表2 第VIIA族元素氟气-碘的物理性质卤素原子序数Z电子排列电负性原子（共价键）半径/nm熔点Tm/K沸点Tb/K氟9He2s22p54.00.0715385氯17Ne3s23p53.00.099172238溴35Ar3d104s24p52.80.114266332碘53Krd105s25p52.50.133387457Chl

4、orine 氯 bromine 溴 iodine碘图2 随着卤素在周期表内的位置越靠下，外壳距离原子核越远。电负性 Electronegativity 电负性可衡量原子吸引电子的能力，也可以称为电子密度，是指在一个共价键内吸引电子朝向自身原子的能力（如章节3.3所示）。电负性取决于原子核与外壳成键电子之间的吸引力。因此，电负性取决于原子核内质子数量（核电荷）与原子核和成键电子之间距离、以及与内层电子屏蔽能力的平衡能力。例如，我们可以看看卤化氢HX。随着卤素在元素周期表内排列位置越靠下，原子越来越大，H-X键内的成对电子距离原子核也越来越远。这使得成对电子远离卤素原子核，使得卤素原子内壳层的电子

5、的屏蔽能力增强。这些因素都比核电荷数量的增加更加重要，因此随着卤素在元素周期表内排列位置越靠下，卤素的电负性减弱。熔点和沸点Melting and boiling points随着卤素在元素周期表内排列位置越靠下，卤素的熔点和沸点越高。原因在于原子越大，其电子数量越多，使得分子之间的范德华力更强。沸点越低，元素的挥发性越强。因此，在室温条件是气体的氯气要比作为固体的碘更容易挥发。学习建议 Study tip 记住，熔点和沸点只与分子之间的范德华力有关，这种力量会削弱和断裂分子间的化学键。卤素分子内共价键保持稳定。 记住采用双原子分子的形式书写卤素单质，例如氟应写作F2而非F。问题小结 Summ

6、ary questions1、 请预测与其他卤素相比，砹在如下方面的性质：A室温条件的物理性质，包括颜色；B 原子大小；C 电负性。2、 请解释你对问题1的回答。3、 A 请画出表2内卤素的沸点与原子序数之间的关系图。请利用该图估测砹的沸点。B 请问你为什么认为砹的沸点最高？第二节卤素的化学反应 The chemical reactions of the halogens学习目标 Learning objectives： 卤素的氧化能力有何变化趋势？ 哪些实验证据可证明这种变化趋势？大纲参考：3.2.5 卤素的氧化能力变化趋势 Trends in oxidizingability 卤素通常通过

7、获取一个电子变成阴离子。因此这类反应是氧化还原反应，卤素作为氧化剂，自身被还原。例如：Gain of electrons 获取电子随着卤素在元素周期表内排列位置越靠下，卤素的氧化能力逐渐增强。氟是迄今为止氧化能力最强的氧化剂。提示Hint记住OIL RIG规则：氧化反应是失去电子的反应，而还原反应是得到电子的反应。置换反应Displacement reactions卤素与溶液中金属卤化物的反应方式为，化合物内的卤素会被反应性质更强的另外一种卤素所替换（而非反应性质更弱的另外一种卤素）。这称为置换反应。例如，氯气能置换溴离子，不过碘无法置换溴离子。离子反应方程式：方程式中的钠离子是旁观离子。两种

8、无色的起始原料会发生反应生成红棕色的溴。在这个氧化还原反应中，氯气作为氧化剂，可移除溴离子Br-内的电子，因此将2Br-氧化成Br2（溴的氧化数从-1增加到0）。一般而言，一种卤素会置换元素周期表内排列位置更靠下的另外一种卤素的离子，如表1所示。表1 一种卤素与另外一种卤素发生氧化反应的表格我们无法研究水溶液中的氟，因为氟与水会发生反应。氟氯溴碘氧化能力增强化学应用和科学探索Applications and How Science Works从海水中提取溴 The extraction of bromine from sea water采用氯气从海水中提取溴离子是采用卤素置换另外一种卤素离子的

9、基本应用。海水中含有少量的溴离子，可采用氯气与溴离子发生氧化反应，生成溴单质提取出来，这个反应上面已经讨论过，方程式如下所示：英国威尔士西北部的安格尔西岛有个工厂就是采用这个反应原理从海水中提取溴。图1 从海水中提取溴的工厂从海藻中提取碘 Extraction of iodine from kelp 1811年碘首次被人们发现，当时从燃烧海草的方式获取海藻，然后从海藻中提取碘。某些碘的获取仍然采取这种方式。采用水洗盐的方式将氯化钠、氯化钾和硫酸钾从海藻中提取出来。然后采用二氧化锰和浓硫酸加热残渣，从而将碘释放出来。1、 碘离子的反应是氧化反应还是还原反应？请阐释你的答案。2、 解释食盐中通常添

10、加碘化钾的原因。问题小结 Summary questions 1、a 如下哪些混合物会发生反应？b请阐释你的答案；c请完成可发生反应的方程式。第三节卤根离子的反应 Reactions of halide ions学习目标 Learning objectives: 卤根离子的还原能力变化趋势是什么？ 这种变化趋势与离子半径有何关系？ 如果采用硝酸银鉴别卤根离子？大纲参考3.2.5卤根离子作为还原剂 Halide ions as reducing agents卤根离子可用作还原剂。在这些反应中，卤根离子会失去电子（丧失）并成为卤素分子。卤根离子的还原能力存在必然趋势，这与离子的大小有关。离子越大，

11、其失去电子越容易。原因在于离子越大，外壳电子距离原子核越远，因此原子核对电子的吸引能力更弱吗，电子容易失去。Increasing reducing power 还原能力增强Ionic radius 离子半径这一变化趋势可见于固体卤化钠与浓硫酸之间的反应。卤化钠与浓硫酸的反应The reactions of sodium halides with concentrated sulfuric acid所有固体卤化钠都能与浓硫酸发生反应。所生成的产物不同，反应了上述卤根离子的还原能力不同。氯化钠（固体） Sodium chloride (solid)在这个反应中，在氯化钠中加入几滴浓硫酸，能看到冒烟

12、的氯化氢。所生成的固体产物为硫酸氢钠。具体的反应方程式如下：这个反应不是氧化还原反应，因为没有发生氧化态改变。氯离子是一种比较弱的还原剂，无法还原硫酸中的硫（氧化态=+6），因此该反应是酸碱中和反应。可利用该反应制备氯化氢气体，氯化氢气体曾经被称为盐气。可以采用相似的反应，采用浓硫酸与氟化钠制备氟化氢，氟化氢是一种非常危险的会腐蚀玻璃的气体。与氯离子相比，氟化物离子是一种性质更弱的还原剂。溴化钠（固体）Sodium bromide(solid)在这种情况下，我们看见溴化氢和棕色的溴气的蒸汽。同时还生成了无色的二氧化硫。因此，该反应中含有两个反应。首先，生成硫酸氢钠与溴化氢（这个反应与氯化钠的酸

13、碱中和反应类似）。然而，溴离子是性能较强的还原剂，会将硫酸还原成二氧化硫。硫的氧化态从+6还原为+4，而溴的氧化态从-1上升为0。该反应是氧化还原反应。这个反应放热，某些溴气会挥发出来。碘化钠（固体）Sodium iodide(solid)在这种情况下，我们能看到碘化氢的蒸汽和黑色的固体碘，以及闻到硫化氢的臭鸡蛋味。除此以外，还生成了黄色的固体硫，无色的二氧化硫。这个过程发生了好几个反应，与之前的酸碱中和反应相似，会生成碘化氢。与溴离子相比，碘离子是更好的还原剂，因此会在进一步还原硫酸中硫（硫从+6价下降到0价，然后又下降到-2价），因此会产生二氧化硫、固体硫和硫化氢气体。例如，在硫从+6价被

14、还原为-2价的还原反应中，硫还会经历氧化态为0的状态，因此会看见固体硫的生成。采用银离子鉴别金属卤化物 Identifying metal halides with silver ions 所有的金属卤化物（除了氟化物）都会与溶液中的银离子发生反应，例如与硝酸银溶液发生反应，生成不溶于水的氯化银沉淀。例如，氟化银不会形成沉淀物，因为氟化银溶于水。1、 首先将稀硝酸HNO3或（H+(aq)+NO3-(aq)）加入到卤化物溶液中除去任何可溶性的碳酸盐CO32-(aq)或氢氧化物OH-(aq)杂质：因为这些离子可能会与银离子形成碳酸银沉淀干扰试验。或者不溶于水的氢氧化银沉淀：2、 然后滴加几滴硝酸银

15、溶液，形成卤化银。可利用该反应检测各种形式的卤化物，因为我们可根据形成的卤化银沉淀分辨是何种卤化物，如表1所示。溴化银和碘化银的颜色相似，不过如果我们加入几滴浓氨水，溴化银沉淀会分解，而碘化银沉淀不会分解。表1 卤素的检测卤化物氟化银氯化银溴化银碘化银颜色无沉淀白色的沉淀奶白色的沉淀浅黄色的沉淀进一步测试可溶于稀氨水可溶于浓氨水不溶于浓氨水图1 卤化银的颜色（从左到右分别为）：氯化银、溴化银和碘化银学习建议Study tip 你需要了解卤化银的颜色，尤其是溴化银和碘化银的颜色。问题小结 Summary questions1、 浓硫酸和固体氟化钠之间的反应往往无法在实验室进行。A 与其他卤离子相

16、比，氟离子的还原能力如何？B 请解释你对此回答的原因；C 请书写浓硫酸与氟化钠之间反应的平衡符号方程式。D 上述反应属于氧化还原反应吗？请阐释你的答案。2、 将几滴硝酸银加入到酸性溶液中，显示了该溶液中存在溴化钠。A 你将会观察到什么现象？B请书写该反应的方程式。C 如果你现在加入几滴浓氨水，那么会出现什么现象？D 为什么一开始要向溴化钠溶液中加入酸？E不能加入盐酸与硝酸酸化该溶液，解释原因。F 为何不能采用该实验检测溶液中是否存在氟离子？第四节氯的用途 Uses of chlorine学习目标 Learning objectives: 氯气与水会发生什么反应？ 氯气与碱金属会发生什么反应？大

17、纲参考：3.2.5氯气是一种有毒气体，一战期间曾被用作化学武器，这是件臭名昭著的事情。然而，氯气可溶于水，正因为此，氯气在饮用水处理和游泳池的使用上变成了我们生活中不可或缺的物质。氯气与水的反应 Reaction with water氯气与水可发生可逆反应，生成次氯酸（HClO）和盐酸(HCl)。该反应中，其中一个氯原子的氧化态从0上升至+1，而另外一个氯原子的氧化态则从0下降至-1。这种类型的氧化还原反应称为歧化反应，即，相同元素的某些原子的氧化态增加，而其他原子的氧化态减少。当采用氯气净化饮用水和泳池杜绝疾病的产生时，会发生歧化反应。所生成的次氯酸（I价）是氧化剂，会通过氧化反应杀菌。同时

18、，次氯酸还可以用作漂白剂。其他卤素的化学反应类似，不过随着它们在元素周期表中排列的位置越靠下，反应速率越慢。光照下，氯气与水发生另外一种不同的反应：浅绿色无色光照下，氯气会迅速从水池中逃逸，因此，较浅的水池需要不断添加氯气。泳池的直接氯化作用的另外一种替代品是添加固体次氯酸钠（或次氯酸钙）。这种替代物能溶解于水，生成氯酸（I）、次氯酸（溶液），该反应是可逆反应。在碱性溶液中，这个平衡会向左移动，次氯酸形成次氯酸根离子。为了防止平衡向左移动，泳池需要保持弱酸性。然而，需要仔细监控酸度，使泳池的水酸性不至于太强，从而避免腐蚀金属部分和影响游泳的人。氯气与碱金属的反应 Reaction with a

19、lkali 氯气与冷的稀氢氧化钠溶液反应生成次氯酸钠NaClO。这是种氧化剂，可用作家用漂白剂的活性成分。该反应也是一个歧化反应，相关物质的氧化数可见下述方程式：其他卤素的性质相似。科学探索 How Science Works 适合饮用的水 Water fit to drink 无菌水的供应是公共卫生领域的一大科学成就。在对水进行氯化处理之前，大约在二十世纪初，霍乱和伤寒的传染病肆虐。水中氯的浓度大约为0.7mg dm-3，而泳池中氯的浓度更高。泳池中氯的监管比较严格，因为需要确保氯的浓度足够杀菌，还不会有毒。问题小结 Summary questions 1、 请书写溴水与如下物质的方程式：A

20、水 B 溴水2、 为什么要将氯气用于国内水供应？3、 A将氯的水溶液放置在阳光下，会产生什么物质？B 请书写反应方程式，并标出反应前后各原子的氧化态。C 哪些物质被氧化？D 哪些物质被还原？E 哪种物质是氧化剂？F 哪种物质是还原剂？练习题 Practice questions1、（a）请说出第VIIA主族元素电负性的变化趋势，并解释原因。（3分）（b）（i）请说出第VIIA主族元素卤根离子还原能力的变化趋势。（ii）请举例说明可利用哪种试剂证明溴离子的还原能力与氯离子的还原能力不同。（2分）（c）添加硝酸银溶液和稀氨水可鉴别氯离子和溴离子。对于每种离子，请说明如果采用这种方式检测含有这种离子

21、的水溶液，你会观察何种现象。（4分）（d）请书写氯离子和冷的稀氢氧化钠溶液之间发生反应的方程式。并说出所生成溶液的两个用途。（3分）AQA,20062、（a）请根据电子得失，解释还原剂和氧化剂的定义。（2分）（b）碘离子可将硫酸还原成三种不同的产物。（i）请说出三种还原产物的名称，并说出每种产物中硫的氧化态。（ii）请描述如何利用固体碘化钾和浓硫酸之间发生反应的现象证明任何两种还原产物的存在。（iii）请书写一个半反应方程式说明硫酸的还原反应如何生成两种产物。（10分）（c）请书写氯气加入冷水中发生反应的方程式。说明水是否被氧化，并解释你的答案。（3分）AQA,20063、（a）请说出从氟元素

22、到碘元素的卤素单质的沸点变化趋势，并解释原因。（4分）（b）可利用如下各发暗影鉴别溴离子。对于每种反应，请说出你将观察到的现象，并书写恰当的方程式。（i）溴离子的水溶液与氯气发生反应；（ii）溴离子的水溶液与硝酸银的水溶液，在添加浓氨水的条件下发生的反应；（iii）固体溴化钾与浓硫酸发生反应。（7分）（c）请书写溴化钾与浓硫酸发生的氧化还原反应的方程式。（2分）AQA,20054、（a）请说出从氟到碘的第VIIA主族元素的电负性变化趋势，并解释原因。（3分）（b）将氯气通入到碘化钾水溶液时，你将观察到何种现象。请书写反应方程式。（2分）（c）请说出浓硫酸氧化碘离子后生成的两种含硫的还原产物。对

23、于每种还原产物，书写一个半反应方程式阐释硫酸如何生成这种产物。（4分）（d）请书写氯气与稀的氢氧化钠水溶液发生反应的方程式。并说出该反应生成的两种含氯产物，并给出每种产物中氯的氧化态。（5分）AQA,20055、（a）请说出哪种卤素是性质最强的氧化剂。（1分）（b）请给出性质最强的还原剂的卤根离子的化学式。（1分）（c）将硝酸银的水溶液分别加入到稀的氟化钠和碘化钠水溶液时，您将观察到哪些现象。请书写碘化钠水溶液与硝酸银水溶液之间发生反应的方程式。（3分）（d）请描述将浓硫酸加入到固体氯化钠中时，你将观察到的现象。并书写一个反应方程式。（2分）（e）将浓硫酸加入到固体碘化钠中，请描述你将观察到的

24、两个现象。并书写一个说明碘离子被硫酸氧化的反应方程式。（4分）AQA,20056、（a）请描述第VIIA主族中从氟到碘的沸点的变化趋势，并解释原因。（4分）（b）请描述硝酸银水溶液、稀氨水先后分别加入到氯化钠和溴化钠的水溶液中，您将观察到的现象。（4分）（c）请说出从氯到碘的第VIIA主族元素氧化能力的变化趋势。请说明如何通过卤素离子和卤根离子之间发生的置换反应解释这种变化趋势。请采用恰当的现象观察和方程式阐述你的答案。（7分）AQA,20037、（a）请说出在饮用水中添加氯气的原因。（1分）（b）请书写一个反应方程式说明氯气通入水中发生的反应。请说出是什么物质导致产生的溶液变成浅绿色。（2分

25、）8、（a）请说出从氟到碘的第VIIA主族元素电负性的变化趋势，并解释原因。（3分）（b）（i）将溴的水溶液加入到碘离子的水溶液时，请描述你将观察到的现象。并书写一个反应方程式。(ii)请解释溴不与氯离子水溶液发生反应的原因。（3分）（c）将硝酸银水溶液分别加入到氟化钾和溴化钾水溶液时，请描述你将观察到的现象。（2分）（d）请书写一个方程式说明固体氟化钾如何与浓硫酸发生反应。（1分）（e）请书写固体溴化钾与浓硫酸发生的氧化还原反应的方程式。（2分）AQA,20039、（a）可采用某些固体卤化钠将浓硫酸还原成H2S。（i）请给出H2S中硫的氧化态；（ii）请说出一种能将浓硫酸还原成H2S的固体卤化钠的名称。（iii）请说出可采用何种方法鉴别存在H2S。（iv）请书写硫酸生成H2S的半反应方程式。（4分）（d）一种固体卤化钠与浓硫酸发生反应，在硫酸不发生还原的情况下，将生成一种含有卤素的产物X。（i）请说出产物X的名称。（ii）请说出能产生X的固体卤化钠的名称。（iii）请说出硫酸在X生成中的作用。（iv）请书写一个反应方程式说明生成X时浓硫酸发生的反应。（4分）AQA,2002