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第四章 物質結構 元素周期律
第一節 原子結構與元素周期表
4. 1. 5 原子結構與元素的性質 - 鹵族元素
學習目標
1、以ⅠA、ⅦA族元素為例，通過探究認識同主族元素性質的遞變規律，并能用原子結構理論初步加以解釋；培養分析、處理數據的能力，嘗試運用比較、歸納等方法對信息進行加工。
同主族
周期表位置
反映
原子結構
最外層電子數
核電荷數
電子層數
原子半徑
決定
元素性質
原子失電子能力
相似性
遞變性
反映
“位置 — 結構 — 性質”模型
ⅦA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)
鹵 族 元 素 氟 0.071
氯 0.099
溴 1.14
碘 1.33
一、鹵族元素的原子結構
F
Cl
Br
I
9
17
35
53
7
7
7
7
2
3
4
5
最外層都有7個電子
相似性
核電荷數逐漸增加
電子層數逐漸增多
原子半徑逐漸增大
遞變性
二、鹵素單質的主要物理性質及遞變規律
氟氣
氯氣
液溴
碘
鹵素單質 顏色 （常態） 密度 熔點 0C 沸點
0C
F2 淡黃綠色（氣體） 1.69g/L（15℃） -219.6 -188.1
Cl2 黃綠色（氣體） 3.214g/L（0℃） -101 -34.6
Br2 深紅棕色（液體） 3.119g/cm3（20℃） -7.2 58.78
I2 紫黑色（固體） 4.93g/cm3 113.5 184.4
顏色逐漸加深
密度逐漸增大
熔點逐漸升高
沸點逐漸升高
二、鹵素單質的主要物理性質及遞變規律
相似性:
遞變性:
都有顏色且有刺激性氣味，有毒，熔沸點較低，易溶于乙醇、汽油、苯、CCl4等有機溶劑，在水中溶解度較小(F2除外)
F2
Cl2
Br2
I2
單質顏色逐漸加深；密度逐漸增大；熔、沸點逐漸升高；毒性逐漸減弱；在水中溶解度越來越小
碘的溶解性實驗
溴、碘單質在不同溶劑中的顏色
水溶液 油（CCl4、苯等）溶液
Br2 黃(稀) → 橙色(濃) 橙紅色
I2 深黃(稀) → 褐色(濃) 紫紅色
I2
汽油
水
碘水(棕黃色)
上層：
碘的汽油溶液
（紫紅色）
I2
CCl4
水
碘水(棕黃色)
下層：
碘的CCl4溶液
（紫紅色）
元素符號 原子結構示意圖 原子半徑
F2
Cl2 Br2 I2 【性質預測】
1、相似性:
鹵族元素原子的最外層都有 個電子，在化學反應中容易 電子，生成 價的陰離子，表現出很強的 ，在自然界中都以 存在。
2、遞變性:
隨著核電荷數的增加，鹵族元素原子的電子層數逐漸 ，原子半徑逐漸 ，原子核對最外層電子的引力逐漸 ，原子得到電子的能力逐漸 。即從氟到碘，氧化性(或 )逐漸 。
7
得到1個
-1
氧化性(或非金屬性)
化合態
增多
增大
減弱
減弱
非金屬性
減弱
【問題和預測】
（1）回憶第二章學過的知識，氯氣有哪些化學性質？
（2）結合氟、氯、溴、碘的原子結構特點，請你預測氟氣、液溴、碘單質可能具有哪些與氯氣相似的化學性質。
提示：氯氣能與金屬、非金屬單質、水、堿溶液等發生反應
提示：氟氣、液溴、碘單質也可以與金屬、非金屬單質、水、堿溶液等發生反應，且反應劇烈程度逐漸減弱
三、鹵素單質的主要化學性質及遞變規律
1、與氫氣反應
鹵素單質 反應條件 化學方程式 鹵化氫穩定性
F2 暗處劇烈化合并發生爆炸 H2 + F2 = 2HF 很穩定
Cl2 光照或點燃 H2 + Cl2 = 2HCl 較穩定
Br2 加熱至一定溫度 H2 + Br2 = 2HBr 不如氯化氫穩定
I2 不斷加熱，緩慢反應 H2 + I2 HI 不穩定，在同一條件下同時分解
光照或點燃
500℃
△
鹵素單質從上到下，均與氫氣反應生成鹵化氫(HX) ，且反應的劇烈程度逐漸減弱，生成的氣態氫化物的穩定性逐漸減弱
【思考與討論】根據鹵素單質與氫氣的反應事實，討論隨著原子核電荷數的增多，鹵素單質與氫氣反應的規律性變化。
①與氫氣反應的難易程度： 。
②生成的氫化物的穩定性： 。
③最高價含氧酸酸性強弱： 。
④鹵素的非金屬性強弱： 。
F2 Cl2 Br2 I2
與H2反應由易到難
氫化物穩定性逐漸減弱
HClO4 ＞ HBrO4 ＞ HIO4
非金屬性逐漸減弱，F ＞ Cl ＞ Br ＞ I
元素非金屬性強弱的判斷方法
以上資料摘自《無機化學(第四版)下冊》(宋天佑等編，高等教育出版社出版)
資料卡片——鹵素最高價氧化物對應的水化物的酸性
高氯酸(HClO4)在水溶液中幾乎完全離解，形成H+和ClO4-，所以HClO4在無機酸中具有最強的酸性。HBrO4也是強酸，但HIO4屬于中強酸。HClO4、HBrO4、HIO4的酸性逐漸減弱。
HClO4中半徑較小的Cl對氧原子的吸引力大于氫和氧的結合力，所以極其容易離解出H+，這是高氯酸顯強酸性的根本原因。按Cl、Br、I順序，原子半徑逐漸增大，吸引氧原子電子云的能力減弱，H+離解出來的難度遞增，酸性逐漸減弱。
1、已知，酸性：H2CO3 ＞ H2SiO3，則
非金屬性： ，
氣態氫化物穩定性： 。
2、請預測H2SO4和H2SeO4，哪一種酸的酸性更強？闡述你的理由。
C ＞ Si
CH4 ＞ SiH4
H2SO4
【實驗4 - 1】
分別向盛有4mL KBr溶液和4mL KI溶液的兩支試管中加入1mL氯水，振蕩，觀察溶液的顏色變化，并與氯水的顏色進行比較。寫出反應的化學方程式。
向盛有4mL KI溶液的試管中加入1mL溴水，振蕩，觀察溶液的顏色變化，并與溴水的顏色進行比較。寫出反應的化學方程式。
三、鹵素單質的主要化學性質及遞變規律
2、鹵素單質間的置換反應
實驗操作 實驗現象 離子方程式 實驗結論

溶液由無色變為黃色
2Br- + Cl2 = 2Cl- + Br2
溶液由無色變為紅棕色
2I- + Cl2 = 2Cl- + I2
溶液由無色變為棕黃色
2I- + Br2 = 2Br- + I2
氧化性：
Cl2 > Br2 > I2
還原性：
Cl- ＜ Br- ＜ I-
★ 注意“強”制“弱”
【歸納總結】
F Cl Br I
元素非金屬性逐漸減弱
F- Cl- Br- I-
離子還原性逐漸增強
F2 Cl2 Br2 I2
單質氧化性逐漸減弱
⑤ 非金屬陰離子還原性越弱，則元素非金屬性越強
判斷元素非金屬性強弱的方法
① 與H2生成氣態氫化物的難易程度，越易反應，元素非金屬性越強
② 生成氣態氫化物的穩定性，越穩定，元素非金屬性越強
③ 最高價氧化物的水化物的酸性強弱，酸性越強，元素非金屬性越強
④ 單質氧化性越強，則元素非金屬性越強
【思考】鹵素單質之間的置換反應為什么不考慮F2
Na能否從硫酸銅溶液中置換出銅單質？
三、鹵素單質的主要化學性質及遞變規律
3、與水反應
鹵素單質 實驗現象 化學方程式 實驗結論
F2
Cl2
Br2 I2 2F2 + 2H2O = 4HF + O2
劇烈反應(爆炸)，生成氟化氫和氧氣
特殊：F2通入某溶液中，先和H2O反應
與水緩慢反應
Cl2 + H2O HCl + HClO
與水反應更弱
Br2 + H2O HBr + HBrO
與水只微弱反應
I2 + H2O HI + HIO
X2 + H2O H+ + X- + HXO
（X = Cl、Br、I）
★ 在無水情況下，F2能把氯、溴、碘從它們的鹵化物中置換出來
三、鹵素單質的主要化學性質及遞變規律
4、與堿溶液反應(如NaOH溶液)
鹵素單質 化學方程式 實驗結論
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反應
三、鹵素單質的主要化學性質及遞變規律
5、與金屬單質反應
請書寫F2、Cl2、Br2、I2在加熱條件下與鐵反應的化學方程式？
2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3
△
（F2、Br2均可）
Fe + I2 = FeI2
△
請書寫在加熱條件下S與Fe、I2與Cu反應的化學方程式？
Fe + S = FeS
△
2Cu + I2 = 2CuI
△
★ I2與變價金屬反應多生成低價金屬碘化物
三、鹵素單質的主要化學性質及遞變規律
6、與SO2反應
Cl2 + SO2 + 2H2O = 2HCl + H2SO4
請書寫Cl2與SO2反應的化學方程式和離子方程式？
（Cl2、Br2、I2均可）
Cl2 + SO2 + 2H2O = 4H+ + 2Cl- + SO42-
四、 鹵素元素的一些特性
唯一的液態
非金屬單質
唯一的液態
非金屬單質
1、F元素無正價、無含氧酸，HF能腐蝕玻璃，需保存在塑料瓶或鉛皿中
4HF + SiO2 = SiF4↑ + 2H2O
2、酸性強弱：HClO4 > HBrO4 > HIO4，
但，HF < HCl < HBr < HI，氫氟酸為弱酸，而鹽酸、氫溴酸、氫碘酸為強酸
四、 鹵素元素的一些特性
唯一的液態
非金屬單質
3、Br2是常溫常壓下唯一的液態非金屬單質，俗稱液溴，極易揮發，有毒，實驗室通常將其密封保存在陰冷處，且試劑瓶內常加適量水進行水封，Br2有很強的腐蝕性，所以不能用橡皮塞
溴蒸氣
溴水
液溴
四、 鹵素元素的一些特性
4、I2加熱直接升華，遇冷凝華；遇淀粉變藍；食鹽中加入的是KIO3；I2氧化性較弱，與變價金屬反應時，多生成低價金屬碘化物
唯一的液態
非金屬單質
唯一的液態
非金屬單質
分離提純碘
如：I2和河沙
四、 鹵素元素的一些特性
5、鹵化銀的相關性質
鹵化銀 顏色 溶解性 感光性 用途
AgF
AgCl AgBr AgI 白色
白色
淺黃色
黃色
易溶
難溶
溶解度
逐漸減小
難分解，不
具備感光性
見光易分解
感光性
逐漸增強
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
同主族元素性質上表現相似性和遞變性
同主族元素，從上到下，金屬性逐漸增強
同主族元素，從上到下，非金屬性逐漸減弱
電子層數逐漸增多
原子半徑逐漸增大
失電子能力逐漸增強
得電子能力逐漸減弱
1、砹（At）原子序數85，與F、Cl、Br、I同族，推測砹或砹的化合物不可能具有的性質是（ ）
A. 砹易溶于某些有機溶劑
B. 砹能與水劇烈反應
C. HAt非常不穩定
D. 砹氧化性弱于碘
B
2、a、b、c、d四個集氣瓶中分別裝有Cl2、H2、HCl、HBr中的任一種氣體，若a、b兩瓶氣體混合見光爆炸，a、d兩瓶氣體混合瓶壁上出現暗紅色小液滴，則c瓶裝的氣體是（ ）
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與33As位于相鄰的周期，X元素的陰離子X3-還原性比As3-的弱，請確定X元素的核電荷數并闡述你的理由。
15
P
4、已知： 2Fe2+ + Br2 = 2Fe3+ + 2Br-，現向離子濃度均為0.1mol · L-1的K+、Fe2+、Cl-、Br-、I-組成的50mL混合溶液中，加入0.025mol · L-1的溴水200mL，充分反應后溶液中離子數目明顯減少的是 ；離子濃度減小而離子數目不變的是 ；離子數目增多而離子濃度減小的是 。
I-、Fe2+
K+、Cl-
Br-
氟的性質
溴的性質
碘的性質

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