卤素的递变规律
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一、实验目的1. 探究卤素单质及其化合物的性质及其递变规律;2. 了解卤素元素在元素周期表中的位置及性质变化;3. 培养学生的实验操作能力和分析问题、解决问题的能力。
二、实验原理卤族元素位于元素周期表的第VIIA族,包括氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)和砹(At)。
它们的最外层电子数为7,具有强烈的氧化性。
本实验通过观察卤素单质及其化合物的性质,分析卤素元素性质的递变规律。
三、实验材料与仪器1. 实验材料:氟化钠(NaF)、氯化钠(NaCl)、溴化钠(NaBr)、碘化钠(NaI)、浓硫酸(H2SO4)、浓盐酸(HCl)、浓硝酸(HNO3)、碘酒、淀粉溶液、蒸馏水、酒精灯、试管、滴管、镊子、试管夹、玻璃片等。
2. 实验仪器:分析天平、酒精灯、烧杯、玻璃棒、滴定管、烧瓶、试管等。
四、实验步骤1. 卤素单质性质的观察(1)观察氟、氯、溴、碘的颜色、状态和气味;(2)将卤素单质分别滴入水中,观察溶解情况和颜色变化;(3)将卤素单质分别滴入淀粉溶液中,观察反应现象。
2. 卤素氢化物的性质(1)将NaF、NaCl、NaBr、NaI分别加入蒸馏水中,观察溶解情况和溶液颜色;(2)分别用滴管吸取少量NaF、NaCl、NaBr、NaI溶液,加入浓硫酸,观察反应现象;(3)分别用滴管吸取少量NaF、NaCl、NaBr、NaI溶液,加入碘酒,观察反应现象。
3. 卤化银的溶解性、稳定性和卤素离子的检验(1)将NaCl、NaBr、NaI分别加入蒸馏水中,观察溶解情况和溶液颜色;(2)分别用滴管吸取少量NaCl、NaBr、NaI溶液,加入硝酸银溶液,观察沉淀颜色;(3)分别用滴管吸取少量NaCl、NaBr、NaI溶液,加入稀硝酸,观察沉淀溶解情况。
五、实验结果与分析1. 卤素单质性质的观察(1)氟、氯、溴、碘颜色分别为浅黄绿色、黄绿色、深红棕色、紫黑色,状态分别为气态、气态、液态、固态,气味分别为刺激性、刺激性、有腐蚀性、有腐蚀性;(2)卤素单质在水中溶解,溶液颜色分别为无色、浅黄绿色、黄棕色、棕色;(3)卤素单质与淀粉溶液反应,溶液变蓝色。
卤族元素递变性相似性一、递变性1.原子的电子层数逐渐增多、原子的半径逐渐增大、元素的非金属性逐渐减弱。
2.单质颜色逐渐加深,熔沸点逐渐升高,状态有气体、液体、固体。
3.元素的氧化性逐渐减弱,与H2反应从易到难,与H2O反应程度逐渐减弱。
4.阴离子的还原性逐渐增强。
5.氢化物的熔沸点逐渐升高,稳定性逐渐减弱,其水溶液的酸性逐渐增强。
6.AgX的溶解度逐渐减小,颜色逐渐加深,感光性逐渐增强。
二、相似性1.最外层都有7个电子,得一个电子形成稳定结构,因此负价均为-1价。
2.氯、溴、碘的最高正价为+7价,还有+1、+3、+5价。
3.单质:均为双原子分子X2;均能与H2化合生成HX;均能与金属单质化合生成盐;除氟外,与水反应生成HX和HXO;均能与碱溶液反应;除氟外,均得可到“卤水”。
4.卤化氢均为无色气体,均易溶于水,在潮湿空气中均形成白雾。
5.卤化氢的水溶液均显酸性,除HF为弱酸外,其余均为强酸。
6.除F-外,Cl-、Br-、I-均与Ag+生成AgX沉淀,且不溶于稀硝酸。
7.除F-外,Cl-、Br-、I-均有还原性。
8.除AgF外,AgX均有感光性;除CaF2外,CaX2均易溶于水。
9.除F2外,X2均可用浓HX与MnO2反应制备。
三、特殊性1.F元素无正价,无含氧酸。
2.F2能与某些稀有气体生成氟化物(XeF4等);F2能置换出水中的氧(2F2+2H2O??4HF+O2);在水溶液中F2不能置换出其他卤素。
3.F2只能用电解法制取。
4.HF为弱酸,能腐蚀玻璃(SiO2+4HF??SiF4-+2H2O)。
5.AgF易溶,无感光性,CaF2难溶。
6.Cl2易液化;Br2是唯一的一种常温下呈液态的非金属,易挥发;I2易升华,使淀粉溶液变蓝。
7.HF、HCl可用浓硫酸制取(CaF2+H2SO4(浓) ?D ?CaSO4+2HF-); HBr、HI只能用浓磷酸制取(NaBr+H3PO4(浓) ?D ?NaH2PO4+HBr-);8.在HX中,HF的熔沸点为最高。
卤素元素的递变规律,及相关性质
有关卤素的物理性质递变规律
卤化氢的沸点:HF>HI>HBr>HCl (HF 分子间形成氢键沸点较高,除此之外,随相对分子质量的增加而增加)
氧化性:F 2>Cl 2>Br 2>I 2 ; 非金属性:F>Cl>Br>I
最高价氧化物对应水化物的酸性(F 无正价,因此无含氧酸):HClO 4>HBrO 4>HIO 4
氢化物稳定性:HF>HCl>HBr>HI
卤素单质与H 2反应:H 2+F 2 = 2HF (暗处爆炸)
氢化物的酸性:HF(弱酸)<HCl<HBr<HI
卤素单质与NaOH 反应:①2F 2+4NaOH =4NaF+O 2+2H 2O Cl 2+2NaOH = NaCl +NaClO +H 2O 常温:Br 2+2NaOH = NaBr +NaBrO +H 2O 若加热:3Br 2+6NaOH =5NaBr +NaBrO 3+3H 2O 3I 2+6NaOH =5NaI +NaIO 3+3H 2O
氯及其化合物的转化
用KI淀粉溶液和食醋检验食盐中是否加碘 解KI 碱性溶液可制KIO 3:I ——6e —+6OH — = IO 3—+3H 2O。
二、卤族元素性质的递变规律1.卤素单质的物理性质氟、氯、溴、碘单质的颜色逐渐加深,密度逐渐加大,熔沸点逐渐升高,水溶性逐渐减小(氯除外)。
2.卤素的化学性质按氯、氯、溴、碘的顺序,元素的非金属性,单质的氧化性、与氢化合的能力、与水反应的程度均逐渐减弱。
(1)与金属反应:氟(F2)可以与所有的金属反应;氯(Cl2)可以与绝大多数金属反应;溴、碘也可以与大多数金属反应。
例如:2Fe+3Cl2== 2FeCl3而Fe+I2 == FeI2(2)与氢气反应:反应条件由易到难;反应程度由剧烈变为缓慢;卤化氢的稳定性逐渐减弱。
(3)与水反应:氟特殊,氯、溴、碘相似。
反应的剧烈程度逐渐减弱。
(4)卤素单质间的置换反应Cl2 + 2Br-= 2Cl-+ Br2氧化性:Cl2 > Br2 还原性: Br-> Cl-Cl2 + 2I-= 2Cl-+ I2氧化性:Cl2 > I2 还原性: I- > Cl-Br2 + 2I-= 2Br-+ I2氧化性:Br2 > I2 还原性: I- > Br-结论:单质氧化性:F2>CI2>Br2>I2离子还原性:F-<CI-<Br-<I-3.卤化氢的性质氢卤酸的酸性其中氢氟酸为弱酸。
、卤化氢的还原性按HF、HCl、HBr、HI的顺序依次增强,其稳定性依次减弱,4.氯的含氧酸次氯酸(HClO):仅存于溶液中,具有不稳定性,强氧化性。
其酸性比碳酸还弱。
其盐类中,次氯酸钙[Ca(ClO)2]是漂白粉中的有效成分。
高氯酸(HClO4):是已知酸中酸性最强的一种酸。
LI NA K Rb Cs 熔沸点依次降低。
1.相似性:最外层电子数为12.递变性:1.电子层数逐渐增多;2.熔点逐渐降低;3.沸点逐渐降低;4.密度呈增大趋势(但NA>K);5.金属性逐渐增强。
3.碱金属元素的主要化学性质:1.与氧气反应。
都可以与氧气反应,但Li的燃烧产物为普通氧化物Li2O,而Na的燃烧产物为过氧化物Na2O2,K,Rb,Cs的燃烧产物更复杂。
卤素的趋势
卤素的趋势可以通过考察它们在元素周期表中的位置来确定。
1. 原子半径:卤素的原子半径逐渐增加。
例如,从氟到碘,原子半径逐渐增加,因为电子层数增加,同时核电荷也增加,使得外层电子与核电荷的屏蔽效应减小,导致原子半径增大。
2. 电离能:卤素的电离能逐渐降低。
从氟到碘,电离能逐渐降低,因为电子层数增加,外层电子与核电荷的屏蔽效应增加,使得电子更容易被移除。
3. 电负性:卤素的电负性逐渐降低。
从氟到碘,电负性逐渐降低,因为原子半径增加,电子吸引力减弱。
4. 氧化态:卤素的最高氧化态逐渐减小。
从氟到碘,最高氧化态逐渐减小,因为原子半径增加,使得原子更难失去电子,并形成更高的氧化态。
总之,从氟到碘,卤素的原子半径增大,电离能和电负性降低,最高氧化态减小。
1.卤族元素性质的相似性和递变性(1)卤素单质随原子序数的递增,颜色逐渐加深,从F2→Cl2→Br2→I2,颜色由淡黄绿色→黄绿色→深红棕色→紫黑色,状态由气态→气态→液态→固态;卤素单质固态时均为分子晶体,分子量增大,范徳华力增大,熔沸点逐渐升高。
(2)从F→I,电子层数增多,非金属性减弱,表现为:氧化性F2>Cl2>Br2>I2,还原性I->Br->Cl-。
2.卤素氢化物性质的递变规律(1)还原性按HF、HCl、HBr、HI顺序逐渐增强。
例如:①氟单质只能通过电解法才能制取;②浓硫酸可以干燥HCl气体而不能干燥HBr、HI气体;③FeCl3可使淀粉─KI试纸变蓝色。
(2)水溶液的酸性:卤素氢化物都极易溶于水,且其水溶液的酸性依次增强。
(3)热稳定性按HF、HCl、HBr、HI依次降低。
3.卤化银的溶解性、稳定性及卤素离子的检验(1)在AgX中,只有AgF易溶于水,其余均难溶于水,且按AgCl、 AgBr、 A gI顺序溶解度依次减小。
(2)AgX都不稳定,见光或受热易分解为卤素单质和银,且按AgF、AgCl、 A gBr、 AgI的顺序稳定性依次减弱。
(3)AgCl、 AgBr、 AgI都不溶于稀硝酸,且颜色逐渐加深,分别为白色、浅黄色、黄色,所以,可用硝酸酸化的硝酸银来检验Cl-、Br-、I-的存在。
4.卤素单质的制取(1)氯气的制取①工业制氯气:2NaCl + 2H2O ════ 2NaOH + Cl2↑+ H2↑②实验室制取氯气:以含有Cl-的物质为原料,凡能将Cl-氧化成Cl2的物质都可以作为制取氯气的氧化剂。
如:MnO2 + HCl(浓);MnO2+ NaCl + H2SO4(浓);KMnO4 + HCl(浓);KClO3+ HCl(浓);HClO+HCl等。
(2)溴的制取①工业制溴(以海水为原料)Ⅰ、通Cl2气将化合态的溴氧化成单质溴:Cl2+ 2 Br- === 2 Cl- + Br2Ⅱ、以硫酸酸化,NaBr与NaBrO3发生反应,结果化合态的溴转化为溴单质5Br- + BrO3- + 6H+ ═══ 3Br2+ 3H2O②实验室制溴一般用NaBr、浓H2SO4、MnO2共热,即:2NaBr + 2H2SO4(浓) + MnO2═══ Na2SO4 + MnSO4 + Br2 + 2H2O 注意:卤素单质对橡胶制品有强腐蚀性,使用橡胶管时玻璃管要靠紧,使用橡胶塞时,要用铝箔包住。
卤族元素熔沸点递变规律原因你有没有注意到,卤族元素的熔点和沸点是怎么变化的?从氟到碘,一路下去,熔点和沸点不断变高,到了最下面的碘,基本上你就得开始担心它们会不会烧着你了。
这看起来似乎只是个化学规律,但仔细想想,还真有些有意思的道理在里面呢。
熔点和沸点递增的背后,藏着一堆有趣的科学秘密,今天我们就来聊聊这些。
卤族元素的熔沸点变得越来越高,最直接的原因其实是原子大小的变化。
你看,从氟到氯再到溴,原子一个个变得越来越大。
这啥意思呢?就是说,它们的电子云扩展了,原子之间的“粘合力”变得更强。
你想象一下,如果两个小小的原子距离太远,像拉锯一样很难拉住对方的关系;而大一点的原子,它们能通过自己的电子云“牵手”更紧密,彼此的引力就强了,结果呢,熔点和沸点自然就高了。
就好比你和你的朋友站在一起,手拉手越紧,走得越远,你们不容易分开嘛。
所以,这个变化其实就是“增大分子间的吸引力”导致的。
再说了,卤族元素里面的氟和氯虽然也有相互吸引的力,但由于氟原子小,它们的分子间力不如更大的元素那么强。
等到你到了溴和碘,哇,那就是大个子们的世界了。
它们分子间的吸引力更强,气体很难变成液体,液体也不容易变成固体。
这就是为什么从氟到碘,熔沸点越来越高的原因之一。
光说这个可能还不够完整,咱们得再看看分子间到底发生了什么“骚操作”。
卤族元素的分子都是二原子分子,简单来说,就是它们由两个同样的原子组成。
咱们都知道,分子之间的吸引力是一种“范德华力”,就像是朋友间的牵手,但你要知道,这种力是随着分子体积的增大而变强的。
小分子之间的吸引力不算特别大,而大分子之间的力就强多了。
所以,到了碘,范德华力特别强,让它从气体变成液体、固体就不那么容易了。
这还不止,卤族元素的原子越重,电子云的“振动”也越剧烈,这种“振动”对分子间的相互作用有更大的影响。
大块头的碘分子,它的电子云不但大,而且“活动”得更加猛烈,这就使得碘分子之间的吸引力非常强,所以它的沸点和熔点都比其他元素高。