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第一節 原子結構與元素周期表
第4課時：原子結構與元素性質—鹵素
第四章 物質結構 元素周期律
鹵素原子的結構特點及物理性質
01
鹵素單質化學性質的相似性和遞變性
02
學習目標
1.通過閱讀教材和實驗探究，認識鹵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同主族元素性質的遞變規律，掌握元素性質與原子結構的關系，培養宏觀辨識與微觀探析的化學核心素養。
2.通過分析鹵族元素的相關性質的圖表信息，嘗試運用比較、歸納等方法對信息進行加工，培養分析、處理數據的能力，體會事物變化過程中量變引起質變的規律，落實證據推理與模型認知的化學核心素養。
【溴和碘的發現之旅】
1824年，法國化學家巴拉爾(1802—1876)在研究鹽湖中植物的時候，將從大西洋和地中海沿岸采集到的黑角菜燃燒成灰，然后用浸泡的方法得到一種灰黑色的浸取液，加入氯水和淀粉，溶液即分為兩層：下層顯藍色(淀粉與溶液 中的碘生成了化合物)；上層顯棕黃色。經巴拉爾的研究，認為可能有 兩種情況：一是氯與溶液中的碘形成新的氯化碘，使溶液呈棕黃色； 二是氯把溶液中的新元素置換出來了，因而使上層溶液呈棕黃色。巴拉爾試圖把新的化合物分開，但都沒有成功。所以他斷定這是一種與氯、碘相似的新元素—溴。
1825年，德國海德堡大學學生羅威把家鄉克羅次納的一種礦泉水通入氯氣，產生一種紅棕色的物質。這種物質用乙醚提取后，再將乙醚蒸發，則得到紅棕色的液溴。所以羅威也是獨立發現溴的化學家。
鹵素原子的結構特點及物理性質
鹵素原子的結構特點及物理性質
活動一、鹵素的概念及原子結構
鹵
族
元
素
鹵素原子的結構特點及物理性質
任務一、查看元素周期表，閱讀教材P102頁中間自然段，思考什么
是鹵素元素？其原子結構有何特點？可得到什么結論？
①元素周期表中第ⅦA族元素稱鹵族元素（簡稱鹵素），包括氟(F)、氯(Cl)、
溴(Br)、碘(I)、砹(At)、ti an(Ts)六種元素（后兩種具有放射性）。
②其原子結構具有相似性：最外層電子數都是7（大于4），從上到下即由F→I，
隨著核電荷數增加，電子層數增多。
【結論】化學性質非常活潑的非金屬，在自然界中都以化合態存在。
鹵素原子的結構特點及物理性質
任務二、根據堿金屬元素原子結構的特點及變化規律，結合表中數
據，思考在周期表中，從上到下鹵族元素原子的核電荷數、原子半
徑的變化有什么特點？完成表格內容。
元素 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) 0.071
氯(Cl) 0.099
溴(Br) 1.12
碘(I) 1.32
結論 9
17
35
53
7
2
3
4
5
①最外層電子數相等（均為7）；②從上到下，電子層數依次增加；③從上到下，原子半徑依次增大。
對應訓練
【典例1】已知某鹵族元素位于周期表中第三周期，該元素原子結構
示意圖正確的是(　　)
A． B． C． D．
C
【解析】該鹵族元素是氯元素，位于元素周期表的第三周期ⅦA族，有三個電子層，為2、8、7排列，故C正確；答案：C
對應訓練
【典例2】關于原子序數為53的元素，以下說法正確的是（ ）
A．位于第六周期 B．是金屬元素
C．最外電子層含有6個電子 D．屬于鹵族元素
D
【解析】原子序數為53的元素比零族54號元素氙少一個質子，而氙位于第五周期，所以53號元素位于第五周期、第ⅦA族，最外層含有7個電子，屬于鹵族元素，而鹵族元素均是非金屬元素，答案選D。
鹵素原子的結構特點及物理性質
活動二、鹵素單質的物理性質及變化規律
鹵素單質 顏色和狀態 密度(g.cm3) 熔點(℃) 沸點(℃)
F2（ ） 淡黃綠色氣體 1.69 -219.6 -188.1
Cl2（ ） 黃綠色氣體 3.214 -101 -34.6
Br2（ ） 深紅棕色液體 3.119 -7.2 58.78
I2 （ ） 紫黑色固體 4.93 113.5 184.4
密度增大
顏色加深
熔點升高
沸點升高
鹵素原子的結構特點及物理性質
①相似性(原子結構的相似性決定)：都有顏色，有毒，在水中溶解度不大，
熔、沸點較低，
②遞變性(原子結構的遞變性決定)：
a.鹵素單質均為有色物質，且從F2到I2，顏色逐漸加深；
b.且從F2到I2，熔、沸點依次升高，通常情況下，F2、Cl2為氣體，Br2由為液
體，I2為固體。
c.從F2到I2，密度逐漸增大。
d. 從F到I，電子層數逐漸增多，原子半徑逐漸增大，得電子能力逐漸減弱，
單質氧化性逐漸減弱。
鹵素原子的結構特點及物理性質
任務二、回顧氯氣的溶解性，展示液溴（水封）、碘水樣品，討論
交流Cl2、Br2、I2的物理性質具有哪些特殊性？完成表格內容。
氣體 物理性質
F2
Cl2
Br2
I2
淡黃綠色氣體，與水會劇烈反應生成氫氟酸和氧氣：2F2+2H2O==4HF+O2↑。
黃綠色有刺激性氣味的有毒氣體，能溶于水(1:2)，易液化，密度比空氣大
深紅棕色液體，易揮發，有刺激性氣味，有毒，在水中溶解度不大，但在有機溶劑中溶解度較大，儲存時要加水，水封，以防止揮發
紫黑色固體，有光澤，易升華，在水中溶解度不大，但在有機溶劑中溶解度較大
對應訓練
【典例1】砹(At)是原子序數最大的鹵族元素，對砹及其化合物的
敘述，不正確的是（ ）
A．與H2化合的能力：At2C．砹難溶于水，易于四氯化碳 D．砹原子的最外層有7個電子
B
【解析】A．同主族從上到下，單質和氫氣化合越來越不容易，所以與H2化合的能力：At2＜I2，故A正確；B．同主族從上到下元素的單質從氣態、液態、固態變化，且顏色加深，碘為紫黑色固體，則砹是黑色固體，故B錯誤；C．由碘易溶于有機溶劑，則砹易溶于某些有機溶劑，也是不易溶于水的，故C正確；D．同主族元素原子具有相等的最外層電子數，即砹原子的最外層有7個電子，故D正確；故選B。
對應訓練
【典例2】元素周期表中鹵族元素(F→I) 的單質和化合物的性質，從
上到下呈現一定的遞變性。下列敘述中正確的是( )
①氫鹵酸(HX) 的酸性依次減弱 ②單質的顏色加深 ③氣態氫化物的
佛點依次增高 ④單質的沸點升高 ⑤陰離子的還原性增強
A．①②④ B．②③④⑤ C．②④⑤ D．①③⑤
C
【解析】①鹵族元素由上到下半徑增大，非金屬性減弱，氫鹵酸(HX) 的酸性增強；①錯誤；②鹵素單質由上到下顏色加深，②正確；③由于氟化氫存在有氫鍵，所以沸點反常，順序如下：HF> HI> HBr>HCl,③錯誤；④鹵族元素由上到下相對原子質量增加，由于鹵素單質都是分子晶體，相對分子質量越大，沸點越高，④正確；⑤鹵族元素由上到下非金屬性減弱，因此陰離子的還原性增強，⑤正確；綜上所述，②④⑤正確；正確選項C。
鹵素單質化學性質的相似性和遞變性
鹵素單質化學性質的相似性和遞變性
活動一、預測鹵素單質的化學性質
任務一、根據鹵族元素原子結構的相似性和遞變性，推測鹵素元素
性質的相似性和遞變性是什么？
①相似性：最外層電子數都是7，易得到1個電子形成最外層8電子穩定結構，
具有較強的非金屬性。
②遞變性：從F→I，核電荷數依次增大，電子層數依次增多，原子半徑逐漸增大，得到電子的能力逐漸減弱，元素的非金屬性逐漸減弱。
任務二、閱讀教材P103頁表4-4，結合鹵素元素性質的相似性和遞變性，
推測鹵素單質與氫氣反應的條件、產物的穩定性及化學方程式？
鹵素單質 反應條件 化學方程式 產物穩定性
F2
Cl2
Br2
I2
結論 在暗處劇烈化合并發生爆炸
H2＋F2＝2HF
很穩定
較穩定
光照或點燃
不如氯化氫穩定
加熱
不斷加熱
不穩定，同一條件下同時分解
從F2到I2，與H2化合越來越難，生成的氫化物穩定性逐漸減弱，元素的非金屬性逐漸減弱。
H2＋Cl2 2HCl
H2＋Br2 2HBr
H2＋I2 2HI
鹵素單質化學性質的相似性和遞變性
對應訓練
【典例1】下列關于F、Cl、Br、I的比較，不正確的是（ ）
A．它們的原子核外電子層數隨核電荷數的增加而增多
B．單質的氧化性隨核電荷數的增加而減弱
C．它們的氫化物的穩定性隨核電荷數的增加而增強
D．單質的顏色隨核電荷數的增加而加深
C
【解析】A項，F、Cl、Br、I的原子核外電子層數分別為2、3、4、5，隨核電荷數的增加而增多，正確；B項，F、Cl、Br、I原子半徑增大，原子核對電子的引力逐漸減小，單質的氧化性隨核電荷數的增加而減弱，正確；C項，元素的非金屬性越強，其氫化物的穩定性越強，非金屬性F＞Cl＞Br＞I，它們的氫化物的穩定性隨核電荷數的增加而減弱，錯誤；D項，單質的顏色分別是淺黃綠色、黃綠色、深紅棕色和紫黑色，單質的顏色隨核電荷數的增加而加深，正確。
對應訓練
【典例2】下列有關堿金屬、鹵素原子結構和性質的描述正確的是（ ）
A．隨著核電荷數的增加，堿金屬單質熔、沸點依次降低，密度依
次減小
B．堿金屬單質的金屬性很強，均易與氧氣發生反應，加熱時生成
氧化物R2O
C．根據同主族元素性質的遞變規律推測At與H2化合較難
D．根據F、Cl、Br、I的非金屬性依次減弱，可推出HF、HCl、HBr、
HI的還原性及熱穩定性依次減弱
C
對應訓練
【解析】A項，堿金屬單質的熔點、沸點均隨著核電荷數的遞增而降低，堿金屬單質的密度隨著核電荷數的遞增而逐漸增大，但是鈉鉀反常，錯誤；B項，堿金屬金屬性隨原子序數的遞增依次增強，堿金屬單質與氧氣加熱條件下反應，鋰生成Li2O、鈉生成Na2O2、鉀銣銫生成過氧化物、超氧化物等，錯誤；C項，同主族元素從上到下非金屬逐漸減弱，I2與H2需要持續加熱才能化合，由此可推知At與H2更難化合，正確；D項，根據F、Cl、Br、I的非金屬性依次減弱，可推出HF、HCl、HBr、HI的熱穩定性依次減弱，HF、HCl、HBr、HI的還原性依次增強，錯誤。
活動二、實驗探究鹵素單質的化學性質
鹵素單質化學性質的相似性和遞變性
任務一、結合教材P104頁【實驗4-1】完成實驗，觀察比較鹵素單質
間的置換反應的實驗現象，并分析其原理，完成表格內容。
實驗內容 操作方法 實驗現象 化學方程式或解釋
氯置換溴 將少量氯水滴入盛有KBr溶液的試管中，用力振蕩試管，再滴加CCl4振蕩。
氯置換碘 將少量氯水滴入盛有KI溶液的試管中，用力振蕩試管，再滴加CCl4振蕩。
無色變橙色，后上層無色，下層橙紅色。
Cl2＋2KBr===2KCl＋Br2溴單質溶于CCl4呈橙紅色
無色變棕褐色，后上層無色，下層紫紅色。
Cl2＋2KI===2KCl＋I2　碘單質溶于CCl4呈紫紅色
鹵素單質化學性質的相似性和遞變性
實驗內容 操作方法 實驗現象 化學方程式或解釋
溴置換碘 將少量溴水滴入盛有KI溶液的試管中，用力振蕩試管，再滴加CCl4振蕩。
結論 無色變棕褐色，后上層無色，下層紫紅色。
Br2＋2KI===2KBr＋I2　碘單質溶于CCl4呈紫紅色
①氯能從可溶的溴化物和碘化物水溶液中置換出溴和碘，溴能置換出碘，即氯比溴和碘活潑，溴比碘活潑，即鹵素單質的氧化性順序由強到弱依次是：Cl2>Br2>I2;鹵素離子的還原性順序由強到弱依次是：I->Br->Cl-.②Br2、I2難溶于水，易溶于CCl4。
鹵素單質化學性質的相似性和遞變性
任務二、歸納總結：鹵素元素化學性質的相似性和遞變性有哪些？
完成表格內容。
①鹵族元素性質的相似性
元素 F Cl Br I
最外層電子數 最高正價 最低負價 最高價氧化物對應水化物
氣態氫化物
自然界中狀態 均以化合態形式存在
均為7
均為7（F除外）
均為-1
無
HF
HClO4
HBrO4
HIO4
HCl
HBr
HI
鹵素單質化學性質的相似性和遞變性
②鹵素單質化學性質的遞變性
化學性質 規律（按F、Cl、Br、I順序）
原子得電子能力
非金屬性
單質的氧化性
陰離子的還原性
最高價氧化物對應水化物的酸性
單質與氫氣化合的難易程度
氫化物的穩定性
逐漸減弱
逐漸減弱
逐漸減弱
逐漸增強
逐漸減弱
越來越難
逐漸減弱
鹵素單質化學性質的相似性和遞變性
任務三、討論交流：結合所學知識，你認為鹵素還有哪些特殊性？
①在常溫下Br2是唯一的液態非金屬單質，易揮發，在保存液溴時要加一些水
進行“水封”。
②碘為紫黑色固體，易升華，淀粉遇I2變藍。
③氟是最活潑的非金屬，沒有正化合價，氟單質與鹽溶液反應時，先與水反
應產生HF和O2：2F2＋2H2O＝4HF＋O2。
④氫化物性質：氫化物的穩定性逐漸減弱，還原性逐漸增強，其水溶液的酸
性逐漸增強，即：穩定性：HF＞HCl＞HBr＞HI；還原性：HF＜HCl＜HBr＜
HI；酸性：HF＜HCl＜HBr＜HI。
鹵素單質化學性質的相似性和遞變性
對應訓練
【典例1】向KI溶液中加入氯水，發生Cl2＋2I－＝2Cl－＋I2。下列說法
不正確的是（ ）
A．Cl2水導電但Cl2不是電解質
B．停止反應后，取少量溶液滴加淀粉溶液，溶液變藍
C．溶液顏色變化說明
D．實驗結果說明，氯的非金屬性強于碘
C
【解析】A項，Cl2水導電是Cl2與H2O反應生成了HCl和HClO，電解質是化合物而Cl2是單質不是是電解質，正確；B項，向KI溶液中加入氯水，發生Cl2＋2I－＝2Cl－＋I2，有碘單質生成，淀粉遇碘變藍，所以取少量溶液滴加淀粉溶液，溶液變藍，正確；C項，對于反應Cl2＋2I－＝2Cl－＋I2，其中氯元素化合價降低，得電子，碘元素化合價升高，失電子，用單線橋表示，錯誤；D項，根據反應Cl2＋2I－＝2Cl－＋I2，氧化性：Cl2＞I2，所以非金屬性：Cl＞I，正確。
對應訓練
【典例2】.驗證氧化性強弱Cl2＞Br2＞I2，設計如下實驗。(已知：稀
溴水呈黃色；濃溴水呈紅棕色；碘水呈棕黃色；忽略氧氣的影響)下
列說法不正確的是（ ）
D
實驗① 實驗② 實驗③ 實驗④
溶液變為淺黃綠色 溶液變為黃色 溶液變為棕黃色 溶液變為藍色
A．實驗①設計目的為：排除實驗②③④水稀釋的影響
B．實驗②發生反應為：2Br－＋Cl2＝Br2＋2Cl－
C．實驗③的現象可以證明氧化性：Cl2＞I2
D．實驗④能證明氧化性：Br2＞I2
對應訓練
【解析】A項，實驗采用控制變量方法，因此實驗①為對照實驗，可排除實驗②③④中水稀釋對溶液顏色變化的影響，正確；B項，將Cl2水滴入KBr溶液中，發生置換反應：2Br－＋Cl2＝Br2＋2Cl－，由于產生的溴水濃度較小，因此看到溶液變為黃色，正確；C項，將1 mL氯水加入KI溶液中，發生反應：Cl2＋2I－＝I2＋2Cl－，產生的I2使溶液變為棕黃色，在反應中氧化劑是Cl2，氧化產物是I2，故可證明物質的氧化性：Cl2＞I2，正確；D項，②反應后的溶液中可能含有過量的Cl2及反應產生的Br2，因此取②反應后的溶液加入KI淀粉混合溶液中，溶液變為藍色，可能發生反應：Cl2＋2I－＝I2＋2Cl－，也可能發生反應：Br2＋2I－＝I2＋2Br－，I2遇淀粉溶液變為藍色，該實驗不能證明氧化性：Br2＞I2，錯誤。
【結論】同主族元素由上到下原子核外電子層數依次增加，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，所以金屬性逐漸增強，非金屬性逐漸減弱。
鹵素單質化學性質的相似性和遞變性
1．鹵族元素隨原子核電荷數的增加，下列敘述不正確的是(　　)
A.原子半徑依次增大 B.元素的非金屬性依次減弱
C.單質的氧化性依次減弱 D.氫化物的穩定性依次增強
D
【解析】鹵素單質(F2→I2)與氫氣發生化合反應由易到難(反應由F2與H2不需要任何條件，到H2與I2加熱才化合，并且化合生成的HI同時分解)，生成的氫化物穩定性逐漸減弱。
2．下列關于堿金屬元素和鹵素的說法中錯誤的是(　　)
A.隨核電荷數的增大,堿金屬元素和鹵素的原子半徑都逐漸增大
B.堿金屬元素中,鋰原子失去最外層電子的能力最弱;鹵素中,氟原子得電子能力最強
C.鉀與水的反應比鈉與水的反應更劇烈
D.單質溴與水的反應比氯氣與水的反應更劇烈
D
【解析】由于Cl比Br非金屬性強,故Cl2與H2O的反應比Br2與H2O的反應更劇烈,故D項錯誤。
3．關于鹵素(用X表示)的下列敘述正確的是（ ）
A．鹵素單質與水反應均可用X2＋H2O=HXO＋HX表示
B．還原性：Cl->Br-
C．鹵素單質的密度從F2→I2隨相對分子質量增大而增大
D．F2可以從NaCl溶液中置換出Cl2
C
【解析】A．F2與水反應的化學方程式為2F2＋2H2O=4HF＋O2，A錯誤；B．因為單質的氧化性：Cl2>Br2，故還原性：Cl-4．類推是一種常采用的科研和學習方法，下列類推結論合理的是（ ）
A．由單質鐵和氯氣反應生成FeCl3，推出單質鐵和碘單質反應生成FeI3
B．由元素周期表中從上到下，鹵族元素單質熔沸點逐漸升高，推出堿
金屬元素單質熔沸點逐漸升高
C．最高價氧化物的水化物的酸性，由N的強于P的，推出F的強于Cl的
D．由Na在常溫下與水劇烈反應，推出K在常溫下也能與水劇烈反應
D
【解析】A項，碘單質的氧化性弱于三價鐵，不能將鐵氧化為三價鐵，錯誤；B項，鹵素單質屬于分子晶體，相對分子質量越大熔沸點越高，而堿金屬元素鋰、鈉、鉀、銣、銫，隨著核電荷數的增加，其熔沸點逐漸降低，錯誤；C項，F沒有最高正價，不存在最高價氧化物的水化物，錯誤；D項，同主族元素從上到下金屬性增強，則金屬性：K＞Na，由Na在常溫下與水劇烈反應，推出K在常溫下也能與水劇烈反應。
鹵族元素
物理性質
化學性質
相似性
從氟到碘，隨著核電荷數的增大，鹵族元素單質的顏色加深，密度增大，熔點和沸點都降低
遞變性
最高正價（+7—F外）、最低負價（-1)、最高價含氧酸（HXO4—F、O除外）、請化物（HX）等。
從F→I，單質氧化性漸弱、離子還原性漸強、氫化物穩定性漸弱、氫化物水容易酸性漸強等。
堿金屬元素
元素的性質主要與原子核外電子排布，特別是最外層電子數有關。原子結構相似的一族元素，他們在化學性質上表現出相似性和遞變性。

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