关于卤素的物理性质

楼上指的是物理笔记

卤素单质的物理性质

卤族元素·知识点精析·卤素单质的物理性质

卤素单质的物理性质虽有较大的差别，但存在着一定的递变规律。随着它们相对分子质量的逐渐增大，从F2到I2四种单质中，其熔点、沸点依次升高，密度依次增大，并且颜色逐渐变深。其中溴和碘还有各自的特性：液态溴易挥发成溴蒸气，加热碘有升华现象。溴和碘跟氯相似之处是在水中溶解度都不大，均较易溶解在有机溶剂中。因而溴、碘在这两类溶剂中的颜色也不相同(如下表所示)。

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这里应当注意的是，有机溶剂(如汽油、苯或四氯化碳等)与水互不相溶，当这些有机溶剂与水混合时会出现分层现象，其中汽油和苯比水轻，在水的上层；四氯化碳比水重，则沉于水下。

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，原子半径不同，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。

相似性

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。

2F2（g）+2H2O（l）=4HF（aq）+O2（g）

X2（g）+H2O（l）?HX（aq）+HXO（aq） X=表示Cl Br I

卤素之间形成的化合物称为互卤化物，如ClF?（三氟化氯）、ICl(氯碘化合物）。卤素还能形成多种价态的含氧酸，如HClO、HClO?、HClO?、HClO?。卤素单质都很稳定，除了I?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，并且还含有有少量的MgCl?。

递变性

单质的物理递变性：从F2到I2，颜色由浅变深；状态由气态、液态到固态；熔沸点逐渐升高；密度逐渐增大；溶解性逐渐减小。

单质氧化性：F2>CL2>Br2>I2

阴离子还原性：F-HCl,原因是HF有氢键沸点最高，其他随分子量变大分子间作用力增大，沸点升高 条件 特殊现象 产物稳定性 化学方程式 F2 暗处 剧烈化合并发生爆炸很稳定 H2（g）+F2（g）= 2HF（g） Cl2 光照或点燃 ———————较稳定 H2（g）+Cl2（g）=（点燃或光照）2HCl（g） Br2 加热 ———————稳定性差 H2（g）+Br2（g）= （加热）2HBr（g） I2 不断加热 缓慢反应不稳定 H2（g）+I2（g）=（不断加热）2HI（g） 结论：随着核电荷数的增加，卤素单质与H2反应变化：F2、Cl2、Br2、I2

①剧烈程度：逐渐减弱 ②生成HX的稳定性：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。

氯气难溶于饱和氯化钠溶液，而碘易溶于碘化钾溶液（生成I3-）

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**沉淀 Ag+（aq）+ Br-（aq）——→AgBr（s）

碘离子：得**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易电极化，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（Dipole Moment）和键能（Bonding Energy）远大于C-H，这些导致了C-X的连接力（Bonding strength）远小于C-H连接。

* 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：

3X-（g）+6OH-（aq）——→5X-（aq）+ XO3-（aq）+3H2O（l）

但在酸性条件下，其逆反应（归中）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：

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。

卤素的含氧酸多数只存在于溶液中，而少数盐是以固态存在的，如碘酸盐和高碘酸盐。HXO(X=F、Cl、Br)、HIO3和HXO4(X=Cl、Br、I)分子在气相中十分稳定，可用质谱和其他方法研究。卤素存在的含氧酸见下表。 氟的含氧酸 氯的含氧酸 溴的含氧酸 碘的含氧酸 HXO HFO HClO HBrO HIO HXO2 HClO2 HBrO2 HIO2 HXO3 HClO3 HBrO3 HIO3 HXO4 HClO4 HBrO4 HIO4 其他 　　H7I5O14 其他 　　H5IO6 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（nucleophilic substitution）。

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。

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)-CH?

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=CH?+ HBr ——→ CH3-CH2-CH2-CH2-Br + H2O

催化剂：H2O?

产率90%以上。

* 从苯制作卤素则必须要通过催化剂，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。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。

然而对于无卤化的要求，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 PREN 14582) ;燃烧后产生卤化氢气体的含量

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