高中化学人教版 (2019)必修 第一册第一节 原子结构与元素周期表第四课时学案

这是一份高中化学人教版 (2019)必修 第一册第一节 原子结构与元素周期表第四课时学案，共19页。

[明确学习目标] 1.了解碱金属、卤素在周期表中的位置。2.了解碱金属、卤素原子结构特点，了解原子结构与元素性质的关系。3.了解碱金属、卤素性质的相似性与递变性，并能初步运用原子结构理论解释。


学生自主学习


碱金属元素


1.结构特点


(1)碱金属元素的原子结构








(2)结构特点：碱金属元素原子结构的共同点是eq \(□,\s\up4(16))最外层电子数相同，都是1个电子，不同点是eq \(□,\s\up4(17))电子层数和原子半径不同，其变化规律是随着核电荷数的增加，电子层数逐渐eq \(□,\s\up4(18))增多，原子半径逐渐eq \(□,\s\up4(19))增大。


2．碱金属的性质


(1)物理性质





(2)化学性质


①与O2反应





②与水反应





卤族元素


1．卤族元素的原子结构及其特点


卤族元素包括：eq \(□,\s\up4(01))F、Cl、Br、I(写元素符号)。


其原子结构示意图为：





原子结构特点如下：


(1)相似性：最外层电子数都是eq \(□,\s\up4(02))7。


(2)递变性：F→I，核电荷数逐渐eq \(□,\s\up4(03))增大，电子层数逐渐eq \(□,\s\up4(04))增多，原子半径逐渐eq \(□,\s\up4(05))增大。


2．卤素单质的物理性质





3．卤素单质的化学性质


(1)与H2反应





得出结论：从F2到I2，与H2反应剧烈程度依次eq \(□,\s\up4(24))减弱，生成气态氢化物的稳定性依次eq \(□,\s\up4(25))减弱。


(2)卤素单质间的置换反应











得出结论：Cl2、Br2、I2三种卤素单质的氧化性由强到弱的顺序是eq \(□,\s\up4(35))Cl2>Br2>I2，相应卤素离子的还原性由强到弱的顺序是eq \(□,\s\up4(36))I－>Br－>Cl－。





1．钾比钠活泼，钾能否从NaCl溶液中置换出钠？


提示：不能，钾会先与NaCl溶液中的水反应。


2．如何从结构上理解碱金属元素从上到下金属性逐渐增强？


提示：从上到下，碱金属元素原子半径逐渐增大，原子核对最外层电子的引力逐渐减弱，原子失电子变得越来越容易，故从上到下，金属性逐渐增强。


3．氯气能从NaBr溶液中置换出Br2，F2比Cl2活泼，F2能否从NaBr溶液中置换出Br2?


提示：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。


4．如何从结构上理解卤族元素从上到下单质的氧化性逐渐减弱？


提示：卤族元素从上到下电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大，核对最外层电子的吸引力逐渐减弱，所以原子得电子的能力逐渐减弱，单质的氧化性逐渐减弱。


课堂互动探究


知识点一 碱金属元素性质的相似性和递变规律





1．碱金属原子结构与性质的关系








2.相似性(用R表示碱金属元素)








3．递变性





具体情况如下：











1 同主族元素性质类似，下列关于碱金属元素的说法中正确的是( )


A．从上到下，原子半径和单质的熔沸点逐渐减小


B．Cs的活动性强于K，则Cs可从K的盐溶液中置换出K


C．Li、Na、K均可保存在煤油中


D．Li＋、Na＋、K＋、Rb＋、Cs＋的离子半径逐渐增大，氧化性逐渐减弱


[批注点拨]








[解析] 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；碱金属性质很活泼，在盐溶液中首先和水发生反应，故不能把其他金属置换出来，B错误；锂的密度比煤油小，应保存在液体石蜡中，C错误；碱金属元素从上到下金属性逐渐增强，所以对应阳离子的氧化性逐渐减弱，D正确。


[答案] D


[练1] 下列关于碱金属元素的说法正确的是( )


①原子结构的相同点是最外层电子数相同，都为1 ②原子结构的不同点是随核电荷数的增加，电子层数增多，原子半径增大 ③具有相似的化学性质，都是活泼金属 ④都具有强还原性，在化合物中显＋1价 ⑤化学性质有差别，从Li到Cs，失电子能力逐渐增强


A．①③④ B．①③⑤


C．②④⑤ D．全部


答案 D


解析 碱金属元素原子的最外层都有一个电子，都易失去一个电子，具有强还原性，在化合物中显＋1价，①③④正确；碱金属元素从Li到Cs，原子半径逐渐增大，原子核对核外电子的束缚力逐渐减弱，失电子能力逐渐增强，②⑤正确。


[练2] 以下关于锂、钠、钾、铷、铯的叙述不正确的是( )


①对应氢氧化物中碱性最强的是CsOH ②单质熔点最高的是铯 ③与O2反应均可得到多种氧化物 ④单质的密度依次增大，均要保存在煤油中 ⑤单质的还原性依次增强 ⑥对应离子的氧化性依次增强


A．①③⑤ B．②④⑥


C．②③④⑥ D．①⑤


答案 C


解析 元素的金属性越强，其最高价氧化物对应水化物的碱性也越强，由于金属性最强的元素是Cs，所以对应的氢氧化物中碱性最强的是CsOH，①正确；碱金属单质的熔、沸点随着原子序数的增加而降低，所以单质熔点最低的是铯，②错误；Li与O2反应只能得到Li2O，③错误；Li的密度比煤油小，不能保存在煤油中，应该保存在液体石蜡中，④错误；碱金属元素随原子序数的增加，原子半径逐渐增大，失电子能力逐渐增强，所以其单质的还原性依次增强，所以它们对应离子的氧化性依次减弱，⑤正确、⑥错误。





知识点二 卤族元素性质的相似性和递变规律





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(用X代表卤族元素)





(2)递变性





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，即：


稳定性：HF>HCl>HBr>HI；


还原性：HF

②最高价氧化物的水化物的酸性逐渐减弱，即酸性：HClO4>HBrO4>HIO4。


(3)卤素单质的特殊性质


①氟元素无正价，无含氧酸。


②在常温下Br2是唯一的一种液态非金属单质。


③碘为紫黑色固体，易升华，淀粉遇I2变蓝色。











2 已知常温下氯酸钾与浓盐酸反应放出氯气，现进行氯气的性质实验(如图)。玻璃管内装有分别滴有不同溶液的白色棉球，反应一段时间后，对图中指定部位颜色描述正确的是( )











[批注点拨]








[解析] 常温下氯酸钾与浓盐酸反应放出Cl2，Cl2的颜色是黄绿色，①处充满黄绿色的Cl2；Cl2进入玻璃管后与②处NaBr溶液发生置换反应生成Br2，溴的水溶液颜色为橙色，所以②处的白色棉球变为橙色；Cl2和③处KI溶液反应置换出I2，淀粉溶液遇I2变蓝，③处棉球变为蓝色；④处Cl2与NaOH溶液反应生成NaCl、NaClO的水溶液，用来进行Cl2的尾气吸收，尽管反应生成的物质均为无色，但棉球本身是白色的，所以④处的颜色为白色。


[答案] C


[练3] 下列说法中，不符合第ⅦA族元素性质特征的是( )


A．易形成－1价离子


B．最高价氧化物的水化物显酸性(氟除外)


C．从上到下元素的非金属性依次增强


D．从上到下元素对应氢化物的稳定性依次减弱


答案 C


解析 第ⅦA族元素的原子最外层都有7个电子，易得到1个电子形成－1价离子，A不符合题意；氟元素无正价，其余卤族元素的最高价氧化物的水化物都显酸性，B不符合题意；从上到下卤族元素随着核电荷数的增加，非金属性逐渐减弱，对应氢化物的稳定性也逐渐减弱，C符合题意，D不符合题意。


[练4] 下列关于卤族元素由上到下性质递变的叙述，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．②③④


C．②④⑤ D．④⑤


答案 C


解析 卤族元素由上到下：①单质的氧化性逐渐减弱；②单质的颜色逐渐加深；③气态氢化物的稳定性逐渐减弱；④单质的沸点逐渐升高；⑤阴离子的还原性逐渐增强，故C正确。


eq \a\vs4\al([知识拓展]) 同主族元素性质的递变规律





本课归纳总结


1.必记两种方法


(1)元素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，以及其最高价氧化物对应水化物的碱性强弱来判断。


(2)元素非金属性强弱可以从其最高价氧化物对应水化物的酸性强弱，或与氢气生成氢化物的难易程度以及氢化物的稳定性强弱来判断。


2．卤素单质物理性质


氯气黄绿色，液溴深红棕，碘是紫黑固。氯气易液化，溴易挥发，碘易升华。


3．熟记几个化学方程式














学习效果检测


1．下列不属于碱金属单质通性的是( )


A．硬度小、密度小、熔点低 B．导热、导电性能强


C．焰色反应的颜色相近 D．强还原性


答案 C


解析 碱金属单质的硬度小、密度小、熔点低，是热和电的良导体，A、B不符合题意；碱金属元素的焰色反应颜色各不相同，如钠为黄色、钾为紫色(透过蓝色钴玻璃观察)等，C符合题意；碱金属元素原子都易失去1个电子，故单质具有强还原性，D不符合题意。


2．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＋HXO


D．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错误；卤族元素由上到下，单质的颜色逐渐加深，由F2→I2，单质的颜色依次是浅黄绿色、黄绿色、深红棕色、紫黑色，故D正确。


3．下列关于碱金属元素的叙述中，错误的是( )


A．碱金属元素原子最外层都只有1个电子


B．按Li、Na、K、Rb、Cs顺序，单质的熔、沸点升高，密度增大


C．随核电荷数增加，对应氢氧化物的碱性增强


D．随电子层数增加，原子半径增大，金属性增强


答案 B


解析 碱金属元素原子最外层都只有1个电子，A正确；按Li、Na、K、Rb、Cs顺序，单质的熔、沸点逐渐降低，密度呈逐渐增大的趋势，但钾的密度比钠小，B错误；随核电荷数增加，碱金属元素的金属性逐渐增强，对应氢氧化物的碱性逐渐增强，C正确；随电子层数增加，原子半径增大，原子核对最外层电子的吸引力逐渐减弱，碱金属元素的金属性逐渐增强，D正确。


4．下列关于卤素的叙述正确的是( )


A．卤素是典型的非金属元素，因此不能与其他非金属元素化合


B．卤素单质越活泼，其熔、沸点就越高


C．卤素单质都能和水剧烈反应


D．卤素单质都能和H2反应，且气态氢化物的稳定性随单质氧化性的增强而增强


答案 D


解析 卤素是典型的非金属元素，能与其他非金属性较弱的非金属元素化合，例如氢气与氯气在光照条件下生成HCl，A项错误；从上到下，卤族元素的非金属性逐渐减弱，单质的活泼性逐渐减弱，但相对分子质量逐渐增大，熔、沸点逐渐升高，B项错误；卤素单质与水反应的剧烈程度与其非金属性有关，只有F2与水能剧烈反应，C项错误；卤素的非金属性越强，单质的氧化性越强，生成气态氢化物的稳定性越强，D项正确。


5．下列对碱金属性质的叙述中，正确的是( )


A．碱金属元素的单质具有强还原性，可置换出硫酸铜溶液中的铜单质


B．碱金属单质在空气中燃烧生成的都是过氧化物


C．碱金属单质与水反应生成碱和氢气


D．碱金属单质熔、沸点随着原子序数递增而升高


答案 C


解析 碱金属元素的单质具有强还原性，易与H2O反应，故不能从盐溶液中置换出不活泼的金属，A项错误；锂在空气中燃烧生成的是氧化锂，而不是过氧化锂，B项错误；碱金属单质的熔、沸点随着原子序数的递增而降低，D项错误；碱金属都能与水反应生成对应的碱和氢气，C项正确。


6．砹是卤族元素，位于第六周期，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的化合能力：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．砹化氢很稳定不易分解


答案 C


解析 从F到At，元素的非金属性逐渐减弱，与H2的化合能力逐渐减弱，氢化物的稳定性逐渐减弱，A、D两项不正确；由F2到At2，单质的颜色逐渐加深，状态由气态到液态再到固态，I2是紫黑色固体，则砹为比I2颜色更深的固体，B项不正确；卤族元素的原子，最外层上都有7个电子，C项正确。


7．某同学做同主族元素性质的相似性、递变性实验时，自己设计了一套实验方案，并记录了有关实验现象(表中的“实验方案”与“实验现象”前后不一定是对应关系)。





请你帮助该同学整理并完成实验报告。


(1)实验目的：探究同主族元素性质的相似性和递变性。


(2)实验用品：


①仪器：________、________、烧杯、镊子、小刀、玻璃片等。


②试剂：金属钠、金属钾、新制氯水、溴水、0.1 ml·L－1 NaBr溶液、0.1 ml·L－1 NaI溶液、CCl4等。


(3)实验内容(填写与实验方案对应的实验现象的字母和化学方程式)：








(4)实验结论：_____________________。


答案 (2)试管 胶头滴管


(3)





(4)同主族元素性质相似，自上到下元素原子失去电子的能力增强，得到电子的能力减弱


解析 钾的金属性比钠强，钾与冷水反应比钠与冷水反应剧烈，产生的H2能发生燃烧或轻微的爆炸；将新制氯水滴入NaBr溶液中，发生反应：Cl2＋2NaBr===Br2＋2NaCl，用CCl4萃取，液体分层下层呈橙红色。将溴水滴入NaI溶液中发生反应：Br2＋2NaI===I2＋2NaBr，用CCl4萃取，液体分层，下层呈紫红色。








选项
①
②
③
④
A
黄绿色
橙色
蓝色
无色
B
无色
橙色
紫色
白色
C
黄绿色
橙色
蓝色
白色
D
黄绿色
无色
紫色
白色