卤族元素概述¶

卤素性质概述¶

卤素物理性质¶

卤族元素普遍在 \(\ce{CCl4}\) 中溶解度大于水，相似相容。

卤族元素颜色：

	氯元素 \(\ce{Cl}\)	溴元素 \(\ce{Br}\)	碘元素 \(\ce{I}\)
单质	黄绿色气体	深红棕色气体	紫黑色固体
卤化银沉淀	白色	淡黄色	黄色
水溶液颜色	黄绿色	橙色	黄褐色
四氯化碳溶液颜色	黄绿色	橙红色	紫红色

从上到下，熔沸点升高，非金属性减弱，与氢气反应依次减弱。

\[ \ce{H2 + F2 ->[暗处爆炸] 2HF} \]

\[ \ce{H2 + Cl2 ->[光照或点燃] 2HCl} \]

\[ \ce{H2 + Br2 ->[加热] 2HBr} \]

\[ \ce{H2 + I2 <=>[高温] 2HI} \]

氯气的物理性质：

黄绿色气体。
有刺激性气味。
密度大于水。
可溶于水。
有毒。

卤素化学性质¶

能够在水溶液中发生置换反应：

\[ \ce{Cl2 + 2KI -> I2 + 2KCl} \]

特殊的，氟气能氧化水：

\[ \ce{2F2 + 2H2O -> 4HF + O2} \]

最高价含氧酸酸性递减，高氯酸 \(\ce{HClO4}\) 为最强含氧酸。

氯气的化学性质¶

与金属单质反应¶

氯气和钠单质：
- 剧烈燃烧，产生黄色火焰，有白烟生成。
- \(\ce{2Na + Cl2 ->[点燃] 2NaCl}\)。
氯气和铁单质：
- 剧烈燃烧，产生棕红色烟，水溶液呈黄色。
- \(\ce{2Fe + 3Cl2 ->[点燃] 2FeCl3}\)。
氯气和铜单质：
- 剧烈燃烧，产生棕黄色烟，加水后溶液逐渐由黄色变为黄绿色、蓝绿色、蓝色。
- \(\ce{Cu + Cl2 ->[点燃] CuCl2}\)。

与非金属单质反应¶

氯气和氢气：
- 安静燃烧，产生苍白色火焰，瓶口有白雾生成。
- \(\ce{H2 + Cl2 ->[点燃] 2HCl}\)。
- 氢气与氯气混合后，强光或加热，引起爆炸。

氯气的反应及制取¶

氯气和水：
- 产生盐酸和次氯酸，其中次氯酸为弱酸。
- \(\ce{Cl2 + H2O <=> HCl + HClO}\)。
氯气和碱的反应：
- 常温或冰水浴中，产生次氯酸；热水浴产生氯酸根。
- 冰水：\(\ce{Cl2 + 2OH- -> Cl- + ClO- + H2O}\)。
- 热水：\(\ce{3Cl2 + 6OH- -> 5Cl- + ClO3- + 3H2O}\)。
- 注意：溴单质常温即生成溴酸根。
制取：
- 原理：氧化 \(\ce{Cl-}\) 离子。
- 常用氧化剂：\(\ce{MnO2,KMnO4,KClO3,NaClO}\) 或通电。
验满：
- 将湿润的淀粉碘化钾试纸放在瓶口，变蓝。
- \(\ce{Cl2 + 2I- -> I2 + 2Cl-}\)。
尾气处理：\(\ce{NaOH}\) 溶液。

方程式书写：

\(\ce{MnO2 + 4HCl(浓) ->[\triangle] MnCl2 + Cl2 ^ + 2H2O}\)。
\(\ce{2KMnO4 + 16HCl(浓) -> 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 ^ + 8H2O}\)。
\(\ce{KClO3 + 6HCl(浓) -> KCl + 3Cl2 ^ + 3H2O}\)。
\(\ce{NaClO + 2HCl -> NaCl + Cl2 ^ + H2O}\)。
\(\ce{2NaCl(熔融) ->[通电] 2Na + Cl2}\)。
\(\ce{2NaCl + 2H2O ->[通电] 2NaOH + H2 ^ + Cl2 ^}\)。

常见改良：用 \(\ce{NaCl},\ce{H2SO4}(浓)\) 分别提供氯离子和氢离子，代替浓盐酸。

氯水和漂白剂¶

氯水的组成¶

一般认为，氯水由三种分子、四种离子组成：

三分：\(\ce{Cl2,H2O,HClO}\)。
四离：\(\ce{H+,Cl-,OH-,ClO-}\)。

氯水成分的检验：

\(\ce{Cl2}\)：观察颜色。
\(\ce{Cl-}\)：加入硝酸酸化的硝酸银溶液，产生白色沉淀。
\(\ce{H+}\)：加入 \(\ce{NaHCO3}\) 固体，产生使澄清石灰水变浑浊的气体。
\(\ce{HClO}\)：使有色布条褪色，加热产生气泡。
将新制氯水加入石蕊试液，石蕊先变红后褪色（酸性、漂白性）。

在参与反应的时候，认为是氯气分子 \(\ce{Cl2}\) 参与即可。

漂白粉的原理¶

成分：

主要成分：\(\ce{CaCl2,Ca(ClO)2}\)。
有效成分：\(\ce{Ca(ClO)2}\)。

制取方法：

将氯气通入石灰乳中。
\(\ce{2Ca(OH)2 + 2Cl2 -> CaCl2 + Ca(ClO)2 + 2H2O}\)。

漂白原理：

生效原理：
- \(\ce{Ca(ClO)2 + H2O + CO2 -> 2HClO + CaCO3 v}\)。
失效原理：
- \(\ce{Ca(ClO)2 + H2O + CO2 -> 2HClO + CaCO3 v}\)。
- \(\ce{2HClO ->[光] 2HCl + O2 ^}\)。

漂白液的原理¶

成分：

主要成分：\(\ce{NaCl,NaClO}\)。
有效成分：\(\ce{NaClO}\)。

制取方法：

将氯气通入氢氧化钠溶液中。
\(\ce{2NaOH + Cl2 -> NaCl + NaClO + H2O}\)。

漂白原理：

生效原理：
- \(\ce{NaClO + H2O + CO2 -> HClO + NaHCO3}\)。
失效原理：
- \(\ce{NaClO + H2O + CO2 -> HClO + NaHCO3}\)。
- \(\ce{2HClO ->[光] 2HCl + O2 ^}\)。

次氯酸概述¶

弱酸性
- \(\ce{HClO <=> H+ + ClO-}\)。
- 其酸性弱于碳酸。
强氧化性
- 含 \(+1\) 价的氯。
- 用途：杀菌消毒、漂白。
不稳定性
- \(\ce{2HClO ->[\triangle/光] 2HCl + O2 ^}\)。
- 因此新制氯水久置会变为稀盐酸，应当放置在棕色瓶内、遮光阴凉处。

一般情况下，不需要考虑次氯酸氧化性对氯气氧化性检验的干扰。

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