高中化学第一节 原子结构与元素周期表导学案

www.ks5u.com基础课时20  原子结构与元素的性质

一、碱金属元素

1．元素的性质——金属性与非金属性

2．碱金属元素

碱金属元素包括(填名称及元素符号)：锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)等。

(1)碱金属的原子结构(Li→Cs)

①相似性：最外层均有1个电子。

②递变性：电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大。

(2)碱金属的化学性质

①钠、钾与氧气反应比较实验

a．实验现象：都能在空气中燃烧，钠产生黄色火焰，钾产生紫色火焰(透过蓝色钴玻璃观察)，钾燃烧更剧烈。

b．反应方程式：2Na＋O2Na2O2、K＋O2KO2。

②钾与水反应的实验

a．现象：浮于水面上，并熔化为闪亮的小球四处游动，发出嘶嘶的响声，并伴有燃烧，溶液呈红色。

b．化学方程式：2K＋2H2O===2KOH＋H2↑。

c．与Na和水反应相比现象不同的有反应比钠和水剧烈，并伴有燃烧，结论：活泼性K比Na强。

③锂与氧气(加热)、H2O反应的化学方程式分别为4Li＋O22Li2O、2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑。

(3)碱金属性质的递变规律及原因

从Li→Cs，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，原子失去电子的能力逐渐增强，金属性逐渐增强。

(4)碱金属单质的物理性质

  判断金属性强弱的依据有哪些？

[提示]  ①与O2、H2O反应的难易，②与酸反应的难易，③氢氧化物的碱性强弱等

二、卤族元素

卤族元素简称卤素，包括(填名称及符号)氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)和砹(At)、(Ts)。

1．卤素单质的物理性质

2.原子结构特点(F→I)

(1)相似性：最外层电子数均为7。

(2)递变性：电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大。

3．卤素单质的化学性质

(1)卤素单质与氢气的反应

(2)卤素单质间的置换反应——比较卤素单质氧化性

4．卤素性质的递变规律及原因

从F→I，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小，原子得电子能力逐渐减弱，非金属性逐渐减弱。

注意：因为F2能与H2O发生反应(2F2＋2H2O===4HF＋O2)，所以F2不能从其他卤化物的盐溶液中置换出卤素单质。

5．周期表中同主族元素的相似性与递变性

在周期表中，同主族元素从上到下，电子层数增多，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。

  (正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)卤素单质与碱金属单质的随原子序数的递增，密度逐渐增大 (    )

(2)从F→I，其单质与H2化合的难易是由难到易 (    )

(3)F2、Cl2、Br2与H2O反应的原理相同 (    )

(4)F2通入NaCl溶液中生成Cl2  (    )

[答案]  (1)×  (2)×  (3)×  (4)×

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六周期第ⅠA族。

(1)铯与O2的产物是Cs2O吗？反应剧烈程度比Na、K与O2反应程度大吗？

[答案]  产物不是Cs2O。剧烈程度很大。

(2)铯与H2O反应吗？若反应写出离子方程式。

[答案]  反应，2Cs＋2H2O===2Cs＋＋2OH－＋H2↑。

(3)铯与H2O反应现象和Na、K与H2O反应现象的主要区别可能是什么？

[答案]  不在水面上四处游动而在水中上下浮动，放出大量气体，可能发生爆炸。

(4)铯投入CuCl2溶液中，能置换出Cu吗？为什么？

[答案]  不能，Cs在溶液中先与H2O反应生成CsOH,2CsOH＋CuCl2===2CsCl＋Cu(OH)2↓。

1．相似性(R表示碱金属元素)

原子都容易失去最外层的一个电子，化学性质活泼，它们的单质都具有较强的还原性，它们都能与氧气等非金属单质及水反应。碱金属元素与水反应的通式为2R＋2H2O===2ROH＋H2↑。

2．递变性

随着原子序数的递增，原子半径逐渐增大，原子核对最外层电子的引力逐渐减小，碱金属元素的原子失电子能力逐渐增强，金属性逐渐增强。

(1)

(2)与O2的反应越来越剧烈，产物更加复杂，如Li与O2反应只能生成Li2O，Na与O2反应还可以生成 Na2O2，而K与O2反应能够生成KO2等。

(3)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与Cs遇水发生剧烈爆炸。

(4)最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐增强，CsOH的碱性最强。

1．下列说法不正确的是(    )

A．碱金属元素在自然界中以化合态形式存在

B．金属铷投入水中会发生爆炸式反应，生成氢氧化铷和氢气

C．碱金属与氧气反应，生成物都不随反应条件或反应物的用量变化而变化

D．金属铯的密度大于钠，而钠的熔点高于铯

C  [碱金属元素在自然界中均以化合态形式存在，A正确；铷的金属性很强，因此金属铷投入水中会发生爆炸式反应，生成氢氧化铷和氢气，B正确；除锂之外的碱金属与氧气反应，生成物都随反应条件的变化而变化，C错误；金属铯的密度大于钠，而钠的熔点高于铯，D正确。]

2．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＞Li，故K可以从NaCl溶液中置换出金属钠

C．熔、沸点：Li＞Na＞K

D．碱性：LiOH＜NaOH＜KOH

B  [A中锂的活泼性比钠弱，与水反应不如钠剧烈；B中还原性，K＞Na＞Li，但K不能置换出NaCl溶液中的Na，而是先与H2O反应；C中碱金属元素从Li到Cs，熔、沸点逐渐降低，即Li＞Na＞K＞Rb＞Cs；D中从Li到Cs，碱金属元素的金属性逐渐增强，对应最高价氧化物的水化物的碱性依次增强，即碱性：LiOH＜NaOH＜KOH＜RbOH＜CsOH。]

已知常温下KClO3与浓盐酸反应放出氯气，现按如图进行卤素的性质实验。玻璃管内装有分别滴加过不同溶液的白色棉球，反应一段时间后①②③④处的颜色分别为黄绿色、橙色、蓝色、白色。

请探究下列问题：

(1)②处颜色变化的原因是什么？写出离子方程式。可得出的结论是什么？

[答案]  生成了Br2，Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－，Cl2氧化性大于Br2。

(2)③处变蓝的原因是什么？写出可能的离子方程式，可能得出的结论是什么？

[答案]  生成了I2，I2遇淀粉变蓝色。Cl2＋2I－===I2＋2Cl－或Br2＋2I－===I2＋2Br－。Cl2氧化性比I2的强，Br2的氧化性比I2的强。

(3)通过该实验现象可得出的结论是什么？

[答案]  卤素单质的氧化性顺序为Cl2>Br2>I2，卤素非金属性顺序为Cl>Br>I。

1．从原子结构角度认识卤族元素性质的递变规律

2．卤族元素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易溶于有机溶剂苯、CCl4、汽油等。

④F无正化合价。

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

[答案]  C

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所得溶液中再加入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

C  [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，则所得溶液中再加入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，但通过实验①②无法得出氧化性：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。 ]

1．相似性

同主族，最外层电子数相同，得失电子的能力相似，具有相似的金属性和非金属性。

2．递变性

3．金属性和非金属性的强弱判断

(1)金属性强弱

(2)非金属性强弱

5．硒(Se)被誉为“生命的奇效元素”，富硒食品倍受追捧。已知硒元素与氧元素同主族，与钙元素同周期。下列关于硒的描述错误的是(    )

A．原子序数是24

B．气态氢化物的化学式是H2Se，还原性：H2Se>H2O

C．最高价氧化物是SeO3，是酸性氧化物

D．原子半径比硫原子的大

A  [硒元素与氧元素同主族，与钙元素同周期，则Se位于元素周期表中的第四周期第ⅥA族，与氧元素的原子序数相差18，其原子序数为16＋18＝34，A错误；硒的最低化合价为－2价，气态氢化物的化学式是H2Se，非金属性：O>Se，则氢化物的还原性：H2O<H2Se，B正确；第ⅥA族元素的最高价为＋6价，则最高价氧化物的化学式为SeO3，与同主族的S的最高价氧化物性质相似，SeO3属于酸性氧化物，C正确；同主族元素自上而下，原子半径逐渐增大，故Se原子的原子半径比硫原子的大，D正确。]

6. X、Y分别代表两种非金属元素，下列不能说明非金属性X比Y强的是(    )

A．X的氧化物对应水溶液的酸性比Y的氧化物对应水溶液的酸性强

B．Y－的还原性强于X－

C．X的单质X2能将Y的阴离子Y－氧化为Y2

D．X、Y的单质分别与Fe化合，产物中前者Fe为＋3价，后者Fe为＋2价

A  [元素非金属性强弱可由其最高价氧化物对应水化物的酸性强弱来判断，没有指明是否是最高价氧化物时，无法判断两者的非金属性强弱，A符合题意；元素非金属性越弱，对应离子的还原性越强，B不符合题意；X的单质X2能与Y的阴离子Y－发生置换反应生成Y2，说明X比Y的非金属性强，C不符合题意；X、Y的单质分别氧化同一种金属，产物中金属元素的价态越高，说明单质的氧化性越强，说明X比Y的非金属性强，D不符合题意。]

1．下列关于碱金属按Li、Na、K、Rb、Cs的顺序叙述中不正确的是(    )

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电子表现出强还原性

B．单质的熔点和沸点依次递减

C．单质都能与水反应生成碱，都能在空气中燃烧生成过氧化物

D．原子半径逐渐增大，单质与水反应的剧烈程度逐渐增强

C  [金属锂在空气中燃烧只生成氧化物。]

2．钠和铯都是碱金属元素，下列关于铯及其化合物的叙述中正确的是(    )

A．铯的密度比水小，像钠一样浮在水面上

B．铯与水反应十分剧烈，甚至会发生爆炸

C．碳酸铯加热时易分解成二氧化碳和氧化铯

D．氢氧化铯是强碱，其碱性比氢氧化钾弱

B  [铯的密度比水大，放入水中会沉在水底，故A错误；碱金属元素从上到下，与水反应的剧烈程度逐渐增大，铯与水反应十分剧烈，甚至会发生爆炸，故B正确；同主族的元素及其化合物的性质具有相似性，碳酸钠受热不易分解，因此碳酸铯加热时也不易分解，故C错误；同主族元素从上到下，金属性逐渐增强，其最高价氧化物的水化物的碱性逐渐增强，因此氢氧化铯是强碱，其碱性比氢氧化钾强，故D错误。]

3．下列关于卤族元素的递变规律不正确的是(    )

A．F2、Cl2、Br2、I2的氧化性逐渐减弱

B．HF、HCl、HBr、HI的热稳定性逐渐减弱

C．F－、Cl－、Br－、I－的还原性逐渐增强，颜色逐渐变深

D．F2、Cl2、Br2、I2的密度逐渐增大

C  [F－、Cl－、Br－、I－均为无色离子，C项错误。]

4．X、Y、Z为同主族的3种元素，已知它们的最高价氧化物对应水化物的酸性：HXO4>HYO4>HZO4，则下列判断正确的是(    )

A．原子半径：X>Y>Z

B．气态氢化物的稳定性：HX>HY>HZ

C．元素的非金属性：X<Y<Z

D．气态氢化物的还原性：HX>HY>HZ

B  [由同主族元素的最高价氧化物对应水化物的酸性：HXO4>HYO4>HZO4，可知非金属性：X>Y>Z。同主族元素从上到下，非金属性逐渐减弱，原子半径逐渐增大，则原子半径：X<Y<Z，故A错误；元素的非金属性越强，则其简单气态氢化物的稳定性越强，因非金属性：X>Y>Z，则气态氢化物的稳定性：HX>HY>HZ，故B正确；元素的非金属性：X>Y>Z，故C错误；元素的非金属性越强，则其简单气态氢化物的还原性越弱，非金属性：X>Y>Z，则气态氢化物的还原性：HX<HY<HZ，故D错误。]

5．根据下表回答问题。

(1)表中________(填元素符号)的非金属性最强；________(填元素符号)的金属性最强，写出该元素的单质与水反应的离子方程式：

______________________________________________________。

(2)表中元素③的原子结构示意图是________。

(3)表中元素⑤、⑦的氢化物的稳定性顺序为________>________(填化学式)。

(4)表中元素最高价氧化物对应水化物中酸性最强的是________(填化学式)。

[解析]  根据元素在周期表中的位置可知①～⑦分别是H、Li、Na、K、F、Cl、Br。(1)根据元素周期律可判断表中氟元素的非金属性最强；钾元素的金属性最强，单质钾与水反应的离子方程式为2K＋2H2O===2K＋＋2OH－＋H2↑。(2)表中元素③是Na，原子结构示意图是。(3)同主族元素从上到下，非金属性逐渐减弱，则简单氢化物的稳定性依次减弱，所以氟化氢的稳定性大于溴化氢。(4)表中非金属性最强的元素为F，氟无正化合价，无最高价含氧酸，故元素的最高价氧化物对应水化物中酸性最强的为HClO4。

[答案]  (1)F  K  2K＋2H2O===2K＋＋2OH－＋H2↑

(2)   (3)HF  HBr  (4)HClO4