第Ⅶ主族
【氟】元素符号F,原子序数9,原子量18.99。外围电子排布2s22p5,主要氧化数-1,0。位于第二周期第ⅦA族。原子半径64皮米,F-半径133皮米,第一电离能1682千焦/摩尔,电负4.0。单质氟由双原子分子F2组成。淡黄色气体,有令人不快的气味。密度1.696克/升(标准状况),熔点-219.6℃,沸点-188.14℃。离解能154.8千焦/摩尔。氟是电负性最大,非金属性、氧化性最强的元素,化学性质非常活泼。有毒。能跟绝大多数元素化合生成二元氟化物,放出大量热,发生燃烧。跟铝、镍、镁、铜反应时常形成致密的氟化物保护膜。跟水发生剧烈反应,生成物主要有氟化氢和氧气,以及少量的过氧化氢、二氟化氧和臭氧。可从化合物中置换其它非金属元素,如氟气可从固态卤化物中置换出氯、溴、碘。与稀碱溶液反应放出OF2
2F2 2NaOH=2NaF OF2↑ H2O
在加压、加热条件下氟能跟氙直接化合,生成二氟化氙、四氟化氙和六氟化氙。大量氟用来氟化有机物,如氟里昂——12CCl2F2广泛用作致冷剂,CBr2F2用作高效灭火剂,CCl3F用作杀虫剂。称为特氟隆的聚四氟乙烯具有高弹性、低介电常数、低摩擦系数、耐热抗腐蚀等优良性能,用于制电工、化工器材。原子能工业制UF6,用扩散法分离出235U。1886年法国的莫瓦桑,在铂制U形管中,以铂铱合金作电极,电解氟氢化钾的无水氟化氢熔液得到氟。氟在地壳中的丰度为0.066%,主要以化合态存在,主要矿物有萤石CaF2,冰晶石Na3AlF6和磷灰石Ca5F(PO4)3。工业上以石墨和铁作电极,电解熔融的氟氢化钾和氟化氢的混和物制得,电解总反应为:
【氟化氢】化学式HF,式量20.01。无色有刺激臭味气体或液体,极性分子,由于很强的氢键作用,常温下气体呈(HF)n(n=2~6)的缔合形式存在,80℃以上才基本由HF组成。液态时可能以比较稳定的五分子环(HF)5或六分子环(HF)6状态存在。气体密度0.991克/升,液体密度0.987克/厘米3,沸点19.54℃,熔点-83.1℃,有很强的腐蚀性和毒性。在空气中易形成白色酸雾,易溶于水,水溶液叫氢氟酸,酸性较弱。能溶于乙醇。能腐蚀玻璃。氟化氢是一个介电常数大的液体,能自行电离,并能与许多溶质形成导电溶液,可溶解许多有机化合物。无水液态氟化氢是一种很强的酸。应保存在塑料容器中。用于制氟化物、氢氟酸、氟硼酸、氟硅酸、有机氟碳化合物,含氟冷冻剂、含氟树脂,还用作半导体材料的清洗剂,蚀刻玻璃等。用浓硫酸跟氟化钙反应制得。
【氢氟酸】化学式HF,式量20.01。即氟化氢的水溶液。无色有刺激性气味。有强烈腐蚀性和毒性。浓度不高时酸性弱(室温下K=3.5×10-4),这是因为分子间易形成氢键,难电离出氢离子。浓溶液(5~15摩尔/升)酸性增强变成强酸,因为一部分F-通过氢键与HF形成缔合离子,如:
消耗了溶液中的F-,而使HF的电离度增大。能跟二氧化硅或硅酸盐反应生易挥发的SiF4,故易于腐蚀石英、玻璃及其它含硅物质。市售氢氟酸含氟化氢50%。用于制备高纯氟化物,刻蚀玻璃、镀件表面处理、酸洗铜、黄铜、不锈钢等。用水吸收氟化氢制得。
【氯】元素符号Cl,原子序数17,原子量35.453,外围电子排布3s23p5,位于第三周期3ⅦA族。原子半径99皮米,Cl-半径181皮米,第一电离能1251千焦/摩尔,电负性3.0,主要氧化数-1、0、 1、 3、 5、 7。单质氯以双原子分子Cl2组成。黄绿色有刺激性臭味的气体,有毒。密度 3.214克/升,熔点-100.98℃,沸点-34.6℃,离解能246.7千焦/摩尔。液态氯为金黄色液体,固态氯为四方晶体。20℃时在水中溶解度为7.29克/升,氯的水溶液呈黄绿色。部分水解成盐酸、次氯酸HClO,后者有漂白性。易溶于二硫化碳、四氯化碳等有机溶剂。在低温下干燥氯气化性不十分活泼。有痕量水存在时,活泼性急剧增加。能跟所有金属化合,能跟氧、氮、碳以外非余属单质直接化合。生成氯化物。有强氧化性,是强氧化剂。跟碱反应生成盐酸盐和次氯酸盐,如:
Cl2 2NaOH=NaCl NaClO H2O
加热时跟碱反应生成盐酸盐和氯酸盐,如:
跟饱和烃发生取代反应,跟不饱和烃发生加成反应。用于制漂白粉、盐酸、盐酸盐、农药、塑料、有机溶剂、染料、化学试剂,还用于漂白纸浆、布匹、饮水消毒、稀有金属和纯硅的提炼。1774年瑞典人舍勒用盐酸跟二氧化锰反应制得氯气,但不知道它是什么。1810年英国人戴维确定氯气是一种单质,确定了氯元素的存在。氯主要以氯化钠的形式存在于海水、盐湖和岩盐矿中。由35Cl和37Cl两种稳定同位素组成。在地壳中的丰度为0.14%。工业上用电解饱和食盐水制得,实验室常用浓盐酸跟二氧化锰共热制备。
【氯化氢】化学式HCl,式量36.46,无色有刺激性气味的气体。密度1.6394g/L,液态无色,密度1.187克/厘米3。熔点—114.8℃,沸点-84.9℃。易与空气中水蒸气形成白色酸雾,易溶于水,1体积水可溶500体积氯化氢(标准状况),水溶液称盐酸。也溶于乙醇和乙醚。干燥氯化氢化学性质不活泼,很难分解,对锌,铁等金属无作用;遇氨冒白烟,生成氯化铵。用于制盐酸、氯化物、氯乙烯,还用于聚合、异构、烷基化等反应,以及作缩合剂、催化剂等。工业上用氢气跟氯气合成。实验室由浓硫酸跟食盐共热制得。
【盐酸】化学式HCl,式量36.46。又称氢氯酸。是氯化氢的水溶液。市售浓盐酸含HCl37~38%,密度1.19克/厘米3,约12摩尔/升。含氯化氢20.22%的盐酸恒沸点为108.58℃。无色液体,易挥发,有刺激性臭味,有腐蚀性。强酸。能跟许多金属反应放出氢气并生成相应的氯化物。能和多种金属氧化物,碱反应生成盐酸盐和水。是重要的化工原料。广泛用于化学工业、冶金工业、石油工业、食品工业、制药工业。在电镀、焊接时用于清洗金属表面。稀盐酸用于治疗胃酸缺乏症。用水吸收氯化氢制得。
【氯酸】化学式HClO3,正五价氯的含氧酸仅仅存在于溶液中,呈无色,水溶液在真空中可浓缩到密度为1.282克/厘米3。不稳定,加热到40℃即被分解,并爆炸。有强酸性、强氧化性。用作化学试剂。由氯酸钡溶液跟硫酸反应后,经过滤、浓缩制得。
【次氯酸】化学式HClO,正一价氯的含氧酸,仅存于溶液中。稀溶液无色,浓溶液呈黄色,有强刺鼻气味。是一种弱酸K=3.0×10-8,极不稳定,见光分解为盐酸和氧气。有氧化性和漂白性,有杀菌能力。将氯气的水溶液中加入氧化汞或碳酸钙。再经减压蒸馏可得低于5%的次氯酸溶液。将一氧化二氯Cl2O与水反应可得高于5摩尔/升的次氯酸。
【高氯酸】化学式HClO4,式量100.46,最高价氯的含氧酸。无色粘稠液体,密度1.76克/厘米3,熔点-112℃,沸点39℃(7459帕——56毫米汞柱)。易吸湿,溶于水,常用试剂浓度为70%。纯态不稳定。已知最强酸,能与活泼金属反应放出氢气,与氨反应生成铵盐。有强氧化性,遇有机物发生爆炸性反应,同HI或SOCl2反应时会燃烧。纯酸加热至90℃分解为ClO2及O2。冷的稀溶液稳定性高。不显氧化性。有腐蚀性。用于制炸药、医药、分析化学。用高氯酸钾同浓硫酸反应后,再经减压蒸馏制得。工业上用铂电极电解氧化盐酸制得。
【王水】一体积浓硝酸与三体积浓盐酸的混合液(其摩尔比为1:3)。无色液体,但迅速变黄。具有比浓硝酸或浓盐酸更强烈的腐蚀性,能溶解铂和金。王水中含有硝酸、氯化亚硝基、氯等强氧化剂。
HNO3 3HCl=NOCl Cl2 2H2O
王水中也含有高浓度的氯离子,能跟金属离子形成稳定的络离子,有利于向金、铂溶解方向进行
Au HNO3 3HCl=AuCl3 NO 2H2O
AuCl3 HCl=H[AuCl4]
3Pc 4HNO3 12HCl=3PtCl4 4NO 8H2O
PtCl4 2HCl=H2[PtCl6]
冶金工业和化学分析用于溶解金属。