高中化学新教材同步必修第一册 第四章 第一节 第三课时　原子结构与元素的性质(同步讲义)

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第3课时　原子结构与元素的性质[核心素养发展目标]　1.知道碱金属元素、卤族元素的结构和性质，能从原子结构角度解释同主族元素性质的递变规律，形成“结构决定性质”的观念，强化“宏观辨识与微观探析”的学科核心素养。2.能设计实验方案，探究同主族元素性质的递变性，提升“科学探究与创新意识”的学科核心素养。一、元素化学性质与原子最外层电子数的关系原子的最外层电子数决定原子的化学性质。1．下列结构示意图表示的原子中：A. B. C. D.(1)易变为阳离子的是____________(填字母，下同)。(2)易变为阴离子的是__________。(3)易与氯气化合组成XY2型化合物的是________。答案　(1)CD　(2)A　(3)D2．已知某元素的原子结构示意图如图所示：(1)该元素在周期表中的位置：______________。(2)预测该元素的单质在化学反应中容易________电子，常表现为____价。答案　(1)第五周期ⅦA族　(2)得到1个　－1二、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反应的化学方程式：2Na＋O2eq \o(=====,\s\up7(△))Na2O2、K＋O2eq \o(=====,\s\up7(△))KO2。③实验结论：金属的活泼性：K＞Na。(2)钠、钾与水反应①实验现象：相同点：金属浮在水面上；金属熔成闪亮的小球；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。②化学方程式：2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑；2K＋2H2O===2KOH＋H2↑。③实验结论：与水反应剧烈程度：K＞Na；金属的活泼性：K＞Na。3．碱金属单质性质规律(1)物理性质规律(2)化学性质的相似性和递变性①相似性②递变性具体情况如下：a．与氧气反应从Li→Cs，与氧气反应越来越剧烈，产物越来越复杂。如Li在氧气中燃烧只生成Li2O，Na在氧气中燃烧生成Na2O2，K在氧气中燃烧生成更复杂的氧化物：KO2。b．与H2O(或酸)的反应从Li→Cs，与H2O(或酸)反应越来越剧烈。如K与H2O反应能发生轻微爆炸，则Rb、Cs遇水会发生剧烈爆炸。(1)从锂到铯，碱金属元素单质的密度依次增大(　　)(2)碱金属元素的单质与氧气反应的产物属于同种类型(　　)(3)碱金属元素随核电荷数增大，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)金属钾能从NaCl溶液中置换出钠(　　)(6)碱金属元素在自然界中能以游离态存在(　　)答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)×1．一般情况下，元素的金属性强弱可以从其单质与水(或酸)反应置换出氢的难易程度上来判断，也可以从它们的最高价氧化物对应的水化物——氢氧化物的碱性强弱来判断，请写出Li→Cs，氢氧化物碱性强弱比较。提示　LiOHBr2>I2　Cl－Cl2，那么能否用F2与NaCl溶液反应置换Cl2。提示　(1)2F2＋2H2O===4HF＋O2(2)否，F2与H2O先反应，无法置换出Cl2。3．含有元素硒(Se)的保健品已开始进入市场。已知它是第四周期ⅥA族元素。则下列关于硒的叙述中，正确的是(　　)A．非金属性比硫强B．气态氢化物的化学式为H2SeC．稳定性：H2Se>H2OD．最高价氧化物的化学式是SeO2答案　B解析　同一主族元素，元素的非金属性随着原子序数的增大而减弱，Se和S同一主族，原子序数：Se>S，则非金属性：S>Se，故A错误；同一主族非金属元素其最低负化合价相同，Se元素最低负价为－2价，则氢化物化学式为H2Se，故B正确；元素的非金属性越强，气态氢化物的稳定性越强，非金属性：O>Se，故C错误；主族元素最高正价与其族序数相等(O、F元素除外)，所以其最高正化合价为＋6价，则最高价氧化物的化学式是SeO3，故D错误。同主族元素的原子结构与性质的关系1．下列有关碱金属元素的性质判断正确的是(　　)A．K与H2O反应最剧烈B．Rb比Na活泼，故Rb可以从NaCl溶液中置换出NaC．碱金属的阳离子没有还原性，所以有强氧化性D．从Li到Cs都易失去最外层1个电子，且失电子能力逐渐增强答案　D解析　A项，在碱金属元素中，K不是最活泼的元素；B项，Rb先与水反应，不会置换出Na；C项，碱金属的阳离子很稳定，不具有强氧化性。2．关于卤素(用X表示)的下列叙述正确的是(　　)A．卤素单质与水反应均可用X2＋H2O===HXO＋HX表示B．HX都极易溶于水，它们的热稳定性随核电荷数增加而增强C．卤素单质的颜色从F2→I2按相对分子质量增大而加深D．X－的还原性依次为F－HCl>HBr>HIB．稳定性：HFBr2>I2>F2D．密度：F2HBr>HCl>HF；B项应为HF>HCl>HBr>HI；C项应为F2>Cl2>Br2>I2。【考点】　卤族元素的性质【题点】　卤族元素的性质递变规律8．随着卤族元素原子半径的增大，下列递变规律正确的是(　　)A．单质的熔点逐渐降低B．卤素离子的还原性逐渐增强C．气态氢化物的稳定性逐渐增强D．单质的氧化性逐渐增强答案　B【考点】　卤族元素的性质【题点】　卤族元素的性质递变规律9．下列关于卤族元素由上到下性质递变规律的叙述，正确的是(　　)①单质的氧化性增强　②单质的颜色加深　③气态氢化物的稳定性增强　④单质的沸点升高　⑤阴离子的还原性增强A．①②③ B．②③④C．②④⑤ D．①③⑤答案　 C解析　F2、Cl2、Br2、I2的氧化性依次减弱，其对应的阴离子F－、Cl－、Br－、I－的还原性依次增强，故①叙述错误、⑤叙述正确；F2、Cl2、Br2、I2的颜色由淡黄绿色→黄绿色→深红棕色→紫黑色逐渐加深，②叙述正确；HF、HCl、HBr、HI的稳定性逐渐减弱，③叙述错误；F2、Cl2、Br2、I2在通常情况下其状态变化为气→液→固，则沸点逐渐升高，④叙述正确，C正确。【考点】　卤族元素的性质【题点】　卤族元素的性质递变规律10．(1)常见卤素氢化物中最不稳定的是__________(写化学式)。(2)下列单质的熔、沸点随原子序数递增而升高的是_______________________(填字母，下同)。A．碱金属元素 B．卤族元素(3)下列反应中，更剧烈的是__________。A．钠与水反应 B．钾与水反应(4)取下列溶液分装于两试管中，再分别依次加入少量氯水和少量四氯化碳，用力振荡、静置后，四氯化碳层显紫红色的是__________。A．溴化钠溶液 B．碘化钾溶液答案　(1)HI　(2)B　(3)B　(4)B解析　常见卤素中碘元素的非金属性最弱，氢化物最不稳定的是HI；碱金属元素的单质熔、沸点随原子序数的递增而降低，卤素单质熔、沸点随原子序数的递增而升高；钾比钠活泼，与水反应更剧烈；氯水与NaBr、KI溶液分别生成Br2、I2，而二者的四氯化碳溶液分别为橙红色、紫红色。B组　综合强化练1．下列各性质中符合图示关系的是(　　)①化合价　②ROH的碱性　③密度　④最外层电子数 ⑤核外电子层数　⑥单质失e－能力A．②④⑤⑥ B．②⑤⑥C．②③⑤⑥ D．①②③⑤答案　B【考点】　碱金属的性质差异【题点】　碱金属的性质递变规律2．(2019·长沙一中高一检测)可能存在的第119号元素被称为“类钫”，据元素周期表结构及元素性质变化趋势，有关“类钫”的预测说法正确的是(　　)A．“类钫”在化合物中呈＋1价B．“类钫”属于过渡元素，具有放射性C．“类钫”单质的密度小于1 g·cm－3D．“类钫”单质有较高的熔点答案　A解析　119号元素应位于第八周期ⅠA族，属于碱金属元素，类比碱金属的性质可知A项正确。【考点】　碱金属的性质差异【题点】　碱金属的性质递变规律3．下列说法正确的是(　　)A．F、Cl、Br原子的最外层电子数都是7，次外层电子数都是8B．由HF、HCl、HBr、HI酸性递增的事实，可推出F、Cl、Br、I非金属性递增的规律C．卤族元素按F、Cl、Br、I的顺序其非金属性逐渐减弱的原因是随着核电荷数增加，电子层数增多，原子半径增大，原子核对电子的吸引作用减弱D．根据卤族元素性质的递变规律可知，单质砹难溶于CCl4答案　C解析　F原子的次外层电子数为2，Br原子的次外层电子数为18，A项错误；元素的非金属性强弱可根据其最高价氧化物对应水化物的酸性强弱判断，B项错误；由碘单质易溶于四氯化碳，可推知砹单质易溶于CCl4，D项错误。【考点】　卤族元素的性质【题点】　卤族元素的性质递变规律4．下列关于卤族元素的叙述正确的是(用X表示卤素原子)(　　)A．随核电荷数的增加，X－的半径逐渐增大，还原性逐渐减弱B．随核电荷数的增加，氢化物的稳定性逐渐增强C．单质与水反应均可表示为X2＋H2O===HX＋HXOD．随核电荷数的增加，单质的颜色逐渐加深答案　D解析　随核电荷数的增加，X－的电子层数逐渐增多，离子半径逐渐增大，离子的还原性逐渐增强，故A项错误；卤族元素由上到下，非金属性逐渐减弱，气态氢化物的稳定性逐渐减弱，故B项错误；氯、溴、碘单质与水反应可表示为X2＋H2O===HX＋HXO，氟单质和水反应生成的是HF和O2，故C项错误；卤族元素由上到下，单质的颜色逐渐加深，故D项正确。【考点】　卤族元素的性质【题点】　卤族元素的性质递变规律5．部分卤族元素的某种性质A随核电荷数的变化趋势如图所示，则A可能表示(　　)A．原子半径 B．氢化物的稳定性C．原子的电子层数 D．单质的密度答案　B解析　A项，从氯到碘，原子半径逐渐增大，不符合题意；B项，从HCl到HI，稳定性逐渐减弱，符合题意；C项，从Cl到I，原子的电子层数逐渐增多，不符合题意；D项，从Cl2到I2，单质的密度逐渐增大，不符合题意。6．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答案　A解析　A项，F2极易与水反应生成氟化氢和氧气，所以F2不能与NaCl溶液反应置换出氯气，正确；B项，氯气易与水反应生成次氯酸和盐酸，所以不能用水吸收氯气中的杂质，错误；C项，苯的密度比水的小，应在上层，所以装置E上层呈现紫红色，错误；D项，溴单质和碘化钾反应生成碘单质，但过量的氯气也会氧化碘离子生成碘单质，造成干扰，所以不能证明非金属性：Br>I，错误。7．甲元素的原子序数是19，乙元素原子核外有2个电子层，最外层上有6个电子；丙是元素周期表第ⅠA族中金属性最弱的碱金属元素。由此推断：(1)甲元素在元素周期表中的位置是________________________________________________。(2)甲的单质与水反应的离子方程式为______________________________________________。(3)乙单质与丙单质反应的化学方程式为____________________________________________。(4)甲元素和丙元素的最高价氧化物对应水化物的碱性较强的是_______________(填化学式)。答案　(1)第四周期ⅠA族(2)2K＋2H2O===2K＋＋2OH－＋H2↑　(3)4Li＋O2eq \o(=====,\s\up7(△))2Li2O　(4)KOH解析　甲元素的原子序数是19，则甲是K元素；乙元素原子核外有2个电子层，最外层上有6个电子，因此乙的原子序数是8，即乙是O元素；丙是元素周期表第ⅠA族中金属性最弱的碱金属元素，则丙是Li元素。(1)钾元素在元素周期表中的位置是第四周期ⅠA族。(2)甲的单质与水反应的离子方程式为2K＋2H2O===2K＋＋2OH－＋H2↑。(3)乙单质与丙单质反应的化学方程式为4Li＋O2eq \o(=====,\s\up7(△))2Li2O。(4)金属性：K＞Li，元素的金属性越强，最高价氧化物对应水化物的碱性越强，则最高价氧化物对应水化物的碱性较强的是KOH。8．根据下图所示装置回答以下问题。已知：①KMnO4常温下与浓盐酸反应可制得Cl2。②H2SiO3不溶于水。(1)利用如图装置可以验证元素非金属性的变化规律。图中A装置的名称是_______________。干燥管D的作用是_______________________________________________________________。(2)实验室中现有药品Na2S、KMnO4、浓盐酸、MnO2，请选择合适药品设计实验验证氯的非金属性强于硫，烧瓶中发生反应的离子方程式为______________________________________。装置C中的实验现象为有淡黄色沉淀生成，离子方程式为______________________________。(3)若要用此装置证明酸性：HNO3＞H2CO3＞H2SiO3，进而证明非金属性：N＞C＞Si，从以下所给物质中选出甲同学设计的实验所用到的物质：①稀HNO3　②稀盐酸　③碳酸钙　④Na2SiO3溶液　⑤SiO2试剂A与C分别为________(填序号)；试管中发生反应的离子方程式为__________________________________________________________________________________________________。有同学认为此实验不能说明N、C、Si的非金属性强弱，你认为原因是_____________________________________________________________________________________________________。答案　(1)分液漏斗　防倒吸(2)2MnOeq \o\al(－,4)＋10Cl－＋16H＋===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O　Cl2＋S2－===S↓＋2Cl－　(3)①④　CO2＋H2O＋SiOeq \o\al(2－,3)===H2SiO3↓＋COeq \o\al(2－,3)　HNO3有挥发性，也会和硅酸钠反应生成硅酸解析　(2)设计实验验证非金属性：Cl＞S，利用氯气与Na2S的氧化还原反应可验证，则装置A、B、C中所装药品应分别为浓盐酸、KMnO4、Na2S溶液，烧瓶中发生反应的离子方程式为2MnOeq \o\al(－,4)＋10Cl－＋16H＋===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O；装置C中的实验现象为有淡黄色沉淀生成，装置C中发生反应的离子方程式为Cl2＋S2－===S↓＋2Cl－。(3)探究元素非金属性强弱，由图可知应是利用最高价含氧酸的酸性强弱比较，所以A中试剂为稀硝酸，B中为碳酸钙，C中为Na2SiO3溶液；所以试剂A、C分别为①、④。试管中为Na2SiO3溶液，向其中通入CO2生成硅酸白色沉淀，发生反应的离子方程式为CO2＋H2O＋SiOeq \o\al(2－,3)===H2SiO3↓＋COeq \o\al(2－,3)；通入试管中的CO2气体中混有挥发出的硝酸，硝酸也能与硅酸钠溶液反应生成硅酸，无法确定CO2是否与硅酸钠溶液反应，即不能说明N、C、Si的非金属性强弱。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)不易得失稳定金属元素一般少于4易失去不稳定非金属元素多于4易得到不稳定元素名称锂钠钾铷铯元素符号LiNaKRbCs核电荷数311193755原子结构示意图原子半径/nm0.1520.1860.2270.2480.265相同点最外层均有1个电子，均有较强还原性递变性从Li到Cs随核电荷数的增加，电子层数增多，原子半径增大F2Cl2Br2I2颜色、状态淡黄绿色气体黄绿色气体深红棕色液体紫黑色固体密度逐渐增大熔、沸点逐渐升高溶解性在水中溶解度小(F2与H2O反应)，在有机溶剂中溶解度大卤素单质反应条件化学方程式产物稳定性F2暗处H2＋F2===2HF很稳定Cl2光照或点燃H2＋Cl2eq \o(=======,\s\up7(光照或点燃))2HCl较稳定Br2加热H2＋Br2eq \o(=====,\s\up7(△))2HBr不如氯化氢稳定I2不断加热H2＋I2eq \o(,\s\up7(△))2HI不稳定，同一条件下同时分解结论从F2到I2，与H2化合越来越难，生成的氢化物稳定性逐渐减弱，元素的非金属性逐渐减弱实验操作实验现象离子方程式结论振荡静置后，溶液由无色变为橙黄色2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－氧化性：Cl2>Br2>I2振荡静置后，溶液由无色变为褐色2I－＋Cl2===I2＋2Cl－振荡静置后，溶液由无色变为褐色2I－＋Br2===I2＋2Br－