第一節 鹵素
認識鹵素

元素週期表的第 \(\text{VII}\) 族,包括五種非金屬元素,由上至下,它們依次是:氟 \(\ce{(F)}\)、氯 \(\ce{(Cl)}\)、溴 \(\ce{(Br)}\)、碘 \(\ce{(I)}\) 和砹 \(\ce{(At)}\)。其中,砹 \(\ce{(At)}\) 是放射性元素。因為第 \(\text{VII}\) 族元素能與大部分的金屬反應生成鹽,所以,統稱為鹵素。

鹵素的英文名稱 halogen,來源於希臘語 halos (鹽) 和 gennan (形成) 兩個詞,意思為「能形成鹽」。在中文裡,鹵的原意是「鹽鹼地」。

鹵素在週期表中的位置
鹵素的物理性質
鹵素 毒性 顏色 氣味 常溫常壓下狀態 熔點 (\(^{\circ}\text{C}\)) 沸點 (\(^{\circ}\text{C}\))
氟 (\(\ce{F}\)) 有毒 淺黃色 刺激性氣味 氣體 \(-220\) \(-188\)
氯 (\(\ce{Cl}\)) 黃綠色 氣體 \(-101\) \(-35\)
溴 (\(\ce{Br}\)) 紅棕色 液體 \(-7\) \(59\)
碘 (\(\ce{I}\)) 紫黑色 固體 \(114\) \(184\)
鹵素的主要物理性質

鹵素都具有毒性,並具有刺激性的氣味。另外,鹵素的部分物理性質存在著漸進式的變化。

  • 鹵素的顏色,由上至下,逐漸加深。氟呈淺黃色,氯呈黃綠色,溴呈紅棕色,而碘則呈紫黑色。
  • 在常溫常壓下,鹵素的狀態,由上至下,依次遞變。氟和氯是氣體,溴是液體,而碘則是固體。
  • 物理狀態的遞變,反映出鹵素熔點和沸點的遞變。即鹵素的熔點和沸點很低,並由上至下依次遞增。
氯、溴以及碘
鹵素的化學性質

鹵素是活潑的非金屬。

  • 鹵素溶液與亞硫酸鈉溶液混合後,發生脫色。

    \[\ce{\text{溴 + 亞硫酸鈉 + 水} -> \text{ 溴化鈉 + 硫酸}}\]
  • 鹵素能與金屬反應,生成鹽。

    \[\ce{\text{鈉 + 氯} -> \text{ 氯化鈉}}\]
溴水與亞硫酸鈉混合後,溴水褪色
鹵素化學活性的差異

鹵素的活性存在規律性的變化。我們能夠利用鹵素和氫的反應難易,來比較鹵素活性的差異。

鹵素和氫混合後,在一定的條件下會發生反應生成鹵化氫。

\[\text{鹵素 + 氫 } \ce{->[一定條件]} \text{ 鹵化氫}\]

通過比較氟、氯、溴和碘與氫反應的條件和結果 (如表格所示),我們可以得出結論:鹵素的活性,由上至下,逐漸降低。這與鹼金屬和鹼土金屬的活性變化趨勢相反。

鹵素 與氫反應的條件和結果
黑暗中發生爆炸性反應
黑暗中反應緩慢;強光照射下,發生爆炸性反應
受熱時發生反應
受熱時亦不能完全反應
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