1.3.2 研究同主族元素的性质（Word导学案）-【步步高】2023-2024学年高一化学必修第二册学习笔记（鲁科版2019，鲁琼）

第2课时　研究同主族元素的性质 [核心素养发展目标]　1.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。2.能设计实验方案，探究卤族元素性质的相似性和递变性，增强科学探究意识。 一、碱金属(ⅠA族的金属)元素性质的相似性和递变性 1．碱金属元素的原子结构的相似性和递变性 元素名称 锂 钠 钾 铷 铯 元素符号 Li Na K Rb Cs 原子结构示意图 相似性 最外层均有1个电子 递变性 从Li到Cs随核电荷数的增加，电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大 2.碱金属单质物理性质的相似性和递变性 3．碱金属单质化学性质的相似性和递变性 单质 Li Na K Rb Cs 相似性 都是活泼金属，最高价为＋1价，单质都能与氧气、水等物质反应，最高价氧化物对应的水化物一般有很强的碱性 递变性 与O2反应 反应越来越剧烈，产物越来越复杂，Li生成Li2O；Na能生成Na2O和Na2O2；Rb和Cs遇到空气会立即燃烧 与H2O反应 反应越来越剧烈，Na与水剧烈反应，K与水反应能发生轻微爆炸，Rb、Cs遇水则发生爆炸 结论：同主族元素从上到下，失电子能力逐渐增强，金属性逐渐增强。 思考　从原子结构的角度分析碱金属元素化学性质的相似性和递变性。 提示　相似性：碱金属元素原子的最外层均只有一个电子且较容易失去，均具有还原性，且生成＋1价化合物。 递变性：随着核电荷数的递增，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吸引作用逐渐减弱，则原子失电子越来越容易，元素的金属性越来越强。 1．判断正误 (1)碱金属元素随核电荷数的增大，单质的熔点逐渐降低(　　) (2)碱金属具有相似的化学性质，都是活泼金属(　　) (3)碱金属元素的最外层电子数相同，随电子层数逐渐增多，失电子能力逐渐增强，所以与水反应的剧烈程度增强(　　) (4)金属钾能从氯化钠溶液中置换出钠(　　) (5)碱金属元素单质都可以保存在煤油中(　　) 答案　(1)√　(2)√　(3)√　(4)×　(5)× 2．(2023·华东师大二附中高一质检)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．碱金属的原子半径越大，越易失电子，其还原性越弱 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，故A错误；碱金属随着原子序数增大，越易失电子，与水反应越剧烈，故B正确；碱金属的原子半径越大，越易失电子，其还原性越强，故C错误。 3．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．在化合物中化合价逐渐升高 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 答案　A 4．已知铷(Rb)是37号元素，其相对原子质量是85.5，与钠同主族，回答下列问题： (1)铷位于第________周期，其原子半径比钠元素的原子半径________(填“大”或“小”)。 (2)铷单质性质活泼，写出它与氯气反应的化学方程式：________________________________。 铷单质易与水反应，反应的离子方程式为______________________________________，实验表明，铷与水反应比钠与水反应________(填“剧烈”或“缓慢”)；反应过程中铷在水________(填“面”或“底”)与水反应，原因是_____________________________________。 (3)同主族元素的同类化合物的化学性质相似，写出过氧化铷与CO2反应的化学方程式： ________________________________________________________________________。 答案　(1)5　大　(2)2Rb＋Cl22RbCl　2Rb＋2H2O===2Rb＋＋2OH－＋H2↑　剧烈　底　铷的密度比水的密度大　(3)2Rb2O2＋2CO2===2Rb2CO3＋O2 解析　(2)Rb的密度比水大，遇水后沉在水底与水反应，铷的还原性比钠强，与水反应比钠剧烈。(3)可根据钠的相应化合物发生的反应进行类推。 二、卤族(ⅦA族)元素性质的相似性和递变性 1．卤族元素原子结构的相似性和递变性 元素名称 氟 氯 溴 碘 元素符号 F Cl Br I 原子结构示意图 相似性 最外层均有7个电子； 最高化合价为＋7价(除F外)，最低化合价为－1价，易形成－1价离子 递变性 从F到I，随核电荷数的增加，电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大 2．卤族元素单质物理性质的相似性和递变性 颜色： 熔、沸点： 水溶性： 3．卤族元素单质的化学性质 (1)相似性：卤族元素的原子最外层均有7个电子，得电子的能力强，其单质都具有较强的氧化性。 (2)递变性 元素 F Cl Br I 单质与H2化合的条件 暗处爆炸 点燃或光照 加热至一定温度　　 不断加热的情况下缓慢反应，可逆 氢化物的稳定性 逐渐减弱 最高价氧化物对应水化物的酸性 － 逐渐减弱 结论：从F2到I2，与H2的反应越来越难进行，反应剧烈程度依次减弱，生成气态氢化物的稳定性依次减弱，同主族元素从上到下非金属性逐渐减弱，得电子能力逐渐减弱。 4．实验探究卤族元素性质的相似性和递变性 (1)卤族元素单质的溶解性及溴、碘单质的检验 实验操作 实验现象 实验结论 溶液分层，上层颜色变浅或无色，下层溶液呈紫色 溴、碘单质在有机溶剂CCl4中的溶解度均大于它们在水中的溶解度，CCl4能分别将它们从水溶液中提取出来 溶液分层，上层颜色变浅或无色，下层溶液呈橙色 应用：①用难溶于水的有机溶剂提取溴、碘单质。 ②检验水溶液中的溴单质和碘单质。 (2)卤族元素单质(Cl2、Br2、I2)氧化性的强弱 实验操作 实验现象 离子方程式 静置后，液体分层，下层呈橙色 2Br－＋Cl2===2Cl－＋Br2 静置后，液体分层，下层呈紫色 2I－＋Br2===2Br－＋I2 静置后，液体分层，下层呈紫色 2I－＋Cl2===2Cl－＋I2 结论：Cl2、Br2、I2单质的氧化性由强到弱的顺序是Cl2＞Br2＞I2，相应阴离子的还原性由强到弱的顺序是I－＞Br－＞Cl－ 思考　(1)F2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原理书写化学方程式。 提示　2F2＋2H2O===4HF＋O2 (2)氧化性F2>Cl2，那么能否用F2与NaCl溶液反应置换Cl2? 提示　否，F2与H2O先反应，无法置换出Cl2。 1．判断正误 (1)卤族元素从上到下单质的熔点逐渐降低(　　) (2)卤族元素单质都有毒，溴有很强的腐蚀性，液溴易挥发，保存时要加一些水进行“水封”(　　) (3)卤族元素单质(F2、Cl2、Br2、I2)与活泼金属都能反应生成相应的金属卤化物(　　) (4)同一主族元素从上到下，金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱(　　) (5)单质碘为紫黑色固体，易升华，淀粉溶液遇碘变蓝色，可利用此性质相互检验(　　) 答案　(1)×　(2)√　(3)√　(4)√　(5)√ 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都极易溶于水，它们的热稳定性随核电荷数的增加而增强 C．卤素单质的颜色从F2→I2按相对分子质量增大而加深 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它的盐溶液里置换出来 答案　C 解析　A项，F2与H2O反应为2F2＋2H2O===4HF＋O2，不能用X2＋H2OHXO＋HX表示；B项，HX的热稳定性随核电荷数的增加而减弱；D项，F2的性质极为活泼，遇盐溶液先和水反应，故不能将相对分子质量大的卤素从它的盐溶液里置换出来。 3．(2023·徐州高一检测)1940年，意大利化学家西格雷发现了第85号元素，它被命名为“砹(At)”。砹(At)是卤族元素中位于碘后面的元素，下列说法正确的是(　　) A．与H2化合的能力：At2<I2 B．砹在常温下可能是白色固体 C．砹原子的最外层有7个电子 D．砹易溶于水，难溶于四氯化碳 答案　AC 解析　从F到At，元素的非金属性减弱，与H2化合的能力逐渐减弱，A正确；从F到At，单质的颜色逐渐加深，I2是紫黑色固体，故砹在常温下不可能是白色固体，B错误；卤素原子的最外层都有7个电子，C正确；由I2微溶于水，易溶于四氯化碳，可推知砹不可能易溶于水，难溶于四氯化碳，D错误。 4．卤族元素都是典型的非金属元素，其单质(X2)都具有氧化性。 (1)卤素易形成X－的原因是____________________________________________________。 (2)X2与H2化合的化学方程式是_____________________________________________，其反应条件的难易规律是_____________________________________________________。 (3)举例说明氯气的氧化性比单质溴的氧化性强： _____________________________。 答案　(1)卤素原子的最外层都是7个电子，易得到1个电子形成稳定结构 (2)H2＋X22HX　随原子序数的增大，与H2化合越来越难 (3)氯气能从溴化钾溶液中置换出溴：Cl2＋2KBr===2KCl＋Br2(答案合理均可) 同主族元素性质的递变规律 项目 同主族元素(从上到下) 原子电子层结构 电子层数逐渐增多，最外层电子数相同 原子半径 逐渐增大 原子得失电子能力 失电子能力逐渐增强，得电子能力逐渐减弱 元素的金属性、非金属性 金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱 单质的氧化性 氧化性逐渐减弱 简单阴离子还原性 简单阴离子还原性逐渐增强 最高价氧化物对应水化物的酸碱性(F除外) 酸性逐渐减弱，碱性逐渐增强 非金属单质与氢气化合的难易程度 由易到难 非金属元素对应气态氢化物的稳定性 逐渐减弱 题组一　碱金属元素 1．下列叙述正确的是(　　) A．碱金属性质相似，均为银白色(铯除外)的柔软金属，密度都比较小 B．钾与氧气或水反应比铷、铯的反应剧烈 C．碱金属单质的熔、沸点随原子序数的增加而升高 D．Li、Na、K都可以保存在煤油中 答案　A 解析　碱金属单质的熔、沸点随原子序数的增加而降低，C不正确；Na、K都可以保存在煤油中，Li的密度更小，要保存在石蜡中，D不正确。 2．下列有关碱金属元素的说法不正确的是(　　) A．均为ⅠA族元素，最外层均有1个电子 B．单质的还原性：Li＞Na＞K＞Rb＞Cs C．碱性：LiOH＜NaOH＜KOH＜RbOH＜CsOH D．由Li到Cs，核电荷数依次增加，电子层数、原子半径依次增大 答案　B 解析　碱金属元素位于元素周期表ⅠA族，最外层电子数均为1，故A正确；同主族元素从上到下电子层数依次增加，失电子能力越来越强，还原性逐渐增强，单质的还原性：Li＜Na＜K＜Rb＜Cs，故B错误；元素金属性越强形成的碱的碱性越强：LiOH＜NaOH＜KOH＜RbOH＜CsOH，故C正确；同主族元素从上到下，电子层数、原子半径依次增大，故D正确。 3．下列关于Li、Na、K、Rb、Cs的叙述均正确的一组是(　　) ①金属性最强的是锂　②形成的离子中，氧化性最强的是锂离子　③在自然界中均以化合态形式存在　④Li的密度最小　⑤均可与水反应，产物均为MOH和H2　⑥它们在O2中燃烧的产物都有M2O和M2O2两种形式　⑦粒子半径：Rb＋>K＋>Na＋，Cs>Cs＋ A．①②③④⑤ B．③④⑤⑥⑦ C．①②④⑥⑦ D．②③④⑤⑦ 答案　D 解析　①同主族元素从上到下金属性依次增强，所以金属性最强的是铯，故错误；②同主族元素从上到下金属性依次增强，阳离子氧化性依次减弱，所以氧化性最强的是锂离子，故正确；③碱金属元素性质活泼，容易与空气中的氧气和水发生反应，所以在自然界中均以化合态形式存在，故正确；④碱金属单质的密度从上到下逐渐增大(Na、K反常)，所以Li的密度最小，故正确；⑤均可与水反应，产物均为MOH和H2，故正确；⑥锂只有Li2O一种氧化物，故错误；⑦Rb＋、K＋、Na＋电子层数依次减少，所以半径依次减小，Cs与Cs＋具有相同的质子数，但是Cs电子数多，所以半径大，故正确。 4．下列各性质中符合图示关系的是(　　) ①化合价　②ROH的碱性　③密度　④最外层电子数　⑤核外电子层数　⑥单质失电子能力 A．②④⑤⑥ B．②⑤⑥ C．②③⑤⑥ D．①②③⑤ 答案　B 题组二　卤族元素 5．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．稳定性：HF<HCl<HBr<HI C．与水反应由易到难：Cl2>Br2>I2>F2 D．密度：F2<Cl2<Br2<I2 答案　 D 解析　A项应为HI>HBr>HCl>HF；B项应为HF>HCl>HBr>HI；C项应为F2>Cl2>Br2>I2。 6.部分卤族元素的某种性质A随核电荷数的变化趋势如图所示，则A可能表示(　　) A．原子半径 B．氢化物的稳定性 C．原子的电子层数 D．单质的密度 答案　B 解析　A项，从Cl到I，原子半径逐渐增大，不符合题意；B项，从HCl到HI，稳定性逐渐减弱，符合题意；C项，从Cl到I，原子的电子层数逐渐增多，不符合题意；D项，从Cl2到I2，单质的密度逐渐增大，不符合题意。 7．(2023·郑州检测)下列说法正确的是(　　) A．F、Cl、Br原子的最外层电子数都是7，次外层电子数都是8 B．由HF、HCl、HBr、HI酸性递增的事实，可推出F、Cl、Br、I非金属性递增的规律 C．卤族元素按F、Cl、Br、I的顺序其非金属性逐渐减弱的原因是随着核电荷数增加，电子层数增多，原子半径增大，原子核对电子的吸引作用减弱 D．根据卤族元素性质的递变规律可知，单质砹难溶于CCl4 答案　C 解析　F原子的次外层电子数为2，Br原子的次外层电子数为18，A项错误；元素的非金属性强弱可根据其最高价氧化物对应水化物的酸性强弱判断，B项错误；由单质碘易溶于四氯化碳，可推知单质砹易溶于CCl4，D项错误。 8~12题有一个或两个选项符合题目要求。 8．根据元素周期表和元素周期律，下列推断错误的是(　　) A．原子半径：Si<P B．非金属性：P<N C．碱性：NaOH>LiOH D．稳定性：H2S<H2O 答案　A 解析　同周期元素原子序数越小，半径越大，则原子半径：Si>P，A项错误；同主族元素原子序数小的非金属性强，则非金属性：P<N，B项正确；非金属性越强，则最简单氢化物越稳定，非金属性：S<O，则稳定性：H2S<H2O，D项正确。 9．根据元素周期表和元素周期律分析，下列判断正确的是(　　) A．Be原子失电子能力比Mg原子强 B．B的金属性比Al的弱 C．硒化氢比硫化氢稳定 D．氢氧化锶[Sr(OH)2]比氢氧化钙的碱性强 答案　BD 解析　同主族元素从上到下金属性逐渐增强，则Be原子失电子能力比Mg原子弱，B的金属性比Al的弱，A项错误，B项正确；Se与S同主族，且Se位于S的下一周期，则非金属性：S>Se，故硒化氢的稳定性比硫化氢的弱，C项错误；Sr与Ca同主族，且Sr位于Ca的下一周期，则金属性：Sr>Ca，故氢氧化锶[Sr(OH)2]比氢氧化钙的碱性强，D项正确。 10．(2023·张家界高一检测)下列有关碱金属元素和卤素的说法中，错误的是(　　) A．碘单质与H2的反应比溴单质与H2的反应更剧烈 B．碱金属元素中，锂原子失去最外层电子的能力最弱；卤素中，氟原子得电子的能力最强 C．钾与水的反应比钠与水的反应更剧烈 D．随核电荷数的增加，碱金属元素和卤素的熔、沸点都逐渐降低 答案　AD 解析　溴的非金属性强于碘，故溴单质与H2的反应比碘单质与H2的反应更剧烈，A项不正确；碱金属元素中，锂的金属性最弱，故锂原子失去最外层电子的能力最弱；卤素中，氟的非金属性最强，故氟原子得电子的能力最强，B项正确；钾的金属性比钠强，故钾与水的反应比钠与水的反应更剧烈，C项正确；随核电荷数的增加，碱金属元素单质的熔、沸点逐渐降低，卤素单质的熔、沸点逐渐升高，D项不正确。 11．(2022·沈阳高一期中)有X、Y两种元素，原子序数小于18，X的原子半径小于Y，且X、Y原子的最外层电子数相同。下列说法一定正确的是(m、n均为正整数)(　　) A．若Y的最高正化合价为＋m价，则X的最高正化合价为＋m价 B．若HnXOm为强酸，则X的氢化物溶于水一定显酸性 C．若X的单质是X2，则Y的单质一定是Y2 D．若X(OH)n为强碱，则Y(OH)n也为强碱 答案　D 解析　X的原子半径小于Y，且X、Y原子的最外层电子数相同，则X、Y位于同一主族，X在Y的上一周期。若X、Y位于ⅦA族，X为F、Y是Cl，Cl的最高正化合价为＋7价，F没有正价，故A错误；若X为N元素，HNO3为强酸，NH3的水溶液呈碱性，故B错误；若X是O元素，单质是O2，则Y是S元素，S的单质有S2、S4、S6等，故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，若X(OH)n为强碱，则Y(OH)n也为强碱，故D正确。 12．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＋1价 B．“类钫”属于过渡元素，具有放射性 C．“类钫”单质的密度小于1 g·cm－3 D．“类钫”单质有较高的熔点 答案　A 解析　119号元素应位于第8周期 ⅠA族，属于碱金属元素，类比碱金属元素的性质可知A项正确。 13．(2023·重庆高一检测)下列为元素周期表的一部分，用化学式或元素符号回答下列问题。 (1)①③⑤中，最高价氧化物对应水化物的碱性最强的是________(填化学式)。 (2)②③④中，形成的简单离子半径由大到小的顺序是________(用离子符号表示)。 (3)①和⑧的最高价氧化物对应的水化物化学式分别为________和________。①和⑧两元素形成化合物的化学式为________，该化合物的溶液与元素⑦的单质反应的离子方程式为________________________。 (4)⑦⑧⑩三种元素形成的气态氢化物最稳定的是______________(填化学式)，三者非金属性强弱顺序为_____________________________________________________(用元素符号表示)。 答案　(1)NaOH　(2)K＋＞Ca2＋＞Mg2＋ (3)NaOH　HBrO4　NaBr　Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－　(4)HF　F＞Cl＞Br 解析　(1)同周期元素从左至右，金属性逐渐减弱，其最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐减弱。(2)②③④中，形成的简单阳离子分别为K＋、Mg2＋、Ca2＋，离子半径大小顺序为K＋＞Ca2＋＞Mg2＋。(3)①和⑧的最高价氧化物对应的水化物分别为NaOH和HBrO4。①和⑧两元素形成化合物的化学式为NaBr，Cl2与NaBr溶液反应的离子方程式为Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－。(4)⑦⑧⑩分别为Cl、Br、F，三者非金属性强弱顺序为F＞Cl＞Br，三种元素形成的气态氢化物最稳定的是HF。 14．甲元素的原子序数是19，乙元素原子核外有2个电子层，最外层上有6个电子；丙是元素周期表ⅠA族中金属性最弱的碱金属元素。由此推断： (1)甲元素在元素周期表中的位置是_____________________________。 (2)甲的单质与水反应的离子方程式为____________________________________________。 (3)乙单质与丙单质反应的化学方程式为____________________________________________。 (4)甲元素和丙元素的最高价氧化物对应水化物的碱性较强的是____________(填化学式)。 答案　(1)第4周期ⅠA族 (2)2K＋2H2O===2K＋＋2OH－＋H2↑ (3)4Li＋O22Li2O　(4)KOH 解析　甲元素的原子序数是19，则甲是K元素；乙元素原子核外有2个电子层，最外层上有6个电子，因此乙的原子序数是8，即乙是O元素；丙是元素周期表ⅠA族中金属性最弱的碱金属元素，则丙是Li元素。(1)钾元素在元素周期表中的位置是第4周期ⅠA族。(2)甲的单质与水反应的离子方程式为2K＋2H2O===2K＋＋2OH－＋H2↑。(3)乙单质与丙单质反应的化学方程式为4Li＋O22Li2O。(4)金属性：K＞Li，元素的金属性越强，最高价氧化物对应水化物的碱性越强，则最高价氧化物对应水化物的碱性较强的是KOH。 15．为探究同主族非金属元素性质的递变规律，某研究性学习小组的甲同学设计了如图所示的实验装置，其中A装置内可生成Cl2。 (1)甲同学的部分实验记录如下：B处棉花变成蓝色；C处棉花变成橙色。甲同学由此现象得出的结论是同主族元素自上而下非金属性逐渐减弱。 ①B处发生反应的化学方程式为___________________________________________________。 ②甲同学的结论是________(填“正确”或“不正确”)的，理由是______________________。 (2)乙同学认为应将甲同学实验中B、C两处的棉花调换位置，用氯气先置换出溴，然后溴再与KI接触，以判断Br2与KI能否发生反应。该设想是________(填“合理”或“不合理”)的，原因是______________________________________________________________。 (3)丙同学在甲同学实验结束后，向一个蘸有淀粉-KI溶液的棉花(E)上滴加溴水，发现E慢慢出现蓝色，结合甲的实验现象，他认为可以确定同主族元素非金属性的递变规律，你同意此种观点吗？__________(填“同意”或“不同意”)，理由是____________________________。 (4)丁同学综合分析了前面几位同学的实验，认为若将蘸有Na2S溶液的棉花置于玻璃管中适当的位置，此实验还可以同时探究同周期元素性质的递变规律，他提出此观点的依据是__________________，预期的现象与结论是_________________________________________，相应反应的离子方程式为__________________________________________________。 答案　(1)①Cl2＋2KI===I2＋2KCl　②不正确　该实验没有验证Br2能否与KI反应，无法确定溴元素与碘元素的非金属性强弱 (2)不合理　氯气有可能未被NaBr消耗完，它会与溴一起到达C处 (3)同意　甲、丙的实验分别证明了氯的非金属性比溴、碘强，溴的非金属性比碘强 (4)氯、硫同周期　棉花变成黄色，氯元素的非金属性比硫元素强　S2－＋Cl2===2Cl－＋S↓ 解析　(1)由B、C处产生的现象可知B处有单质碘生成，C处有单质溴生成，结合由强生弱的反应规律可判断出氯的非金属性比溴、碘强，但因没有比较出溴单质与碘单质氧化性的强弱，也就无法得出溴、碘两种元素非金属性的相对强弱，因此无法得出相应的结论。 (2)乙同学的设计不合理，因为氯气与NaBr溶液反应时氯气可能有剩余，即仍有Cl2与KI溶液接触而发生反应。 (3)丙同学证明了溴与碘的非金属性强弱关系，结合甲同学的实验可以得出氯、溴、碘三种元素的非金属性的相对强弱。 (4)氯元素与硫元素位于同周期，氯气有氧化性而Na2S有还原性，氯气能置换出硫，使蘸有Na2S溶液的棉花上出现黄色固体。 学科网（北京）股份有限公司 $$