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(共38张PPT)
原子结构与元素的性质
碱金属和卤素
日本政府宣布，2023年8月24日启动福岛核污染水排海。日本核污染水排海至少要持续30年，将会影响整个太平洋乃至全球海域。
核污染水排海—海洋的灾难
福岛核电站事故
核污染水的产生：
东京电力公司持续利用海水冷却堆芯，加之雨水、地下水流入反应堆设施，因此产生了大量核污染水。
2012年3月，东京电力公司发现核污染水中浓度超标的放射性元素有64种之多。
若要除去核污染水中的Cs和I元素（假设全部为Cs+及I ），必须先对元素的性质有充分的了解。
想了解一个陌生元素的性质，最佳工具是什么？
研究思路
对于Cs和I，我们比较陌生，但对它们的同族元素—Na和Cl，我们进行过深入的学习。
同主族元素的性质具有相似性吗？
碱金属元素是一类化学性质非常活泼的元素，它们的最外层电子数为1。
Li
Na
Cs
碱金属元素—第I A族（除H）
物理性质：
碱金属元素—第I A族（除H）
除铯略带金色光泽外，其余都是银白色
比较柔软，有延展性
密度比较小，熔点较低
导热性、导电性好
密度随核电荷数的增大而增大（K除外）
熔沸点随核电荷数的增大而降低
物理性质
相似性
递变性
碱金属元素—第I A族（除H）
碱金属元素—第I A族（除H）
碱金属元素单质的物理性质具有相似性和递变性，它们的化学性质是否也具有相似性和递变性呢？
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)
锂 Li 3 1 2 0.152
钠 Na 11 1 3 0.186
钾 K 19 1 4 0.227
铷 Rb 37 1 5 0.248
铯 Cs 55 1 6 0.265
碱金属元素—第I A族（除H）
根据所学的知识：
预测碱金属单质的化学性质
如何比较碱金属单质的还原性强弱，如何通过实验证明
请分组讨论后进行汇报。
碱金属元素—第I A族（除H）
活动一 预测碱金属元素单质的化学性质
原子结构的相似性
元素性质的相似性
最外层都只有一个电子
都容易失去最外层的一个电子，化学性质活泼
碱金属元素—第I A族（除H）
活动一 预测碱金属元素单质的化学性质
决定
性质 实例
与非金属反应 2Na + Cl2 === 2NaCl
与酸（水）反应 2Na + 2H2O === 2NaOH + H2↑
与盐反应 4Na + TiCl4 === 4NaCl + Ti
△
高温
还原性
碱金属单质的化学性质
Na
K
通过观察我们发现：钾、钠与水反应的现象相似，金属浮于水面，迅速融化成银色小球，四处游动，反应过程中有响声，反应后滴加酚酞，溶液变红。
钾与水的反应更剧烈，说明活泼性：钾 > 钠。
活动二 碱金属元素单质的性质探究
请预测Cs与水反应的剧烈程度。
活动二 碱金属元素单质的性质探究
活动三 碱金属元素单质的性质探究
原子结构的差异性
元素性质的差异性
电子层数增多，原子半径增大
失电子能力增强
单质的还原性增强
元素的金属性增强
递变性
碱金属元素，从上到下，电子层数增多，原子半径逐渐增大，失电子能力逐渐增强，元素金属性逐渐增强。
讨论一 归纳碱金属元素化学性质的递变规律及成因
碱金属元素—第I A族（除H）
反映
原子核对最外层电子引力减弱
导 致
体 现
卤族元素—第VII A族
卤族元素在希腊文中有“成盐元素”的意思，它们的最外层电子数为7。
F2
Cl2
Br2
I2
单质 单质颜色 和状态 密度 熔点 （oC） 沸点
（oC）
F2 浅黄绿 色气体 1.69 g/L （15 oC） 219.6 188.1
Cl2 黄绿色 气体 3.214 g/L （0 oC） 101 34.6
Br2 深红棕 色液体 3.119 g/mL （20 oC） 7.2 58.78
I2 紫黑色 固体 4.93 g/cm3 113.5 184.4
由浅到深
由小到大
由低到高
由低到高
卤族元素—第VII A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）
氟 F 9 7 2 71
氯 Cl 17 7 3 99
溴 Br 35 7 4 114
碘 I 53 7 5 133
卤族元素—第VII A族
根据所学的知识：
预测卤族元素单质的化学性质
如何比较卤族元素单质的氧化性强弱，如何通过实验证明
请分组讨论后进行汇报。
卤族元素—第VII A族
活动三 预测卤族元素单质的化学性质
原子结构的相似性
元素性质的相似性
最外层都含有7个电子
都容易得到一个电子形成稳定结构，单质表现出氧化性
活动三 预测卤族元素单质的化学性质
卤族元素—第VII A族
决定
性质 实例
与金属反应 2Na + Cl2 === 2NaCl
与氢气反应 H2 + Cl2 === 2HCl
与盐反应 Cl2 + 2KI === 2KCl + I2
与碱反应 Cl2 + 2NaOH === NaCl + NaClO + H2O
△
卤素单质的化学性质
点燃
单质 条件 产物稳定性 化学方程式
F2 暗处 很稳定
Cl2 光照或点燃 较稳定
Br2 加热 稳定性差
I2 不断加热 不稳定
结论
卤素单质与氢气的反应
H2 + F2 2HF
H2 + Cl2 2HCl
光照或点燃
H2 + Br2 2HBr
H2 + I2 2HI
随着核电荷数的递增，卤素单质与H2的化合逐渐变难；生成HX的稳定性逐渐减弱。
非金属性 金属性
概念 在化学反应中元素原子得到电子的能力 在化学反应中元素原子失去电子的能力
判据 与氢气生成氢化物的难易程度及氢化物的稳定性 其单质与水（或酸）反应置换出氢的难易程度
最高价氧化物对应水化物的酸性强弱 最高价氧化物对应水化物的碱性强弱
举例 非金属性：Cl > Br > I 酸性：HClO4 > HBrO4 > HIO4 金属性：Cs > Rb > K > Na > Li
碱性：CsOH > RbOH > KOH > NaOH > LiOH
仿照金属单质的置换反应，进行非金属单质间的置换反应实验，比较卤素单质的氧化性强弱，进而证实卤素的非金属性顺序。
活动五 卤素单质的性质探究
F2
Cl2
Br2
I2
单质氧化性 ↑
卤素单质间的置换反应
KBr溶液
氯水
氯水
黄色
KI溶液
橙红色
元素非金属性↑
实验 颜色变化 反应方程式
向KBr溶液中滴加氯水 无色→橙色 Cl2 + 2Br = Br2 + 2Cl
向KI溶液中滴加氯水 无色→橙红色 Cl2 + 2I = I2 + 2Cl
向KI溶液中滴加溴水 无色→棕红色 Br2 + 2I = I2 + 2Br
卤族元素—第VII A族
原子结构的差异性
元素性质的差异性
电子层数增多，原子半径增大
得电子能力减弱
单质的氧化性减弱
元素的非金属性减弱
递变性
卤族元素，从上到下，电子层数增多，原子半径逐渐增大，得电子能力逐渐减弱，元素非金属性逐渐减弱。
讨论二 归纳卤素单质化学性质的递变规律及成因
反映
卤族元素—第VII A族
原子核对最外层电子引力减弱
导 致
体 现
Li
3锂
Na
11钠
K
19钾
Rb
37铷
Cs
55铯
原子半径逐渐增大
单质还原性逐渐增强
元素金属性逐渐增强
最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐增强
失电子能力逐渐增强
单质与水和酸反应越来越剧烈
F
9氟
Cl
17氯
Br
35溴
I
53碘
原子半径逐渐增大
单质氧化性逐渐减弱
元素非金属性逐渐减弱
最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐减弱
得电子能力逐渐减弱
气态氢化物的稳定性逐渐减弱
同主族元素递变性质
小结
同一主族元素，从上到下，电子层数增多，原子半径增大，失电子能力增强，元素金属性增强；得电子能力减弱，元素非金属性减弱。
电子层数增多
原子半径增大
原子核对最外层电子引力减弱
失电子能力增强
得电子能力减弱
自身电子
外来电子
导致
金属性增强
非金属性减弱
从上到下
同主族元素
福岛核电站事故
福岛核电站核废水处理流程图
流程简图
工业中常见的物质富集方法
1、气态分离法：通过挥发、升华、蒸馏等方法实现物质的分离。
2、沉淀分离法：常用的方法有氢氧化物沉淀、硫酸盐沉淀、卤化物沉淀、硫化物沉淀、磷酸盐沉淀、氧化还原沉淀等。
3、萃取分离法：利用物质在有机相和水相中溶解度的差异，实现物质在某一相中的富集。
4、离子交换法：利用离子交换剂和溶液中的离子之间发生的交换反应，实现物质的分离。
5、膜分离法：膜分离法是利用特殊薄膜对液体中的某些成分进行选择性透过的方法的统称。
核污染水的处理
NaOH、Ca(OH)2是强碱，KOH、Ba(OH)2也是强碱；HCl是强酸，HBr、HI也是强酸。同族元素在形成化合物时似乎也存在相似性。
经历以上探究过程后，你对于核废水中131I的去除有了新思路吗？
核污染水的处理
Ag+ + Cl = AgCl↓（白色） Ag+ + I = AgI↓（黄色）
你对同族元素的性质有了更深刻的认识吗？
反思与任务
反思：在上述核污染水中I元素处理方法的初步设计中，你用到了同族元素的相似性还是递变性？
任务：请同学们以小组为单位，查阅资料，归纳出核污染水中Cs元素的去除方法及其原理，并进行汇报。
核污染水的处理
空隙半径3.25
离子 铯离子 钾离子 钠离子 钙离子 镁离子
水化半径/ 3.25 3.3 3.6 4.1 4.25

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