# 第7族（卤素）——氯、溴和碘

> 化学 · Edexcel IGCSE 4CH1
> 来源: https://www.owlsprep.com/zh/study/edexcel-igcse-chemistry-s2-group-7-chlorine-bromine-and/

本讲义涵盖Edexcel IGCSE化学4CH1考纲对第7族卤素的全部要求，包括Cl₂、Br₂、I₂的物理性质、反应活性递变规律、置换反应以及高阶要求的电子构型相关解释。

**先修:** [元素周期表基础族递变规律](https://www.owlsprep.com/zh/study/edexcel-igcse-chemistry-s2-periodic-table-trends/); [化学方程式配平](https://www.owlsprep.com/zh/study/edexcel-igcse-chemistry-s1-balancing-equations/)

## 学习目标

- 回忆室温下Cl₂、Br₂、I₂的物理状态、颜色以及熔沸点递变规律
- 利用第7族元素的递变规律预测氟和砹的性质
- 解释置换反应作为反应活性递变的证据，包含配平的化学方程式与实验现象
- （仅高阶要求）利用电子构型相关原理解释第7族元素的反应活性递变规律

## 氯、溴和碘的物理性质

**第7族卤素** — 元素周期表第7族的元素，所有元素最外层均有7个电子，单质状态下形成双原子分子（X₂）。

在室温和常压（RTP）下，三种常见卤素具有截然不同的物理性质，你需要在考试中准确回忆：

| Halogen | Colour | State at RTP | Key observation |
| --- | --- | --- | --- |
| Chlorine (Cl₂) | Pale green | Gas | Forms pale green aqueous solutions |
| Bromine (Br₂) | Red-brown | Liquid | Evaporates easily to orange-brown vapour; forms orange aqueous solutions |
| Iodine (I₂) | Grey-black | Solid | Sublimes on heating to purple vapour; forms brown aqueous solutions, purple in organic solvents |

卤素的熔沸点**随第7族序数增大而升高**，原因是双原子分子的体积增大，分子间作用力随之增强，需要更多能量才能克服。

**例题:** 描述并解释氯和碘的相对沸点高低。

1. 步骤1：回忆第7族的沸点递变规律：沸点随族序数增大而升高。
2. 步骤2：确定元素位置：氯在第7族中的位置高于碘。
3. 步骤3：比较沸点：碘的沸点高于氯。
4. 步骤4：解释原因：碘分子比氯分子体积更大，因此碘分子间的分子间作用力更强，沸腾时需要更多能量来破坏这些作用力。

> **考试提示:** 作答时请务必将熔沸点递变规律与分子间作用力强度关联，而非共价键强度，才能获得满分。

*计算器:* allowed

## 预测其他第7族卤素的性质

你可以利用Cl₂、Br₂和I₂的性质递变规律，预测第7族中位置更靠上（氟，F₂）或更靠下（砹，At₂）的卤素的性质，即使你没有专门学习过这些元素。

- Fluorine is above chlorine, so it has a lower boiling point, is a gas at RTP, and is more reactive than chlorine.
- Astatine is below iodine, so it has a higher melting/boiling point, is a solid at RTP, and is less reactive than iodine.

**例题:** 预测砹与溴相比的状态、颜色和相对反应活性。

1. 步骤1：砹在第7族中的位置在碘的下方。
2. 步骤2：预测状态：遵循族内从上到下状态从气体→液体→固体的递变规律，砹在室温常压下为固体。
3. 步骤3：预测颜色：第7族元素的颜色随序数增大而加深，因此砹是深黑色固体。
4. 步骤4：预测反应活性：第7族元素反应活性随序数增大而降低，因此砹的反应活性低于溴。

> **考试提示:** 即使递变规律看起来十分明显，作答时也请明确说明你所使用的递变规律，才能拿到全部分数。

*计算器:* allowed

## 卤素的置换反应

**卤素置换反应** — 活性更高的卤素（在第7族中位置更靠上）将活性更低的卤离子从其溶液中的离子化合物中置换出来的反应。

置换反应为第7族反应活性随序数增大而降低的递变规律提供了清晰的实验证据：溶液中的颜色变化可以确认反应是否发生。

**考试命令词**

该主题常见的指令类术语包括：

- **State** — Recall and write a fact without explanation *(State the colour of aqueous bromine.)*

- **Explain** — Give chemical reasons for an observation or trend *(Explain why chlorine displaces bromine from potassium bromide solution.)*

- **Predict** — Use trends to deduce properties of unfamiliar halogens *(Predict if iodine displaces chlorine from sodium chloride solution.)*

**例题:** 写出氯水与溴化钾溶液反应的配平分子方程式和离子方程式，并描述可观察到的现象。

1. 步骤1：确认反应活性：氯的反应性强于溴，因此会发生置换反应。
2. 步骤2：写出分子方程式：
3. $$Cl_2 + 2KBr \rightarrow 2KCl + Br_2$$
4. 步骤3：写出离子方程式，删去旁观离子K⁺：
5. $$Cl_2 + 2Br^- \rightarrow 2Cl^- + Br_2$$
6. 步骤4：现象：淡绿色的氯水溶液随着溴单质的生成变为橙色。

若将反应性较弱的卤素加入到反应性较强的卤化物溶液中，不会发生反应，因此无颜色变化。例如，将碘水加入氯化钠溶液中无明显现象，因为碘的反应性弱于氯。

> **考试提示:** 作答实验现象类题目时，请务必同时写出初始颜色和最终颜色，不能只写最终颜色，才能获得满分。

*计算器:* allowed

## 高阶层级：反应性递变规律解释（电子构型）

> **常见误区提醒**
>
> 第7族卤素的反应性递变规律与第1族（碱金属）完全相反：碱金属的反应性随族序数向下递增，考试中切勿将二者混淆！

**推导:** 解释第7族元素自上而下反应性降低的原因

1. 1. 所有第7族元素的最外层都有7个电子，因此它们会得到1个电子，形成最外层全满的稳定1-价阴离子。
2. 2. 沿着第7族自上而下，电子层数增加，因此最外层离带正电的原子核更远。
3. 额外的内层电子层会产生更强的屏蔽效应，削弱原子核对最外层电子的吸引力。
4. 原子核对外来电子的吸引能力减弱，难以填满最外层，因此元素的反应性降低。

*结论:* 第7族卤素的反应性随族序数向下递减。

**例题:** 结合氟和氯的电子构型，解释为什么氟的反应性强于氯。

1. 步骤1：两种元素的最外层都有7个电子，因此它们都倾向于得到1个电子形成稳定离子。
2. 步骤2：氟有2个电子层，氯有3个电子层：氟的最外层离原子核更近。
3. 氟的内层电子屏蔽效应弱于氯。
4. 氟的原子核对外来电子的吸引作用比氯更强，因此氟的反应性更强。

> **考试提示:** 考官要求你同时提及离核距离增大和屏蔽效应增强两点，才能在该解释题中获得满分。

*计算器:* allowed

## 常见错误

- **错误做法:** Stating boiling points decrease down Group 7
  - 原因: Confusing Group 7 trends with Group 1, where boiling points decrease down the group
  - 正确做法: Recall halogen molecules get larger down the group, so intermolecular forces are stronger, increasing boiling points
- **错误做法:** Predicting astatine is a gas at RTP
  - 原因: Forgetting the state trend down Group 7: gas (Cl) → liquid (Br) → solid (I)
  - 正确做法: Apply the state trend sequentially to predict astatine is a dark solid at RTP
- **错误做法:** Writing that iodine displaces chlorine from sodium chloride solution
  - 原因: Confusing the reactivity trend: less reactive halogens cannot displace more reactive halides
  - 正确做法: Only halogens higher in the group (more reactive) displace lower halides: chlorine displaces iodine, not the reverse
- **错误做法:** Only stating the final colour for a displacement reaction observation
  - 原因: Examiners require evidence of change, so you need to compare starting and final colour
  - 正确做法: Write e.g. 'pale green chlorine solution turns orange' instead of just 'orange solution forms'
- **错误做法:** Explaining reactivity trends by saying electrons are lost more easily down Group 7
  - 原因: Mixing up Group 7 (gain electrons) and Group 1 (lose electrons) reactivity mechanisms
  - 正确做法: State that Group 7 elements gain electrons, so weaker attraction for incoming electrons down the group reduces reactivity

## 速查表

| Concept | Core Facts | Higher Tier Only |
| --- | --- | --- |
| Physical properties (Cl₂, Br₂, I₂) | Cl₂: pale green gas; Br₂: red-brown liquid; I₂: grey-black solid. Mp/bp increases down group. | N/A |
| Predicting halogen properties | Fluorine = gas, more reactive than Cl; Astatine = solid, less reactive than I. | N/A |
| Displacement reactions | More reactive (higher) halogen displaces less reactive (lower) halide. Include full colour change observations. | Write ionic equations for displacement reactions (omit spectator ions) |
| Reactivity trend | Reactivity decreases down Group 7 (opposite of Group 1). | Explain using: increasing outer shell distance from nucleus + more shielding → weaker attraction for incoming electron → less reactive |

## 下一步

Now that you have mastered Group 7 halogen properties and reactions, you are ready to move on to related inorganic chemistry topics frequently tested alongside Group 7 content in Edexcel IGCSE Chemistry exams. Next, you will learn how to test for halide ions and chlorine gas, as well as study other periodic table groups including Group 1 alkali metals and Group 0 noble gases. Practicing past paper questions on displacement reactions and trend explanations will help you secure full marks on this common topic.

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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/edexcel-igcse-chemistry-s2-group-7-chlorine-bromine-and/