创新设计学年高中化学112元素的性质与原子结构讲解.docx
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创新设计学年高中化学112元素的性质与原子结构讲解
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＋O22Li2O
Na
2Na＋O2Na2O2
K
K＋O2KO2
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＋Cl22HCl
较稳定
Br2
加热
H2＋Br22HBr
不稳定
I2
不断加热
H2＋I22HI
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＋H22HX。
②与活泼金属（如Na）反应：
2Na＋X22NaX。
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。
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