高一化学必修2经典课强化及练习 112元素的性质与原子结构人教版.docx
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高一化学必修2经典课强化及练习112元素的性质与原子结构人教版
第2课时 元素的性质与原子结构
三维目标
知识与技能
通过原子结构示意图掌握原子结构，掌握主族元素在元素周期表中的位置及其性质的递变规律（重点）
过程与方法
体会化学研究中发现规律的过程及学习实验探究、比较、归纳、推理等方法
情感、态度与
价值观
1．培养科学探究的热情
2．锻炼团结协作的精神
3．了解内因与外因的关系
思维激活
纵观化学史，在元素周期律的发现过程中，不论是拉瓦锡的最初尝试，还是德贝莱纳、纽兰兹、门捷列夫等人的具体探索，无不浸透着科学家对化学的探究。
这些探究不仅表现在元素周期律的外部形式之上，而且深入到了它的内部联系之中。
科学家的探究途径中化学实验贡献甚大，化学实验是化学基石，是检验化学理论的标准。
那么，如何通过实验来探究元素结构与性质的关系呢？
自学导引
一、碱金属元素
1．原子结构
碱
金
属
元
素
元素
名称
元素
符号
核电
荷数
原子结构
示意图
最外层
电子数
电子
层数
原子
半径/nm
锂
Li
3
1
2
0.152
钠
Na
11
1
3
0.186
钾
K
19
1
4
0.227
铷
Rb
37
1
5
0.248
铯
Cs
55
1
6
0.265
相同点：
最外层均为1个电子。
不同点：
随着核电荷数的增加，电子层数递增，原子半径递增。
2．化学性质
（1）钾的化学性质的实验探究及其与钠的比较
①钾的保存及取用方法
钾保存在煤油中，取用时先用镊子夹取，再用滤纸吸干煤油，然后在玻璃片上用小刀切割。
②钾、钠性质的实验探究与对比
与氧气反应
与水反应
钠
剧烈燃烧，黄色火焰
熔成小球，浮于水面，
四处游动，“咝咝”响声
钾
燃烧更剧烈，紫色火焰
（透过蓝色钴玻璃）
熔成小球，浮于水面，四处
游动，燃烧，有轻微爆炸声
结论
钾的活动性比钠强
（2）碱金属元素化学性质的特点
①相似性：
原子都容易失去最外层的一个电子，化学性质活泼，它们都能与氧气等非金属单质及水反应。
4Li＋O2
2Li2O
2Na＋O2
Na2O2
2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑
2K＋2H2O===2KOH＋H2↑
思考题1 完成下列离子方程式。
（1）锂与稀盐酸反应的离子方程式为____________________________________。
（2）铷与水反应的离子方程式为____________________________________。
答案
（1）2Li＋2H＋===2Li＋＋H2↑
（2）2Rb＋2H2O===2Rb＋＋2OH－＋H2↑
②差异性：
随着核电荷数的增加，碱金属元素原子的电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大。
碱金属元素的性质也有差异，从锂到铯，单质还原性逐渐增强，如钾与氧气或水反应比钠的反应剧烈，铷、铯的反应更剧烈。
3．单质的物理性质
相似性：
都是银白色金属（铯略带金色光泽），较柔软，有延展性，密度都比较小，熔点也都比较低，导电、导热性能都很好。
递变性：
从锂到铯，密度逐渐增大（钾的密度反常），熔、沸点逐渐降低。
二、卤族元素
1．原子结构
（1）相同点：
最外层都是7个电子。
（2）不同点：
随核电荷数的增加，电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大。
2．单质的物理性质
（1）颜色：
由浅到深。
（2）密度：
由小到大。
（3）熔、沸点：
由低到高。
3．单质的化学性质
（1）卤素单质与氢气反应的比较
条件
产物
稳定性
化学方程式
F2
暗处
很稳定
H2＋F2===2HF
Cl2
光照或点燃
稳定
H2＋Cl2
2HCl
Br2
加热
不很稳定
H2＋Br2
2HBr
I2
不断加热
不稳定
H2＋I2
2HI
结论
随着核电荷数的增加，卤素单质与H2反应的变化：
a．剧烈程度：
逐渐减弱
b．生成HX的稳定性：
逐渐减弱
（2）卤素间的置换反应实验
实验
现象
化学方程式
a．将少量新制的饱和氯水加入盛有NaBr溶液的试管中，振荡后加CCl4，振荡，静置
溶液分上下两层，下层呈红棕色
Cl2＋2NaBr===2NaCl＋Br2
b．将少量新制的饱和氯水加入盛有KI溶液的试管中，振荡后加CCl4，振荡，静置
溶液分上下两层，下层呈紫红色
Cl2＋2KI===
2KCl＋I2
c．将少量溴水加入盛有KI溶液的试管中，振荡后加CCl4，振荡，静置
溶液分上下两层，下层呈紫红色
Br2＋2KI===
2KBr＋I2
结论
随着核电荷数的增加，卤素单质的氧化性：
逐渐减弱
思考题2 砹（At）是卤素中原子序数最大的元素，则通常条件下砹应该是______（填“深”或“浅”）色______体，______（填“易”或“难”）与H2化合，产物的稳定性______。
答案 深；固；难；差
名师解惑
一、元素的金属性、非金属性强弱的判断依据
1．金属性强弱的判断依据
（1）元素的单质与水或酸置换出氢气的反应越容易进行，则其金属性越强。
（2）元素的最高价氧化物对应水化物的碱性越强，则其金属性越强。
（3）金属元素的单质与盐在水溶液中进行置换反应，若A置换出B，则A的金属性强于B。
（4）在金属活动性顺序表中，前者的金属性强于后者。
（5）金属阳离子的氧化性越强，则其单质的还原性越弱，元素的金属性越弱（注：
Fe的阳离子仅指Fe2＋）。
2．非金属性强弱的判断依据
（1）非金属元素的单质与氢气化合生成气态氢化物的反应越容易进行，则其非金属性越强。
（2）非金属元素气态氢化物的稳定性越强，则元素的非金属性越强。
（3）元素的最高价氧化物对应水化物的酸性越强，则其非金属性越强。
（4）非金属元素的单质与盐在水溶液中进行置换反应，若A置换出B，并且A体现出氧化性，则A的非金属性强于B。
（5）非金属阴离子的还原性越强，则其单质的氧化性越弱。
二、同主族元素的相似性、递变性和特殊性
1．原子结构
（1）相似性：
最外层电子数相同。
（2）递变性：
随着核电荷数的增加，电子层数递增，原子半径逐渐增大。
2．化学性质
（1）相似性：
①能发生相似的化学反应。
如碱金属都能与O2、Cl2等非金属反应，都能与水反应；卤素单质都能与H2、H2O等反应。
②同类化合物中元素化合价相同，化学式形式相同。
如碱金属氢氧化物都可表示为ROH，卤素单质分子式都可表示为X2，氢化物都可表示为HX。
（2）递变性：
随着核电荷数的增加，元素的金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱；单质还原性逐渐增强，氧化性逐渐减弱；最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐增强，酸性逐渐减弱；非金属单质与H2化合逐渐变难，氢化物的稳定性逐渐降低。
（3）特殊性：
因递变性的影响，同一主族元素均有一定的特殊性，首尾两种元素更明显。
碱金属中锂（Li）的单质和化合物的性质与镁（Mg）的单质和化合物相似，而与其他碱金属不同，如Li与水较难反应，产物LiOH微溶等。
卤素中氟的化学性质具有特殊性，如氟无正价，F2与水反应的化学方程式为2F2＋2H2O===4HF＋O2↑（其他卤素均可表示为X2＋H2O===HX＋HXO），HF是弱酸（其他HX均为强酸且从上到下HX的酸性逐渐增强）。
典例导析
知识点1：
金属性与非金属性强弱的判断
例1 X、Y是元素周期表ⅦA族中的两种元素，下列叙述中能说明X的非金属性比Y强的是（ ）
A．X原子的电子层数比Y原子的电子层数多
B．Y的气态氢化物比X的气态氢化物稳定
C．Y的单质能将X从NaX的溶液中置换出来
D．X在暗处可与H2反应，Y在加热条件下才能与H2反应
解析 X原子比Y原子的电子层数多，X在Y的下方，则非金属性X比Y弱，A项不正确；元素氢化物越稳定，其非金属性越强，B项不正确；Y能置换NaX中的X，则非金属性X比Y弱，C项不正确；单质与H2化合越容易，其非金属性越强，D项正确。
答案 D
跟踪练习1 下列叙述中一定能说明A的金属性比B强的是（ ）
A．A原子的最外层电子数比B原子的最外层电子数少
B．A原子的电子层数比B原子的电子层数多
C．1molA从酸中置换的H2比1molB从酸中置换的H2多
D．常温时，A能从酸中置换出氢气，而B不能反应
答案 D
知识点2：
同主族元素性质的相似性、递变性和特殊性
例2 某学生做同主族元素性质递变规律的实验时，自己设计了一套实验方案，并记录了有关实验现象。
现在请你帮助该学生整理并完成实验报告。
（1）实验目的：
____________________________________。
（2）实验用品：
药品：
氯水、溴水、溴化钠溶液、碘化钾溶液、四氯化碳。
仪器：
①__________；②__________。
（请填写两件主要的玻璃仪器）
（3）实验内容（在下列空格内填写相关内容）：
序号
实验方案
实验现象
①
②
（4）实验结论：
____________________________________。
（5）问题和讨论：
①请用结构理论简单说明得出上述结论的原因。
②由于F2过于活泼，很难设计一个简单的实验验证其氧化性强弱。
试列举两项事实说明F的非金属性比Cl强。
解析
（1）元素周期律具体包括同一周期与同一主族的变化规律。
根据以下给出的实验内容不难看出，该学生是想以ⅦA族为例，设计实验验证同一主族元素性质的递变规律。
（2）本实验属于试管实验，主要使用试管和胶头滴管。
（3）根据提供的药品，该学生显然是用Cl2、Br2、I2之间的置换反应来证明它们的氧化性强弱，用四氯化碳将置换出来的Br2或I2萃取出来，以增强实验的准确性和说服力。
（4）该小题具有一定的开放性，比如：
Cl2、Br2、I2的氧化性依次减弱或Cl、Br、I的非金属性依次减弱均可，但最好与该实验的目的相对应：
同一主族，自上而下，元素非金属性依次减弱。
（5）①该题应该主要从原子核对最外层电子的引力方面来回答。
②一般来说，置换反应能直接说明两种单质的氧化性强弱，但F2过于活泼，不好直接置换Cl2，只能用间接的证据。
如：
它们与氢气反应的难易程度，与水反应的难易程度，它们气态氢化物的稳定性等。
答案
（1）探究同一主族元素性质的递变规律
（2）试管；胶头滴管
（3）①将少量新制氯水注入盛有少量NaBr溶液的试管中，振荡，再注入少量四氯化碳，振荡；加入氯水后，溶液由无色变为橙色，注入四氯化碳后，水层颜色变浅，四氯化碳层（下层）变为橙红色
②将少量新制溴水注入盛有少量KI溶液的试管中，振荡，再注入少量四氯化碳，振荡；加入溴水后，溶液由无色变为褐色，注入四氯化碳后，水层颜色变浅，四氯化碳层（下层）变为紫红色
（4）同一主族，自上而下，元素非金属性依次减弱
（5）①同一主族，自上而下，元素原子的电子层数增多，原子半径增大，原子核对最外层电子的吸引力逐渐减弱。
②F2在冷暗处就可以与H2剧烈反应而爆炸，而Cl2与H2只有在光照或点燃的条件下才能反应；HF比HCl稳定。
跟踪练习2 下列关于碱金属的原子结构和性质的叙述中不正确的是（ ）
A．碱金属原子最外层都只有一个电子，在化学反应中容易失去
B．碱金属都是强还原剂
C．碱金属都能在O2中燃烧生成过氧化物
D．碱金属都能与水反应生成碱
解析 碱金属元素的原子和单质，在结构和性质上，既有相似性又有差异性。
如锂单质在O2中燃烧只生成Li2O，无过氧化物生成。
答案 C
同步测控
小试牛刀
1．卤化氢（HX）中稳定性最强的是（ ）
A．HFB．HClC．HBrD．HI
答案 A
2．下列金属与水反应最剧烈的是（ ）
A．LiB．NaC．KD．Rb
答案 D
3．海水中含有Br－，要将其转变成Br2，可选用的试剂是（ ）
A．F2B．Cl2C．Br2D．I2
答案 B
4．下列四种演示金属钾与水反应的实验装置，正确的是（ ）
解析 钾与水反应剧烈，从安全角度来看，用B装置反应空间大，能防止钾飞溅出来。
答案 B
5．某课外兴趣小组通过实验发现钾和钠的性质相似，下列说法中能最好地解释这个事实的是（ ）
A．都是金属元素B．原子半径相差不大
C．最外层电子数相同D．最高化合价相同
答案 C
6．下列排列顺序正确的是（ ）
A．热稳定性：
H2O＞HF＞H2S
B．非金属性：
Cl>S>Si
C．酸性：
H2CO3＞H3PO4＞H2SO4
D．最高正化合价：
F>N>Li
答案 B
7．把少量的溴水注入KI溶液中，经充分反应后，加入CCl4用力振荡，静置后可观察到（ ）
A．液体分成两层，下层呈紫色
B．液体分成两层，上层呈紫色
C．混合液不分层，且无色透明
D．混合液不分层，且呈褐色
答案 A
8．下列各组化合物的性质比较中不正确的是（ ）
A．酸性：
HClO4＞HBrO4＞HIO4
B．碱性：
Ba（OH）2＞Ca（OH）2＞Mg（OH）2
C．稳定性：
HCl＞H2S＞PH3
D．原子半径：
N＜O＜S
答案 D
9．对三种金属单质a、b、c进行下表所示实验（其他条件等同）：
a
b
c
与冷水反应
不反应
缓慢反应
未实验
与2mol·L－1
的HCl溶液反应
溶解并放出气体
未实验
不反应
由上表实验结果分析可知，这三种金属的活动性由强到弱的顺序是（ ）
A．a>b>cB．b>a>c
C．a>c>bD．c>b>a
解析 同等条件下，由a、b与冷水反应的现象可知，金属性b>a；由a、c与2mol·L－1的HCl溶液反应的现象可知，金属性a>c。
答案 B
10．按下面的实验过程填空：
浅绿色FeBr2溶液
黄色液体
写出上述反应的化学方程式：
（1）____________________________________；
（2）____________________________________；
（3）____________________________________。
答案 棕黄；蓝；橙红；无
（1）2FeBr2＋3Cl2===2FeCl3＋2Br2
（2）2FeCl3＋2KI===2FeCl2＋2KCl＋I2
（3）2NaOH＋Br2===NaBr＋NaBrO＋H2O
11．某学生为验证镁、铝的金属性强弱，设计了如下实验：
（1）向两支试管中分别加入3mL同浓度的稀盐酸，再将两块大小相同且纯净的镁片和铝片分别加入试管中，在反应初始时观察到如图所示的现象，则试管b内加入的金属为______（写化学式）。
（2）若加入的两块金属的物质的量相等，且试管中稀盐酸足量，充分反应后，气球状态也如上图所示，则试管b中反应的离子方程式为______________________________________。
（3）分析判断，实验________[填“
（1）”或“
（2）”]能证明镁的金属性强于铝。
答案
（1）Al
（2）Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑
（3）
（1）
12．卤族元素的单质与H2反应过程中的能量变化如右图所示，其中a、b、c、d分别表示卤族中某一元素的单质，ΔE为相同物质的量的单质与H2反应过程中的能量变化（ΔE越大，表明反应越容易发生）。
请回答下列问题：
（1）d为______________（写化学式，下同），红热的铜丝在b单质中燃烧的现象为__________________________________________________。
（2）a与H2反应的化学方程式为____________________________________________，b与H2反应的条件为______________________________。
（3）由该能量变化示意图可得出的结论是同一主族，自上而下，元素的非金属性依次____________。
答案
（1）I2；剧烈燃烧，产生棕黄色的烟
（2）H2＋F2===2HF；点燃（或光照）
（3）减弱
更上一层
13．短周期元素X、Y、Z在元素周期表中的位置如图所示，下列说法中正确的是（ ）
A．Z可能是活泼金属元素
B．X的最高价氧化物对应的水化物是一种强酸
C．Y元素原子的最外层电子数为7
D．Z的最高价氧化物对应水化物的化学式为HZO3
解析 X、Y、Z为三个不同周期的短周期元素，故结合图形可知，X为He，Y为F，Z为S。
答案 C
14．钾和另一种碱金属组成的合金18.0g与足量的水完全反应，产生氢气0.2g，则合金中的另一种金属是（ ）
A．CsB．RbC．NaD．Li
解析 碱金属与水的反应均可表示为：
2R＋2H2O===2ROH＋H2↑
21
n（R）
可得n（R）＝0.2mol，则碱金属的平均摩尔质量
（R）＝
＝90g·mol－1。
因为K的摩尔质量为39g·mol－1，小于90g·mol－1，则另一种碱金属的摩尔质量应大于90g·mol－1，只有Cs符合。
答案 A
15．实验室通过简单的“试管实验”，即可探究元素金属性、非金属性的强弱。
请你选用下列试剂，根据实验要求完成下表。
试剂：
①镁条 ②铝条 ③AlCl3溶液 ④MgCl2溶液 ⑤NaOH溶液 ⑥氯水 ⑦溴水 ⑧NaBr溶液
实验方案
（只填写选用
试剂序号）
实验现象
结论
反应的离子方程式
（1）
_______
一支试管中有白色沉淀生成，另一支试管中先生成白色沉淀，后白色沉淀消失
金属性：
Mg＞Al
Mg2＋＋2OH－===Mg（OH）2↓
_______________________________________________
（2）
_______
溶液由无色变为橙黄色
非金
属性：
Cl＞Br
________________________
答案
实验方案
（只填写选用
试剂序号）
实验现象
结论
反应的离子方程式
（1）
③④⑤
Al3＋＋4OH－===AlO2－＋2H2O[或Al3＋＋3OH－===Al（OH）3↓、Al（OH）3＋OH－===AlO2－＋2H2O]
（2）
⑥⑧
Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－
16．某同学为探究同周期元素性质的递变规律，设计了一套实验方案，并记录了有关实验现象，请你参与实验并完成实验报告。
（1）实验目的：
__________________________。
（2）实验用品：
仪器：
试管、胶头滴管、砂纸
药品：
镁条、铝条、钠、新制的硫化钠溶液、新制的氯水、0.5mol·L－1的盐酸、酚酞试液
（3）实验记录（在横线上填入相关内容）
实验步骤
实验现象
①将一小块金属钠放入滴有酚酞试液的冷水中
钠块浮在水面上，熔化成闪亮的小球，做不定向移动，随之消失，溶液变红色
②将外形相同的镁条和铝条（均用砂纸打磨过）分别投入足量相同体积的0.5mol·L－1的盐酸中
镁条剧烈反应，迅速产生大量的无色气体，而铝条反应不十分剧烈，产生无色气体
③将新制的氯水滴加到新制的硫化钠溶液中
____________________
（4）实验结论：
同一周期元素从左到右，金属性逐渐________（填“减弱”或“增强”，下同），非金属性逐渐__________。
（5）问题与讨论：
①写出（3）中步骤①反应的离子方程式：
_________________________________________。
②试再列举两项事实说明Cl和S的非金属性强弱：
________________________________________、______________________________________。
答案
（1）探究同周期元素性质的递变规律
（3）产生淡黄色沉淀
（4）减弱；增强
（5）①2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑
②HClO4的酸性强于H2SO4；HCl比H2S稳定（其他合理答案也可）
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