2025版高一化学必修第一册 第四章 第一节 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课标定向目标定位1.能从原子水平认识碱金属、卤素的结构、性质和变化,形成“结构决定性质”的观念,并理解其性质的相似性和递变规律。(宏观辨识与微观探析)2.能依据“碱金属、卤素性质的比较”实验要求的需要,完成对碱金属、卤素性质的比较实验,会根据实验现象形成初步结论。(科学探究与创新意识)厘清重点通过对比分析,认识同主族元素性质的相似性和递变性突破难点原子结构与元素性质的关系学习任务一:碱金属元素的原子结构和性质【必备知识·导学】[引入]中国计量科学研究院成功研制“铯原子喷泉钟”,实现了2000万年不差一秒,使我国成为国际上少数具有独立完整的时间频率计量体系的国家之一。铯元素与钠元素在同一主族,金属铯与水是否能够反应?一、碱金属元素的原子结构碱金属位于元素周期表中ⅠA族,是一类化学性质非常活泼的金属元素,在自然界中都以化合态存在。结构如下表: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递变性从Li到Cs随着核电荷数的增加,电子层数逐渐增多,原子半径逐渐增大相同点最外层均有1个电子,均易失电子,有较强还原性,因此碱金属元素的化学性质具有相似性[思考]根据上表分析碱金属元素原子结构的相似性和递变性的原因,并预测单质性质。提示:相似性:最外层都只有1个电子,很容易失去一个电子后呈+1价,单质性质活泼,有很强的还原性;递变性:从上到下,随着电子层数的增多,原子核对最外层电子吸引力减弱,越来越容易失电子,单质还原性增强。二、碱金属元素的性质1.碱金属的物理性质元素Li、Na、K、Rb、Cs(原子序数增大)相同点除铯外,其余都呈银白色,它们都比较软,有延展性,密度较小,熔点较低,导电、导热性强递变规律密度逐渐增大(钠、钾反常)熔、沸点逐渐降低个性特点①铯略带金色光泽;②锂的密度比煤油的小;③钠的密度比钾大2.碱金属的化学性质(1)钠、钾与氧气反应的实验碱金属单质钠钾实验操作实验现象先熔化成小球,后燃烧,反应剧烈,火焰呈黄色,生成淡黄色固体先熔化成小球,后燃烧,反应比钠更剧烈,火焰呈紫色(透过蓝色钴玻璃观察)化学方程式2Na+O2Na2O2K+O2KO2(超氧化钾)结论金属活泼性:钾>钠(2)钠、钾与水反应的比较碱金属单质钠钾实验操作实验现象钠浮在水面上;熔成闪亮的小球;小球四处游动;发出嘶嘶的响声;反应后的溶液呈红色钾浮在水面上;熔成闪亮的小球;小球四处游动;发出嘶嘶的响声,有轻微爆炸声并着火燃烧;反应后的溶液呈红色化学方程式2Na+2H2O===2NaOH+H2↑2K+2H2O===2KOH+H2↑实验结论金属的活泼性:钾>钠[结论]从Li→Cs,随核电荷数增加,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→元素原子的失电子能力逐渐增强→元素的金属性逐渐增强。【判对错·通教材】判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)碱金属单质的化学性质活泼,易失电子发生还原反应。 (×)提示:失电子发生氧化反应。(2)化合物中碱金属元素的化合价都为+1价。(√)提示:碱金属元素原子最外层都只有1个电子,在化合物中元素的化合价都为+1价。(3)Li在空气中加热生成Li2O2。 (×)提示:Li在空气中加热生成Li2O。(4)钾比钠活泼,钾可以从NaCl溶液中置换出钠。 (×)提示:钾与NaCl溶液中的水发生反应而不是与NaCl反应。【核心要点·归纳】1.从原子结构角度认识碱金属元素性质的递变规律2.碱金属(R)化学性质的相似性3.碱金属化学性质的递变性按从Li→Cs的顺序:(1)与氧气、与水反应的剧烈程度逐渐增强。①与O2反应越来越剧烈,产物也更加复杂,Li只生成Li2O,Na能生成Na2O和Na2O2,K则能生成K2O、K2O2、KO2等。②与水反应越来越剧烈,K能发生轻微爆炸,Rb、Cs遇水则发生剧烈爆炸。(2)最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐增强,即碱性:LiOH<NaOH<KOH<RbOH<CsOH。4.元素金属性强弱判断依据(1)根据金属单质与水或者与酸反应置换出氢的难易程度:置换出氢越容易,则金属性越强。(2)根据金属元素最高价氧化物对应水化物碱性强弱:碱性越强,则金属元素的金属性越强。(3)置换反应:金属性强的金属能从盐溶液中置换金属性弱的金属(K、Ca、Na等极活泼金属例外)。(4)根据在元素周期表中的位置(越往元素周期表左下位置金属性越强)。【学力诊断·测评】1.(2024·海口高一检测)钠在周期表中位于第三周期第ⅠA族,是碱金属元素的代表。下列叙述正确的是()A.Li在空气中燃烧生成Li2O,故Na在空气燃烧生成Na2OB.碱金属元素是指ⅠA族的所有元素C.碱金属阳离子,氧化性最强的是Li+D.Li、Na、K都可以保存在煤油中【解析】选C。Li在空气中燃烧会生成Li2O,但Na比Li活泼,在空气中燃烧生成的是Na2O2,A项错误;第ⅠA族中氢不属于碱金属元素,B项错误;金属性越强,对应阳离子的氧化性越弱,所以碱金属阳离子,氧化性最强的是Li+,C项正确;Na、K都可以保存在煤油中,Li的密度小于煤油,要保存在石蜡中,D项错误。[借题发挥](1)碱金属元素的氧化物中氧元素的化合价相同吗?提示:不相同,如Na2O中O为-2价,Na2O2中O为-1价。(2)碱金属元素Na和K的最高价氧化物对应水化物(NaOH和KOH)的碱性强弱如何?提示:元素金属性越强,最高价氧化物对应水化物的碱性越强,故NaOH的碱性小于KOH。2.下列说法正确的是()A.碱性:LiOH>NaOH>KOH>RbOHB.金属性:Rb>K>Na>LiC.铷比钾活泼,铷能从氯化钾溶液中置换出钾D.铷不易与水反应放出氢气【解析】选B。金属性:Li<Na<K<Rb,碱性:LiOH<NaOH<KOH<RbOH,故A错误;碱金属金属性强弱为Rb>K>Na>Li,故B正确;铷比钾活泼,在氯化钾溶液中,铷先和水反应生成氢氧化铷和氢气,铷不能从氯化钾溶液中置换出钾,故C错误;铷的金属性比K强,与水剧烈反应,故D错误。【补偿训练】(2023·烟台高一检测)铯是第六周期ⅠA族元素,下列有关铯元素性质推测正确的是()A.最高化合价为+2B.原子半径比钠的小C.单质与水的反应比钠更剧烈D.最高价氧化物对应的水化物碱性比钠的弱【解析】选C。最外层有1个电子,最高化合价为+1价,故A错误;同主族元素从上到下原子半径增大,则铯的原子半径比钠的大,故B错误;铯的金属性较强,与水反应要比钠剧烈,故C正确;铯的金属性比钠强,则最高价氧化物对应的水化物碱性比钠的强,故D错误。学习任务二:卤族元素的原子结构和性质【必备知识·导学】一、卤族元素的原子结构卤族元素位于元素周期表中ⅦA族,是一类化学性质非常活泼的非金属元素,在自然界中都以化合态存在。结构如下表:元素名称氟氯溴碘元素符号FClBrI原子结构示意图原子半径/nm0.0710.0991.141.33二、卤素单质的性质1.卤素单质的物理性质卤素单质颜色(状态)F2淡黄绿色(气体)Cl2黄绿色(气体)Br2深红棕色(液体)I2紫黑色(固体)2.卤素单质的化学性质(1)卤素单质与氢气的化合反应卤素单质化学方程式反应条件或现象氢化物的稳定性F2H2+F2===2HF在暗处剧烈化合并发生爆炸很稳定Cl2H2+Cl22HCl光照或点燃发生反应稳定Br2H2+Br22HBr加热至一定温度才能反应较稳定I2H2+I22HI不断加热才能缓慢反应不稳定(2)卤素单质之间的置换反应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,溶液由无色变为褐色2I-+Cl2===I2+2Cl-振荡静置后,溶液由无色变为褐色2I-+Br2===I2+2Br-[结论]从F→I,随着核电荷数增加,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→元素的原子得电子能力逐渐减弱→元素的非金属性逐渐减弱。【判对错·通教材】判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)卤族元素在化合物中只表现-1价。 (×)提示:卤族元素在化合物中有正价,如HClO中氯元素为+1价。(2)卤素只以化合态存在于自然界中。 (√)提示:卤素在自然界中只有化合态。(3)卤族元素随核电荷数增加,气态氢化物稳定性逐渐增强。 (×)提示:随核电荷数增加,元素非金属性降低,气态氢化物稳定性减弱。(4)F2比Cl2活泼,F2能从NaBr溶液中置换出Br2。 (×)提示:F2能与NaBr溶液中的水反应生成HF和O2,不能从NaBr溶液中置换出Br2。【核心要点·归纳】1.从原子结构角度认识卤族元素性质的递变规律2.卤族元素的相似性3.卤族元素的递变性(1)与H2反应越来越难,对应氢化物的稳定性逐渐减弱,氢化物还原性逐渐增强,其水溶液的酸性逐渐增强,即:稳定性:HF>HCl>HBr>HI;还原性:HF<HCl<HBr<HI;酸性:HF<HCl<HBr<HI。(2)最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐减弱,即HClO4>HBrO4>HIO4。4.卤素单质性质中的特殊情况(1)F2能与水反应,反应方程式为2F2+2H2O===4HF+O2。因此,F2不能从溶液中置换出其他卤素单质。(2)通常情况下,氟没有正价,所以氟没有含氧酸。(3)溶解性:通常情况下,除F2外,卤素单质在水中的溶解度都不大,但是均易溶于有机溶剂。(4)卤素单质都有毒,液溴易挥发,保存时常用水液封。(5)溴单质在常温下是唯一一种液态非金属单质。(6)碘为紫黑色固体,易升华,淀粉遇I2变蓝色。(7)氢氟酸为弱酸,而盐酸、氢溴酸、氢碘酸为强酸。5.元素非金属性强弱判断依据(1)根据单质与氢气反应的难易程度:与氢气反应越容易,非金属性越强。(2)氢化物的稳定性:越稳定,非金属性越强。(3)根据元素最高价氧化物对应水化物酸性强弱:酸性越强,元素的非金属性越强。(4)置换反应:活泼非金属可从水溶液中置换出溶液里的不活泼非金属,F2与水反应生成O2。(5)与同种金属反应的难易及氧化情况。(6)元素周期表中的位置。【学力诊断·测评】1.随着卤素原子半径的增大,下列递变规律正确的是()A.单质的熔、沸点逐渐降低B.离子的还原性逐渐增强C.气态氢化物稳定性逐渐增强D.单质氧化性逐渐增强【解析】选B。随着卤素原子半径的增大,单质的熔、沸点逐渐升高,故A错误;卤族元素从上到下,随着卤素原子半径的增大,元素得电子能力逐渐减弱,阴离子的失电子能力增强,所以阴离子的还原性逐渐增强,故B正确;卤族元素从上到下,随着卤素原子半径的增大,得电子能力逐渐减弱,非金属性逐渐减弱,气态氢化物稳定性逐渐减弱,故C错误;卤族元素从上到下,随着卤素原子半径的增大,得电子能力逐渐减弱,则单质的氧化性逐渐减弱,故D错误。2.(2023·汕头高一检测)如图是卤素单质(F2、Cl2、Br2、I2)的沸点与其相对分子质量的关系图,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.保存单质③时加少量水进行液封D.单质的氧化性:④>③>②>①【解析】选D。F2、Cl2、Br2、I2的相对分子质量依次增大,沸点也依次升高,故①为F2,②为Cl2,③为Br2,④为I2。卤族元素中,元素的非金属性随着原子序数的增大而减弱,元素非金属性越强,其单质越活泼,所以最活泼的非金属单质是F2,故A正确;氯气和水反应生成次氯酸,次氯酸具有漂白性,所以通入单质②能使品红溶液褪色,故B正确;溴易挥发,在水中的溶解度较小,且溴的密度大于水,所以为防止溴挥发,可以用水液封,故C正确;卤族元素单质的氧化性随着原子序数的增大而减小,所以氧化性从弱到强的顺序是④<③<②<①,故D错误。3.(2024·咸阳高一检测)砹是原子序数比碘大的卤族元素,推测砹或砹的化合物最可能具有的性质是()①砹化氢很稳定②砹单质与水反应,使砹全部转化成氢砹酸和次砹酸③砹是黑色固体④砹化银难溶于水⑤砹易溶于某些有机溶剂A.①③④⑤B.③④⑤C.只有③⑤D.③④【解析】选B。①砹的非金属性很弱,则砹化氢很不稳定,故不选;②碘与水的反应为可逆反应,则砹单质与水反应,不可能使砹全部转化成氢砹酸和次砹酸,故不选;③卤族元素从上到下,单质的颜色逐渐加深,碘为紫黑色固体,则砹是黑色固体,故选;④AgCl、AgI等难溶于水,由相似性可知,砹化银难溶于水,故选;⑤氯气、溴、碘易溶于有机溶剂,则砹易溶于某些有机溶剂,故选。4.(2024·佛山高一检测)比较Cl与Br非金属性强弱的实验装置如图所示。已知Br2在苯中的溶解度远大于在水中的溶解度。仪器及药品均正确的是()A.装置Ⅰ B.装置Ⅱ C.装置Ⅲ D.装置Ⅳ【解析】选C。MnO2与浓盐酸在加热的条件下反应才能制取Cl2,A错误;氯气与碳酸钠溶液反应,不能除杂,应选饱和食盐水,B错误;氯气和溴化钠溶液的反应,离子方程式:2Br-+Cl2===Br2+2Cl-,置换出的溴更易溶于苯,C正确;用NaOH溶液吸收Cl2,导气管应该伸入NaOH溶液液面以下,D错误。【补偿训练】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【解析】选B。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;卤素单质的熔点随相对分子质量的增大而升高,B正确;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-1价和最高+7价之间,因此既具有氧化性,也具有还原性,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。学习任务三:同主族元素性质递变规律【核心要点·归纳】1.原子结构与元素性质的关系2.同主族元素及其典型化合物性质的递变规律类别性质递变规律(由上至下)元素金属性逐渐增强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稳定性逐渐减弱最高价氧化物对应的水化物碱性逐渐增强酸性逐渐减弱[方法导引]金属性是元素的失电子能力,还原性是物质的失电子能力;非金属性是元素的得电子能力,氧化性是物质的得电子能力。【学力诊断·测评】1.(2024·茂名高一检测)下列性质的递变规律不正确的是()A.原子半径:Li>Na>K>RbB.碱性:NaOH<KOH<CsOHC.氧化性:F2>Cl2>Br2>I2D.稳定性:HF>HCl>HBr>HI【解析】选A。电子层越多,原子半径越大,Li、Na、K、Rb属于同主族元素,同主族元素从上而下原子半径依次增大,原子序数Li<Na<K<Rb,则Li、Na、K、Rb的原子半径依次增大,即原子半径为Li<Na<K<Rb,A错误;Na、K、Cs属于同主族元素,同主族元素从上而下金属性增强,原子序数Na<K<Cs,则金属性Na<K<Cs,金属性越强,最高价氧化物对应水化物的碱性越强,则碱性为NaOH<KOH<CsOH,B正确;F、Cl、Br、I属于同主族元素,从上而下,非金属性依次减弱,原子序数F<Cl<Br<I,非金属性F>Cl>Br>I,非金属性越强,对应单质的氧化性越强,则F2、Cl2、Br2、I2的氧化性逐渐减弱,即氧化性F2>Cl2>Br2>I2,C正确;F、Cl、Br、I为同主族元素,非金属性F>Cl>Br>I,则稳定性:HF>HCl>HBr>HI,D正确。2.(2024·湖州高一检测)IUPAC命名117号元素为Ts(中文名“”,tián),Ts的原子核外最外层电子数是7,下列说法不正确的是()A.Ts是第七周期第ⅦA族元素B.AgTs是一种能溶于硝酸的白色沉淀C.Ts在同族元素中非金属性最弱D.中子数为176的Ts核素符号是

117【解析】选B。Ts的原子序数为117,为第七周期元素,最外层7个电子,为第ⅦA族元素,A正确;根据同主族元素及化合物性质的相似性,AgTs不能溶于硝酸,B错误;同主族从上到下,元素的非金属性逐渐减弱,故Ts在同族元素中非金属性最弱,C正确;中子数为176,则质量数为117+176=293,故Ts核素符号是

117293【补偿训练】(2024·河南名校高一联考)金属Li广泛用于锂离子电池、航空、冶金等工业。Li与Na性质相似,且密度比煤油小。下列对金属锂的性质预测不合理的是()A.Li能保存在煤油中B.Li和水反应的化学方程式为2Li+2H2O===2LiOH+H2↑C.Li能在氯气中燃烧D.常温下,锂在空气中被氧化生成Li2O【解析】选A。锂的密度比煤油小,锂不能保存在煤油中,A错误;锂和钠性质相似,Li和水反应也会生成氢氧化锂和氢气,B正确;Li与Na性质相似,锂在氯气中燃烧会生成氯化锂,C正确;常温下,钠在空气中氧化为Na2O,所以锂在空气中氧化生成Li2O,D正确。学情检测·素养达标1.下列有关钾及钾的化合物叙述错误的是()A.钾及钾的化合物灼烧时均会发出紫色的火焰B.KHCO3受热易分解产生CO2C.金属钾燃烧时生成氧化钾D.金属钾可保存在煤油中【解析】选C。焰色试验是金属元素的性质,钾元素的焰色为紫色,故钾及钾的化合物灼烧均为紫色火焰,故A正确;碳酸氢钾不稳定,受热生成碳酸钾和二氧化碳,故B正确;金属钠燃烧产生过氧化钠,钾比钠活泼,则钾单质燃烧时产物更复杂,可能有过氧化钾、超氧化钾等,但不是氧化钾,故C错误;钾的密度比煤油大,且与煤油不反应,可将钾保存在煤油中,故D正确。2.(2024·荆州高一检测)下列关于卤素(F、Cl、Br、I)叙述正确的是()A.其单质在常压下的沸点,随着卤素核电荷数的增多逐渐降低B.单质和水反应通式:X2+H2O===HX+HXO(用X表示卤素),剧烈程度随着核电荷数的增多而减弱C.单质和氢气反应的通式:X2+H2===2HX(条件不同),剧烈程度随着卤素核电荷数的增多而减弱D.随着卤素核电荷数的增多,单质的氧化性逐渐增强【解析】选C。卤素单质在常压下的沸点,随着卤素核电荷数的增多逐渐升高,A项不正确;单质氟和水反应生成HF和氧气,B项不正确;同主族元素自上而下非金属性逐渐减弱,所以与H2反应的剧烈程度逐渐减弱,C项正确;随着卤素核电荷数的增多,单质的氧化性逐渐减弱,D项不正确。3.(2023·北京朝阳区高一检测)下列事实不能用于比较元素金属性或非金属性强弱的是()A.Na比Mg与冷水反应剧烈,金属性Na>MgB.F2比Cl2更容易与H2化合,非金属性F>ClC.KOH的碱性强于NaOH,金属性K>NaD.盐酸的酸性强于H2CO3,非金属性Cl>C【解析】选D。金属与水反应越剧烈,失电子能力越强,金属性越强,Na比Mg与冷水反应剧烈,则金属性Na>Mg,故A正确;非金属性越强,非金属单质与氢气化合越容易,F2比Cl2更容易与H2化合,所以非金属性F>Cl,故B正确;金属性越强,其最高价氧化物对应水化物碱性越强,KOH的碱性强于NaOH,所以金属性K>Na,故C正确;非金属性越强,最高价氧化物对应水化物的酸性越强,虽然盐酸的酸性强于H2CO3,但盐酸是无氧酸,所以不能得出结论:非金属性Cl>C,故D错误。【补偿训练】下列有关碱金属、卤素原子结构和性质的描述,正确的个数为()①随着核电荷数的增加,碱金属单质的熔、沸点依次升高,密度依次增大②F、Cl、Br、I的最外层电子数都是7,次外层电子数都是8③碱金属单质的金属性很强,均易与氧气发生反应,加热时生成的氧化物形式为R2O④根据同族元素性质的递变规律推测,At2与H2化合较难,砹化银也难溶于水⑤根据Cl、Br、I的非金属性依次减弱,可推出HCl、HBr、HI的酸性依次减弱⑥碱金属都应保存在煤油中⑦卤素按F、Cl、Br、I的顺序非金属性逐渐减弱的原因是随着核电荷数的增加,电子层数增多,原子半径增大⑧碳酸铯不易发生分解反应生成氧化铯和二氧化碳A.2 B.3 C.4 D.5【解析】选B。