1.3.2 研究同主族元素的性质 学案 2024-2025学年高一下学期化学鲁科版（2019）必修第二册

研究同主族元素的性质 学习目标　1.以第ⅠA、ⅦA族元素为例,掌握同主族元素性质的递变规律。2.能运用原子结构理论初步解释同主族元素性质的递变规律。3.能根据同主族中熟悉元素的性质特点预测不熟悉元素的性质特点。 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 原子结构 示意图 相似性 最外层均有　　　　个电子  递变性 从Li到Cs随核电荷数的增加,电子层数逐渐　　　　,原子半径逐渐　　　　  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 (1)相似性:都是活泼　　　　,在化合物中均显　　　　价。  ① ②碱金属的最高价氧化物(R2O)对应的水化物(ROH),一般都具有　　　　性。  (2)递变性:碱金属单质Li→Cs的还原性依次　　　　。  ①从Li→Cs,与氧气反应越来越　　　　,产物越来越　　　　。如Rb、Cs遇空气立即燃烧,Li与O2反应只能生成Li2O,Na与O2反应能生成Na2O和Na2O2。  ②从Li→Cs,与水反应越来越　　　　。如Rb、Cs等遇水可能会发生爆炸。  ③LiOH、NaOH、KOH、RbOH的碱性逐渐　　　　。  (3)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　　　　　　　　　　　　　。  　　　　　　　　　　　　　　　　 1.(2023·山东曹县一中高一月考)下列各组比较不正确的是 (　　) A.锂与水反应不如钠与水反应剧烈 B.还原性:K>Na,故K可以从NaCl溶液中置换出金属钠 C.金属性:K>Na>Li D.碱金属元素原子最外层电子数相同 2.有关碱金属的说法不正确的是 (　　) 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.从Li到Cs,核电荷数依次增加,电子层数、原子半径依次增大 3.下列关于碱金属元素的说法中正确的是 (　　) A.ⅠA族元素都是碱金属元素 B.碱金属单质可将铜从其盐溶液中置换出来 C.金属钾具有强还原性,K+具有强氧化性 D.常温下Cs与水反应会发生爆炸 【题后归纳】 (1)碱金属元素是ⅠA族中的金属元素,不包括氢。钫有放射性,中学阶段一般不涉及。 (2)Li、Na、K的密度比水的小,Rb、Cs的密度比水的大。 (3)Na、K的密度比水小,比煤油的大,常保存在煤油中。Li的密度比煤油小,保存在液态石蜡中。 二、卤族元素性质的相似性与递变性 卤素单质的置换反应 实验操作 实验现象 静置后,液体分层,上层无色,下层橙色 静置后,液体分层,上层无色,下层紫色 静置后,液体分层,上层无色,下层紫色 [问题讨论] 1.上述三个实验过程中发生的反应分别是什么? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 2.上述实验可以得出有关氯、溴、碘单质氧化性或对应离子还原性的结论是什么?三种元素的原子得电子能力有怎样的关系? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 3.相对分子质量小的卤素单质一定能将相对分子质量大的卤素单质从卤化物溶液中置换出来吗? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 4.“任何元素的最高正价和最低负价绝对值之和均为8”这种说法是否正确? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1.卤素单质化学性质的相似性 (1)与H2反应:X2+H22HX (2)与活泼金属(如Na)反应:2Na+X22NaX (3)与H2O反应 X2+H2O===HX+HXO(X=Cl、Br、I) (4)与强碱(如NaOH)溶液反应 X2+2NaOH===NaX+NaXO+H2O(X2=Cl2、Br2、I2) 2.递变性 (1)物理性质 ①颜色逐渐加深:F2淡黄绿色→Cl2黄绿色→Br2深红棕色→I2紫黑色。 ②状态:F2气态→Cl2气态→Br2液态→I2固态。 ③密度:从F2→I2逐渐变大。 ④熔、沸点:从F2→I2逐渐升高。 (2)化学性质 具体表现如下: 项目 性质 单质间的 置换反应 2Br-+Cl2===2Cl-+Br2 2I-+Br2===2Br-+I2 氢化物 生成难易:单质与H2反应越来越难 稳定性:HF>HCl>HBr>HI 还原性:HF<HCl<HBr<HI 最高价氧化物 对应水化物 酸性:HClO4>HBrO4>HIO4 与变价金 属(Fe)反应 2Fe+3X22FeX3(X=F、Cl、Br) Fe+I2FeI2 3.特殊性 (1)物理性质:氯易液化,溴易挥发,碘易升华。 (2)F2能与水反应2F2+2H2O===4HF+O2,因此F2不能从溶液中置换出其他卤素单质。 (3)溴是常温常压下唯一呈液态的非金属单质,有很强的腐蚀性,保存液溴时要加一些水进行“水封”。 (4)碘遇淀粉溶液变蓝色,可用淀粉溶液检验I2。 　　　　　　　　　　　　　　　　 1.(2024·湖南长郡中学高一选科适应性训练)下列关于F、Cl、Br、I的比较,不正确的是 (　　) A.它们的原子核外电子层数随核电荷数的增加而增多 B.单质的氧化性随核电荷数的增加而减弱 C.它们的氢化物的稳定性随核电荷数的增加而增强 D.单质的颜色随核电荷数的增加而加深 2.下列关于卤素(用X表示)的叙述正确的是 (　　) A.其单质都能与水反应,通式为X2+H2O===HX+HXO B.HX易溶于水,其水溶液都是强酸 C.其单质都有颜色,都有毒 D.最高价含氧酸的通式为HXO4 3.(2024·山西大学附中高一模块诊断)如图是卤素单质(F2、Cl2、Br2、I2)的沸点与相对分子质量的关系图,下列说法不正确的是 (　　) A.单质①是最活泼的非金属单质 B.单质④的氢化物在卤素氢化物中热稳定性最强 C.保存少量的单质③时加少量水进行水封 D.单质②能使石蕊试液先变红后褪色 三、同主族元素原子结构与性质的递变规律 内容 同主族(自上而下) 原 子 结 构 电子层数 增多 最外层电子数 相同 原子半径 逐渐增大 元 素 性 质 原子得电子能力 减弱 原子失电子能力 增强 元素的金属性 增强 元素的非金属性 减弱 元素的主要化合价 最高正价数=主族序数(F无正价, O无最高正价) 单 质 和 化 合 物 性 质 单质还原性与氧化性 还原性增强,氧化性减弱 非金属元素气态氢化物的形成及稳定性 形成由易到难,稳定性由强到弱 最高价氧化物对应的水化物酸碱性 酸性 减弱 碱性 增强 非金属气态氢化物的还原性 增强 离子氧化还原能力 阳离子氧化性 减弱 阴离子还原性 增强 　　　　　　　　　　　　　　　　 1.已知16S和34Se位于同一主族,下列关系中正确的是 (　　) A.热稳定性:HF>HCl>H2S B.原子半径:Br>Se>Cl C.还原性:S2->Se2->Cl- D.酸性:HBrO4>HClO4>H2SO4 2.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的强 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 3.(2024·辽宁部分高中高一期末)氮族元素与同周期碳族、氧族、卤族元素相比较,下列递变规律正确的是 (　　) A.还原性:SiH4<PH3<HCl B.原子半径:Si<P<S<Cl C.非金属性:C<N<O<F D.酸性:H3PO4<H2SiO3<H2SO4 　　　　　　　　　　　　　　　　 1.锂(Li)是世界上最轻的金属,它属于碱金属的一种。下列说法正确的是 (　　) A.碱金属单质在氧气中燃烧,都生成过氧化物 B.Li是碱金属原子中半径最小的原子 C.Li、Na、K、Rb+的最外层都只有一个电子 D.Na+比Li多一个电子层 2.镭是元素周期表中第7周期ⅡA族元素,关于其叙述不正确的是 (　　) A.镭的金属性比钙弱 B.镭单质能与水反应生成H2 C.镭在化合物中呈+2价 D.碳酸镭难溶于水 3.(2024·广东中山高一期末)依据元素的原子结构和性质的变化规律,推断下列元素非金属性最强的是 (　　) A.P B.S C.Cl D.F 4.(2024·安徽阜阳高一期末)下列各组物质或微粒的排列顺序错误的是 (　　) A.离子半径:S2->O2->Mg2+>Li+ B.酸性:H2SO4>H2CO3>H2SiO3 C.熔、沸点:Li<Na<K<Rb D.金属性:Al<Mg<Ca<K 5.我国科学家通过与多个国家进行科技合作,成功研发出铯(Cs)原子喷泉钟,使我国时间频率基准的精度从30万年不差1秒提高到600万年不差1秒,标志着我国时间频率基准研究进入世界先进行列。已知铯位于元素周期表中第6周期ⅠA族,根据铯在元素周期表中的位置,推断下列内容: (1)铯的原子核外共有　　　　　　　　　　　　　　　　　　个电子层,  最外层电子数为　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (2)铯单质与水剧烈反应,放出　　　　　　　　　　　　　　　　　　色  气体,生成的溶液使紫色石蕊试纸显　　　　　　　　　　　　　　　　　　色。  (3)预测铯单质的还原性比钠单质的还原性　　　　(填“弱”或“强”)。 研究同主族元素的性质 一、1.Li　Na　K　Rb　Cs　1　增多　增大　2.银白色　较小　降低　3.(1)金属　+1　①2R+2H2O2ROH+H2↑ 2R+2H+2R++H2↑　②强碱　(2)增强　①剧烈　复杂 ②剧烈　③增强　(3)增强 对点训练 1.B　[Li的金属性比Na弱,故Li与水反应不如Na与水反应剧烈,A正确;K非常活泼,可以和水发生反应,把K投入到NaCl溶液中,K会立即和水发生反应,不会置换出金属Na,B错误;同主族元素从上到下金属性依次增强,C正确;碱金属元素均为第一主族元素,同主族元素最外层电子数相同,D正确。] 2.B　[碱金属元素位于周期表ⅠA族,主族序数等于元素原子最外层电子数,故碱金属元素原子的最外层电子数为1,A正确;同主族元素从上到下,原子的核外电子层数依次增加,失电子能力逐渐增强,单质的还原性逐渐增强,还原性:Li<Na<K<Rb<Cs,B错误;同主族元素原子的核外电子层数依次增加,失电子能力逐渐增强,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,即碱性:LiOH<NaOH<KOH<RbOH<CsOH,C正确;同主族元素从上到下,原子的核电荷数依次增加,电子层数、原子半径依次增大,D正确。] 3.D　[ⅠA族的氢元素是非金属元素,A错误;碱金属与水剧烈反应,在溶液中不与金属离子发生置换反应,B错误;K+具有弱氧化性,C错误;碱金属元素从上到下金属性依次增强,所以铯的金属性强于钠和钾,则常温下Cs与水反应会发生爆炸,D正确。] 二、 问题讨论 1.反应依次为2NaBr+Cl22NaCl+Br2,2KI+Br22KBr+I2,2KI+Cl22KCl+I2。 2. Cl2、Br2、I2的氧化性由强到弱的顺序是Cl2>Br2>I2,相应卤素离子的还原性由强到弱的顺序是I->Br->Cl-。Cl、Br、I三种元素原子得电子能力逐渐减弱。 3.不一定。F2通入溶液中时通常与水反应置换出氧气。 4.不正确。氟元素没有正价,氧元素没有最高正价。 对点训练 1.C　[ F、Cl、Br、I的原子核外电子层数分别为2、3、4、5,随核电荷数的增加而增多,故A正确;F、Cl、Br、I原子半径增大,原子核对电子的引力逐渐减小,单质的氧化性随核电荷数的增加而减弱,故B正确;元素的非金属性越强,其氢化物的稳定性越强,非金属性F>Cl>Br>I, F、Cl、Br、I原子半径增大,与氢原子的作用力逐渐减小,它们的氢化物的稳定性随核电荷数的增加而减弱,故C错误;单质的颜色分别是浅黄绿色、黄绿色、深红棕色和紫黑色,单质的颜色随核电荷数的增加而加深,故D正确。] 2.C　[解答本题,除掌握一般规律外,要注意F2及F的化合物的特殊性:①F2与水反应置换H2O中的O生成O2,不像其他卤素单质,②F是最强的非金属,在化合物中不表现正价,HF的溶液表现弱酸性。] 3.B　[卤素单质的熔沸点与其相对分子质量成正比,根据图像知,①为F2,②为Cl2,③为Br2,④为I2。同主族元素,元素的非金属性随着原子序数的增大而减弱,非金属性越强,其单质越活泼,所以单质活泼性最强的是F2,A正确;非金属性越强,其氢化物的热稳定性越强,非金属性:F>Cl>Br>I,则卤素氢化物中热稳定性最强的是HF,B错误;溴易挥发,在水中的溶解度较小,且密度大于水,所以为防止溴挥发,可以用水液封,则单质③保存时加少量水进行水封,C正确;氯气和水反应生成HCl和HClO,HCl使溶液显酸性,HClO具有漂白性,所以单质②能使石蕊试液先变红后褪色,D正确。] 三、 对点训练 1.A　[非金属性F>Cl>S,元素的非金属性越强,对应的简单氢化物越稳定,A正确;同周期主族元素从左到右,原子半径逐渐减小,同主族元素从上到下,原子半径逐渐增大,则原子半径应为Se>Br>Cl,B错误;非金属性Cl>S>Se,元素的非金属性越强,对应的阴离子的还原性越弱,则还原性Se2->S2->Cl-,C错误;非金属性Cl>Br,元素的非金属性越强,其最高价氧化物对应水化物的酸性越强,则酸性HClO4>HBrO4,D错误。] 2.D　[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,A项错误;B和Al同主族,且B位于Al的上一周期,则B的金属性比Al的弱,B项错误;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。] 3.C　[元素的非金属性:Si<P<Cl,还原性:SiH4>PH3>HCl,故A错误;同周期从左到右原子半径减小,原子半径:Si>P>S>Cl,故B错误;同同期从左到右元素的非金属性增强,非金属性:C<N<O<F,故C正确;同同期从左到右元素的非金属性增强,元素最高价氧化物对应水化物酸性增强,酸性:H2SiO3<H3PO4<H2SO4,故D错误。] 课堂达标训练 1.B　[碱金属单质在氧气中燃烧,并非都能生成过氧化物,如锂在氧气中燃烧只生成氧化锂,A错误;Li是碱金属元素原子中半径最小的原子,B正确;Li、Na、K的最外层都只有一个电子,Rb+的最外层是8个电子,C错误;Na+和Li的电子层数相同,都有2个电子层,D错误。] 2.A　[A错误,镭和钙同处于ⅡA族,镭比钙原子半径大,则镭比钙金属性强;B正确,钙与水反应生成Ca(OH)2和H2,据此推测镭能与水反应生成H2;C正确,镭处于ⅡA族,原子的最外层有2个电子,故形成的化合物中镭元素显+2价;D正确,MgCO3微溶于水,CaCO3难溶于水,据此推测碳酸镭难溶于水。] 3.D　[同周期元素从左到右非金属性依次增强,同主族元素从上到下非金属性依次减弱,则上述元素中,非金属性最强的为F。] 4.C　[根据层多径大,核大径小原则,离子半径:S2->O2->Mg2+>Li+,A正确;非金属性越强,最高价氧化物对应水化物的酸性越强,非金属性:S>C>Si,酸性:H2SO4>H2CO3>H2SiO3,B正确;碱金属元素从上到下熔、沸点降低,故熔、沸点Li>Na>K>Rb,C错误;根据同周期从左到右金属性逐渐减弱,同主族从上到下金属性逐渐增强,金属性:Al<Mg<Ca<K,D正确。] 5.(1)6　1　(2)无　蓝　(3)强 解析　(1)铯在元素周期表中位于第6周期ⅠA族,则铯原子核外共有6个电子层,最外层电子数为1。 (2)金属性:Cs>Na,故Cs与水反应更剧烈,反应的化学方程式为2Cs+2H2O2CsOH+H2↑,生成物为氢气和氢氧化铯(水溶液显碱性),则观察到有无色气体生成,生成的溶液使紫色石蕊试纸显蓝色。(3)同主族元素从上到下金属性逐渐增强,则铯单质的还原性比钠单质的还原性强。 学科网（北京）股份有限公司 $$