实验：第17族元素的活性

如果说第1族显示活性沿族向下增强，第17族则显示相反的趋势，而置换反应是证明它最利落的办法。通过观察哪种卤素能把另一种从它的盐溶液中挤出来，你就能把氯、溴、碘按活性排序。

这个实验是元素周期表一章的核心实验。本指南列出方法、观察，以及实验考试所看重的试卷三技能。

目的

通过与卤化物溶液进行置换反应，比较第17族元素氯、溴、碘的活性，并把活性的变化趋势与它们在族中的位置联系起来。

仪器与材料

• 氯水、溴水与碘溶液
• 氯化钾、溴化钾与碘化钾溶液
• 无色的有机溶剂，例如 1,1,1-三氯乙烷
• 试管与试管架
• 滴管
• 试管塞
• 通风橱、安全护目镜

步骤

1. 为每一对要测试的卤素–卤化物给试管贴标签。
2. 向盛有溴化钾溶液的试管加入少量氯水。
3. 加入少量有机溶剂，塞好试管，摇动，让各层静置；观察下层有机层的颜色。
4. 用氯水加入碘化钾溶液重复。
5. 用溴水加入碘化钾溶液重复。
6. 作为对照，把溴水加入氯化钾溶液，把碘溶液加入溴化钾与氯化钾溶液。
7. 每一种情形都与有机溶剂摇动，并记录有机层的颜色。
8. 用哪种卤素出现的规律，把三种卤素按活性排序。

预期观察

把氯水加入溴化钾溶液时，溶液变橙色，有机层变为橙棕色，说明溴被置换出来。把氯水加入碘化钾时，出现棕色，有机层变紫色，说明碘被置换出来。

把溴水加入碘化钾时，碘再次被置换，有机层变紫色。在对照管中，溴与氯化物、碘与溴化物或氯化物，没有颜色变化，因为没有发生置换。

推断与结论

较活泼的卤素能把较不活泼的卤素从其卤化物溶液中置换出来。氯能置换溴和碘；溴能置换碘但不能置换氯；碘两者都不能置换。

因此活性次序是氯、然后溴、然后碘，所以活性沿第17族向下减弱。这是因为沿族向下，原子变大，最外壳层离核更远，所以原子对进来的电子吸引更弱。

由于卤素通过得到一个电子来反应，较大、较靠下的原子活性就更弱。

科学过程技能（试卷三风格）

提出假设。 卤素在第17族中的位置越靠上，它越活泼，因此能把它下方的卤素从那种卤素的盐溶液中置换出来。

辨认变量。 操纵变量是所加入的卤素；反应变量是是否发生置换（以有机层的颜色显示）；固定变量包括所用的卤化物溶液、其浓度与有机溶剂的体积。

列表记录数据。 画一张表，每一对卤素–卤化物一行，列为观察结果与结论（置换或不置换），使活性次序能直接读出。

作出推断。 由氯能置换溴和碘、而碘两者都不能置换这一事实，推断活性次序；由这一趋势，推断得电子的能力沿族向下减弱。

操作性定义。 置换用操作方式定义为：当有机层中的颜色是原本在卤化物盐中的那种卤素的颜色、而不是所加入的卤素的颜色时，即认为发生了置换。

安全须知

• 在通风橱内操作，因为氯和溴的蒸气有毒、刺激肺部。
• 让有机溶剂远离火焰，因为它和它的蒸气可能有害，有些有机溶剂易燃。
• 戴安全护目镜、避免皮肤接触，因为溴水与卤素有腐蚀性。
• 摇动前塞好试管，使内容物与蒸气不致逸出。

常见错误

• 不用有机溶剂。 水中的颜色难以分辨；有机层使溴（橙）与碘（紫）清楚可辨。
• 滴管交叉污染。 用一支滴管取几种溶液会得到假的置换结果；每种用一支干净滴管。
• 加入太多卤素水。 过多的颜色会掩盖结果；加少量并摇动。
• 忽略对照。 没有不反应的对照，活性次序就没有被充分论证。

我们的老师如何使用这个实验

在一对一的 SPM化学课堂里，以英文授课、每小时 RM50 起，我们把它放在第1族实验旁边，让学生看到两个相反的趋势，并能用原子大小和电子转移来解释两者。能预测每一次置换、并论证活性次序的学生，就能答好在 SPM化学 里反复出现的卤素题。

因为置换与周期趋势的推理是常见的试卷二与试卷三任务（试卷三为实验考试，评估科学过程技能），把这个实验掌握牢固，能守住整个元素周期表课题的分数。