卤素的置换

卤素的置换是第 17 族版本的金属置换，也是很受欢迎的试卷三实验，因为颜色就把整个氧化还原的故事讲完了。在中五氧化还原平衡一章里，它显示较活泼的卤素是较强的氧化剂，并让你通过实验、而不是靠背诵，来给氯、溴、碘排序。

请按方法操作，再练习下面的试卷三答案。

目的

探究较具电负性（较活泼）的卤素如何把另一卤素从其卤化物水溶液中置换出来，并从电子转移的角度把这个变化解释为氧化还原反应。

仪器与材料

• 带塞的试管与试管架
• 滴管与量筒
• 氯水、溴水与碘溶液
• 氯化钾、溴化钾与碘化钾溶液
• 有机溶剂，例如 1,1,1-三氯乙烷
• 安全护目镜；可使用的通风橱

步骤

1. 把约 2 cm³ 溴化钾溶液倒入一支试管。
2. 在同一支试管中加入几 cm³ 氯水。
3. 塞好试管并轻轻摇动，然后观察混合物的颜色。
4. 加入约 1 cm³ 有机溶剂，再塞好，摇动，让两层分开。
5. 观察下层有机层的颜色。
6. 换用其他组合重复步骤 1 至 5，氯水配碘化钾、溴水配碘化钾、溴水配氯化钾、碘溶液配溴化钾，每次都用干净的试管。
7. 把每一项观察记录在表中，注明水层混合物的颜色与有机层的颜色。

预期观察

• 氯水加入溴化钾溶液：混合物由黄转棕，有机层变成橙棕色，显示溴被置换出来。
• 氯水加入碘化钾溶液：混合物变棕色，有机层变成紫色，显示碘被置换出来。
• 溴水加入碘化钾溶液：混合物变棕色，有机层变成紫色，显示碘被置换出来。
• 溴水加入氯化钾溶液：没有变化，因为溴无法置换氯。
• 碘溶液加入溴化钾或氯化钾：没有变化。

请报告你实际看到的颜色以及有机层的颜色，而不要编造任何数值测量。

推断与结论

较具电负性（较活泼）的卤素会把较不具电负性的卤素从其卤化物溶液中置换出来。当氯置换溴时，每个氯分子获得电子被还原，所以氯充当氧化剂，而溴离子失去电子被氧化成溴分子。

因为还原与氧化同时发生，这个变化就是氧化还原反应。当看不到变化时，溴配氯化物，加入的卤素比已经以卤化物形式结合的卤素更不活泼，所以无法把它置换出来。

按照谁置换谁来排列卤素，就得出活泼性与氧化能力的顺序：氯比溴活泼，溴比碘活泼。

科学过程技能（试卷三风格）

• 假设。 「在第 17 族中位置较高的卤素，会把族中位置较低的卤素从其卤化物溶液中置换出来。」要陈述一个可检验的关系。
• 变量。 操纵变量是加入的卤素；反应变量是是否发生置换，依据颜色变化与有机层颜色来判断；固定变量是卤化物溶液的浓度与体积、卤素水的体积、有机溶剂的体积与温度。
• 列表记录数据。 用列出加入的卤素、卤化物溶液、水层颜色、有机层颜色与推断的表格。
• 作出推断。 从把氯水加入碘化钾后有机层呈紫色，推断碘被置换出来，且氯比碘活泼。
• 操作性定义。 「若卤素 X 能把卤素 Y 从 Y 的卤化物溶液中置换出来，则 X 比 Y 更具电负性、是更强的氧化剂。」

安全须知

• 在通风橱中进行实验，因为氯与溴的蒸气有毒并刺激肺部。
• 佩戴安全护目镜，因为氯水、溴水与有机溶剂对眼睛有害。
• 让有机溶剂远离任何火焰，因为它易燃、其蒸气会点燃。
• 摇动前先塞好试管，以免有毒溶液溅出。

常见错误

• 摇动不够充分，使有机溶剂无法把卤素萃取出来，确认用的颜色显现不出来。
• 把水层误当作有机层；这里用的有机溶剂密度较大，形成下层。
• 使用陈旧或稀释、已失去大部分氯的氯水，使真正的置换看似没有发生。
• 在各溶液之间污染滴管，把一种卤素带进另一测试，给出假颜色。
• 在深色台面而不是白色背景下看颜色，因而漏看较淡的溴色。

我们如何协助

我们以英文授课的在线一对一 SPM化学课，会把颜色口诀，溴呈棕、碘呈紫，和电子转移的解释一起训练，让你能在同一句话里说出被置换的卤素并写出氧化剂。课程由每小时 RM50 起，并提供一节收费的一小时试课，让你先评估教学。

因为卤素置换与金属置换共享同一个观念，在整个 SPM化学 里，活泼性决定电子转移的方向，把两者放在一起练习，会让整章氧化还原平衡以及试卷三稳固得多。