高中化学 112 元素的性质与原子结构教师用书 新人教版必修2.docx
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高中化学112元素的性质与原子结构教师用书新人教版必修2
第2课时 元素的性质与原子结构
[目标导航] 1.了解碱金属、卤素原子在周期表中的位置。
2.了解碱金属、卤素原子的结构特点，了解原子结构与元素性质的关系。
3.了解碱金属、卤素性质的相似性与递变性，并能初步运用原子结构理论解释。
一、碱金属元素
1．结构特点
（1）完成表格
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
碱
金
属
元
素
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
（2）得出结论：
碱金属元素原子结构的共同点是最外层电子数均为1，不同点是电子层数和原子半径不同，其变化规律是随着核电荷数的增加，电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大。
2．碱金属的性质
（1）物理性质
（2）化学性质
①与O2反应
碱金属
化学反应方程式
反应程度
产物复杂
程度
活泼性
Li
4Li＋O2
2Li2O
Na
2Na＋O2
Na2O2
K
K＋O2
KO2
Rb
－
Cs
－
②与水反应
碱金属
钾
钠
实验操作
实验现象
熔成小球，浮于水面，四处游动，有轻微爆炸声，反应后溶液加酚酞变红
熔成小球，浮于水面，四处游动，有“嘶嘶”的响声，反应后溶液加酚酞变红
实验原理
2K＋2H2O===2KOH＋H2↑
2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑
结论
钾比钠的活动性强
议一议
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”
（1）碱金属元素原子的次外层电子数都是8个（ ）
（2）化合物中碱金属元素的化合价都为＋1价（ ）
（3）碱金属元素的原子半径随核电荷数的增大而增大（ ）
（4）碱金属单质的化学性质活泼，易失电子发生还原反应（ ）
（5）Li在空气中加热生成LiO2（ ）
答案
（1）×
（2）√ （3）√ （4）× （5）×
2．钾与水（含酚酞）反应的实验现象能表明钾的一些性质，请连一连。
（1）钾浮在水面上 A．钾与水反应放热且钾的
熔点较低
（2）钾熔化成闪亮的小球B．钾与水反应剧烈，放出的热使生成的H2燃烧
3钾球四处游动，并有轻,微的爆鸣声C．钾的密度比水小
（4）溶液变为红色D．钾与水反应后
的溶液呈碱性
答案
（1）—C
（2）—A （3）—B （4）—D
二、卤族元素
1．原子结构
（1）完成表格：
元素名称
氟（F）
氯（Cl）
溴（Br）
碘（I）
原子序数
9
17
35
53
原子结构
示意图
最外层电子数
7
7
7
7
电子层数
2
3
4
5
原子半径
由小到大
（2）得出结论：
卤族元素原子结构的共同点是最外层电子数都是7，不同点是电子层数和原子半径不同，其变化规律是随着原子序数增大，电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大。
2．卤族元素单质的性质
（1）物理性质
（2）化学性质
①与H2反应
a．填写下表：
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
不稳定
I2
不断加热
H2＋I2
2HI
很不稳定
b.得出结论：
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
a．填写下表：
实验操作
实验现象
化学方程式
静置后，液体分层，上层无色，下层橙红色
2NaBr＋Cl2===2NaCl＋Br2
静置后，液体分层，上层无色，下层紫红色
2KI＋Br2===2KBr＋I2
静置后，液体分层，上层无色，下层紫红色
2KI＋Cl2===2KCl＋I2
b.得出结论：
Cl2、Br2、I2三种卤素单质的氧化性由强到弱的顺序是Cl2＞Br2＞I2，相应卤素离子的还原性由强到弱的顺序是I－＞Br－＞Cl－。
提醒 因为F2能与H2O发生反应（2F2＋2H2O===4HF＋O2），所以F2不能从其他卤化物的盐溶液中置换出卤素单质。
议一议
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”（X代表卤素）
（1）卤素单质与水反应均可用X2＋H2O===HXO＋HX表示（ ）
（2）HX都极易溶于水，它们的热稳定性随核电荷数增加而增强（ ）
（3）卤素单质的颜色从F2―→I2按相对分子质量增大而加深（ ）
（4）将F2通入NaCl溶液中可置换出Cl2（ ）
答案
（1）×
（2）× （3）√ （4）×
解析
（1）F2与H2O反应为2F2＋2H2O===4HF＋O2，不可用X2＋H2O===HXO＋HX表示。
（2）HX的热稳定性随核电荷数的增加而减弱。
（4）F2性质极活泼，遇盐溶液先和水反应，故不能将卤素从它的盐溶液里置换出来。
2．已知还原性I－>Br－>Cl－>F－，试从原子结构的角度分析原因。
答案 还原性即微粒失去电子的能力。
按I－→Br－→Cl－→F－的顺序，离子的半径逐渐减小，原子核对最外层电子的吸引力逐渐增大，失去电子的能力逐渐减弱，故还原性逐渐减弱。
一、碱金属元素单质化学性质的相似性和递变性
例1
下列对碱金属性质的叙述中，正确的是（ ）
A．碱金属元素的单质具有强还原性，可置换出硫酸铜溶液中的铜单质
B．单质在空气中燃烧生成的都是过氧化物
C．碱金属单质与水反应生成碱和氢气
D．单质熔、沸点随着原子序数递增而升高
解析 A项中碱金属元素的单质具有强还原性，但活泼的金属易与H2O反应，故不能从盐溶液中置换出不活泼的金属，A项错；锂在空气中燃烧生成的是氧化锂，而不是过氧化锂，B项错；碱金属单质的熔、沸点随着原子序数的递增而降低，D项错；碱金属都能与水反应生成对应的碱和氢气，只是反应越来越剧烈，C项正确。
答案 C
归纳总结
碱金属的原子结构与化学性质的关系
（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，它们的单质都具有较强的还原性，它们都能与氧气等非金属单质及水反应。
碱金属与水反应的通式为2R＋2H2O===2ROH＋H2↑（R表示碱金属元素）。
（2）递变性
随着原子序数的递增，原子半径逐渐增大，原子核对最外层电子的引力逐渐减小，碱金属元素的原子失电子能力逐渐增强，金属性逐渐增强。
①
②与O2的反应越来越剧烈，产物更加复杂，如Li与O2反应只能生成Li2O，Na与O2反应还可以生成Na2O2，而K与O2反应能够生成KO2等。
③与H2O的反应越来越剧烈，如K与H2O反应可能会发生轻微爆炸，Rb与Cs遇水发生剧烈爆炸。
④最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐增强，CsOH的碱性最强。
变式训练1 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＜NaOH＜KOH
答案 B
解析 锂的活泼性比钠弱，与水反应不如钠剧烈，A正确；还原性：
K＞Na＞Li，但K不能置换出NaCl溶液中的Na，而是先与H2O反应，B错误；碱金属元素从Li到Cs，熔、沸点逐渐降低，即Li＞Na＞K＞Rb＞Cs，C正确；从Li到Cs，碱金属元素的金属性逐渐增强，对应最高价氧化物的水化物的碱性依次增强，即碱性：
LiOH＜NaOH＜KOH＜RbOH＜CsOH，D正确。
二、卤素单质的相似性、递变性和特性
例2
下列对卤素的说法不符合递变规律的是（ ）
A．F2、Cl2、Br2、I2的氧化性逐渐减弱
B．HF、HCl、HBr、HI的热稳定性逐渐减弱
C．F－、Cl－、Br－、I－的还原性逐渐增强
D．卤素单质按F2、Cl2、Br2、I2的顺序颜色变浅，密度增大
解析 从F→I原子半径依次增大，单质氧化性逐渐减弱，则阴离子的还原性逐渐增强，氢化物的稳定性逐渐减弱，卤素单质按F2、Cl2、Br2、I2的顺序颜色逐渐变深，密度也逐渐增大。
答案 D
归纳总结
卤素的原子结构与化学性质的关系
（1）相似性（X表示卤素元素）
卤素原子都容易得到一个电子使其最外层达到8个电子的稳定结构，它们的单质都是活泼的非金属单质，都具有较强的氧化性。
①与H2反应：
X2＋H2
2HX。
②与活泼金属（如Na）反应：
2Na＋X2
2NaX。
③与H2O反应
a．X2＋H2O===HX＋HXO（X＝Cl、Br、I）；
b．2F2＋2H2O===4HF＋O2。
④与NaOH溶液反应
X2＋2NaOH===NaX＋NaXO＋H2O（X＝Cl、Br、I）。
（2）递变性（X表示卤素元素）
随着原子序数的递增，原子半径逐渐增大，原子核对最外层电子的引力逐渐减小，卤素原子得电子的能力逐渐减弱，非金属性逐渐减弱。
①
②与H2反应越来越难，对应氢化物的稳定性逐渐减弱，还原性逐渐增强，即：
稳定性：
HF＞HCl＞HBr＞HI；
还原性：
HF＜HCl＜HBr＜HI。
③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）。
④氢化物都易溶于水，其水溶液酸性依次增强。
⑤最高价氧化物的水化物的酸性逐渐减弱，即酸性：
HClO4＞HBrO4＞HIO4，HClO4是已知含氧酸中酸性最强的酸。
变式训练2 砹是现知原子序数最大的卤族元素，根据卤素性质的递变规律，对砹及其化合物的叙述，正确的是（ ）
A．与H2化合能力：
At2>I2
B．砹在常温下为白色固体
C．砹原子的最外电子层上有7个电子
D．砹能从NaCl溶液中置换出氯单质
答案 C
解析 从F2到At2，元素的非金属性逐渐减弱，与H2化合能力逐渐减弱，A项不正确；由F2到I2，单质的颜色依次加深，I2是紫黑色固体，则砹为黑色固体，B项不正确；卤族元素的原子，最外层上都有7个电子，C项正确；因氧化性Cl2>At2，所以At2不能从NaCl溶液中置换出Cl2，D项不正确。
规律总结
卤素的特性
（1）氟元素无正价，无含氧酸。
F－的还原性极弱。
（2）X2＋H2O===HX＋HXO而2F2＋2H2O===4HF＋O2。
（3）Br2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。
三、同主族元素性质的递变规律
例3
下列关于主族元素的说法错误的是（ ）
A．同主族元素随着原子序数递增，元素金属性增强
B．同主族元素随着原子序数递增，元素单质的熔、沸点逐渐升高
C．同主族元素原子最外层电子数都相同
D．同主族元素最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐减弱，碱性逐渐增强
解析 同主族元素随着原子序数的递增，电子层数逐渐增多，失电子能力逐渐增强，得电子能力逐渐减弱，即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逐渐增强，酸性逐渐减弱，A项、D项都正确；对于同主族的金属元素，单质的熔、沸点从上到下逐渐降低，对于同主族的非金属元素，单质的熔、沸点从上到下逐渐升高，B项错误；同主族元素原子最外层电子数都相同，C项正确。
答案 B
归纳总结
1．元素的性质与原子结构的关系
元素性质与原子结构密切相关，主要与原子核外电子的排布特别是最外层电子数有关。
原子结构不同，元素性质不同；原子结构相似，元素性质相似；原子结构发生规律性递变，元素性质发生规律性递变。
原子结构相似的同族元素，它们在化学性质上表现出相似性和递变性。
2．同主族元素性质的递变规律
从碱金属元素和卤素的性质来看，同主族从上至下元素及其典型化合物性质的递变规律如下表所示。
物质类别
性质
递变规律
元素
元素金属性
逐渐增强
元素非金属性
逐渐减弱
单质
氧化性
逐渐减弱
还原性
逐渐增强
非金属元素氢化物
气态稳定性
逐渐减弱
水溶液酸性
逐渐增强
还原性
逐渐增强
最高价氧化物
对应水化物
碱性
逐渐增强
酸性
逐渐减弱
变式训练3 下列说法中错误的是（ ）
A．钾的金属性比钠强
B．溴的非金属性比氯强
C．NaOH的碱性比LiOH强
D．HCl的热稳定性比HBr强
答案 B
解析 由于金属性K>Na>Li，故碱性KOH>NaOH>LiOH；非金属性Cl>Br，则其对应氢化物的热稳定性HCl>HBr。
1．关于碱金属元素的说法中正确的是（ ）
A．ⅠA族元素都是碱金属元素
B．碱金属单质可将铜从其盐溶液中置换出来
C．金属钾具有强还原性，K＋具有强氧化性
D．Cs常温下与水反应会发生爆炸
答案 D
解析 ⅠA族元素还有氢元素，A错；碱金属单质非常活泼，在水溶液中先与水反应生成强碱再与铜离子反应生成Cu（OH）2沉淀，而不能将铜置换出来，B错；由于钾原子的最外层只有1个电子，钾单质具有较强的还原性，但是其失去电子后形成的K＋最外层已经达到8电子的稳定结构，其氧化性非常弱，C错；Cs是还原性比Li、Na、K、Rb都强的金属单质，与水反应会发生爆炸，D正确。
2．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．卤素各单质都能与水剧烈反应
D．卤素的单质都能与氢气反应，且气态氢化物的稳定性随单质氧化性的增强而增强
答案 D
解析 卤素能与其他非金属化合，如H、C等；卤素单质越活泼，其相对分子质量越小，其熔、沸点越低；卤素单质中只有氟能与水剧烈反应。
3．已知锂及其化合物的许多性质与碱金属差异较大，却与镁相似。
下列有关锂及其化合物的叙述不正确的是（ ）
A．碳酸锂受强热很难分解
B．碳酸锂的溶解度比碳酸氢锂的小
C．锂在过量氧气中燃烧，主要产物是氧化锂而不是过氧化锂
D．锂可以与氮气化合生成氮化锂（Li3N）
答案 A
解析 解题时充分利用题目信息，锂及其化合物的性质与镁的相似，MgCO3煅烧分解成MgO和CO2，由此可知，Li2CO3也易分解。
4．如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
答案 C
解析 由图可知，随着核电荷数的增大，碱金属的性质呈增大趋势，而碱金属单质的熔、沸点随核电荷数的增大而降低。
5．
（1）向NaBr和KI的混合溶液中，通入足量的Cl2后，将溶液蒸干并灼烧，最后蒸发皿中剩余的物质是________，写出反应的化学方程式：
_____________________________________。
（2）向KI溶液中滴入淀粉溶液，现象是______________，再滴入氯水，现象是______________；有关反应的离子方程式为_______________________________________________。
答案
（1）NaCl、KCl 2NaBr＋Cl2===2NaCl＋Br2,2KI＋Cl2===2KCl＋I2
（2）无明显变化 溶液变蓝色 Cl2＋2I－===2Cl－＋I2
6．
（1）常见卤素氢化物中最不稳定的是__________（写化学式）。
（2）下列单质熔、沸点随原子序数递增而升高的是_____________________________________
（填字母，下同）。
A．碱金属元素B．卤族元素
（3）下列反应中，更剧烈的是__________。
A．钠与水反应B．钾与水反应
（4）取下列溶液分装两试管，再分别依次加入少量氯水和少量四氯化碳，用力振荡、静置后，四氯化碳层显紫红色的是__________。
A．溴化钠溶液B．碘化钾溶液
答案
（1）HI
（2）B （3）B （4）B
解析 卤素中碘元素的非金属性最弱，氢化物最不稳定的是HI；碱金属元素的单质熔、沸点随原子序数递增而降低，卤素单质熔、沸点随原子序数递增而升高；钾比钠活泼，与水反应更剧烈；氯水与NaBr、KI溶液分别生成Br2、I2，而二者的四氯化碳溶液分别为橙色、紫红色。
[基础过关]
题组1 碱金属元素性质的考查
1．下列对碱金属性质的叙述中，正确的是（ ）
①都是银白色的柔软金属（除铯外），密度都比较小 ②单质在空气中燃烧生成的都是过氧化物 ③碱金属单质都与水剧烈反应 ④单质的熔、沸点随着原子序数的增加而升高
A．①③B．②④C．①④D．②③
答案 A
解析 除铯外，碱金属单质均为银白色金属，质软，有延展性，密度较小，①正确；碱金属单质在空气中燃烧时，产物不同，Li生成Li2O，Na生成Na2O2，K、Rb、Cs则生成较复杂的氧化物，②错误；碱金属单质性质活泼，都能与水剧烈反应，③正确；碱金属单质的熔、沸点随着原子序数的增加而逐渐降低，④错误。
2．已知钡的金属活动性处于钾和钠之间。
则下列变化中可能实现的是（ ）
A．钡可从氯化钠溶液中置换出金属钠
B．钡可从冷水中置换出氢气
C．钡可从硫酸铜溶液中置换出铜
D．在溶液中Ba2＋可氧化金属锌，生成Zn2＋
答案 B
解析 由于钡可以与水反应，所以钡和钠一样并不能置换出水溶液中的金属离子。
题组2 卤素性质的考查
3．卤素是最活泼的一族非金属，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，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，原子的得电子能力依次减弱
D．卤素单质与H2化合由易到难顺序为F2＜Cl2＜Br2＜I2
答案 C
解析 卤素原子最外层有7个电子，而不是单质最外层有7个电子，A错误；卤素原子从F到I，电子层数依次增多，半径依次增大，原子核对最外层电子吸引能力依次减弱，原子得电子能力依次减弱，B错误，C正确；单质与H2化合由易到难顺序为F2＞Cl2＞Br2＞I2，D错误。
4．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
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叙述错误，⑤叙述正确；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叙述正确；HF、HCl、HBr、HI的稳定性逐渐减弱，③叙述错误；F2、Cl2、Br2、I2在通常情况下其状态变化为气→液→固，则沸点逐渐升高，④叙述正确，C正确。
5．往碘化钾溶液中先加入氯水，再加入CCl4振荡，静置后出现分层，下层呈（ ）
A．橙红色B．紫红色
C．无色D．深褐色
答案 B
解析 碘化钾中加入氯水发生反应2KI＋Cl2===2KCl＋I2，加入CCl4后由于碘易溶于CCl4，CCl4层（下层）呈现紫红色。
6．下列关于卤素（用X表示）的叙述正确的是（ ）
A．其单质都能与水反应，通式为X2＋H2O===HX＋HXO
B．HX易溶于水，其水溶液都是强酸
C．其单质都有颜色，都有毒
D．最高价含氧酸的通式为HXO4
答案 C
解析 本题考查卤素及有关化合物的基本知识规律，解答好本题，除掌握一般规律外，要注意F2及F的化合物的特殊性：
①F2与水反应置换H2O中的O生成O2，不像其他卤素单质，②F是最强的非金属，在化合物中不表现正价，HF的溶液表现弱酸性。
7．若能发现第117号元素X，它的原子结构与卤族元素相似，电子排布有7个电子层，且最外层有7个电子。
下列叙述中正确的是（ ）
A．此X元素的气态氢化物的化学式为HX，在常温下很稳定
B．其单质带有金属光泽，具有强氧化性，可与KI发生置换反应生成I2
C．其单质的分子式为X2，易溶于有机溶剂
D．AgX是一种有色的易溶于水的化合物
答案 C
解析 因为此X显－1价，所以X元素的气态氢化物的化学式为HX，但由于X的非金属性很弱，所以HX在常温下很不稳定，A错误；X单质氧化性比碘弱，不可与KI发生置换反应，B错误；类比Br2、I2等，C正确；类比AgCl、AgBr等，D错误。
题组3 卤素互化物的性质
8．溴化碘（IBr）的化学性质很像卤素的单质，它能与大多数金属、非金属化合生成卤化物，它也能与水发生以下反应：
IBr＋H2O===HBr＋HIO。
下列有关IBr的叙述中，不正确的是（ ）
A．在很多反应中IBr是强氧化剂
B．IBr与水反应时既作氧化剂，又作还原剂
C．IBr与AgNO3溶液反应会生成AgBr沉淀
D．IBr与NaOH溶液反应时，生成NaBr和NaIO
答案 B
解析 此题是一道信息题，题中给出了三点信息：
①溴化碘（IBr）暗示Br呈－1价，I呈＋1价；②IBr性质与卤素相似；③IBr与水反应生成HIO和HBr。
由②可知，IBr是一种强氧化剂。
分析IBr中各元素的化合价，确定碘为＋1价，溴为－1价。
再结合③，可知IBr与水的反应不是氧化还原反应，而是复分解反应。
因此，A、C、D正确，B不正确。
题组4 位、构、性关系考查
9．已知元素aA、bB、cC、dD、eE的原子的结构示意图分别为
请回答下列问题：
（1）属于同周期的元素是__________（填元素符号，下同），属于同主族的元素__________。
（2）金属性最强的元素是__________，非金属性最强的元素是__________。
（3）上述元素中最高价氧化物对应的水化物碱性最强的是__________。
答案
（1）Na、Al、Cl F、Cl、Br
（2）Na F （3）NaOH
解析
（1）弄清原子结构示意图与元素在周期表中的位置关系，即电子层数与周期数相等，所以A、B、C同周期。
主族的族序数与最外层电子数相等，所以B、D、E同主族。
（2）同周期从左到右金属性减弱，非金属性增强；同主族从上到下金属性增强，非金属性减弱。
所以Na的金属性最强，F的非金属性最强。
（3）金属性越强，最高价氧化物对应的水化物碱性越强。
10．下表为元素周期表的一部分。
族
周期
ⅠA
ⅡA
ⅢA
ⅣA
ⅤA
ⅥA
ⅦA
一
①
二
②
③
④
⑤
⑥
三
⑦
⑧
⑨
⑩
四
⑪
⑫
⑬
（1）表中元素________的非金属性最强；元素________的金属性最强；元素________的单质室温下呈液态（填写元素符号）。
（2）表中元素⑦的原子结构示意图为_____________________________________________。
（3）表中元素⑥⑩氢
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