20103卤素的通性单质和卤化氢

1二中，2010年5月，王振山内容要点及要求：1、掌握卤素单质的性质，并能从结构的观点，说明其变化的规律性。2、掌握氟单质及化合物的特殊性。3、会用元素电势图分析卤素各氧化态的氧化、还原性。4、掌握HX及氢卤酸的制法、重要性质。重点：氟、氯单质，化合物的制备、性质。难点：元素电势图的应用。2元素符号FClBrI价电子层结构2s22p53s23p54s24p55s25p5主要氧化数–1,0–1,0,+1,+3,+4,+5,+7–1,0,+1,+3,+5,+7–1,0,+1,+3,+5,+7电子亲和能/(kJ·mol–1)327.9348.8324.6295.3分子离解能/（kJ·mol–1）156.9242.6193.8152.6电负性(Pauling)3.963.162.962.66１、卤素的通性§1、卤素的通性3卤素原子的物理性质基本性质FClBrI价层电子结构ns2np5主要氧化数-1-1,+1,+3,+5,+7解离能/kJ·mol156.9242.6193.8152.6溶解度/g/100mgH2O分解水0.7323.580.029共价半径/pm6499114.2133.3X-离子半径/pm133181196220第一电离能/kJ·mol-11861.01251.11139.91008.4第一电子亲合能/kJ·mol-327.9348.8324.6295.3电负性(Pauling)3.983.162.982．66X-离子水合能/kJ·mol-1-506.3-368.2-334.7-292.9φØ(X2/X-)/V2.871.361.080.535F的特殊性45氯的偶氧化态往往是表观氧化态，化合物中的实际氧化态，仍然是奇数，因为奇数族元素的奇氧化态稳定。卤素的通性如基态Cl供给一定能量，变成几种激发态，表现出高氧化态：+1、+3、+5、+7。F只能形成-1价化合物。67⑴、相似性：原子结构：最外层电子数均为7，易得电子而达到８电子稳定结构；●化学性质：活泼的非金属元素。２、卤素的原子结构与卤素的非金属性8⑶、特殊性（氟元素是非金属性最强的元素，要注意氟元素的特殊性。）：核电荷数依次增多；电子层数递增；原子半径依次增大，离子半径比相应的原子半径大。核对外层电子的引力依次减弱；得电子能力依次减弱，元素的非金属性依次减弱。⑵、递变性：FCIBr元素名称元素符号原子结构示意图原子电子层数原子相对大小原子半径(nm)氟氯溴碘FClBrI23450.0640.0990.1140.133I卤族元素的原子结构和原子大小示意图9卤素氟氯溴碘非金属性逐渐减弱相同点：最外层7个电子易得一个电子，不同点：核电荷数递增电子层数递增原子半径依次增大得电子能力逐渐减弱核电荷数电子层排布元素符号FClBrI91735532,72,8,72,8,18,72,8,18,18,7原子结构性质决定具有氧化性1011三、卤素的元素电势图卤素的化学性质主要是氧化还原反应元素各氧化态按高到低顺序排列，每两种氧化态之间用线段连接，线段上面标上相应的电极电势，这样的图形列为元素电势图卤素φaClO4-ClO3-HClO2HClOCl2Cl-1.19V1.64V1.63V1.36V1.21V1.47V1.51VBrO4-BrO3-HBrOBr2Br-1.76V1.49V1.59V1.08V1.20VH5IO6HIO3HIOI2I-1.14V1.45V0.54V1.7V120.52V0.70VBrO-4BrO-3BrO-Br2Br-0.93V0.57V0.34V1.06V0.26VIO-3IO-I2I-0.145V0.445V0.54V0.81VClO-4ClO-3ClO-Cl2Cl-0.36V0.47V0.40V1.36V卤素φb从卤素的元素电势图中可以看出：①氯、溴、碘的含氧酸在酸性介质皆为强氧化剂，而在碱性介质中氧化性减弱；②Cl2，Br2、I2、ClO-、BrO-、IO-都不稳定，在碱性介质中易歧化，而XO3-在碱性介质中稳定不易歧化。13§2、卤素单质⑴、常温下，氟、氯是气体，溴是液体，碘是固体。⑵、沸点、熔点逐渐升高。⑶、颜色由淡黄绿色到紫黑色，逐渐转深。⑷、溴易挥发，碘易升华。⑸、溴和碘易溶于有机溶剂中。一、卤素单质的物理性质(1)黄绿色气体(2)有刺激性气味、有毒(3)密度比空气大[M(Cl2)=71g/molM（空气）=29g/mol](4)易液化（相比其它气体，Cl2的沸点高,液氯用钢瓶储运）(5)能溶于水（常温常压下，1体积水约溶解2体积的氯气,1∶2）包括：色、态、味、密度、熔沸点、水溶性等卤素的物理性质Ⅰ、氯气Cl214Ⅱ、溴溴是深棕红色易挥发液体碘是紫黑色固体，可升华升华---固体物质不经过液态直接变成气态的现象Ⅲ、碘1516卤素原子的物理性质•卤素(Halogen)这一词的希腊文原意是成盐元素。周期系第ⅦA族元素，包括了氟(Fluorine)、氯(Chlorine)、溴(Bromine)、碘(Iodine)和砹(Astatine)。卤素单质的物理性质卤素的一些性质性质氟F氯Cl溴Br碘I物态(298K,101.3kPa)气体气体液体固体颜色淡黄色黄绿色红棕色紫黑色熔点/K53.33172265.8386.5沸点/K84.86233.4331.8457.4临界温度/K144417588785临界压力/MPa5.577.710.3311.75在水中的溶解度(mol·L-1)反应0.090.210.0013共价半径/pm6499114.2133.3X离子半径/pm133181196220第一电离势(kJ·mol-1)1681125111401008电子亲合势(kJ·mol-1)327.9348.8324.6295.3X的水合能(kJ·mol-1)-507-368-335-293X2的离解能(kJ·mol-1)156.9242.6193.8152.6电负性(Pauling)3.983.162.962.66F性质的特殊性：FClBrI电子亲合势：反常较小依次变小X2的离解能：反常较小依次变小性质变化规律性：FClBrI单质颜色逐渐加深单质熔沸点逐渐增大第一电离势逐渐变小水合热（负值）逐渐变小电负性逐渐变小这是由于F的半径小，电子间的排斥力大的原因17单质颜色状态（常态）密度（℃）熔点（℃）溶解度(g/100g水，293K)F2淡黄绿色气体颜色逐渐变深1.69g/L密度逐渐增大-219.6熔点逐渐升高-188.1沸点逐渐升高与水反应溶解度逐渐减小Cl2黄绿色气体3.214g/L-101-34.60.732gBr2深红棕色液体3.119g/cm3-7.258.763.58gI2紫黑色固体4.93g/cm3113.5184.40.029g卤素单质的物理性质18沸点（℃）19可见光谱：颜色：颜色是卤素单质的重要性质之一。20光380nm以下：紫外线380nm~450nm：紫450nm~490nm：蓝490nm~560nm：绿560nm~590nm：黃590nm~630nm：橙630nm~780nm：红780nm以上：红外线Nm:nanometer，10-9m可见光谱：物质颜色630-600760-630430-400450-430500-450570-500600-570橙红紫蓝青绿黄光互补示意图(数值为波长，单位nm)物质呈现的颜色为被该物质吸收了的色光的互补色随原子序数↑核间距↑电子与核结合紧密程度↓电子激发所需能量↓吸收光波长↑互补光波长↓颜色加深氟吸收波长短的光则呈现波长较长光的颜色-黄色碘吸收波长长的光则呈现波长较短光的颜色-紫色22非透明物质的颜色：物质对可见光全吸收——黑色；完全不吸收——白色；各种波长均吸收部分——灰色；吸收特定波长的光——显示互补色。物质可吸收光中某种波长的光，而其余波长的光与所吸收掉的光为互补色，可以透射或反射的形式释放出来，这部分光的颜色即为物质的颜色。“可见光的互补关系”可见光互补图互补色，在色环中正好成180度角，几何学中称为补角，补色的“补”大概由此得名。单质的颜色吸收光物质的颜色颜色波长(nm)黄绿紫400~450黄蓝450~480橙绿蓝480~490红蓝绿490~500紫红绿500~560紫黄绿560~580蓝黄580~600绿蓝橙600~650蓝绿红650~700I，价电子由5p*跃迁到5p*。所需吸收光子的能量小。吸收黄绿光，透过紫光，故显浅紫色。F，价电子由2p*跃迁到2p*。所需吸收光子的能量大。吸收蓝光，透过黄光，故显浅黄色。23•无机化合物显色的原因是什么？•互补色：可见光400-780nm，物质吸收470-500nm青色光，颜色：红色（如硫氰酸铁）；物质完全吸收，颜色：黑色；物质完全不吸收，颜色：白色（如氯化钠）；物质吸收黄光，颜色：蓝色（如硫酸铜）；•碘I2吸收绿光560～580nm，颜色：紫色；氟F2吸收蓝光450～480nm，颜色：黄色•物质选择吸收光波长与①I2分子对电子结合松紧有关；半径大，电子易激发，激发需能量小，吸收波长大的绿光；F2吸收波长小的蓝光；②溶剂有关。溴：水（黄）有机溶剂（黄－棕红）•碘：水（深黄色）介电常数小的CCl4,CS2（分子状态紫色）•介电常数大的乙醚（棕色）三乙胺（黄色）2425卤素颜色是最引人注意的性质之一结构的单一性导致了颜色的单调变化。渐变现象是由元素的最高占有分子轨道（HOMO）与最低未占分子轨道（LUMO）之间的能量差自上而下减小，而使激发波长变长（能量变小）造成。26卤素单质在室温下的颜色X2在可见光范围内，吸收特定波长的光，)()()()()()(2222222222222222121pxpzpypzpypxssssF2发生np*→σnp*跃迁，显示互补色。F2（g）浅黄绿Cl2(g)黄绿Br2（l）红棕I2（s）紫因为：随着卤原子序数的增加，np*→σnp*间的能量差下降，所以跃迁吸收的光波红移。为什么由F2→I2,气体颜色会逐渐加深？27溴和碘在水和有机溶剂中的颜色比较（溶质由稀到浓）溶剂溶质水汽油或苯（比水轻）四氯化碳（比水重）溴碘深紫深紫深紫溶剂溶质水溴黄→橙色橙→橙红橙→橙红碘黄→褐淡紫→紫红紫→深紫溶解的量多少不一，颜色呈现深浅不一。28有机溶剂是Lewis碱，而I2是Lewis酸，溶剂的极性越强，电子对偏移越大，溶剂化作用越强，I2-CCl4溶液紫色，接近I2(s),表明CCl4对I2溶剂化作用很弱。溶剂H2OC2H5OH(95%)C2H5OHC6H6CCl4溶解度溶液颜色0.035褐色9.45褐色20.5褐色16.46粉色(浅红褐色)2.91紫色碘在有机溶剂中的溶剂化作用碘在有机溶剂中的溶解度单质的颜色溶剂颜色吸收光（nm）CnH2n+2,CCl4紫520-540芳香烃粉红490-510醇，胺棕450-480碘溶于溶剂中所形成溶液的颜色随溶剂不同而有区别。一般来说，在介电常数较大的溶剂中，如不饱和烃、液态二氧化硫、醇、酮、醚和酯，碘呈棕色或棕红色，而在介电常数较小的溶剂中，如二硫化碳和四氯化碳，则呈紫色。碘溶液颜色的不同是由于碘在极性溶剂中形成溶剂化物，而在非极性或极性较低的溶剂内，碘不发生溶剂化作用，溶解的碘以分子状态存在，故溶液的颜色与碘蒸气相同29卤素单质的物理性质•颜色是卤素单质的重要性质之一，从氟到碘颜色依次加深。•卤素单质中氟会剧烈地分解水而放出氧气;•其它卤素在水中溶解度不大，但它们在有机溶剂中的溶解度比在水中的溶解度大得多。•所有卤素均有刺激性气味，且有毒。碘在极性溶剂（如醇）因生成溶剂合物而呈棕（红）色，在非极性溶剂中为紫红或紫色。30312、卤素单质的溶解度⑴、卤素单质在水中的溶解度：卤素单质为非极性分子，它们在水中的溶解度不大。可以说单质难溶于水，相对来说Br2溶解度最大，I2最小。，氯和溴也会发生反应。卤素分子内原子间以共价键相结合，分子间仅存在微弱的分子间作用力（色散力）。它们在有机溶剂中的溶解