师:接着上一节课的学习,我们再以卤族元素为例,研究元素的原子结构与元素的性质。本节课的学习目标是:一、知道卤族元素性质的相似性和递变规律,并能用原子结构理论加以解释;二、知道判断元素非金属性的方法;三、进一步强化“结构决定性质,性质反映结构”的观念,巩固根据元素在周期表中的位置预测元素性质的认识模型。
下面我们先研究一下卤族元素在周期表中的位置。卤族元素位于周期表的第七主族,包括氟、氯、溴、碘、砹六种元素。氟元素在生活中常见于牙膏,加入氟元素可有效预防蛀牙。溴、碘主要蕴藏在海水中,像海带、紫菜就含有碘元素。砹是人工创造的元素,具有放射性。中学阶段我们主要研究氟、氯、溴、碘这四种卤族元素。
我们先来学习卤素单质的物理性质,请对卤素单质的物理性质进行对比总结。可以看出,从氟到碘,它们的颜色依次加深,氟是淡黄绿色气体,氯是黄绿色气体,溴是深红棕色液体,碘是紫黑色固体。状态从气体到液体再到固体,密度逐渐增大,注意气体密度单位是克每升,而液体和固体密度单位是克每立方厘米,熔点和沸点也逐渐升高。对比上节课所学的碱金属元素,碱金属元素的熔沸点从上到下逐渐降低,而卤族元素单质的熔沸点是逐渐升高,两者变化相反,请大家务必注意。
同样,我们能不能根据卤族元素的原子结构特点预测它们的化学性质,并通过实验验证预测是否正确呢?首先看一下卤族元素的原子结构,根据卤素的原子结构,试着推测氟、氯、溴、碘在化学性质上表现出的相似性和递变。观察可知,卤族元素原子结构有相同点和递变。相同点是最外层电子数都为7个,递变是从氟到碘核电荷数依次增多,电子层数逐渐增多,半径逐渐增大,原子核对最外层电子的吸引力逐渐减弱。由此预测其化学性质也应有相似性和递变,相似性是化学性质活泼,容易得到一个电子,递变是从氟到碘得电子能力逐渐减弱。
我们的预测是否正确,下面通过实验验证。第一,卤素单质与氢气的反应。请阅读并思考讨论:根据卤素单质与氢气的反应事实,思考随着原子核电荷数的增多,卤素与氢气反应有何规律?分析信息可知,卤素和氢气反应都能发生化合反应,可用通式表达,在与氢气的反应中,卤素单质化合价从0降为 - 1价。
从反应条件看,氟和氢气在暗处就可剧烈化合并发生爆炸;氯气和氢气需要光照或点燃;氢气和溴需要加热到一定温度才能反应;氢气和碘需要不断加热,反应还比较缓慢。可见,卤素单质从氟到碘与氢气反应难易程度由易到难。再看生成氢化物的稳定性,氟化氢非常稳定,氯化氢较稳定,溴化氢不如氯化氢稳定,碘化氢不稳定,在一定条件下可分解为氢气和碘,该反应是可逆的。可以看出,它们氢化物的稳定性从氟化氢到碘化氢逐渐减弱。这表明从氟到碘,它们得电子能力越来越弱,即元素的非金属性越来越弱。
关于元素非金属性的判断,参考课本第97页注释:第一,元素的非金属性越强,其单质越容易与氢气化合,生成的氢化物越稳定,如氟到碘和氢气化合越来越难,生成的氢化物越来越不稳定,说明从氟到碘非金属性越来越弱;第二,非金属性越强,其最高价氧化物的水化物酸性越强,比如氯的最高价氧化物是七氧化二氯,相应的最高价氧化物的水化物高氯酸、高溴酸、高碘酸酸性逐渐减弱,由于氟没有正价,所以没有含氧酸,高氯酸是非金属最高价氧化物对应水化物中酸性最强的。同主族元素性质的递变规律,除了和同样的物质比较,还可通过置换反应比较。下面看卤素单质间的置换反应,请阅读课本第98面的实验设计。一起观看实验视频,观看时注意三个方面:做了什么、看到了什么、说明了什么。
