卤族元素概述
预计阅读时间: 8 分钟卤素性质概述
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：
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
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氯气和钠单质：
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剧烈燃烧，产生黄色火焰，有白烟生成。
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$ce{2Na + Cl2 ->[点燃] 2NaCl}$。
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氯气和铁单质：
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剧烈燃烧，产生棕红色烟，水溶液呈黄色。
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$ce{2Fe + 3Cl2 ->[点燃] 2FeCl3}$。
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氯气和铜单质：
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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。
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$ce{Cu + Cl2 ->[点燃] CuCl2}$。
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与非金属单质反应
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氯气和氢气：
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安静燃烧，产生苍白色火焰，瓶口有白雾生成。
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$ce{H2 + Cl2 ->[点燃] 2HCl}$。
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氢气与氯气混合后，强光或加热，引起爆炸。
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氯气的反应及制取
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氯气和水：
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产生盐酸和次氯酸，其中次氯酸为弱酸。
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$ce{Cl2 + H2O <=> HCl + HClO}$。
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氯气和碱的反应：
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常温或冰水浴中，产生次氯酸；热水浴产生氯酸根。
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冰水：$ce{Cl2 + 2OH- -> Cl- + ClO- + H2O}$。
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热水：$ce{3Cl2 + 6OH- -> 5Cl- + ClO3- + 3H2O}$。
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注意：溴单质常温即生成溴酸根。
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制取：
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原理：氧化 $ce{Cl-}$ 离子。
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常用氧化剂：$ce{MnO2,KMnO4,KClO3,NaClO}$ 或通电。
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验满：
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将湿润的淀粉碘化钾试纸放在瓶口，变蓝。
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$ce{Cl2 + 2I- -> I2 + 2Cl-}$。
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尾气处理：$ce{NaOH}$ 溶液。
方程式书写：
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$ce{MnO2 + 4HCl(浓) ->[\triangle] MnCl2 + Cl2 ^ + 2H2O}$。
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$ce{2KMnO4 + 16HCl(浓) -> 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 ^ + 8H2O}$。
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$ce{KClO3 + 6HCl(浓) -> KCl + 3Cl2 ^ + 3H2O}$。
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$ce{NaClO + 2HCl -> NaCl + Cl2 ^ + H2O}$。
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$ce{2NaCl(熔融) ->[通电] 2Na + Cl2}$。
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$ce{2NaCl + 2H2O ->[通电] 2NaOH + H2 ^ + Cl2 ^}$。
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：
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三分：$ce{Cl2,H2O,HClO}$。
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四离：$ce{H+,Cl-,OH-,ClO-}$。
氯水成分的检验：
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$ce{Cl2}$：观察颜色。
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$ce{Cl-}$：加入硝酸酸化的硝酸银溶液，产生白色沉淀。
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$ce{H+}$：加入 $ce{NaHCO3}$ 固体，产生使澄清石灰水变浑浊的气体。
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$ce{HClO}$：使有色布条褪色，加热产生气泡。
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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：
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生效原理：
- $ce{Ca(ClO)2 + H2O + CO2 -> 2HClO + CaCO3 v}$。
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失效原理：
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$ce{Ca(ClO)2 + H2O + CO2 -> 2HClO + CaCO3 v}$。
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$ce{2HClO ->[光] 2HCl + O2 ^}$。
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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：
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生效原理：
- $ce{NaClO + H2O + CO2 -> HClO + NaHCO3}$。
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失效原理：
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$ce{NaClO + H2O + CO2 -> HClO + NaHCO3}$。
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$ce{2HClO ->[光] 2HCl + O2 ^}$。
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次氯酸概述
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弱酸性
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$ce{HClO <=> H+ + ClO-}$。
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其酸性弱于碳酸。
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强氧化性
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含 $+1$ 价的氯。
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用途：杀菌消毒、漂白。
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不稳定性
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$ce{2HClO ->[\triangle/光] 2HCl + O2 ^}$。
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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。
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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。
溴和碘的概述
碘的化学性质
海带提碘
海带自带富集碘的作用，海带中碘含量是海水的 $10^4$ 倍作用。
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将坩埚放在泥三角上，用酒精灯灼烧海带，待冷却后加水，过滤，可以得到含有 $ce{I-}$ 的溶液。
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用氯气氧化碘离子，得到碘单质。注意，氯气过量会将碘单质继续氧化为碘酸根，但是因为氯气价格低廉、无需酸性环境即可氧化，更常用氯气作为氧化剂。
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使用四氯化碳作为萃取剂，萃取碘单质，分液得到碘单质的四氯化碳溶液。此时若直接蒸馏，分离效果不好，如果一定要蒸馏的话，可以使用减压蒸馏或用乙醚作为萃取剂。这里采用反萃取的方式。
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将碘的四氯化碳溶液加入氢氧化钠溶液中，充分震荡、静置、分液，得到碘离子和次碘酸根、碘酸根等。在加入足量氯化氢，归中产生碘单质，过滤。这个步骤称为反萃取。
海水提溴
海水中也有不少的溴，我们同样先用氯气氧化，然后用热空气吹出得到含有溴单质（液态溴易挥发）的空气，与二氧化硫混合通入水中，得到富含溴离子和硫酸根的水，然后继续用氯气氧化、热空气吹出，就可以得到富含溴单质的蒸汽，冷却后即可得到液态溴。
