2024年高中化学新教材同步 必修第一册 第4章　第1节　第3课时　原子结构与元素的性质

第3课时原子结构与元素的性质[核心素养发展目标]1.以第ⅠA族的碱金属元素、第ⅦA族的卤族元素为例，通过探究认识同主族元素性质(金属性与非金属性)的递变规律，并能用原子结构理论加以解释，培养“科学探究”与“证据推理”的核心素养。2.通过比较、归纳、实验等方法预测同主族元素的相似性与递变性，提升“科学探究与创新意识”的核心素养。一、碱金属元素1．元素化学性质与原子结构的关系根据初中所学原子结构的知识，填写下表：原子最外层电子数特点得失电子情况化学性质稀有气体元素都为8(氦为2)不易得失稳定金属元素一般＜4易失去金属性非金属元素一般≥4易得到非金属性由上表可知，原子结构决定元素的性质。2．碱金属元素的原子结构填写下表中的信息，并思考和讨论下列问题：元素名称锂钠钾铷铯元素符号LiNaKRbCs原子结构示意图原子半径/nm0.1520.1860.2270.2480.265思考1(1)在元素周期表中从上往下碱金属元素原子的核电荷数、原子半径如何变化？提示核电荷数逐渐增大，原子半径逐渐增大。(2)从上往下，碱金属元素的原子核外电子排布有什么特点？从哪一点能推断出碱金属元素的化学性质具有相似性？提示最外层都只有一个电子，电子层数逐渐增多；最外层都只有一个电子。3．碱金属元素化学性质的比较思考2(1)回忆第二章学过的知识，钠有哪些化学性质？提示钠可以与氧气、水、酸、盐溶液等物质反应。(2)结合锂、钠和钾的原子结构特点，请你预测锂、钾可能具有哪些与钠相似的化学性质。剧烈程度如何变化？提示锂、钾也可以与氧气、水、酸、盐溶液等物质反应。Li、Na、K反应剧烈程度逐渐增强。[实验和观察]钠、钾与氧气反应钾与水反应操作现象都能在空气中燃烧，钠产生黄色火焰，钾产生紫色火焰，钾燃烧更剧烈钾浮在水面上；迅速熔成闪亮的小球四处游动；反应剧烈，有轻微爆炸声并着火燃烧；滴入酚酞，溶液变红化学方程式2Na＋O2eq\o(=,\s\up7(△))Na2O22K＋2H2O=2KOH＋H2↑结论钠、钾都能与O2、H2O反应，且钾更活泼，与预测一致思考3(1)根据钾、钠与水反应的现象，推断锂与水反应的难易程度。提示由钠、钾与水反应的现象，推测锂与水反应的程度不如钠、钾剧烈。(2)根据上述实验，结合碱金属元素的原子结构推断出碱金属元素化学性质的相似性和递变规律。完成下列填空：4．碱金属元素物理性质的相似性和递变性1．判断正误(1)从锂到铯，碱金属元素单质的密度依次增大()(2)由于Li、Na、K都能和O2、H2O反应，故实验室中三者都应保存在煤油中()(3)Li、Na、K在空气中燃烧均生成过氧化物()(4)碱金属元素原子随核电荷数增加，其单质与水反应越来越剧烈()(5)可以通过钠和氯化锂溶液反应，判断钠和锂元素的金属性()(6)碱金属元素在自然界中都以化合态形式存在()答案(1)×(2)×(3)×(4)√(5)×(6)√2．下列关于碱金属元素的原子结构和性质的叙述错误的是()A．碱金属元素原子的最外层都只有1个电子，在化学反应中容易失去B．碱金属单质都是强还原剂C．碱金属元素原子的次外层电子数均为8D．碱金属单质都能与水反应生成碱答案C解析碱金属元素原子的最外层都有1个电子，这个电子受到原子核的吸引力比较小，在反应中易失去，表现为强还原性，故碱金属单质都是还原剂，A、B正确；Li原子的次外层电子数为2，C错误；碱金属单质与H2O反应产生碱和H2，反应的化学方程式都可表示为2R＋2H2O=2ROH＋H2↑，D正确。3．(2022·上海高一期中)以下关于锂、钠、钾、铷、铯的叙述不正确的是()①氢氧化物中碱性最强的是CsOH②单质熔点最高的是铯③它们的密度依次增大④其单质的还原性依次增强⑤它们对应离子的氧化性依次增强⑥单质与水反应的剧烈程度依次增强⑦单质与相同浓度、相同体积的盐酸反应的剧烈程度依次增强A．①⑤⑦ B．②⑥C．②③⑤ D．②③④答案C解析锂、钠、钾、铷、铯属于第ⅠA族元素，其中铯的金属性最强，金属性越强，形成的氢氧化物碱性越强，则CsOH的碱性最强，故①正确；碱金属单质从Li到Cs熔点依次降低，故②错误；钾的密度反常，比钠的小，故③错误；碱金属元素从Li到Cs金属性逐渐增强，还原性依次增强，故④正确；碱金属单质从Li到Cs还原性逐渐增强，对应离子的氧化性应依次减弱，故⑤错误；金属性越强，与水反应越剧烈，碱金属单质从Li到Cs与水反应的剧烈程度依次增强，故⑥正确；金属性越强，与酸反应越剧烈，碱金属单质从Li到Cs与相同浓度、相同体积的盐酸反应的剧烈程度依次增强，故⑦正确。二、卤族元素卤族元素简称卤素，包括(填名称及符号)氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)和砹(At)、(Ts)。1．卤素单质的物理性质F2Cl2Br2I2颜色(常态)淡黄绿色(气体)黄绿色(气体)深红棕色(液体)紫黑色(固体)密度逐渐增大熔、沸点逐渐升高2.卤族元素的原子结构元素名称氟氯溴碘元素符号FClBrI原子结构示意图相似性最外层电子数均为7递变性电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大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在暗处剧烈化合并发生爆炸H2＋F2=2HF很稳定Cl2光照或点燃H2＋Cl2eq\o(=,\s\up7(光照或点燃))2HCl较稳定Br2加热H2＋Br2eq\o(=,\s\up7(△))2HBr不如氯化氢稳定I2不断加热H2＋I2eq\o(,\s\up7(△))2HI不稳定，同一条件下同时分解结论从F2到I2，与H2化合越来越难，生成的氢化物稳定性逐渐减弱，元素的非金属性逐渐减弱(2)卤素单质间的置换反应的实验探究实验操作实验现象离子方程式结论振荡静置后，溶液由无色变为橙黄色2Br－＋Cl2=Br2＋2Cl－氧化性：Cl2>Br2>I2振荡静置后，溶液由无色变为棕褐色2I－＋Cl2=I2＋2Cl－振荡静置后，溶液由无色变为褐色2I－＋Br2=I2＋2Br－思考1通过实验可知，从F→I，元素的非金属性(得电子能力)依次减弱，试从原子结构角度分析其性质递变的原因。提示从F→I，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，原子得电子能力逐渐减弱，非金属性逐渐减弱。思考2F2通入水中会剧烈反应，且有另一种单质气体生成，请根据氧化还原反应理论书写化学方程式：_________________________________________________________。提示2F2＋2H2O=4HF＋O21.卤素的特殊性(1)在常温下Br2是唯一的液态非金属单质，易挥发。(2)碘为紫黑色固体，易升华，淀粉遇I2变蓝。(3)氟是最活泼的非金属，没有正化合价，氟单质与盐溶液反应时，先与水反应产生HF和O2。2．同主族元素的递变规律1．判断正误(1)卤素单质越活泼，其熔、沸点越高()(2)从F到I，卤族元素气态氢化物稳定性逐渐增强()(3)卤素单质随原子序数的递增，密度逐渐增大()(4)从F→I，其单质与H2化合的难易程度是由难到易()(5)F2、Cl2、Br2与H2O反应的原理相同()(6)F－、Cl－、Br－的还原性依次增强()答案(1)×(2)×(3)√(4)×(5)×(6)√2．下列有关卤素的说法正确的是()A．卤素单质的颜色随相对分子质量的增大逐渐变淡B．卤素单质的熔点随相对分子质量的增大而升高C．卤素是典型的非金属元素，其单质只具有氧化性D．卤素阴离子的半径比其相应的原子半径小答案B解析F2是浅黄绿色气体，Cl2是黄绿色气体，Br2是深红棕色液体，I2是紫黑色固体，可见，卤素单质的颜色随相对分子质量的增大逐渐变深，A错误；卤素是典型的非金属元素，其单质中只有F没有正化合价，F2只有氧化性，其余卤素单质中元素化合价介于最低价－1价和最高价＋7价之间，因此既具有氧化性，也具有还原剂，C错误；卤素阴离子是原子获得1个电子后形成的，由于核电荷数不变，核外电子数增多，电子受到的吸引力减弱，因此卤素离子的半径比其相应的原子半径大，D错误。3．(2022·雅安高一期末)下列关于卤素(用X表示)的叙述正确的是()A．卤素单质与水反应均可用X2＋H2OHXO＋HX表示B．HX的热稳定性随核电荷数增加而增强C．卤素的原子核外电子层数随核电荷数的增加而增多D．X－的还原性依次为F－＜Cl－＜Br－＜I－，因此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其盐溶液中置换出来答案C解析2F2＋2H2O=O2＋4HF，A错；HX的热稳定性随核电荷数增加而减弱，B错；F2优先与水反应，故不能用F2从其他盐溶液中置换出来卤素单质，D错。1．(2022·四川甘孜州高一期末)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＞KD．碱性：LiOH＜NaOH＜KOH答案B解析A项，锂的活泼性比钠弱，锂与水反应不如钠与水反应剧烈；B项，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；C项，碱金属元素从Li到Cs，熔、沸点逐渐降低，即熔、沸点：Li＞Na＞K＞Rb＞Cs；D项，从Li到Cs，碱金属元素的金属性逐渐增强，最高价氧化物对应水化物的碱性依次增强，即碱性：LiOH＜NaOH＜KOH＜RbOH＜CsOH。2．(2022·上海静安期末)按卤素原子核电荷数递增的顺序，下列各项变小或减弱的是()A．原子半径B．简单离子的还原性C．单质的熔、沸点D．氢化物的稳定性答案D解析A项，随着卤素原子核电荷数的增加，原子半径逐渐增大，不符合题意；B项，随着卤素原子核电荷数的增加，电子层数逐渐增大，非金属性逐渐减弱，单质的氧化性逐渐减弱，形成阴离子的还原性逐渐增强，不符合题意；C项，随着卤素原子核电荷数的增加，单质的熔、沸点逐渐升高，不符合题意；D项，随着卤素原子核电荷数的增加，电子层数逐渐增大，非金属性逐渐减弱，气态氢化物的稳定性逐渐减弱，符合题意。3．(2022·菏泽高一期末)下列有关碱金属元素的说法正确的是()A．碱金属单质与水反应都能生成碱和氢气B．碱金属单质具有强还原性，可置换出硫酸铜溶液中的铜单质C．在自然界中能以游离态存在D．随核电荷数的增加，碱金属元素单质的熔、沸点都逐渐增大答案A解析碱金属单质性质活泼，与水剧烈反应都能生成碱和氢气，故A正确；碱金属单质具有强还原性，钠与盐溶液反应的实质是先与水反应生成氢氧化钠，氢氧化钠再与盐发生复分解反应，所以不能置换出硫酸铜溶液中的铜单质，而是生成氢氧化铜沉淀，故B错误；碱金属元素在自然界中都以化合态存在，故C错误；随核电荷数的增加，碱金属元素原子半径依次增大，单质的熔、沸点依次降低，故D错误。4．(2022·新疆昌吉州期末)1940年，意大利化学家西格雷发现了第85号元素，它被命名为“砹(At)”。砹(At)是卤族元素中位于碘后面的元素，下列推测砹的结构和性质不正确的是()A．与H2化合的能力：At2＜I2B．砹在常温下为白色固体C．砹难溶于水，易溶于四氯化碳D．砹原子的最外层有7个电子答案B解析A项，第ⅦA族元素，从F到At元素的非金属性逐渐减弱，单质与H2化合的能力逐渐减弱，正确；B项，第ⅦA族元素，从F到At单质的颜色逐渐加深，I2是紫黑色固体，故砹在常温下不可能是白色固体，错误；C项，砹与氟、氯、溴、碘均属于第ⅦA族元素，F2能与水剧烈反应、氯气能溶于水且与水反应、溴在水中溶解度比氯气小且易溶于四氯化碳、I2微溶于水且易溶于四氯化碳，可推知砹难溶于水，易溶于四氯化碳，正确；D项，砹与氟、氯、溴、碘属于第ⅦA族元素，原子的最外层都有7个电子，正确。题组一碱金属元素1．(2022·北京石景山期末)下列元素中，失电子能力最强的元素是()A．KB．NaC．LiD．H答案A解析H、Li、Na、K元素位于同一主族，原子最外层电子数相同，随核电荷数递增，原子2．(2023·天津第九中学高一期末)下列关于碱金属单质的说法不正确的是()A．都具有还原性B．碱金属单质性质相似，均为银白色(铯除外)的软金属C．都具有金属光泽D．都能与O2反应生成过氧化物答案D解析碱金属都具有金属光泽，Cs略带金色光泽，其他碱金属均为银白色，C正确；Li与O2反应只能生成Li2O，不能生成过氧化物，D错误。3．(2022·上海徐汇区高一月考)下列关于碱金属按Li、Na、K、Rb、Cs的顺序叙述不正确的是()A．失电子能力逐渐增强B．单质的熔点和沸点依次递减C．单质的导电性和导热性都很好，但无延展性D．在化合物中的化合价均为＋1价答案C4．(2022·杭州高一期末)下列有关碱金属元素的性质判断正确的是()A．Rb与H2O反应最剧烈B．锂单质与氧气生成的氧化物有Li2O和Li2O2C．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答案D解析Fr的金属性最强，与H2O反应最剧烈，A错误；碱金属的阳离子具有一定的氧化性，但不强，C错误；从Li到Cs，原子半径逐渐增大，原子核对最外层电子的引力逐渐减小，失电子能力逐渐增强，D正确。5．(2023·长春第五中学高一期末)工业冶炼金属钾的反应为Na(l)＋KCl(l)eq\o(=,\s\up7(850℃))NaCl(l)＋K(g)。下列有关说法不正确的是()A．单质的沸点：Na＞KB．单质与水反应的剧烈程度：K＞NaC．元素的金属性：Na＞KD．最高价氧化物对应的水化物的碱性：KOH＞NaOH答案C解析金属性：Na<K，单质与水反应的剧烈程度：K>Na，B正确；金属性：Na<K，最高价氧化物对应的水化物的碱性：KOH>NaOH，D正确。题组二卤族元素6．(2022·广东湛江高一期末)已知一般情况下原子核外最外层电子数相等的元素具有相似的化学性质。氟元素原子的核外电子排布示意图为。下列原子与氟元素原子的化学性质相似的是()答案D解析由图可知，氟原子的最外层电子数为7，与氟原子具有相似的化学性质的原子最外层电子数也为7，故D选项符合。7．(2022·北京汇文中学期末)2016年IUPAC命名117号元素为Ts，其最外层电子数为7，下列说法不正确的是()A．Ts是第七周期第ⅦA族元素B．Ts的最高化合价为＋7价C．Ts的同位素原子具有相同的质子数D．Ts在同族元素中非金属性最强答案D解析A项，Ts的原子序数为117，位于第七周期，其最外层电子数为7，则Ts位于第ⅦA族，正确；B项，Ts的原子核外最外层电子数是7，因此Ts的最高化合价为＋7价，正确；C项，同位素具有相同质子数、不同中子数，则Ts的同位素原子具有相同的质子数，正确；D项，同主族元素从上到下非金属性逐渐减弱，因此Ts的非金属性比同主族元素都弱，错误。8．(2022·广西玉林期末)碘是卤族元素，下列对碘及其化合物的叙述正确的是()A．与H2化合的能力：I2＞Br2B．碘在常温下为白色固体C．向KBr溶液中加I2可以置换出Br2D．碘原子的最外层有7个电子答案D解析A项，卤族元素从上到下，单质和氢气化合越来越难，所以与H2化合的能力：I2＜Br2，错误；B项，碘在常温下为紫黑色固体，错误；C项，卤族元素单质的非金属性从上到下逐渐减弱，I2不能置换出Br2，错误。9．(2022·成都高一月考)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，随碱金属元素的核电荷数的增大，碱金属的性质呈增大的趋势，碱金属的还原性增强，碱金属与水反应的剧烈程度增大，其原子半径增大，A、B、D项正确；随核电荷数的增大，碱金属单质的熔点逐渐减小，C项错误。10．下列有关金属锂的说法不正确的是()A．自然界中不存在锂单质B．在盛有煤油和水的烧杯中投入金属锂，金属锂在水层和煤油界面处发生反应C．金属锂能与氧气、氯气、盐酸发生反应D．答案B解析由金属锂的化学性质与金属钠相似可知，锂是活泼金属，自然界中不存在锂单质，A正确；由金属锂、煤油及水的密度可知，煤油在上层，水在下层，金属锂会浮在煤油液面上而不会和水发生反应，B错误；根据金属锂的化学性质与金属钠相似可知，金属锂能与氧气、氯气、盐酸发生反应，C正确；金属锂与钠的性质有相似又有不同，可以用分类法和比较法来研究二者性质的异同，D正确。11．下列有关碱金属、卤素原子结构和性质的描述正确的是()A．随着核电荷数的增加，卤素单质的熔、沸点依次升高，密度依次减小B．F、Cl、Br、I的最外层电子数都是7，Li、Na、K、Rb的最外层电子数都是1C．碱金属单质的金属性很强，均易与氧气发生反应，加热时生成氧化物R2OD．根据F、Cl、Br、I的非金属性依次减弱，可推出HF、HCl、HBr、HI的还原性及热稳定性依次减弱答案B解析随着核电荷数的增加，卤素单质的熔、沸点依次升高，密度依次增大，A项错误；碱金属单质的金属性从Li到Cs依次增强，加热时与氧气反应，锂生成氧化锂、钠生成过氧化钠等，C项错误；F、Cl、Br、I的非金属性逐渐减弱，则对应单质的氧化性依次减弱，离子12．如图是卤素单质F2、Cl2、Br2、I2的沸点与相对分子质量的关系图，已知Br2在水中的溶解度小，且密度大于水，下列说法错误的是()A．单质①是最活泼的非金属单质B．通入单质②能使品红溶液褪色C．保存少量的单质③时加少量水进行水封D．单质④的氢化物在卤素氢化物中最稳定答案D解析卤素单质的沸点与其相对分子质量成正比，根据题图知，单质①、②、③、④分别是F2、Cl2、Br2、I2，卤族元素中，元素的非金属性随着原子序数增大而减弱，非金属性越强，其单质越活泼，所以单质中活泼性最强的是F2，A正确；氯气和水反应生成次氯酸，次氯酸具有漂白性，所以单质②(Cl2)能使品红溶液褪色，B正确；溴易挥发，在水中的溶解度较小，且密度大于水，所以为防止溴挥发，可以用水液封，C正确；元素的非金属性越强，则其气态氢化物的稳定性越强，卤素的非金属性：F>Cl>Br>I，则I的氢化物的稳定性在这4种卤素氢化物中最差，D错误。13．(2022·上海长宁区校级月考)为了比较卤素单质的氧化性强弱，可在实验室先制取Cl2，并将Cl2依次通入NaBr溶液和淀粉-KI溶液中，有如图所示的仪器(橡胶塞均为双孔)及药品，试回答下列问题：(1)若所制气体从左向右流向时，上述仪器接口的连接顺序为H接________、________接__________、________接________。(2)装置③的作用是________________________________________，反应的离子方程式为____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)装置①中产生的现象是____________，反应的化学方程式为_______________________。(4)通过本实验可得到的结论是______________________________________________。答案(1)DCBAF(2＋H2O(3)溶液变蓝Cl2＋2KI=I2＋2KCl(4)同主族元素随着原子序数递增，元素非金属性逐渐减弱，单质氧化性逐渐减弱解析(1)根据实验目的可知，先制取氯气，然后将氯气通入NaBr溶液，再通入淀粉-KI溶液检验氯气的强氧化性，氯气有毒不能直接排入空气，否则会污染空气，所以最后连接尾气处理装置，检验装置中导气管遵循“长进短出”原则，所以连接顺序是H→D→C→B→A→F。(2)装置③的作用是吸收未反应完的Cl2，防止污染空气，离子方程式为Cl2＋2OH－=Cl－＋ClO－＋H2O。(3)氯气能氧化碘离子生成碘单质，淀粉遇碘变蓝色，现象是溶液变蓝色，化学方程式为Cl2＋2KI=I2＋2KCl。(4)氯气与NaBr、KI的反应中，Cl元素化合价由0价降低为－1价，Br或I元素化合价由－1价升高为0价，所以氯气是氧化剂，溴或碘是氧化产物，氧化剂的氧化性强于氧化产物的氧化性，由此得出同主族元素随着原子序数的递增，元素非金属性逐渐减弱，单质氧化性逐渐减弱。14．(2022·阳江高一检测)已知铷是37号元素，相对原子质量为85。根据相关知识回答下列问题：(1)请推测铷(Rb)在元素周期表的第____________周期第____________族。(2)下列关于铷的结构和性质判断正确的是____________________________(填字母，下同)。①与水反应比钠剧烈②原子半径比钠小③铷的氧化物暴露在空气中易吸收CO2④它的阳离子最外层电子数和镁相同⑤它是还原剂A．①③④ B．①③⑤C．②③⑤ D．②④(3)氢化铷与水反应可放出氢气，下列叙述正确的是____________。A．氢化铷溶于水显酸性B．氢化铷中的氢离子被还原为氢气C．氢化铷与水反应时，水是还原剂D．氢化铷中氢离子最外层有两个电子(4)现有铷和另一种碱金属元素形成的合金50g，当它与足量水反应时，放出标准状况下的氢气22.4L，这种碱金属元素可能是____________。A．LiB．NaC．KD．Cs答案(1)五ⅠA(2)B(3)D(4)AB解析(1)由Rb的原子序数是37可推知Rb位于第五周期第ⅠA族。(3)氢化铷与水的反应为RbH＋H2O=RbOH＋H2↑，生成RbOH，溶液显碱性，A错误；水中氢元素的化合价由＋1价降低为0价，水作氧化剂，而RbH中的氢元素的化合价由－1价升高为0价，RbH作还原剂，B、C错误；H－核外有两个电子，D正确。(4)设该合金的平均摩尔质量为Mg·mol－1，则根据得失电子守恒得eq\f(50g,Mg·mol－1)×1＝eq\f(22.4L,22.4L·mol－1)×