2020化学新人教必修：元素的性质与原子结构含解析.doc

教学资料范本2020化学新人教必修：元素的性质与原子结构含解析编 辑：_时 间：_第2课时元素的性质与原子结构学习目标核心素养建构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。知 识 梳 理一、碱金属元素1碱金属元素的原子结构及特点(1)元素符号与原子结构示意图Li钠钾RbCs(2)原子结构特点结构特点2碱金属的性质(1)物理性质(2)化学性质与O2反应碱金属化学反应方程式反应程度产物复杂程度活泼性Li4LiO22Li2O逐渐剧烈逐渐复杂逐渐增强Na2NaO2Na2O2KKO2KO2RbCs与水反应碱金属钾钠实验操作实验现象熔成小球、浮于水面、四处游动、有轻微爆炸声、反应后溶液加酚酞变红熔成小球、浮于水面、四处游动、有“嘶嘶”的响声、反应后溶液加酚酞变红实验原理2K2H2O=2KOHH22Na2H2O=2NaOHH2结论钾比钠的活动性强【自主思考】1结合钠的性质分析、实验室应如何保存单质钾？提示因K与O2、H2O等发生反应、故应密闭保存、又因为K密度比煤油大且二者不反应、所以同Na一样、K也常保存在煤油中。二、卤族元素1原子结构特点(1)原子结构示意图FClBrI(2)结构特点相同点：最外层都有7_个电子。递变性：从FI、核电荷数逐渐增加、电子层数逐渐增多、原子半径逐渐增大。2卤族元素单质的性质(1)物理性质F2 Cl2 Br2 I2颜色：颜色加深熔、沸点：逐渐升高密度：逐渐增大水溶性：逐渐减小(2)化学性质与H2反应反应条件化学方程式产物稳定性F2暗处H2F2=2HF很稳定Cl2光照或点燃H2Cl22HCl较稳定Br2加热H2Br22HBr不稳定I2不断加热H2I22HI很不稳定得出结论：从F2到I2、与H2反应所需要的条件逐渐升高、反应剧烈程度依次减弱、生成气态氢化物的稳定性依次减弱。卤素单质间的置换反应实验操作实验现象化学方程式静置后、液体分层、上层无色、下层橙红色2NaBrCl2=2NaClBr2静置后、液体分层、上层无色、下层紫红色2KIBr2=2KBrI2静置后、液体分层、上层无色、下层紫红色2KICl2=2KClI2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Cl2Br2I2、相应卤素离子的还原性由强到弱的顺序是IBrCl。特别提醒因为F2能与H2O发生反应(2F22H2O=4HFO2)、所以F2不能从其他卤化物的盐溶液中置换出卤素单质。【自主思考】2你能用两个离子方程式说明氧化性Cl2Br2I2吗？提示Cl22Br=2ClBr2；Br22I=2BrI2。三、同主族元素的性质与原子结构的关系1元素性质的影响因素元素的性质主要与原子核外电子的排布、特别是与最外层电子数有关。2同主族元素性质的递变规律从上到下效 果 自 测1判断正误、正确的打“”、错误的打“”。(1)碱金属元素原子的次外层电子数都是8个()(2)化合物中碱金属元素的化合价都为1价()(3)碱金属元素的原子半径随核电荷数的增大而增大()(4)碱金属单质的化学性质活泼、易失电子发生还原反应()(5)Li在空气中加热生成LiO2()答案(1)(2)(3)(4)(5)2钾与水(含酚酞)反应的实验现象能表明钾的一些性质、请连一连。(1)钾浮在水面上A钾与水反应放热且钾的熔点较低(2)钾熔化成闪亮的小球 B钾与水反应剧烈、放出的热使生成的H2燃烧 C钾的密度比水小(4)溶液变为红色 D钾与水反应后的溶液呈碱性答案(1)C(2)A(3)B(4)D3判断正误、正确的打“”、错误的打“”(X代表卤素)(1)卤素单质与水反应均可用：X2H2O=HXOHX表示()(2)HX都极易溶于水、它们的热稳定性随核电荷数增加而增强()(3)卤素单质的颜色从F2I2按相对分子质量增大而加深()(4)将F2通入NaCl溶液中可置换出Cl2()解析(1)F2与H2O反应为2F22H2O=4HFO2、不可用X2H2O=HXOHX表示。(2)HX的热稳定性随核电荷数的增加而减弱。(4)F2性质极活泼、遇盐溶液先和水反应、故不能将卤素从它的盐溶液里置换出来。答案(1)(2)(3)(4)探究一、碱金属元素单质化学性质的相似性和递变性【合作交流】1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。提示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。2碱金属元素在性质上具有相似性、根据钠的性质、推断碱金属可能具有的化学性质有哪些？提示(1)与O2反应生成相应的氧化物、如Li2O、Na2O等。(2)与Cl2反应生成RCl、如NaCl、KCl等。(3)与H2O反应、能置换出H2O中的氢、反应通式为：2R2H2O=2ROHH2。(4)与非氧化性酸反应、生成H2、反应通式为：2R2H=2RH2。(R表示碱金属元素)3根据碱金属元素性质的递变性、判断从LiCs、对应阳离子的氧化性强弱以及最高价氧化物对应水化物的碱性强弱的递变性。提示从Li到Cs、元素失电子能力逐渐增强、金属性逐渐增强、故对应离子的氧化性依次减弱、即LiNaKRbCs。最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐增强、CsOH的碱性最强。【点拨提升】1碱金属的相似性(用R表示碱金属元素)2碱金属的递变性(1)与O2反应从LiCs、与O2反应越来越剧烈、产物越来越复杂、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。(2)与H2O(或酸)的反应从LiCs、与H2O(或酸)反应越来越剧烈、如K与H2O反应可能会发生轻微爆炸、Rb和Cs遇水发生剧烈爆炸。(3)最高价氧化物对应水化物的碱性碱性：LiOHNaOHKOHRbOHCsOH。【典题例证1】下列有关碱金属单质的性质的说法错误的是()A锂与水反应不如钠与水反应剧烈BRb比Na活泼、故Rb可以从NaCl溶液中置换出NaC熔、沸点：LiNaKD碱性：LiOHNaOHI2B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砹能从NaCl溶液中置换出氯单质解析从F到At、元素的非金属性逐渐减弱、单质与H2化合能力逐渐减弱、A项不正确；由F2到I2、单质的颜色依次加深、I2是紫黑色固体、则砹为黑色固体、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；因氧化性：Cl2At2、所以At2不能从NaCl溶液中置换出Cl2、D项不正确。答案C探究三、同主族元素原子结构与元素性质间的关系【合作交流】1同主族元素的原子结构及性质有何变化规律？提示同主族元素随核外电子层数的增加、它们的得电子能力逐渐减弱、非金属性逐渐减弱；失电子能力逐渐增强、金属性逐渐增强。2如何比较同主族元素的原子半径、阳离子半径、阴离子半径？提示(1)原子半径：同主族元素的原子最外层电子数相同、从上到下电子层数逐渐增多、所以半径逐渐增大。(2)阳离子半径：以碱金属为例、在形成离子时、均失去最外层电子、所以均少一个电子层、电子层数仍然是逐渐增多、所以半径逐渐增大。(3)阴离子半径：以卤族元素为例、在形成离子时、最外层均得到一个电子、所以最外层电子数仍然相同、电子层数仍然是逐渐增多、所以半径逐渐增大。【点拨提升】1元素的金属性、非金属性与原子得失电子的关系(1)元素的金属性是指气态原子失去电子的性质、金属性的强弱取决于原子失去电子能力的强弱、越易失去电子、金属性越强、而与失去电子的多少没有必然联系。(2)元素的非金属性是指气态原子得到电子的性质、非金属性的强弱取决于原子得到电子能力的强弱、越易得到电子、非金属性越强、而与得到电子的多少没有必然联系。(3)同主族元素从上到下、原子半径逐渐增大、失电子能力逐渐增强、而得电子能力逐渐减弱、故金属性逐渐增强、非金属性逐渐减弱。2同主族元素性质的递变规律从碱金属元素和卤素的性质来看、同主族从上至下元素及其典型化合物性质的递变规律如下表所示。物质类别性质递变规律元素元素金属性逐渐增强元素非金属性逐渐减弱单质氧化性逐渐减弱还原性逐渐增强非金属元素氢化物气态稳定性逐渐减弱水溶液酸性逐渐增强还原性逐渐增强最高价氧化物对应水化物碱性逐渐增强酸性逐渐减弱【典题例证3】下列关于主族元素的说法错误的是()A同主族元素随着原子序数递增、元素金属性逐渐增强B同主族元素随着原子序数递增、元素单质的熔、沸点逐渐升高C同主族元素原子最外层电子数都相同D同主族元素最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐减弱、碱性逐渐增强解析同主族元素随着原子序数的递增、电子层数逐渐增多、失电子能力逐渐增强、得电子能力逐渐减弱、即元素的金属性逐渐增强、非金属性逐渐减弱、最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐增强、酸性逐渐减弱、A项、D项都正确；对于同主族的金属元素、单质的熔、沸点从上到下逐渐降低、对于同主族的非金属元素、单质的熔、沸点从上到下逐渐升高、B项错误；同主族元素原子最外层电子数都相同、C项正确。答案B【学以致用3】下列叙述中能说明A金属比B金属活泼性强的是()AA原子的最外层电子数比B原子的最外层电子数少BA原子电子层数比B原子的电子层数多C1 mol A从酸中置换H生成的H2比1 mol B从酸中置换H生成的H2多D常温时、A能从水中置换出氢气、而B不能解析比较金属的活泼性不能根据最外层电子数的多少、如Li的最外层电子数比Ca少、但不如Ca活泼、故A错误；比较金属的活泼性不能根据原子电子层数的多少、如Na的电子层数比Cu少、但Na比Cu活泼、故B错误；比较金属的活泼性不能根据生成氢气的多少来判断、例如1 mol Al从酸中置换H生成的H2比1 mol Mg从酸中置换H生成的H2多、但Mg的活泼性强、故C错误；常温时、A能从水中置换出氢、而B不能、说明A易失去电子、则A的活泼性肯定比金属B的活泼性强、故D正确。答案D1下列对碱金属的叙述中不正确的是()A碱金属中还原性最弱的是锂B碱金属的原子半径和离子半径都随核电荷数的增大而增大C碱金属都易失去1个电子D从Li到Cs、碱金属的密度越来越大、熔、沸点越来越高解析随原子序数的递增、碱金属原子半径和离子半径逐渐增大、单质的还原性逐渐增强、A、B正确；碱金属都易失去1个电子形成稳定的阳离子、C正确；从Li到Cs、密度呈增大趋势、但K的密度小于Na、熔沸点越来越低、D错误。答案D2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卤素各单质都能与水剧烈反应D卤素的单质都能与氢气反应、且气态氢化物的稳定性随单质氧化性的增强而增强解析卤素能与其他非金属化合、如H、C等；卤素单质越活泼、其相对分子质量越小、其熔、沸点越低；卤素单质中只有氟能与水剧烈反应。答案D3.借助碱金属和卤族元素的递变性分析下面的推断、其中正确的是()A.已知Ca是第4周期A族的元素、故Ca(OH)2的碱性比Mg(OH)2的碱性弱B.已知As是第4周期A族的元素、故AsH3的稳定性比NH3的稳定性强C.已知Cs的原子半径比Na的原子半径大、故Cs与水反应不如Na与水反应剧烈D.已知Cl的核电荷数比F的核电荷数大、故Cl的原子半径比F的原子半径大解析由碱金属元素和卤族元素的递变性可知、同主族元素从上到下金属性递增、非金属性递减、最高价氧化物对应的水化物碱性增强、金属活动性增强、非金属气态氢化物稳定性减弱、A、B、C错误；同主族随核电荷数增大、原子半径递增、D正确。答案D4如图表示碱金属的某些性质与核电荷数的变化关系、则下列各性质中不符合图示关系的是()A还原性B与水反应的剧烈程度C熔点 D原子半径解析由图可知、随着核电荷数的增大、碱金属的性质呈增大趋势、而碱金属单质的熔、沸点随核电荷数的增大而降低。答案C5在1961年、本生和基尔霍夫发现了一种新的碱金属元素、根据已学知识解答下列问题、帮助这两位科学家研究该元素。(1)该元素单质的密度比水的密度大、则该元素可能是_。(2)该元素的单质与水反应比钾与水反应剧烈、但没有铯与水反应剧烈、由此可确定该元素是_。其确定依据是_。(3)人类制备出该元素的单质比钠单质要晚得多、分析其中的原因：_。解析(1)在碱金属元素形成的单质中、Li、Na、K的密度都小于水的密度、Rb、Cs、Fr的密度都大于水的密度、故该元素可能是Rb、Cs、Fr。(2)碱金属元素的单质按Li、Na、K、Rb、Cs的顺序活动性逐渐增强、因此可以根据单质与水反应的剧烈程度、得出该元素为Rb。(3)Rb和Na在自然界中全部以化合物形态存在、因此要制备它们的单质、需要把Rb和Na从其化合物中还原。由于金属单质还原性越强、其阳离子氧化性就越弱、越不易被还原、因此单质Rb比单质Na制备得晚。答案(1)Rb、Cs、Fr(2)Rb碱金属元素的单质按Li、Na、K、Rb、Cs的顺序活动性逐渐增强(3)Rb的氧化性比Na的弱、不易被还原6(1)常见卤素氢化物中最不稳定的是_(写化学式)。(2)下列单质熔、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)取下列溶液分装两试管、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碘化钾溶液解析卤素中碘元素的非金属性最弱、氢化物中最不稳定的是HI；碱金属元素的单质熔、沸点随原子序数递增而降低、卤素单质熔、沸点随原子序数递增而升高；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色、紫红色。答案(1)HI(2)B(3)B(4)B课时作业1下列对碱金属性质的叙述中、正确的是()都是银白色的柔软金属(除铯外)、密度都比较小单质在空气中燃烧生成的都是过氧化物碱金属单质都与水剧烈反应单质的熔、沸点随着原子序数的增加而升高ABC D解析除铯外、碱金属单质均为银白色金属、质软、有延展性、密度较小、正确；碱金属单质在空气中燃烧时、产物不同、Li生成Li2O、Na生成Na2O2、K、Rb、Cs则生成更复杂的氧化物、错误；碱金属单质性质活泼、都能与水剧烈反应、正确；碱金属单质的熔、沸点随着原子序数的增加而逐渐降低、错误。答案A2已知钡的金属活动性处于钾和钠之间。则下列变化中可能实现的是()A钡可从氯化钠溶液中置换出金属钠B钡可从冷水中置换出氢气C钡可从硫酸铜溶液中置换出铜D在溶液中Ba2可氧化金属锌、生成Zn2解析由于钡可以与水反应、所以钡和钠一样并不能置换出水溶液中的金属离子。答案B3关于铯及其化合物的以下说法中不正确的是()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CCs的还原性比Na强、故Na的氧化性大于CsDAl的金属性大于Cs的金属性解析Cs的最外层电子数也是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；铯与钠性质相似、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Cs的金属性强于Na、Na的金属性强于Al、所以Al的金属性小于Cs、D项错误。答案D4下列事实不能作实验判断依据的是()A钠和镁分别与冷水反应、判断金属活动性强弱B铁投入CuSO4溶液中、能置换出铜、钠投入CuSO4溶液中不能置换出铜、判断钠与铁的金属活动性强弱C酸性：H2CO3H2SO4、判断碳与硫的非金属性强弱DF2、Cl2分别与H2反应、判断氟与氯的非金属性强弱解析钠比镁活泼、钠与冷水剧烈反应、镁不与冷水反应、A可以作为实验判断依据；Na的金属活动性太强、与CuSO4溶液反应时先与H2O反应、故B项不能作为实验判断依据；可以根据最高价氧化物对应的水化物的酸性强弱、判断非金属性的强弱、C可以作为实验判断依据；可以根据非金属单质与H2反应的剧烈程度、判断非金属性强弱、D可以作为实验判断依据。答案B5.在a、b、c、d四个集气瓶中分别盛有H2、Cl2、HCl、HBr中的任意一种气体、若将a和d两瓶气体混合后见光爆炸；若将a和b两瓶气体混合后、瓶壁上出现暗红色液滴、则a、b、c、d四个集气瓶中分别盛放的气体是()A.Cl2、H2、HCl、HBr B.Cl2、HCl、HBr、H2C.Cl2、HBr、H2、HCl D.Cl2、HBr、HCl、H2解析根据题给信息知a瓶中为Cl2、而与b瓶中气体相遇出现的暗红色液滴是单质溴、b瓶盛放的只能是HBr、A、B选项不符合要求；a、d两瓶中气体混合见光会爆炸、则d瓶中应是H2、而不是HCl、故只有D选项正确。答案D6下列关于卤素(用X表示)的叙述正确的是()A其单质都能与水反应、通式为：X2H2O=HXHXOBHX易溶于水、其水溶液都是强酸C其单质都有颜色、都有毒D最高价含氧酸的通式为HXO4解析本题考查卤素及有关化合物的基本知识规律、解答好本题、除掌握一般规律外、要注意F2及F的化合物的特殊性：F2与水反应置换H2O中的O生成O2、不像其他卤素单质、F是最强的非金属、在化合物中不表现正价、HF的溶液表现弱酸性。答案C7.下列有关卤族元素的说法中、正确的是()A.酸性：HFO4HClO4B.最外层电子数：BrIC.密度：Cl2Br2D.热稳定性：HBrHI解析氟元素无正价、无最高价含氧酸、A错误；卤族元素的最外层电子数都是7、B错误；随着原子序数的增大、卤族元素单质的密度逐渐增大、氢化物的稳定性逐渐减弱、C错误、D正确。答案D8下列事实不能用于判断金属性强弱的是()A金属单质间发生的置换反应B1 mol金属单质在反应中失去电子的多少C金属元素的最高价氧化物对应水化物的碱性强弱D金属元素的单质与水或酸反应置换出氢气的难易程度解析金属单质在反应中失去电子的多少、不能作为判断金属性强弱的依据、如1 mol Al反应失去的电子比1 mol Na多、但Al的金属性比Na弱。答案B9.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A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_。(2)铯单质与水剧烈反应、放出_色气体、生成的溶液使紫色石蕊试液显_色。(3)预测铯单质的还原性比钠单质的还原性_(填“弱”或“强”)。解析(1)铯在元素周期表中位于第六周期第A族、则铯原子核外共有6个电子层、最外层电子数为1。(2)金属性：CsNa、故Cs与水反应更剧烈、反应的化学方程式为2Cs2H2O=2CsOHH2、生成物为氢气和氢氧化铯(水溶液显碱性)、则观察到有无色气体生成、生成的溶液使紫色石蕊试液显蓝色。(3)同主族元素从上到下金属性逐渐增强、则铯单质的还原性比钠单质的还原性强。答案(1)61(2)无蓝(3)强10.四种短周期元素在周期表中的相对位置如下所示、其中Z元素原子核外电子总数是其最外层电子数的3倍。XYZW请回答下列问题。(1)元素Z位于周期表中第_周期、_族。(2)Y、Z的最高价氧化物对应的水化物的酸性强弱为_(填化学式)。(3)W的气态氢化物的稳定性比H2O_(填“强”或“弱”)。解析四种元素为短周期元素、根据其在元素周期表中的相对位置可知：X、Y位于第2周期、Z、W位于第3周期、Z元素原子结构示意图应为、因Z元素原子核外电子总数是其最外层电子数的3倍、则有3a10a、故a5、则Z为P、X为C、Y为N、W为S。答案(1)3A(2)HNO3H3PO4(3)弱11下表为元素周期表的一部分。族周期AAAAAAA一二三四(1)表中元素_的非金属性最强；元素_的金属性最强；元素_的单质室温下呈液态(填写元素符号)。(2)表中元素的原子结构示意图是_。(3)表中元素、氢化物的稳定性顺序为_。(填写化学式)(4)表中元素最高价氧化物对应水化物的酸性最强的化学式是_；碱性最强的化学式是_。解析据元素周期表中同主族元素性质递变规律可知F的非金属性最强、K的金属性最强、单质在室温下呈液态的是Br2。元素为Na、原子结构示意图为、元素、分别为F、Cl、其非金属性：FCl、所以稳定性：HFHCl；F无正化合价、最高价氧化物对应水化物的酸性最强的是HClO4、碱性最强的是KOH。答案(1)FKBr(2)(3)HFHCl(4)HClO4KOH12某化学兴趣小组为探究元素性质的递变规律、设计了如下一系列实验。.(1)将钠、钾、镁、铝各1 mol分别投入足量的0.1 molL1的盐酸中、试预测实验结果：_与盐酸反应最剧烈、_与盐酸反应最慢。(2)将NaOH溶液与NH4Cl溶液混合反应后生成NH3H2O、从而验证NaOH的碱性大于NH3H2O、继而可以验证Na的金属性大于N、你认为此设计是否合理？并说明理由：_、_。.利用如图装置可以验证非金属性的变化规律。(3)仪器A的名称为_、干燥管D的作用是_。(4)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、验证氯的非金属性大于硫：装置A、B、C中所装药品分别为_、_、_、装置C中的实验现象为有淡黄色沉淀生成、离子方程式为_。(5)若要证明非金属性：CSi、则A中加_、B中加Na2CO3、C中加_、观察到C中溶液的现象为_。解析.(1)根据金属活动性顺序、钠、钾、镁、铝的金属活动性由强到弱为KNaMgAl、所以与盐酸反应最剧烈的是钾、与盐酸反应最慢的是铝。(2)利用碱性比较元素的金属性强弱时、一定要用金属元素最高价氧化物对应水化物的碱性强弱比较、NH3H2O不是氮元素最高价氧化物对应的水化物、所以根据NaOH的碱性大于NH3H2O、继而验证Na的金属性大于N的设计不合理。.(3)根据实验装置图可知仪器A为分液漏斗；导气管连接球形干燥管进入液体、作用是防止倒吸。(4)利用Cl2能与Na2S反应、置换出S、可证明氯元素的非金属性大于硫元素的非金属性、则A与B中试剂反应制取Cl2、则A中所装药品为浓盐酸、因为A与B的反应没有