2024-2025学年高中化学第一章物质结构元素周期律第一节2元素的性质与原子结构学案新人教版必修2

PAGE15-第2课时元素的性质与原子结构一、碱金属1．碱金属元素的原子结构及特点(1)原子结构示意图(2)结构特点①相同点：最外层电子数都是1。②递变性：从Li→Cs，核电荷数依次增大，电子层数依次增多，原子半径依次增大。2．单质的物理性质3.单质的化学性质(1)试验探究①锂、钠与O2的反应Li、Na在加热条件下分别与O2反应：4Li＋O2eq\o(=,\s\up17(△))2Li2O、2Na＋O2eq\o(=,\s\up17(△))Na2O2。锂与O2的反应比钠更简洁。②钾、钠与H2O的反应(2)结论①碱金属单质化学性质相像。②随着原子序数的递增，碱金属元素金属性渐渐增加。二、卤族元素(一)卤族元素的性质与原子结构之间的关系1．卤族元素原子结构的相像性和递变性2.卤族元素的原子结构与性质的关系①原子结构的相像性确定元素性质的相像性卤族元素最外层上都有7个电子，所以在反应中都易得到1个电子达到8电子稳定结构，因而单质有较强的氧化性，在反应中常作氧化剂而被还原。②原子结构的递变性确定元素性质的递变性从F到I，随着核电荷数的增加，原子的电子层数渐渐增多，原子半径渐渐增大，原子核对最外层电子的引力渐渐减弱。因此卤族元素的原子得到电子的实力渐渐减弱，单质的氧化性渐渐减弱，卤族元素的非金属性渐渐减弱。(二)卤素单质物理性质的相像性和递变性(三)卤素单质化学性质的相像性和递变性1．卤素单质与氢气的反应2．卤素单质间的置换反应三、同主族元素的性质与原子结构的关系1．元素性质的影响因素元素的性质主要与原子核外电子的排布，特殊是与最外层电子数有关。2．同主族元素性质的递变规律eq\x(\a\al(从上,到下))—eq\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(——核外电子层数增多,——原子半径增大,——失电子实力增加得电子实力减弱,——金属性增加非金属性减弱))探究点一碱金属元素碱金属元素包括锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)。1．碱金属元素的原子结构①相像性：最外层电子数都是1。②差异性和递变性：随着3Li、11Na、19K、37Rb、55Cs核电荷数的递增，核外电子层数增多，原子半径渐渐增大。2．单质的物理性质①相像性：都是银白色(铯略带金色光泽)的固体，松软，密度小，熔点低，有较强的导热、导电性能。②差异性和递变性：随着碱金属核电荷数递增，碱金属熔、沸点渐渐降低(与卤族单质相反)，密度渐渐增大，Li、Na、K的密度小于1g·cm－3，Rb、Cs的密度大于1g·cm－3，特殊性表现为ρ(K)<ρ(Na)。3．碱金属元素化学性质的相像性和递变性4.碱金属元素的性质与原子结构之间的关系①原子结构的相像性确定元素性质的相像性元素的性质与原子最外电子层中的电子数目有亲密关系。碱金属元素原子的最外电子层上都只有1个电子，因此它们有相像的化学性质，在化合物中化合价都是＋1。②原子结构的递变性确定元素性质的递变性由于随着核电荷数的增加，碱金属元素原子的电子层数渐渐增多，原子半径渐渐增大，原子核对最外层电子的引力渐渐减弱。因此，碱金属元素的原子失去最外层电子的实力渐渐增加，碱金属元素的金属性也渐渐增加。1.依据碱金属性质分析K能否从NaCl溶液中置换出Na?提示：不能。K的活泼性大于Na，但由于K与水反应，故K不会与NaCl溶液中的Na＋反应，不能置换出Na。2．思索碱金属在自然界中能否以游离态存在？提示：不能。因为碱金属元素的单质能与空气中的O2、水发生猛烈反应，故碱金属在自然界中不能以游离态存在。3．试验室能否用煤油保存少量的金属锂？提示：不能。锂的密度小于煤油的密度，锂会浮在煤油液面上，无法与空气隔绝，会被空气中的氧气氧化，故不能将锂保存在煤油中。少量的锂应密封在石蜡油中。4．结合钠的性质分析，试验室中应如何保存单质钾？提示：钾的性质比钠的活泼，与O2、H2O等反应更为猛烈，虽然钾的密度比钠的略小，但钾的密度仍比煤油的大，试验室中通常将少量的钾保存在煤油中。[例1]下列有关铯及其化合物的说法不正确的是()A．CsOH的碱性比KOH的强B．铯与水或酸溶液反应猛烈，都生成H2C．Cs的还原性比Na的强，故Na＋的氧化性强于Cs＋的D．Na的金属性比Cs的强[思路分析]解答本题用到的学问点包括(1)碱金属元素原子的结构特点：最外层只有1个电子；(2)金属性与失去电子实力的关系：越易失去电子，金属性越强。[解析]A项，K、Cs的最外层电子数都为1，Cs的电子层数比K的多，失去最外层电子更简洁，故Cs的金属性比K的强，CsOH的碱性比KOH的强。B项，Cs的性质与Na的相像，但与水或酸反应更猛烈，都生成H2。C项，Cs的还原性比Na的强，所以Na＋得到电子的实力比Cs＋的强，即氧化性：Na＋>Cs＋。D项，Cs的金属性强于Na的。[答案]D下列对碱金属的叙述，不正确的是(A)①钾通常保存在煤油中，以隔绝与空气的接触②碱金属常温下呈固态，取用时可干脆用手拿③碱金属中还原性最强的是钾④碱金属阳离子，氧化性最强的是Li＋⑤碱金属的原子半径和离子半径都随核电荷数的增大而增大⑥从Li到Cs，碱金属的密度越来越大，熔、沸点越来越高A．②③⑥ B．②③④C．④⑤⑥ D．①③⑤解析：②中碱金属不行干脆用手拿，否则会和手上的汗水反应生成强碱而腐蚀皮肤；③碱金属中还原性最强的不是钾；⑥从Li到Cs，密度呈增大趋势，但K的密度小于Na；碱金属的熔、沸点越来越低。所以②③⑥错，选A。探究点二卤族元素的相像性、递变性和特性1．相像性(1)与H2反应：X2＋H2eq\o(=,\s\up17(肯定条件))2HX(2)与活泼金属(如Na)反应：2Na＋X2eq\o(=,\s\up17(点燃))2NaX(3)与H2O反应eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(X2＋H2OHX＋HXOX＝Cl、Br、I,2F2＋2H2O=4HF＋O2))(4)卤素单质与变价金属(如Fe)反应eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(2Fe＋3X2=2FeX3X＝F、Cl、Br,Fe＋I2=FeI2))2．递变性(1)按由F到I的依次，单质的非金属性渐渐减弱。(2)F－、Cl－、Br－、I－的还原性渐渐增加。(3)氢化物的稳定性：HF>HCl>HBr>HI(4)氢化物的还原性：HF<HCl<HBr<HI(5)最高价含氧酸的酸性：HClO4>HBrO4>HIO4，F无正价，故无含氧酸。(6)密度：卤族元素，自上而下，单质的密度渐渐增大。(7)熔、沸点：卤族元素与碱金属元素相反，自上而下，单质的熔、沸点渐渐上升。(8)溶解性：除F2外，卤素单质在水中的溶解度均不大，均易溶于有机溶剂。3．特性(1)卤族元素是最外层电子数最多的主族元素，卤族是唯一全部由非金属元素构成的主族，卤素的非金属性比同周期其他元素都强。(2)氟是最活泼的非金属，单质的氧化性最强，氟离子(F－)很难被氧化。氟元素在化合物中的化合价只有－1，无正价，常温下氟气与水猛烈反应且不同于其他卤素(产物不同，原理不同)，不能从其他卤化物的水溶液中置换出其他卤素(先与水发生置换反应)，能与稀有气体反应(常见的产物均为白色)。(3)溴在常温下为红棕色液体(唯一的液态非金属单质)，极易挥发产生红棕色且有毒的溴蒸气。试验室通常将溴密闭保存在阴冷处，不能用橡皮塞，盛有液溴的试剂瓶内常加适量水。(4)碘是紫黑色固体，具有金属光泽，易升华(常用于分别提纯碘)、易吸潮(遇铁在水催化下易反应，故盛放碘的瓶子不能用铁盖)，使淀粉变蓝色(常用来检验碘的存在)，碘的氧化性较其他卤素弱，与变价金属铁反应生成FeI2而不是FeI3。(5)氢氟酸为弱酸，有剧毒，能腐蚀玻璃，试验室中常用铅制或塑料瓶容器保存氢氟酸。1.依据卤族元素的性质分析，将F2通入NaCl溶液中得到什么气体？提示：F2的氧化性大于Cl2，但由于F2与水发生反应：2F2＋2H2O=4HF＋O2，F2不与溶液中的Cl－反应，故F2通入NaCl溶液中得到的是O2而不是Cl2。2．已知还原性I－>Br－>Cl－>F－，试从原子结构的角度分析缘由。提示：还原性即微粒失去电子的实力。按I－→Br－→Cl－→F－的依次，离子的半径渐渐减小，原子核对最外层电子的吸引力渐渐增大，失去电子的实力渐渐减弱，故还原性渐渐减弱。[例2]下列关于卤族元素性质的叙述正确的是(按从F到I的依次)()①单质的氧化性渐渐增加②单质的颜色渐渐加深③气态氢化物的稳定性渐渐增加④单质的沸点渐渐上升⑤阴离子的还原性渐渐增加A．①②③ B．②③④C．②④⑤ D．①③⑤[思路分析]解答本题的关键是要抓住卤族元素的递变性。[解析]F2、Cl2、Br2、I2的氧化性渐渐减弱，其对应阴离子F－、Cl－、Br－、I－的还原性渐渐增加，故①错误，⑤正确；F2、Cl2、Br2、I2的颜色由浅黄绿色→黄绿色→深红棕色→紫黑色渐渐加深，②正确；HF、HCl、HBr、HI的稳定性渐渐减弱，③错误；在通常状况下，F2、Cl2、Br2、I2的状态改变为气态→液态→固态，其沸点渐渐上升，④正确，故答案为C。[答案]C甲、乙、丙三种溶液各含有一种X－(X－为Cl－、Br－、I－)，向甲中加淀粉溶液和新制的氯水变为橙色，将此溶液倒入丙中，颜色无明显改变。则甲、乙、丙依次含有(B)A．Br－、Cl－、I－ B．Br－、I－、Cl－C．I－、Br－、Cl－ D．Cl－、I－、Br－解析：熟知有关卤素学问：①单质氧化性为Cl2>Br2>I2，而对应阴离子的还原性为I－>Br－>Cl－；②碘单质可使淀粉变蓝色，溴水颜色为橙色。由此可推出甲中加淀粉溶液和新制的氯水后变为橙色，说明甲中含有Br－，再加入丙溶液无明显改变，则说明丙中无I－。1．下列关于碱金属按Li、Na、K、Rb、Cs的依次叙述中不正确的是(C)A．碱金属原子最外层都只有一个电子，在化学反应中简洁失去电子表现出强还原性B．单质的熔点和沸点依次递减C．单质都能与水反应生成碱，都能在空气中燃烧生成过氧化物D．原子半径渐渐增大，单质与水反应的猛烈程度渐渐增加解析：依据碱金属的原子结构示意图，看出碱金属原子最外层都只有一个电子，原子半径渐渐增大，在化学反应中简洁失去最外层电子表现出强还原性；它们与水反应的猛烈程度渐渐增加；依据碱金属的物理性质改变规律，碱金属单质的熔沸点渐渐降低；金属锂在氧气中燃烧生成一般氧化物：4Li＋O2eq\o(=,\s\up17(△))2Li2O。2．钠和铯都是碱金属元素，下列关于铯及其化合物的叙述中不正确的是(B)A．其单质在常温下与H2O的反应比Na更猛烈B．其单质能从NaCl水溶液中置换出NaC．CsOH属于强碱，其碱性强于NaOHD．其单质极易被氧化，可保存在煤油中解析：铯与钠同属碱金属元素，化学性质相像，随着核电荷数增加和原子半径增大，铯比钠金属活动性更强，单质的还原性更强，单质更易被氧化，氢氧化物碱性也更强，A、C、D三项均正确。由于铯与水猛烈反应，生成氢氧化铯和氢气，故它不能从NaCl溶液中置换出Na，B项错误。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(C)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，半径依次减小C．从F到I，原子核对最外层电子的吸引实力依次减弱，原子得电子实力依次减弱D．卤素单质与H2化合的简洁程度为F2<Cl2<Br2<I2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项错误；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实力依次减弱，原子得电子实力依次减弱，故B项错误，C项正确；单质与H2化合的简洁程度为F2>Cl2>Br2>I2，故D项错误。4．下列说法正确的是(C)A．F、Cl、Br的最外层电子数都是7，次外层电子数都是8B．随着原子序数的递增，HF、HCl、HBr、HI的酸性渐渐减弱C．卤素按F、Cl、Br、I的依次其非金属性渐渐减弱的缘由是随着核电荷数增加电子层数增多原子半径增大起主要作用D．砹是原子序数最大的卤族元素，依据卤素性质的递变规律，砹易溶于水，难溶于CCl4解析：F的次外层电子数为2，Br的次外层电子数为18，A项错误；HF、HCl、HBr、HI的酸性渐渐增加，B项错误；由碘微溶于水，易溶于四氯化碳，可推知，砹微溶于水，易溶于CCl4，D项错误。5．已知“类卤素”性质与Cl2相像，卤素与“类卤素”的氧化性由强到弱的依次为F2>(OCN)2>Cl2>Br2>(CN)2>(SCN)2>I2>(SeCN)2。则下列叙述中不正确的是(A)A．I2＋2SCN－=2I－＋(SCN)2在溶液中能进行B．Cl2＋2CN－=2Cl－＋(CN)2在溶液中能进行C．离子还原性：F－<OCN－<Br－<SCN－D．(CN)2溶于水的化学方程式为(CN)2＋H2O=HCN＋HCNO解析：A.氧化性(SCN)2>I2，则2I－＋(SCN)2=I2＋2SCN－在溶液中能进行，I2＋2SCN－=2I－＋(SCN)2在溶液中不能进行。B.氧化性Cl2>(CN)2，则Cl2＋2CN－=2Cl－＋(CN)2在溶液中能进行。C.氧化性F2>(OCN)2>Br2>(SCN)2，则离子还原性F－<OCN－<Br－<SCN－。D.“类卤素”性质与Cl2相像，Cl2溶于水的化学方程式为Cl2＋H2O=HCl＋HClO，则(CN)2溶于水的化学方程式为(CN)2＋H2O=HCN＋HCNO。6．下列预料某些碱金属元素及其化合物的性质的结论错误的是(D)选项已知某些碱金属元素及其单质的性质预料某些碱金属元素及其单质的性质A锂、钠、钾三种元素在自然界中都以化合态存在铷元素和铯元素在自然界中都以化合态存在B钾单质与空气中的氧气反应比钠单质更猛烈，甚至能燃烧铷单质和铯单质比钾单质更简洁与氧气反应，遇到空气就会马上燃烧续表C钾单质与水反应比钠单质更猛烈，甚至爆炸铷和铯比钾更简洁与水反应，遇水马上燃烧，甚至爆炸D锂元素和钠元素在化合物中的化合价都是＋1价，钠单质与氧气反应生成的氧化物有Na2O和Na2O2锂单质与氧气反应生成的氧化物有Li2O和Li2O2解析：A.锂、钠、钾三种元素在自然界中都以化合态存在，缘由是它们的单质都很活泼，易与氧等结合为化合物，铷和铯的单质更活泼，故该预料结论正确。B.钾单质与空气中的氧气反应比钠单质更猛烈，缘由是钾单质比钠单质活泼性强，铷单质和铯单质比钾单质更活泼，故该预料结论正确。C.钾单质与水反应比钠单质更猛烈，缘由是钾单质比钠单质活泼性强，铷单质和铯单质比钾单质更活泼，故该预料结论正确。D.锂单质与氧气反应生成的氧化物只有Li2O，故该预料结论不正确。7．试验探究是体验学问的产生或形成过程的基本途径。下面是某同学探究试验报告的一部分，请填空：试验名称：氯、溴、碘的氧化性强弱比较试验药品：NaCl溶液、NaBr溶液、KI溶液、氯水、溴水、四氯化碳(1)完成该试验需用到的仪器是试管，量筒；(2)CCl4在试验中所起的作用是萃取剂，使生成的Br2、I2溶于其中，便于视察试验现象；(3)在试验②中四氯化碳层颜色改变过程为由无色渐渐变为橙红色；(4)该同学的试验缺陷是不能证明溴的氧化性强于碘，改进的方法是再做一组试验④，步骤：KI溶液＋溴水＋1_mL_CCl4，振荡，静置，视察CCl4层颜色。解析：利用非金属单质间的转换反应来比较单质的氧化性强弱。Cl2能置换出Br2、I2，Br2能置换出I2，则说明氧化性Cl2>Br2>I2。8．最近，德国