【情境探究】第四章第3课时 原子结构与元素的性质-2024～2025学年高一化学同步卓越讲义（人教版2019必修第一册）

第四章 第3课时 原子结构与元素的性质 01 知道碱金属元素、卤族元素的结构和性质，能从原子结构角度解释同主族元素性质的递变规律，形成“结构决定性质”的观念，强化宏观辨识与微观探析的学科核心素养。 02 能设计实验方案，探究同主族元素性质的递变性，提升科学探究与创新意识的化学核心素养。 考点突破 1 情境· 探究 【情境】1．钠、钾与氧气反应的实验 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 实验原理 (化学方 程式) 2Na＋O2Na2O2 K＋O2KO2(超氧化钾) 结论 金属活泼性：钾>钠 总结：相同条件下，碱金属从Li到Cs，与O2反应越来越剧烈，产物越来越复杂，说明金属越来越活泼。 2．钠、钾与水反应的比较 【问题探究】　(1)回忆第二章学过的知识，钠有哪些化学性质？(用化学方程式表示) 【解析】①2Na＋O2Na2O2 ②2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑ ③2Na＋2HCl===2NaCl＋H2↑ (2)结合钠和钾的原子结构特点，请你预测钾可能具有哪些与钠相似的化学性质？ 【解析】钠和钾最外层都只有1个电子，都容易失去最外层电子，表现出比较强的还原性。钾和钠相似，都能与氧气、水发生化学反应。 [实验和观察]　回忆钠与水反应的实验现象，观察下面实验( 由教师演示)。 在烧杯中加入一些水，滴入几滴酚酞溶液。切取一块绿豆大的钾，用镊子夹取并投入水中(如图)，观察现象。 [实验现象]　金属钾浮在水面上，熔化成闪亮的小球，并四处游动，发出“嘶嘶”的响声，反应后的溶液呈红色，钾与水反应比钠与水反应更剧烈。 [分析和结论]　(1)通过实验和观察，讨论并总结钠、钾有哪些相似的化学性质，与你最初根据原子结构特点进行的预测是否一致？ 【解析】钠、钾都能与氧气、H2O发生反应，与预测一致。 (2)从实验现象比较钠、钾与水反应的难易程度。由此，你能发现与它们的原子结构有什么关系吗？你能推断出锂与水反应的难易程度吗？ 【解析】通过实验现象比较，钾与水反应比钠与水反应更剧烈，说明钾更活泼，更易与水反应。锂、钠、钾分别位于ⅠA族的第二、三、四周期，电子层数依次增多，原子半径逐渐增大，失电子能力逐渐增强。因此锂与水反应不如钠与水反应剧烈，锂与水反应比钠与水反应缓慢。 (3)结论为与水反应的剧烈程度：K>Na；金属活泼性：K>Na。 归纳·总结 1．碱金属单质的主要物理性质 2．碱金属元素化学性质的相似性和递变性 (1)相似性(用R表示碱金属元素) (2)递变性 具体表现如下(按Li→Cs的顺序) ①与O2的反应越来越剧烈，产物越来越复杂，如Li与O2反应只能生成Li2O，Na与O2反应生成Na2O、Na2O2，而K与O2反应能够生成K2O、K2O2、KO2，Rb、Cs遇空气立即燃烧，生成更复杂的产物。 ②与H2O的反应越来越剧烈，如K与H2O反应可能会发生轻微爆炸，Rb和Cs遇水会发生爆炸。 ③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。 3．从原子结构角度认识碱金属元素性质的递变规律 4．元素金属性(失电子的能力)强弱的判断依据 依据 结论 根据单质与水(或酸)反应置换出氢气的难易程度 越易者金属性越强 根据最高价氧化物对应水化物的碱性强弱 碱性越强者金属性越强 根据金属之间的置换反应 活动性强的金属能把活动性弱的金属从其盐溶液中置换出来 【易错点】 (1)碱金属还原性最强的是Cs，还原性最弱的是Li。 (2)由于Li、Na、K都能与O2和H2O反应，故实验室中Na、K保存在煤油中，Li(密度比煤油的小)常保存在液体石蜡中。 (3)碱金属单质与盐溶液反应时，可以看作碱金属单质先与H2O反应生成碱和H2，而非直接与盐发生置换反应。 课堂·练习 1．下列有关碱金属的叙述正确的是   A．碱金属单质和氧气反应时都会生成同类产物 B．碱金属单质的硬度都较大 C．液态的钠可用作核反应堆的传热介质 D．碱金属单质都是银白色的固体 【答案】C 【解析】A. 碱金属大多数金属性很强，在空气中燃烧产物较复杂，只有Li在空气中燃烧生成氧化物，其它的在空气中燃烧生成过氧化物或其他更复杂的氧化物，故A错误； B. 碱金属单质的硬度都较小，可以用小刀切割，故B错误； C. 金属具有良好的热传导效率，液态钠可用作核反应堆的传热介质，故C正确； D. 碱金属单质中多数是银白色的固体，铯略带金色光泽，故D错误； 故选C。 2．以下关于锂、钠、钾、铷、铯的叙述正确的是(　　) ①氢氧化物中碱性最强的是CsOH　②单质熔点最高的是铯　③它们都是热和电的良导体　④它们的密度依次增大，且都比水轻　⑤它们的还原性依次增强　⑥它们对应阳离子的氧化性依次增强 A．①③ B．②⑤ C．②④⑥ D．①③⑤ 【答案】D 【解析】①碱金属从上到下，金属性增强，最高价氧化物对应水化物碱性越强，因此氢氧化物中碱性最强的是CsOH，故①正确；②从上到下，金属的熔点逐渐降低，因此单质熔点最高的是Li，故②错误；③碱金属是是热和电的良导体，故③正确；④碱金属密度具有增大趋势，但钠的密度大于钾的密度，铷、铯密度比水大，故④错误；⑤从上到下金属性增强，它们的还原性依次增强，故⑤正确；⑥从上到下金属性增强，还原性增强，它们对应阳离子的氧化性依次减弱，故⑥错误；因此①③⑤正确，故D正确。 答案为D。 3．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，熔点为。下列说法正确的是 A．属于卤族元素 B．铯的熔点大于钠 C．碱性： D．铯与水反应时，铯浮在水面上，反应剧烈，发生爆炸 【答案】C 【分析】Cs位于第ⅠA族，从上到下，金属性在增强，熔点在降低，并利用同主族元素及其化合物的性质相似来解答。 【解析】A．Cs位于第ⅠA族，属于碱金属，不是卤族元素，故A错误； B．第ⅠA族碱金属从上到下熔点在降低，则金属铯的熔点比金属钠低，故B错误； C．第ⅠA族碱金属从上到下金属性在增强，则CsOH比NaOH的碱性强，故C正确； D．第ⅠA族碱金属从上到下金属性在增强，则Cs与H2O能剧烈反应，甚至发生爆炸，但是Cs的密度大于水，不会浮在水面上，故D错误； 故选C。 考点突破 2 情境· 探究 【情境】 【问题探究】 如图是卤族元素的原子结构示意图和卤素单质的存在形式，随着原子序数递增，它们单质的颜色越来越深，状态由气态到固态，那么它们的化学性质有何相似性和递变性？ 1．卤素单质的主要物理性质 卤素单质 颜色和状态 密度 熔点/℃ 沸点/℃ F2 淡黄绿色气体 1.69 g/L(15 ℃) －219.6 －188.1 Cl2 黄绿色气体 3.214 g/L(0 ℃) －101 －34.6 Br2 深红棕色液体 3.119 g/cm3(20 ℃) －7.2 58.78 I2 紫黑色固体 4.93 g/cm3 113.5 184.4 分析上表可知，从F2到I2，颜色逐渐加深，熔、沸点逐渐升高，密度逐渐增大。 2．卤素单质的化学性质 (1)卤素单质(X2)与H2的反应 ①X2与H2反应的比较 反应条件 产物稳定性 化学方程式 F2 暗处 很稳定 H2＋F2===2HF Cl2 光照或点燃 较稳定 H2＋Cl2 2HCl Br2 加热 稳定性差 H2＋Br22HBr I2 不断加热 不稳定 H2＋I22HI ②结论 a．从F2到I2，与H2反应的难易程度：逐渐变难； b．从F2到I2，生成氢化物的稳定性：逐渐减弱。 (2)卤素单质间的置换反应 实验操作 反应现象 离子方程式 振荡静置后，液体分层，上层接近无色，下层呈橙红色 Cl2＋2Br－=== Br2＋2Cl－ 振荡静置后，液体分层，上层接近无色，下层呈紫红色 Cl2＋2I－===I2＋2Cl－ 振荡静置后，液体分层，上层接近无色，下层呈紫红色 Br2＋2I－===I2＋2Br－ 实验结论 从以上三个实验可知，Cl2、Br2、I2的氧化性逐渐减弱 归纳·总结 1．卤族单质化学性质的相似性和递变性 (1)相似性 (2)递变性 具体表现如下： ①与H2反应越来越难，对应氢化物的稳定性逐渐减弱，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。 (3)特殊性 ①溴是常温常压下唯一的液态的非金属单质。 ②卤素单质都有毒，溴有很强的腐蚀性，保存液溴时要加一些水进行“水封”，碘单质遇淀粉溶液变蓝色(检验I2)。 ③Cl2、Br2、I2易溶于有机溶剂(如苯、CCl4、汽油等)。 ④F无正化合价。 2．从原子结构角度认识卤族元素性质的递变规律 3．元素非金属性(得电子的能力)强弱的判断依据 依据 结论 根据单质与氢气化合的难易程度或生成氢化物的稳定性 越易与氢气化合，氢化物越稳定者非金属性越强 根据最高价氧化物对应水化物的酸性强弱 酸性越强者非金属性越强 根据非金属单质间的置换反应 活动性强的能够置换出活动性弱的 【易错点】 (1)Cl2易液化、Br2易挥发、I2易升华。 (2)卤族元素非金属性强弱顺序：F>Cl>Br>I；单质氧化性强弱顺序：F2>Cl2>Br2>I2；阴离子还原性强弱顺序：I－>Br－>Cl－>F－。 (3)卤素单质间发生置换反应，较活泼的卤素单质可以将较不活泼的卤素单质从其盐溶液(或卤化氢)中置换出来。注意F2除外，这是因为F2极易与溶液中的H2O反应而置换出O2，这也说明F2的氧化性强于O2。 课堂·练习 1．下列有关卤族元素的说法正确的是 A．随原子序数增加，卤素单质的熔沸点逐渐降低 B．随原子序数增加，其单质与H2反应越来越困难 C．单质氧化性最强的是I2 D．离子半径：F->Cl->Br->I- 【答案】B 【解析】A．氟、氯、溴、碘，单质的状态依次为气态、气态、液态和固态，熔、沸点逐渐升高，故A错误； B．氟、氯、溴、碘同为第VIIA族元素，同主族从上到下，非金属性逐渐减弱，与H2反应越来越困难，故B正确； C．非金属性F＞Cl＞Br＞I，则氧化性为F2＞Cl2＞Br2＞I2，所以氟、氯、溴、碘单质的氧化性逐渐减弱，故C错误； D．同一主族元素，由于从上到下原子核外电子层数逐渐增多，离子半径逐渐增大：F-＜Cl-＜Br-＜I-，故D错误； 故选B。 2．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”的预测说法正确的是（    ） A．“类钫”在化合物中呈价 B．“类钫”属过渡元素，具有放射性 C．“类钫”单质的密度小于 D．“类钫”单质有较高的熔点 【答案】A 【解析】A．119号元素应位于第八周期第Ⅰ族，属于碱金属元素，故“类钫”在化合物中呈价， A正确。 B．过渡元素均为副族和第Ⅷ元素，结合A项分析可知，“类钫”不属过渡元素，具有放射性，B错误； C．根据碱金属元素密度的递变规律可知，随着原子序数递增，密度呈增大趋势，故“类钫”单质的密度大于，C错误； D．根据碱金属元素熔沸点的递变规律可知，随着原子序数递增，熔沸点依次降低，故“类钫”单质的熔点比Cs的低，故熔点较低，D错误； 故答案为：A。 3．下列各组物质性质比较的表示中，正确的是 A．还原性：HF>HCl>HBr>HI B．热稳定性：HF<HCl<HBr<HI C．沸点：HF<HCl<HBr<HI D．密度： 【答案】D 【解析】A．氧化性F2>Cl2>Br2>I2，则还原性：HF<HCl<HBr<HI，故A错误； B．元素非金属性越强，气态氢化物越稳定，热稳定性：HF>HCl>HBr>HI，故B错误； C．结构相似的分子，随相对分子质量增大，沸点升高，HF能形成分子间氢键，沸点大于同主族元素的氢化物，沸点： HCl<HBr<HI< HF，故C错误； D．卤素单质的密度随着原子序数的增大而增大，密度：，故D正确； 选D。 考点突破 3 情境· 探究 【情境】元素在元素周期表中的位置，反映了元素的原子结构和元素的性质，如氮族元素是位于元素周期表ⅤA族的元素，在生活中有广泛应用，如用N2作防腐气体，液氮还可用作制冷剂，P可用于制造农药等。如图是元素周期表的一部分。 【问题探究】 1．阴影部分中的元素N在元素周期表中的位置是什么？根据元素周期律，预测H3AsO4与H3PO4酸性强弱的关系是什么？ 【解析】元素N在元素周期表中的位置是第2周期ⅤA族。同一主族，元素的非金属性从上到下逐渐减弱，故酸性：H3PO4>H3AsO4。 2．元素硫的最高正价和最低负价的代数和是多少？在一定条件下，S与H2反应有一定难度，请判断：在相同条件下Se与H2反应的难度比S与H2反应的难度更大还是更小？ 【解析】S的最高正价为＋6，最低负价是－2，二者代数和是4，元素非金属性越强，与氢气化合越容易。同主族从上到下非金属性逐渐减弱，Se与H2化合难度更大。 归纳·总结 1．元素性质与原子结构的关系 同主族元素从上到下，原子核外电子层数依次增多，原子半径逐渐增大，失电子能力逐渐增强，得电子能力逐渐减弱，所以金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱。 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 元素金属性 逐渐增强 元素非金属性 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 水溶液的酸性 逐渐增强 最高价氧化物 对应的水化物 碱性 逐渐增强 酸性 逐渐减弱 课堂·练习 1．下列关于碱金属或卤族元素的叙述中，正确的是 A．碱金属单质常温下呈固态，取用时可直接用手拿 B．随着核电荷数的增加，卤素单质的熔沸点依次升高 C．碱金属单质的金属性很强，易与氧气发生反应，加热时均生成氧化物 D．卤素单质与水反应的通式为： 【答案】B 【解析】A．碱金属性质活泼，具有腐蚀性，不能用手直接触摸，故A错误； B．随着核电荷数的增加，卤素单质的熔点、沸点也随着原子序数递增而升高，故B正确； C．碱金属金属性依次增强，加热与氧气反应锂生成氧化锂、钠生成过氧化钠、钾铷铯生成过氧化物、超氧化物等，故C错误； D．卤素单质除氟气外与水反应的通式为：X2+H2O═HX+HXO，氟气与水反应生成氢氟酸和氧气，故D错误； 故选：B。 2．下列说法中错误的是(　　) A．钾的金属性比钠的强 B．溴的非金属性比氯的强 C．NaOH的碱性比LiOH的强 D．HCl的热稳定性比HBr的强 【解析】选B　由于金属性K＞Na＞Li，故碱性KOH＞NaOH＞LiOH；非金属性Cl＞Br，则其对应氢化物的热稳定性HCl＞HBr。 3．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、卤素单质的熔、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8 ③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均为R2O2 ④根据同主族元素性质的递变规律推测，At2与H2化合较难，砹化银难溶于水 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由碳酸钠的性质可知碳酸铯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 【答案】A 【解析】①碱金属单质的熔、沸点随着原子序数的递增而降低，碱金属单质的密度随着原子序数的递增呈增大趋势(K例外)，故①错误； ②F是9号元素，原子次外层电子数为2，最外层电子数为7，Cl、Br、I的最外层电子数都是7，次外层电子数分别是8、18、18，故②错误； ③碱金属单质的金属性很强，均易与氧气发生反应，加热时，锂生成氧化锂，钠生成过氧化钠，钾等能形成更复杂的氧化物，故③错误； ④砹的原子序数大于碘，根据同族元素性质的递变规律可以推测，At2与氢气化合较难，砹化银也难溶于水，故④正确； ⑤元素的非金属性强弱与其对应氢化物的酸性强弱无关，因此由Cl、Br、I的非金属性逐渐减弱，无法推出HCl、HBr、HI的酸性强弱，故⑤错误； ⑥Li的密度比煤油小，不能保存在煤油中，应该保存在石蜡中，故⑥错误； ⑦F、Cl、Br、I位于同一主族，原子序数逐渐增大，电子层数增多，原子半径增大，原子核对最外层电子的吸引力减小，得电子的能力逐渐降低，故非金属性逐渐减弱，故⑦正确； ⑧氧化铯是活泼金属氧化物，易和二氧化碳发生反应，所以碳酸铯不易发生分解反应生成氧化铯和二氧化碳，故⑧错误。 答案选A。 巩固·提升 1．F、Cl和Br都是第ⅦA族元素，关于这三种元素原子的说法正确的是(　　) A．原子半径：F>Cl>Br B．最外层电子数都相同 C．核外电子层数都相同 D．最外层电子数都不相同 【解析】选B　F、Cl和Br都是第ⅦA族元素，故最外层电子数都为7，B正确，D错误；从F→Br，核外电子层数增多，原子半径增大，A、C错误。 2．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．卤素离子的还原性逐渐增强 C．单质的氧化性逐渐增强 D．气态氢化物的稳定性逐渐增强 【解析】选B　卤族元素随着原子序数的递增，其性质呈现递变性的变化，单质的熔、沸点逐渐升高，常温下F2、Cl2为气态，Br2为液态，碘为固态，选项A错误；单质的氧化性逐渐减弱，选项C错误；对应的卤素离子的还原性逐渐增强，选项B正确；气态氢化物的稳定性逐渐减弱，选项D错误。 3．下列关于卤素(用X表示)的叙述中，正确的是(　　) A．卤素单质与水反应均可用X2＋H2OHXO＋HX表示 B．HX的热稳定性随卤素核电荷数增加而增强 C．卤素单质的颜色F2→I2随相对分子质量增大而加深 D．卤素单质越活泼，其熔点和沸点就越高 【解析】选C　F2与H2O反应的化学方程式为2F2＋2H2O===4HF＋O2，A项错误；从F到I，非金属性逐渐减弱，故HX的热稳定性逐渐减弱，B项错误；卤素单质从F2到I2的颜色为：淡黄绿色→黄绿色→深红棕色→紫黑色，C项正确；卤素单质的活泼性由F2→Cl2→Br2→I2逐渐减弱，熔、沸点依次升高，D错误。 4．下列元素中，非金属性最强的是(　　) A．F B．Cl C．Br D．I 【解析】选A　同一主族，从上到下非金属性逐渐减弱。 5．如图表示碱金属的某些性质与核电荷数的变化关系，则下列各性质中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 【解析】选C　由图可知，随着核电荷数的增大，碱金属的性质呈增大趋势，而碱金属单质的熔、沸点随核电荷数的增大而降低。 6．下列关于碱金属元素(第ⅠA族的金属元素)的叙述中正确的是(　　) A．密度随原子序数的增加而增大 B．单质与水反应的剧烈程度随原子序数的增加而减弱 C．氧化物对应水化物的碱性随原子序数的增加而减弱 D．化合物中碱金属元素的化合价都是＋1价 【解析】选D　碱金属的密度由上到下呈增大趋势，但钾、钠两种单质的密度反常，A错误；碱金属的金属性由上到下增强，则单质与水反应的剧烈程度随原子序数的增加而增强，对应碱的碱性增强，B、C错误；碱金属原子结构中最外层只有1个电子，只能失去1个电子，化合物中碱金属元素的化合价都是＋1价，D正确。 7．卤素是最活泼的一族非金属元素，下列关于卤素的说法正确的是(　　) A．卤素单质的最外层电子数都是7 B．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．从F到I原子核对最外层电子的吸引能力依次减弱，原子得电子能力依次减弱 D．卤素单质与H2化合由易到难的顺序为I2→Br2→Cl2→F2 【解析】选C　A项，卤素原子的最外层电子数都是7，不能说卤素单质，错误；B项，从上到下，卤素原子的电子层数依次增多，半径依次增大，错误；C项，从F到I原子核对最外层电子的吸引能力依次减弱，原子得电子能力依次减弱，正确；D项，卤素单质与H2化合由易到难的顺序为F2→Cl2→Br2→I2，错误。 8．若用X代表F、Cl、Br、I四种卤族元素，下列能够表达它们的共性反应的是(　　) A．X2＋H2===2HX B．X2＋H2O===HX＋HXO C．2Fe＋3X2===2FeX3 D．X2＋2NaOH===NaX＋NaXO＋H2O 【解析】选A　B项，F2与水反应，生成HF和O2；C项，I2的氧化性弱，生成FeI2；D项，F2与水发生反应。 9．已知金属锂的化学性质与金属钠相似；金属锂的密度是0.534 g/cm3、煤油的密度是0.80 g/cm3，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．金属锂可能与氧气、氯气、盐酸发生反应 D．金属锂与金属钠的性质有相似又有不同，体现了分类法和比较法在研究物质性质时的应用 【解析】选B　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说法正确；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说法错误；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说法正确；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说法正确。 10．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 A． B． C． D． 【答案】A 【解析】A．卤族元素的非金属性随着核电荷数的增加而减弱，A项正确； B．卤族元素单质的氧化性随着核电荷数的增加而减弱，B项错误； C．卤族元素的最简单氢化物的热稳定性随着核电荷数的增加而减弱，C项错误； D．卤族元素单质的熔点随着核电荷数的增加而增大，D项错误； 故答案为：A。 11．关于碱金属和卤素元素。下列说法正确的是 A．碱金属元素的金属性和卤素元素氢化物的稳定性均随核电荷数的增加而增强 B．碱金属和卤素元素的熔沸点均随核电荷数的增加而升高 C．卤素单质的颜色随核电荷数的增加而加深 D．随核电荷数增加，碱金属元素最高价氧化物对应的水化物的碱性增强，卤素元素最高价氧化物对应的水化物的酸性也增强 【答案】C 【解析】A．碱金属元素从上到下，原子半径逐渐增大，原子核对核外电子的束缚力逐渐减弱，金属性逐渐增强；卤族元素从上到下，原子半径逐渐增大，原子核对核外电子的束缚力逐渐减弱，非金属性逐渐减弱，氢化物的稳定性从上到下逐渐减弱，A错误； B．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；而碱金属熔沸点均随核电荷数的增加而降低，B错误； C．卤素单质的颜色随核电荷数的增加而加深，到碘单质为紫黑色，C正确； D．碱金属元素从上到下，金属性逐渐增强，最高价氧化物对应的水化物的碱性从上到下逐渐增强；而卤素元素从上到下，非金属性逐渐减弱，最高价氧化物对应的水化物的酸性也减弱（F没有正价），D错误； 故选C。 12．氧、硫、硒、碲位于同一主族，根据元素周期律，下列说法正确的是 A．还原性： B．的最外层电子比的最外层电子多 C．稳定性： D．与O形成化合物时为正价 【答案】D 【解析】A．同主族由上而下，金属性增强，非金属性变弱；非金属性S＞Se，则简单离子还原性：，A错误； B．硒、碲位于同一主族，则的最外层电子与的最外层电子相同，B错误； C．非金属性越强，其简单氢化物稳定性越强，稳定性：，C错误； D．电负性O大于Te，则与O形成化合物时为正价，D正确； 故选D。 13．若将浓盐酸滴入烧瓶中进行如图，、、均为浸有相应试液的棉花)的探究实验，正确的是 A．装置中的可用代替 B．处的现象是紫色石蕊变红 C．处溶液与过量反应的离子方程式为： D．处溶液变蓝，说明氧化性 【答案】C 【分析】高锰酸钾和浓盐酸反应制取氯气，氯气和挥发的氯化氢通入B中，氯气和水反应生成盐酸和次氯酸，紫色石蕊先变红后褪色，红色鲜花瓣褪色，氯气和FeBr2反应生成溴单质，氯气与淀粉碘化钾反应后溶液变蓝，多余氯气和氯化氢被NaOH溶液吸收，据此回答。 【解析】A．高锰酸钾和浓盐酸反应不需加热，而MnO2和浓盐酸反应需要加热，所以装置A中的KMnO4不能用MnO2代替，A错误； B．氯气没有漂白性，氯气和水反应生成的次氯酸有酸性和漂白性，所以紫色石蕊先变红后褪色，B错误； C．过量的氯气能将Fe2+、Br-氧化为Fe3+和Br2，且Fe2+和Br-的物质的量之比等于化学式中的比例，即1：2，氯气被还原为Cl-，C正确； D．氯气和碘化钾反应生成碘单质，碘单质遇到淀粉变蓝色，说明Cl2 >，D错误； 故选C。 2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第四章 第3课时 原子结构与元素的性质 01 知道碱金属元素、卤族元素的结构和性质，能从原子结构角度解释同主族元素性质的递变规律，形成“结构决定性质”的观念，强化宏观辨识与微观探析的学科核心素养。 02 能设计实验方案，探究同主族元素性质的递变性，提升科学探究与创新意识的化学核心素养。 考点突破 1 情境· 探究 【情境】1．钠、钾与氧气反应的实验 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 实验原理 (化学方 程式) K＋O2KO2(超氧化钾) 结论 金属活泼性： 总结：相同条件下，碱金属从Li到Cs，与O2反应越来越剧烈，产物越来越复杂，说明金属越来越 。 2．钠、钾与水反应的比较 【问题探究】　(1)回忆第二章学过的知识，钠有哪些化学性质？(用化学方程式表示) (2)结合钠和钾的原子结构特点，请你预测钾可能具有哪些与钠相似的化学性质？ [实验和观察]　回忆钠与水反应的实验现象，观察下面实验( 由教师演示)。 在烧杯中加入一些水，滴入几滴酚酞溶液。切取一块绿豆大的钾，用镊子夹取并投入水中(如图)，观察现象。 [实验现象] 金属钾 在水面上， 成闪亮的小球，并四处 ，发出“嘶嘶”的响声，反应后的溶液呈 色，钾与水反应比钠与水反应更 。 [分析和结论]　(1)通过实验和观察，讨论并总结钠、钾有哪些相似的化学性质，与你最初根据原子结构特点进行的预测是否一致？ (2)从实验现象比较钠、钾与水反应的难易程度。由此，你能发现与它们的原子结构有什么关系吗？你能推断出锂与水反应的难易程度吗？ (3)结论为与水反应的剧烈程度： ；金属活泼性：K>Na。 归纳·总结 1．碱金属单质的主要物理性质 2．碱金属元素化学性质的相似性和递变性 (1)相似性(用R表示碱金属元素) (2)递变性 具体表现如下(按Li→Cs的顺序) ①与O2的反应越来越剧烈，产物越来越复杂，如Li与O2反应只能生成Li2O，Na与O2反应生成Na2O、Na2O2，而K与O2反应能够生成K2O、K2O2、KO2，Rb、Cs遇空气立即燃烧，生成更复杂的产物。 ②与H2O的反应越来越剧烈，如K与H2O反应可能会发生轻微爆炸，Rb和Cs遇水会发生爆炸。 ③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。 3．从原子结构角度认识碱金属元素性质的递变规律 4．元素金属性(失电子的能力)强弱的判断依据 依据 结论 根据单质与水(或酸)反应置换出氢气的难易程度 越易者金属性越强 根据最高价氧化物对应水化物的碱性强弱 碱性越强者金属性越强 根据金属之间的置换反应 活动性强的金属能把活动性弱的金属从其盐溶液中置换出来 【易错点】 (1)碱金属还原性最强的是Cs，还原性最弱的是Li。 (2)由于Li、Na、K都能与O2和H2O反应，故实验室中Na、K保存在煤油中，Li(密度比煤油的小)常保存在液体石蜡中。 (3)碱金属单质与盐溶液反应时，可以看作碱金属单质先与H2O反应生成碱和H2，而非直接与盐发生置换反应。 课堂·练习 1．下列有关碱金属的叙述正确的是   A．碱金属单质和氧气反应时都会生成同类产物 B．碱金属单质的硬度都较大 C．液态的钠可用作核反应堆的传热介质 D．碱金属单质都是银白色的固体 2．以下关于锂、钠、钾、铷、铯的叙述正确的是(　　) ①氢氧化物中碱性最强的是CsOH　②单质熔点最高的是铯　③它们都是热和电的良导体　④它们的密度依次增大，且都比水轻　⑤它们的还原性依次增强　⑥它们对应阳离子的氧化性依次增强 A．①③ B．②⑤ C．②④⑥ D．①③⑤ 3．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，熔点为。下列说法正确的是 A．属于卤族元素 B．铯的熔点大于钠 C．碱性： D．铯与水反应时，铯浮在水面上，反应剧烈，发生爆炸 考点突破 2 情境· 探究 【情境】 【问题探究】 如图是卤族元素的原子结构示意图和卤素单质的存在形式，随着原子序数递增，它们单质的颜色越来越深，状态由气态到固态，那么它们的化学性质有何相似性和递变性？ 1．卤素单质的主要物理性质 卤素单质 颜色和状态 密度 熔点/℃ 沸点/℃ F2 淡黄绿色气体 1.69 g/L(15 ℃) －219.6 －188.1 Cl2 黄绿色气体 3.214 g/L(0 ℃) －101 －34.6 Br2 深红棕色液体 3.119 g/cm3(20 ℃) －7.2 58.78 I2 紫黑色固体 4.93 g/cm3 113.5 184.4 分析上表可知，从F2到I2，颜色逐渐 ，熔、沸点逐渐 ，密度逐渐 。 2．卤素单质的化学性质 (1)卤素单质(X2)与H2的反应 ①X2与H2反应的比较 反应条件 产物稳定性 化学方程式 F2 暗处 很稳定 Cl2 光照或点燃 较 Br2 加热 稳定性差 I2 不断加热 不 ②结论 a．从F2到I2，与H2反应的难易程度：逐渐 ； b．从F2到I2，生成氢化物的稳定性：逐渐 。 (2)卤素单质间的置换反应 实验操作 反应现象 离子方程式 振荡静置后，液体分层，上层接近无色，下层呈 Cl2＋2Br－=== Br2＋2Cl－ 振荡静置后，液体 ，上层接近无色，下层呈 Cl2＋2I－===I2＋2Cl－ 振荡静置后，液体 ，上层接近无色，下层呈 Br2＋2I－===I2＋2Br－ 实验结论 从以上三个实验可知，Cl2、Br2、I2的氧化性逐渐 归纳·总结 1．卤族单质化学性质的相似性和递变性 (1)相似性 (2)递变性 具体表现如下： ①与H2反应越来越难，对应氢化物的稳定性逐渐减弱，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。 (3)特殊性 ①溴是常温常压下唯一的液态的非金属单质。 ②卤素单质都有毒，溴有很强的腐蚀性，保存液溴时要加一些水进行“水封”，碘单质遇淀粉溶液变蓝色(检验I2)。 ③Cl2、Br2、I2易溶于有机溶剂(如苯、CCl4、汽油等)。 ④F无正化合价。 2．从原子结构角度认识卤族元素性质的递变规律 3．元素非金属性(得电子的能力)强弱的判断依据 依据 结论 根据单质与氢气化合的难易程度或生成氢化物的稳定性 越易与氢气化合，氢化物越稳定者非金属性越强 根据最高价氧化物对应水化物的酸性强弱 酸性越强者非金属性越强 根据非金属单质间的置换反应 活动性强的能够置换出活动性弱的 【易错点】 (1)Cl2易液化、Br2易挥发、I2易升华。 (2)卤族元素非金属性强弱顺序：F>Cl>Br>I；单质氧化性强弱顺序：F2>Cl2>Br2>I2；阴离子还原性强弱顺序：I－>Br－>Cl－>F－。 (3)卤素单质间发生置换反应，较活泼的卤素单质可以将较不活泼的卤素单质从其盐溶液(或卤化氢)中置换出来。注意F2除外，这是因为F2极易与溶液中的H2O反应而置换出O2，这也说明F2的氧化性强于O2。 课堂·练习 1．下列有关卤族元素的说法正确的是 A．随原子序数增加，卤素单质的熔沸点逐渐降低 B．随原子序数增加，其单质与H2反应越来越困难 C．单质氧化性最强的是I2 D．离子半径：F->Cl->Br->I- 2．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”的预测说法正确的是（    ） A．“类钫”在化合物中呈价 B．“类钫”属过渡元素，具有放射性 C．“类钫”单质的密度小于 D．“类钫”单质有较高的熔点 3．下列各组物质性质比较的表示中，正确的是 A．还原性：HF>HCl>HBr>HI B．热稳定性：HF<HCl<HBr<HI C．沸点：HF<HCl<HBr<HI D．密度： 考点突破 3 情境· 探究 【情境】元素在元素周期表中的位置，反映了元素的原子结构和元素的性质，如氮族元素是位于元素周期表ⅤA族的元素，在生活中有广泛应用，如用N2作防腐气体，液氮还可用作制冷剂，P可用于制造农药等。如图是元素周期表的一部分。 【问题探究】 1．阴影部分中的元素N在元素周期表中的位置是什么？根据元素周期律，预测H3AsO4与H3PO4酸性强弱的关系是什么？ 2．元素硫的最高正价和最低负价的代数和是多少？在一定条件下，S与H2反应有一定难度，请判断：在相同条件下Se与H2反应的难度比S与H2反应的难度更大还是更小？ 归纳·总结 1．元素性质与原子结构的关系 同主族元素从上到下，原子核外电子层数依次增多，原子半径逐渐增大，失电子能力逐渐增强，得电子能力逐渐减弱，所以金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱。 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 元素金属性 逐渐增强 元素非金属性 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 水溶液的酸性 逐渐增强 最高价氧化物 对应的水化物 碱性 逐渐增强 酸性 逐渐减弱 课堂·练习 1．下列关于碱金属或卤族元素的叙述中，正确的是 A．碱金属单质常温下呈固态，取用时可直接用手拿 B．随着核电荷数的增加，卤素单质的熔沸点依次升高 C．碱金属单质的金属性很强，易与氧气发生反应，加热时均生成氧化物 D．卤素单质与水反应的通式为： 2．下列说法中错误的是(　　) A．钾的金属性比钠的强 B．溴的非金属性比氯的强 C．NaOH的碱性比LiOH的强 D．HCl的热稳定性比HBr的强 3．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、卤素单质的熔、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8 ③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均为R2O2 ④根据同主族元素性质的递变规律推测，At2与H2化合较难，砹化银难溶于水 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由碳酸钠的性质可知碳酸铯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 巩固·提升 1．F、Cl和Br都是第ⅦA族元素，关于这三种元素原子的说法正确的是(　　) A．原子半径：F>Cl>Br B．最外层电子数都相同 C．核外电子层数都相同 D．最外层电子数都不相同 2．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．卤素离子的还原性逐渐增强 C．单质的氧化性逐渐增强 D．气态氢化物的稳定性逐渐增强 3．下列关于卤素(用X表示)的叙述中，正确的是(　　) A．卤素单质与水反应均可用X2＋H2OHXO＋HX表示 B．HX的热稳定性随卤素核电荷数增加而增强 C．卤素单质的颜色F2→I2随相对分子质量增大而加深 D．卤素单质越活泼，其熔点和沸点就越高 4．下列元素中，非金属性最强的是(　　) A．F B．Cl C．Br D．I 5．如图表示碱金属的某些性质与核电荷数的变化关系，则下列各性质中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 6．下列关于碱金属元素(第ⅠA族的金属元素)的叙述中正确的是(　　) A．密度随原子序数的增加而增大 B．单质与水反应的剧烈程度随原子序数的增加而减弱 C．氧化物对应水化物的碱性随原子序数的增加而减弱 D．化合物中碱金属元素的化合价都是＋1价 7．卤素是最活泼的一族非金属元素，下列关于卤素的说法正确的是(　　) A．卤素单质的最外层电子数都是7 B．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．从F到I原子核对最外层电子的吸引能力依次减弱，原子得电子能力依次减弱 D．卤素单质与H2化合由易到难的顺序为I2→Br2→Cl2→F2 8．若用X代表F、Cl、Br、I四种卤族元素，下列能够表达它们的共性反应的是(　　) A．X2＋H2===2HX B．X2＋H2O===HX＋HXO C．2Fe＋3X2===2FeX3 D．X2＋2NaOH===NaX＋NaXO＋H2O 9．已知金属锂的化学性质与金属钠相似；金属锂的密度是0.534 g/cm3、煤油的密度是0.80 g/cm3，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．金属锂可能与氧气、氯气、盐酸发生反应 D．金属锂与金属钠的性质有相似又有不同，体现了分类法和比较法在研究物质性质时的应用 10．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 A． B． C． D． 11．关于碱金属和卤素元素。下列说法正确的是 A．碱金属元素的金属性和卤素元素氢化物的稳定性均随核电荷数的增加而增强 B．碱金属和卤素元素的熔沸点均随核电荷数的增加而升高 C．卤素单质的颜色随核电荷数的增加而加深 D．随核电荷数增加，碱金属元素最高价氧化物对应的水化物的碱性增强，卤素元素最高价氧化物对应的水化物的酸性也增强 12．氧、硫、硒、碲位于同一主族，根据元素周期律，下列说法正确的是 A．还原性： B．的最外层电子比的最外层电子多 C．稳定性： D．与O形成化合物时为正价 13．若将浓盐酸滴入烧瓶中进行如图，、、均为浸有相应试液的棉花)的探究实验，正确的是 A．装置中的可用代替 B．处的现象是紫色石蕊变红 C．处溶液与过量反应的离子方程式为： D．处溶液变蓝，说明氧化性 2 学科网（北京）股份有限公司 $$