第7族（卤素）——氯、溴和碘

化学· 2.5–2.8，2017年考纲第2(b)部分· 12 分钟阅读

1. 氯、溴和碘的物理性质★★☆☆☆⏱ 3 min

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📘 定义

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。

Exam tip:

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。

2. 预测其他第7族卤素的性质★★☆☆☆⏱ 2 min

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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。

Exam tip:

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。

3. 卤素的置换反应★★★☆☆⏱ 4 min

✓ 计算器

📘 定义

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。

📐 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。

Exam tip:

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。

4. 高阶层级：反应性递变规律解释（电子构型）★★★★☆Higher 专属⏱ 3 min

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🔬 推导

目标:

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
1. 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。

结果:

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。

Exam tip:

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。

5. 常见陷阱

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

6. 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

7. 常见问题

为什么第7族的反应活性随族序数增大而降低，和第1族相反？

第7族元素通过得到1个电子形成稳定的负离子。随着族内元素序数增大，最外层电子离原子核更远，电子屏蔽效应更强，因此原子核对外来电子的吸引力更弱，反应活性降低。而第1族元素通过失去电子发生反应，因此递变规律完全相反。

什么现象可以证明氯和溴化钾之间发生了置换反应？

淡绿色的氯溶液变为橙色，红棕色的溴被置换进入溶液中。为获得满分，你必须同时写出初始颜色和最终颜色。

深入阅读

study_guide元素周期表基础递变规律
study_guide化学方程式配平

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.