高中化学 第一章 原子结构 元素周期律 第三节 元素周期表的应用 第2课时 研究同主族元素的性质学案 鲁科版必修第二册-鲁科版高一第二册化学学案

第2课时研究同主族元素的性质课程标准核心素养1.以ⅠA、ⅦA族为例，掌握同主族元素性质的递变规律。2.能运用原子结构理论初步解释同主族元素性质的递变规律。1.宏观辨识与微观探析建立原子结构、元素性质与物质性质之间的认识模型。2.证据推理与模型认知构建“位”“构”“性”关系认识模型，发展对元素及其化合物化学性质的认识模型。3.科学探究与创新意识形成实验探究元素性质递变规律、比较物质性质的思路方法，提高基于理论进行预测、提出假设的能力和基于实验事实概括、推理得出结论的能力。碱金属元素的原子结构与性质eq\a\vs4\al(1.)碱金属元素原子结构和性质的相似性与递变性(1)(2)递变性结构和性质递变规律原子半径eq\o(→,\s\up7(LiNaKRbCs),\s\do5(原子半径逐渐增大))单质的还原性eq\o(→,\s\up7(LiNaKRbCs),\s\do5(还原性逐渐增强))与H2O或O2反应的剧烈程度eq\o(→,\s\up7(LiNaKRbCs),\s\do5(与H2O或O2反应越来越剧烈))最高价氧化物对应水化物的碱性eq\o(→,\s\up7(LiOHNaOHKOHRbOHCsOH),\s\do5(碱性逐渐增强))eq\a\vs4\al(2.)同主族(从上到下)元素性质的递变规律3．碱金属元素单质的物理性质(1)除铯(略带金色光泽固体)外，其余碱金属单质都是银白色固体；都比较软、有延展性、密度较小、导热性和导电性较好。(2)从锂到铯单质的熔、沸点逐渐降低。元素周期表中元素性质的变化规律结构与性质同周期(左→右，主族元素)同主族(上→下)结构电子层数相同递增最外层电子数递增相同核内质子数递增递增性质及应用原子半径递减递增失电子能力(金属性)减弱增强得电子能力(非金属性)增强减弱最高价氧化物对应水化物的酸性增强减弱最高价氧化物对应水化物的碱性减弱增强气态氢化物的热稳定性增强减弱气态氢化物的还原性减弱增强铯(钫是放射性元素，不予考虑)是最活泼的金属元素；ⅠA族中碱金属元素不包括氢。1．判断正误(1)金属性：Li＞Na＞K＞Rb。()(2)碱性：LiOH＞NaOH＞KOH＞RbOH。()(3)稳定性：NH3＞PH3，还原性：SiH4＞CH4。()(4)酸性：HNO3<H3PO4<H3AsO4。()(5)离子半径：O2－>F－>Cl－>S2－。()答案：(1)×(2)×(3)√(4)×(5)×2．下列关于碱金属元素的说法正确的是()①原子结构的相同点是最外层电子数相同，都为1②原子结构的不同点是随核电荷数的增加，电子层数增多，原子半径增大③具有相似的化学性质，都是活泼金属④都具有强还原性，在化合物中显＋1价⑤化学性质有差别，从Li到Cs，失电子能力逐渐增强A．①③④ B．①③⑤C．②④⑤ D．①②③④⑤解析：选D。碱金属元素原子的最外层都有1个电子，都易失去1个电子，具有强还原性，显＋1价，①③④正确；从Li到Cs，原子半径逐渐增大，原子核对核外电子的束缚力逐渐减弱，失电子能力逐渐增强，②⑤正确。3．第4周期某主族元素的原子，它的最外电子层上有两个电子，下列关于此元素的叙述正确的是()A．原子半径比钾的原子半径大B．氯化物难溶于水C．原子半径比镁的原子半径小D．碳酸盐难溶于水解析：选D。由最外电子层上有2个电子可知该元素为第4周期ⅡA族元素，即钙元素。结合元素周期律、元素性质的递变规律和元素化合物的性质，即可得到答案。卤族元素的原子结构与性质1．结构和性质的相似性2．结构和性质的递变性结构和性质递变规律原子半径eq\o(→,\s\up7(FClBrI),\s\do5(原子半径逐渐增大))单质的氧化性eq\o(→,\s\up7(F2Cl2Br2I2),\s\do5(氧化性逐渐减弱))阴离子的还原性eq\o(→,\s\up7(F－Cl－Br－I－),\s\do5(还原性逐渐增强))与H2化合的难易程度eq\o(→,\s\up7(F2Cl2Br2I2),\s\do5(与H2化合越来越难))氢化物的稳定性eq\o(→,\s\up7(HFHClHBrHI),\s\do5(稳定性逐渐减弱))最高价氧化物对应水化物的酸性(F除外)eq\o(→,\s\up7(HClO4HBrO4HIO4),\s\do5(酸性逐渐减弱))eq\a\vs4\al(1.)卤素单质的物理性质单质颜色状态水溶液颜色有机溶剂中的颜色熔、沸点F2淡黄绿色气体——从氟到碘，熔、沸点逐渐升高Cl2黄绿色气体浅黄绿色黄绿色Br2深红棕色液体橙黄色橙色→橙红色I2紫黑色固体深黄色→褐色深紫色→紫红色eq\a\vs4\al(2.)卤素单质的化学性质(1)都能与H2反应。(2)都能与大多数金属反应，如2Fe＋3Br2=2FeBr3；Fe＋I2eq\o(=,\s\up7(△))FeI2。(3)eq\a\vs4\al(能与,H2O反应)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(2F2＋2H2O=4HF＋O2,X2＋H2O=HX＋HXO（X代表Cl、Br）。))(4)能与冷的稀碱溶液反应：X2＋2NaOH=NaX＋NaXO＋H2O(F2、I2除外)。(5)卤素单质间的置换反应将氯水滴入溴化钠溶液：2NaBr＋Cl2=2NaCl＋Br2。将溴水滴入碘化钾溶液：2KI＋Br2=2KBr＋I2。eq\a\vs4\al(3.)卤族元素的特殊性氟(1)氟元素无正价，非金属性最强，F－的还原性最弱；(2)2F2＋2H2O=4HF＋O2，暗处即爆炸；(3)HF是弱酸，能腐蚀玻璃，故应保存在铅制器皿或塑料瓶中；(4)HF有毒；(5)在HX中HF沸点最高(HF分子间存在氢键，将在今后学到)溴(1)Br2是深红棕色液体，易挥发；(2)Br2易溶于有机溶剂；(3)保存液溴的试剂瓶中加水，进行水封，不能用橡胶塞碘(1)淀粉遇I2变蓝色；(2)I2加热时易升华；(3)I2易溶于有机溶剂；(4)食用盐中加入KIO3可防治甲状腺肿大eq\a\vs4\al(1.)随着卤族元素原子半径的增大，下列递变规律正确的是()A．单质的熔点逐渐降低B．卤素离子的还原性逐渐增强C．气态氢化物的稳定性逐渐增强D．单质的氧化性逐渐增强解析：选B。随着卤族元素原子半径的增大，卤素单质的熔、沸点逐渐升高，故A错误；卤素离子的还原性逐渐增强，故B正确；气态氢化物的稳定性逐渐减弱，故C错误；单质的氧化性逐渐减弱，故D错误。eq\a\vs4\al(2.)下列关于卤素(用X表示)的叙述正确的是()A．卤素单质的最外层电子数都是7B．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．其单质都有颜色，都有毒D．其最高价含氧酸的通式都为HXO4解析：选C。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；其单质都有颜色，都有毒，C正确；F元素无正价，不存在含氧酸，D错误。3．X、Y是元素周期表第ⅦA族中的两种元素，X的非金属性比Y强。则下列叙述中正确的是()A．X原子的电子层数比Y原子的电子层数多B．Y的单质能将X从NaX的溶液中置换出来C．X的单质比Y的单质更容易与氢气反应D．X的气态氢化物的酸性一定比Y的气态氢化物的酸性强解析：选C。同一主族，自上而下，元素非金属性逐渐减弱。不要混淆最高价含氧酸的酸性与气态氢化物的酸性，如酸性：HCl<HBr，HClO4>HBrO4。课堂小结合格考训练1．下列碱金属元素的性质从上到下递变规律正确的是()A．金属性逐渐增强B．化合价逐渐升高C．失电子能力逐渐减弱D．最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐减弱解析：选A。元素周期表中，从上到下碱金属元素的金属性逐渐增强，A正确；化合价均是＋1价，B错误；从上到下碱金属元素的失电子能力逐渐增强，金属性逐渐增强，最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐增强，C、D错误。2．下列递变情况中正确的是()A．F2、Cl2、Br2、I2的熔、沸点依次降低B．HF、HCl、HBr、HI的还原性依次减弱C．HF、HCl、HBr、HI的稳定性依次增强D．HF、HCl、HBr、HI的酸性依次增强解析：选D。F2、Cl2、Br2、I2的熔、沸点依次升高，A错误；同主族元素自上而下非金属性逐渐减弱，对应氢化物的还原性逐渐增强，则HF、HCl、HBr、HI的还原性依次增强，B错误；同主族元素自上而下非金属性逐渐减弱，对应氢化物的稳定性逐渐减弱，则HF、HCl、HBr、HI的稳定性依次减弱，C错误；HF、HCl、HBr、HI的酸性依次增强，D正确。3．第5周期某主族元素的原子，它的最外电子层只有1个电子，下列描述正确的是()A．其单质在常温下跟水反应不如钠剧烈B．其原子半径比钾原子半径小C．其碳酸盐易溶于水D．其氢氧化物不能使氢氧化铝溶解解析：选C。由题意可知该元素在元素周期表的第5周期ⅠA族，是Rb。据同主族元素性质的递变性，Rb比Na活泼，与水反应更剧烈，A错误；同主族自上而下原子半径逐渐增大，Rb的半径比K大，B错误；因Na2CO3、K2CO3易溶于水，推断出Rb2CO3易溶于水，C正确；RbOH碱性比NaOH强，RbOH能使Al(OH)3溶解，D错误。4．下列关于ⅤA族元素(用R代表)的叙述正确的是()A．最高化合价是＋5B．气态氢化物的通式为RH5C．非金属性由上到下逐渐增强D．其含氧酸均为一元强酸解析：选A。氮族元素即第ⅤA族元素，最高化合价为＋5价，气态氢化物的通式为RH3，故A对、B错；同主族元素非金属性由上到下逐渐减弱，故C错；HNO2等为弱酸，故D错。5．(2019·巴中中学高一期中)下列说法中正确的是()A．第ⅦA族元素的最高化合价都是＋7价B．第ⅤA族元素的最高化合价一定是＋6价C．第ⅣA族元素的最高化合价都是＋4价D．第ⅠA族元素都是活泼的金属元素解析：选C。第ⅦA族元素的最高化合价不一定都是＋7价，如F没有正价，A错误；第ⅤA族元素的最高化合价一定是＋5价，B错误；第ⅣA族元素的最高化合价都是＋4价，C正确；第ⅠA族元素并非都是活泼的金属元素，H是非金属元素，D错误。6．(2019·北京高一期末)有四种短周期元素，相关信息如下表。元素代号相关信息A气态氢化物极易溶于水，可用作制冷剂B单质的焰色反应为黄色C单质是黄绿色气体，可用于自来水消毒D－2价阴离子的电子层结构与Ar原子相同请根据表中信息回答：(1)A在周期表中位于第________周期________族。(2)在元素C与D的最高价氧化物对应的水化物中，酸性较强的是________(填化学式)。(3)已知硒(Se)与D同主族，且位于D的下一个周期，根据硒元素在元素周期表中的位置推测，硒可能具有的性质是________。a．其单质在常温下呈固态b．SeO2既有氧化性又有还原性c．最高价氧化物对应水化物的化学式为H2SeO3d．非金属性比元素C的强解析：A的气态氢化物极易溶于水，可用作制冷剂，则该气体为NH3，A为N元素；B单质的焰色反应为黄色，说明B是Na元素；C元素的单质是黄绿色气体，可用于自来水消毒，则C是Cl元素；元素的原子获得2个电子形成－2价阴离子，元素D的－2价阴离子的电子层结构与Ar原子相同，则D是S元素。(1)A是N元素，位于第2周期ⅤA族。(2)元素的非金属性Cl>S，元素的非金属性越强，其最高价氧化物对应的水化物的酸性就越强，所以在元素C与D的最高价氧化物对应的水化物中，酸性较强的是HClO4。(3)a.氧族元素从上到下单质的熔、沸点逐渐升高，S在常温下为固体，则Se在常温下呈固态，a正确；b.由于Se原子最外层有6个电子，最高化合价为＋6价，最低化合价为－2价，而在SeO2中Se元素的化合价为＋4价，处于中间价态，因此既有氧化性又有还原性，b正确；c.Se原子最外层有6个电子，最高化合价为＋6价，所以最高价氧化物对应水化物的化学式为H2SeO4，c错误；d.同主族元素，随原子序数的增大，元素的非金属性逐渐减弱，所以元素的非金属性S>Se，由于非金属性Cl>S，所以元素的非金属性Se比Cl元素的弱，d错误。答案：(1)2ⅤA(2)HClO4(3)ab等级性测试1．下列关于同主族元素的说法中错误的是()A．同主族元素原子序数递增，元素原子失电子能力逐渐增强B．同主族元素原子序数递增，单质氧化性逐渐增强C．同主族元素原子的最外层电子数都相同D．同主族元素的原子半径，随原子序数增大而逐渐增大解析：选B。同主族元素原子序数递增，单质氧化性逐渐减弱。2．砹(At)原子序数为85，与F、Cl、Br、I同族，推测砹或砹的化合物不可能具有的性质是()A．砹是有色固体B．非金属性：At＜IC．HAt非常稳定D．I2能从砹的可溶性盐溶液中置换出At2解析：选C。同主族从上到下，元素的单质状态变化为气态→液态→固态，且颜色加深，则砹是有色固体，故A正确；同一主族元素，其非金属性随着原子序数增大而减小，所以非金属性At＜I，故B正确；同一主族元素，其非金属性随着原子序数增大而减小，则其相应氢化物的稳定性逐渐减弱，所以HAt很不稳定，故C错误；同一主族元素，其单质的氧化性随着原子序数增大而减弱，所以I2可以把砹从砹的可溶性盐溶液中置换出来，故D正确。3．以下有关原子结构及元素周期律的叙述正确的是()A．ⅠA族元素铯的两种同位素137Cs比133Cs多4个质子B．同主族元素从上到下，原子半径逐渐增大C．ⅦA族元素从上到下，其氢化物的稳定性逐渐增强D．同主族元素从上到下，单质的熔点逐渐降低解析：选B。同位素原子的质子数相同；同主族元素从上到下，原子半径逐渐增大，非金属性逐渐减弱，氢化物的稳定性逐渐减弱，金属单质的熔点逐渐降低而非金属单质的熔点一般逐渐升高。4．如图是元素周期表的一部分，关于图中阴影部分元素的说法中，正确的是()A．N元素为第1周期元素B．PH3的稳定性比H2S强C．该纵列元素的最高价氧化物对应的水化物化学式均为H3RO4D．H3AsO4的酸性比H3PO4弱解析：选D。N元素位于第2周期，A错；非金属性S>P，则PH3的稳定性弱于H2S，B错；N元素最高价氧化物对应水化物的化学式为HNO3，C错；非金属性P>As，故H3AsO4的酸性比H3PO4弱，D对。5．砷为第4周期ⅤA族元素，根据它在周期表中的位置推测，砷不可能具有的性质是()A．AsH3比NH3稳定性强B．可以存在－3、＋3、＋5等多种化合价C．H3AsO4的酸性比HNO3弱D．砷的非金属性比磷弱解析：选A。N、P、As均为ⅤA族元素，分别位于第2、3、4周期，根据元素周期律判断，As比N、P的非金属性弱，NH3比AsH3稳定性强，H3AsO4(As2O5对应的水化物)的酸性比HNO3弱。As与N、P同在ⅤA族，N和P都有－3、＋3、＋5等多种化合价，则As也有－3、＋3、＋5等多种化合价。6．元素R的原子序数是15，下列关于元素R的说法中，错误的是()A．R的最高正化合价是＋5B．R是第2周期第ⅤA族的元素C．R的氢化物分子式是RH3D．R的最高价氧化物对应的水化物的水溶液呈酸性解析：选B。元素R的原子序数为15，则为磷元素，原子结构示意图为，故为第3周期第ⅤA族元素。7．下列有关物质性质的比较正确的是()①同主族元素的单质从上到下，氧化性逐渐减弱，熔点逐渐升高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>I2④元素的非金属性越强，它的气态氢化物的酸性越强⑤还原性：S2－>Se2－⑥酸性：HNO3>H3PO4A．①③ B．②④C．③⑥ D．⑤⑥解析：选C。碱金属元素的单质从上到下熔点逐渐降低，而卤族元素的单质从上到下熔点逐渐升高，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，对应单质与水反应越剧烈，则单质与水反应的剧烈程度：F2>Cl2>Br2>I2，③正确；元素的非金属性越强，最高价氧化物对应水化物的酸性越强，但不能比较气态氢化物的酸性，④错误；非金属性：S>Se，对应离子的还原性：S2－<Se2－，⑤错误；非金属性：N>P，最高价氧化物对应水化物的酸性：HNO3>H3PO4，⑥正确。8．已知钾在空气中燃烧生成KO2。自然界中仅存在极少的金属钫(Fr)，它的已知同位素都有放射性，它是碱金属元素中密度最大的元素。根据它在周期表中的位置预测其性质，其中不正确的是()A．在已知元素中(稀有气体元素除外)，它具有最大的原子半径B．在空气中燃烧时，生成氧化钫Fr2OC．最高价氧化物对应的水化物是极强的碱D．单质的失电子能力比钠强解析：选B。根据同主族和同周期元素性质递变规律可知，原子半径最大的元素位于周期表的左下角，即为钫，A正确；由于Na在氧气中燃烧生成Na2O2，K在氧气中燃烧生成KO2，据此可知，Fr在空气中燃烧应生成比Fr2O更复杂的氧化物，B错误；根据同主族元素性质递变规律可知，碱金属元素最高价氧化物对应水化物的碱性从上到下逐渐增强，C正确；碱金属元素从上到下，失电子能力逐渐增强，D正确。9．已知常温下氯酸钾与浓盐酸反应放出氯气，现进行如图氯气的性质实验。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()选项①②③④A黄绿色橙色蓝色无色B无色橙色紫色白色C黄绿色橙色蓝色白色D黄绿色无色紫色白色解析：选C。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，淀粉遇I2变蓝，所以③处的棉球变为蓝色；④处Cl2与NaOH溶液反应生成NaCl、NaClO，用来进行Cl2的尾气吸收，尽管反应生成的物质均为无色，但棉球本身是白色的，所以④处的颜色为白色。10．(2019·天津高一月考)用化学用语填空。(1)短周期元素中，金属性最强的是________，非金属性最强的是________；最高价氧化物对应的水化物中酸性最强的是__________，碱性最强的是__________。(2)第3周期主族元素中，原子半径最小的是________，离子半径最小的是________。(3)碱金属元素中(除Fr外)，单质密度最小的是______，熔点最低的是__________。(4)卤素中得电子能力最强的元素在周期表中的位置为________________。解析：(1)同周期元素自左而右金属性逐渐减弱、非金属性逐渐增强，同主族元素自上而下金属性逐渐增强、非金属性逐渐减弱，所以短周期元素中，金属性最强的元素是Na，非金属性最强的元素是F；元素的非金属性越强，则最高价氧化物对应的水化物的酸性越强，又F无正价，所以最高价氧化物对应的水化物中酸性最强的是HClO4；元素的金属性越强，则最高价氧化物对应的水化物的碱性越强，所以最高价氧化物对应的水化物中碱性最强的是NaOH。(2)同周期自左而右主族元素的原子半径逐渐减小，所以第3周期主族元素中，原子半径最小的元素是Cl；电子层数越少，核电荷数越大，则简单离子的半径越小，所以离子半径最小的是Al3＋。(3)碱金属元素中(除Fr外)，随核外电子层数递增，单质的密度呈增大的趋势，但K的密度比Na小，单质的熔点逐渐降低，所以碱金属中密度最小的是Li，熔点最低的是Cs。(4)卤素中得电子能力最强的元素是F，在周期表中的位置为第2周期ⅦA族。答案：(1)NaFHClO4NaOH(2)ClAl3＋(3)LiCs(4)第2周期ⅦA族11．下表是元素周期表中的一部分。族周期ⅠAⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA01A2EFHJ3BCDGI根据A～J在周期表中的位置，用元素符号或化学式回答下列问题：(1)化学性质最不活泼的元素是________，氧化性最强的单质是________，还原性最强的单质是________。(2)最高价氧化物对应的水化物中，碱性最强的是______，酸性最强的是________，呈两性的是________。(3)A分别与E、F、G、H、I形成的简单气态化合物中，最稳定的是________。(4)在B、C、D、G、I中，原子半径最大的是________。解析：由元素在周期表中的位置可知，A为H，B为Na，C为Mg，D为Al，E为C，F为N，G为S，H为F，I为Cl，J为Ne。(1)题给元素中稀有气体元素Ne最外层电子数为8，化学性质最稳定；同周期元素自左而右金属性逐渐减弱、非金属性逐渐增强，而同主族元素自上而下金属性逐渐增强、非金属性逐渐减弱，题给元素中F的非金属性最强，故F2的氧化性最强，Na的金属性最强，其单质还原性最强。(2)题给元素中，Na的金属性最强，则其最高价氧化物对应的水化物NaOH的碱