# 第17族元素的性质与反应

> 化学 · CIE A-Level 9701
> 来源: https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9701-u10-group-17-properties-and-reactions/

本子主题涵盖第17族卤素的主要物理、化学性质递变，置换反应和歧化反应，这些都是CIE A-Level化学考试中高频考查的核心内容。

**先修:** [氧化还原反应与氧化数](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9701-u7-redox-reactions-oxidation-numbers/); [分子间作用力](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9701-u3-intermolecular-forces/)

## 学习目标

- 描述第17族元素从上到下的主要物理性质递变规律
- 解释卤素氧化性的递变趋势
- 书写卤素置换反应和歧化反应的配平方程式
- 识别卤素置换实验中的现象递变规律

## 第17族从上到下的物理性质递变

第17族元素（卤素）都是活泼非金属，室温下以双原子分子（$X_2$）形式存在。从上到下，物理性质呈现清晰可预测的递变规律，这由原子和分子尺寸的递增驱动。

**卤素** — 一类拥有7个价电子的非金属元素，在离子化合物中通常形成带-1电荷的阴离子（卤化物）。

*记法:* Group 17 (Group VII)

*例:* 氯气（$Cl_2$）和碘单质（$I_2$）都是常见卤素。

从上到下的主要物理性质递变为：原子半径递增，电负性递减，熔沸点递增，元素颜色从浅黄（氟）逐渐加深为黑色固体（碘）。

熔沸点递增的原因是：非极性双原子卤素分子之间仅存在伦敦色散力（瞬时偶极-诱导偶极作用力）。从上到下电子数增加，电子云的可极化性变大，因此分子间吸引力变强。

**例题:** 参考分子间作用力，解释为什么氟的沸点低于溴。

1. 1. 氟（$F_2$）和溴（$Br_2$）都是非极性双原子分子，分子间通过伦敦色散力结合。
2. 2. 溴原子比氟原子拥有更多电子（每个原子分别为35和9个电子）。
3. 3. 这说明溴的电子云比氟的电子云可极化性更强，因此分子间作用力更强。
4. 4. 克服更强的分子间作用力需要更多能量，因此溴的沸点更高。

> **考试提示:** 务必说明卤素熔化/沸腾时断裂的是分子间作用力（而非共价键）。CIE阅卷官通常会给错误提及断裂共价键的答案扣分。

## 氧化性的递变趋势

卤素在反应中几乎总是作为氧化剂，通过接受电子形成卤离子，半反应为：$X_2 + 2e^- \rightarrow 2X^-$. 氧化性强度从上到下持续递减。

**氧化性** — 卤素作为氧化剂的能力（从其他物种接受电子），与原子核对外层额外电子的吸引力有关。

从上到下，原子半径递增，内层电子壳层的屏蔽效应增加。这降低了原子核对形成卤离子所需额外电子的吸引力，因此氧化性强度递减。

**例题:** 预测溴能否从碘化钾水溶液中置换出碘离子，解释你的答案并写出配平方程式。

1. 1. 第17族从上到下氧化性递减，因此溴的氧化性强于碘。
2. 2. 氧化性更强的卤素总能从溶液中置换出氧化性更弱卤素的卤离子。
3. 3. 因此，溴可以从碘化钾中置换出碘离子。
4. 4. 配平的总反应方程式为：
5. $$Br_2(aq) + 2KI(aq) \rightarrow 2KBr(aq) + I_2(aq)$$

**概念自测**

检验你对递变规律的理解：

1. 下列哪一个是氧化性从强到弱的正确顺序？

   - F > Cl > Br > I
   - I > Br > Cl > F
   - Cl > F > Br > I
   - Br > Cl > I > F

   *解析:* 正确！第17族从上到下氧化性递减，因此氟是最强的氧化剂。

## 卤素的置换反应

置换反应是证明氧化性递变规律的标准实验。当卤素溶液加入卤盐溶液中，如果该卤素的氧化性强于卤离子对应卤素，就会发生颜色变化。

为了清晰识别产物，反应后通常加入非极性有机溶剂如环己烷，然后振荡混合物。卤素溶解在有机层中，呈现出独特的特征颜色。

**例题:** 学生将氯水加入溴化钾溶液，之后加入环己烷并振荡。描述观察到的现象并写出配平的离子方程式。

1. 1. 氯的氧化性强于溴，因此它会从溶液中置换出溴离子。
2. 2. 生成溴单质后，水层先变为浅橙黄色。
3. 3. 加入环己烷振荡后，密度更小的有机层（上层）变为橙棕色，证明溴单质存在。
4. 4. 该反应配平的离子方程式为：
5. $$Cl_2(aq) + 2Br^-(aq) \rightarrow 2Cl^-(aq) + Br_2(aq)$$

> **考试提示:** CIE经常考查有机溶剂层的颜色，而非水层的颜色。请记住：碘在有机溶剂中为紫色，在水溶液中为棕色。

## 歧化反应

卤素与冷/热碱、水反应时会发生歧化。在这些反应中，同一个卤素原子同时被氧化和被还原。

**歧化反应** — 一种氧化还原反应，其中起始物种中同一种元素同时被氧化（氧化数升高）和被还原（氧化数降低）。

**例题:** 写出氯气与冷稀氢氧化钠反应的配平方程式，通过计算氧化数证明这是歧化反应。

1. 1. 氯气与冷稀NaOH反应生成氯化钠、次氯酸钠和水。
2. 2. 配平的化学方程式为：
3. $$Cl_2(aq) + 2NaOH(aq) \rightarrow NaCl(aq) + NaClO(aq) + H_2O(l)$$
4. 3. $Cl_2$中Cl的氧化数为0。在NaCl中为-1（被还原），在NaClO中为+1（被氧化）。
5. 4. 由于Cl同时被氧化和还原，因此这是歧化反应。

氯气与热浓氢氧化钠反应时，会歧化生成氯化钠和氯酸钠(V) ($NaClO_3$)，其中氯的氧化数分别为-1和+5。

## 常见错误

- **错误做法:** 声称卤素熔化或沸腾时断裂共价键
  - 原因: Only intermolecular forces between separate $X_2$ molecules are broken; the covalent bond inside each molecule stays intact.
  - 正确做法: 说明卤素状态变化时克服的是伦敦色散分子间作用力
- **错误做法:** 声称第17族从上到下氧化性递增
  - 原因: 从上到下原子半径递增，因此原子核对额外电子的吸引力降低，氧化性强度降低
  - 正确做法: 记住氟是最强氧化剂，碘是最弱，因此氧化性从上到下递减
- **错误做法:** 声称碘在水溶液中为紫色
  - 原因: 碘仅在非极性有机溶剂中为紫色；水溶液中的碘为棕色
  - 正确做法: CIE考试请记住：紫色 = 碘在有机溶剂中，棕色 = 水溶液中的碘
- **错误做法:** 将$NaClO_3$写为氯气与冷稀NaOH反应的产物
  - 原因: $NaClO_3$ (sodium chlorate(V)) only forms with hot concentrated sodium hydroxide, not cold dilute.
  - 正确做法: 冷稀NaOH生成次氯酸钠(I) ($NaClO$)，热浓NaOH生成氯酸钠(V) ($NaClO_3$)
- **错误做法:** 混淆置换反应和歧化反应
  - 原因: Displacement involves two different halogen species changing oxidation state, disproportionation involves the same halogen species changing into two different oxidation states.
  - 正确做法: Check oxidation numbers: if the same starting element has two different oxidation numbers in products, it is disproportionation.

## 速查表

| 性质 | 第17族从上到下的递变 | 要点 |
| --- | --- | --- |
| 原子半径 | 递增 | 电子层数更多，屏蔽效应增加 |
| 电负性 | 递减 | 对成键电子的吸引力更弱 |
| 沸点 | 递增 | 伦敦色散力更强 |
| 氧化性 | 递减 | 对额外电子的吸引力更弱 |
| 置换顺序 | F > Cl > Br > I | 更强氧化剂置换更弱卤离子 |
| 有机层颜色 | Cl = 浅绿，Br = 橙色，I = 紫色 | 水溶液中碘为棕色 |
| $Cl_2$ + 冷NaOH | $NaCl + NaClO + H_2O$ | 歧化反应，Cl = -1, +1 |
| $Cl_2$ + 热NaOH | $NaCl + NaClO_3 + H_2O$ | 歧化反应，Cl = -1, +5 |

## 下一步

掌握第17族的性质和反应是学习卤离子定性检验的基础，卤离子检验是选择题和实验题中的常见考点。你将把在这里学到的周期性递变规律应用到分析周期表中其他族，还会将你对氧化还原和歧化反应的知识拓展到涉及过渡金属和有机化学的更复杂问题中。识别卤素反应性的规律能帮助你快速回答常见考题，避免常见陷阱。

- [氮和硫](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9701-u11-overview/)
- [氮及其化合物](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9701-u11-nitrogen-and-its-compounds/)
- [硫及其化合物](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9701-u11-sulfur-and-its-compounds/)

---

来自 [OwlsPrep](https://www.owlsprep.com) —— A-Level / IB / AP / IGCSE 免费学习指南，依据官方考纲编写。原页面：https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9701-u10-group-17-properties-and-reactions/