卤族元素

卤族元素

一：卤族元素的基本性质

第ⅦA族包括氟、氯、溴、碘和砹五种元素，总称为卤素。砹为放射性元素。有关卤族元素的基本性质汇列于下表中。

性质氟(F)氯(Cl)溴(Br)碘(I)

原子序数9173553

原子量

价电子构型2s22p53s23p54s24p55s25p5

主要氧化态-1,0

-1,0,+1,

+3,+5,+7-1,0,+1,

+3,+5,+7

-1,0,+1,

+3,+5,+7

共价半径(pm)6499

离子半径(pm)133181196220

第一电离势

(kJ/mol)

1681125111401008

电子亲合势

(kJ/mol)

-322-295

电负性

X-离子水合能

(kJ/mol)

-485-350-320-280

二：卤素元素的通性

1. 与同周期其它元素比较

卤素原子的价电子层结构是ns2np5，只需获得一个电子即可形成8电子稳定构型的X-离子,因此与同周期其它元素相比，卤素有最大的电子亲合势，最大的第一电离势(稀有气体除外)，最大的电负性和最小的原子半径，因此卤素是最活泼的非金属元素。它们的单质都是双原子分子，都具有氧化性。

2. 同族性质比较

卤素在性质上十分相似，但随着原子半径或离子半径的增加，外层电子离核越来

越远，尽管核电荷数也相应增加，其影响不如半径增加的影响大，结果使核对价电子的引力逐渐减小，致使卤素性质在相似性中又出现了差异性。如卤素的电离势、电负性和卤离子(X-)的水合焓等从上到下逐渐减小。

虽然卤素的性质具有差异性，但氟与其它卤素间的差异尤为显著。这是因为氟原子的半径很小造成的。氟元素的特殊性见氟的性质部分。

三：卤素元素电势图

卤素元素标准电极电势值如下所示。

卤素单质

一：物理性质

卤素单质的一些物理性质列于下表中。

性质氟氯溴碘

通常条件聚集状态气气气气

颜色淡黄黄绿红棕紫黑

毒性剧毒毒性大毒毒性较小熔点(K)

沸点(K)

密度(g/cm3)(l)(l)(l)(s)

溶解度(g/100g 水,293K)分解水

(放出O

2

)(有反应)

离解能(kJ/mol)

标准电极电势Eθ(V)

X

2

+2e=2X-

卤素单质由双原子分子组成。这些分子是非极性分子，分子间的结合力为色散力。随着分子量的增大，分子的变形性逐渐增大，分子间的色散力也逐渐增强，因此，卤素单质的熔沸点，密度等物理性质按F-Cl-Br-I的顺序依次递增。

气态卤素单质的颜色随着分子量的增大由浅黄色-黄绿色-红棕色到紫色。物质的颜色通常是由于物质吸收了可见光中某一波长的光(例如绿光)而显示该吸收波长光的互补色(即紫红色)颜色。在卤素元素中，从氟到碘外层电子从基态被激发到较高能级所需的能量逐渐减少，故对可见光的吸收逐渐向波长较长(即能量较低)的部分移动。氟吸收能量大,波长短的紫光而显黄色,而碘吸收能量小,波长长的黄光而显紫色。氯、溴分子吸收能量介于氟、碘之间，它们显现的颜色也在二者之间。

卤素单质分子是非极性分子，因此在极性溶剂中(如水中)溶解度不大。除氟与水相遇猛烈反应外，氯和溴溶于水得氯水和溴水，碘在水中溶解度极小，但易溶于

碘化物溶液(如碘化钾)中。

氯、溴、碘在有机溶剂如乙醇、四氯化碳、乙醚、苯、氯仿、二硫化碳等中的溶解度比在水中的溶解度大得多，并呈现一定的颜色。

卤素单质均有刺激气味，强烈刺激眼、鼻、喉、气管的粘膜。它们的蒸气均有毒，吸入较多时，会引起死亡。毒性从氟到碘依次减小，因此使用时要特别小心，注意防护。

二：化学性质

（1）与金属,非金属反应

氟能与所有金属和非金属(除氮、氧和一些希有气体外)包括氢直接化合，而且反应常常是很猛烈的，伴随着燃烧和爆炸。

氯也能与各种金属和大多数非金属(除氮、氧、希有元素外)直接化合，但有些反应需要加热，反应还比较剧烈，但反应活性不如氟。

一般能与氯反应的金属(除了贵金属)和非金属同样也能与溴、碘反应，只是反应的活性不如氯，要在较高的温度下才能发生。

（2）与水、碱的反应

a. 卤素对水的氧化作用

X

2 + H

2

O 2H+ + 2X- + 1/2O

2

事实上，F

2无论在酸、水、碱中均猛烈作用放出氧气；Cl

2

只有在光照下，才能缓

慢使水氧化。Cl

2、Br

2

、I

2

在碱性介质中实际进行另一类反应—歧化反应。

b. 卤素在水中的歧化(水解作用)

X

2 + H

2

O H+ + X- + HXO

除氟外，氯、溴、碘都能发生这类反应。这是一个可逆平衡，碱性介质有利于氯、溴和碘的歧化反应。

X

2 + 2OH- X- + X0- + H

2

O (X＝Cl

2

、Br

2

)

3I

2 + 6OH- 2I- + IO

3

-+ 3H

2

O

（3）与饱和烃及不饱和烃的反应（碘除外）

氯可与饱和烃反应，取代其中的氢，生成氯化氢。而与不饱和烃反应发生加成反应。卤代作用由氟得碘逐渐变弱。

卤化氢和氢卤酸

一：物理性质

卤化氢皆为无色、有刺鼻臭味的气体、在空气中会“冒烟"。这是因为卤化氢与空气中的水蒸气结合形成了酸雾。下表列举了卤化氢和氢卤酸的一些比较重要的性质。

性质

氟化氢

（HF）

氯化氢

（HCl）

溴化氢

（HBr）

碘化氢

（HI）

熔点（K）

沸点（K）

生成热(kJ/mol)+

在1273K的分解率(%)-33

溶解度

(100kPa)

g/100g

水,237K

∞221234(283K) %,293K424957

L水溶液的表观电离度

(%,291K)

1095

气态分子偶极矩

(×10-30c·m)

气态分子内两原子的核

间距(pm)

92128141162

键能(kJ/mol)

气化热(kJ/mol)