卤素高中化学竞赛大学无机化学.ppt
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1、IAIAIIAIIAIIIBIIIBIVBIVBVBVBVIBVIBVIIVIIB BVIIIBVIIIBIBIBIIBIIBIIIIIIA AIVAIVAVAVAVIAVIAVIIVIIA AVIIVIIIAIA1 1HHHeHe2 2LiLiBeBeB BC CNNOOF FNeNe3 3NaNaMgMgAlAlSi SiP PS SClClArAr4 4K KCaCaScScTiTiV VCrCrMnMnFeFeCoCoNiNiCuCuZnZnGaGaGeGeAsAsSeSeBrBrKrKr5 5RbRbSrSrY YZrZrNbNbMoMoTcTcRuRuRhRhPdPdAgAgCdC
2、dInInSnSnSbSbTeTeI IXeXe6 6CsCsBaBaLaLaHfHfTaTaWWReReOsOsIr IrPtPtAuAuHgHgTlTlPbPbBiBiPoPoAtAtRnRn7 7FrFrRaRaAcAcRfRfDbDbSgSgBhBhHsHsMtMtUnUnn nUnUnn nUnUnn nLaLaCeCePrPrNdNdPmPmSmSmEuEuGdGdTbTbDyDyHoHoErErTmTmYbYbLuLuAcAcThThPaPaU UNpNpPuPuAmAmCmCmBkBkCfCfEsEsFmFmMdMdNoNoLrLr 元 素 周 期 表第17章 卤素(halog
3、en)原子半径一览图原子半径一览图 通性通性n n一、卤素在周期表中的位置和价电子层结构元素的性质n n二、卤素的成键特征表表1、卤素元素的性质、卤素元素的性质卤素 F Cl Br I价电子层结构 2s22p5 3s23p5 4s24p5 5s25p5第一电离势(kJ/mol)1681 1251 1140 1008电子亲合势(kJ/mol)327.9 348.8 324.6 295.3电负性(Pauling)3.98 3.16 2.96 2.66共价半径(pm)64 99 114.2 133.3特征氧化数 -1 -1,1,3,(4),5,7在周期表中,卤素有最大的电子亲合势,最大的第一电离势(
4、希有气体除外),最大的电负性,最小的原子半径。卤素是最活泼的非金属元素。问题问题问题问题1 1:从氯到碘其电子亲合势和单质的解离能都依次:从氯到碘其电子亲合势和单质的解离能都依次:从氯到碘其电子亲合势和单质的解离能都依次:从氯到碘其电子亲合势和单质的解离能都依次减小,而氟的这些性质却反常于变化规律,为什么?减小,而氟的这些性质却反常于变化规律,为什么?减小,而氟的这些性质却反常于变化规律,为什么?减小,而氟的这些性质却反常于变化规律,为什么?答:因为氟的原子半径特别小,其核周围的电子密度较大,当它接受外来一个电子或共用电子对成键时,将引起电子间较大的斥力,这种斥力部分抵消了气态氟形成气态氟离子
5、,或氟形成单质分子时所放出的能量。所以氟的电子亲合势小于氯,F2的解离能也比Cl2小。二、卤素的成键特征二、卤素的成键特征n n离子型:离子型:-1 -1 n n其它价态共价型:其它价态共价型:spsp3 3杂化;杂化;d-p d-p 配键;配键;spsp3 3d d2 2杂化杂化n n氟化物中氟本身的氧化数总是氟化物中氟本身的氧化数总是-1,-1,因为氟的电因为氟的电负性最大,最外层无负性最大,最外层无d d电子。此外,与氟化电子。此外,与氟化合的元素通常能表现出其最高的氧化态,如合的元素通常能表现出其最高的氧化态,如BiFBiF5 5,SF,SF6 6,IF,IF7 7等。等。n n而氯、
6、溴、碘除了而氯、溴、碘除了-1-1氧化数外,最外层存在氧化数外,最外层存在空的空的d d轨道,可参与成键。轨道,可参与成键。在酸性溶液中的电极电势在酸性溶液中的电极电势在碱性溶液中的电极电势电对中,氧化性物质的氧化能力,从电对中,氧化性物质的氧化能力,从F2到到I2依次减弱,依次减弱,电对中的还原型物质的还原能力从电对中的还原型物质的还原能力从F-到到I-依次增强。依次增强。17-1 单质 X217-1-1.物理性质物理性质表表表表2 2、卤素单质的物理性质、卤素单质的物理性质、卤素单质的物理性质、卤素单质的物理性质 性质性质性质性质 氟氟氟氟 氯氯氯氯 溴溴溴溴 碘碘碘碘 物态物态物态物态(
7、298K,101.3Pa)(298K,101.3Pa)气体气体气体气体 气体气体气体气体 液体液体液体液体 固体固体固体固体 颜色颜色颜色颜色 浅黄浅黄浅黄浅黄 黄绿黄绿黄绿黄绿 红棕红棕红棕红棕 紫黑紫黑紫黑紫黑 熔点熔点熔点熔点(K)53.38 172 265.8 386.5(K)53.38 172 265.8 386.5 沸点沸点沸点沸点(K)84.86 238.4 331.8 457.4(K)84.86 238.4 331.8 457.4 临界温度临界温度临界温度临界温度(K)114 417 588 785(K)114 417 588 785 临界压力临界压力临界压力临界压力(MPa)
8、5.57 7.7 10.33 11.75(MPa)5.57 7.7 10.33 11.75 溶解度溶解度溶解度溶解度(mol/L)(mol/L)反应反应反应反应 0.09 0.21 0.0013 0.09 0.21 0.0013 离解能离解能离解能离解能(kJ/mol)156.9 242.6 193.8 152.6 (kJ/mol)156.9 242.6 193.8 152.6 在周期系中整个一族单质均以双分子形式存在;分子内共价键,分子间范德华力。产生颜色的原因产生颜色的原因电子跃迁电子跃迁E=E1E2 =h/17-1-2.化学性质化学性质氧化性氧化性1.与金属和非金属作用与金属和非金属作用
9、 作用程度作用程度:氟氟 氯氯 溴溴 碘碘(卤素单质的活卤素单质的活波性顺序波性顺序)M+X=MX M+2S(s)+Cl=SCl(二氯化二硫二氯化二硫)2.与与H反应反应自由基反应自由基反应 p574 3.3.与水作用与水作用与水作用与水作用 两种反应两种反应两种反应两种反应:X:X2 2+H+H2 2O=2HX+1/2OO=2HX+1/2O2 2 (1)(1)氟氟氟氟(完全反应完全反应完全反应完全反应)氯氯氯氯 溴溴溴溴 碘碘碘碘(pH12,K10(pH12,K10-24-24)X X2 2+H+H2 2O=HX+HXO (2)O=HX+HXO (2)氯氯氯氯 溴溴溴溴 碘碘碘碘 氟在碱性水
10、溶液中的反应氟在碱性水溶液中的反应氟在碱性水溶液中的反应氟在碱性水溶液中的反应:稀碱溶液稀碱溶液稀碱溶液稀碱溶液(2%)2F(2%)2F2 2+2OH +2OH-=2F =2F-+OF+OF2 2 +H +H2 2OO 浓碱溶液浓碱溶液浓碱溶液浓碱溶液 2F 2F2 2+4OH +4OH-=4F =4F-+O+O2 2 +2H +2H2 2OO3.01.50.024681012F2+2e=2F-Cl2+2e=2Cl-Br2+2e=2Br-I2+2e=2I-O2+4H+2e=2H2O 1.229 VO2+2H2O+2e=4OH-0.408VpH电极电势X X2 2+H+H2 2O=2HX+1/2
11、OO=2HX+1/2O2 2 (1)(1)氟氟氟氟(完全反应完全反应完全反应完全反应)氯氯氯氯 溴溴溴溴 碘碘碘碘(pH12,K10(pH12,K10-24-24)卤素单质在水溶液中的歧化反应卤素单质在水溶液中的歧化反应n n氟不能形成正氧化态的化合物,不发生歧化反应;n n饱和氯水中,歧化反应只占1/3;溴和碘在纯水中几乎不发生歧化反应;n n氯、溴、碘水溶液的歧化反应与pH有关,在pH4时,有利于反应发生。3I2+6OH-=(冷)=5I-+IO3-+3H2O4.4.卤素间置换反应卤素间置换反应卤素间置换反应卤素间置换反应 Cl Cl2 2+Br +Br-/I/I-=Br=Br2 2/I/I
12、2 2+Cl +Cl BrBr2 2+I +I-=I=I2 2+Br+Br 5.5.与有机物反应与有机物反应与有机物反应与有机物反应 1).1).与饱和烃作用与饱和烃作用与饱和烃作用与饱和烃作用 取代反应取代反应取代反应取代反应 CH CH4 4+Cl+Cl2 2=CH=CH3 3Cl+HCl,Cl+HCl,F F2(2(燃烧燃烧燃烧燃烧)ClCl2(2(光照光照光照光照)BrBr2 2 I I2 22).2).与不饱和烃作用与不饱和烃作用与不饱和烃作用与不饱和烃作用加成反应加成反应加成反应加成反应 CH CH2 2=CH=CH2 2+Cl+Cl2 2=CH=CH2 2ClCHClCH2 2C
13、lCl 3).3).与松节油反应与松节油反应与松节油反应与松节油反应氧化还原反应氧化还原反应氧化还原反应氧化还原反应 C C1010H H 1616+8Cl+8Cl2 2=16HCl+10C=16HCl+10C 4).4).与淀粉反应与淀粉反应与淀粉反应与淀粉反应加合反应加合反应加合反应加合反应 I I2 2+淀粉淀粉淀粉淀粉=I=I2 2-淀粉淀粉淀粉淀粉(兰色加合物兰色加合物兰色加合物兰色加合物)17-1-3.卤素的制备和用途卤素的制备和用途1.F1.F2 2的制备和用途的制备和用途的制备和用途的制备和用途 电解熔岩法电解熔岩法电解熔岩法电解熔岩法 2KHF2KHF2 2=2KF+H=2K
14、F+H2 2+F+F2 2 实验室制备方法实验室制备方法实验室制备方法实验室制备方法 BrFBrF5 5(g)=F(g)=F2 2+BrF+BrF3 3373K373K电解电解2.Cl2.Cl2 2的制备和用途的制备和用途的制备和用途的制备和用途工业制备方法工业制备方法工业制备方法工业制备方法 -电解饱和盐溶液法电解饱和盐溶液法电解饱和盐溶液法电解饱和盐溶液法 2Cl 2Cl-+2H+2H2 2O=2OH O=2OH-+H+H2 2+Cl+Cl2 2 实验室制备方法实验室制备方法实验室制备方法实验室制备方法 MnO MnO2 2+HCl(+HCl(浓浓浓浓)=MnCl)=MnCl2 2+Cl+
15、Cl2 2+2H+2H2 2OO2KMnO2KMnO4 4+16HCl(+16HCl(浓浓浓浓)=2KCl+2MnCl)=2KCl+2MnCl2 2+5Cl+5Cl2 2 +8H+8H2 2OO3.3.溴的制备与用途溴的制备与用途卤盐母液中提取卤盐母液中提取 Cl Cl2+2Br+2Br-=2Cl=2Cl-+Br+Br2 3Br 3Br2+3CO+3CO32-2-+3H+3H2O=5BrO=5Br-+BrO+BrO3-+3CO+3CO2 5Br-+BrOBrO3-+6H+6H+=3Br=3Br2+3H+3H2O O电解法电解法实验室制法实验室制法 2NaBr+3H2NaBr+3H2SOSO4
16、4+MnO+MnO2=2NaHSO=2NaHSO4 4+MnSO+MnSO4 4+2H+2H2O+BrO+Br24.碘的制备与用途碘的制备与用途(1)IO3-+3HSO3-=I-+3SO4 2-2-+3H+IO3-+5I-+6H+=3I2+3H+3H2O O(2)I-+MnO2+4H+=2H2O+I2+Mn2+(3)实验室制备:实验室制备:NaI+MnO2+3H2SO4=I2+MnSO4+2NaHSO4+2H2O 17-2 卤化氢和氢卤酸卤化氢和氢卤酸一、卤化氢的性质一、卤化氢的性质 1、物理性质、物理性质卤化氢和氢卤酸的一些性质卤化氢和氢卤酸的一些性质性质性质 HF HCl HBr HI熔点
17、熔点(K)190.0 158.2 184.5 222.2 沸点沸点(K)292.5 188.1 206.0 237.6汽化热汽化热(kJ/mol)30.31 16.12 17.62 19.77水合热水合热(kJ/mol)-48.14 -17.58 -20.93 -23.02气态分子的偶极矩气态分子的偶极矩(10-30C m)6.37 3.57 2.67 1.40恒沸溶液恒沸溶液 沸点沸点(K)393 383 299 400 密度密度(g/mL)1.14 1.097 1.49 1.70 百分浓度百分浓度 35.35 20.24 47 572、化学性质、化学性质 性质性质 HF HCl HBr H
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