单质碘在不同溶剂中为什么颜色不同
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1.单质碘在不同溶剂中为什么颜色不同?
碘在不同溶剂中所形成溶液的颜色随相剂不同而有区别。
碘仅微溶于水,得到黄色到棕色溶液。碘易溶于有机溶剂中。如不饱和烃、液态二氧化硫、醇、酮、醚、酯和苯等溶剂中为棕色或棕红色;碘在链烃、二硫化碳、四氯化碳溶剂中呈紫色。
碘在试管中加热,得到碘蒸气是紫色的。说明碘以分子状态存在为紫色。碘在不同溶剂中显不同的颜色是由于碘的溶剂化不同。碘在非极性溶剂中,如四氯化碳中碘不发生溶剂化,溶解的碘以分子状态存在,故溶液颜色与碘蒸气颜色相同。用光谱仪试验碘溶液的颜色,紫色溶液的可见光谱在5200~5400×10-10米区域内、这是跟碘蒸气中碘分子的光谱是一致的。也说明在紫色溶液中,碘以碘分子状态存在。碘在乙醇、乙醚、水等溶剂中呈黄色、棕色或红棕色。这是因为乙醇、乙醚等溶剂能够给出电子,通常叫供体溶剂。当碘溶解时,跟这类溶剂结合,通常形成的是1:1的电荷迁移配合物,即I2……S(S代表溶
剂),这个名字是来自其相互作用的本质,即这种相互作用是电荷迁移形式,这种配合物的光谱接近于可见光,电子跃迁过程相应于一个电子由溶剂分子配(体)迁移到I2上去,它的频率随配体溶剂分子的电离能的降低而降低,因此所显的颜色随溶剂的不同而不同。(back to top)
2.卤素与水反应的情况有什么不同?
卤素单质较难溶于水,卤素与水可能发生以下两类反应:
(1)X2 + H2O = 2HX + 1/2 O2↑
(2)X2 + H2O = HX + HXO↑(X= F、Cl、Br、I)
在反应(1)中卤素作为氧化剂,水作为还原剂组成了一个氧化还原反应。该反应是由下面两个半反应组成的:
X2 + 2e = 2X ①
O2 + 4H + 4e = 2H2O ②
卤素与水反应的pH电势图:
半反应②式相应于图中的b线。其它四条线相应于半反应①式中的F、Cl、Br和I。b线的上方代表O2存在区,b线的下方表示水的稳定区。从图中可以看出,F2与水反应的趋势最大,Cl2次之,它们在一般酸性溶液中就能发生反应;当水溶液的pH>3时,Br2才能发生反应;水溶液的pH>12时,I2才能发生反应。
而反应(2):
(2)X2 + H2O = HX + HXO↑
这是卤素在水中发生的歧化反应。
氟由于不能生成正氧化态的化合物,所以它与水不发生歧化反应。
氯与溴对水的反应从热力学角度看可以发生反应(1),但由于反应(1)的活化能较高而实际上速度很慢,事实上氯与溴对水进行的是反应(2)──歧化反应。歧化反应进行的程度与溶液的pH值有很大关系,碱性条件利于歧化反应的进行。
氟与水的反应
氟不溶于水,但它与水反应剧烈,分解水放出氧气,这是个很强的、自发的和放热的反应。反应中氟作为氧化剂,水作为还原剂:
2F2 + 2H2O = 4HF + O2↑
氯与水的反应
常温下一体积的水可以溶解约两个半体积的氯气,这种溶液叫氯水。
Cl2+ H2O ¾ HCl + HClO
Cl2与水的反应是歧化反应,但在纯水中该反应进行的程度只约占三分之一,如果在碱性条件下,歧化反应进行得彻底,生成氯化物和次氯酸盐。
Cl2+ 2NaOH = NaCl + NaClO + H2O
溴、碘与水的反应:
溴、碘与水的反应和Cl2与水的反应相似,也可以发生歧化反应,但反应的平衡常数不同:
X2Cl2Br2 I2 Kc(25o C) 4.8×10-4 5×10-9 4.8×10-13
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3.哪些元素的卤化物是离子型卤化物?
所有金属都可以形成卤化物。卤化物一般可以分为离子型卤化物和分子型(共价键)卤化物(其中有些过渡情况。)
卤化物的结构一般有如下特点:
(I)碱金属元素(锂除外),碱土金属元素(鈹除外),大多数镧系元素和某些低氧化态的 d 组区元素,和锕系元素的卤化物可以认为是离子型为主的化合物。
(2)原子的电荷数与半径比(电荷/半径)较大的金属卤化物大多是共价化合物。如果一种金属有可变的氧化态,低氧化态卤化物常是离子型的卤化物,高氧化态的卤化物往往是分子型卤化物,UF4是离子型固体,UF6是分子型气体。
(3)几乎所有金属的氟化物都是离子型化合物。
(4)卤离子的大小和变形性在决定卤化物的性质方面亦起重要作用(AlF3是离子型,AlCl3在液态和固态时以双聚分子Al2Cl6结构存在,AlBr3 、AlI3在固态时以双聚分子Al2Br6、Al2I6存在。这是因为从 F一到I一离于半径增大,变形性增大,铝与卤素之间的化学键由离子键变成了共价键。
4.氢氟酸电离为什么与一般弱电解质不同?
一般弱酸随浓度的稀释电离度增加,随酸浓度的增加而电离度减小。氢氟酸在稀溶液中,电离度很小,是一种弱酸。氢氟酸的电离度在极浓的溶液中急剧增加,在 5一15M浓溶液中,氢氟酸变成一种强酸,与一般情况不同。
氟的电负性大,分子之间有很强的氢键。在浓的溶液中,
氟化氢分子相互缔合成缔合分子。氢氟酸在浓溶液中电离度增
大,是由于二聚氟化氢(H2F2)的浓度增多,因为H2F2中3-位的
H原子使2-位的F原子上的电子云向3-位方向移动,从而F(2)-
H(1)间的电子云将向2-位的F原子移动,所以电离为:
H2F2= H++HF2-
其电离度比在稀溶液中大。
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5.为什么HF、HCl、HBr、HI水溶液的酸性依次增强?
18o C时0.1M溶液的氢卤酸的表观电离度是: HF为10%,HCl为92.6%、 HBr为93.5%, HI 为95%,由此可见,氢卤酸的酸性从HF到HI酸性是增强的,氢氟酸为弱酸,其他的氢卤酸为强酸。 HX在水中电离成H+和X一离子,必须破坏H-X键,并且,H原子失去电子变为H+离子,X原子得到电子变为X一离子。对于HF而言,F的半径小,H-F的键能大,F的电子亲和能又反常地小,所以HF的电离度小,成为弱酸。对于其他的HX而言HCl、 Br、 I的半径依次增大, H-CI、 H-Br、H-I的键能依次减小,从而电离度增大,它们都属于强酸。
氢卤酸的酸性强弱,也有用极化来说明的。随着X的半径增大,核对最外层电子束缚力逐渐减小,HX的变形性增加。水是一个极性分子,分子出现正负两极。HX在极性水分子作用下发生电子云变形,产生诱导偶极,从HF到HI诱导偶极增加。
虽然HX的固有偶极矩是HF>HCl>HBr>HI,但HX在水中的总偶极矩(固有十诱导)却与前者的顺序相反,故从HF到HI在水中电离度增加,它们的酸性从HF到HI增强。