届高中化学第一章物质结构元素周期律第一节元素周期表第2课时元素的性质与原子结构学案新人教版.docx

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届高中化学第一章物质结构元素周期律第一节元素周期表第2课时元素的性质与原子结构学案新人教版

第2课时　元素的性质与原子结构

一、碱金属元素的结构与性质

1．碱金属元素的原子结构

元素名称

锂

钠

钾

铷

铯

元素符号

Li

Na

K

Rb

Cs

原子结构示意图

原子半径/nm

0.152

0.186

0.227

0.248

0.265

由上表可知：

（1）碱金属元素的原子最外层电子数都是1。

（2）碱金属元素的原子随核电荷数逐渐增大，电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大。

2．碱金属单质的物理性质

（1）碱金属单质具有硬度小、密度小、熔点低、沸点低的特点。

随着元素原子核电荷数的增加，碱金属单质的熔点和沸点逐渐降低。

（2）碱金属单质具有良好的延展性、导电性、导热性，液态钠可用作核反应堆的传热介质。

3．碱金属单质的化学性质

（1）钠、钾与氧气反应

①实验现象：

都能在空气中燃烧，钠产生黄色火焰，钾产生紫色火焰，钾燃烧更剧烈。

②反应方程式：

2Na＋O2

Na2O2、K＋O2

KO2。

③实验结论：

金属的活泼性：

K＞Na。

（2）钠、钾与水反应

①实验现象：

相同点：

金属浮在水面上；熔成闪亮的小球；小球四处游动；发出嘶嘶的响声；反应后的溶液呈红色。

不同点：

钾与水的反应有轻微爆炸声并着火燃烧。

②化学方程式：

2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑；

2K＋2H2O===2KOH＋H2↑。

③实验结论：

与水反应剧烈程度：

K＞Na；金属的活泼性：

K＞Na。

（1）碱金属的原子结构与化学性质的递变关系

从Li到Cs，随核电荷数的增加，电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大，原子核对最外层电子的引力逐渐减弱，元素金属性逐渐增强；单质的还原性逐渐增强，离子的氧化性逐渐减弱。

（2）碱金属的化学性质及比较

Li

Na

K

Rb

Cs

单质

与氧气

反应越来越剧烈，产物分别是

Li2O

Na2O、Na2O2

K2O、K2O2、KO2

更复杂氧化物

与水

反应越来越剧烈，现象分别是

反应缓慢

剧烈反应

轻微爆炸

剧烈爆炸

化合物

碱性强弱：

LiOH＜NaOH＜KOH＜RbOH＜CsOH

例1

　下列有关碱金属元素的性质判断正确的是（　　）

A．K与H2O反应最剧烈

B．Rb比Na活泼，故Rb可以从NaCl溶液中置换出Na

C．碱金属的阳离子没有还原性，所以有强氧化性

D．从Li到Cs都易失去最外层1个电子，且失电子能力逐渐增强

考点　碱金属单质的性质

题点　碱金属单质的综合

答案　D

解析　A项，在碱金属元素中，K不是最活泼的元素；B项，Rb先与水反应，不会置换出Na；C项，碱金属的阳离子很稳定，不具有强氧化性。

特别提示

（1）因Na、K都是很活泼的金属易与水反应，故不能从溶液中置换出相对不活泼的金属，只有在熔融状态下才能置换出不活泼的金属。

（2）Na、K通常保存在煤油中，Li通常用液体石蜡密封。

例2

　下列事实不能用于判断金属性强弱的是（　　）

A．金属单质间发生的置换反应

B．1mol金属单质在反应中失去电子的多少

C．金属元素的最高价氧化物对应水化物的碱性强弱

D．金属元素的单质与水或酸反应置换出氢气的难易程度

考点　碱金属的性质与原子结构的关系

题点　金属性强弱的判断

答案　B

解析　金属单质在反应中失去电子的多少，不能作为判断金属性强弱的依据，如1molAl反应失去的电子比1molNa多，但Al的金属性比Na弱。

易错警示

金属性强弱与失去电子的多少无关，取决于原子失去电子的能力。

二、卤族元素的结构与性质

1．卤族元素的原子结构

元素名称

氟

氯

溴

碘

元素符号

F

Cl

Br

I

原子结构示意图

原子半径/nm

0.071

0.099

1.14

1.33

由上表可知：

（1）卤族元素的原子最外层电子数都是7。

（2）卤族元素的原子随核电荷数逐渐增大，电子层数增多，原子半径逐渐增大。

2．卤族元素的物理性质

卤素单质

颜色和状态

密度

熔点/℃

沸点/℃

F2

淡黄绿色气体

1.69g·L－1（15℃）

－219.6

－188.1

Cl2

黄绿色气体

3.214g·L－1（0℃）

－101

－34.6

Br2

深红棕色液体

3.119g·cm－3（20℃）

－7.2

58.78

I2

紫黑色固体

4.93g·cm－3

113.5

184.4

分析上表可知，从F2到I2，颜色逐渐加深，熔、沸点逐渐升高，密度逐渐增大。

3．卤素单质的化学性质

（1）卤素单质与氢气反应

卤素单质

反应条件

化学方程式

产物稳定性

F2

暗处

H2＋F2===2HF

很稳定

Cl2

光照或点燃

H2＋Cl2

2HCl

较稳定

Br2

加热

H2＋Br2

2HBr

不如氯化氢稳定

I2

不断加热

H2＋I2

2HI

不稳定

由上表分析可知，从F2到I2，与H2反应所需要的条件逐渐升高，反应剧烈程度依次减弱，生成气态氢化物的稳定性依次减弱。

（2）卤素单质间的置换反应

实验①中：

试管内液体静置后分层，上层为无色，下层为橙红色，反应的化学方程式：

2NaBr＋Cl2===2NaCl＋Br2；

实验②中：

试管内液体静置分层，上层为无色，下层为紫红色，反应的化学方程式：

2KI＋Br2===2KBr＋I2；

实验③中：

试管内液体静置分层，上层为无色，下层为紫红色，反应的化学方程式：

2KI＋Cl2===2KCl＋I2。

由实验①②③得出结论：

Cl2→I2氧化性逐渐减弱，相应卤素离子还原性逐渐增强。

（1）卤素性质的相似性

卤素原子都能得一个电子；单质都能与氢气发生化合反应；除F外，最高价氧化物对应的水化物的化学式为HXO4，且为强酸。

（2）卤素性质的递变性

从F到I，随核电荷数的增加，电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大，原子核对最外层电子的引力逐渐减弱，得电子能力逐渐减弱，元素非金属性逐渐减弱；单质的氧化性减弱，相应阴离子的还原性增强。

例3

　关于卤素X（依次为Cl、Br、I）的下列叙述不正确的是（　　）

A．卤素单质与水反应均可用X2＋H2O===HXO＋HX表示

B．HX都极易溶于水，它们的热稳定性随核电荷数增加而增强

C．卤素单质的颜色随相对分子质量增大而加深

D．相对分子质量小的卤素单质可将相对分子质量大的卤素从它的卤化物溶液里置换出来

考点　卤素的性质

题点　卤素性质的变化规律

答案　B

解析　HX的热稳定性随核电荷数的增加而减弱。

特别提示——卤素的特性

（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而2F2＋2H2O===4HF＋O2。

（3）溴单质在常温下是唯一的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。

例4

　（2018·寿光现代中学4月月考）下列说法中，不符合ⅦA族元素性质特征的是（　　）

A．从上到下元素的非金属性增强

B．易形成－1价离子

C．从上到下最高价氧化物的水化物酸性减弱（F除外）

D．从上到下氢化物的还原性依次增强

考点　卤素性质与原子结构的关系

题点　非金属性强弱判断的应用

答案　A

解析　同主族元素，从上到下元素的非金属性减弱，选项A错误；第ⅦA族元素最外层7个电子，易得1个电子形成－1价离子，选项B正确；从上到下元素的非金属性逐渐减弱，所以最高价氧化物的水化物酸性逐渐减弱，选项C正确；同主族元素，从上到下元素的非金属性逐渐减弱，所以氢化物的还原性依次增强，选项D正确。

易错警示

非金属元素具有多种化合价，也往往具有多种含氧酸，判断非金属性强弱时，只能用最高价氧化物对应水化物的酸性强弱比较，与低价氧化物水溶液的酸性无关。

1．随着碱金属元素原子序数的增大，下列递变规律错误的是（　　）

A．原子半径逐渐增大

B．最高价氧化物的水化物碱性逐渐增强

C．单质熔、沸点逐渐升高

D．单质的还原性逐渐增强

考点　碱金属单质的性质

题点　碱金属性质的变化规律

答案　C

解析　随着碱金属元素原子序数的增大，最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐增强，单质的熔、沸点逐渐降低，单质的还原性逐渐增强。

2．下列关于碱金属的叙述正确的是（　　）

A．钾与氧气或水反应比钠的反应剧烈，铷、铯的反应更剧烈

B．碱金属的密度随着原子序数的递增逐渐减小

C．碱金属元素的最高价氧化物对应的水化物的碱性随着原子序数的递增依次减弱

D．碱金属元素的阳离子的氧化性随着原子序数的递增依次增强

考点　碱金属单质的性质

题点　碱金属结构与性质的综合

答案　A

解析　B项，碱金属的密度随着原子序数的递增呈增大趋势（钾反常）；D项，碱金属元素阳离子的氧化性随着原子序数的递增依次减弱。

3．（2017·聊城高一检测）锂（Li）不可能具有的性质是（　　）

A．锂在空气中燃烧只会生成氧化锂

B．锂很软，用小刀可以切割

C．锂的熔点比金属铯高

D．金属锂可以保存在煤油或液体石蜡中

考点　碱金属单质的性质

题点　碱金属性质的预测

答案　D

解析　锂较其他碱金属活泼性差，燃烧不生成过氧化物，生成氧化锂，A正确；碱金属都很软，可用小刀切割，B正确；碱金属Li→Cs熔点逐渐降低，C正确；金属锂的密度比煤油小，所以不能保存在煤油中，D不正确。

4．（2017·青岛二中月考）部分卤族元素的某种性质A随核电荷数的变化趋势如图所示，则A可能表示（　　）

A．原子半径B．氢化物的稳定性

C．原子的电子层数D．单质的密度

考点　卤素的性质

题点　卤素性质的变化规律

答案　B

解析　A项，从氯到碘，原子半径逐渐增大，A项不符合题意；B项，从HCl到HI，稳定性逐渐减弱，B项符合题意；C项，从Cl到I，原子的电子层数逐渐增多，C项不符合题意；D项，从Cl2到I2，单质的密度逐渐增大，D项不符合题意。

5．下列有关卤素单质的说法正确的是（　　）

A．从F2到I2，单质颜色变浅

B．从F2到I2，单质氧化性增强

C．H2与F2不能共存

D．碘与铁反应时生成FeI3

考点　卤素的性质

题点　卤素及其化合物性质的综合考查

答案　C

解析　从F2到I2，单质颜色加深，氧化性减弱，A、B项错误；H2与F2混合后在暗处就可以剧烈化合并爆炸，故二者不能共存，C项正确；碘与铁反应生成FeI2，D项错误。

[对点训练]

题组一　碱金属结构与性质的变化规律

1．（2018·云南民族大学附中月考）下列有关碱金属的说法不正确的是（　　）

A．均为ⅠA族元素，最外层均有1个电子

B．单质的还原性：

Li＞Na＞K＞Rb＞Cs

C．碱性：

LiOH＜NaOH＜KOH＜RbOH＜CsOH

D．由Li到Cs，核电荷数依次增加，电子层数、原子半径依次增大

考点　碱金属单质的性质

题点　碱金属单质性质的比较

答案　B

解析　碱金属位于周期表第ⅠA族，主族序数等于原子最外层电子数，最外层电子数为1，故A正确；同主族电子层数依次增加，失电子能力越来越强，还原性增强，单质的还原性：

Li＜Na＜K＜Rb＜Cs，故B错误；金属性越强形成的碱的碱性越强，LiOH＜NaOH＜KOH＜RbOH＜CsOH，故C正确；同一主族，从上到下，电子层数、原子半径依次增大，故D正确。

2．（2018·北京四中3月月考）下图表示碱金属的某些性质与核电荷数的变化关系，则下列各性质中不符合图示关系的是（　　）

A．还原性

B．与水反应的剧烈程度

C．熔点

D．原子半径

考点　碱金属单质的性质

题点　碱金属性质的变化规律

答案　C

解析　由图可知，随着核电荷数的增大，碱金属的性质呈递增趋势，而碱金属单质的熔点随核电荷数的增大而降低。

3．下列关于碱金属元素的说法正确的是（　　）

①原子结构的相同点是最外层电子数相同，都为1

②原子结构的不同点是随核电荷数的增加，电子层数增多，原子半径增大

③具有相似的化学性质，都是活泼金属

④都具有强还原性，在化合物中显＋1价

⑤化学性质有差别，从Li到Cs，失电子能力逐渐增强

A．①③④B．①③⑤

C．②④⑤D．全部

考点　碱金属单质的性质

题点　碱金属结构与性质的综合

答案　D

解析　碱金属元素原子的最外层都有一个电子，都易失去一个电子，具有强还原性，在化合物中显＋1价，①③④正确；碱金属元素从Li到Cs，原子半径逐渐增大，原子核对核外电子的束缚力逐渐减弱，失电子能力逐渐增强，②⑤正确。

题组二　卤素结构与性质的变化规律

4．下列各组物质性质比较的表示中，正确的是（　　）

A．还原性：

HF>HCl>HBr>HI

B．稳定性：

HF

C．与水反应由易到难：

Cl2>Br2>I2>F2

D．密度：

F2

考点　卤素的性质

题点　卤素单质及其化合物性质的比较

答案　D

解析　A项应为HI>HBr>HCl>HF；B项应为HF>HCl>HBr>HI；C项应为F2>Cl2>Br2>I2。

5．下列关于卤族元素由上到下性质递变规律的叙述，正确的是（　　）

①单质的氧化性增强　②单质的颜色加深　③气态氢化物的稳定性增强　④单质的沸点升高　⑤阴离子的还原性增强

A．①②③B．②③④C．②④⑤D．①③⑤

考点　卤素的性质

题点　卤素性质的变化规律

答案　C

解析　F2、Cl2、Br2、I2氧化性依次减弱，其对应的阴离子F－、Cl－、Br－、I－的还原性依次增强，故①错误，⑤正确；F2、Cl2、Br2、I2的颜色由淡黄绿色→黄绿色→深红棕色→紫黑色逐渐加深，②正确；HF、HCl、HBr、HI的稳定性逐渐减弱，③错误；F2、Cl2、Br2、I2在通常情况下其状态变化规律为气→液→固，则沸点逐渐升高，④正确，C正确。

6．下列说法正确的是（　　）

A．F、Cl、Br原子的最外层电子数都是7，次外层电子数都是8

B．从HF、HCl、HBr、HI酸性递增的事实，推出F、Cl、Br、I的非金属性递增规律

C．卤素按F、Cl、Br、I的顺序，其非金属性逐渐减弱的原因是随着核电荷数增加电子层数增大起主要作用

D．砹是原子序数最大的卤族元素，根据卤素性质的递变规律，砹易溶于水，难溶于CCl4

考点　卤素性质与原子结构的关系

题点　卤素性质与结构的综合

答案　C

解析　F的次外层电子数为2，Br的次外层电子数为18，A项错误；元素的非金属性强弱可以根据其最高价氧化物对应水化物的酸性强弱比较，不能根据氢化物的酸性强弱比较，B项错误；由碘微溶于水、易溶于四氯化碳可推知，砹微溶于水，易溶于CCl4，D项错误。

题组三　元素金属性、非金属性强弱的判断

7．（2018·滁州市定远县3月月考）下列叙述中，能说明金属a的活泼性肯定比金属b的活泼性强的是（　　）

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原子电子层数比b原子的电子层数多

C．1mola从酸中置换H＋生成的H2比1molb从酸中置换H＋生成的H2多

D．常温时，a能从水中置换出氢，而b不能

考点　碱金属的性质与原子结构的关系

题点　金属性强弱的判断

答案　D

8．X、Y是元素周期表ⅦA族中的两种元素。

下列叙述能说明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的单质能将X从NaX的溶液中置换出来

C．X的单质比Y的单质更容易与氢气反应

D．同浓度下X的氢化物水溶液比Y的氢化物水溶液的酸性强

考点　卤素性质与原子结构的关系

题点　非金属性强弱的判断

答案　C

解析　因X、Y是元素周期表ⅦA族中的元素，若X的电子层数多，则说明X比Y的非金属性弱，A错误；B项事实说明Y比X更活泼，错误；C项根据单质与H2化合的难易判断，X2与H2化合更容易，说明氧化性：

X2＞Y2，则非金属性：

X＞Y，C正确；D项判断依据错误，应根据最高价氧化物对应水化物的酸性强弱判断。

9．（2018·上海交通大学附中月考）不能用来证明非金属性Cl＞I的事实是（　　）

A．ICl中I是＋1价，Cl是－1价

B．稳定性：

HCl＞HI

C．酸性：

HCl＜HI

D．Fe3＋可以氧化I－，但不能氧化Cl－

考点　卤素性质与原子结构的关系

题点　非金属性强弱判断的应用

答案　C

解析　ICl中I是＋1价，Cl是－1价，说明氯的非金属性强于碘，非金属性越强，选项A正确；元素的非金属性越强，对应氢化物的稳定性越强，选项B正确；同主族元素从上而下离子半径逐渐增大，离子半径越大，结合氢离子的能力越弱，无氧酸的酸性越强，故酸性：

HCl＜HI不能说明氯元素的强于碘元素，选项C不正确；Fe3＋可以氧化I－，但不能氧化Cl－，说明I－的还原性强于Cl－，简单离子的还原性越强，对应单质的氧化性越弱，则元素的非金属性越弱，选项D正确。

题组四　同主族元素性质递变规律

10．（2018·清华大学附中月考）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＜I

C．HAt非常稳定

D．I2能从砹的可溶性盐溶液中置换出At2

考点　卤素性质与原子结构的关系

题点　利用同族递变性推测元素的性质

答案　C

解析　同主族从上到下元素的单质从气态、液态、固态变化，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小于I，故B正确；同一主族元素中，其非金属性随着原子序数的增大而减小，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的增大而减弱，所以I2可以把砹从砹的可溶性的盐溶液中置换出来，故D正确。

11．铯是一种碱金属元素，下列关于铯的叙述中，正确的是（　　）

A．CsOH是一种可溶于水的强碱

B．Cs在空气中燃烧，生成一种氧化物Cs2O

C．Cs与水反应，能发生爆炸，并放出O2

D．加热Cs2CO3，可生成氧化铯和二氧化碳

考点　碱金属单质的性质

题点　碱金属性质的预测

答案　A

12．借助碱金属和卤族元素的递变性分析下面的推断，其中正确的是（　　）

A．已知Ca是第四周期ⅡA族的元素，故Ca（OH）2的碱性比Mg（OH）2的碱性弱

B．已知As是第四周期ⅤA族的元素，故AsH3的稳定性比NH3的稳定性强

C．已知Cs的原子半径比Na的原子半径大，故Cs与水反应不如Na与水反应剧烈

D．已知Cl的核电荷数比F的核电荷数多，故Cl的原子半径比F的原子半径大

考点　卤素性质与原子结构的关系

题点　同族元素递变性的综合应用

答案　D

解析　由碱金属元素和卤族元素的递变性可知，同主族元素从上到下金属性递增，非金属性递减，最高价氧化物对应的水化物碱性增强，金属活动性增强，非金属气态氢化物稳定性减弱，A、B、C错误；同主族元素随核电荷数增大，原子半径递增，D正确。

[综合强化]

13．某同学为验证同主族元素性质的递变规律，准备了如下药品：

①氯化钠溶液　②氢氧化钠溶液　③硝酸　④水⑤钠　⑥镁条　⑦铝条　⑧钾

（1）准备选用的药品是__________。

（2）所做的实验是________________________________________________________

__________________________________________________________（用化学方程式表示），

判断依据___________________________________________________________。

考点　碱金属的性质与原子结构的关系

题点　同族性质递变性的验证

答案　

（1）④⑤⑧

（2）2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑、2K＋2H2O===2KOH＋H2↑　钾与水反应比钠与水反应剧烈，推断钾比钠活泼

解析　钠、钾与水反应的共同点：

①都浮在水面上，②四处游动，③熔化为一个闪亮的小球，④有“嘶嘶”的响声；

不同点：

钾与水反应比钠与水反应更剧烈，反应可产生火焰，并发出轻微的爆炸声。

14．据报道，德国科学家实现了铷原子气体超流体态与绝缘态的可逆转换，该成果将给量子计算机的研究带来重大突破。

已知铷是37号元素。

根据相关知识回答下列问题：

（1）铷（Rb）位于元素周期表的第______周期______族。

（2）关于铷的结构和性质判断正确的是________（填序号）。

①与水反应比钠剧烈

②原子半径比钠小

③氧化物暴露在空气中易吸收CO2

④阳离子最外层电子数和镁相同

⑤是还原剂

（3）现有铷和另一种碱金属形成的合金50g，当它与足量水反应时，放出标准状况下的氢气22.4L，这种碱金属可能是________（填字母）。

a．Lib．Nac．Kd．Cs

考点　碱金属单质的性质

题点　碱金属结构与性质的综合

答案　

（1）五　ⅠA　

（2）①③⑤　（3）ab

解析　

（1）由Rb的原子序数是37可推知Rb位于第五周期ⅠA族。

（2）由Rb的原子结构示意图可知②④不正确；又因Na和Rb同主族，根据同主族元素性质的递变规律知，Rb的金属性比Na强，故①③⑤正确。

（3）设该合金的平均相对原子质量为M，则根据得失电子守恒得

×1＝

×2，M＝25，因Mr（Rb）>25，则另一种碱金属的相对原子质量应小于25，可能为Li或Na。

15．某同学做同主族元素性质相似性、递变性实验时，自己设计了一套实验方案，并记录了有关实验现象（见下表，表中的“实验方案”与“实验现象”前后不一定是对应关系）。

实验方案

实验现象

①将氯水滴加到溴化钠溶液中，振荡后加入适量CCl4液体，振荡，静置

A.浮在水面上，熔成小球，不定向移动，随之消失

②将一小块金属钠放入冷水中

B.分层，上层无色，下层紫红色

③将溴水滴加到NaI溶液中，振荡后加入适量CCl4液体，振荡，静置

C.浮在水面上，熔成小球，不定向移动，并伴有轻微的爆炸声，很快消失

④将一小块金属钾放入冷水中

D.分层，上层无色，下层红棕色

请你帮助该同学整理并完成实验报告。

（1）实验目的：

__________________________________________________________。

（2）实验用品：

①试剂：

金属钠、金属钾、新制氯水、溴水、0.1mol·L－1NaBr溶液、0.1mol·L－1NaI溶液、CCl4液体等；

②仪器：

__________、__________、________、镊子、小刀、玻璃片等。

（3）实验内容（填写与实验方案对应的实验现象的标号和化学方程式）：

实验方案

实验现象

化学方程式

①

②

③

④

（4）实验结论：

________________________________________________________。

考点　卤素性质与原子结构的关系

题点　同族元素递变性的综合应用

答案　

（1）探究同主族元素性质的相似性和递变