第 17 族：卤素

本页只讲一条中四内容标准：第 17 族，卤素。它是第 1 族的完美搭档，因为卤素表现出相反的反应活性趋势，却由同一个观念来解释，原子半径。

把颜色与状态、反应、置换规则，以及反应活性为何沿族向下减弱都学好，你就掌握了考试在这条标准上要求的一切。

卤素是什么

第 17 族包含氟（F）、氯（Cl）、溴（Br）与碘(I)，下方还有砹。它们是活泼的非金属，以双原子分子形式存在（F₂、Cl₂、Br₂、I₂）。

每个卤素原子有七个价电子，所以只需再得到一个电子就能达到填满、稳定的最外层，这是它们化学性质的关键。

物理性质：颜色与状态

你必须知道颜色与物理状态如何沿族向下变化：

• 氯是黄绿色气体。
• 溴是红棕色液体，会放出棕色蒸气。
• 碘是紫黑色固体，受热时升华成紫色蒸气。

所以沿族向下，颜色变深，物理状态由气体 → 液体 → 固体变化。熔点与沸点沿族向下升高，密度增大。

化学性质

由于每个原子有七个价电子，卤素通过得到一个电子来反应，形成 −1 电荷的离子（例如 Cl 变成 Cl⁻，称为氯离子）。有两个反应你应该知道：

• 与水反应。 氯溶于水形成氯水，呈酸性并起漂白作用，所以能使染料褪色。
• 与热铁反应。 卤素与受热的铁反应，生成铁(III)卤化物。以氯为例：2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃。

反应活性趋势及其原因

最常考的观念是反应活性沿第 17 族向下减弱：氯比溴活泼，溴又比碘活泼。你必须能解释这一点：

解释。 沿族向下，每个原子多一个电子壳层，所以原子半径增大。因此最外层离核更远，核对进入的电子吸引更弱。这意味着原子更难得到电子，所以卤素反应活性更低。这就是为什么反应活性从氯到碘递减。

置换反应

较活泼的卤素会把较不活泼的卤素从其卤化物溶液中置换出来。 由于反应活性沿族向下减弱，位置较高的卤素会置换位置较低的。

例如，氯（较高）从溴化钾中置换出溴（较低）：

Cl₂ + 2KBr → 2KCl + Br₂

随着游离溴生成，无色溶液变棕色，这证实置换已经发生。

例题

题目。 把氯气通入无色的碘化钾溶液中。

(a) 说出你会观察到什么。(b) 写出平衡化学方程式。

(c) 从反应活性的角度解释这个反应为何发生。

第一步，由反应活性预测。 氯在第 17 族里位于碘之上，所以氯比碘更活泼。

第二步，说出现象。 较活泼的氯把碘从溶液中置换出来。

生成碘，所以溶液变棕色。

第三步，写方程式。 Cl₂ + 2KI → 2KCl + I₂。

第四步，解释。 氯更活泼，因为它更小，所以它对电子吸引更强、比碘更容易得到电子。

因此它取代化合物里碘的位置，释放出游离的碘。

答案。 (a) 溶液变棕色。

(b) Cl₂ + 2KI → 2KCl + I₂。(c) 氯比碘更活泼（原子更小、更容易得到电子），所以它把碘从碘化钾中置换出来。

练习题

题目。 (a) 把氯、溴、碘按反应活性递减排列。

(b) 说出溴能否把氯从氯化钾中置换出来，并解释你的答案。

答案。 (a) 按反应活性递减：氯 > 溴 > 碘。(b) 溴不能置换氯，因为溴比氯更不活泼（溴在族里更低，所以是更大的原子，更难得到电子）。较不活泼的卤素无法置换较活泼的卤素。

考试提示

把颜色与状态记准，氯（黄绿色气体）、溴（红棕色液体）、碘（紫黑色固体），因为描述题要的是准确的字眼。对任何反应活性或置换题，都要用原子半径增大、最外层离核更远、原子因而更难得到电子来解释趋势。

注意这是第 1 族的镜像：对金属，较大的原子失去电子更容易（更活泼）；而对卤素，较大的原子得到电子更难（更不活泼）。把这两者的方向弄对，是丢分最常见的单一来源。

本节定位

本条标准与第 1 族在**元素周期表一章里并列，强化同一套基于尺寸的推理。请用复习笔记复习颜色、状态与方程式，用例题**操练置换反应。

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快速回顾

• 第 17 族卤素有 7 个价电子，形成 −1 离子。
• 沿族向下：颜色变深，状态由气体 → 液体 → 固体，沸点升高。
• 较活泼的卤素把较不活泼的从其卤化物中置换出来。
• 反应活性沿族向下减弱，因为较大的原子更难得到电子。