高中化学新教材同步必修第一册 第4章 第一节 第4课时　原子结构与元素性质教案讲义

第4课时原子结构与元素性质[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、碱金属元素1．碱金属元素的原子结构元素名称锂钠钾铷铯元素符号LiNaKRbCs原子结构示意图原子半径/nm0.1520.1860.2270.2480.265(1)由上表可知：在元素周期表中，碱金属元素原子的最外层电子数相同，随核电荷数的增大，电子层数依次增多，原子半径逐渐增大。(2)碱金属元素的原子最外层电子数为1，易失去电子而具有较强的金属性，其单质与钠类似，易与氧气、水等反应。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(透过蓝色钴玻璃)，钾燃烧更剧烈。②反应方程式：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．碱金属单质的物理性质(1)碱金属单质具有硬度小、密度小、熔点低的特点。随着元素原子核电荷数的增加，碱金属单质的熔点和沸点逐渐降低。(2)碱金属单质具有良好的延展性、导电性、导热性，液态钠可用作核反应堆的传热介质。碱金属性质的相似性和递变性(1)相似性(2)递变性具体情况如下：①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与O2生成Li2O，Na与O2生成Na2O、Na2O2，K与O2生成K2O、KO2。②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．从碱金属原子结构的角度解释。(1)碱金属元素的化学性质具有相似性。提示碱金属元素的最外层电子数相同，都是1个电子，故它们的化学性质相似。(2)碱金属元素的性质具有递变性。提示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，原子失电子的能力逐渐增强。2．据报道，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，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______个电子层，最外层电子数为______，铯的原子序数为________。(2)铯单质与水剧烈反应，放出______色气体，同时使紫色石蕊溶液显______色，因为_______________________________________________________________________________________________________________________________________________(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__________(填“弱”或“强”)。答案(1)6155(2)无蓝2Cs＋2H2O=2CsOH＋H2↑(3)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，使紫色石蕊溶液变蓝色。二、卤族元素1．卤素单质的物理性质卤素单质颜色和状态密度熔点/℃沸点/℃F2淡黄绿色气体1.69g·L－1(15℃)－219.6－188.1Cl2黄绿色气体3.214g·L－1(0℃)－101－34.6Br2深红棕色液体3.119g·cm－3(20℃)－7.258.78I2紫黑色固体4.93g·cm－3113.5184.4分析上表可知，从F2到I2，颜色逐渐加深，熔、沸点逐渐升高，密度逐渐增大。2．卤族元素的原子结构元素名称氟氯溴碘元素符号FClBrI原子结构示意图原子半径/nm0.0710.0991.141.33(1)由上表可知：卤族元素的原子最外层电子数都是相同的，随核电荷数的增大，电子层数依次增多，原子半径逐渐增大。(2)卤族元素原子最外层电子数为7，易得到电子而具有较强的非金属性，其单质与氯气类似，能与金属、非金属单质、水等发生反应。3．卤素单质的化学性质(1)与氢气反应①卤素单质与氢气反应的条件及生成物的稳定性卤素单质F2Cl2Br2I2与H2反应条件暗处光照或点燃加热至一定温度不断加热氢化物稳定性很稳定较稳定不如HCl稳定不稳定、易分解②随原子序数的递增，卤素单质与H2化合越来越难，生成的氢化物的稳定性逐渐减弱，元素的非金属性逐渐减弱。(2)卤素单质间的置换反应实验①中：试管内液体静置后分层，上层为无色，下层为橙红色，反应的化学方程式：Cl2＋2NaBr=2NaCl＋Br2；实验②中：试管内液体静置分层，上层为无色，下层为紫红色，反应的化学方程式：2KI＋Br2=2KBr＋I2；实验③中：试管内液体静置分层，上层为无色，下层为紫红色，反应的化学方程式：2KI＋Cl2=2KCl＋I2。由实验①②③得出结论：Cl2→I2氧化性逐渐减弱，相应卤素离子还原性逐渐增强。卤族元素原子结构和性质的相似性和递变性(1)卤族元素原子结构和性质的相似性：①最外层均有7个电子；②最高正价除F外均显＋7价，最低负价为－1价；③气态氢化物的通式为HX(X表示卤素)；④最高价氧化物对应水化物的通式为HXO4(F除外)。(2)卤族元素原子结构和性质的递变性：结构及性质规律原子半径eq\o(→,\s\up7(FClBrI),\s\do5(原子半径逐渐增大))单质的氧化性eq\o(→,\s\up7(F2Cl2Br2I2),\s\do5(氧化性逐渐减弱))阴离子的还原性eq\o(→,\s\up7(F－Cl－Br－I－),\s\do5(还原性逐渐增强))与H2化合的难易程度eq\o(→,\s\up7(F2Cl2Br2I2),\s\do5(与H2化合越来越难))氢化物的稳定性eq\o(→,\s\up7(HFHClHBrHI),\s\do5(稳定性逐渐减弱))最高价氧化物对应水化物的酸性eq\o(→,\s\up7(HClO4HBrO4HIO4),\s\do5(酸性逐渐减弱))1．卤素都是典型的非金属元素，其单质(X2)都具有氧化性。(1)卤素易形成X－的原因是_______________________________________________________。(2)X2与H2化合的化学方程式是______________________________________，其反应条件难易规律是_______________________________________________________________________。(3)将氯气通入碘化钾溶液中反应的离子方程式是____________________________________________________________________________________________________________________。(4)举例说明氯气的氧化性比单质溴的氧化性强：_____________________________________________________________________________________________________________________。提示(1)卤素原子的最外层都是7个电子，易得到1个电子形成稳定结构(2)H2＋X2=2HX随原子序数的增大，与H2化合越来越难(3)Cl2＋2I－=2Cl－＋I2(4)氯气能从溴化钾溶液中置换出溴：Cl2＋2KBr=2KCl＋Br2(答案合理均可)2．(2018·哈尔滨三中模拟)砹(At)属于卤族元素，下列关于砹(At)及其化合物具有的性质推测不正确的是______(填字母)。A．单质砹易溶于某些有机溶剂B．AgAt是难溶于水的有色固体C．HAtO4的酸性比HClO4的弱D．HAt难溶于水，且受热很难分解提示D同主族元素的原子结构与性质的关系1．随着碱金属元素原子序数的增大，下列递变规律正确的是()A．原子半径逐渐增大B．最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐减弱C．单质熔、沸点逐渐升高D．单质的氧化性逐渐增强答案A解析随着碱金属元素原子序数的增大，最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐增强，单质熔、沸点逐渐降低，单质的还原性逐渐增强。2．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。3．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B．1mol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答案B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1molAl反应失去的电子比1molNa多，但Al的金属性比Na弱。4．(2018·烟台月考)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解析从氯到碘，原子半径逐渐增大，A项不符合题意；从HCl到HI，稳定性逐渐减弱，B项符合题意；从Cl到I，原子的电子层数逐渐增多，C项不符合题意；从Cl2到I2，单质的密度逐渐增大，D项不符合题意。5．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－<Cl－<Br－<I－，因此相对分子质量小的卤素单质可将相对分子质量大的卤素从它的盐溶液里置换出来答案C解析A项，F2与H2O反应为2F2＋2H2O=4HF＋O2，不能用X2＋H2O=HXO＋HX表示；B项，HX的热稳定性随核电荷数的增加而减弱；D项，F2的性质极为活泼，遇盐溶液先和水反应，故不能将相对分子质量大的卤素从它的盐溶液里置换出来。6．(2018·寿光现代中学月考)下列说法中，不符合第ⅦA族元素性质特征的是()A．从上到下元素的非金属性增强B．易形成－1价离子C．从上到下最高价氧化物对应水化物的酸性减弱(F除外)D．从上到下氢化物的还原性依次增强答案A解析同主族元素，从上到下元素的非金属性逐渐减弱，选项A错误；第ⅦA族元素最外层有7个电子，易得1个电子形成－1价离子，选项B正确；从上到下元素的非金属性逐渐减弱，所以最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐减弱(F除外)，选项C正确；同主族元素，从上到下元素的非金属性逐渐减弱，所以氢化物的还原性依次增强，选项D正确。7．(2019·洛阳一中月考)下列有关碱金属元素和卤素的说法中，错误的是()A．溴单质与H2的反应比碘单质与H2的反应更剧烈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，氟原子得电子的能力最强C．钾与水的反应比钠与水的反应更剧烈D．随核电荷数的增加，碱金属元素和卤素的熔、沸点都逐渐降低答案D解析溴的非金属性强于碘，故溴单质与H2的反应比碘单质与H2的反应更剧烈，A项正确；碱金属元素中，锂的金属性最弱，故锂原子失去最外层电子的能力最弱；卤素中，氟的非金属性最强，故氟原子得电子的能力最强，B项正确；钾的金属性比钠强，故钾与水的反应比钠与水的反应更剧烈，C项正确；随核电荷数的增加，碱金属元素单质的熔、沸点逐渐降低，卤素单质的熔、沸点逐渐升高，D项不正确。8．(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；碱金属元素单质的熔、沸点随原子序数的递增而降低，卤素单质的熔、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溶液反应分别生成Br2、I2，而二者的四氯化碳溶液分别为橙红色、紫红色。题组一碱金属元素1．钾的下列性质与少量的钾保存在煤油中无关的是()A．单质钾的密度比煤油大B．可用小刀片切割金属钾C．钾易与空气反应D．单质钾的还原性很强答案B解析钾沉在煤油中说明其密度比煤油大，A项有关；可用小刀片切割金属钾，说明钾的硬度较小，B项无关；钾保存在煤油中是为了防止其与空气中的氧气、水蒸气等反应，C、D项有关。2．(2018·浙江东阳中学高一下学期月考)钾和钠的化学性质相似，下列说法能较好地解释这个事实的是()A．原子最外层电子数相同 B．都是金属元素C．原子半径相差不大 D．最高化合价相同答案A解析结构决定性质，影响金属化学性质的主要因素是其原子核外电子排布情况，尤其是最外层电子数。钾和钠原子的最外层电子数均为1，故对应单质的化学性质相似。3．(2018·襄阳一中高一期末)下列关于碱金属的叙述错误的是()A．它们都能在空气中燃烧生成M2O(M指碱金属元素)B．它们都能与水反应生成氢气和碱C．随核电荷数的递增，它们所形成的阳离子的氧化性依次减弱D．碱金属中密度最小的是锂答案A解析Na在空气中燃烧生成过氧化钠，K在空气中燃烧生成超氧化钾，A项错误；碱金属与水反应的产物均是碱和氢气，只是剧烈程度不同，B项正确；随着核电荷数的递增，碱金属元素所形成阳离子的氧化性逐渐减弱，C项正确；随着原子序数的递增，碱金属的密度呈增大趋势(K反常)，密度最小的是锂，D项正确。4．(2019·河北定州中学高一检测)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，而钠的熔点高于铯答案C解析碱金属元素在自然界中均以化合态形式存在，A项正确；铷的金属性很强，因此金属铷投入水中会发生爆炸式反应，生成物都随反应条件的变化而变化，B项正确，C项错误；金属铯的密度大于钠，而钠的熔点高于铯，D项正确。5．(2018·吉林高一下段考)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CsOH②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．①③⑤B．②④⑥C．②③④⑥D．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，失电子能力增强，所以其单质的还原性依次增强，⑤正确；由于碱金属元素的原子半径逐渐增大，原子核吸引电子的能力逐渐减弱，失电子能力增强，所以它们对应离子的氧化性依次减弱，⑥错误。故叙述错误的是②③④⑥。6．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B7．(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1g·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。题组二卤族元素8．某原子的结构示意图为，下列关于该原子的说法不正确的是()A．核电荷数为17B．核外有3个电子层C．属于非金属元素原子D．在化学反应中容易失去1个电子答案D解析根据原子结构示意图可知核电荷数是17，A项正确；核外有3个电子层，B项正确；个电子达到8电子稳定结构，D项错误。9．(2018·长春外国语学校高一期末)卤族元素是最活泼的一族非金属元素，下列关于卤族元素的说法正确的是()A．卤素单质的最外层电子数都是7B．从上到下，卤素原子的电子层数依次增多，原子半径依次减小C．从F到I，原子核对最外层电子的吸引能力依次减弱，原子得电子能力依次减弱D．卤素单质与H2化合由难到易的顺序为F2、Cl2、Br、I2答案C解析卤素原子的最外层电子数都是7，A项错误；从上到下，卤素原子的电子层数依次增多，原子半径依次增大，B项错误；从F到I，原子核对最外层电子的吸引能力依次减弱，原子得电子能力依次减弱，C项正确；卤素单质与H2化合由易到难的顺序为F2、Cl2、Br、I2，D项错误。10．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B11．(2018·天津南开中学高一下学期月考)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。12．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。13．(2019·清华大学附中月考)砹(At)原子序数85，与F、Cl、Br、I同族，推测砹或砹的化合物不可能具有的性质是()A．砹是有色固体B．非金属性：At＜IC．HAt非常稳定D．I2能从At的可溶性盐溶液中置换出At2答案C解析同主族从上到下元素的单质呈气态、液态、固态变化，且颜色加深，则砹是有色固体，故A正确；同一主族元素，其非金属性随着原子序数增大而减小，所以非金属性：At小于I，故B正确；同一主族元素中，其非金属性随着原子序数的增大而减小，则其相应氢化物的稳定性逐渐减弱，所以HAt很不稳定，故C错误；同一主族元素，其单质的氧化性随着原子序数的增大而减弱，所以I2可以把At2从At的可溶性盐溶液中置换出来，故D正确。14．(2018·贵州遵义一中高一联考)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。15．(2018·昆明月考)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________周期，其原子半径比钠元素的原子半径________(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：________________________________。铷单质易与水反应，反应的离子方程式为____________________________________________，实验表明，铷与水反应比钠与水反应________(填“剧烈”或“缓慢”)；反应过程中铷在水________(填“面”或“底”)与水反应，原因是______________________________________。(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：_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)五大(2)2Rb＋Cl2eq\o(=,\s\up7(△))2RbCl2Rb＋2H2O=2Rb＋＋2OH－＋H2↑剧烈底铷的密度比水的密度大(3)2Rb2O2＋2CO2=2Rb2CO3＋O2解析(2)Rb的密度比水大，遇水后沉在水底与水反应，铷的还原性比钠强，与水反应比钠剧烈。(3)可根据钠的相应化合物发生的反应进行类推。16．(2018·豫西名校联考)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