人教版 (2019)必修 第一册第二节 元素周期律第3课时学案

第3课时　原子结构与元素的性质

新课情境呈现

人体中的化学元素

我们人体是一个有机体，主要是由碳、氢、氧元素组成的，除此之外，在人体组织和体液中含有很多其他的元素，某些元素在人体中的含量虽然不高，但却都是人体中不能缺少的元素。

你知道人体中所含的各元素的原子结构吗？它们具有什么样的性质呢？

课前素能奠基

知识回顾　　

1．碱金属元素包括__Li、Na、K、Rb、Cs__(填写元素符号)等元素，它们都处于元素周期表中第__ⅠA__族；卤族元素包括__F、Cl、Br、I__(填写元素符号)等元素，它们都处于元素周期表中第__ⅦA__族。

2．钠与水反应的离子方程式为__2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑__。钠与氧气在常温和加热条件下反应得到的产物分别为__Na2O__、__Na2O2__。

3．氯气与氢气反应的条件是__点燃或光照__。

新知预习　　

一、元素的性质

1．金属性

金属元素的原子最外层电子一般少于__4__个，在化学反应中容易__失去电子__，具有__金属性__。即元素的金属性是指元素的原子所具有的__失去电子__的能力。

2．非金属性

非金属元素的原子最外层电子一般多于__4__个，在化学反应中容易__得到电子__，具有__非金属性__。即元素的非金属性是指元素的原子所具有的__得到电子__的能力。

二、碱金属元素

1．碱金属元素的原子结构

2．碱金属单质的化学性质

(1)钠、钾与氧气反应比较

①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，钾燃烧更剧烈。

②反应方程式：2Na＋O2Na2O2、K＋O2KO2。

③实验结论：金属的活泼性：K__>__Na。

(2)钠、钾与水反应的比较

3．碱金属单质的物理性质

三、卤族元素

1．卤素单质的物理性质

2．卤素的原子结构特点

3．卤素单质的化学性质

(1)卤素单质与氢气反应

(2)卤素单质之间的置换反应

四、同主族元素的性质与原子结构的关系

应用体验　　

1．下列关于碱金属元素和卤素的说法中错误的是(　D　)

A．随核电荷数的增加，碱金属元素和卤素的原子半径都逐渐增大

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，氟原子得电子能力最强

C．钾与水的反应比钠与水的反应更剧烈

D．溴单质与水的反应比氯单质与水的反应更剧烈

解析：同主族元素从上到下，原子半径逐渐增大，金属族失电子能力增强，与水反应越来越强，非金属族得电子能力减弱，与H2O反应越来越难，D项错误，A、B、C正确。

2．锂(Li)是一种银白色的金属元素，质软，是密度最小的金属。用于原子反应堆、制轻合金及电池等，锂电池或锂离子电池备受人们推崇。

锂(Li)不可能具有的性质是(　D　)

A．锂在空气中燃烧只会生成氧化锂

B．锂很软，用小刀可以切割

C．锂的熔点比金属铯高

D．金属锂可以保存在煤油或液体石蜡中

解析：锂较其他碱金属活泼性差，燃烧生成氧化锂，A正确；碱金属都很软，可用小刀切割，B正确；碱金属由Li到Cs熔点逐渐降低，C正确；金属锂的密度比煤油的小，所以不能保存在煤油中，D不正确。

3．最新报道，我国科学家通过与多个国家进行科技合作，成功研制出铯(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，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__6__层电子，最外层电子数为__1__，铯的原子序数为__55__。

(2)铯单质与水剧烈反应，放出__无__色气体，同时使紫色石蕊试液显__蓝__色，因为__2Cs＋2H2O===2CsOH＋H2↑__(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__强__(填“弱”或“强”)。

解析：根据原子核外电子排布规律，结合铯在元素周期表中的位置知：铯原子核外电子分六层排布，分别是2、8、18、18、8、1，原子序数是55，最外层只有1个电子。铯与钠同主族，具有极强的金属性。与水反应生成氢气和氢氧化铯：2Cs＋2H2O===2CsOH＋H2↑，氢氧化铯是强碱，使紫色石蕊试液变蓝色。

要点归纳　　

课堂素能探究

知识点　碱金属元素单质化学性质的相似性和递变性

问题探究：

1．Li、Na、K在空气中燃烧分别生成Li2O、Na2O2、KO2(超氧化钾)说明什么问题？如何保存单质钾？

2．请结合碱金属元素的原子结构的递变性探究其单质化学性质的递变性。

探究提示：1．说明Li、Na、K活动性依次增强；保存钾时保存在煤油中，以避免与空气中的O2、H2O反应。

2．碱金属元素原子的最外层电子数都相等，但从Li到Cs，随着核电荷数的增加，碱金属元素原子的电子层数逐渐增多，原子核对核外电子的吸引能力逐渐减弱；失电子能力逐渐增强，金属性逐渐增强。

知识归纳总结：

1．相似性

2．递变性

具体情况如下(按从Li→Cs的顺序)：

(1)与氧气、与水反应的剧烈程度逐渐增强。

①与O2反应越来越剧烈，产物也更加复杂，Li只生成Li2O，Na能生成Na2O和Na2O2，K则能生成K2O、K2O2、KO2等。

②与水反应越来越剧烈，K能发生轻微爆炸，Rb、Cs遇水则发生剧烈爆炸。

(2)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。

点拨：Na、K与盐溶液的反应

Na、K投入盐溶液中时，不是从溶液中置换出相对不活泼的金属，而是先与水发生反应：2R＋2H2O===2ROH＋H2↑，然后生成的碱再与盐发生复分解反应(若不满足发生复分解反应的条件，只发生第一步反应)。

典例1　(2020·潍坊高一检测)下列关于铯及其化合物的说法中不正确的是(　D　)

A．氢氧化铯是一种强碱，比KOH的碱性强

B．铯与水或酸溶液反应剧烈，都生成氢气

C．Cs的还原性比Na强，故Na＋的氧化性大于Cs＋

D．Cs2CO3不易溶于水

解析：Cs的最外层电子数是1，电子层数比K的多，故Cs的金属性比K强，CsOH的碱性比KOH强，A项正确；铯与Na性质相似，与水或酸反应更剧烈，都生成H2，B项正确；Cs的还原性比Na强，所以Na＋的得电子能力比Cs＋强，C项正确；因为Na2CO3、K2CO3均易溶于水，所以Cs2CO3也易溶于水，D项错误。

〔素养应用1〕铷元素广泛用于特种玻璃、医学、能源等领域。其中在高科技领域显示了广阔的应用前景。锂云母是提取铷的重要原料。我国的锂云母主要分布于江西宜春、湖南正冲、广西栗木等地。

已知铷是37号元素。根据相关知识回答下列问题：

(1)铷(Rb)位于元素周期表的第__五__周期__ⅠA__族。

(2)关于铷的结构和性质判断正确的是__①③⑤__(填序号)。

①与水反应比钠剧烈

②原子半径比钠小

③氧化物暴露在空气中易吸收CO2

④阳离子最外层电子数和镁原子相同

⑤是还原剂

解析：(1)由Rb的原子序数是37可推知Rb位于第五周期ⅠA族。(2)由Rb的原子结构示意图可知②④不正确；又因Na和Rb同主族，根据同主族元素性质的递变规律知，Rb的金属性比Na强，故①③⑤正确。

知识点　卤族元素性质的相似性和递变性

问题探究：

1．由F、Cl、Br、I的原子结构推测它们得失电子能力大小。

2．根据卤族元素的性质分析，将F2通入NaCl溶液中得到什么气体？

探究提示：1．它们最外层都有7个电子，都易得一个电子达到稳定结构，但它们的原子半径依次增大，得电子能力逐渐减弱。

2．F2的氧化性强于Cl2，但由于F2易与H2O反应：2F2＋2H2O===4HF＋O2，故F2通入NaCl溶液中得到O2而不是Cl2。

知识归纳总结：

1．相似性：

2．递变性：

具体情况如下：

(1)与H2反应越来越难，对应氢化物的稳定性逐渐减弱，氢化物还原性逐渐增强，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)最高价氧化物的水化物的酸性逐渐减弱，即HClO4＞HBrO4＞HIO4。

点拨：卤素单质性质中的特殊情况

(1)F2能与水反应，反应方程式为2F2＋2H2O===4HF＋O2。因此，F2不能从溶液中置换出其他卤素单质。

(2)通常情况下，氟没有正价，所以氟没有含氧酸。

(3)溶解性：通常情况下，除F2外，卤素单质在水中的溶解度都不大，但是均易溶于有机溶剂。

(4)卤素单质都有毒，液溴易挥发，保存时常用水密封。

(5)溴单质在常温下是唯一一种液态非金属单质。

(6)碘为紫色固体，易升华，淀粉遇I2变蓝色。

(7)氢氟酸为弱酸，而盐酸、氢溴酸、氢碘酸为强酸。

典例2　1826年，法国的一位青年波拉德把海藻烧成灰，用热水浸取，再往里通氯气，这时，就得到紫黑色的固体——碘晶体。他发现在提取后的母液底部，总沉着一层深褐色的液体，这液体具有刺鼻的臭味。详细地进行研究后证明，这深褐色的液体，是一种人们还未发现的新元素。科学家把这种新元素称为“溴”。德国著名的化学家李比希也做过和波拉德相似的实验，看到过这一奇怪的现象，所不同的是，李比希没有深入地钻研下去，只凭空地断定这深褐色的液体只不过是氯化碘(ICl)——通氯气时，氯和碘形成的化合物。因此，他只是往瓶子上贴了一张“氯化碘”的标签就完了，从而与溴元素失之交臂，没有发现这一新的元素。

(1)写出波拉德获得溴、碘单质的离子方程式。

(2)比较Cl－、Br－、I－的还原性强弱，并从原子结构角度解释原因。

答案：(1)Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－，Cl2＋2I－===I2＋2Cl－

(2)Cl－、Br－、I－的还原性：Cl－<Br－<I－，按Cl－、Br－、I－顺序，离子的电子层数逐渐增多，离子半径逐渐增大，原子核对最外层电子的吸引力逐渐减小，失去电子的能力逐渐增强，故Cl－、Br－、I－离子的还原性逐渐增强。

〔素养应用2〕氟是一种反应性能极高的元素，被称为“化学界顽童”。但氟一旦与其他元素结合，就会成为耐热、难以被药品和溶剂侵蚀的具有“高度安全性能”的化合物。氟的化合物化学性质稳定，氟具有很强的非金属性。氟树脂等高分子化合物具有防粘、防水、防油、润滑、弯曲率低、电气性能好等优异性能。氟元素被广泛应用于家庭用品、办公自动化设备、半导体、汽车等领域。

①卤素单质中氧化性最强的是哪种单质？

②F在化合物中有无正价？

答案：①F2。

②F在化合物中只显示－1价，无正价。

名师博客呈现

解答同主族元素原子结构和性质递变规律类题的常见思路

〔即时训练〕

可能存在的第119号未知元素，有人称为“类钫”。根据周期表结构及元素性质变化趋势，下列有关“类钫”的预测中错误的是(　A　)

A．单质有较高的熔点

B．“类钫”在化合物中呈＋1价

C．“类钫”具有放射性

D．“类钫”单质的密度大于1 g·cm－3

解析：“类钫”在周期表中处于碱金属元素的最下方，碱金属元素从上到下，原子半径逐渐增大，单质的熔、沸点逐渐降低，A错误。

课堂达标验收

1．(2021·石家庄高一检测)下列关于卤素(F、Cl、Br、I)叙述正确的是(　C　)

A．其单质在常压下的沸点，随着卤素核电荷数的增多逐渐降低

B．单质和水反应通式：X2＋H2O===HX＋HXO(用X表示卤素)，剧烈程度随着核电荷数的增多而减弱

C．单质和氢气反应的通式：X2＋H2===2HX(条件不同)，剧烈程度随着卤素核电荷数的增多而减弱

D．随着卤素核电荷数的增多，单质的氧化性逐渐增强

解析：卤素单质在常压下的沸点，随着卤素核电荷数的增多逐渐升高，A项不正确；单质氟和水反应生成HF和氧气，B项不正确；同主族自上而下非金属性逐渐减弱，所以与H2反应的剧烈程度逐渐减弱，C项正确；随着卤素核电荷数的增多，单质的氧化性逐渐减弱，D项不正确。

2．下列说法正确的是(　D　)

A．氟、氯、溴原子的最外层电子数都是7，次外层电子数都是8

B．从HF、HCl、HBr、HI酸性递增的事实，推出F、Cl、Br、I的非金属性递增规律

C．酸性：HFO4>HClO2>HBrO4>HIO4

D．砹属于卤族元素，位于第六周期，根据卤素性质的相似性，砹微溶于水，易溶于CCl4

解析：F的次外层电子数为2，Br的次外层电子数为18，A项错误；元素的非金属性强弱可以根据其最高价氧化物对应水化物的酸性强弱比较，不能根据氢化物的酸性强弱比较，B项错误；F无正化合价，不能形成HFO4，C错误；由碘微溶于水、易溶于四氯化碳可推知，砹微溶于水，易溶于CCl4，D正确。

3．(2021·实验中学高一)镭是元素周期表中第七周期ⅡA族元素，关于其叙述不正确的是(　A　)

A．镭的金属性比钙弱

B．单质能与水反应生成H2

C．在化合物中呈＋2价

D．碳酸镭难溶于水

解析：同主族金属元素从上至下金属性增强，镭位于钙下面，镭的金属性比钙强，所以选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__五__周期，其原子半径比钠元素的原子半径__大__(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：__2Rb＋Cl22RbCl__。铷单质易与水反应，反应的离子方程式为__2Rb＋2H2O===2Rb＋＋2OH－＋H2↑__实验表明，铷与水反应比钠与水反应__剧烈__(填“剧烈”或“缓慢”)；反应过程中铷在水__底__(填“面”或“底”)与水反应，原因是__铷的密度比水的密度大__。

(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__。