第一章卤素.docx
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第一章卤素
第一章卤素(8.1~8.20)
一、卤族元素
二、卤素单质
三、卤素化合物
四、拟卤素、类卤素
五、实验
六、氧化还原反应
七、过量计算
第一部分卤族元素
1、原子结构
x····7
相似性:
X+e→X—X—有还原性
2、R→↑
递变性:
X得电子能力减弱,X—失电子能力增强。
Rx 3、X—X 共价键结合双原子分子: 典型非金属单质。 发散: XCl证明Cl2为双原了分子事实。 4、最低负价-1价,最高正价+7价,此外还有0、+1、+3、+5。 5、以化合态存在于自然界,单质人工合成。 第二部分单质 F2、Cl2、Br2、I2 一、物性 1、颜色逐渐加深 淡黄色—→黄绿色—→深红棕色—→紫黑色(颜色加深) 发散: ①物质的颜色通常由于物质对可见光中某种波长的光有选择吸收作用而产生的。 ②观察: 衬白纸。 2、状态(常温) g—→g—→l(暗红色)—→S 发散: 常温常压下单质的状态 ①气态: 惰气: H2、N2、O2、F2、Cl2 ↑ O3 ↓ ②液态: Br2、Hg、C5 ③其它单质为固体 3、溶沸点依次升高 发散: ①溶沸点与晶体类型 F2—→I2分子晶体,结构相似,分子量↑;T↑ ②Cl2易液化;I2易升华;Br2易挥发 ↓↓↓ 液氯紫红色典蒸气红棕色溴蒸气(NO2) [KMnO4(aq)] 升华 凝华 4、密度逐渐增大 5、所有卤素单质均具有刺激性气味,毒性(F2—→I2减弱) 发散: 扇闻法。 6、卤素在水中溶解度不大(F2与水完全反应) 发散: ①X2溶解于存在物理化学变化。 ②X2在有机溶剂中溶解度比水中大得多。 ③溴、碘溶于非极性溶剂。 Br2、I2就分解到溶剂中,若溶剂无色,Br2、I2保持蒸气颜色。 ④溴、碘溶于极性溶剂,Br2、I2发生变形,颜色发生变化。 eg: CCl4: Br2—→橙—→红棕;I2: 紫色 H2O: Br2—→黄—→橙;I2: 黄褐 二、化学性质 1、F2 (1)氟元素: ①最活泼的非金属 ②单质的氧化性最强 ③F—很难被氧化 注: 无氧化剂直接氧化F—,可用电解法。 ④化合物中表现-1价,无正价。 例: HFOHOFH—O—F OF2FOFF—O—F O2F2 — — — O3F2 — — — — (2)性质: ①能与几乎所有的金属、非金属反应生成氧化物。 ②在室温或不太高温度下,氟与Mg、Fe、Cu、Pb、Ni反应易发生钝化。 ③能与惰性气体反应: XeF2、XeF4、XeF6(白固) ④与H2反应,冷暗处爆炸—→HF 2F2+2H2O==4HF+O2 F2+H2O(细冰未)=HF+HFO(微量) ⑤与H2O反应: (无氟水) 2F2+2NaOH==2NaF+OF2↑+H2O(稀碱) 2F2+4NaOH==4NaF+O2↑+2H2O(浓碱) ⑥与碱反应: 2、Cl2 +17 (1)氟元素: +17 ①原子结构: 287Cl ②单质氧化性强,Cl—有一定还原性。 ③化合价: -1,+1,+3,+5,+7 例: OHClO2HClO3HClO4 ↓↓↓↓ 浓氯酸亚氯酸氯酸高氯酸 (2)性质: ①与金属反应—→高价金属卤化物 Ⅰ.Cl2+2Na==NaCl(白烟)(Na薄片与Cl2接触反应且常温) 现象: a.Na在空气中和Cl2燃烧火焰均为黄色。 b.白色晶体生成—→白烟 △ c.放出大量热 Ⅱ.2Fe+3Cl2===2FeCl3+Q 现象: a.剧烈燃烧(无火焰)。 b.棕(黄)色烟。 c.产物溶于水,黄色溶液。 △ d.Fe丝保持红热 放热。 Ⅲ.Cu+Cl===CuCl2 现象: a.剧烈燃烧。 b.棕黄色烟。 c.产物溶于水得溶液的颜色。 黄[CuCl4]2—浓(Cl2过量,—→实验证明 淀粉KI试纸) 绿 蓝[Cu(H2O)4]2+稀 产物CuCl2(ag) 发散: (1)干燥Cl2或液氯常温下Cu、Fe不反应,故Cl2贮存于钢瓶中。 (2)Cl2与可变价金属反应生成高价。 (3)FeCl3、CuCl2能否用盐酸与金属单质反应。 ②与非金属反应——H2、P Ⅰ.H2+Cl2==2HCl 条件: 点燃,光照或受热。 a.安静燃烧,苍白色火焰 现象: A、点燃b.光和热 c.瓶口反雾 发散: 工业用H2和Cl2燃烧制HCl—→盐酸 A: H2过量 B: Cl2(有毒)完全反应 爆炸 瓶口有白雾 B、光照或加热 ①瞬时气体体积增大 ②瞬时放出大量热 发散: (1)爆炸的条件 广义: …… 狭义: ……条件灭火 (2)燃烧的定义 P+Cl2 PCl3+PCl5 Ⅱ.P+Cl2==PCl3(g)+Q PCl3+Cl2 PCl5(g)+Q 现象: a.燃烧白色烟、雾 b.若将反应混合物散逸在潮湿空气中产生大量白雾。 PCl3+3H2O==H3OP3+3HCl↑ PCl5+4H2O==H3OP4+5HCl↑ 发散: “烟”、“雾”、发光、“火焰”等现象的区别。 烟: 由固体小颗粒悬浮于空气中形成。 雾: 由小液滴飘浮于空气中形成。 发光: 固体物质微粒被灼烧的结果。 (Mg) 火焰: 是可燃气体燃烧的结果。 S蒸气H2 ③与H2O反应(VCl2/VH2O=1/2) Cl2+H2O H++Cl—+HClO .Cl2溶于水是物理化学变化。 物理变化: Cl2水黄绿色。 Ar .氯水成分 HClO H++HClO—;2HClO===HCl+O2↑ a.新置氮水 H2O>Cl2>H+>Cl—>HClO>ClO—>OH— 分子: H2O、Cl2、HClO 离子: H+、Cl—、ClO—、OH— Cl2存在,使得可以在很多情况下用氯水代替Cl2进行实验。 b.久置氯水——稀盐酸溶液。 .氯水要随用随配,保存于棕色试剂瓶,阴凉处。 .与平衡移动的联系: Cl2+H2O H++Cl—+HClO 向氯水中加入物质 浓度变化 平衡移动 方向 应用 可溶性氯化物 [Cl—]↑ ←— a.用饱和食盐水除Cl2中HCl b.用排饱和食盐水收集Cl2 盐酸 [H+]↑、[Cl—]↑ —→ HClO和浓HCl反应制Cl2 NaOH [H+]↓ —→ 用NaOH吸收多余Cl2 Ca(OH)2 [H+]↓ —→ 制漂白粉 CaCO3 [H+]↓ —→ 制高浓度HClO溶液 光照 [HClO]↓ —→ 氯水避光保存或现用现配 .氯水的性质——多样性 成分 表现性质 反应实例 Cl2 (1)(呈黄绿色) (2)强氧化性 (3)加成反应 Mg+Cl2=MgCl2;Cl2+KI=KCl+I2 Cl2+H2SO4+H2O=H2SO4+2HCl Cl2+CH2=CH2→CH2Cl—CH2Cl H+ 强酸性 Mg+2H+=Mg2++H2↑;2H++CaCO3=Ca2++CO2↑+H2O 紫色石蕊 HClO (1)弱酸性 (2)强氧化性 HClO+OH—=ClO—+H2O 漂白、杀菌、消毒 先变红 后褪色 Cl— 沉淀反应 Cl2+H2O+AgNO3=AgCl↓+HNO3+HClO 在牵涉到浓度计算,当成分复杂时,一律以原始物质为准(如氨水)。 .氯气、液氯、氯水的区别 ①Cl2的水溶液,混合物。 ②氯水随放置时间不同,成分不同。 氯气 液氯 氯水 ④与碱反应: △ Cl2+2OH—==Cl—+ClO—+H2O 3Cl2+6OH—(浓)==5Cl—+ClO3—+3H2O 运用: a.Cl2的尾气吸收。 b.Cl2+NH3==NH4Cl+N2(浓氨水检验Cl2管道) ↑↑ 浓氨水白烟 .次氯酸及盐 1、HClO: HOClH—O—ClCuO为HClO酸酐 2、HClO仅存在于溶液中,浓溶液呈黄色,稀时无色,强烈刺激性气味。 光 3、化性 ①不稳定性: 2HClO===2HCl+O2↑ 氯水保存,棕色,细口玻璃试剂瓶。 ②弱酸。 ③强氧化性。 Ⅰ.杀菌、消毒。 缺点: Cl2作用于有机物,生成有机氯化物而致癌。 其它: O3 ClO2: 消毒效率是Cl2的2.63倍。 Na2FeO3—→净水,消毒。 HClO+NH3 NH2Cl+H2O 延长消毒杀菌时间 NH2Cl: Ⅱ.漂白: (干燥Cl2无,潮湿的Cl2或氯水有) △ 原理: 将有色素氧化成无色物质(稳定、不可逆) 氯气—→品红—→无色—→不变红 Cl2—→石蕊—→红色—→无色—→不变红 Cl2—→KI淀粉溶液—→蓝色—→无色 对比: SO2—→品红—→无色—→变红 SO2—→石蕊—→变红—→不褪色 4、次氯酸盐具有强氧化性 ClO—在碱性、酸性环境下均有强氧化性,ClO—在酸性环境下更强。 Ca(ClO)4+4HCl(浓)==CaCl2+Cl2↑+2HCl 5、氧化性 HClO>HClO2>HClO3>HClO4 C.制漂白粉 2Cl2+2Ca(OH)2==CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O 石灰水? ←石灰水—→成分有效成分(固体) 原理: Ca(ClO)2+CO2+H2O=CaCO3↓+HClO(强酸制弱酸) 隔绝空气,密封保存 阴凉处 HClO 保存 目的: 增强稳定性,便于运输、贮存。 ⑤Cl2氧化性 .Cl2+2KI==I2+2KCl(运用,淀粉KI试纸检验Cl2) .Cl2+FeCl2==2FeCl3(现象: aq曲线绿色为黄色) .3Cl2+2FeBr2==2FeCl3+Br2 3Cl2+6FeBr2==2FeCl3+4FeBr3 I—>Fe2+>Br— 淡黄色或乳白色沉淀 .Cl2+H2S(g,ag)==2HCl+S↓ Cl2+Na2S(ag)==2NaCl+S .Cl2+SO2+2H2O==H2SO4+2HCl X2=Cl2、Br2、I2. .氯气、液氯、氯水的区别 Cl2+Na2SO3+H2O==Na2SO4+2HCl(除废水中Cl2) Cl2+Na2S2O3+H2O==Na2SO4+S↓+2HCl 发散: (1)Cl2(g)—→KI淀粉试液中 先变蓝,后褪色。 5Cl2+I2+6H2O==2IO3—+10Cl—+12H+ Cl2水←—KI淀粉溶液中 无蓝色 Na2CO3 HClNaAlO2 HCl AlCl3 NaOHAgNO3 NH3·H2O (2)能使淀粉KI试纸变蓝的物质。 ①Br2(Br2水) ②NO2: NO2+KI+H2O==2KOH+NO↑+I2 ③O3: O3+2KI+H2O==2KOH+O2↑+I2 ④H2O2: H2O2+2KI==2KOH+I2 ⑤HNO3稀: KI+8HNO3==6KNO3+2NO↑+3I2+4H2O ⑥可溶性铁盐: Cu盐: 2Fe3++2I—==2Fe2++I2;Cu2++2I—==CuI↓+I2 ⑦次卤酸盐、卤酸盐等…… ⑥其它有机物反应 Cl2+CH4—→…… Cl2+C2H4—→…… Cl2+—→…… CH3 | Ar—→…… Fe—→…… Cl2+—— 3、Br2(或Br2水)(性质类似于Cl2) 1、易挥发: 存放: 水封取液溴—→吸管“倾倒” 2、Br2+CH2=CH2→CH2Br—CH2Br 能腐蚀橡皮。 发散: 能使溴水褪色的物质和相应反应。 ①H2S: H2S+Br2==2HBr+S↓ ②SO2: SO2+Br2+H2O==H2SO4+2HBr ③烯烃、炔烃等含不饱和双键、叁键的有机物。 因加成使溴水褪水。 ④含有醛基化合物。 —OH ⑤使溴水 ⑥活泼的金属Mg、Zn、Fe粉,Mg+Br2=MgBr2 ⑦碱液 Na2CO3+2Br2+H2O==2NaBr+2HbrO+CO2↑ Na2S ⑧ ⑨、CCl4等物质能将Br2从水中萃取出来,使溴水褪色。 3、溴水腐蚀性,不慎沾上皮肤,可采用稀氨水、Na2S2O3、煤油、酒精洗涤。 4、I2(性质类似于Cl2) ①特性: I2使淀粉溶液变蓝 运用: 制成KI淀粉试纸。 ②碘是紫黑色固体,具有金属光泽。 ③I2氧化性—→转化 与可变价金属反应生成低价态。 △ I2+2Cu===2CuI H2O ④I2+Zn====ZnI2 发散: ①见前。 ②卤素单质间的置换 △ F2+2NaCl(熔)===NaF+Cl2 褐色 Cl2+Br—==Br2+2Cl—;Cl2+2I—==I2+2Cl— (黄—→橙)Br2+2I—==I2+2Br— 三、卤素单质的制备 1、F2 (1)电解法 电解 2KHF2===2KF+H2↑+F2↑ (2)非电解法 2K2MnF6+4SbF5==4KSbF6+2MnF3+F2 2、Cl2 工业: 电解饱和食盐水,即氯碱工业副产品。 △ 实验室: (1)原理: MnO2(氧化剂)+4HCl(浓)(还原剂)—→ (酸性) 不加热也可以获得Cl2 14HCl+K2Cr2O7—…… 16HCl+KMnO4—…… 6HCl+KClO3—…… 4HCl+Ca(ClO)2—…… ↑ 代替MnO2 NaCl+H2SO4(浓)、+MnO2—→MnSO4+Cl2↑+NaHSO4+2H2O ↑ 代替HCl浓 Cl—在强酸性环境中表示出还原性。 (2)装置选择 ① ②常见气体发生装置 △ S+S—→g↑: O2、CH4、NH3 △ S+L—→g↑: Cl2、HCl S+L—→g↑: NO2、NO、H2、C2H2、CO2、SO2、H2S △ L+L—→g↑: C2H4 ③构造气体发生装置,应遵循原则 先上后下,先左后右,先检查气密性后装药品。 ④实验室制备气体基本步骤 连接仪器→检密→装药→反应→净化→干燥→收集→停反→拆洗检验 ⑤气密性检查 ①基本法——微热法 ②液差法,如: 启普发生器。 a.部位 b.时机: 滴入盐酸后加热 c.不宜太猛烈: 以减小HCl的挥发 (3)加热 排空: 向上排空 排液: 排饱和NaCl溶液 (4)收集(5)检验(6)尾气处理 发散: 1、气体收集方法 排水: O2、H2、CO、NO、CH4、C2H4、C2H2 排饱和溶液 CO2—→饱和NaHCO3(aq) SO2—→饱和NaHSO3(aq) H2S—→饱和NaHS(aq) Cl2—→饱和NaCl(aq) (1)排液法 优点: 收集气体纯度高,易判断是否集满(但不干燥) 向上排空: O2、CO2、HCl、Cl2、H2S、SO2、NO2 ρx>ρ空 向下排空: H2、NH3、CH4 ρx<ρ空 密度相差 较大 排空法 优点: 操作简便,但纯度不高。 注: 收集气体与价质不能反应。 (2)装置 .排空: ρg<ρ空 *为了减少空气向瓶内扩散(对液),集气瓶口还应盖毛玻,塞棉花。 ρg>ρ空 2、气体净化、干燥 (1)净化装置 (2)干燥剂分类 酸性: 浓H2SO4、P2O5 碱性: 生石灰、熟石灰、消石灰、碱石灰、石灰石 中性: 无水CaCl2(不能干NH3) 强氧化性: 浓H2SO4 气 体 酸性: Cl2、CO2、SO2、HCl、H2S、NO2 碱性: NH3 中性: O2、N2、CO、CH4 还原性: H2S、HI 3、尾气处理方法 (1)极易溶于水的尾气。 水及NH3、HCl、HBr (2)溶解度不大的尾气。 吸收剂Cl2、CO2、H2S (3)对于有毒易燃气体: 点燃(出口处放酒精灯) 3、Br2 工业上: 海水制溴 富集 精制 Cl2+2Br—==2Cl—+Br2(用空气将溴单质吹出) 3Br2+Na2CO3==5NaBr+NaBrO3+CO2↑(NaCO3吸收Br2) Br—+BrO3—+6H+==3Br2+3H2O(用H2SO4酸化) 实验室: MnO2+KBr+3H2SO4(浓)==MnSO4+2KHSO4+Br2↑+2H2O 溴能腐蚀橡皮,在制溴时尽量减少橡皮塞(外套锡箔) 卤素单素 装置 4、I2 (1)2NaI+3H2SO4+MnO2==NaHSO4+MnSO4+2H2O+I2 (2)2IO3—+HSO3—==5SO42—+H2O+3H++I2 IO3—+HSO3—==I—+SO42—+3H+ IO3—+5I—+6H+==3I2+3H2O 四、贮存 液化—→Fe、Cu钢瓶 F2 Cl2 少量: 液封(水封)棕色瓶细口瓶 大量: 钢瓶 Br2 I2(s): 棕色广口瓶 发散: 1、密封保存的试剂 (1)试剂由于与空气中成分作用而密闭保存 ①与CO2作用 碱(NClOH、Ca(OH)2、Ba(OH)2): 碱石灰、Na2O2 弱酸盐: Na2SiO3(aq)、漂白粉、NaAlO2 ②与H2O作用 a.浓H2SO4、CaCl2、NaOH(s)、P2O5、碱石灰、硅胶、浓H3PO4 b.电石CaC2、CaO、CuSO4(粉)、Na、K、Na2O2 ③与O2作用 —OH Na、K、H2SO3(aq)及盐、H2S、P4、、FeCl2、SnCl2 (2)试剂由于挥发或自身分解应密封保存,且冷暗处。 HNO3、AgNO3、H2O2、Br2(g)、HCl(浓)、浓NH3(ag)、汽油、 △放在空气中变质。 2、对试剂瓶要求 固体—→广口瓶,便于镊子取用 (1)液体—→棕色瓶 气体—→集气瓶+毛玻璃,储气瓶,气球,P (2)见光分解试剂—→棕色瓶 浓HNO3、AgNO3、卤化银、氯水、溴水、碘水和某些试剂 (3)储气瓶 第三部分卤素化合物 一、卤化氢(HX: HF、HCl、HBr、HI) (一)共性与递变性 1、都无色,极易溶于形成氢卤酸,在空气中易形成酸雾。 ①HX分子为极性分子,H2O分子极性分子,遵循“相似相溶”原理。 物性 ②HCl、HBr、HI溶于水1: 500;HF能无限制溶于水。 2、卤化氢的沸点逐渐升高(HF外): HF>HI>HBr>HCl ①HF分子间能形成氢键。 ②能形成氢键: HF、H2O、NH3。 3、卤化氢稳定性一般较强: HF>HCl>HBr>HI 4、均可与NH3反应生成铵盐(白烟) NH4F、NH4Cl、NH4Br、NH4I 化性 用于HX与NH3相互检验。 5、氢卤酸性逐渐增强。 HF 6、卤化氢或氢卤酸还原性按HF—→HI顺序增强。 HF几乎无还原性,HBr、HI具有强还原性。 发散: 1、卤化氢与氢卤酸差别。 (HX) ①本质区别: 纯净物、混合物。 (成分) ②与电解质联系及导电性。 2、设计实验证明使石蕊、试纸变红是盐酸电离的H+作用。 (二)制备 1、HF: 剧毒,腐蚀玻璃 (1)原理: CaF2+H2SO4浓===CaSO4+2HF↑ (2)装置: 铅皿(衬铅的钢制容器)(PbF2保护层) (3)贮存: 逆料容器 CaF2是氟在骨骼和牙齿中的存在形式。 发散: 1、CaF2难溶,俗名萤虫;CaX2除CaF2难溶于水,其它易溶于水。 2、氢氟酸能腐蚀玻璃—→玻璃雕花 4HF+SiO2==SiF4+2H2O 6HF+CaSiO3==CaF2+SiF4↑+3H2O 3、设计实验装置制HF吸收集HF。 2、HCl (1)原理: NaCl+H2SO4浓==NaHSO4+HCl↑ NaCl+NaHSO4==Na2SO4+HCl↑ 2NaCl+NaHSO4(浓)==Na2SO4+2HCl↑ ①NaCl只能用固体,且其它氯化物均可(KCl、MgCl2)AgCl? NH4Cl? ②NaHSO4相当于一元强酸。 ③复分解—→高沸点制低沸点(其它卤化氢也用此法)。 ④虽为离子间反应,但不写离子方程式。 △ (2)装置: S+L—→g↑,与制Cl2类似。 ①补防倒吸装置P16 ②防止受热不均——安全瓶 (3)收集: 排空法 (4)干燥: P2O5、H2SO5浓 发散: ①工业制HCl用H2在Cl2中燃烧。 ②实验室快速制HCl—→浓H2SO4,浓HCl加。 △ 3、HBr NaBr+H3PO4(浓)===NaHPO+HBr↑ ①不用浓H2SO4: ——HBr的还原性 混合物 NaBr+H2SO4(浓)==NaHSO4+HBr↑ 2HBr+H2SO4(浓)==SO2↑+2H2O+Br2 ②不稳定性,受热较易分解 ③与某些有机物反应 CH3CH2OH+H—Br—→CH3CH2—Br+H2O △ 4、HI NaI+H3PO4(浓)===NaH2PO4+HI↑ NaI+H2SO4(浓)==NaHSO4+HI↑ HI+H2SO4(浓)==SO2↑+2H2O+I2 ① △ ②不稳定性: 2HI===H2↑+I2 发散: ①食盐加碘(又称碘盐) KI味咸而苦涩,口感差,潮解,易被氧化为I2而流失。 KIO34KI+O2+2H2O==I2+4KOH NaCl中讲②检验食盐是否碘(KIO3)或加的是KI。 a.5KI+KIO3+3H3PO4==K3PO4+3I2+3H2O ↑↑ 醋酸(非氧化性酸)
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