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重要化合物

时间:2022-08-23 百科知识 版权反馈
【摘要】:卤素与电负性比它小的元素形成的化合物称为卤化物。卤化物可分为金属卤化物和非金属卤化物,按卤化物的化学键型,也可大体分为离子型卤化物和共价型卤化物两大类型。离子型卤化物,具有较高的熔点和沸点,能溶于极性溶剂。共价型卤化物具有较低的溶、沸点。有些共价型卤化物遇水发生水解反应,如卤化磷水解得到氢卤酸。浓热的高氯酸氧化性很强,遇到有机化合物会发生爆炸性反应。

(一)卤化氢和氢卤酸

卤化氢都是具有刺激性气味的无色气体,它们是共价型的极性分子,极易溶于水形成氢卤酸,在空气中与水蒸气结合形成细小的酸雾而发烟。

卤化氢有较高的热稳定性,对热的稳定性按HF—HCl—HBr—HI的顺序下降。

卤化氢的熔、沸点按HI—HBr—HCl顺序逐渐降低,但HF异常,这是由于HF分子间存在着氢键缔合作用。

氢卤酸在水溶液中可以电离出氢离子和卤素离子,因此酸性和卤素离子的还原性是卤化氢的主要化学性质

氢卤酸(除氢氟酸外)都是强酸。氢氟酸因具有特别大的键能而呈现弱酸性(298K,Ka=6.61×10—4),当浓度大于5mol·L—1时,氢氟酸是一强酸。

氢卤酸具有还原性,随Hc热稳定性的依次下降,其还原能力按HF—HCI—HBr—HI的顺序增加。例如浓硫酸能氧化溴化氢和碘化氢,但不能氧化氟化氢和氯化氢。

2HBr+H2SO4(浓)=Br2+SO2↑+2H2O

8HI+H2SO4(浓)=4I2+H2S↑+4H2O

氢氟酸可以刻蚀玻璃,溶解硅酸盐矿石。

SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O

因此,氢氟酸不宜贮存于玻璃器皿中,通常盛于聚乙烯塑料容器里。卤素和氢卤酸均有毒,能强烈刺激呼吸系统。液态溴和氢氟酸与皮肤接触易引起难以治愈的灼伤,使用时应注意安全。如发现皮肤沾有氢氟酸,应立即用大量氨水或清水冲洗。

(二)卤化物和多卤化物

卤素与电负性比它小的元素形成的化合物称为卤化物。卤化物可分为金属卤化物和非金属卤化物,按卤化物的化学键型,也可大体分为离子型卤化物和共价型卤化物两大类型。低价态的金属离子与卤素形成离子型卤化物,如KCl、CaCl2、FeCl2等。离子型卤化物,具有较高的熔点和沸点,能溶于极性溶剂。非金属元素和高价态的金属离子与卤素形成共价型卤化物,如AlCl3、CCl4、TiCl4、PCl3等。共价型卤化物具有较低的溶、沸点。有些共价型卤化物遇水发生水解反应,如卤化磷水解得到氢卤酸。

Pc3+3H2O=H3PO3+3Hc

这个方法可用于实验室中制备HBr和HI。金属离子的极化力越强,卤素离子的变形性越大,相应卤化物的共价性就越强。离子型卤化物和共价型卤化物之间没有严格的界限,如FeCl2在950K以上才能熔化,显离子性;而FeCl3易挥发、易水解,熔点在555K以下,具共价键型特征,而熔融状态的FeCl3表现出导电性,却属离子键型特征。

金属卤化物能与卤素单质或卤素互化物加合生成多卤化物,例如:

KI+I2=KI3配制药用碘酒(碘酊)时,加入适量的KI可使碘的溶解度增大,保持了碘的消毒杀菌作用。

(三)卤素含氧酸及其盐

氯、溴和碘可以形成四种类型的含氧酸,分别为次卤酸(HcO)、亚卤酸(HcO2)、卤酸(HcO3)和高卤酸(HcO4),见表11-2。

表11-2 卤素的含氧酸

■表示含氧酸仅存在于溶液中

所有卤素的含氧酸根离子中,卤素原子sp3杂化,由于不同氧化值的卤素原子结合的氧原子数不同,酸根离子的形状也各不相同。cO为直线形,cO2为角形,cO3为三角锥形,cO4为四面体形(图11-1)。

图11-1 卤素含氧酸根离子的结构

1.次卤酸及其盐

次卤酸都是弱酸,随卤素原子电负性减小其酸性减弱,它们的电离常数分别为:

HClO HBro HIO Ka 3.16×108 2.40×109 2.3×l0-1l

由于次卤酸酸根离子对称性较差,次卤酸极不稳定,仅能存在于水溶液中,在室温按下列两种方式进行分解:

2HcO=2Hc+O2(1)

3HcO=2Hc+HcO3(2)在光照下,HXO的分解几乎按(1)式进行,所以HXO都是强氧化剂。氯水、漂白粉的漂白杀菌能力都与此分解反应有关。加热能促进HXO按(2)式发生歧化分解反应。

由电势图可看出,在酸性介质中,仅次氯酸根会发生歧化反应。在碱性介质中,卤素单质发生歧化反应生成XO离子。

X2+2OH=c+cO+H2O XO离子易进一步歧化生成XO3离子。

3XO=2c+cO3

ClO离子在室温和低于室温时歧化反应速率很小,在348K左右歧化反应速率很大。因此氯气与碱溶液作用,在室温或低于室温时,产物是次氯酸盐,在高于348K时产物是氯酸盐。BrO离子在室温时具有中等程度的歧化速率,只有在273K左右才能制备和保存BrO离子,若在323K以上时,全部歧化为BrO3。在任何温度下IO离子的歧化速率都非常大,因此碘与碱溶液作用只能得到IO3离子。

3I2+6OH=5I+IO3+3H2O-次卤酸盐中比较重要的是次氯酸盐。将氯气通入Ca(OH)2中,可制得漂白粉。次氯酸钙Ca(ClO)2是漂白粉的有效成分。

2Cl2+2Ca(OH)2=Ca(ClO)2+CaCl2+2H2O

2.卤酸及其盐

卤酸比次卤酸稳定,常温下氯酸和溴酸只能存在于稀溶液中,浓度较高时剧烈分解。碘酸为白色晶体,常温下较为稳定。

卤酸都是强酸,其酸性按HClO3—HBrO3—HIO3的顺序依次减弱。

卤酸的浓溶液都是强氧化剂,其中以溴酸的氧化性最强,相应电对的标准电极电势为:E(ClO3/Cl2)=1.47V,E(BrO3/Br2)=1.52V,E(IO3/I2)=1.20V,所以碘能从溴酸盐和氯酸盐的酸性溶液中置换出Br2和Cl2,氯能从溴酸盐中置换出Br2

2HClO3+I2=2HIO3+Cl2

2HBrO3+I2=2HIO3+Br2

2HBrO3+Cl2=2HClO3+Br2

卤酸盐的热稳定性皆高于相应的酸。它们在水溶液中氧化能力较弱,在酸性溶液中都是强氧化剂。其中最为重要的是氯酸钾,氯酸钾大量用于制造火柴、信号弹、焰火等。

卤酸盐的热分解反应较为复杂,如氯酸钾在催化剂的影响下和不同的温度时分解方式不同。

3.高卤酸及其盐

高氯酸是无机酸中最强的酸。纯高氯酸不稳定,在贮藏过程中可能会发生爆炸,市售试剂为70%溶液。浓热的高氯酸氧化性很强,遇到有机化合物会发生爆炸性反应。而稀冷的高氯酸溶液氧化能力极弱。

由于高卤酸根离子结构对称(四面体结构),所以高卤酸盐较为稳定,如KClO4的分解温度高于KClO3,用KClO4制成的炸药称“安全炸药”。

高碘酸通常有两种形式,正高碘酸H5IO6和偏高碘酸HIO4。高碘酸的氧化性比高氯酸强,在酸性溶液中可将Mn2+离子氧化为紫红色的MnO4,反应既迅速又平稳,分析化学中常把IO4当作稳定的强氧化剂使用。

2Mn2++5IO4+3H2O=2MnO4+5IO3+6H+

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