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第一节 原子结构与元素周期表
第4课时：原子结构与元素性质—卤素
第四章 物质结构 元素周期律
卤素原子的结构特点及物理性质
01
卤素单质化学性质的相似性和递变性
02
学习目标
1.通过阅读教材和实验探究，认识卤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同主族元素性质的递变规律，掌握元素性质与原子结构的关系，培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。
2.通过分析卤族元素的相关性质的图表信息，尝试运用比较、归纳等方法对信息进行加工，培养分析、处理数据的能力，体会事物变化过程中量变引起质变的规律，落实证据推理与模型认知的化学核心素养。
【溴和碘的发现之旅】
1824年，法国化学家巴拉尔(1802—1876)在研究盐湖中植物的时候，将从大西洋和地中海沿岸采集到的黑角菜燃烧成灰，然后用浸泡的方法得到一种灰黑色的浸取液，加入氯水和淀粉，溶液即分为两层：下层显蓝色(淀粉与溶液 中的碘生成了化合物)；上层显棕黄色。经巴拉尔的研究，认为可能有 两种情况：一是氯与溶液中的碘形成新的氯化碘，使溶液呈棕黄色； 二是氯把溶液中的新元素置换出来了，因而使上层溶液呈棕黄色。巴拉尔试图把新的化合物分开，但都没有成功。所以他断定这是一种与氯、碘相似的新元素—溴。
1825年，德国海德堡大学学生罗威把家乡克罗次纳的一种矿泉水通入氯气，产生一种红棕色的物质。这种物质用乙醚提取后，再将乙醚蒸发，则得到红棕色的液溴。所以罗威也是独立发现溴的化学家。
卤素原子的结构特点及物理性质
卤素原子的结构特点及物理性质
活动一、卤素的概念及原子结构
卤
族
元
素
卤素原子的结构特点及物理性质
任务一、查看元素周期表，阅读教材P102页中间自然段，思考什么
是卤素元素？其原子结构有何特点？可得到什么结论？
①元素周期表中第ⅦA族元素称卤族元素（简称卤素），包括氟(F)、氯(Cl)、
溴(Br)、碘(I)、砹(At)、ti an(Ts)六种元素（后两种具有放射性）。
②其原子结构具有相似性：最外层电子数都是7（大于4），从上到下即由F→I，
随着核电荷数增加，电子层数增多。
【结论】化学性质非常活泼的非金属，在自然界中都以化合态存在。
卤素原子的结构特点及物理性质
任务二、根据碱金属元素原子结构的特点及变化规律，结合表中数
据，思考在周期表中，从上到下卤族元素原子的核电荷数、原子半
径的变化有什么特点？完成表格内容。
元素 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)
氟(F) 0.071
氯(Cl) 0.099
溴(Br) 1.12
碘(I) 1.32
结论 9
17
35
53
7
2
3
4
5
①最外层电子数相等（均为7）；②从上到下，电子层数依次增加；③从上到下，原子半径依次增大。
对应训练
【典例1】已知某卤族元素位于周期表中第三周期，该元素原子结构
示意图正确的是(　　)
A． B． C． D．
C
【解析】该卤族元素是氯元素，位于元素周期表的第三周期ⅦA族，有三个电子层，为2、8、7排列，故C正确；答案：C
对应训练
【典例2】关于原子序数为53的元素，以下说法正确的是（ ）
A．位于第六周期 B．是金属元素
C．最外电子层含有6个电子 D．属于卤族元素
D
【解析】原子序数为53的元素比零族54号元素氙少一个质子，而氙位于第五周期，所以53号元素位于第五周期、第ⅦA族，最外层含有7个电子，属于卤族元素，而卤族元素均是非金属元素，答案选D。
卤素原子的结构特点及物理性质
活动二、卤素单质的物理性质及变化规律
卤素单质 颜色和状态 密度(g.cm3) 熔点(℃) 沸点(℃)
F2（ ） 淡黄绿色气体 1.69 -219.6 -188.1
Cl2（ ） 黄绿色气体 3.214 -101 -34.6
Br2（ ） 深红棕色液体 3.119 -7.2 58.78
I2 （ ） 紫黑色固体 4.93 113.5 184.4
密度增大
颜色加深
熔点升高
沸点升高
卤素原子的结构特点及物理性质
①相似性(原子结构的相似性决定)：都有颜色，有毒，在水中溶解度不大，
熔、沸点较低，
②递变性(原子结构的递变性决定)：
a.卤素单质均为有色物质，且从F2到I2，颜色逐渐加深；
b.且从F2到I2，熔、沸点依次升高，通常情况下，F2、Cl2为气体，Br2由为液
体，I2为固体。
c.从F2到I2，密度逐渐增大。
d. 从F到I，电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大，得电子能力逐渐减弱，
单质氧化性逐渐减弱。
卤素原子的结构特点及物理性质
任务二、回顾氯气的溶解性，展示液溴（水封）、碘水样品，讨论
交流Cl2、Br2、I2的物理性质具有哪些特殊性？完成表格内容。
气体 物理性质
F2
Cl2
Br2
I2
淡黄绿色气体，与水会剧烈反应生成氢氟酸和氧气：2F2+2H2O==4HF+O2↑。
黄绿色有刺激性气味的有毒气体，能溶于水(1:2)，易液化，密度比空气大
深红棕色液体，易挥发，有刺激性气味，有毒，在水中溶解度不大，但在有机溶剂中溶解度较大，储存时要加水，水封，以防止挥发
紫黑色固体，有光泽，易升华，在水中溶解度不大，但在有机溶剂中溶解度较大
对应训练
【典例1】砹(At)是原子序数最大的卤族元素，对砹及其化合物的
叙述，不正确的是（ ）
A．与H2化合的能力：At2C．砹难溶于水，易于四氯化碳 D．砹原子的最外层有7个电子
B
【解析】A．同主族从上到下，单质和氢气化合越来越不容易，所以与H2化合的能力：At2＜I2，故A正确；B．同主族从上到下元素的单质从气态、液态、固态变化，且颜色加深，碘为紫黑色固体，则砹是黑色固体，故B错误；C．由碘易溶于有机溶剂，则砹易溶于某些有机溶剂，也是不易溶于水的，故C正确；D．同主族元素原子具有相等的最外层电子数，即砹原子的最外层有7个电子，故D正确；故选B。
对应训练
【典例2】元素周期表中卤族元素(F→I) 的单质和化合物的性质，从
上到下呈现一定的递变性。下列叙述中正确的是( )
①氢卤酸(HX) 的酸性依次减弱 ②单质的颜色加深 ③气态氢化物的
佛点依次增高 ④单质的沸点升高 ⑤阴离子的还原性增强
A．①②④ B．②③④⑤ C．②④⑤ D．①③⑤
C
【解析】①卤族元素由上到下半径增大，非金属性减弱，氢卤酸(HX) 的酸性增强；①错误；②卤素单质由上到下颜色加深，②正确；③由于氟化氢存在有氢键，所以沸点反常，顺序如下：HF> HI> HBr>HCl,③错误；④卤族元素由上到下相对原子质量增加，由于卤素单质都是分子晶体，相对分子质量越大，沸点越高，④正确；⑤卤族元素由上到下非金属性减弱，因此阴离子的还原性增强，⑤正确；综上所述，②④⑤正确；正确选项C。
卤素单质化学性质的相似性和递变性
卤素单质化学性质的相似性和递变性
活动一、预测卤素单质的化学性质
任务一、根据卤族元素原子结构的相似性和递变性，推测卤素元素
性质的相似性和递变性是什么？
①相似性：最外层电子数都是7，易得到1个电子形成最外层8电子稳定结构，
具有较强的非金属性。
②递变性：从F→I，核电荷数依次增大，电子层数依次增多，原子半径逐渐增大，得到电子的能力逐渐减弱，元素的非金属性逐渐减弱。
任务二、阅读教材P103页表4-4，结合卤素元素性质的相似性和递变性，
推测卤素单质与氢气反应的条件、产物的稳定性及化学方程式？
卤素单质 反应条件 化学方程式 产物稳定性
F2
Cl2
Br2
I2
结论 在暗处剧烈化合并发生爆炸
H2＋F2＝2HF
很稳定
较稳定
光照或点燃
不如氯化氢稳定
加热
不断加热
不稳定，同一条件下同时分解
从F2到I2，与H2化合越来越难，生成的氢化物稳定性逐渐减弱，元素的非金属性逐渐减弱。
H2＋Cl2 2HCl
H2＋Br2 2HBr
H2＋I2 2HI
卤素单质化学性质的相似性和递变性
对应训练
【典例1】下列关于F、Cl、Br、I的比较，不正确的是（ ）
A．它们的原子核外电子层数随核电荷数的增加而增多
B．单质的氧化性随核电荷数的增加而减弱
C．它们的氢化物的稳定性随核电荷数的增加而增强
D．单质的颜色随核电荷数的增加而加深
C
【解析】A项，F、Cl、Br、I的原子核外电子层数分别为2、3、4、5，随核电荷数的增加而增多，正确；B项，F、Cl、Br、I原子半径增大，原子核对电子的引力逐渐减小，单质的氧化性随核电荷数的增加而减弱，正确；C项，元素的非金属性越强，其氢化物的稳定性越强，非金属性F＞Cl＞Br＞I，它们的氢化物的稳定性随核电荷数的增加而减弱，错误；D项，单质的颜色分别是浅黄绿色、黄绿色、深红棕色和紫黑色，单质的颜色随核电荷数的增加而加深，正确。
对应训练
【典例2】下列有关碱金属、卤素原子结构和性质的描述正确的是（ ）
A．随着核电荷数的增加，碱金属单质熔、沸点依次降低，密度依
次减小
B．碱金属单质的金属性很强，均易与氧气发生反应，加热时生成
氧化物R2O
C．根据同主族元素性质的递变规律推测At与H2化合较难
D．根据F、Cl、Br、I的非金属性依次减弱，可推出HF、HCl、HBr、
HI的还原性及热稳定性依次减弱
C
对应训练
【解析】A项，碱金属单质的熔点、沸点均随着核电荷数的递增而降低，碱金属单质的密度随着核电荷数的递增而逐渐增大，但是钠钾反常，错误；B项，碱金属金属性随原子序数的递增依次增强，碱金属单质与氧气加热条件下反应，锂生成Li2O、钠生成Na2O2、钾铷铯生成过氧化物、超氧化物等，错误；C项，同主族元素从上到下非金属逐渐减弱，I2与H2需要持续加热才能化合，由此可推知At与H2更难化合，正确；D项，根据F、Cl、Br、I的非金属性依次减弱，可推出HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱，HF、HCl、HBr、HI的还原性依次增强，错误。
活动二、实验探究卤素单质的化学性质
卤素单质化学性质的相似性和递变性
任务一、结合教材P104页【实验4-1】完成实验，观察比较卤素单质
间的置换反应的实验现象，并分析其原理，完成表格内容。
实验内容 操作方法 实验现象 化学方程式或解释
氯置换溴 将少量氯水滴入盛有KBr溶液的试管中，用力振荡试管，再滴加CCl4振荡。
氯置换碘 将少量氯水滴入盛有KI溶液的试管中，用力振荡试管，再滴加CCl4振荡。
无色变橙色，后上层无色，下层橙红色。
Cl2＋2KBr===2KCl＋Br2溴单质溶于CCl4呈橙红色
无色变棕褐色，后上层无色，下层紫红色。
Cl2＋2KI===2KCl＋I2　碘单质溶于CCl4呈紫红色
卤素单质化学性质的相似性和递变性
实验内容 操作方法 实验现象 化学方程式或解释
溴置换碘 将少量溴水滴入盛有KI溶液的试管中，用力振荡试管，再滴加CCl4振荡。
结论 无色变棕褐色，后上层无色，下层紫红色。
Br2＋2KI===2KBr＋I2　碘单质溶于CCl4呈紫红色
①氯能从可溶的溴化物和碘化物水溶液中置换出溴和碘，溴能置换出碘，即氯比溴和碘活泼，溴比碘活泼，即卤素单质的氧化性顺序由强到弱依次是：Cl2>Br2>I2;卤素离子的还原性顺序由强到弱依次是：I->Br->Cl-.②Br2、I2难溶于水，易溶于CCl4。
卤素单质化学性质的相似性和递变性
任务二、归纳总结：卤素元素化学性质的相似性和递变性有哪些？
完成表格内容。
①卤族元素性质的相似性
元素 F Cl Br I
最外层电子数 最高正价 最低负价 最高价氧化物对应水化物
气态氢化物
自然界中状态 均以化合态形式存在
均为7
均为7（F除外）
均为-1
无
HF
HClO4
HBrO4
HIO4
HCl
HBr
HI
卤素单质化学性质的相似性和递变性
②卤素单质化学性质的递变性
化学性质 规律（按F、Cl、Br、I顺序）
原子得电子能力
非金属性
单质的氧化性
阴离子的还原性
最高价氧化物对应水化物的酸性
单质与氢气化合的难易程度
氢化物的稳定性
逐渐减弱
逐渐减弱
逐渐减弱
逐渐增强
逐渐减弱
越来越难
逐渐减弱
卤素单质化学性质的相似性和递变性
任务三、讨论交流：结合所学知识，你认为卤素还有哪些特殊性？
①在常温下Br2是唯一的液态非金属单质，易挥发，在保存液溴时要加一些水
进行“水封”。
②碘为紫黑色固体，易升华，淀粉遇I2变蓝。
③氟是最活泼的非金属，没有正化合价，氟单质与盐溶液反应时，先与水反
应产生HF和O2：2F2＋2H2O＝4HF＋O2。
④氢化物性质：氢化物的稳定性逐渐减弱，还原性逐渐增强，其水溶液的酸
性逐渐增强，即：稳定性：HF＞HCl＞HBr＞HI；还原性：HF＜HCl＜HBr＜
HI；酸性：HF＜HCl＜HBr＜HI。
卤素单质化学性质的相似性和递变性
对应训练
【典例1】向KI溶液中加入氯水，发生Cl2＋2I－＝2Cl－＋I2。下列说法
不正确的是（ ）
A．Cl2水导电但Cl2不是电解质
B．停止反应后，取少量溶液滴加淀粉溶液，溶液变蓝
C．溶液颜色变化说明
D．实验结果说明，氯的非金属性强于碘
C
【解析】A项，Cl2水导电是Cl2与H2O反应生成了HCl和HClO，电解质是化合物而Cl2是单质不是是电解质，正确；B项，向KI溶液中加入氯水，发生Cl2＋2I－＝2Cl－＋I2，有碘单质生成，淀粉遇碘变蓝，所以取少量溶液滴加淀粉溶液，溶液变蓝，正确；C项，对于反应Cl2＋2I－＝2Cl－＋I2，其中氯元素化合价降低，得电子，碘元素化合价升高，失电子，用单线桥表示，错误；D项，根据反应Cl2＋2I－＝2Cl－＋I2，氧化性：Cl2＞I2，所以非金属性：Cl＞I，正确。
对应训练
【典例2】.验证氧化性强弱Cl2＞Br2＞I2，设计如下实验。(已知：稀
溴水呈黄色；浓溴水呈红棕色；碘水呈棕黄色；忽略氧气的影响)下
列说法不正确的是（ ）
D
实验① 实验② 实验③ 实验④
溶液变为浅黄绿色 溶液变为黄色 溶液变为棕黄色 溶液变为蓝色
A．实验①设计目的为：排除实验②③④水稀释的影响
B．实验②发生反应为：2Br－＋Cl2＝Br2＋2Cl－
C．实验③的现象可以证明氧化性：Cl2＞I2
D．实验④能证明氧化性：Br2＞I2
对应训练
【解析】A项，实验采用控制变量方法，因此实验①为对照实验，可排除实验②③④中水稀释对溶液颜色变化的影响，正确；B项，将Cl2水滴入KBr溶液中，发生置换反应：2Br－＋Cl2＝Br2＋2Cl－，由于产生的溴水浓度较小，因此看到溶液变为黄色，正确；C项，将1 mL氯水加入KI溶液中，发生反应：Cl2＋2I－＝I2＋2Cl－，产生的I2使溶液变为棕黄色，在反应中氧化剂是Cl2，氧化产物是I2，故可证明物质的氧化性：Cl2＞I2，正确；D项，②反应后的溶液中可能含有过量的Cl2及反应产生的Br2，因此取②反应后的溶液加入KI淀粉混合溶液中，溶液变为蓝色，可能发生反应：Cl2＋2I－＝I2＋2Cl－，也可能发生反应：Br2＋2I－＝I2＋2Br－，I2遇淀粉溶液变为蓝色，该实验不能证明氧化性：Br2＞I2，错误。
【结论】同主族元素由上到下原子核外电子层数依次增加，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，所以金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱。
卤素单质化学性质的相似性和递变性
1．卤族元素随原子核电荷数的增加，下列叙述不正确的是(　　)
A.原子半径依次增大 B.元素的非金属性依次减弱
C.单质的氧化性依次减弱 D.氢化物的稳定性依次增强
D
【解析】卤素单质(F2→I2)与氢气发生化合反应由易到难(反应由F2与H2不需要任何条件，到H2与I2加热才化合，并且化合生成的HI同时分解)，生成的氢化物稳定性逐渐减弱。
2．下列关于碱金属元素和卤素的说法中错误的是(　　)
A.随核电荷数的增大,碱金属元素和卤素的原子半径都逐渐增大
B.碱金属元素中,锂原子失去最外层电子的能力最弱;卤素中,氟原子得电子能力最强
C.钾与水的反应比钠与水的反应更剧烈
D.单质溴与水的反应比氯气与水的反应更剧烈
D
【解析】由于Cl比Br非金属性强,故Cl2与H2O的反应比Br2与H2O的反应更剧烈,故D项错误。
3．关于卤素(用X表示)的下列叙述正确的是（ ）
A．卤素单质与水反应均可用X2＋H2O=HXO＋HX表示
B．还原性：Cl->Br-
C．卤素单质的密度从F2→I2随相对分子质量增大而增大
D．F2可以从NaCl溶液中置换出Cl2
C
【解析】A．F2与水反应的化学方程式为2F2＋2H2O=4HF＋O2，A错误；B．因为单质的氧化性：Cl2>Br2，故还原性：Cl-4．类推是一种常采用的科研和学习方法，下列类推结论合理的是（ ）
A．由单质铁和氯气反应生成FeCl3，推出单质铁和碘单质反应生成FeI3
B．由元素周期表中从上到下，卤族元素单质熔沸点逐渐升高，推出碱
金属元素单质熔沸点逐渐升高
C．最高价氧化物的水化物的酸性，由N的强于P的，推出F的强于Cl的
D．由Na在常温下与水剧烈反应，推出K在常温下也能与水剧烈反应
D
【解析】A项，碘单质的氧化性弱于三价铁，不能将铁氧化为三价铁，错误；B项，卤素单质属于分子晶体，相对分子质量越大熔沸点越高，而碱金属元素锂、钠、钾、铷、铯，随着核电荷数的增加，其熔沸点逐渐降低，错误；C项，F没有最高正价，不存在最高价氧化物的水化物，错误；D项，同主族元素从上到下金属性增强，则金属性：K＞Na，由Na在常温下与水剧烈反应，推出K在常温下也能与水剧烈反应。
卤族元素
物理性质
化学性质
相似性
从氟到碘，随着核电荷数的增大，卤族元素单质的颜色加深，密度增大，熔点和沸点都降低
递变性
最高正价（+7—F外）、最低负价（-1)、最高价含氧酸（HXO4—F、O除外）、请化物（HX）等。
从F→I，单质氧化性渐弱、离子还原性渐强、氢化物稳定性渐弱、氢化物水容易酸性渐强等。
碱金属元素
元素的性质主要与原子核外电子排布，特别是最外层电子数有关。原子结构相似的一族元素，他们在化学性质上表现出相似性和递变性。

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