高中化学人教版学案第四章第一节第4课时原子结构与元素的性质卤族元素

第4课时原子结构与元素的性质——卤族元素一、卤素单质的物理性质F2Cl2Br2I2颜色、状态淡黄绿色气体黄绿色气体深红棕色液体紫黑色固体密度逐渐增大熔、沸点逐渐升高卤族元素单质的相对分子质量越大，熔沸点越高。二、卤素单质的化学性质1．卤素单质与氢气的反应：从F2到I2，与H2反应剧烈程度：逐渐减弱；从F2到I2，氢化物的稳定性：逐渐减弱。2．卤素单质之间的置换反应：实验操作实验现象化学方程式氯水滴入KBr溶液中静置后，液体分层，上层接近无色，下层呈橙红色Cl2＋2KBr=2KCl＋Br2氯水滴入KI溶液中静置后，液体分层，上层接近无色，下层呈紫红色Cl2＋2KI===2KCl＋I2溴水滴入KI溶液中静置后，液体分层，上层接近无色，下层呈紫红色Br2＋2KI===2KBr＋I2按Cl2、Br2、I2顺序：氧化性逐渐减弱，相应离子的还原性逐渐增强。三、卤素性质的递变规律及原因从F→I，电子层数依次增多，原子半径逐渐增大，原子核对最外层电子的引力逐渐减小，原子得电子能力逐渐减弱，非金属性逐渐减弱。1．判断下列说法是否正确：(1)随着核电荷数的增大，卤素单质熔、沸点降低(×)提示：随着核电荷数增加，卤素单质的熔沸点逐渐增大。(2)卤素(从F→I)单质的颜色逐渐加深(√)提示：卤素单质颜色F2(浅黄绿色)、Cl2(黄绿色)、Br2(深红棕色)、I2(紫黑色)，颜色逐渐加深。(3)随核电荷数的增大，卤素单质氧化性增强(×)提示：随核电荷数的增大，卤素单质氧化性减弱。(4)HBr比HCl稳定性强(×)提示：从F2到I2，氢化物的稳定性逐渐减弱，HBr比HCl稳定性弱。2．教材中描述“一般情况下，元素的非金属性强弱可以从其最高价氧化物的水化物的酸性强弱来判断”，根据HClO和HIO4的酸性强弱能否比较Cl和I的非金属性？提示：不能。HClO不是Cl元素最高价氧化物的水化物。3．氟是一种反应性能极高的元素，氟一旦与其他元素结合，就会成为耐热、难以被药品和溶剂侵蚀的具有“高度安全性能”的化合物。氟的化合物化学性质稳定，具有防粘、防水、防油、润滑、弯曲率低、电气性能好等优异性能。氟元素被广泛应用于家庭用品、办公自动化设备、半导体、汽车等领域。(1)从原子结构上分析，氟具有很强的非金属性的原因。提示：F的最外层有7个电子且原子半径很小，原子核对电子的引力很大，得电子能力很强，非金属性很强。(2)F在化合物中有无正价？提示：F在化合物中只显示－1价，无正价。(3)将Cl2通入NaF溶液中，能否置换出氟单质？提示：不能，因为Cl2的氧化性小于F2。卤素单质性质的相似性和递变性制取作为化工原料的卤素单质有多种制备方法，常温下KClO3与浓盐酸反应就可以制得氯气。现按如图进行卤素的性质实验。玻璃管内装有分别滴加过不同溶液的白色棉球，反应一段时间后关闭止水夹并加热。①②③④处的颜色分别为黄绿色、橙色、蓝色、白色。注：①为KClO3、浓盐酸②为NaBY溶液③为淀粉­KI溶液④为NaOH溶液探究卤素单质化学性质的相似性1．卤族元素单质在化学反应中易表现出还原性还是氧化性？为什么？提示：氧化性。卤族元素的原子最外层电子数都为7个，在化学反应中易得电子，故其单质表现出强氧化性。2．卤素单质都可以与水反应，根据氯气与水的反应，写出I2与H2O反应的化学方程式：I2＋H2O=HIO＋HI。探究卤素单质化学性质的递变性1．②处颜色变化的原因是生成Br2，写出离子方程式：Cl2＋2Br－=Br2＋2Cl－。可得出的结论是Cl2氧化性大于Br2。2．③处变蓝的原因是生成了I2，I2遇淀粉变蓝色，写出可能的离子方程式：Cl2＋2I－=I2＋2Cl－或Br2＋2I－=I2＋2Br－，可能得出的结论是Cl2氧化性比I2的强或Br2的氧化性比I2的强。3．通过该实验现象可得出的结论是什么？提示：卤素单质的氧化性顺序为Cl2>Br2>I2，卤素非金属性顺序为Cl>Br>I。1．卤素单质性质的相似性(用X表示卤族元素)：eq\a\vs4\al(单,质,X2)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(与氢气反应：X2＋H2=2HX,\a\vs4\al(与水,反应)\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(如X2＋H2O=HX＋HXO（X为Cl、Br、I），,例外：2F2＋2H2O=4HF＋O2,化合物→最高价氧化物对应水化物,（除氟外）都为强酸))))2．卤素单质性质的递变性：(1)卤素单质的氧化性及卤素离子的还原性递变规律(2)具体表现物质性质单质F2、Cl2、Br2、I2与H2反应越来越难与变价金属反应:F2、Cl2、Br2生成高价金属卤化物,I2生成低价金属碘化物氢化物稳定性:HF>HCl>HBr>HI还原性:HF<HCl<HBr<HI【思考讨论】如何从结构上理解卤族元素从上到下单质的氧化性逐渐减弱？提示：卤族元素从上到下电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大，核对最外层电子的吸引力逐渐减弱，所以原子得电子的能力逐渐减弱，单质的氧化性逐渐减弱。【典例】(2021·山东师范大学附属中学高一检测)总部位于瑞士苏黎世的国际纯粹与应用化学联合会宣布，将合成化学元素第113号(Nh)、115号(Mc)、117号(Ts)和118号(Og)提名为化学新元素。其中117号元素的原子结构与卤族元素相似，原子核外有7个电子层，且最外层有7个电子。下列叙述中正确的是()A．Ts元素的气态氢化物的化学式为HTs，在常温下很稳定B．其单质具有强氧化性，可与KI发生置换反应生成I2C．其单质的分子式为Ts2，常温下和溴状态不同D．I2的沸点高于Ts2【思维建模】解答本类题目的思维流程如下：【解析】选C。117号元素的原子结构与卤族元素相似，原子核外电子排布有7个电子层，且最外层有7个电子，该元素处于第ⅦA族。同主族自上而下元素的非金属性逐渐减弱，117号元素的非金属性比At的弱，元素的非金属性越强，对应氢化物越稳定，该元素氢化物稳定性比HAt差，则HTs常温下不稳定，故A错误；同主族元素，从上往下非金属性逐渐减弱，金属性逐渐增强，所以其单质的氧化性比I2弱，不能与KI发生置换反应生成I2，故B错误；与Cl2、Br2、I2的结构、性质相似，所以其单质的分子式为Ts2，根据卤族元素性质的递变性，I2在常温下为固体，Ts2在常温下也为固体，而溴在常温下为液体，故C正确；卤素单质的沸点从上到下逐渐升高，Ts2的沸点高于I2，故D错误。Ts2能从氯化钠溶液中置换出Cl2吗？(关键能力——分析与推测)提示：不能。氧化性Ts2小于Cl2，所以Ts2不能从氯化钠溶液中置换出Cl2。规律方法卤族元素的特殊性(1)氟元素无正价，无含氧酸，而氯、溴、碘元素有最高正价和含氧酸。(2)X2＋H2O=HX＋HXO(X表示卤族元素)，而2F2＋2H2O=4HF＋O2。(3)溴单质在常温下是唯一一种液态非金属单质。(4)碘为紫黑色固体，易升华，淀粉遇I2变蓝色。(5)氢氟酸为弱酸，而盐酸、氢溴酸、氢碘酸为强酸。【备选例题】下列关于卤素的叙述正确的是()A．卤素是典型的非金属元素，因此不能与其他非金属元素化合B．卤素单质越活泼，其熔、沸点就越高C．卤素单质都能和水剧烈反应D．卤素单质都能和H2反应，且气态氢化物的稳定性随单质氧化性的增强而增强【解析】选D。卤素是典型的非金属元素，能与其他非金属性较弱的非金属元素化合，例如氢气与氯气在光照条件下生成HCl，A项错误；从上到下，卤族元素的非金属性逐渐减弱，单质的活泼性逐渐减弱，但相对分子质量逐渐增大，熔、沸点逐渐升高，B项错误；卤素单质与水反应的剧烈程度与其非金属性有关，只有F2与水能剧烈反应，C项错误；卤素的非金属性越强，单质的氧化性越强，生成气态氢化物的稳定性越强，D项正确。1．(2021·梅州高一检测)下列关于卤族元素说法正确的是()A．卤素单质都可以与水发生X2＋H2OHX＋HXOB．卤素单质都可以与Fe发生2Fe＋3X2=2FeX3C．卤素单质都有毒都有颜色D．已知Cl有两种核素：35Cl和37Cl，所以35Cl2和37Cl2互为同位素【解析】选C。单质氟与水反应生成HF和氧气，A错误；碘和铁反应生成FeI2，B错误；卤素单质都有毒都有颜色，C正确；35Cl和37Cl互为同位素，35Cl2和37Cl2均表示氯气分子，不能互为同位素，D错误。2．(2021·湖州高一检测)砹(At)原子序数为85，与F、Cl、Br、I同族，推测砹或砹的化合物不可能具有的性质是()A．砹是有色固体B．非金属性：At＜IC．HAt非常稳定D．I2能从砹的可溶性盐溶液中置换出At2【解析】选C。同主族从上到下，元素的单质状态变化为气态→液态→固态，且颜色加深，则砹是有色固体，故A正确；同一主族元素，其非金属性随着原子序数增大而减小，所以非金属性At＜I，故B正确；同一主族元素，其非金属性随着原子序数增大而减小，则其相应氢化物的稳定性逐渐减弱，所以HAt很不稳定，故C错误；同一主族元素，其单质的氧化性随着原子序数增大而减弱，所以I2可以把砹从砹的可溶性盐溶液中置换出来，故D正确。1826年，法国的一位青年波拉德，把海藻烧成灰，用热水浸取，再往里通入氯气，这时，就得到紫黑色的固体——碘晶体。他发现在提取后的母液底部，总沉着一层深褐色的液体，这液体具有刺鼻的臭味。经过仔细地研究后证明，这深褐色的液体，是一种人们还未发现的新元素。科学家把这种新元素称为“溴”。(1)写出波拉德获得溴、碘单质的离子方程式。(宏观辨识与微观探析)提示：Cl2＋2Br－=Br2＋2Cl－，Cl2＋2I－=I2＋2Cl－。(2)比较Cl－、Br－、I－的还原性强弱，并从原子结构角度解释原因。(宏观辨识与微观探析)提示：Cl－、Br－、I－的还原性：Cl－＜Br－＜I－。按Cl－、Br－、I－顺序，离子的电子层数逐渐增多，离子半径逐渐增大，原子核对最外层电子的吸引力逐渐减小，失去电子的能力逐渐增强，故Cl－、Br－、I－的还原性逐渐增强。(3)已知ICl与Cl2具有相同的性质，则ICl与水反应的化学方程式为______________________________________________________________________________________________________________________________________，__________(填“是”或“否”)属于氧化还原反应。提示：ICl＋H2O=HIO＋HCl，否。反应前后I为＋1价，Cl为－1价，化合价不变。1．(水平1)常温下，下列卤素单质中为液体的是()A．氟B．氯C．溴D．碘【解析】选C。F2在常温下是淡黄绿色的气体，A不符合题意；Cl2在常温下是黄绿色气体，B不符合题意；Br2在常温下是深红棕色的液体，C符合题意；I2在常温下是紫黑色固体，D不符合题意。2．(水平1)随着碱金属、卤素原子半径的增大，下列递变规律正确的是()A．碱金属和卤素单质的熔沸点都逐渐降低B．碱金属和卤素单质的密度都依次变大C．卤素的气态氢化物稳定性逐渐增强D．碱金属单质还原性逐渐增强【解析】选D。碱金属熔沸点逐渐降低，卤素单质的熔沸点都逐渐升高，A错误；碱金属和卤素单质的密度呈增大的趋势，有的元素有反常，B错误；随着卤素原子半径的增大，非金属性逐渐减弱，卤素的气态氢化物稳定性逐渐减弱，C错误；随着碱金属原子半径的增大，金属性增强，金属单质的还原性逐渐增强，D正确。3．(水平1)下列关于卤素性质的叙述中不正确的是()A．卤素单质的颜色按Cl2、Br2、I2的顺序逐渐变深B．氯气易液化，溴单质易挥发，碘单质易升华C．氯、溴、碘的原子半径或离子半径随电子层数的增多而增大D．Cl2、Br2、I2的氧化性逐渐增强【解析】选D。卤素单质Cl2、Br2、I2的颜色分别为黄绿色、红棕色、紫黑色，逐渐加深，A正确；氯气常温下为气体，易液化，溴单质常温下为液体，易挥发，碘单质为固体，熔点与沸点相接近，易升华，B正确；同主族元素从上到下原子、离子半径逐渐增大，则氯、溴、碘的原子半径或离子半径随电子层数的增多而增大，C正确；同主族元素从上到下元素的非金属性逐渐减弱，单质的氧化性逐渐减弱，D错误。4．(水平2)砹(At)是卤族元素中位于碘后面的元素，推测砹和砹的化合物正确的是()A．与H2化合的能力：At2>I2B．砹在常温下是白色固体C．砹原子的最外层上有7个电子D．砹不能与氢气反应【解析】选C。从F到At元素的非金属性减弱，与H2的化合能力减弱，A项错误；从F2到At2单质颜色逐渐加深，B项错误；卤族元素的原子最外层都有7个电子，C正确；卤素单质都可以与氢气反应，D项错误。5．(水平2)在盛有少量氯水的试管中加入过量的溴化钾溶液，再加入少量四氯化碳，振荡静置后可观察到的现象是()A．溶液呈橙色不分层B．溶液分两层，上层呈橙色C．溶液分两层，下层呈橙色D．溶液呈紫色不分层【解析】选C。氯水中Cl2与KBr溶液反应产生Br2，Br2易溶于四氯化碳，呈橙色；同时由于四氯化碳不溶于水，且密度比水大，故溶液分层，下层为Br2的四氯化碳溶液，呈橙色，上层为水层，为无色，C满足题意。【补偿训练】甲、乙、丙三种溶液各含有一种X－(X－为Cl－、Br－或I－)，向甲中加淀粉溶液和新制的氯水变为橙色，将此溶液倒入丙中，颜色无明显变化。则甲、乙、丙依次含有()A．Br－、Cl－、I－ B．Br－、I－、Cl－C．I－、Br－、Cl－ D．Cl－、I－、Br－【解析】选B。①单质氧化性为Cl2>Br2>I2，而对应阴离子的还原性为I－>Br－>Cl－；②碘单质可使淀粉变蓝色，溴水颜色为橙色。由此可推出甲中加淀粉溶液和新制的氯水后变为橙色，说明甲中含有Br－，再加入丙溶液中无明显变化，则说明丙中无I－。6．(水平2·教材习题改编)A、B、C、D为按顺序排列的前四种卤素单质，仔细分析