第1章 第3节 第2课时 研究同主族元素的性质(Word教参)-【精讲精练】2024-2025学年高中化学必修第二册（鲁科版2019）

第2课时　研究同主族元素的性质 [素养目标]　1.以碱金属和卤族元素为例，了解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.能利用同主族元素性质的递变规律，预测元素及其化合物的性质。 知识点一　碱金属元素性质的递变规律 1．碱金属元素的原子结构 元素 相同点 最外电子层上都只有1个电子 递变性 核电荷数逐渐增大 电子层数逐渐增多 原子半径逐渐增大 2.碱金属元素单质的化学性质 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具有很强的碱性 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遇水还可能发生爆炸 3.碱金属元素的性质与原子结构之间的关系 从Li→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→原子核对最外层电子(1个)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。 1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)。 (1)第ⅠA族元素全部是碱金属元素(　　) (2)Li、Na、K元素的原子核外电子层数随着核电荷数的增加而增多(　　) (3)碱金属元素在自然界中能以游离态存在(　　) (4)碱金属元素的最外层电子数相同，所以与水反应的剧烈程度相同(　　) (5)因为K比Na活泼，所以K可以从钠盐溶液中置换出Na(　　) 提示　(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)× 2．铯是属于第6周期的碱金属元素，推测金属铯与水反应的现象，写出反应的化学方程式并判断CsOH的碱性强弱。 提示　碱金属元素随电子层数的增加，金属性逐渐增强。金属铯与水能剧烈反应，甚至发生剧烈的爆炸，反应的化学方程式为2Cs＋2H2O===2CsOH＋H2↑，CsOH属于强碱。 3．某兴趣小组在实验室中完成了如图所示的实验，实验现象有何异同点？能得出什么结论？ 提示　相同点：金属浮在水面上，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；不同点：钾与水的反应有轻微爆炸声并着火燃烧。通过上述实验可以得出与水反应剧烈程度：K>Na；金属的活泼性：K>Na。 【归纳提升】 1．碱金属单质性质的相似性(R表示碱金属元素) 2．碱金属元素性质的递变性 1．下列各性质中符合图示关系的是(　　) ①原子半径　②ROH的碱性　③单质的密度　④化合价　⑤单质的熔点　⑥与水反应的剧烈程度 A．②④⑤⑥　　　 B.②③⑥ C．①②⑥ D．①②③⑤ 解析　①碱金属元素中，随着碱金属的核电荷数的增大，核外电子层数逐渐增多，电子层数越多，半径越大，故①正确；②碱金属元素中，随着碱金属的核电荷数的增大，ROH的碱性逐渐增强，故②正确；③随着碱金属的核电荷数的增大，密度呈现增大趋势，但Na的密度大于K的密度，与图像不符，故③错误；④碱金属元素中，原子的最外层电子数相同，元素的化合价相同，故④错误；⑤碱金属元素中，随着碱金属的核电荷数的增大，金属晶体的金属键作用力减弱，熔点逐渐降低，故⑤错误；⑥碱金属元素中，随着碱金属的核电荷数的增大，元素的金属性逐渐增强，与水反应的剧烈程度逐渐增大，故⑥正确；综上，①②⑥描述正确。 答案　C 2．锂广泛应用于电池、陶瓷、玻璃、润滑剂、制冷液、核工业以及光电等行业。随着电脑、数码相机、手机、移动电动工具等电子产品的不断发展，电池行业已经成为锂最大的消费领域。 镁、锂在元素周期表中具有特殊“对角线”关系，它们的性质相似。例如，它们的单质在过量氧气中燃烧时均只生成正常的氧化物等。下列关于锂的叙述不正确的是(　　) A．Li2SO4能溶于水 B．LiOH是易溶于水、受热不分解的强碱 C．Li遇浓硫酸不产生“钝化”现象 D．Li2CO3受热分解，生成Li2O和CO2 解析　根据题中信息，将镁的有关性质进行迁移应用，可推测锂的有关性质。由Mg、Mg(OH)2、MgCO3、MgSO4的性质推测相应的Li及其化合物的性质。MgSO4易溶于水，Mg(OH)2是难溶、易分解的中强碱，Mg与浓硫酸能发生反应，MgCO3受热易分解生成MgO和CO2，B项不正确。 答案　B 知识点二　卤族元素性质的递变规律 1．卤族元素原子结构与性质的相似性 元素 F Cl Br I 原子最外层电子数 都为7 最高正价 无 为＋7价 最低负价 都为－1价 自然界中存在形态 全部以化合态形式存在 最高价含氧酸化学式 无 HClO4 HBrO4 HIO4 气态氢化物的化学式 HF HCl HBr HI 2.卤族元素性质的递变性 (1)卤族元素单质的物理性质及递变性 物质 性质 单质 F2 Cl2 Br2 I2 颜色 淡黄绿色 黄绿色 深红棕色 紫黑色 状态 气体 气体 液体 固体 密度 逐渐增大 熔、沸点 逐渐升高 (2)卤族元素原子结构及单质化学性质递变性 元素 F Cl Br I 电子层数 逐渐增多 原子半径 逐渐增大 得电子能力 逐渐减弱 失电子能力 逐渐增强 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 3.卤族元素的性质与原子结构之间的关系 从F→I，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→原子核对最外层电子的吸引力逐渐减弱→元素原子的得电子能力逐渐减弱→元素的非金属性逐渐减弱。 1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)。 (1)卤族元素单质(F2除外)在反应中只能得到电子表现氧化性(　　) (2)卤族元素自上至下单质的熔、沸点逐渐减小(　　) (3)同主族元素随核电荷数的增加，气态氢化物的稳定性逐渐增强(　　) (4)因为酸性：HCl>HF，所以非金属性：Cl>F(　　) 提示　(1)×　(2)×　(3)×　(4)× 2．探究卤族元素性质的相似性和递变性。 实验操作： 实验 实验现象 化学方程式 ① 静置后，液体分层，上层____色，下层____色 Cl2＋2NaBr===2NaCl＋Br2 ② 静置后，液体分层，上层____色，下层____色 Br2＋2KI===2KBr＋I2 ③ 静置后，液体分层，上层____色，下层____色 Cl2＋2KI===2KCl＋I2 结论：卤素单质的氧化性：__________； 卤素离子的还原性：________。 提示　无　橙　无　紫　无　紫　Cl2>Br2>I2　I－>Br－>Cl－ 3．由于氟单质过于活泼，所以很难设计出一个简单的实验来验证其氧化性的强弱。试列举两项事实说明氟的非金属性比氯强。 提示　HF的稳定性比HCl强；F2能置换出水中的氧，而Cl2不能置换出水中的氧(或其他合理答案)。 【归纳提升】 1．卤素单质的相似性(用X表示卤族元素)和特殊性 (1)相似性 (2)卤族元素的特殊性 元素 特殊性 氟 (1)氟元素无正价，非金属性最强，F－的还原性最弱； (2)2F2＋2H2O===4HF＋O2，在暗处即可爆炸； (3)HF是弱酸，能腐蚀玻璃，故应保存在铅制器皿或塑料瓶中 溴 (1)Br2是深红棕色液体，易挥发； (2)Br2易溶于有机溶剂； (3)保存液溴的试剂瓶中加水，进行水封，不能用橡胶塞 碘 (1)淀粉遇I2变蓝色； (2)I2在加热时易升华； (3)I2易溶于有机溶剂； (4)食盐中加入KIO3可防治甲状腺肿大 2.碱金属单质的相似性(用R表示碱金属元素) 3.元素周期表中元素性质的变化规律 比较项目 同周期(左→右) 同主族(上→下) 结构 电子层结构 电子层数 相同 递增 最外层电子数 递增(1～8或2) 相同 核内质子数 递增 递增 性质 原子半径 递减(稀有气体元素除外) 递增 主要化合价 ＋1→＋7 －4→－1 相似 元素原子失电子能力 减弱 增强 元素原子得电子能力 增强 减弱 性质应用 最高价氧化物对应水化物酸性 增强 减弱 最高价氧化物对应水化物碱性 减弱 增强 气态氢化物的稳定性 增强 减弱 气态氢化物的还原性 减弱 增强 金属单质置换氢气的难易程度 变难 变易 4.同主族、同周期元素的原子结构与性质的关系 (1)同主族 (2)同周期 1．下列关于氟、氯、溴、碘四种元素的性质比较，正确的是(　　) A．Cl2可以从KI溶液中置换出I2 B．氢化物的稳定性随核电荷数的增加而增强 C．单质密度依次增大，颜色逐渐变浅 D．它们位于第ⅦA族，最高正价均为＋7价 解析　非金属性越强，其单质的氧化性越强，所以氧化性：Cl2＞I2，即Cl2可以从KI溶液中置换出I2，A正确；氢化物的稳定性与其元素的非金属性有关，非金属性越强，其氢化物的稳定性越强，则氢化物的稳定性随核电荷数的增加而减弱，B错误；单质密度依次增大，颜色逐渐变深，C错误；它们位于第ⅦA族，F无正价，所以除F以外，其元素最高正价均为＋7价，D错误。 答案　A 2．已知Br2(溴单质)与Cl2的化学性质相似，下列关于Br2的说法错误的是(　　) A．Br2能与H2发生化合反应 B．Br2能与氢氧化钠溶液反应 C．Br2能与水反应 D．Br2不能与铁单质反应 解析　Br2能与H2发生化合反应生成HBr，A正确；Br2能与氢氧化钠溶液反应生成NaBr、NaBrO和H2O，B正确；Br2能与水反应生成HBr、HBrO，C正确；由于氧化性：Cl2＞Br2＞Fe3＋，因此Br2也能与铁单质反应，生成FeBr3，D错误。 答案　D 1．下列关于碱金属元素的说法中，错误的是(　　) A．原子半径：Li＜Na＜K＜Rb＜Cs＜Fr B．单质与水反应的剧烈程度：K>Na C．最高价氧化物对应水化物的碱性：LiOH<KOH D．碱金属元素的单质在氧气中燃烧均生成过氧化物 解析　同主族从上往下原子半径在增大，所以原子半径：Li＜Na＜K＜Rb＜Cs＜Fr，A正确；金属性越强，单质与水反应越剧烈，所以：K＞Na，B正确；金属性越强，最高价氧化物对应水化物的碱性越强，所以：LiOH＜KOH，C正确；单质Li在氧气中燃烧只生成Li2O，D错误。 答案　D 2．下列关于卤族元素的比较中，不正确的是(　　) A．卤素离子的还原性：F－<Cl－<Br－<I－ B．酸性：HIO4<HBrO4<HClO4 C．单质与氢气化合由易到难的顺序：F2<Cl2<Br2<I2 D．氢卤酸的酸性：HF>HCl>HBr>HI 解析　A项，卤族元素从上到下，单质的氧化性逐渐减弱，其阴离子的还原性逐渐增强，所以卤素离子的还原性：F－<Cl－<Br－<I－，正确；B项，同主族元素从上到下，非金属性逐渐减弱，最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐减弱，则酸性：HIO4<HBrO4<HClO4，正确；C项，卤族元素从上到下，非金属性逐渐减弱，单质与氢气化合越来越难，所以卤素单质与氢气化合由易到难的顺序：F2<Cl2<Br2<I2，正确；D项，卤族元素从上到下，氢卤酸的酸性逐渐增强，即酸性：HF<HCl<HBr<HI，错误。 答案　D 3．(2023·辽宁朝阳高一月考)钾和钠的性质相似，下列说法中能较好地解释这个事实的是(　　) A．最外层电子数相同 B．都是金属元素 C．原子半径相差不大 D．最高化合价相同 解析　A项，钠和钾都位于元素周期表ⅠA族，原子最外层电子数相同，性质相似，正确；B项，金属元素有很多种，但性质有的相差较大，错误；C项，同主族元素的原子半径相差较大，错误；D项，最高化合价相同的元素性质不一定相同，如Mg、Cu的最高化合价都为＋2价，但性质不同，错误。 答案　A 4．为比较卤素单质的氧化性进行了如下实验：①将氯水滴入溴化钠溶液中，溶液变黄；②将氯水滴入碘化钾溶液中，溶液变褐色。下列有关分析不合理的是(　　) A．实验①中反应：Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2 B．向实验②所得溶液中加入CCl4，振荡、静置，下层溶液为紫红色 C．根据实验①②得出结论，氧化性：Cl2>Br2>I2 D．将实验②中的氯水换成溴水即可达到实验目的 解析　将氯水滴入溴化钠溶液中，溶液变黄，说明有单质溴生成，则实验①中反应为Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2，A正确；实验②将氯水滴入碘化钾溶液中，溶液变褐色，说明有单质碘生成，则向所得溶液中加入CCl4，振荡、静置，下层溶液为紫红色，B正确；根据实验①可以得出氧化性：Cl2>Br2，根据实验②可以得出氧化性：Cl2>I2，但无法通过实验①②得出氧化性：Br2>I2，C错误；要想达到比较卤素单质氧化性的目的，只需要将②中氯水换成溴水即可，D正确。 答案　C 5．碱金属元素是指ⅠA族中除H以外的金属元素，完成下列问题： (1)下列有关比较不正确的是________(填序号)。 ①原子半径：K>Na>Li ②单质还原性：K>Na>Li ③离子氧化性：Cs＋>Rb＋>K＋ ④碱性：LiOH<NaOH<KOH (2)铯位于元素周期表第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，生成的溶液可使紫色石蕊溶液显________色。 ③预测铯单质的还原性比钠单质的还原性________(填“弱”或“强”)。 解析　(1)依照同主族元素性质递变规律进行分析，随着原子序数逐渐增大，原子半径逐渐增大，①正确；原子失电子能力逐渐增强，单质还原性逐渐增强，②正确；离子的氧化性逐渐减弱，则氧化性：Cs＋<Rb＋<K＋，③错误；最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐增强，④正确。(2)①由题意可知，铯原子核外有6个电子层，最外层电子数为1。②铯与钠化学性质相似，2Cs＋2H2O===2CsOH＋H2↑，生成H2，CsOH是强碱，能使紫色石蕊溶液变蓝。③根据同主族元素性质递变规律，铯单质的还原性比钠单质的强。 答案　(1)③　(2)①6　1　②无　蓝　③强 学科网（北京）股份有限公司 $$