无机化学II课程说明 本学期共20周，预计上课17周。 周课时：4，学分4。 辅导：每周一次。 作业：每周交一次，准备两本作业本。 习题小结：每章一次。 期中考试：第11周，第1216章非金属元 素。 期末考试：第20周。1无机化学II下册的内容 元素无机化学 元素无机化学学什么？ 1. 各族元素重要单质及其重要化合物的存 在、 制备; 2. 结构特点、性质; 3. 规律性变化和重要应用。2 元素无机化学怎样学？ 1以无机化学基本原理为纲热力学原理 - 宏观结构原理（原子、分子、晶体） - 微观元素周期律 - 宏观和微观 2预习预习 - 复习习 - 总结总结 ( 规规律性、特殊性、 反常性, 记忆记忆 重要性质质。) 3作业业 4实验实验3A族 0族2He 氟 9F 10Ne 氯17Cl 18Ar 溴 35Br 36Kr 碘 53I 54Xe 砹85At 86RnCl2Br2I2第12章 卤 素 The Halogens4 周期系第A族元素包括氟、氯、溴、碘 和砹五种元素，总称为卤素。卤素希腊原 文为成盐元素的意思。 F（毁灭）、Cl（绿）、Br(臭)、I（紫） ，砹是人工合成元素，不稳定，具有放射 性，对它仅作一些定性方面的研究，确定 了它具有卤素的特性。 5卤 素、熟悉卤素单质 和次卤酸及其盐发 生歧化反应的条件 和递变的规律。、能较熟练地运用元素电势图 来判断卤素及其化合物各氧化态 间的转化关系。、熟悉卤素及 其重要化合物的 基本化学性质、 结构、制备和用 途，掌握它们的 共性和差异性。 教学要求：612.1 卤素的通性基本性质质 F Cl Br I 价层电层电 子结结构 ns 2np 5 2s 22p 5 3s 23p 53d04s24p54d05s 25p 55d0 主要氧化数 -1 ,0-1,0,+1,+3,+5,+7 解离能/kJmol155240190 149 溶解度/g/100mgH2O分解水0.7323.580.029 原子半径/pm 71 99 114 133 X-离子半径/pm 136 181 195 216 第一电电离能/kJmol-1 1861.0 1251.1 1139.9 1008.4 第一电电子亲亲合能/kJmol-1322348.7324.5 295 电负电负 性 (Pauling) 3.98 3.16 2.98 2.66 X-离子水合能/kJmol-1 -515-381 -347 -305 (X2/X-)/V2.87 1.36 1.08 0.535 12-1-1 原子结构 表 12-1 卤素的性质71.从价电子层结构可以看出: 卤素原子很易得到一个e，成为较稳定的稀有 气体8电子结构，而且半径越小，越易得电子。 卤素单质很活泼，在自然界不可能以游离状态 存在，而是以化合态存在。 自然界中的存在形式：以卤化物形式存在，碘 还以碘酸盐(NaIO3)形式出现（智利硝石）。 8 F性质的特殊性： F Cl Br I电子亲合能： 反常较小 依次变小 F2的离解能： 反常较小 依次变小 因F的原子半径特别小，核周围电子 密度较大。 卤素的活泼性：F I 减弱（因得电 子能力减弱）。92Cl、Br、I有一个空的nd轨道，这对 成键和氧化数来说是很有影响。除1外，还可显正氧化态。3Cl、Br、I的原子性质比较相似，变化 也较规律。而F则较特别，这是由于F有较小的共价半径和高的电负性。这就使 得F有许多不同于其它的元素（卤素）的性质。1012-1-2 氧化数 常见：1、0。 Cl、Br、I与电负性更大的元素化合时: +1、+3、+5、+7。 F不表现正氧化态，因其电负性最大。 1价：离子化合物、部分共价化合物。 正氧化态（Cl、Br、I）：是含氧化合物（含 氧酸、盐）和卤素互化物中。 为什么正氧化态是+1、+3、+5、+7呢？无偶数 氧化态，因成单电子总是奇数，并有空的nd空 轨道。11氟(F)氯(Cl)溴(Br)碘(I) 原子序数9173553 价层电子构型 2s22p53s23p54s24p55s25p5 原子半径/pm6499114133 电负性( p)4.03.02.82.5 I1/(kJ mol- 1)1681125111401008主要氧化数-1、0-1、0 +1、+3 +5、+7-1、0 +1、+3 +5、+7-1、0 +1、+3 +5、+711-2-1 卤族元素通性F电负性大，无正氧化数 Cl、Br、I的价电子构型拆开1对电子氧化数为+1 ns npndns npnd氧化数为+3拆开2对电子拆开3对电子ns npndns npnd氧化数为+5氧化数为+7具有多种氧化数并相差21212-1-3 卤素的电势图 氧化态-吉布斯自由能图P5171312-2-1 卤素的成键特征X（ns2np5) 夺取一个电子 X -(ns2np6 ) 或共用一对电子 三、除氟外，形成+1,+3,+5,+7氧化数的共价化合物。二、形成-1氧化数的离子或共价化合物：氯、溴、碘的成对ns2np5电子可以依次被撤 开或作为配位电子对而进行成键作用，因而 可以有多种氧化态，如：HClO、HClO2、HClO3、ClO4-、IF7、IF5、ICl3+1+3+5+7+7+5+312.2 卤素单质(Elemental Halogens)一、单质双原子分子为非极性共价键14存在形式卤素是最活泼的一族非金属元素 ，卤素就是“成盐元素”的意思 ，在自然界只能以化合态的形式 存在。氯和溴盐：大量 在海水中 NaCl 、NaBr氟盐：萤石 (CaF2)、冰晶石 (Na3AlF6)、氟磷 灰石(Ca5F(PO4)3)I：智利硝石 (NaIO3)和 富 集于海带、海 藻中At为放射性元素，其中寿命最长的同位素210At的半 衰期为8.3小时。主要由人工合成。42He + 20983Bi 21185At + 2 10n12-2-2 卤素在自然界中的分布 15一、物理性质1.熔沸点低，有毒有刺激气味，颜色随分子量的 增大而加深:F2(浅黄) Cl2(黄绿) Br2(红棕) I2(紫黑) 颜色加深 2.溶解性：氟与水激烈反应，氯有轻微反应，氯 、溴、碘易溶于有机溶剂。（为什么？）F2 Cl2 Br2 I2 溶解性： O2 溶 溶 微溶12-2-3 单质性质16 F2 ：无所谓溶解度。因它剧烈地分解水而放出 O2(同时有少量H2O2、OF2和O3生成)。2F2 + 2H2O 4HF + O2 Cl2水是黄绿色：常温常压下，H2O:Cl21:2.5( 体积比) Br2水是黄色棕红色(随浓度增加而加深)。 I2水：I2在水中几乎不溶，但易溶于碘化物中：I2 + I I3I2水是棕色或棕红色。卤素单质形成溶剂化物，带上水分子。17 相似相溶: 溶剂改为非极性溶剂如，CCl4，则Br2 、I2的溶解度会大大增加，这就是萃取的原理。 在CCl4中：Br2的颜色同水中的；但I2在CCl4中的就与水的不一样，紫色（蒸气时的颜色），是分 子本身的颜色，在非极性溶剂中，I2不与溶剂发生溶剂化作用，溶解的碘仍以分子状态存在，而 在水中是显溶剂化物的颜色。 非极性溶剂：如，在CCl4、苯、氯仿中，I2呈紫色。18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。193毒性 卤素都有毒，毒性按F2、Cl2、Br2、I2减轻。 高浓度的液溴会使皮肤严重灼伤产生疼痛并 造成难以治愈的创伤。因此，使用溴时要特 别小心。 解毒：Cl2中毒，可以吸入少量酒精和乙醚的 混合蒸气；也可吸入氨气蒸气解毒。Br2腐蚀致伤，用苯或甘油洗灌伤口，再用水洗。伤 势重时。立即送医院治疗。20二、化学性质X2 + 2e 2X F2 Cl2 Br2 I2(v) 2.87 1.36 1.07 0.54- 氧化性减弱从其标准电极电势可以看出， 都较大 ，所以，最主要的化学性质是氧化性。21元素电势图1.21 1.64 1.63 1.358 ClO3- HClO2 HClOCl2 Cl- 1.76 1.50 1.60 1.065BrO4- BrO3- HBrOBr2 Br- 1.7 1.13 1.45 0.535 H5IO6 IO3- HIOI2 I- 卤素的化学性质主要是氧化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221、与金属、非金属的反应随分子量的增大，氯、溴、碘的反应活性降低。 并倾向于生成低氧化态卤化物：CoCl2，SCl4， VCl4，BiCl3。溴和碘的相应反应要在加热的条件 下进行。X2 +金属金属卤化物， 如NaCl、KIX2 +非金属非金属卤化物 ，如HCl、 SCl4在反应中,氟 总是生成最高 氧化态的氟化 物，如CoF3， BiF5，VF5， SF6。231与H2反应 X2 + H2 2HX减小卤素反应条件反应速率与程度 F2阴冷爆炸、放出大量热Cl2常温 强光照射缓慢 爆炸 Br2常温 600C不如氯明显 I2高温缓慢242 与金属、非金属反应卤素反应物质 反应程度F2所有金属 除氮、氧外的非金属反应激烈常伴有燃烧和爆炸 Cl2与上类似平稳Br2 I2活泼金属 其他金属常温加热减小F2与Cu、Ni、Mg作用，表面生成氟化物 保护膜，可阻止进一步被氧化，所以F2可 储存在Cu、Ni、Mg制成的容器中252与金属、非金属反应卤素反应物质 反应程度F2所有金属 除氮、氧外的非金属反应激烈常伴有燃烧和爆炸 Cl2与上类似平稳Br2 I2活泼金属 其他金属常温加热干燥的氯不 与Fe反应 可将氯储存 在铁罐中减小262、与水、碱的反应卤素与水可以发生两种类型反应：(1)氧化作用 2X2+2H2O4H+4X-+O2(2)歧化水解 X2+H2OH+X-+HXOF2与水按(1)激烈反应:2F2 + 2H2O = 4HF + O2 氯、溴、碘与水反应主要依（2）式进行。该反应是 一种歧化反应: Cl2+H2OH+Cl-+HClOHClO在各种条件下会发生分解：光照 2HClO =2HCl + O2 加热 3HClO =HClO 3+2HCl想一想：氯水 久置会失效是 什么原因？溶 液的酸度会有 何变化？27(2)是卤素在水中的歧化反应(卤素既是氧化剂又 是还原剂，一部分被氧化，一部分被还原) 歧化 反应也是随溶液酸度的减弱而加大。这是由于H+ 浓度变小了，有利于化学平衡向右移动。所以溴 和碘的反应主要是在碱性溶液中进行。Br2 +2OH- BrO- +Br- +H2O 3I2 + 6OH- IO3- + 5I- +3H2O次碘酸及其盐 极不稳定，低 温下也很快分 解X2+H2OH+X-+HXO (2)28平衡常数 Cl2