无机化学考研辅导3.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流.精品文档.无机化学考研辅导 3【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流.精品文档.无机化学考研辅导(下)无机化学考研辅导(下)第五讲第五讲卤卤素素一、卤素单质的通性一、卤素单质的通性1、分子结构和性质、分子结构和性质元素的价电子构型为 ns2np5,易得一个电子形成全满结构,单质均为双原子分子。最显著的性质是气态的 F2、Cl2、Br2、I2的颜色变化,从近无色紫色,分子最大吸收渐向长波方向移动。说明双原子 MO 中最高充满的和*至最低未满的空的*轨道之间能量差自上而下减小。另外,卤素分子的离解能从 F2到 I2分别为 159k
2、jmol1,243kJmol1,193kJmol1和 151kJmol1。.除 F2外,随着离子半径的增加,键渐弱,因而离解能渐低。2、反应活性、反应活性(1)卤素标准电极电势:I2+2e-=2I-=0.52VBr2+2e-=2Br-=1.06VCl2+2e-=2Cl-=1.36VF2+2e-=2F-=2.87V氧化能力:F2Cl2Br2I2(还原能力:I-Br-Cl-F-)(2)所以 F2,Cl2可与所有金属作用,F2还能与稀有气体作用:形成 XeF2,XeF4,XeOF4等化合物。Br2,I2可与除贵金属外的所有金属作用。(3)卤素与水作用发生下述两类反应1X2+H2O2H+2X-+1/2
3、O2F2极易发生此反应,日光下 Cl2反应慢,Br2,I2无明显反应。2X2+H2OH+X-+HOXX2+2OH-XO-+X-+H2O第 2 类反应即为卤素特征的 OX-Re 反应即歧化反应。在酸性条件下,卤素歧化反应不易发生,如 Cl2的 K=4.010-4;而在碱性条件下,歧化极易进行,且 XO-还可继续歧化(3XO-2X-+XO3-)。Cl2在 70 摄氏度,Br2在室温,I2在 0即可发生上述反应。所以室温下将 Cl2,Br2,I2分别加入碱中生成的是 ClO-,BrO3-和 IO3-。3、单质制备、单质制备(1)F21 工业制备:电解 KHF2与 HF 混合液阳极(石墨):2F-=F
4、2+2e-阴极(电解槽):2HF2-+2e-=H2+4F-电解总反应:2KHF2=2KF+H2+F22 实验室制法:BrF5(g)=BrF3(g)+F2(g)1986 年:4KMnO4+4KF+20HF4K2MnF6+3O2+10H2O2K2MnF6+4SbF5=4KSbF6+F2+2MnF3(2)Cl21 工业制备:电解 NaCl 水溶液2 实验室制法:MnO2+HCl(浓)=KMnO4+HCl(浓)=(3)Br21 工业制法:海水制 Br2。Cl2通入 pH=35 的海水中:Cl2+2Br-=Br2+2Cl-压缩空气吹出 Br2,碱液中歧化:3Br2+3CO32-=5Br-+BrO3-+3
5、CO2,浓缩在酸性条件下:5Br-+BrO3-+6H+=3Br2+3H2O实验室:Cl2+2Br-=Br2+2Cl-(4)I2工业制法:适量 NaHSO3还原 IO3-:IO3-+3HSO3-=I-+3SO42-+3H+IO3-+5I-+6H+=3I2+3H2海藻和海洋生物中提取 I2:侵取液通入 Cl2(适量):2I-+Cl2=I2+2Cl-或侵取液中加 MnO2:2I-+MnO2+4H+=Mn2+I2+2H2O,用 CS2或 CCl4萃取分离实验室:2I-+Cl2(适量)=I2+2Cl-二、卤化氢二、卤化氢1、制备、制备实验室常用卤化物与高沸点酸反应制取相应卤化氢:CaF2+H2SO4(浓
6、)=CaSO4+2HF(g)NaCl+H2SO4(浓)=NaHSO4+HCl(g)HBr,HI 不能:2HBr+H2SO4(浓)=SO2(g)+2H2O+Br28HI+H2SO4(浓)=H2S(g)+4H2O+4I2HBr,HI 制备:NaX+H3PO4=NaH2PO4+HX(g)(Br,I)3P+3X2+6H2O=3H3PO3+6HX(g)2. 性质:性质:HX 性质随原子序数增加呈现规律性变化【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流.精品文档.其中 HF 因生成氢键,熔沸点比 HCl 高。高温下 HF 不分解,而 HI 在 300就发生分解,HF 具有强腐蚀性,并能腐蚀玻璃(S
7、iO2+4HF=SiF4+2H2O)三、卤化物三、卤化物1、卤化物的水解性、卤化物的水解性(1)离子型卤化物:除少数活泼金属卤化物外,均发生不同程度的水解.如:MgCl2+H2O=Mg(OH)Cl+HClSnCl2+H2O=SM(OH)Cl+HClBiCl3+H2O=BiOCl+HCl(2)共价型卤化物(三种类型)1 生成含氧酸和卤化氢,如BX3+3H2O=B(OH)3+3HXSiCl4+3H2O=H2SiO3+4HClPCl3+3H2O=H3PO3+3HClPCl5+4H2O=H3PO4+5HCl2 生成非金属氢化物和卤素含氧酸,如:NCl3+3H2O=NH3=3HOCl3 不与水发生反应,
8、如:CCl4,SF6等。主要因为中心原子 C,S 等已达最高配位数,水分子中的氧原子无法再配位上去了,故其水解速率很小。(3)共价型卤化物水解机理本质上是 Lewis 酸碱的相互作用,其过程可以分为亲电机理或亲核机理。1 亲核机理:如 SiCl4水解这一过程首先中心原子有可提供使用的空轨道。水解过程还包括构型转变,键的生成与消去的能量变化过程2 亲电机理:如 NCl3水解3 亲核亲电同时进行:如 PCl3水解(产物为何与 NCl3不同?)PCl3+3H2O=H3PO3+3HCl由于 P 是第三周期元素,有空的 d 轨道(可以接受孤对电子进攻),同时 P 上由一对孤对电子,可以接受质子的亲电进攻
9、,加上 PCl3中配位数仅为 3,远未达到第三周期最大配位数为 6 这一数值,PCl3既是 Lewis 酸, 又是 Lewis 碱, 因此有条件亲电与亲核过程。 同时分子几何构型发生从 sp3到 sp3d的转变,待脱去一分子的 HCl 后,不再具有孤对电子,只能发生水分子的亲核进攻,分子进一步发生构型转化及脱去 HCl 的变化,最终生成 H3PO3。为何为何 NF3不易水解?不易水解?在 NF3中价电子构型为四面体,N 原子采用 sp3杂化,N 原子上有一对孤对电子,由于 F 原子电负性较大,NF3的碱性显然比 NCl3要小得多,因此亲电水解不可能发生,同时 N 是第二周期元素,只有 4 个价
10、轨道,不可能有空轨道接受亲核试剂的进攻。加上 N-F 键能较 N-Cl 键能大,因此 NF3不会水解。卤化物水解过程,有热力学因素外,卤素中心原子结构特征,如最大配位数,第几周期元素,有无孤对,有无空轨道,发生什么机理水解,水解过程能量变化(即键能大小)等及动力学因素。2、氟的特殊性、氟的特殊性(1)低氧化态:F 只有-1 氧化态,而其它卤素有-1,+1,+3,+5,+7 等。(2)F-F 键能(解离能)反常小:主要原因是半径特别小,使孤对孤对排斥力较大;另外还与 F 处于第二周期,不存在空 d 轨道,不可能像 Cl,Br,I 可以形成 dp键,而使键加强。(3)F 电子亲和能反常小:而卤素电
11、子亲和能是 ClBrI,而 AFACl主要原因 F 原子半径特别小,核周围电子密度较大,当接受外来电子或公用电子对成键时,将引起电子间较大斥力,从而部分抵消气态氟原子形成气态 F-时所放出的能量。(4)易形成高配位化合物:由于半径小原因。同时化合物具有较大的键能或晶格能和生成热;由于电负性大,金属氟化物离子性强;与第二周期元素形成化合物时。易形成 p-p 大键,增加稳定性等。例 1:举例说明离子型和共价型二元金属卤化物的性质。例 2:为什么卤素的键离解能变化依次为:F-FBr-BrI-I?例 3:SiCl4和 SiF4,哪一个水解更为剧烈?为什么?四、拟卤素和多卤化物四、拟卤素和多卤化物1、拟
12、卤素、拟卤素有些化合物的性质与卤素十分相似,称之为拟卤素。如(CN)2,(SCN)2等。与卤素相似,(CN)2在气相中也发生热离解和光离解,产生的 CN自由基和卤素原子等叶瓣,可发生与卤素原子类似的反应:NC-CN=2CNH2+CNHCN+HH+NC-CNHCN+CN总反应:H2+(CN)22HCN像卤素一样,能还原为-1 价负离子:NC-CN(aq)+2e-2CN-(aq)例 4:举例说明拟卤素和卤素在化学性质上的相似性?【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流.精品文档.2、卤素互化物、卤素互化物指卤素原子间形成的化合物,通式 XXn。一般较重的电负性较低的卤素原子(X)为中心
13、原子,n 一般为奇数。常见有:IF(g), IF3(g),IF5(g), IF7(g), ICl(g), BrF(g),BrF3(g),BrF5(g),BrCl(g),ClF(g), ClF3(g),ClF5(g),IBr(g)卤素互化物的分子结构一般可由 VSEPR 预测,其物理性质介于组成元素的分子性质之间。所有卤素互化物均为氧化剂。3、多卤化物、多卤化物指金属卤化物与卤素单质或卤素互化物的加合物 (一般氟化物晶格能较高, 不易形成多卤化物) 。如:CsBr+IBrCsIBr2加热多卤化物则离解为简单的卤化物和卤素单质。加热多卤化物则离解为简单的卤化物和卤素单质。CsBr3CsBr+Br2
14、若为多种卤素的多卤化物,则离解生成具有最高晶格能的一种卤化物若为多种卤素的多卤化物,则离解生成具有最高晶格能的一种卤化物,如:CsICl2=CsCl+ICl而不是 CsI+Cl2例 5:试解释下列卤素互化物的稳定性次序:IFBrFClFIClIBrBrCl五、卤素含氧酸及其盐的性质五、卤素含氧酸及其盐的性质1、卤素含氧酸的酸性大小变化规律、卤素含氧酸的酸性大小变化规律(1)对同一元素,随卤素氧化数的增加,酸性增强。HClOHClO2HClO3HClO4HIOHIO2HBrOHIO;HClO3HBrO3HIO3变化规律可用 R-OH 模型解释。2、氧化性变化规律、氧化性变化规律(1)酸性条件下氧
15、化性大于碱性,HXOXO-,HXO3XO3-,HXO4XO4-。(2)对于 HXO:HClOHBrOHIO;ClO-BrO-IO-对于 HXO3: HClO3HBrO3HIO3;ClO3-BrO3-IO3-对于 HXO4: HClO4H5IO6;ClO4-H3IO3-(3)对于 Cl:氧化性 HClOHClO3HClO4; ClO-ClO3-ClO4-以上规律可从能量变化、原子结构、极化理论、钻穿效应等解释。以 Cl 为例归纳如图:练习 1:为什么蒸汽态的卤素有不同的颜色?而 I2在 CCl4和环己烷溶液中为紫色,在醇中为橙色?练习 2:氯的含氧酸的氧化性为什么是 ClO-ClO3-ClO4-
16、?练习 3: 为何卤素离子与一些金属离子可形成配合物的稳定性顺序为 F-Cl-Br-I-?与另外一些金属离子形成配合物稳定顺序为 F-Cl-Br-左自发歧化练练 习习题题1 请给出卤素单质的活泼性次序,指出为什么由氟到氯活泼性的变化有一个突变答:单质的活泼性次序:F2Cl2Br2I2由氟到氯活泼性突变,其原因归结为 F 原子和 F-离子半径特别小FClBrIF-Cl-Br-I-R/pm 6499114133136181195216(1)由于 F 原子半径非常小,F-F 原子之间的斥力和非键电子对的斥力较大,使 F2的解离远小于氯的解离能(2)由于 F-离子半径特别小,因此形成化合物,离子键特别
17、强,键能或晶格能更大(3)由于 F-离子半径特别小,F-的水合放热比其他卤素离子多2 写出氯气与下列物质作用的反应方程式,并注明必要的反应条件(1)钛;(2) 铝;(3) 氢; (4) 磷;(5) 水;(6) 碳酸钾3 用反应方程式表示下列反应过程,并给出实验现象(1)用过量 HClO3处理 I2(2)氯气长时间通入到 KI 溶液中(3)氯水滴入 KBr,KI 混合溶液中4 试解释下列实验现象(1)I2溶解在 CCl4溶液中得到紫色溶液,而 I2溶解在乙醚中却是红棕色的(2)I2难溶于水却易溶于 KI 溶液中(3)溴能从含碘的离子溶液中取代出碘,碘又能从溴酸钾中取代出溴(4)AlF3的熔点高达
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