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第四章 物质结构 元素周期律
第一节 原子结构与元素周期表
4. 1. 5 原子结构与元素的性质 - 卤族元素
学习目标
1、以ⅠA、ⅦA族元素为例，通过探究认识同主族元素性质的递变规律，并能用原子结构理论初步加以解释；培养分析、处理数据的能力，尝试运用比较、归纳等方法对信息进行加工。
同主族
周期表位置
反映
原子结构
最外层电子数
核电荷数
电子层数
原子半径
决定
元素性质
原子失电子能力
相似性
递变性
反映
“位置 — 结构 — 性质”模型
ⅦA族 元素名称 元素符号 核电荷数 原子结构示意图 最外层电子数 电子层数 原子半径(nm)
卤 族 元 素 氟 0.071
氯 0.099
溴 1.14
碘 1.33
一、卤族元素的原子结构
F
Cl
Br
I
9
17
35
53
7
7
7
7
2
3
4
5
最外层都有7个电子
相似性
核电荷数逐渐增加
电子层数逐渐增多
原子半径逐渐增大
递变性
二、卤素单质的主要物理性质及递变规律
氟气
氯气
液溴
碘
卤素单质 颜色 （常态） 密度 熔点 0C 沸点
0C
F2 淡黄绿色（气体） 1.69g/L（15℃） -219.6 -188.1
Cl2 黄绿色（气体） 3.214g/L（0℃） -101 -34.6
Br2 深红棕色（液体） 3.119g/cm3（20℃） -7.2 58.78
I2 紫黑色（固体） 4.93g/cm3 113.5 184.4
颜色逐渐加深
密度逐渐增大
熔点逐渐升高
沸点逐渐升高
二、卤素单质的主要物理性质及递变规律
相似性:
递变性:
都有颜色且有刺激性气味，有毒，熔沸点较低，易溶于乙醇、汽油、苯、CCl4等有机溶剂，在水中溶解度较小(F2除外)
F2
Cl2
Br2
I2
单质颜色逐渐加深；密度逐渐增大；熔、沸点逐渐升高；毒性逐渐减弱；在水中溶解度越来越小
碘的溶解性实验
溴、碘单质在不同溶剂中的颜色
水溶液 油（CCl4、苯等）溶液
Br2 黄(稀) → 橙色(浓) 橙红色
I2 深黄(稀) → 褐色(浓) 紫红色
I2
汽油
水
碘水(棕黄色)
上层：
碘的汽油溶液
（紫红色）
I2
CCl4
水
碘水(棕黄色)
下层：
碘的CCl4溶液
（紫红色）
元素符号 原子结构示意图 原子半径
F2
Cl2 Br2 I2 【性质预测】
1、相似性:
卤族元素原子的最外层都有 个电子，在化学反应中容易 电子，生成 价的阴离子，表现出很强的 ，在自然界中都以 存在。
2、递变性:
随着核电荷数的增加，卤族元素原子的电子层数逐渐 ，原子半径逐渐 ，原子核对最外层电子的引力逐渐 ，原子得到电子的能力逐渐 。即从氟到碘，氧化性(或 )逐渐 。
7
得到1个
-1
氧化性(或非金属性)
化合态
增多
增大
减弱
减弱
非金属性
减弱
【问题和预测】
（1）回忆第二章学过的知识，氯气有哪些化学性质？
（2）结合氟、氯、溴、碘的原子结构特点，请你预测氟气、液溴、碘单质可能具有哪些与氯气相似的化学性质。
提示：氯气能与金属、非金属单质、水、碱溶液等发生反应
提示：氟气、液溴、碘单质也可以与金属、非金属单质、水、碱溶液等发生反应，且反应剧烈程度逐渐减弱
三、卤素单质的主要化学性质及递变规律
1、与氢气反应
卤素单质 反应条件 化学方程式 卤化氢稳定性
F2 暗处剧烈化合并发生爆炸 H2 + F2 = 2HF 很稳定
Cl2 光照或点燃 H2 + Cl2 = 2HCl 较稳定
Br2 加热至一定温度 H2 + Br2 = 2HBr 不如氯化氢稳定
I2 不断加热，缓慢反应 H2 + I2 HI 不稳定，在同一条件下同时分解
光照或点燃
500℃
△
卤素单质从上到下，均与氢气反应生成卤化氢(HX) ，且反应的剧烈程度逐渐减弱，生成的气态氢化物的稳定性逐渐减弱
【思考与讨论】根据卤素单质与氢气的反应事实，讨论随着原子核电荷数的增多，卤素单质与氢气反应的规律性变化。
①与氢气反应的难易程度： 。
②生成的氢化物的稳定性： 。
③最高价含氧酸酸性强弱： 。
④卤素的非金属性强弱： 。
F2 Cl2 Br2 I2
与H2反应由易到难
氢化物稳定性逐渐减弱
HClO4 ＞ HBrO4 ＞ HIO4
非金属性逐渐减弱，F ＞ Cl ＞ Br ＞ I
元素非金属性强弱的判断方法
以上资料摘自《无机化学(第四版)下册》(宋天佑等编，高等教育出版社出版)
资料卡片——卤素最高价氧化物对应的水化物的酸性
高氯酸(HClO4)在水溶液中几乎完全离解，形成H+和ClO4-，所以HClO4在无机酸中具有最强的酸性。HBrO4也是强酸，但HIO4属于中强酸。HClO4、HBrO4、HIO4的酸性逐渐减弱。
HClO4中半径较小的Cl对氧原子的吸引力大于氢和氧的结合力，所以极其容易离解出H+，这是高氯酸显强酸性的根本原因。按Cl、Br、I顺序，原子半径逐渐增大，吸引氧原子电子云的能力减弱，H+离解出来的难度递增，酸性逐渐减弱。
1、已知，酸性：H2CO3 ＞ H2SiO3，则
非金属性： ，
气态氢化物稳定性： 。
2、请预测H2SO4和H2SeO4，哪一种酸的酸性更强？阐述你的理由。
C ＞ Si
CH4 ＞ SiH4
H2SO4
【实验4 - 1】
分别向盛有4mL KBr溶液和4mL KI溶液的两支试管中加入1mL氯水，振荡，观察溶液的颜色变化，并与氯水的颜色进行比较。写出反应的化学方程式。
向盛有4mL KI溶液的试管中加入1mL溴水，振荡，观察溶液的颜色变化，并与溴水的颜色进行比较。写出反应的化学方程式。
三、卤素单质的主要化学性质及递变规律
2、卤素单质间的置换反应
实验操作 实验现象 离子方程式 实验结论

溶液由无色变为黄色
2Br- + Cl2 = 2Cl- + Br2
溶液由无色变为红棕色
2I- + Cl2 = 2Cl- + I2
溶液由无色变为棕黄色
2I- + Br2 = 2Br- + I2
氧化性：
Cl2 > Br2 > I2
还原性：
Cl- ＜ Br- ＜ I-
★ 注意“强”制“弱”
【归纳总结】
F Cl Br I
元素非金属性逐渐减弱
F- Cl- Br- I-
离子还原性逐渐增强
F2 Cl2 Br2 I2
单质氧化性逐渐减弱
⑤ 非金属阴离子还原性越弱，则元素非金属性越强
判断元素非金属性强弱的方法
① 与H2生成气态氢化物的难易程度，越易反应，元素非金属性越强
② 生成气态氢化物的稳定性，越稳定，元素非金属性越强
③ 最高价氧化物的水化物的酸性强弱，酸性越强，元素非金属性越强
④ 单质氧化性越强，则元素非金属性越强
【思考】卤素单质之间的置换反应为什么不考虑F2
Na能否从硫酸铜溶液中置换出铜单质？
三、卤素单质的主要化学性质及递变规律
3、与水反应
卤素单质 实验现象 化学方程式 实验结论
F2
Cl2
Br2 I2 2F2 + 2H2O = 4HF + O2
剧烈反应(爆炸)，生成氟化氢和氧气
特殊：F2通入某溶液中，先和H2O反应
与水缓慢反应
Cl2 + H2O HCl + HClO
与水反应更弱
Br2 + H2O HBr + HBrO
与水只微弱反应
I2 + H2O HI + HIO
X2 + H2O H+ + X- + HXO
（X = Cl、Br、I）
★ 在无水情况下，F2能把氯、溴、碘从它们的卤化物中置换出来
三、卤素单质的主要化学性质及递变规律
4、与碱溶液反应(如NaOH溶液)
卤素单质 化学方程式 实验结论
F2
Cl2
Br2 I2 Cl2 + 2NaOH = NaCl + NaClO + H2O
Br2 + 2NaOH = NaBr + NaBrO + H2O
I2 + 2NaOH = NaI + NaIO + H2O
X2 + 2OH- = X- + XO- + H2O
（X = Cl、Br、I）
① 2F2 + 2H2O = 4HF + O2
② HF + NaOH = NaF + H2O
2F2 + 4NaOH = 4NaF + 2H2O + O2
特殊：F2通入某溶液中，先和H2O反应
三、卤素单质的主要化学性质及递变规律
5、与金属单质反应
请书写F2、Cl2、Br2、I2在加热条件下与铁反应的化学方程式？
2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3
△
（F2、Br2均可）
Fe + I2 = FeI2
△
请书写在加热条件下S与Fe、I2与Cu反应的化学方程式？
Fe + S = FeS
△
2Cu + I2 = 2CuI
△
★ I2与变价金属反应多生成低价金属碘化物
三、卤素单质的主要化学性质及递变规律
6、与SO2反应
Cl2 + SO2 + 2H2O = 2HCl + H2SO4
请书写Cl2与SO2反应的化学方程式和离子方程式？
（Cl2、Br2、I2均可）
Cl2 + SO2 + 2H2O = 4H+ + 2Cl- + SO42-
四、 卤素元素的一些特性
唯一的液态
非金属单质
唯一的液态
非金属单质
1、F元素无正价、无含氧酸，HF能腐蚀玻璃，需保存在塑料瓶或铅皿中
4HF + SiO2 = SiF4↑ + 2H2O
2、酸性强弱：HClO4 > HBrO4 > HIO4，
但，HF < HCl < HBr < HI，氢氟酸为弱酸，而盐酸、氢溴酸、氢碘酸为强酸
四、 卤素元素的一些特性
唯一的液态
非金属单质
3、Br2是常温常压下唯一的液态非金属单质，俗称液溴，极易挥发，有毒，实验室通常将其密封保存在阴冷处，且试剂瓶内常加适量水进行水封，Br2有很强的腐蚀性，所以不能用橡皮塞
溴蒸气
溴水
液溴
四、 卤素元素的一些特性
4、I2加热直接升华，遇冷凝华；遇淀粉变蓝；食盐中加入的是KIO3；I2氧化性较弱，与变价金属反应时，多生成低价金属碘化物
唯一的液态
非金属单质
唯一的液态
非金属单质
分离提纯碘
如：I2和河沙
四、 卤素元素的一些特性
5、卤化银的相关性质
卤化银 颜色 溶解性 感光性 用途
AgF
AgCl AgBr AgI 白色
白色
浅黄色
黄色
易溶
难溶
溶解度
逐渐减小
难分解，不
具备感光性
见光易分解
感光性
逐渐增强
AgBr和AgI常用作感光材料；
AgI用于人工降雨
感光材料
人工降雨
同主族元素性质上表现相似性和递变性
同主族元素，从上到下，金属性逐渐增强
同主族元素，从上到下，非金属性逐渐减弱
电子层数逐渐增多
原子半径逐渐增大
失电子能力逐渐增强
得电子能力逐渐减弱
1、砹（At）原子序数85，与F、Cl、Br、I同族，推测砹或砹的化合物不可能具有的性质是（ ）
A. 砹易溶于某些有机溶剂
B. 砹能与水剧烈反应
C. HAt非常不稳定
D. 砹氧化性弱于碘
B
2、a、b、c、d四个集气瓶中分别装有Cl2、H2、HCl、HBr中的任一种气体，若a、b两瓶气体混合见光爆炸，a、d两瓶气体混合瓶壁上出现暗红色小液滴，则c瓶装的气体是（ ）
A. HBr B. HCl
C. Cl2 D. H2
B
3、已知33As和35Br位于同一周期，某一主族元素X与33As位于相邻的周期，X元素的阴离子X3-还原性比As3-的弱，请确定X元素的核电荷数并阐述你的理由。
15
P
4、已知： 2Fe2+ + Br2 = 2Fe3+ + 2Br-，现向离子浓度均为0.1mol · L-1的K+、Fe2+、Cl-、Br-、I-组成的50mL混合溶液中，加入0.025mol · L-1的溴水200mL，充分反应后溶液中离子数目明显减少的是 ；离子浓度减小而离子数目不变的是 ；离子数目增多而离子浓度减小的是 。
I-、Fe2+
K+、Cl-
Br-
氟的性质
溴的性质
碘的性质

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