4.1.3原子结构与元素的性质 课件-2025-2026学年高一上学期化学人教版必修第一册

4.1.3 原子结构与元素的性质 回忆：原子结构与元素周期表位置的关系： 七个周期 十六个族 把_________相同的元素，按_________递增顺序从左到右排列 把_____________相同的元素，按_________递增的顺序由上而下排列 电子层数 原子序数 最外层电子数 电子层数 原子结构与元素的性质有关系吗？ 思考1： 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） 金属元素 一般 4 非金属元素 一般 4 由上表可知： 决定元素的化学性质 金属性：金属元素原子 的能力 非金属性：非金属元素原子 的能力 不易得失电子 稳定 易失电子 易得电子 不稳定 不稳定 < > 原子最外层电子数 失电子 得电子 （还原性） （氧化性） 一、金属性和非金属性 二、碱金属元素 以碱金属元素为例研究同主族金属元素的结构和性质的规律 碱金属：除H以外的第IA族元素，包括锂（Li）钠(Na）钾（K）铷（Rb）铯(Cs） 钫（Fr）(放射性元素，中学阶段不讨论） 碱金属是一类化学性质非常活泼的金属，在自然界中都以化合态存在。 Li Na K Rb Cs 3 11 19 37 55 1 1 1 1 1 2 3 4 5 6 (1) 在周期表中，从上到下碱金属元素原子的核电荷数、原子半径的变化有什么特点？ 核电荷数依次增加,原子半径依次增大。 1、原子结构 (2)观察碱金属元素的原子结构示意图，它们的原子核外电子排布有什么特点？从哪一点推断出碱金属元素的化学性质具有相似性？ 随核电荷数的增加，电子层数_____，原子半径_____。 递变性 增多 增大 决定了化学性质的差异性。 最外层均只有__个电子。 相同点 1 决定了化学性质的相似性。 易失电子 电子层数越多，原子半径越大，越易失电子。 【问题和预测】 （1）回忆第二章学过的知识，钠有哪些化学性质？ （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。 探究 碱金属化学性质的比较 +11 2 8 1 易失电子 +11 2 8 Na Na+ Na O2 Na2O Na2O2 O2 点燃 H2O NaOH、H2 CuSO4 2、化学性质 Cu(OH)2、H2 Na2SO4 回忆钠与氧气、水反应的实验现象，并观察下列实验（由教师演示）。 （1）将干燥的坩埚加热，同时切取一块绿豆大的钾，用镊子夹取并迅速投到热坩埚中（如图4-8）。继续加热片刻，待钾熔化后立即撤掉酒精灯，观察现象。 （2）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4-9），观察现象。 【实验和观察】 钾和氧气、水反应的实验视频 化学性质 钠 钾 在空气中燃烧 现象 反应方程式 与水反应 现象 反应方程式 2Na+O2 === Na2O2 先熔化成小球，剧烈燃烧，产生黄色火焰，生成淡黄色固体 先熔化成小球，剧烈燃烧(比钠剧烈)，产生紫色火焰（透过蓝色钴玻璃），生成黄色固体 K+O2 === KO2 (超氧化钾) 2K+O2 === K2O2 (过氧化钾) 常温：4K+O2 === 2K2O (白色) 常温：4Na+O2 === 2Na2O 浮、熔、游、响、红 浮、熔、游、爆（轻微爆炸声并着火燃烧）、红 2Na+2H2O=2NaOH+H2 ↑ 2K+2H2O=2KOH+H2↑ 【分析与结论】 （1）钠、钾有哪些相似的化学性质？ （2）比较钠钾与水反应的难易程度。 都与氧气、水反应 钾的反应更剧烈 锂与水呢？ 锂与水反应很缓慢 （3）碱金属与水反应的难易程度与其原子结构有什么关系？ 由锂到铯，碱金属元素的原子电子层增加，原子半径增大，所以原子失电子能力增加，金属单质的活动性增强，其与水反应应该变得越来越容易 由此，你能推断出碱金属的化学性质的相似性和递变规律吗？ 由锂到铯，原子电子层逐渐增多，原子半径逐渐增大，原子核对最外层电子的引力逐渐减弱，原子失去最外层电子的能力逐渐增强，金属性（还原性）逐渐增强。 ①都能与O2反应： ②都能与水反应： 2Li + 2H2O ＝ 2LiOH + H2↑ 2Na + 2H2O ＝ 2NaOH + H2↑ 2K + 2H2O ＝ 2KOH + H2↑ 通式：2M + 2H2O ＝ 2MOH + H2↑ 碱金属元素的原子最外层都是1个电子，它们的化学性质相似，都能与氧气等非金属单质以及水反应。 4Li + O2 2Li2O 2Na + O2 Na2O2 （1）相似性： ③都能与酸反应：2M + 2H+ ＝ 2M++ H2↑ 生成物中化合价为+1价 金属 Li Na K Rb Cs 与O2反应 产物 规律 与H2O反应 剧烈程度 规律 更更为复杂 Li2O 更为复杂 Na2O Na2O2 K2O K2O2 KO2 反应越来越剧烈，产物越来越复杂 反应越来越剧烈 剧烈但比钠缓慢 剧烈 更剧烈伴有轻微爆炸 遇水立即燃烧，爆炸 遇水立即燃烧，爆炸 （2）递变性： 随着核电荷数递增，碱金属元素的原子电子层增加，原子半径增大，原子核对最外层电子的引力逐渐减弱，原子失去最外层电子的能力逐渐增强，即由锂到铯，金属性逐渐增强。 归纳小结 碱金属化学性质的相似性和递变性与原子结构的关系 递变性： Li→Cs 随着核电荷数递增 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引力逐渐减弱 失电子能力逐渐增强 元素的金属性逐渐增强 单质的还原性逐渐增强 结构递变 性质递变 决定 相似性： 最外层电子数都是1 强还原性： 容易失去1个电子 （与氧气、水、酸、盐溶液反应） 结构相似 性质相似 决定 元素的金属性是指金属元素失电子的能力（难易程度），与失电子的数目无关。 （1）根据金属单质与水（或酸）反应置换出氢的难易程度。 （2）根据金属元素最高价氧化物对应的水化物的碱性强弱。 （4）根据对应金属阳离子的氧化性强弱判断。 LiOH<NaOH<KOH<RbOH<CsOH 置换出氢越容易，则金属性越强。 3、元素金属性判断依据： （3）金属单质间的置换反应。 金属阳离子氧化性越弱，则元素金属性越强。 思考2： 下列关于碱金属原子结构和性质叙述中不正确的是（ ） A.碱金属原子最外层都只有一个电子，在化学反应中容易失去 B.都是强还原剂 C.都能在O2里燃烧生成过氧化物 D.都能与水反应生成碱 C 练1： 碱金属钫(Fr)具有放射性，它是碱金属元素中最重的元素，下列预言错误的是（ ） A.在碱金属中它具有最大的原子半径 B.它的氢氧化物化学式为FrOH,是一种极强的碱 C.钫在空气中燃烧时,只生成Fr2O D.它能跟水反应生成相应的碱和氢气,由于反应剧烈而发生爆炸. 练2： C Li Na K Rb Cs Li:密度小于煤油，应保存在石蜡中 熔点逐渐减小 沸点逐渐减小 密度呈增大趋势（K反常） 除铯外，都呈银白色；都比较柔软，有延展性；密度小，熔点低；有较好的导电导热性。 相似性 从Li到Cs，单质熔点和沸点逐渐降低；密度呈增大趋势，但ρK<ρNa 。 递变性 4、物理性质 碱金属元素的特殊性： ①锂——最轻的金属。密度比煤油小、保存时用石蜡封，锂和氧气反应只有一种产物氧化锂。 ②钠密度比钾大。钾金属性比钠强，但是不能从氯化钠的水溶液中置换出钠，发生的是钾和水的反应。但是可以用利用沸点高低液态钠置换钾 Na（熔融）+KCl=K↑+NaCl ③铷和铯密度比水大，与水反应沉在水下。 5、用途 锂电池，钠电池 密度小，比能量大 钠钾合金呈液态，作核反应堆的传热介质 熔点低，导热性好 高压钠灯 24Na用作医疗诊断 黄光射程远，透雾力强 同位素有放射性 光电管 铷铯主要用于制备光电管、真空管 I A 同主族——ⅠA族 最外层电子数 电子层数 核电荷数 原子半径 原子 结构 相似性 递变性 元素 性质 周期表 位置 决 定 反 映 原子失电子能力 “位置—结构—性质”模型 【小结】碱金属元素原子结构与性质的关系 练习3：据报道，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，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六周期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____，铯的原子序数为____。 (2)铯单质与水剧烈反应，放出____色气体，同时使紫色石蕊溶液显____色，原因是___________________________(写出化学方程式)。 (3)预测铯单质的还原性比钠单质的还原性_____(填“弱”或“强”)。 6 1 55 无 蓝 2Cs＋2H2O===2CsOH＋H2↑ 强 以卤族元素为例研究同主族非金属元素的结构和性质的规律 卤族元素：第VIIA族元素。包括氟(F)氯(Cl)溴(Br)碘(I)砹(At) (Ts) 化学性质很活泼，在自然界中都以化合态存在(成盐元素)，简称卤素，用符号X表示。 三、卤族元素 单质 颜色（常态） 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） 3.124 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 颜色加深 密度增大 熔沸点增大 ①常温下，Br2是唯一的液态非金属单质，易挥发 ②碘易升华，淀粉遇碘变蓝 1、物理性质 卤素相关颜色（记） 单质 水 CCl4 汽油(苯) 离子与AgNO3 反应生成沉淀 F2 （气态）淡黄绿色 —— —— —— —— Cl2 （气态）黄绿色 （氯水） 黄绿色 黄绿色 黄绿色 AgCl 白色 Br2 （液态）深红棕色 （溴水） 橙红/橙黄色 橙红色 橙红色 AgBr 淡黄色 I2 （固态）紫黑色 （碘水） 棕黄色 紫红色 紫红色 AgI 黄色 2、原子结构 元素名称 元素 符号 核电 荷数 原子结构 示意图 最外层电子数 电子 层数 原子半径(nm) 卤族 元 素 氟 F 0.152 氯 Cl 0.186 溴 Br 0.227 碘 I 0.248 9 17 35 53 7 2 3 4 5 卤族元素原子结构的最外层电子数都为7个，易得1个电子，具有非金属性。 从F到I： ①核电荷数依次增加 ②电子层数依次增加 ③原子半径依次增大 ④原子核对核外电子的引力递减 ⑤更难得到电子 ⑥非金属性减弱 相似性： 递变性： 3、化学性质 F Cl Br I 结 构 相似：最外层电子数都是7 递变：核电荷数(Z)增加， 电子层数(n)增多， 原子半径(r)增大。 容易得到1个电子，表现强氧化性 (似Cl2，与金属、H2、水、碱、卤化物反应) 递变性： 得电子能力逐渐减弱，非金属性逐渐减弱。 单质氧化性逐渐减弱 与H2、水等反应越来越难 化学性质 预测： 决定 相似性: 卤素单质 反应条件 化学方程式 产物稳定性 F2 Cl2 Br2 I2 暗处 H2＋F2===2HF 很稳定 光照或点燃 较稳定 加热 不如氯化氢稳定 不断加热 不稳定 递变性 ①与氢气反应的难易程度： ②生成的氢化物的稳定性： ③卤素的非金属性强弱： 逐渐变得困难 阅读教材P103页表4-4，讨论卤素单质与氢气反应的规律？ （1） 与H2反应 HF>HCl>HBr>HI （逐渐减弱） F2 ＞ Cl2＞Br2＞I2 （逐渐减弱） 卤素化学性质的特点:与Cl2相似 （2） 与H2O反应 卤素单质 化学方程式 F2 Cl2 Br2 I2 Cl2＋H2O == HCl + HClO Br2＋H2O == HBr + HBrO I2＋H2O == HI + HIO 2F2＋2H2O == 4HF + O2↑ F2氧化性过强，可以与水反应置换出O2 通式：X2 ＋ H2O = HX＋HXO（X:Cl、Br、I） 反应越来越难以发生 练习4：下列有关碱金属元素和卤素的说法中，错误的是( ) A.溴单质与H2的反应比碘单质与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 D 【实验4-1】 现象 化学方程式 Cl2 + 2KBr = 2KCl +Br2 Cl2 + 2KI = 2KCl + I2 Br2 + 2KI = 2KBr + I2 溶液变橙黄色 溶液变棕黄色 溶液变棕褐色 结论：单质的氧化性：F2>Cl2>Br2>I2 离子的还原性：Cl-<Br -<I- （3）卤素单质之间的置换 分析和结论 写出相应的离子方程式并分析氧化剂、还原剂、氧化产物和还原产物 2Br－ ＋ Cl2 == Br2 ＋ 2Cl－ 2I－＋ Cl2 == I2＋ 2Cl－ 2I－＋ Br2 == I2 ＋ 2Br－ 氧化剂 氧化产物 还原剂 还原产物 结论：从氯气到单质碘，单质的氧化性逐渐减弱、阴离子的还原性逐渐增强 Cl-<Br -<I- 氧化剂 氧化产物 还原剂 还原产物 氧化剂 氧化产物 还原剂 还原产物 Cl2>Br2 Cl2>Br2>I2 Cl-<Br - Cl2>I2 Cl-<I- 还原性： 还原性： 还原性： Br2>I2 Br -<I- 氧化性： 氧化性： 氧化性： 还原性： 氧化性： 33 化学性质 原子半径 原子得电子能力 非金属性 单质的氧化性 阴离子的还原性 单质与氢气化合的难易程度 氢化物的稳定性 最高价氧化物对应水化物的酸性 结构 性质 决 定 归纳小结 最外层都有7e- 容易得到电子，单质表现出氧化性 递变性： 相似性： （1）单质与H2生成气态氢化物的难易程度 （3）元素最高价氧化物对应的水化物的酸性强弱 （4）单质的氧化性强弱（置换反应） （5）非金属阴离子的还原性强弱判断 4、元素金属性判断依据： 思考3： （2）生成的气态氢化物的稳定性 （6）共价化合物中元素化合价 高氯酸(HClO4)在水溶液中几乎完全离解，形成H+和ClO4- ，所以HClO4在无机酸中具有最强的酸性。HBrO4也是强酸，但HIO4属于中强酸。HClO4，HBrO4 ，HIO4的酸性逐渐减弱。 HClO4中半径较小的Cl对氧原子的吸引力大于氢和氧的结合力，所以极其容易离解出H+，这是高氯酸显强酸性的根本原因。按Cl、Br、I顺序，原子半径逐渐增大，吸引氧原子电子云的能力减弱，H+离解出来的难度递增，酸性逐渐减弱。 资 料 卡 片 (1)氟无正价,无含氧酸。而Cl、Br、I都有正化合价和含氧酸。 (2)Cl2易液化,Br2易挥发,I2易升华。 (3)常温下呈液态的非金属单质是Br2,I2使淀粉溶液变蓝色。 (4)活泼的卤素单质能置换较不活泼的卤素单质,但F2不能从NaCl溶液中置换出Cl2,原 因是2F2+2H2O=4HF+O2。 拓展——总结卤素性质的特殊性 练习5： 如图所示是氯气的制备以及氯、溴、碘的非金属性比较实验，充分反应一段时间后，打开装置D的活塞，将装置D中少量溶液加入装置E中，振荡，观察实验现象，已知卤族元素的单质易溶于有机溶剂苯，下列说法正确的是( ) A.F2不能与NaCl溶液反应置换出氯气 B.装置B中可盛放水吸收氯气中的HCl气体 C.装置E下层呈现紫红色 D.装置E中有机试剂层呈现紫红色， 能说明非金属性：Br>I A 练习6： 卤素按F、Cl、Br、I的顺序其非金属性逐渐减弱的原因是(　　) A．原子核内质子数增多起主要作用 B．相对原子质量逐渐增大起主要作用 C．其单质的密度增大起主要作用 D．随着核电荷数增加电子层数增大起主要作用 D 四、“位—构—性”的关系 原子核外电子层数依次 原子半径逐渐 失电子能力逐渐 得电子能力逐渐 金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱 F2 Cl2 Br2 I2 Li Na K RbCs 同一主族，从上到下最外层电子数相同 增多 增大 增强 减弱 碱金属元素性质 课堂小结 卤族元素原子最外层 有7个电子 卤族元素性质 原子结构的相似性 元素性质的相似性 决定 在化合物中常见化合价-1 易得电子，表现非金属性（氧化性） 卤族元素原子 电子层数逐渐增大 原子结构的递变性 元素性质的递变性 决定 原子半径逐渐增大 非金属性（氧化性）逐渐减弱 原子得电子能力逐渐减弱 1、下列说法正确的是（ ） ①从锂到铯，碱金属元素单质的密度依次增大 ② Li、Na、K在空气中燃烧均生成过氧化物 ③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 ④碱金属元素单质都应该保存在煤油中 ⑤ K比Na活泼，故K可以从钠盐溶液中置换出Na ⑥碱金属元素在自然界中能以游离态存在 ③ 课堂检测： 2、砹是原子序数最大的卤族元素，根据卤素性质的递变规律，对砹及其化合物的叙述，正确的是(　　) A．与H2化合能力：At2>I2 B．砹在常温下为白色固体 C．砹原子的最外电子层上有7个电子 D．砹易溶于水，难溶于四氯化碳 C 3、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)。 五 大 (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____________________________，铷与水反应比钠与水反应______(填“剧烈”或“缓慢”)。遇水后沉在水_____(填“底”或“上”)，铷的密度比水的密度_____(填“大”或“小”)。 2Rb＋2H2O=2Rb++2OH+H2↑ 剧烈 底 大 (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：______________________________。 2Rb2O2＋2CO2===2Rb2CO3＋O2 2Rb＋Cl2 2RbCl2 Lavf58.20.100 H2＋I22HI Lavf59.6.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.2.58(gap_fixed:False) $