2025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;从最外层都只有一个电子能推出碱金属元素的化学性质具有相似性。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;溶液变红化学方程式2Na+O2Na2O22K+2H2O2KOH+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.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,单质还原性依次增强,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。3.(2024·四川自贡高一月考)可能存在的第119号元素被称为“类钫”,据元素周期表结构及元素性质变化趋势,有关“类钫”的预测说法不正确的是 ()A.“类钫”在化合物中呈+1价B.“类钫”属于过渡元素,具有放射性C.“类钫”与冷水反应可能爆炸D.“类钫”单质熔点较低答案B解析119号元素位于第八周期第ⅠA族,属于碱金属元素,化合物中呈+1价,A正确;“类钫”不属于过渡元素,B错误;“类钫”属于碱金属,金属性最强,所以“类钫”单质熔点较低,与冷水反应可能爆炸,C、D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)卤素单质与氢气的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+F22HF很稳定Cl2光照或点燃H2+Cl22HCl较稳定Br2加热H2+Br22HBr不如氯化氢稳定I2不断加热H2+I22HI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-+Cl2Br2+2Cl-氧化性:Cl2>Br2>I2振荡静置后,溶液由无色变为棕褐色2I-+Cl2I2+2Cl-振荡静置后,溶液由无色变为褐色2I-+Br2I2+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+2H2O4HF+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+2H2OO2+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。3.(2024·杭州高一期末)已知砹(85At)位于第六周期第ⅦA族,关于砹(85At)及其化合物说法正确的是 ()A.稳定性:HAt>HClB.氧化性:At2>I2C.还原性:HAt>HClD.At2是白色无毒晶体答案C解析卤族元素由上而下,非金属性逐渐变弱,则稳定性:HAt<HCl,A错误;单质氧化性:At2<I2,B错误;氢化物还原性:HAt>HCl,C正确;卤族元素由上而下,单质颜色加深,At2不是白色晶体,D错误。1.(2024·海南农垦中学高一期末)下列叙述正确的是 ()A.碱金属与卤素单质的熔、沸点均随核电荷数的增大而升高B.卤素单质的密度随核电荷数的增大而增大C.卤素形成的氢化物稳定性随核电荷数增大而增大D.碱金属的焰色试验都呈黄色答案B解析卤族元素单质的状态从气态到液态再到固态,熔、沸点从上到下逐渐增大;而碱金属熔、沸点随核电荷数的增加而降低,A错误;同主族元素从上到下元素的非金属性逐渐减弱,对应的氢化物的稳定性逐渐减弱,C错误;钾元素的焰色试验需要透过蓝色钴玻璃片观察,焰色试验为紫色,D错误。2.已知钡的金属活动性处于钾和钠之间。则下列变化中可能实现的是 ()A.钡可从氯化钠溶液中置换出金属钠B.钡可从冷水中置换出氢气C.钡可从硫酸铜溶液中置换出铜D.在溶液中Ba2+可氧化金属锌,生成Zn2+答案B解析由于钡可以与水反应,所以钡和钠一样并不能置换出水溶液中的金属离子,溶液中的Ba2+也难以被还原生成金属单质。3.(2024·海南中学高一期末)类比迁移的思维方法可以预测许多物质的性质。但类比是相对的,不能违背客观事实。下列类比迁移结果正确的是 ()A.因为Na在空气中加热生成Na2O2,所以Li在空气中加热生成Li2O2B.因为HCl是强酸,所以HF也是强酸C.Na和水反应生成NaOH和H2,则Fe和水蒸气反应也生成Fe(OH)3和H2D.金属性:Rb>K>Na,则金属性:Sr>Ca>Mg答案D解析Li在空气中加热只能生成Li2O,A错误;HF是弱酸,B错误;Fe和水蒸气反应生成Fe3O4和H2,C错误;同主族从上到下,元素的金属性逐渐增强,故金属性:Sr>Ca>Mg,D正确。4.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)通过实验还可证明Br2通入KI溶液中可置换I2,结合本实验可得到的结论是。

答案(1)DCBAF(2)吸收未反应完的Cl2,防止污染空气Cl2+2OH-Cl-+ClO-+H2O(3)溶液变蓝Cl2+2KII2+2KCl(4)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中,否则会污染空气,所以最后连接尾气处理装置,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+2KII2+2KCl。课时对点练[分值:100分](选择题1~12题,每小题5分,共60分)题组一碱金属元素1.(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。2.(2024·上海华师大二附中高一期末)下列关于碱金属的叙述中,正确的是 ()A.碱金属单质的密度随原子序数的增大而增大B.碱金属随着原子序数增大,与水反应越剧烈C.碱金属元素的原子半径越大,越易失电子,其单质还原性越弱D.碱金属单质的化学性质活泼,易从盐溶液中置换其他金属答案B解析碱金属单质的密度随原子序数的增大而增大,Na,K反常,A错误;碱金属元素的原子半径越大,越易失电子,其单质还原性越强,C错误;Na、K性质活泼,先和水反应,而不是与盐溶液发生置换反应,D错误。3.(2024·西安三十八中高一期末)铯(Cs)是制造真空器件、光电管、原子钟等的重要材料,金属铯的密度为1.879g·cm-3,熔点为28.4℃。下列说法正确的是 ()A.铯位于第ⅡA族B.铯的熔点大于钠C.铯与水反应时,铯浮在水面上,反应剧烈,发生爆炸D.碱性:CsOH>RbOH答案D解析铯位于第ⅠA族,A错误;铯的熔点小于钠,B错误;铯的密度大于水,与水反应时,铯沉在水底,反应剧烈,发生爆炸,C错误;同主族元素从上到下金属性逐渐增强,最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐增强,碱性:CsOH>RbOH,D正确。4.下列选项不能说明金属A比金属B活泼的是 ()A.A常温下可以与水反应,B不与水反应B.B不能从任何含A的盐中置换出金属AC.A的最高价氧化物对应水化物的碱性比B强D.A的最外层电子数比B少答案D题组二卤族元素5.(2024·内蒙古乌兰浩特一中高一期末)用下列曲线表示卤族元素的某种性质随核电荷数的变化趋势,正确的是 ()答案A解析随着核电荷数的增加,卤族元素单质的熔点逐渐升高,元素非金属性逐渐减弱,单质的氧化性逐渐减弱,最简单氢化物的热稳定性逐渐减弱,故选A。6.(2024·黑龙江实验中学高一开学考试)下列各组物质性质比较的表示中,不正确的是 ()A.还原性:HF>HCl>HBr>HIB.稳定性:HF>HCl>HBr>HIC.氧化性:F2>Cl2>Br2>I2D.与水反应由易到难:F2>Cl2>Br2>I2答案A解析同主族元素从上往下非金属性逐渐减弱,还原性:HF<HCl<HBr<HI,故选A。7.下列有关卤素的说法错误的是 ()A.新制氯水显浅黄绿色,但放置一段时间之后颜色会褪去B.除F2外,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C.淀粉碘化钾溶液在空气中变蓝,发生了反应:4I-+O2+2H2O2I2+4OH-D.由HF、HCl、HBr、HI的酸性递增的事实,可推出F、Cl、Br、I的非金属性递增答案D解析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,不能根据简单氢化物的酸性强弱判断元素的非金属性,故D错误。8.(2024·山西阳泉高一期末)85号元素砹(At)原子核外最外层有7个电子。下列有关说法不正确的是 ()A.中子数为127的At的核素符号是B.At位于第六周期第ⅦA族C.酸性强弱:HAtO4>HClO4D.At2与H2很难直接化合,HAt不能稳定存在答案C解析中子数为127的At原子的质量数为85+127=212,核素符号为85212At,A正确;第六周期的稀有气体的原子序数为86,故85号At元素位于第六周期第ⅦA族,B正确;非金属性:At<Cl,则酸性:HAtO4<HClO4,C错误;同主族从上到下元素的非金属性逐渐减弱,则At2与H2很难直接化合,HAt易分解、不能稳定存在9.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;碱金属元素的金属性从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,离子的还原性依次增强,即HF、HCl、HBr、HI的还原性依次增强,热稳定性依次减弱,D项错误。10.(2024·云南玉溪高一统考期末)下列有关第ⅠA、ⅡA族元素的叙述错误的是 ()A.同主族随着原子序数的递增,元素的金属性逐渐增强B.由MgCO3难溶于水,可推断SrCO3也难溶于水C.RbOH、CsOH均为强碱D.BaCO3在医疗中常用作钡餐答案D解析同一主族元素从上到下原子核外电子层数增多,原子半径增大,金属性逐渐增强,A正确;Mg、Ca、Sr、Ba都是第ⅡA族元素,由MgCO3、CaCO3、BaCO3均难溶于水,可推断SrCO3也难溶于水,B正确;元素金属性越强,其最高价氧化物对应水化物的碱性越强,NaOH和KOH是强碱,则RbOH、CsOH均为强碱,C正确;BaCO3能和胃酸中的盐酸反应,不能用作钡餐,D错误。11.(2024·江西上饶高一期末)类比和推理是化学研究的重要方法。下列应用该方法正确的是 ()A.铁和氯气反应生成FeCl3,则铁和碘单质也生成FeI3B.Cl2与水反应生成HClO和HCl,则F2与水反应也能生成HFO和HFC.铁能从硫酸铜溶液中置换出铜,则钠也能从硫酸铜溶液中置换出铜D.Fe能与Cu(NO3)2溶液反应,则Fe答案D解析碘的氧化性弱于氯气,与铁共热反应只能生成碘化亚铁,不能生成碘化铁,A错误;氟气的氧化性强于氧气,与水反应生成氢氟酸和氧气,不能生成HFO和HF,B错误。12.下列事实不能说明元素的金属性或非金属性相对强弱的是 ()选项事实推论A与冷水反应,Na比Mg剧烈金属性:Na>MgBCa(OH)2的碱性强于Mg(OH)2金属性:Ca>MgCSO2与NaHCO3溶液反应生成CO2非金属性:S>CDH2+Cl22HClH2+I22HI非金属性:Cl>I答案C13.(16分)(2024·深圳高一期末)卤素是典型的非金属元素。为探究卤素中Cl、Br、I的性质,某同学依次设计了如下的实验。(1)某同学向无色的KI溶液中滴加少量氯水,发现无色溶液变为色,写出该反应的离子方程式:。

(2)还需要再设计(填“1”“2”“3”或“4”)个类似于(1)的简单实验,根据(1)、(2)所有的实验现象可以得到规律:氧化性Cl2>Br2>I2。

(3)根据

(填写实验操作和现象或者化学性质),可以判断非金属性:F>Cl。(4)因此,非金属性:F>Cl>Br>I。在元素周期表中,同主族元素从上到下,数不变,依次增多,逐渐增大,能力逐渐减弱,所以,非金属性逐渐减弱。

答案(1)棕褐Cl2+2I-2Cl-+I2(2)2(3)氟气与氢气暗处反应发生爆炸,氯气与氢气点燃或光照才反应(或HF很稳定,HCl较稳定或氟气和水能产生氧气,氯气不能)(4)最外层电子核外电子层数原子半径得电子解析(1)由于Cl2的氧化性强于I2,则向无色的KI溶液中滴加少量氯水生成碘单质,无色溶液变为棕褐色。(2)向KI溶液中加入溴水,如果溶液变色,说明生成碘单质,则证明Br2的氧化性强于I2;向NaBr溶液中通入氯水,若溶液变色,说明生成溴单质,Cl2的氧化性强于Br2;综合3个实验,可以得到结论,氧化性:Cl2>Br2>I2。14.(12分)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.Li B.Na C.K D.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+H2ORbOH+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