高中化学新教材《研究同主族元素的性质》导学案+课时作业.docx

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高中化学新教材《研究同主族元素的性质》导学案+课时作业

第2课时　研究同主族元素的性质

核心素养发展重点

学业要求

从物质的微观结构说明同类物质具有相似性质的原因，解释同类物质的性质变化规律。

能利用元素在元素周期表中的位置和原子结构，分析、比较元素及其化合物的性质。

学生自主学习

1.卤族元素原子结构和性质的相似性和递变性

（1）卤族元素原子结构和性质的相似性

①原子的最外电子层都有

7个电子；

②最高正价除F外均显

＋7价，最低负价为

－1价；

③气态氢化物的通式为

HX（X表示卤素）；

④最高价氧化物对应的水化物的通式为HXO4（F除外），且都具有很强的

酸性；

⑤在氧化还原反应中，它们的单质常做

氧化剂。

（2）卤族元素原子结构和性质的递变性

2．碱金属元素原子结构和性质的相似性和递变性

（1）碱金属元素原子结构和性质的相似性

①原子的最外电子层都有

1个电子；

②最高化合价均为

＋1价；

③都是活泼的金属元素，单质都能与氧气、水等物质发生反应；

④最高价氧化物对应的水化物一般具有很强的

碱性。

（2）碱金属元素原子结构和性质的递变性

3．结论及解释

（1）结论：

同主族元素性质既具有相似性又有递变性。

（2）解释

课堂互动探究

一、卤族元素性质的相似性与递变性

写出证明卤族元素单质的氧化性由上到下逐渐减弱的离子方程式。

提示：

Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－，Cl2＋2I－===I2＋2Cl－，Br2＋2I－===I2＋2Br－。

1．卤素单质性质的相似性

（1）与H2反应：

X2＋H2

2HX（I2与H2的反应为可逆反应）。

（2）与活泼金属（如Na）反应：

2Na＋X2

2NaX。

（3）与H2O反应

①X2＋H2OHX＋HXO（X＝Cl、Br、I）；

②2F2＋2H2O===4HF＋O2。

2．卤素单质性质的递变性

（1）氧化性与还原性

随着原子序数的递增：

卤素单质的氧化性逐渐减弱，卤素阴离子的还原性逐渐增强。

①单质间的置换反应

Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－，

Cl2＋2I－===I2＋2Cl－，

Br2＋2I－===I2＋2Br－。

②卤素单质与变价金属（如Fe）反应时，F2、Cl2、Br2生成高价卤化物（如FeX3），而I2只能生成低价卤化物（如FeI2）。

（2）与H2反应的难易及氢化物稳定性

随着原子序数的递增，与H2反应越来越难，生成的氢化物的稳定性逐渐减弱。

F2＋H2===2HF（暗处发生爆炸），HF很稳定，

Cl2＋H2

2HCl，HCl较稳定，

Br2＋H2

2HBr，HBr不如HCl稳定，

I2＋H2

2HI，HI不稳定。

（3）HF为弱酸，HCl、HBr、HI均为强酸，且其酸性逐渐增强。

1．下列关于卤族元素的说法正确的是（　　）

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

B．卤族元素的单质只有氧化性

C．从F到I，原子得电子能力逐渐减弱

D．卤素单质与H2化合的难易程度按F2、Cl2、Br2、I2的顺序由难变易

答案　C

解析　F、Cl、Br、I的非金属性逐渐减弱，但HF、HCl、HBr、HI的酸性逐渐增强，A错误；氯气、溴、碘既有氧化性又有还原性，B错误；从F到I，原子核对最外层电子的吸引力逐渐减弱，原子得电子能力逐渐减弱，C正确；元素的非金属性越强，其单质与氢气越容易化合，非金属性F>Cl>Br>I，所以卤素单质与氢气化合按F2、Cl2、Br2、I2的顺序由易变难，D错误。

2．有关卤族元素性质的叙述正确的是（　　）

A．沸点：

F2>I2B．酸性：

HClO4>HBrO4

C．氧化性：

I2>Cl2D．非金属性：

Br>F

答案　B

解析　从F到I，卤素单质的沸点逐渐升高，A错误；从F到I，卤族元素的非金属性逐渐减弱，最高价氧化物对应的水化物的酸性逐渐减弱（F无最高价氧化物对应的水化物），卤素单质的氧化性逐渐减弱，B正确，C、D错误。

规律方法

（1）F无含氧酸，因为F无正价，HClO4是酸性最强的含氧酸。

（2）元素的非金属性强弱可以从其最高价氧化物对应水化物的酸性强弱，或从与氢气生成气态氢化物的难易程度以及气态氢化物的稳定性来判断。

二、碱金属元素性质的相似性与递变性

1．元素周期表中ⅠA族元素全部是碱金属元素吗？

提示：

ⅠA族元素除H外均属于碱金属元素。

2．将钾投入到氯化钠或硫酸铜溶液中能否置换出钠或铜？

提示：

不能。

钾很活泼，会与溶液中的水反应。

1．碱金属物理性质变化规律

随着原子序数的递增，碱金属单质的密度逐渐增大（钾反常），熔、沸点逐渐降低。

2．碱金属性质的递变规律

（1）随着原子序数的递增，碱金属元素的原子失电子能力逐渐增强，金属性逐渐增强，金属单质的还原性逐渐增强。

（2）随着原子序数的递增，碱金属单质与氧气反应越来越容易，生成的氧化物越来越复杂；与水反应越来越剧烈。

①Li与O2反应可生成Li2O，Na与O2反应可生成Na2O、Na2O2，而K与O2反应可生成KO2等。

②K与H2O反应会发生轻微爆炸，而Rb和Cs遇水发生剧烈爆炸。

③LiOH微溶，其他碱金属元素的最高价氧化物对应水化物均为易溶于水的强碱。

知识拓展

（1）碱金属单质与水反应的通式：

2R＋2H2O===2ROH＋H2↑（R代表碱金属单质）。

（2）钾与钠均保存在煤油中，锂一般保存在石蜡中。

3．下列关于锂、钠、钾、铷、铯元素的叙述不正确的是（　　）

①氢氧化物中碱性最强的是CsOH　②单质熔点最高的是铯　③其单质与O2反应均可得到多种氧化物　④其单质的密度依次增大，均要保存在煤油中　⑤其单质的还原性依次增强　⑥其对应阳离子的氧化性依次增强

A．①③⑤B．②④⑥

C．②③④⑥D．①⑤

答案　C

解析　根据元素周期律可知，Li、Na、K、Rb、Cs的金属性逐渐增强，氢氧化物中碱性最强的为CsOH，①正确；单质熔点最高的为Li，②错误；Li与O2反应时只生成Li2O，③错误；K的密度小于Na的密度，反常，Li的密度小于煤油的密度，常保存在石蜡中，④错误；由于Li、Na、K、Rb、Cs的金属性依次增强，故其单质的还原性依次增强，对应阳离子的氧化性依次减弱，⑤正确，⑥错误。

4．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

D．从Li到Cs，核电荷数依次增加，电子层数、原子半径依次增大

答案　B

解析　碱金属元素位于周期表ⅠA族，主族序数等于元素原子核外最外层电子数，故碱金属元素原子的最外层电子数为1，A正确；同主族元素从上到下，原子的核外电子层数依次增加，失电子能力逐渐增强，单质的还原性逐渐增强，还原性：

Li

LiOH

规律方法

元素金属性强弱的判断方法

比较元素金属性的强弱，其实质是看元素原子失电子能力的强弱，越易失去电子，金属性越强。

（1）根据元素原子结构判断

①当最外层电子数相同时，电子层数越多，原子半径越大，越易失去电子，金属性越强。

即同一主族元素从上到下，金属性逐渐增强。

②当电子层数相同时，核电荷数越多，原子半径越小，越难失去电子，金属性越弱。

即同一周期元素从左到右，金属性逐渐减弱。

（2）根据元素单质及其化合物的相关性质判断

①金属单质与水或酸（非氧化性酸）反应越剧烈，元素的金属性越强。

如钠与冷水剧烈反应，镁与冷水缓慢反应，则金属性：

Na>Mg。

②最高价氧化物对应的水化物的碱性越强，元素的金属性越强。

如碱性KOH>NaOH>LiOH，则金属性K>Na>Li。

（3）根据金属活动性顺序表判断

除ⅠA族、ⅡA族的金属单质外，前面的金属单质可以把后面的金属单质从其化合物中置换出来。

如2Al＋3Hg（NO3）2===2Al（NO3）3＋3Hg，则金属性Al>Hg。

（4）根据金属阳离子的氧化性强弱判断

非变价金属阳离子的氧化性越强，则对应金属元素的金属性越弱。

如氧化性Na＋Mg。

本课小结

课时作业

学习·理解

1．卤族元素是最活泼的一族非金属元素，下列关于卤族元素的说法正确的是（　　）

A．卤素单质的最外层电子数都是7

B．从上到下，卤素原子的电子层数依次增多，原子半径依次减小

C．从F到I，原子核对最外层电子的吸引能力依次减弱，原子得电子能力依次减弱

D．卤素单质与H2化合的容易程度为F2

答案　C

解析　卤素原子的最外层电子数都是7，A错误；从上到下，卤素原子的电子层数依次增多，原子半径依次增大，B错误；从F到I，原子核对最外层电子的吸引能力依次减弱，原子得电子能力依次减弱，C正确；卤素单质与H2化合的容易程度为F2>Cl2>Br2>I2，D错误。

2．锂（Li）是世界上最轻的金属，它属于碱金属的一种。

下列说法正确的是（　　）

A．碱金属单质在氧气中燃烧，都生成过氧化物

B．Li是碱金属原子中半径最小的原子

C．Li、Na、K、Rb＋的最外层都只有一个电子

D．Na＋比Li多一个电子层

答案　B

解析　碱金属单质在氧气中燃烧，并非都能生成过氧化物，如锂在氧气中燃烧只生成氧化锂，A错误；Li是碱金属元素原子中半径最小的原子，B正确；Li、Na、K的最外层都只有一个电子，Rb＋的最外层是8个电子，C错误；Na＋和Li的电子层数相同，都有2个电子层，D错误。

3．具有下列结构的原子一定属于碱金属元素的是（　　）

A．最外层只有一个电子

B．最外层电子数为次外层电子数的一半

C．M层电子数为K层电子数的

D．最外层电子数是电子层数的3倍

答案　C

解析　原子的最外层只有一个电子的元素，除碱金属元素以外，还可能是H元素，也可能是Cr、Cu等少数过渡元素，A错误；原子的最外层电子数为次外层电子数的一半，可以是Li、Si元素，B错误；原子的M层电子数为K层电子数的

，只能是Na元素，C正确；原子的最外层电子数是电子层数的3倍，只能是O元素，D错误。

4．下列关于卤素的叙述不正确的是（　　）

A．随核电荷数递增，卤素单质的熔、沸点升高

B．随核电荷数递增，卤化氢的稳定性增强

C．随核电荷数递增，卤素离子的还原性增强

D．随核电荷数递增，卤素原子半径增大

答案　B

解析　卤族元素从上到下，单质熔、沸点逐渐升高，A正确；同主族元素从上到下，元素的非金属性逐渐减弱，对应简单氢化物的稳定性逐渐减弱，B错误；卤族元素从上到下，单质氧化性逐渐减弱，对应X－的还原性逐渐增强，C正确；同主族元素从上到下，原子半径逐渐增大，D正确。

5．下列关于卤素（元素符号用X表示）的叙述中正确的是（　　）

A．从F2→I2，卤素单质的颜色随相对分子质量增大而逐渐加深

B．HX都极易溶于水，HX的热稳定性随X的核电荷数增加而增强

C．卤素单质与水反应均可用X2＋H2OHXO＋HX表示

D．X－的还原性依次为F－

答案　A

解析　氟气是淡黄绿色、氯气是黄绿色、溴是红棕色、碘是紫黑色，故从F2→I2，卤素单质的颜色随相对分子质量增大而逐渐加深，A正确；HX都极易溶于水，HX的热稳定性随X的核电荷数增加而减弱，B错误；卤素单质与水反应不能都用X2＋H2OHXO＋HX表示，如2F2＋2H2O===4HF＋O2，C错误；卤族元素从上到下，单质的氧化性逐渐减弱，对应阴离子的还原性逐渐增强，除氟气外，相对分子质量小的卤素单质均可将相对分子质量大的卤素从其盐溶液中置换出来，D错误。

6．镭（Ra）位于元素周期表中第7周期ⅡA族，下列关于镭的单质及其化合物的性质推测错误的是（　　）

A．镭的原子半径比钙的大

B．氯化镭的化学式为RaCl2

C．单质镭不能与水反应产生氢气

D．氢氧化镭的碱性比氢氧化钙的强

答案　C

解析　同主族元素从上到下，元素的原子半径逐渐增大，A正确；镭位于ⅡA族，所以镭的最高正化合价为＋2，则氯化镭的化学式为RaCl2，B正确；同主族元素从上到下，元素的金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱，最高价氧化物对应水化物的碱性也逐渐增强，镁、钙都能与水反应产生氢气，所以单质镭也能与水反应产生氢气，C错误，D正确。

7．下列对碱金属的叙述，其中完全不正确的组合是（　　）

①钾通常保存在煤油中，以隔绝与空气的接触

②碱金属常温下呈固态，取用时可直接用手拿

③碱金属中还原性最强的是钾

④碱金属阳离子，氧化性最强的是Li＋

⑤碱金属的原子半径和离子半径都随核电荷数的增大而增大

⑥从Li到Cs，碱金属的密度越来越大，熔、沸点越来越高

A．②③⑥B．②③④C．④⑤⑥D．①③⑤

答案　A

解析　②中碱金属不可直接用手拿，否则会和手上的汗水反应生成强碱而腐蚀皮肤；③碱金属中还原性最强的不是钾；⑥从Li到Cs，密度呈增大趋势，但K的密度小于Na；碱金属的熔、沸点越来越低。

所以②③⑥错误，故选A。

应用·实践

8．关于F、Cl、Br、I性质的比较，下列说法不正确的是（　　）

A．酸性：

HIO4

B．还原性：

HF>HCl>HBr>HI

C．单质的颜色随核电荷数的增加而加深

D．与氢气反应的剧烈程度：

I2

答案　B

解析　因非金属性：

Cl>Br>I，则最高价氧化物对应水化物的酸性：

HClO4>HBrO4>HIO4，A正确；从F→I，卤族元素的非金属性逐渐减弱，对应氢化物的还原性逐渐增强，B错误；卤族元素由上到下，单质的颜色逐渐加深，依次是浅黄绿色、黄绿色、红棕色、紫黑色，C正确；卤族元素的非金属性随着原子序数增大而减弱，元素的非金属性越强，其单质与氢气反应越剧烈，则与氢气反应的剧烈程度：

I2

9．已知常温下氯酸钾与浓盐酸反应放出氯气，现进行氯气的性质实验（如图）。

玻璃管内装有分别滴有不同溶液的白色棉球，反应一段时间后，对图中指定部位颜色描述正确的是（　　）

答案　C

解析　常温下氯酸钾与浓盐酸反应放出Cl2，Cl2的颜色是黄绿色，①处充满黄绿色的Cl2；Cl2进入玻璃管后与②处NaBr溶液发生置换反应生成Br2，溴的水溶液颜色为橙色，所以②处的白色棉球变为橙色；Cl2和③处KI溶液反应置换出I2，淀粉溶液遇I2变蓝，③处棉球变为蓝色；④处Cl2与NaOH溶液反应生成NaCl、NaClO，棉球本身是白色的，所以④处的颜色为白色。

10．下列各组比较不正确的是（　　）

A．锂与水反应不如钠与水反应剧烈

B．还原性：

K>Na>Li，故K可以从NaCl溶液中置换出金属钠

C．熔、沸点：

Li>Na>K

D．碱性：

LiOH

答案　B

解析　锂的金属性比钠弱，与水反应不如钠剧烈，故A正确；虽然单质的还原性强弱顺序为K>Na>Li，但K不能置换出NaCl溶液中的钠，而是先和水反应，故B错误；碱金属元素从Li到Cs，熔、沸点逐渐降低，即熔、沸点：

Li>Na>K，故C正确；从Li到Cs，碱金属元素的金属性逐渐增强，其最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐增强，即碱性：

LiOH

11．下列物质的性质比较，正确的是（　　）

A．气态氢化物的稳定性：

HF>HCl>H2S

B．碱性：

NaOH>KOH>RbOH

C．还原性：

F－>Cl－>Br－>I－

D．酸性：

H2SO4>HClO4>HBrO4

答案　A

解析　元素的非金属性越强，对应气态氢化物的稳定性越强，故气态氢化物的稳定性：

HF>HCl>H2S，A正确；元素的金属性越强，最高价氧化物对应水化物的碱性越强，则碱性：

RbOH>KOH>NaOH，B错误；非金属单质的氧化性越强，对应简单阴离子的还原性越弱，则还原性：

F－

HClO4>H2SO4，D错误。

12．下列有关物质性质的比较正确的是（　　）

①同主族元素从上到下，单质的氧化性逐渐减弱，熔点逐渐降低　②元素的非金属性越强，气态氢化物的热稳定性越弱　③单质与水反应的剧烈程度：

F2>Cl2>Br2>I2　④元素非金属性越强，对应气态氢化物水溶液的酸性越强　⑤还原性：

S2－>Se2－　⑥碱性：

NaOH>Mg（OH）2

A．①③B．②④C．③⑥D．⑤⑥

答案　C

解析　同主族非金属元素从上到下，单质的氧化性逐渐减弱，熔点逐渐升高，①错误；元素的非金属性越强，气态氢化物的热稳定性越强，②错误；元素的非金属性越强，其单质与水反应越剧烈，③正确；元素的非金属性越强，其气态氢化物水溶液的酸性不一定越强，例如非金属性：

F>Cl，而酸性：

HF

③⑥正确，故选C。

13．下列有关碱金属、卤素原子结构和性质的描述，正确的个数为（　　）

①随着核电荷数的增加，碱金属单质、卤素单质的熔、沸点依次升高；密度依次增大　②F、Cl、Br、I的最外层电子数都是7，次外层电子数都是8　③碱金属单质的金属性很强，均易与氧气发生反应，加热时生成的氧化物形式为R2O　④根据同族元素性质的递变规律推测，At2与H2化合较难，砹化银也难溶于水　⑤根据Cl、Br、I的非金属性依次减弱，可推出HCl、HBr、HI的酸性依次减弱　⑥碱金属都应保存在煤油中　⑦卤素按F、Cl、Br、I的顺序非金属性逐渐减弱的原因是随着核电荷数的增加，电子层数增多，原子半径增大　⑧碳酸铯不易发生分解反应生成氧化铯和二氧化碳

A．2B．3C．4D．5

答案　B

解析　碱金属单质的熔、沸点随着原子序数的递增而降低，碱金属单质的密度随着原子序数的递增呈增大趋势（K反常）；卤素单质的熔、沸点随着原子序数的递增而升高，密度随着原子序数递增而增大，①错误；F是9号元素，原子次外层电子数为2，最外层电子数为7，Cl、Br、I的最外层电子数都是7，次外层电子数分别是8、18、18，②错误；碱金属单质的金属性很强，均易与氧气发生反应，加热时，锂生成氧化锂，钠生成过氧化钠，③错误；砹的原子序数大于碘，根据同族元素性质的递变规律可以推测，At2与氢气化合较难，砹化银也难溶于水，④正确；元素的非金属性强弱与其对应氢化物溶液的酸性强弱无关，因此由Cl、Br、I的非金属性逐渐减弱，无法推出HCl、HBr、HI的酸性强弱，⑤错误；Li的密度比煤油小，不能保存在煤油中，应该保存在石蜡中，⑥错误；F、Cl、Br、I位于同一主族，原子序数逐渐增大，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减小，得电子的能力逐渐降低，故非金属性逐渐减弱，⑦正确；氧化铯是活泼金属氧化物，易和二氧化碳发生反应，所以碳酸铯不易发生分解反应生成氧化铯和二氧化碳，⑧正确。

综合以上分析可知B正确。

14．我国科学家通过与多个国家进行科技合作，成功研发出铯（Cs）原子喷泉钟，使我国时间频率基准的精度从30万年不差1秒提高到600万年不差1秒，标志着我国时间频率基准研究进入世界先进行列。

已知铯位于元素周期表中第6周期ⅠA族，根据铯在元素周期表中的位置，推断下列内容：

（1）铯的原子核外共有________个电子层，最外层电子数为________。

（2）铯单质与水剧烈反应，放出________色气体，生成的溶液使紫色石蕊试纸显________色。

（3）预测铯单质的还原性比钠单质的还原性________（填“弱”或“强”）。

答案　

（1）6　1　

（2）无　蓝　（3）强

解析　

（1）铯在元素周期表中位于第6周期ⅠA族，则铯原子核外共有6个电子层，最外层电子数为1。

（2）金属性：

Cs>Na，故Cs与水反应更剧烈，反应的化学方程式为2Cs＋2H2O===2CsOH＋H2↑，生成物为氢气和氢氧化铯（水溶液显碱性），则观察到有无色气体生成，生成的溶液使紫色石蕊试纸显蓝色。

（3）同主族元素从上到下金属性逐渐增强，则铯单质的还原性比钠单质的还原性强。

迁移·创新

15．下表为元素周期表的一部分，请参照元素①～⑧在表中的位置，用化学用语回答下列问题：

（1）④⑤⑥的原子半径由大到小的顺序为________________。

（2）②③⑦的最高价含氧酸的酸性由强到弱的顺序是________________。

（3）⑥的单质与⑤的最高价氧化物对应的水化物发生反应的化学方程式：

____________________________________________。

（4）由表中元素形成的常见物质X、Y、Z、M、N可发生如图所示的反应，则X与Y在水中反应的离子方程式为________________________________。

答案　

（1）r（Na）>r（Al）>r（O）

（2）HNO3>H2CO3>H2SiO3

（3）2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al（OH）4]＋3H2↑

（4）Al3＋＋3NH3＋3H2O===Al（OH）3↓＋3NH

解析　根据元素在周期表中的分布，可以知道①是H，②是C，③是N，④是O，⑤是Na，⑥是Al，⑦是Si，⑧是Cl。

（1）电子层数越多原子半径越大，则r（Al）>r（O），电子层数相同的主族元素原子，核电荷数越多半径越小，则r（Na）>r（Al），故r（Na）>r（Al）>r（O）。

（2）②、③是C、N，是同周期主族元素，根据元素周期律：

从左到右元素非金属性逐渐增强，最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐增强，所以酸性：

HNO3>H2CO3；②、⑦是C、Si，是同主族元素，根据元素周期律：

从上到下元素非金属性逐渐减弱，最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐减弱，所以酸性：

H2CO3>H2SiO3。

（3）⑥的单质Al与⑤的最高价氧化物对应的水化物NaOH发生反应生成四羟基合铝酸钠和氢气，化学方程式：

2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al（OH）4]＋3H2↑。

（4）由题图可知，M是仅含非金属元素的盐，所以一定是铵盐；结合Z

N―→⑥的单质，⑥是金属铝，所以推断N是氧化铝，电解生成金属铝，Z是氢氧化铝，受热分解生成氧化铝；结合反应：

X＋Y＋H2O―→Al（OH）3↓＋NH

可知，反应的离子方程式为Al3＋＋3NH3＋3H2O===Al（OH）3↓＋3NH

。