高中化学元素的性质与原子结构教师用书人教版.docx

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高中化学元素的性质与原子结构教师用书人教版

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

]

0.152

钠

]

0.186

钾

]

0.227

铷

]

0.248

铯

]

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

4Li＋O2

2Li2O

2Na＋O2

Na2O2

K＋O2

KO2

－

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

原子结构

示意图

最外层电子数

电子层数

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

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

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、KCl2NaBr＋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、ClF、Cl、Br

（2）NaF（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氢化物的稳定性顺序为________＞________（填写化学式，下同）。

（4）表中元素⑩和⑬最高价氧化物对应水化物的酸性：

________＞________。

（5）表

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