ハロゲン単体の反応(酸化力・水素・水など)

はじめに

ハロゲン単体の反応は入試超頻出。様々な形で出題されるので、酸化・還元の考え方に基づいた基本原理をきちんと理解しておこう。

ハロゲン単体の酸化力

ハロゲンの単体は非金属元素の単体であり、院生が大きいので酸化剤として働き、電子を受け取ってハロゲン化物イオンに変化する。

\[
X_{2}+2e^{-}→2X^{-}
\]

では、ハロゲン単体の酸化力(電子を受け取る力)は一体どのような順番なのだろうか。金属単体のイオン化列の場合と同様に考えると、酸化力の強いハロゲン単体ほど陰イオンになりやすいはずである。

そこで、次の項目ではハロゲン単体の酸化力の強さを比べる実験について考えていく。

ハロゲン単体の酸化力の強さを調べる実験

あるハロゲン化物イオンXが含まれる水溶液に、別のハロゲンの単体Y2を加える。

このとき、もしY2がX2よりも陰イオンになりやすければ、つまりY2の酸化力がX2よりも強ければ、Y2が電子を受け取ってYとなり、Xが電子を放出してX2となる。

画像

この理論の正確性を確かめるために実際に実験をしてみると、次のような反応が起こるのを確認できる。

\[
2Cl^{-}+F_{2}→Cl_{2}+2F^{-}・・・①\\
2Br^{-}+Cl_{2}→Br_{2}+2Cl^{-}・・・②\\
2I^{-}+Br_{2}→I_{2}+2Br^{-}・・・③
\]

この実験から、ハロゲンの単体の酸化力に関して、①式からF2>Cl2であることが、②式からCl2>Br2であることが、③式からBr2>I2であることがわかった。結論としてハロゲンの単体の酸化力は以下の通りになる。

F2 > Cl2 > Br2 > I2

周期表とは?語呂合わせを使った覚え方から族や周期の見方まで!でやったように、周期表上で上にある元素ほど電気陰性度が大きいので、電子を受け取る力、つまり酸化力がこのようになるのは十分納得できるね。

ハロゲンの単体と水素の反応

酸化力の大きいハロゲンの単体ほど水素H2と激しく反応する。

\[
H_{2}+F_{2}→2HF(爆発的)\\
H_{2}+Cl_{2}→2HCl(光照射で爆発的)\\
H_{2}+Br_{2}⇄2HBr\\
H_{2}+I_{2}⇄2HI
\]

ハロゲンの単体と水の反応

酸化力の大きいハロゲンの単体ほど水H2Oと激しく反応する。ヨウ素I2はほとんど反応しない。

\[
2H_{2}O+2F_{2}→O_{2}+4HF\\
H_{2}O+Cl_{2}→HCl+HClO\\
H_{2}O+Br_{2}⇄HBr+HBrO\\
I_{2}はほとんど反応しない
\]

フッ素F2は非常に酸化力が強いため水から電子eを奪う。

\[
F_{2}+2e^{-}→2F^{-}・・・①\\
2H_{2}O→O_{2}+4H^{+}+4e^{-}・・・②
\]

①式×2+②式で(※)式の化学反応式を作ることができる。フッ素を水に通じると酸素O2が発生するというのは必ず覚えておこう。

また、塩素Cl2と臭素Br2と水との反応は自己酸化還元反応の1種である。

ヨウ素は水と反応しにくく、また無極性分子なので水にはほとんど溶けない。しかし、ヨウ化カリウムKI水溶液には、次の反応により三ヨウ化物イオンI3を形成して溶けることができる。(この反応は酸化還元反応ではない)

\[
I_{2}+KI→KI_{3}
\]

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