4.1.4原子结构与元素的性质卤素（导学案）高一化学

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第四课时原子结构与元素的性质—卤素【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。【学习重点】卤族元素性质的相似性和递变性【学习难点】原子结构与卤族元素性质的关系【课前预习】旧知回顾：出ⅦA族元素的元素符号及名称，并分别画出原子结构示意图。【答案】ⅦA族：F（氟）、Cl（氯）、Br（溴）、I（碘）金属都能与水反应，反应的通式为2R+2H2O===2ROH+H2↑。随着核电荷数的增加，碱金属与水反应越来越剧烈，生成的ROH（最高价氧化物对应的水化物）的碱性越来越强。新知预习：1.卤族元素为第VIIA族的元素，包括氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)、砹(At)。最外层电子数都是7，容易得到一个电子形成最外层8电子我的结构。2.卤族元素性质相似，如均能与氢气化合的通式为X2+H2O==2HX,与水反应的通式为X2+H2O==HX+HXO（F除外）。从上到下，随核电荷数的增加，也表现出递变性如氢化物稳定性：HF>HCl>HBr>HI；还原性：HF<HCl<HBr<HI；酸性：HF<HCl<HBr<HI。最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐减弱(除氟外)，即HClO4>HBrO4>HIO4等。【课中探究】情景导入：【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。他往浸取液中加入氯水和淀粉，溶液即分为两层：下层显蓝色(这是由于淀粉与溶液中的碘生成了化合物)；上层显棕黄色。为什么会出现这种现象呢？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，这种化合物使溶液呈棕黄色；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。于是巴拉尔想了些办法，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。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。一、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？【温馨提示】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。③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。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。【温馨提示】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)972氯(Cl)173溴(Br)354碘(I)535结论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。【对应练习】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．【答案】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：C2．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【答案】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。活动二、卤素单质的物理性质及变化规律任务一、结合教材P102页表43（下表）种数据内容，归纳总结卤素单质的物理性质具有哪些相似性和递变性？卤素单质颜色(常态)密度熔点/℃沸点/℃F2（）淡黄绿色(气体)1.69g·L－1(15℃)Cl2（）黄绿色(气体)3.214g·L－1(0℃)－101Br2（）深红棕色(液体)3.119g·cm－3(20℃)I2（）紫黑色(固体)4.93g·cm－3【温馨提示】①相似性(原子结构的相似性)：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.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。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。【温馨提示】气体物理性质F2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↑。Cl2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Br2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I2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【对应练习】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：At2<I2 B．砹在常温下为白色固体C．砹难溶于水，易于四氯化碳 D．砹原子的最外层有7个电子【答案】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。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．①②④B．②③④⑤C．②④⑤D．①③⑤【答案】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。二、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，结合碱金属元素原子结构与性质的关系，推测卤素元素性质的相似性和递变性是什么？【温馨提示】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44，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？完成表格内容。【温馨提示】卤素单质与氢气反应卤素单质反应条件化学方程式产物稳定性F2在暗处剧烈化合并发生爆炸H2＋F22HF很稳定Cl2光照或点燃H2＋Cl2eq\o(=,\s\up7(光照或点燃))2HCl较稳定Br2加热H2＋Br2eq\o(,\s\up6(Δ))2HBr不如氯化氢稳定I2不断加热H2＋I2eq\o(eq\o(,\s\up6()),\s\up6(Δ),\s\do6())2HI不稳定，同一条件下同时分解结论从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。【对应练习】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【答案】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，F、Cl、Br、I原子半径增大，与氢原子的作用力逐渐减小，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。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R2OC．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【答案】C【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任务一、结合教材P104页【实验41】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。【温馨提示】卤素单质间的置换反应的实验探究（见PPT视频）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。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。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呈紫红色结论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。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。【温馨提示】①卤族元素性质的相似性元素FClBrI最外层电子数均为7最高正价均为7（F除外）最低负价均为1最高价氧化物对应水化物无HClO4HBrO4HIO4气态氢化物HFHClHBrHI自然界中状态均以化合态形式存在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）原子得电子能力逐渐减弱非金属性逐渐减弱单质的氧化性逐渐减弱阴离子的还原性逐渐增强最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐减弱单质与氢气化合的难易程度越来越难氢化物的稳定性逐渐减弱任务三、讨论交流：结合所学知识，你认为卤素还有哪些特殊性？【温馨提示】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＋2H2O4HF＋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。【对应练习】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【答案】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，用单线桥表示为，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。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)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下列说法不正确的是（）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－＋Cl2Br2＋2Cl－C．实验③的现象可以证明氧化性：Cl2＞I2D．实验④能证明氧化性：Br2＞I2【答案】D【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－＋Cl2Br2＋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1mL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。【课后巩固】1．（易）教材作业：P106页练习3、4、5、6、82．卤族元素随原子核电荷数的增加，下列叙述不正确的是()【答案】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。3．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【答案】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。4．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>BrC．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【答案】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<Br，B错误；C．从F2→I2，单质由气态→液态→固态，单质密度越来越大，C正确；D．F2的活泼性太强，遇盐溶液首先与水反应，故不能从NaCl溶液中置换出Cl2，D错误。答案选C。5．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FeI3B．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【答案】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，原子序数越大，其单质熔沸点越高，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，则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，正确。6．向NaBr、NaI混合液中，通入一定量氯气后，将溶液蒸干并充分灼烧，得到固体剩余物质的组成不可能是（）A．NaCl，NaI B．NaCl，NaBrC．NaCl，NaBr，NaI D．NaCl【答案】A【解析】Br、I的还原性：Br＜I，向NaBr、NaI的混合溶液中通入一定量氯气后，先发生反应2NaI+Cl2=2NaCl+I2，氯气过量时再发生反应：2NaBr+Cl2=2NaCl+Br2，据此结合Br2和I2的性质分析。A．当加入氯气，氯气先和碘离子反应，后和溴离子反应，所以固体是中不可能是NaCl、NaI，故A符合题意；B．当氯气少量时，发生反应2NaI+Cl2=2NaCl+I2，部分2NaBr+Cl2=2NaCl+Br2反应，加热过程中，碘升华，所以固体是NaCl、NaBr，故B不符合题意；C．当氯气少量时，只发生部分2NaI+Cl2=2NaCl+I2反应，加热过程中，碘升华，所以固体是NaCl、NaBr、NaI，故C不符合题意；D．当氯气过量时，发生反应2NaI+Cl2=2NaCl+I2、2NaBr+Cl2=2NaCl+Br2，加热过程中，Br2易挥发、I2易升华，最后剩余固体是NaCl，故D不符合题意。答案选A。7．已知常温下，浓盐酸与高锰酸钾反应可以生成氯气。如图甲、乙、丙三处分别是沾有NaBr溶液的棉花、润湿的淀粉－KI试纸、润湿的品红试纸，下列说法正确的是（）A．该实验通过现象可以证明氧化性：B．沾有品红溶液的试纸会褪色，若再对丙微热则恢复红色C．甲的现象也可以证明的还原性强于D．与NaBr溶液反应的实质与与NaBr溶液反应类似【答案】C【解析】A．该实验现象不能证明氧化性，因为过量的和KI反应也能置换出，选项A错误；B．使润湿的品红试纸褪色主要是因为次氯酸的强氧化性漂白品红，生成稳定的无色物质，加热不会恢复原色，选项B错误；C．甲中发生的反应是，利用还原剂的还原性强于还原产物，也可以证明的还原性强于，选项C正确；D．通入NaBr溶液中，优先与水反应；通入溶液中，优先与NaBr反应，二者反应实质不同，选项D错误；答案选C。8．碘(I)在元素周期表中位于ⅦA族，是人体必需的微量元素之一。（1）eq\o(\s\up11(131),\s\do4(53))I可用于治疗甲亢。eq\o(\s\up11(131),\s\do4(53))I的原子核内中子数为_______。（2）①碘元素的非金属性比氯元素