无机化学(人卫版)氢和稀有气体

1、第十三章第十三章 氢和稀有气体氢和稀有气体13-2 稀有气体稀有气体13-1 氢氢13-1-1 13-1-1 氢的存在和物理性质氢的存在和物理性质同位素同位素1 11 1H( H( 氕氕) )1 12 2D(D(氘氘) )1 13 3T(T(氚氚) )相对原子质量相对原子质量amuamu1.0078251.0078252.014102 2.014102 3.01605 3.01605 自然界中含量自然界中含量99.9844% 99.9844% 0.0156% 0.0156% 不稳定不稳定 单质氢是无色无嗅的气体单质氢是无色无嗅的气体, ,沸点沸点20.28K,20.28K,在标况下的密度在标况

2、下的密度0.08987kg0.08987kgL L-1-1, ,是所有气体是所有气体中密度最低的中密度最低的. .将氢气深度冷冻并加压可转将氢气深度冷冻并加压可转变成液体变成液体, ,在在13.84K13.84K时时 转变为透明固体转变为透明固体. . 氢可被某些金属氢可被某些金属( (如钯、铂如钯、铂) )吸附吸附, ,如室温如室温时时, ,一体积细钯粉大约吸收一体积细钯粉大约吸收900900体积的氢气体积的氢气. .被吸附后的氢气有很强的化学活泼性被吸附后的氢气有很强的化学活泼性. . 氢有三种同位素氢有三种同位素: : 13-1.1:13-1.1:氢有哪几种同位素氢有哪几种同位素? ?其

3、性质和其性质和用途有何不同用途有何不同?(?(C C级掌握级掌握) ) 解解: :氢有三种同位素氢有三种同位素, ,分别是普通氢或氕分别是普通氢或氕( (1 11 1H H或或H),H),重氢或氘重氢或氘( (1 12 2H H或或D)D)和氚和氚( (1 13 3H H或或T).T).它们的化学它们的化学性质相同性质相同, ,但由于所含中子数不同但由于所含中子数不同, ,从而引起的从而引起的物理性质如放射性等方面的性质是不同的物理性质如放射性等方面的性质是不同的. .如如H H2 2的沸点为的沸点为20.4K,20.4K,熔点为熔点为14.0K,14.0K,而而D D2 2的沸点为的沸点为2

4、3.5K,23.5K,熔点为熔点为18.65K.18.65K.另外它们的用途也不同另外它们的用途也不同. .氘与原子反应堆中的重水有关氘与原子反应堆中的重水有关, ,并广泛应用于反并广泛应用于反应机理的研究和光谱分析应机理的研究和光谱分析. .氚与核聚变反应有关氚与核聚变反应有关, ,也可用做示踪原子也可用做示踪原子. . 13-1.2:13-1.2:什么是正氢和仲氢什么是正氢和仲氢? ?性质有何性质有何区别区别?(?(C C级了解级了解) ) 解解: :在双原子氢分子内在双原子氢分子内, ,两个氢原子核两个氢原子核自旋方向相同的叫正氢自旋方向相同的叫正氢, ,两核自旋相反两核自旋相反的叫仲氢

5、的叫仲氢. .在低温时在低温时, ,仲氢比例较高仲氢比例较高. .正正氢和仲氢的化学性质相同氢和仲氢的化学性质相同, ,但物理性质但物理性质如熔点如熔点, ,沸点则稍有差异沸点则稍有差异. . 一一: :氢的化学性质氢的化学性质 13-1.3:13-1.3:总结氢的几种成键情况总结氢的几种成键情况, ,并各举并各举一例说明一例说明( (C C级掌握级掌握) ) 13-1-2 13-1-2 氢的化学性质和氢化物氢的化学性质和氢化物解解: :主要有三种成键方式主要有三种成键方式: :(1)(1)氢原子失去氢原子失去1 1个电子成为个电子成为H H+ +( (质子质子).).如酸如酸在水中的解离反应

6、在水中的解离反应. .(2)(2)氢原子得到氢原子得到1 1个电子成为个电子成为H-.H-.主要存在主要存在于氢和于氢和A,AA,A的金属所形成的离子型氢的金属所形成的离子型氢化物的晶体中化物的晶体中. .如如MgHMgH2 2,LiH,LiH等等13-1.4:13-1.4:归纳总结归纳总结H H2 2的主要化学性的主要化学性质质( (C C级掌握级掌握) )(3)(3)氢与其他电负性不大的非金属原子氢与其他电负性不大的非金属原子通过共用电子对形成共价型氢化物通过共用电子对形成共价型氢化物. .如如CHCH4 4,H,H2 2O O等等. .解解:H:H2 2的主要化学性质有的主要化学性质有:

7、 :（1 1）氢的可燃性）氢的可燃性H H2 2(g)+1/2O(g)+1/2O2 2(g)=H(g)=H2 2O(l)O(l)H H=286.5kJ/mol=286.5kJ/mol(2) (2) 氢的还原性氢的还原性氢可以和许多金属氧化物氢可以和许多金属氧化物, ,卤化物等卤化物等在加热的情况下相互发生反应在加热的情况下相互发生反应, ,显示氢显示氢的还原性的还原性PdClPdCl2 2(aq) + H(aq) + H2 2 = Pd(s) + 2HCl(aq) = Pd(s) + 2HCl(aq)(3) (3) 氢的氧化性氢的氧化性 氢可以和氢可以和AA族族AA族族( (除除BeBe，Mg

8、)Mg)活活泼金属相互反应，生成离子型氢化物。泼金属相互反应，生成离子型氢化物。 H H2 2 + 2Li = 2LiH + 2Li = 2LiH (4) (4) 加合反应加合反应2H2H2 2 + CO = CH + CO = CH3 3OHOH CHCH + H CHCH + H2 2 = CH= CH2 2=CH=CH2 2(5) (5) 氢与某些金属生成金属型氢化物氢与某些金属生成金属型氢化物氢气可以与某些金属反应生成一类外氢气可以与某些金属反应生成一类外观似金属的金属型氢化物，在这类氢观似金属的金属型氢化物，在这类氢化物中氢与金属的比值有的是整数比，化物中氢与金属的比值有的是整数比，

9、有的是非整数比的。有的是非整数比的。 氢与其它元素形成的二元化合物氢与其它元素形成的二元化合物称为氢化物称为氢化物. .根据与氢化合的元素电根据与氢化合的元素电负性不同负性不同, ,生成的氢化物可划分为如生成的氢化物可划分为如下三种类型下三种类型: :离子型离子型:A:A和和AA的氢化物的氢化物; ;金属型金属型( (过渡型过渡型):B):B到到BB的氢化物的氢化物; ;分子型分子型:A:A到到AA的氢化物的氢化物二二: :氢的氢化物氢的氢化物 13-1.5:13-1.5:总结三种类型氢化物的性质特总结三种类型氢化物的性质特点点( (C C级了解级了解) ) 解解: :离子型氢化物一般稳定性较

10、差离子型氢化物一般稳定性较差, ,在在熔融温度以前分解为单质熔融温度以前分解为单质( (除除LiHLiH、BaHBaH2 2外外),),遇水分解成金属氢氧化物和遇水分解成金属氢氧化物和氢气氢气. .均属强还原剂均属强还原剂, ,在高温下可以还在高温下可以还原金属氯化物、氧化物及含氧酸盐原金属氯化物、氧化物及含氧酸盐. . 分子型氢化物属于分子晶体分子型氢化物属于分子晶体, ,具有低熔具有低熔沸点沸点. .有的可与水反应有的可与水反应, ,而有的而有的 解离显酸解离显酸性或碱性性或碱性. . 金属型氢化物有金属光泽金属型氢化物有金属光泽, ,密度比相应密度比相应的金属要小的金属要小. .从化学性

11、质上从化学性质上, ,铍、镁、镧铍、镁、镧系金属、锕系金属等的氢化物多类似于系金属、锕系金属等的氢化物多类似于离子型氢化物离子型氢化物; ;而而InIn、TlTl、铜族、锌族金、铜族、锌族金属的氢化物则多类似于共价型氢化物属的氢化物则多类似于共价型氢化物, ,从从而这类氢化物也称为过渡型氢化物而这类氢化物也称为过渡型氢化物. . 性性质质HeNeArKrXeRn原子序数原子序数21018365486原子量原子量4.0020.1839.9583.80131.3222.0价电子结构价电子结构1s22s22p63s23p64s24p65s25p66s26p6范氏半径范氏半径(pm)122160191

12、198-第第I电离势电离势(kJ/mol)237220811521135111701037第第II电离势电离势(kJ/mol)52503952266623502046-1.1.稀有气体元素的基本性质稀有气体元素的基本性质 13-2-2 13-2-2 存在存在, ,分离分离, ,性质性质, ,制备和用途制备和用途一一: :稀有气体的性质稀有气体的性质 13-2.1:13-2.1:为什么稀有气体元素的电离势为什么稀有气体元素的电离势随原子序数的增大而依次减小随原子序数的增大而依次减小?(?(C C级掌级掌握握) ) 解解: :因随原子序数的增大其原子半径也因随原子序数的增大其原子半径也依次增大依次

13、增大, ,最外层电子离核就越远最外层电子离核就越远, ,核核对其吸引力越弱对其吸引力越弱, ,则电子越易失去则电子越易失去, ,所所以电离势就依次减小以电离势就依次减小. . 性性质质HeNeArKrXeRn颜颜色色无色无色无色无色无色无色无色无色无色无色无色无色光谱颜色光谱颜色(放电管中放电管中)黄黄红红蓝蓝淡蓝淡蓝蓝绿蓝绿-气体密度气体密度(g/L)0.1785 0.9002 1.78093.7085.8519.73熔熔点点(K)0.95*24.584.0116.6161.2202.2沸沸点点(K)4.2527.387.5120.3166.1208.2溶解度溶解度(mol/L,293K)1

14、3.814.737.973110.9-临界温度临界温度(K)5.2544.45153.15 210.65 289.75 377.65气化热气化热(kJ/mol)0.091.86.39.713.718.02. 2. 稀有气体的物理性质稀有气体的物理性质* *: : 在在2.6MPa2.6MPa下下 13-2.2:13-2.2:为什么稀有气体的单质是由单原子为什么稀有气体的单质是由单原子而非双原子组成而非双原子组成? ?单质的熔沸点单质的熔沸点, ,溶解度以及溶解度以及气化热均随分子量的增大而增加气化热均随分子量的增大而增加?(?(C C级掌握级掌握) ) 答案答案13-2.3:13-2.3:为什

15、么稀有气体单质的熔沸点比一为什么稀有气体单质的熔沸点比一般共价化合物的都低般共价化合物的都低?(?(B B级掌握级掌握) ) 答案答案问问题题解解: :因稀有气体元素基态原子价电子层除氦因稀有气体元素基态原子价电子层除氦为为2 2个电子外个电子外, ,其余均为其余均为8 8电子构型电子构型, ,它们的它们的价电子层均已达饱和价电子层均已达饱和, ,是稳定电子构型是稳定电子构型, ,不不能与另一个原子形成共价键能与另一个原子形成共价键, ,因此以单原子因此以单原子组成其单质组成其单质. .它们的单质均为非极性共价分它们的单质均为非极性共价分子子, ,随着原子序数的增加随着原子序数的增加, ,其分

16、子半径增大其分子半径增大, ,分子的变形性就增大分子的变形性就增大, ,色散力也就增大色散力也就增大, ,即即分子间作用力增大分子间作用力增大, ,则分子的熔沸点则分子的熔沸点, ,溶解溶解度以及气化热也就随之而增加度以及气化热也就随之而增加. . 解解: :因稀有气体分子是球形对称的单因稀有气体分子是球形对称的单原子非极性分子原子非极性分子, ,与一般共价分子相与一般共价分子相比比, ,其分子体积较小其分子体积较小, ,变形性也小变形性也小, ,导导致其分子间作用力即色散力很弱致其分子间作用力即色散力很弱, ,所所以单质的熔沸点就比一般共价化合物以单质的熔沸点就比一般共价化合物的都低的都低.

17、 .如氦的沸点如氦的沸点(4.25K)(4.25K)是已知物是已知物质中最低的质中最低的. . 三三: :稀有气体的制备稀有气体的制备( (自学自学) ) 四四: :稀有气体的用途稀有气体的用途( (自学自学) ) 13-2.4:13-2.4:首次合成出的稀有气体化合物是什首次合成出的稀有气体化合物是什么么? ?其结构如何其结构如何? ? 解解: :是是XeXe+ +PtFPtF6 6- -. .它是一种橙黄色固体它是一种橙黄色固体, ,为配为配合物合物.Xe.Xe+ +与与PtFPtF6 6- -以离子键相结合以离子键相结合, ,而而PtFPtF6 6- -为为正八面体构型的离子正八面体构型

18、的离子. . 问问题题13-2-3 13-2-3 稀有气体化合物稀有气体化合物氧化氧化态态化合物化合物 色态色态熔点熔点(K)分子分子形状形状性性质质XeF2无色无色晶体晶体402 直线形直线形强氧化剂强氧化剂,水解为水解为Xe,HF和和O2,易溶于液态易溶于液态HF中中XeF4同上同上390平面四平面四边形边形稳定稳定,完全水解后生成完全水解后生成XeO3,Xe,O2,HFXeOF2同上同上304 变形变形T型型不稳定不稳定一一: :氙的主要化合物氙的主要化合物 氧化氧化态态化合物化合物 色态色态熔点熔点(K)分子形分子形状状性性质质XeF6无色无色晶晶体体322.5变形八变形八面体面体稳定

19、稳定,可完全水解为可完全水解为XeO3和和HF;与与HCl反反应生成应生成Xe,Cl2,HF.XeOF4同上同上227四方锥四方锥 稳定稳定XeO3同上同上-三角锥三角锥体体吸潮吸潮,在溶液中稳定在溶液中稳定,爆炸爆炸性分解性分解,是强氧化剂是强氧化剂,与与Mn2+,NH3,Fe2+,HCl等等均可反应均可反应.XeO4同上同上-四面体四面体易爆炸易爆炸,氧化性比氧化性比XeO3更盛更盛.XeO64-无色无色盐盐-八面体八面体也以也以HXeO63-,H2XeO62-,H3XeO6-等形式存在等形式存在,强氧化剂强氧化剂二二: :稀有气体化合物的分子结构稀有气体化合物的分子结构 化合物化合物 价

20、电子对数价电子对数 孤电子对数孤电子对数空间构型空间构型分子形状分子形状XeF253XeF462XeF671化合物化合物 价电子对数价电子对数 孤电子对数孤电子对数空间构型空间构型分子形状分子形状XeOF461XeO341XeO44013-2.5:13-2.5:请分别用价电子对互斥理论和杂化请分别用价电子对互斥理论和杂化轨道理论解释轨道理论解释XeOFXeOF4 4分子的成键情况和分子分子的成键情况和分子空间构型空间构型( (B B级掌握级掌握) ) 解解: :价电子对互斥理论价电子对互斥理论: : m=(8-2-1 m=(8-2-14)4)2=1,z=1+5=6.2=1,z=1+5=6.即有

21、即有6 6对价电子对价电子, ,则价电子对空间构型为八则价电子对空间构型为八面体面体. .由于由于6 6对价电子中有对价电子中有5 5对形成对形成5 5个个键键,1,1对为孤对电子对为孤对电子, ,该孤对电子处于从锥底该孤对电子处于从锥底伸向与锥体相反的方向伸向与锥体相反的方向, ,则分子空间构型为则分子空间构型为四方锥体四方锥体. . 问问题题 杂化轨道理论杂化轨道理论: :中心中心XeXe的价轨道排布式和杂的价轨道排布式和杂化过程如下化过程如下: : 5p 5p轨道上两个电子被激发到空的轨道上两个电子被激发到空的5d5d上上, ,形成形成四个成单电子四个成单电子.1.1条条5s,35s,3

22、条条5p5p和和2 2条条5d5d采取采取spsp3 3d d2 2杂化杂化. .含有四条成单电子的杂化轨道与四个含有四条成单电子的杂化轨道与四个F F原原子的子的2p2p轨道轨道(1(1个电子个电子) )共用电子形成四个共用电子形成四个键键. .含有含有1 1对电子的其中对电子的其中1 1条条spsp3 3d d2 2杂化轨道与杂化轨道与O O原子原子的空的空2p2p轨道轨道( (重排重排, ,配对配对, ,腾出腾出1 1条空条空2p)2p)形成形成1 1个个配位键配位键, ,最后最后1 1条条spsp3 3d d2 2杂化轨道被孤对电子杂化轨道被孤对电子占据占据. .所以其杂化轨道空间构型

23、为八面体所以其杂化轨道空间构型为八面体, ,而分而分子构型为四方锥体子构型为四方锥体. . 第十四章第十四章 卤素卤素14-3 卤素的化合物卤素的化合物14-2 卤素单质卤素单质14-1 卤族的通性卤族的通性14-1 14-1 卤素的通性卤素的通性性性质质氟氟(F)氯氯(Cl)溴溴(Br)碘碘(I)价电子构型价电子构型2s22p53s23p54s24p55s25p5主要氧化态主要氧化态-1,0-1,0,+1,+3,+5,+7-1,0,+1,+3,+5,+7-1,0,+1,+3,+5,+7共价半径共价半径(pm)6499114.2133.3离子半径离子半径(pm)133181196220第一电离

24、势第一电离势(kJ/mol)1681125111401008电子亲合势电子亲合势(kJ/mol)322348.7324.5295电电负负性性3.983.162.962.66X-离子水合能离子水合能(kJ/mol)-485-350-320-280问问题题14-1.114-1.1: :总结卤素元素在价电子构型总结卤素元素在价电子构型, ,常见氧常见氧化态化态, ,电离势电离势, ,电子亲合势电子亲合势, ,电负性电负性,X,X- -的水合的水合能等性质方面的变化规律能等性质方面的变化规律( (C C级掌握级掌握) )14-1.214-1.2: :为什么卤素元素的常见氧化态均为为什么卤素元素的常见氧

25、化态均为奇数而少有偶数奇数而少有偶数?(?(B B级掌握级掌握) )14-1.314-1.3: :从从F-I,F-I,为什么其为什么其X X- -的水合能依次增的水合能依次增大大( (即放热依次减小即放热依次减小)?()?(C C级掌握级掌握) )14-1.414-1.4: :为什么卤素单质都是双原子分子为什么卤素单质都是双原子分子?(?(B B级掌握级掌握) )卤素单质有同素异形体吗卤素单质有同素异形体吗? ?为什么为什么?(?(A A级掌握级掌握) )卤素元素的价电子构型：卤素元素的价电子构型：常见氧化态：常见氧化态：电离势电离势电子亲合势电子亲合势(F(FClCl除外除外) )电负性电负

26、性F I依次减小依次减小X X- -水合能水合能F I依次增大依次增大14-1.114-1.1解解: :nsns2 2npnp5 5-1,0,+1,+3,+5,+7-1,0,+1,+3,+5,+714-1.214-1.2解解: :卤素元素价电子轨道排布式为卤素元素价电子轨道排布式为:ns:ns2 2npnpx x2 2npnpy y2 2npnpz z1 1. .当失去电子时当失去电子时, ,首先首先是是npnpz z1 1上的这个电子失去而显上的这个电子失去而显+1+1氧化氧化态态. .继续失电子时继续失电子时, ,因同一原子轨道中因同一原子轨道中的两个电子性质相同的两个电子性质相同, ,所

27、以同时失去所以同时失去而依次显而依次显+3,+5+3,+5和和+7+7氧化态氧化态, ,而得到而得到1 1个电子显个电子显-1,-1,所以其氧化态均为奇数所以其氧化态均为奇数. .14-1.314-1.3解解: :因离子的水合能大小与离子的因离子的水合能大小与离子的Z/rZ/r值有关值有关. .此值越大此值越大, ,离子水合能绝离子水合能绝对值越大对值越大, ,放出的热量越多放出的热量越多. .而从而从F F- -到到I I- -随着离子半径的依次增大随着离子半径的依次增大, ,其其Z/rZ/r值值依次减小依次减小, ,则水合能则水合能( (均为负值均为负值) )依次依次增大增大. . 14-

28、1.414-1.4解解: :因卤素元素最外层已有因卤素元素最外层已有7 7个电子个电子, ,只要获得或共用只要获得或共用1 1个电子即可满足个电子即可满足8 8电电子构型的稳定结构子构型的稳定结构, ,而与另一原子组而与另一原子组成双原子分子刚好满足稳定构型成双原子分子刚好满足稳定构型, ,所所以卤素单质是双原子分子以卤素单质是双原子分子. .由于卤素由于卤素元素之间成键的方式只有一种元素之间成键的方式只有一种, ,即共即共用一对电子用一对电子, ,所以不可能出现同素异所以不可能出现同素异形体形体. . 二二: :氟的特殊性氟的特殊性 （1 1）电子亲合势：电子亲合势：F FClCl14-1.

29、5:14-1.5:为什么为什么F F的电子亲合势反而小于的电子亲合势反而小于ClCl的的?(?(C C级掌握级掌握) ) 答案答案（2 2）解离能：解离能：F F2 2ClCl2 214-1.6:14-1.6:解释解释X X2 2分子的解离能从分子的解离能从ClCl2 2到到I I2 2依次减小的现象依次减小的现象, ,说明为什么说明为什么F F2 2的却反的却反小于小于ClCl2 2的的?(?(C C级掌握级掌握) ) 答案答案（1 1）解）解: :这是因为氟原子的半径很小这是因为氟原子的半径很小, ,核周围的电子云密度较大核周围的电子云密度较大, ,当它接受当它接受外来一个电子时外来一个电

30、子时, ,电子间的斥力较大电子间的斥力较大, ,这一斥力部分地抵消了氟原子获得一这一斥力部分地抵消了氟原子获得一个电子成为氟离子时所放出的能量个电子成为氟离子时所放出的能量, ,使氟的电子亲合势反而比氯的电子亲使氟的电子亲合势反而比氯的电子亲合势小合势小( (放出能量小放出能量小).). （2 2）解）解: :随着原子半径的增大随着原子半径的增大, ,核对最核对最外层电子的吸引力减弱外层电子的吸引力减弱, ,导致形成的导致形成的X-X-X X键键能减弱键键能减弱, ,所以解离能从所以解离能从ClCl2 2到到I I2 2依依次减小次减小. .但氟原子的半径很小但氟原子的半径很小, ,核周围核周

31、围的电子云密度较大的电子云密度较大, ,当它与另一氟原子当它与另一氟原子相互靠拢成键时相互靠拢成键时, ,由于电子云之间的斥由于电子云之间的斥力较大力较大, ,部分地抵消了两个氟原子成键部分地抵消了两个氟原子成键所放出的能量所放出的能量, ,使得使得F-FF-F键键能小于键键能小于Cl-Cl-ClCl键键, ,所以所以F F2 2的离解能小于的离解能小于ClCl2 2的的. . （3 3）F F2 2是单质中最强的氧化剂是单质中最强的氧化剂14-1.714-1.7：F F的电子亲合势不是最大的电子亲合势不是最大, ,为为什么什么F F2 2是单质中最强的氧化剂是单质中最强的氧化剂?(?(B B

32、级掌级掌握握) ) 答案答案（4 4）氟化物的稳定性最高氟化物的稳定性最高14-1.814-1.8：为什么氟化物的稳定性都很为什么氟化物的稳定性都很高高, ,难以分解难以分解?(?(B B级掌握级掌握) ) 答案答案（3 3）解）解: :通过计算下列两过程的通过计算下列两过程的r rH H后进行后进行比较可得出结论：比较可得出结论： F F2 22F2F- -(aq)(aq)过程放出的热量大于过程放出的热量大于ClCl2 22Cl2Cl- -(aq)(aq)的的, ,说明前过程更易进行说明前过程更易进行, ,所以所以F F2 2的氧化的氧化性最强性最强. .（4 4）解）解: :这是由于与氟结

33、合的其它元这是由于与氟结合的其它元素原子半径一般较大或它的最外电子素原子半径一般较大或它的最外电子层没有孤对电子层没有孤对电子, ,则电子之间的斥力减则电子之间的斥力减小了小了, ,于是氟原子半径小于是氟原子半径小, ,有效核电荷有效核电荷大的因素占优势大的因素占优势, ,使得使得F F原子与别的元原子与别的元素形成的键键能均较大素形成的键键能均较大, ,所以氟化物与所以氟化物与其它相应的卤化物比总是最稳定的其它相应的卤化物比总是最稳定的. . 性性质质氟氟氯氯溴溴碘碘通常通常条件条件聚集状态聚集状态气气气气气气气气颜颜色色淡淡黄黄黄黄绿绿红红棕棕紫紫黑黑毒毒性性剧剧毒毒毒性大毒性大毒毒毒性较

34、小毒性较小熔熔点点(K)53.38172.02265.92386.5沸沸点点(K)84.86238.95331.76457.35密密度度(g/cm3)1.11(l)1.57(l)3.12(l)4.93(s)溶解度溶解度(g/100g水水,293K)分解分解水水0.732(有反应有反应)3.580.029离解能离解能(kJ/mol)154.8239.7190.16148.95E(V)X2+2e=2X-2.871.361.070.5414-2-1 14-2-1 卤素单质的物理性质卤素单质的物理性质问问题题14-2.1:14-2.1:根据上表总结卤素单质的颜色根据上表总结卤素单质的颜色, ,密密度度

35、, ,熔沸点熔沸点, ,离解能离解能, ,标准电极电势等的变化标准电极电势等的变化规律规律, ,并从理论上解释之并从理论上解释之.(.(C C级重点掌握级重点掌握) ) 答案答案14-2.2:14-2.2:为什么卤素单质在有机溶剂中的溶为什么卤素单质在有机溶剂中的溶解度比在水中大解度比在水中大?(?(C C级掌握级掌握) )为什么碘在不为什么碘在不同有机溶剂中呈现不同的颜色同有机溶剂中呈现不同的颜色?(?(B B级掌握级掌握) ) 答案答案解解: :卤素单质的熔沸点卤素单质的熔沸点, ,密度密度等物理性等物理性质按质按F-ClF-Cl-Br-I-Br-I的顺序依次递增的顺序依次递增. .这是这

36、是因为这些分子都是非极性分子因为这些分子都是非极性分子, ,分子间分子间的结合力为色散力的结合力为色散力. .随着分子量的增大随着分子量的增大, ,分子的变形性逐渐增大分子的变形性逐渐增大, ,分子间的色分子间的色散力也逐渐增强散力也逐渐增强, ,则分子间作用力依次则分子间作用力依次增强增强, ,即熔沸点即熔沸点, ,密度等也就依次递增密度等也就依次递增 卤素单质的颜色卤素单质的颜色随着分子量的增大依随着分子量的增大依次加深次加深. .这是因为在卤素元素中这是因为在卤素元素中, ,从氟到从氟到碘外层电子从基态被激发到较高能级所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需的能量逐渐减少,

37、 ,故对可见光的吸收故对可见光的吸收逐渐向波长较长逐渐向波长较长( (即能量较低即能量较低) )的部分移的部分移动动. .氟吸收能量大波长短的紫光而显黄氟吸收能量大波长短的紫光而显黄色色, ,而碘吸收能量小波长长的黄光而显而碘吸收能量小波长长的黄光而显紫色紫色. .氯氯, ,溴分子吸收能量介于氟溴分子吸收能量介于氟, ,碘之碘之间间, ,它们显现的颜色也在二者之间它们显现的颜色也在二者之间. . 离解能离解能除除F F2 2例外从例外从ClCl-I-I依次减小依次减小, ,而而标准电极电势值依次减小标准电极电势值依次减小. .因为因为X-XX-X之之间的键能依次减小间的键能依次减小, ,所以离

38、解能依次减所以离解能依次减小小. .虽然离解能依次减小虽然离解能依次减小(F(F2 2除外除外),),但但因因X X- -的水合能从的水合能从F-IF-I其绝对值依次减小其绝对值依次减小, ,即放出的能量减少即放出的能量减少, ,所以过程所以过程X X2 2XX- -(aq)(aq)放出的热量从放出的热量从F-IF-I依次减少依次减少, ,所以所以标准电极电势依次减小标准电极电势依次减小, ,氧化性依次减氧化性依次减弱弱. . 解解: :因卤素单质分子都是非极性分子因卤素单质分子都是非极性分子, ,因此在极性溶剂中因此在极性溶剂中( (如水中如水中) )溶解度不溶解度不大大. .而有机溶剂一般

39、为极性较低或非极而有机溶剂一般为极性较低或非极性溶剂性溶剂, ,根据相似相溶原理根据相似相溶原理,X,X2 2在有机在有机溶剂中的溶解度更大溶剂中的溶解度更大 碘在极性有机溶剂中形成溶剂化物碘在极性有机溶剂中形成溶剂化物, ,呈现出棕色或棕红色呈现出棕色或棕红色, ,而在非极性溶而在非极性溶剂或极性很弱的溶剂中以分子状态存剂或极性很弱的溶剂中以分子状态存在在, ,呈现与碘蒸气相同的紫色呈现与碘蒸气相同的紫色. .二：补充知识二：补充知识 ( (一一) )临界温度临界温度, ,临界压力临界压力, ,超临界现象超临界现象 （1 1）当把温度降低到一定值之下当把温度降低到一定值之下, ,然然后加压力

40、可实现气体的液化后加压力可实现气体的液化, ,但是在这但是在这个温度以上个温度以上, ,无论加多大的压力无论加多大的压力, ,气体气体均不能液化均不能液化, ,这个温度叫这个温度叫临界温度临界温度(Tc(Tc););在临界温度时在临界温度时, ,使气体液化所需使气体液化所需的最小压力叫的最小压力叫临界压力临界压力(Pc).(Pc).（2 2）超临界现象的应用超临界现象的应用( (二二) )物质颜色产生的原因物质颜色产生的原因(B(B级掌握级掌握) ) 物质产生颜色是因为它们物质产生颜色是因为它们不同程度不同程度地吸收了可见光地吸收了可见光( (白光白光) )中某些波段的中某些波段的光而显示出该

41、光的互补光颜色光而显示出该光的互补光颜色. .如果物如果物质吸收了所有可见光而不反射质吸收了所有可见光而不反射, ,则为黑则为黑色色; ;全部反射掉光显白色全部反射掉光显白色; ;全部透过或全部透过或者吸收紫外者吸收紫外, ,红外光均为无色红外光均为无色. . 为什么物质又会选择性地吸收某些为什么物质又会选择性地吸收某些波段的波波段的波? ?这是因为物质的分子或原子这是因为物质的分子或原子内会发生电子吸收光子能量而在不同内会发生电子吸收光子能量而在不同能级之间跃迁能级之间跃迁, ,结果导致颜色的产生结果导致颜色的产生. . 物质颜色与吸收光的近似关系表物质颜色与吸收光的近似关系表 吸吸收收光光

42、波长波长/nm/nm750-650 650-600 600-580 580-560 560-500 颜色颜色红红橙橙黄黄淡黄淡黄(绿绿)绿绿物质颜色物质颜色蓝绿蓝绿绿蓝绿蓝蓝蓝紫紫紫红紫红吸吸收收光光波长波长/nm/nm500-490 490-480 480-450 450-400 颜色颜色蓝绿蓝绿绿蓝绿蓝蓝蓝紫紫物质颜色物质颜色红红橙橙黄黄淡黄淡黄(绿绿) 卤素单质均具有氧化性卤素单质均具有氧化性, ,且且从从F F2 2I I2 2氧化氧化性依次减弱性依次减弱, ,所以反应程度也依次减弱所以反应程度也依次减弱. .（二）与水（二）与水, ,碱的反应碱的反应(C(C级重点掌握级重点掌握) )

43、 1 1）与水发生两类反应：）与水发生两类反应：X X2 2 + H + H2 2O=2HO=2H+ + + 2X + 2X- - + 1/2O + 1/2O2 2 （1 1）X X2 2 + H + H2 2O = HO = H+ + + X + X- - + HXO + HXO （2 2） 反应剧烈程度：反应剧烈程度：F F2 2ClCl2 2BrBr2 2I I2 2（一）与金属（一）与金属, ,非金属的作用非金属的作用(C(C级了解级了解) ) F F2 2按按(1)(1)式进行，式进行，ClCl2 2,Br,Br2 2,I,I2 2按按(2)(2)式进行式进行. .它为歧化反应它为歧

44、化反应, ,是可逆的是可逆的. .溶液的溶液的pHpH值增大值增大, ,平衡向右移动。平衡向右移动。 14-2-2 14-2-2 单质的化学性质单质的化学性质X X2 2 + 2OH + 2OH- - X X- - + X0 + X0- - + H + H2 2O(XO(XClCl2 2,Br,Br2 2) )3I3I2 2 + 6OH + 6OH- - 2I 2I- - + IO + IO3 3- - + 3H + 3H2 2O O氟与碱的反应和其它卤素不同氟与碱的反应和其它卤素不同, ,其反应如下其反应如下: :2F2F2 22OH2OH- -(2(2)=2F)=2F- -OFOF2 2H

45、 H2 2O O当碱溶液较浓时当碱溶液较浓时, ,则则OFOF2 2被分解放出被分解放出O O2 2。2F2F2 2+4OH+4OH- -=4F=4F- -+O+O2 2+2H+2H2 2O O在酸性介质中：在酸性介质中： XOXO3 3- -+5X+5X- -+6H+6H+ +=3X=3X2 2+3H+3H2 2O (X=Cl,Br,IO (X=Cl,Br,I) )2 2）X X2 2在碱性条件下的歧化反应在碱性条件下的歧化反应:(C:(C级重点级重点掌握掌握) )（三）卤素间的置换反应（三）卤素间的置换反应（C C级重点掌握）级重点掌握） ClCl2 2 + 2X + 2X- - = X

46、= X2 2 + 2Cl + 2Cl- -（X=Br,IX=Br,I） BrBr2 2 + 2I + 2I- - = I = I2 2 + 2Br + 2Br- - 5Cl 5Cl2 2 + I + I2 2 + 6H + 6H2 2O = 2HIOO = 2HIO3 3 + 10HCl + 10HCl反应的平衡常数：反应的平衡常数：K KClCl=2=210109 9，K KBrBr=1=110103838，K KI I=1.6=1.61010444414-2.314-2.3: :请指出卤素单质在水中和碱液请指出卤素单质在水中和碱液中的主要存在形式以及相关的方程式中的主要存在形式以及相关的方

47、程式( (C C级重点掌握级重点掌握) )14-2.414-2.4: :当用湿润的当用湿润的KI-KI-淀粉试纸检验淀粉试纸检验ClCl2 2气体时气体时, ,试纸先变蓝后蓝色很快消失试纸先变蓝后蓝色很快消失, ,为什么为什么?(?(C C级掌握级掌握) )14-2.514-2.5: :向同时含有向同时含有I I- -和和BrBr- -以及以及CClCCl4 4的的试管中不断滴加氯水试管中不断滴加氯水, ,请指出请指出CClCCl4 4层颜层颜色的变化情况色的变化情况, ,并解释现象和写出方程并解释现象和写出方程式式( (B B级掌握级掌握) )问问题题解解: :在水中在水中,F,F2 2立即

48、与立即与H H2 2O O反应生成反应生成HFHF和和O O2 2, ,在碱液中也反应生成在碱液中也反应生成F F- -,O,O2 2,H,H2 2O.O. X X2 2(X=Cl,Br,I(X=Cl,Br,I) )溶解于水中以水合溶解于水中以水合X X2 2分子的形式存在分子的形式存在, ,且部分与水反应生成且部分与水反应生成HXHX和和HXO.HXO.而在碱性溶液中均会歧化生而在碱性溶液中均会歧化生成成X X- -和和XOXO- -(I(I2 2为为I I- -和和IOIO3 3- -).().(有关的反应有关的反应见前述见前述) ) 解解: :因先有反应因先有反应: : Cl Cl2 2

49、 + 2I + 2I- - = I = I2 2 + 2Cl + 2Cl- -I I2 2遇淀粉变兰遇淀粉变兰. .而产物而产物I I2 2与与ClCl2 2又可反应又可反应生成无色的生成无色的HIOHIO3 3, ,所以兰色又消失所以兰色又消失. .5Cl5Cl2 2+I+I2 2+6H+6H2 2O=2HIOO=2HIO3 3+10HCl+10HCl 解解:CCl:CCl4 4层首先变为紫色层首先变为紫色, ,然后无色然后无色, ,最最后为橙红色后为橙红色. .因为首先反应的是因为首先反应的是: : 2I 2I- - + Cl + Cl2 2 = I = I2 2 + 2Cl + 2Cl-

50、 -然后是然后是: :5Cl5Cl2 2+I+I2 2+6H+6H2 2O = 2HIOO = 2HIO3 3+10HCl+10HCl最后是最后是: : Cl Cl2 2 + 2Br + 2Br- - = Br = Br2 2 + 2Cl + 2Cl- - 一。氟的制备：工业上由电解氟氢化钾一。氟的制备：工业上由电解氟氢化钾(KHF(KHF2 2) )的无水的无水HFHF溶液制得溶液制得. .22电解2FH2KF 2KHF+HF2NaOHClHO2H2NaCl22电解2O2H(g)Cl MnCl4HClMnO2222实验室：实验室：14-2-3 14-2-3 单质的制备和用途单质的制备和用途(

51、 (了解了解) )二。氯的制备：工业上用电解二。氯的制备：工业上用电解NaClNaCl饱和饱和溶液制得溶液制得, ,另一产物为另一产物为NaOHNaOH. .三。溴的制备：工业上从海水中用三。溴的制备：工业上从海水中用ClCl2 2把把BrBr- -置换出来。置换出来。四。碘的制备：以自然界的碘酸钠与四。碘的制备：以自然界的碘酸钠与还原剂还原剂NaHSONaHSO3 3反应得到。反应得到。氧化氧化：2ClBr2BrCl22O3H3Br6H5BrBrO223纯化纯化：232323COBrO5Br3COBr3OH3HSO2SOI5HSO2IO2424233智利硝石为原料智利硝石为原料 ：14-3-

52、1 14-3-1 卤化氢和氢卤酸卤化氢和氢卤酸性性质质氟化氢氟化氢(HF)氯化氢氯化氢(HCl)溴化氢溴化氢(HBr)碘化氢碘化氢(HI)熔熔点（点（K）189.61158.94186.28222.36沸点（沸点（K）292.67188.11206.43237.80生成热生成热(kJ/mol)-271.1-92.31-36.40+26.51273K分解率分解率(%)-0.0140.533溶解度溶解度(100kPa)g/100g水水,237K82.3221234(283K)%,293K35.3424957一：卤化氢性质变化规律一：卤化氢性质变化规律 性性质质氟化氢氟化氢(HF)氯化氢氯化氢(HC

53、l)溴化氢溴化氢(HBr)碘化氢碘化氢(HI)0.1mol/L水溶液水溶液的表观电离度的表观电离度(%,291K)1092.693.595气态分子偶极矩气态分子偶极矩(10-30cm)6.373.572.671.40气态分子内两原气态分子内两原子的核间距子的核间距(pm)92128141162键能键能(kJ/mol)565.0428.0362.0295.0气化热气化热(kJ/mol)30.3116.1217.6219.77溶解热溶解热(kJ/mol)61.5574.9085.2281.7314-3.1:14-3.1:总结卤化氢的熔沸点总结卤化氢的熔沸点, ,溶解度溶解度, ,气化气化热热, ,

54、键能等物理性质的变化规律键能等物理性质的变化规律, ,并从理论上并从理论上加以解释加以解释( (C C级重点掌握级重点掌握) ) 答案答案14-3.2:14-3.2:总结总结HXHX的稳定性和还原性变化规律的稳定性和还原性变化规律, ,并定性解释之并定性解释之.(.(C C级重点掌握级重点掌握) ) 答案答案14-3.3:14-3.3:试解释试解释KIKI暴露在空气中易变黄暴露在空气中易变黄, ,而而KClKCl在空气中则较稳定在空气中则较稳定?(?(C C级掌握级掌握) ) 答案答案问问题题解解: : 熔沸点熔沸点, ,水中溶解度和气化热依水中溶解度和气化热依HCl-HCl-HBr-HIHB

55、r-HI的顺序依次增加的顺序依次增加. . 因为因为HXHX分子虽为极性分子分子虽为极性分子, ,但色散力为主但色散力为主要分子间力要分子间力. .而从而从HClHCl-HI-HI分子体积增大分子体积增大, ,变变形性增大形性增大, ,则分子间力增大则分子间力增大, ,熔沸点和气化熔沸点和气化热依次增大热依次增大. . 因从因从ClCl-I-I元素电负性依次减小元素电负性依次减小, ,原子半径原子半径依次增大依次增大,H-X,H-X的键能依次减小的键能依次减小, ,所以溶解度所以溶解度依次增大依次增大; ;而分子偶极距而分子偶极距, ,键能键能, ,水合热依水合热依HCl-HBr-HIHCl-

56、HBr-HI的顺序依次减小的顺序依次减小. .解解: :稳定性按稳定性按HF-HIHF-HI的顺序依次减弱的顺序依次减弱. .因因为从为从H-FH-F到到H-IH-I键能依次减弱键能依次减弱, ,键越易打键越易打断断, ,稳定性就越差稳定性就越差. . 还原性按还原性按F-ClF-Cl-Br-I-Br-I的顺序依次增强的顺序依次增强. .因随着因随着X X半径的增大半径的增大, ,原子核对最外层原子核对最外层电子的约束力减弱电子的约束力减弱, ,最外层电子越容易最外层电子越容易失去失去, ,所以还原性就越强所以还原性就越强. . 解解: :因因I I- -离子具有较强的还原性离子具有较强的还原

57、性, ,可可被空气中的被空气中的O O2 2氧化产生氧化产生I I2 2, ,所以变所以变黄黄. .而而ClCl- -的还原性较弱的还原性较弱,O,O2 2不能氧不能氧化之化之, ,所以在空气中可稳定存在所以在空气中可稳定存在. . 14-3.4: 14-3.4: 有三种白色固体有三种白色固体, ,可能是可能是NaCl,NaBr,NaINaCl,NaBr,NaI. .试用简便方法加以鉴试用简便方法加以鉴别别.(.(C C级掌握级掌握) )如果是这三种固体的混如果是这三种固体的混合物合物, ,如何分离它们如何分离它们?(?(B B级掌握级掌握) ) 答案答案14-3.5: 14-3.5: 除除H

58、FHF外外,HX,HX均为强酸均为强酸, ,且酸性且酸性按按HCl-HBr-HIHCl-HBr-HI的顺序依次增强的顺序依次增强, ,为什为什么么?(?(B B级掌握级掌握) ) 答案答案解解: :分别取三种固体配成溶液分别取三种固体配成溶液, ,加入少量加入少量CClCCl4 4, ,然后滴加氯水并震荡然后滴加氯水并震荡,CCl,CCl4 4层变为紫红色的层变为紫红色的试管为试管为NaINaI; ;变为橙红色的为变为橙红色的为NaBrNaBr; ;变为淡黄变为淡黄色的为色的为NaClNaCl. . 把混合物配成溶液把混合物配成溶液, ,加入加入AgNOAgNO3 3使其沉淀完使其沉淀完全全.

59、 .分离出沉淀后首先加入分离出沉淀后首先加入6mol/L6mol/L氨水使沉氨水使沉淀充分溶解淀充分溶解, ,则则AgClAgCl溶解于氨水溶解于氨水( (因形成因形成Ag(NHAg(NH3 3) )2 2+ +配离子配离子) )进入溶液相进入溶液相, ,而而AgBrAgBr和和AgIAgI留在固相中留在固相中. .再向固体加入再向固体加入NaNa2 2S S2 2O O3 3溶液溶液,AgBr,AgBr溶于该溶液中溶于该溶液中( (因生成因生成Ag(SAg(S2 2O O3 3) )2 23-3-配离子配离子),),而而AgIAgI不溶不溶. .最后最后AgIAgI可溶于可溶于KCNKCN溶

60、液得到溶液得到I I- -. . 解解: :方法一方法一: :从稳定性和键能的角度解从稳定性和键能的角度解释释, ,因从因从HFHF到到HI,H-XHI,H-X之间的键能依次减之间的键能依次减小小, ,则打破此键形成则打破此键形成H H+ +和和X X- -就越容易就越容易, ,即酸性就越强即酸性就越强. . 方法二方法二: :从热力学角度分析可以得到满从热力学角度分析可以得到满意的答案意的答案. .根据根据G G= =H H-T-TS S, ,其其中中H H可以通过下列热力学循环实现可以通过下列热力学循环实现: : 其中其中: :H H1 1为为HXHX的去水化焓的去水化焓( (与水化焓的数