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。
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。
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。
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。
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。
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。
