資源簡介

(共38張PPT)
原子結構與元素的性質
堿金屬和鹵素
日本政府宣布，2023年8月24日啟動福島核污染水排海。日本核污染水排海至少要持續30年，將會影響整個太平洋乃至全球海域。
核污染水排海—海洋的災難
福島核電站事故
核污染水的產生：
東京電力公司持續利用海水冷卻堆芯，加之雨水、地下水流入反應堆設施，因此產生了大量核污染水。
2012年3月，東京電力公司發現核污染水中濃度超標的放射性元素有64種之多。
若要除去核污染水中的Cs和I元素（假設全部為Cs+及I ），必須先對元素的性質有充分的了解。
想了解一個陌生元素的性質，最佳工具是什么？
研究思路
對于Cs和I，我們比較陌生，但對它們的同族元素—Na和Cl，我們進行過深入的學習。
同主族元素的性質具有相似性嗎？
堿金屬元素是一類化學性質非常活潑的元素，它們的最外層電子數為1。
Li
Na
Cs
堿金屬元素—第I A族（除H）
物理性質：
堿金屬元素—第I A族（除H）
除銫略帶金色光澤外，其余都是銀白色
比較柔軟，有延展性
密度比較小，熔點較低
導熱性、導電性好
密度隨核電荷數的增大而增大（K除外）
熔沸點隨核電荷數的增大而降低
物理性質
相似性
遞變性
堿金屬元素—第I A族（除H）
堿金屬元素—第I A族（除H）
堿金屬元素單質的物理性質具有相似性和遞變性，它們的化學性質是否也具有相似性和遞變性呢？
元素 名稱 元素 符號 核電 荷數 原子結構 示意圖 最外層電子數 電子 層數 原子
半徑(nm)
鋰 Li 3 1 2 0.152
鈉 Na 11 1 3 0.186
鉀 K 19 1 4 0.227
銣 Rb 37 1 5 0.248
銫 Cs 55 1 6 0.265
堿金屬元素—第I A族（除H）
根據所學的知識：
預測堿金屬單質的化學性質
如何比較堿金屬單質的還原性強弱，如何通過實驗證明
請分組討論后進行匯報。
堿金屬元素—第I A族（除H）
活動一 預測堿金屬元素單質的化學性質
原子結構的相似性
元素性質的相似性
最外層都只有一個電子
都容易失去最外層的一個電子，化學性質活潑
堿金屬元素—第I A族（除H）
活動一 預測堿金屬元素單質的化學性質
決定
性質 實例
與非金屬反應 2Na + Cl2 === 2NaCl
與酸（水）反應 2Na + 2H2O === 2NaOH + H2↑
與鹽反應 4Na + TiCl4 === 4NaCl + Ti
△
高溫
還原性
堿金屬單質的化學性質
Na
K
通過觀察我們發現：鉀、鈉與水反應的現象相似，金屬浮于水面，迅速融化成銀色小球，四處游動，反應過程中有響聲，反應后滴加酚酞，溶液變紅。
鉀與水的反應更劇烈，說明活潑性：鉀 > 鈉。
活動二 堿金屬元素單質的性質探究
請預測Cs與水反應的劇烈程度。
活動二 堿金屬元素單質的性質探究
活動三 堿金屬元素單質的性質探究
原子結構的差異性
元素性質的差異性
電子層數增多，原子半徑增大
失電子能力增強
單質的還原性增強
元素的金屬性增強
遞變性
堿金屬元素，從上到下，電子層數增多，原子半徑逐漸增大，失電子能力逐漸增強，元素金屬性逐漸增強。
討論一 歸納堿金屬元素化學性質的遞變規律及成因
堿金屬元素—第I A族（除H）
反映
原子核對最外層電子引力減弱
導 致
體 現
鹵族元素—第VII A族
鹵族元素在希臘文中有“成鹽元素”的意思，它們的最外層電子數為7。
F2
Cl2
Br2
I2
單質 單質顏色 和狀態 密度 熔點 （oC） 沸點
（oC）
F2 淺黃綠 色氣體 1.69 g/L （15 oC） 219.6 188.1
Cl2 黃綠色 氣體 3.214 g/L （0 oC） 101 34.6
Br2 深紅棕 色液體 3.119 g/mL （20 oC） 7.2 58.78
I2 紫黑色 固體 4.93 g/cm3 113.5 184.4
由淺到深
由小到大
由低到高
由低到高
鹵族元素—第VII A族
元素 名稱 元素 符號 核電 荷數 原子結構 示意圖 最外層 電子數 電子層數 原子半徑（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
鹵族元素—第VII A族
根據所學的知識：
預測鹵族元素單質的化學性質
如何比較鹵族元素單質的氧化性強弱，如何通過實驗證明
請分組討論后進行匯報。
鹵族元素—第VII A族
活動三 預測鹵族元素單質的化學性質
原子結構的相似性
元素性質的相似性
最外層都含有7個電子
都容易得到一個電子形成穩定結構，單質表現出氧化性
活動三 預測鹵族元素單質的化學性質
鹵族元素—第VII A族
決定
性質 實例
與金屬反應 2Na + Cl2 === 2NaCl
與氫氣反應 H2 + Cl2 === 2HCl
與鹽反應 Cl2 + 2KI === 2KCl + I2
與堿反應 Cl2 + 2NaOH === NaCl + NaClO + H2O
△
鹵素單質的化學性質
點燃
單質 條件 產物穩定性 化學方程式
F2 暗處 很穩定
Cl2 光照或點燃 較穩定
Br2 加熱 穩定性差
I2 不斷加熱 不穩定
結論
鹵素單質與氫氣的反應
H2 + F2 2HF
H2 + Cl2 2HCl
光照或點燃
H2 + Br2 2HBr
H2 + I2 2HI
隨著核電荷數的遞增，鹵素單質與H2的化合逐漸變難；生成HX的穩定性逐漸減弱。
非金屬性 金屬性
概念 在化學反應中元素原子得到電子的能力 在化學反應中元素原子失去電子的能力
判據 與氫氣生成氫化物的難易程度及氫化物的穩定性 其單質與水（或酸）反應置換出氫的難易程度
最高價氧化物對應水化物的酸性強弱 最高價氧化物對應水化物的堿性強弱
舉例 非金屬性：Cl > Br > I 酸性：HClO4 > HBrO4 > HIO4 金屬性：Cs > Rb > K > Na > Li
堿性：CsOH > RbOH > KOH > NaOH > LiOH
仿照金屬單質的置換反應，進行非金屬單質間的置換反應實驗，比較鹵素單質的氧化性強弱，進而證實鹵素的非金屬性順序。
活動五 鹵素單質的性質探究
F2
Cl2
Br2
I2
單質氧化性 ↑
鹵素單質間的置換反應
KBr溶液
氯水
氯水
黃色
KI溶液
橙紅色
元素非金屬性↑
實驗 顏色變化 反應方程式
向KBr溶液中滴加氯水 無色→橙色 Cl2 + 2Br = Br2 + 2Cl
向KI溶液中滴加氯水 無色→橙紅色 Cl2 + 2I = I2 + 2Cl
向KI溶液中滴加溴水 無色→棕紅色 Br2 + 2I = I2 + 2Br
鹵族元素—第VII A族
原子結構的差異性
元素性質的差異性
電子層數增多，原子半徑增大
得電子能力減弱
單質的氧化性減弱
元素的非金屬性減弱
遞變性
鹵族元素，從上到下，電子層數增多，原子半徑逐漸增大，得電子能力逐漸減弱，元素非金屬性逐漸減弱。
討論二 歸納鹵素單質化學性質的遞變規律及成因
反映
鹵族元素—第VII A族
原子核對最外層電子引力減弱
導 致
體 現
Li
3鋰
Na
11鈉
K
19鉀
Rb
37銣
Cs
55銫
原子半徑逐漸增大
單質還原性逐漸增強
元素金屬性逐漸增強
最高價氧化物對應水化物的堿性逐漸增強
失電子能力逐漸增強
單質與水和酸反應越來越劇烈
F
9氟
Cl
17氯
Br
35溴
I
53碘
原子半徑逐漸增大
單質氧化性逐漸減弱
元素非金屬性逐漸減弱
最高價氧化物對應水化物的酸性逐漸減弱
得電子能力逐漸減弱
氣態氫化物的穩定性逐漸減弱
同主族元素遞變性質
小結
同一主族元素，從上到下，電子層數增多，原子半徑增大，失電子能力增強，元素金屬性增強；得電子能力減弱，元素非金屬性減弱。
電子層數增多
原子半徑增大
原子核對最外層電子引力減弱
失電子能力增強
得電子能力減弱
自身電子
外來電子
導致
金屬性增強
非金屬性減弱
從上到下
同主族元素
福島核電站事故
福島核電站核廢水處理流程圖
流程簡圖
工業中常見的物質富集方法
1、氣態分離法：通過揮發、升華、蒸餾等方法實現物質的分離。
2、沉淀分離法：常用的方法有氫氧化物沉淀、硫酸鹽沉淀、鹵化物沉淀、硫化物沉淀、磷酸鹽沉淀、氧化還原沉淀等。
3、萃取分離法：利用物質在有機相和水相中溶解度的差異，實現物質在某一相中的富集。
4、離子交換法：利用離子交換劑和溶液中的離子之間發生的交換反應，實現物質的分離。
5、膜分離法：膜分離法是利用特殊薄膜對液體中的某些成分進行選擇性透過的方法的統稱。
核污染水的處理
NaOH、Ca(OH)2是強堿，KOH、Ba(OH)2也是強堿；HCl是強酸，HBr、HI也是強酸。同族元素在形成化合物時似乎也存在相似性。
經歷以上探究過程后，你對于核廢水中131I的去除有了新思路嗎？
核污染水的處理
Ag+ + Cl = AgCl↓（白色） Ag+ + I = AgI↓（黃色）
你對同族元素的性質有了更深刻的認識嗎？
反思與任務
反思：在上述核污染水中I元素處理方法的初步設計中，你用到了同族元素的相似性還是遞變性？
任務：請同學們以小組為單位，查閱資料，歸納出核污染水中Cs元素的去除方法及其原理，并進行匯報。
核污染水的處理
空隙半徑3.25
離子 銫離子 鉀離子 鈉離子 鈣離子 鎂離子
水化半徑/ 3.25 3.3 3.6 4.1 4.25

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