《原子结构与元素的性质》课件

《原子结构与元素的性质》一、原子结构与元素性质的关系1.金属元素: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

。

2.非金属元素: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

。

二、碱金属元素1.碱金属元素的原子结构。结论:碱金属元素原子结构的共同点是

最外层电子数均为1

,不同点是

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

增多

,原子半径逐渐

增大

。微判断1(1)碱金属元素的原子半径随核电荷数的增大而增大。(

)(2)碱金属元素原子的最外层电子数都是1。(

)

√√2.碱金属的化学性质。(1)钠、钾与氧气反应的比较。①钠与氧气反应:常温下钠可被氧气氧化生成

氧化钠

;加热时钠可在空气中燃烧发出黄色火焰,生成

淡黄

色粉末Na2O2。反应的化学方程式分别为

4Na+O2═2Na2O

,

2Na+O2Na2O2

。

②钾与氧气反应:钾在空气中燃烧比钠更剧烈,产生紫色火焰,产物也比过氧化物复杂。(2)钠、钾与水反应的比较。

(3)碱金属元素的化学性质与原子结构之间的关系。①碱金属化学性质的相似性。碱金属元素最外层电子数

相同

,均为

1

个电子,因此它们的化学性质

相似

,都能与氧气等非金属单质以及水反应。

②碱金属元素化学性质的递变性。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

,原子失去最外层电子的能力逐渐

增强

。即从锂到铯,金属性逐渐

增强

。

微思考

K比Na活泼,K可以从钠盐溶液中置换出Na吗?为什么?提示:不可以。钠、钾均与水反应,两者不能在溶液中发生金属间的置换反应。3.碱金属单质的主要物理性质比较。(1)相似性:除铯略带金色光泽外,其余都呈

银白

色,它们都比较软,有延展性,密度较

小

,熔点较

低

,导电、导热性强。

(2)递变性:从锂到铯,密度逐渐

增大

(K的密度反常),熔点和沸点逐渐

降低

。

三、卤族元素卤族元素(简称卤素)是典型的

非金属

元素,它们在自然界中都以

化合

态存在。

1.卤素单质的物理性质。2.卤素的原子结构特点。(1)相同点:最外层均有7个电子。(2)递变性:从氟到碘核电荷数依次增大,电子层数依次增多,原子半径依次

增大

。

3.卤素单质的化学性质。(1)卤素单质与氢气的反应。(2)卤素单质之间的置换反应。

4.卤族元素化学性质与原子结构的关系。(1)相似性:最外层均为7个电子,易得电子。(2)递变性:从F到I,随着核电荷数的增加,卤族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

,原子得电子的能力逐渐减弱

。即从F到I,非金属性逐渐

减弱

。

微判断2(1)卤素单质的颜色从F2→I2按相对分子质量增大而加深。(

)(2)随核电荷数增加,卤素单质的熔、沸点逐渐降低。(

)(3)随核电荷数增加,卤素单质的氧化性逐渐增强。(

)(4)Cl2可以从KI溶液中置换出I2。(

)√××√一碱金属元素性质的相似性和递变性问题探究碱金属是锂﹑钠﹑钾﹑铷﹑铯﹑钫六种金属元素的统称。除了氢氧化锂是中强碱之外,其余碱金属的氢氧化物均是强碱。(1)碱金属单质的化学性质为什么具有相似性?(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?(3)铯(Cs)位于元素周期表中第六周期第ⅠA族。铯投入CuCl2溶液中,能置换出Cu吗?为什么?提示:(1)结构决定性质,碱金属元素的原子结构相似,最外层均有一个电子,均易失电子,化学性质活泼,故它们的单质具有较强的还原性,能与氧气等非金属单质及水反应。(2)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)不能,Cs在溶液中先与H2O反应生成CsOH,2CsOH+CuCl2══2CsCl+Cu(OH)2↓。归纳总结碱金属元素原子结构与性质的关系1.相似性(用R表示碱金属元素)。

2.递变性。随着原子序数的递增,原子半径逐渐增大,原子核对最外层电子的引力逐渐减弱,碱金属元素的原子失电子能力逐渐增强,金属性逐渐增强。(2)与O2的反应越来越剧烈,产物更加复杂,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。(3)与H2O的反应越来越剧烈,如K与H2O反应可能会发生轻微爆炸,Rb与Cs遇水发生剧烈爆炸。(4)最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐增强。典例剖析【例1】

下列各组比较不正确的是(

)。A.锂与水反应不如钠与水反应剧烈B.还原性:K>Na>Li,故K可以从NaCl溶液中置换出金属钠C.熔点:Li>Na>KD.碱性:LiOH<NaOH<KOH答案:B解析:A中锂的金属活动性比钠弱,与水反应不如钠剧烈;B中还原性K>Na>Li,但K不能置换出NaCl溶液中的Na,而是先与H2O反应;C中碱金属元素从Li到Cs,单质的熔点逐渐降低,即单质的熔点顺序为Li>Na>K>Rb>Cs;D中从Li到Cs,碱金属元素的金属性逐渐增强,最高价氧化物对应水化物的碱性依次增强,即碱性LiOH<NaOH<KOH<RbOH<CsOH。学以致用1.下列关于碱金属元素按Li、Na、K、Rb、Cs的顺序的叙述中不正确的是(

)。A.碱金属元素原子最外层都只有一个电子,在化学反应中容易失电子表现出强还原性B.单质的熔点和沸点依次递减C.单质都能与水反应生成碱,都能在空气中燃烧生成过氧化物D.原子半径逐渐增大,单质与水反应的剧烈程度逐渐增强C解析:金属锂在空气中燃烧只生成氧化物。2.铯是碱金属元素,下列关于铯及其化合物的叙述中,不正确的是(

)。A.Cs的密度比水的小B.Cs与水反应十分剧烈,甚至会发生爆炸C.Cs2CO3加热时不易分解D.CsOH是强碱,其碱性比KOH的强答案:A解析:Cs的密度比水的大,A错误。二卤素的原子结构与化学性质的关系问题探究已知常温下KClO3与浓盐酸反应放出氯气,现按如图进行卤素的性质实验。玻璃管内装有分别滴加过不同溶液的白色棉球,反应一段时间后①②③④处的颜色分别为黄绿色、橙色、蓝色、白色。回答下列问题:(1)②处颜色变化的原因是什么?写出离子方程式。可得出的结论是什么?(2)③处变蓝的原因是什么?写出可能的离子方程式。可得出的结论是什么?提示:(1)生成了Br2,Cl2+2Br-══Br2+2Cl-,Cl2的氧化性大于Br2的氧化性。(2)生成了I2,I2遇淀粉变蓝色。Cl2+2I-══I2+2Cl-或Br2+2I-══I2+2Br-。Cl2的氧化性比I2的强或Br2的氧化性比I2的强。归纳总结从原子结构角度认识卤素性质的递变规律1.相似性(X表示卤素)。2.递变性。(1)与H2反应越来越难,对应氢化物的热稳定性逐渐减弱,还原性逐渐增强,即热稳定性HF>HCl>HBr>HI;还原性:HF<HCl<HBr<HI。(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.卤素的特性。(1)氟元素无正价,无含氧酸。F-的还原性极弱。(2)溴单质在常温下是唯一的一种液态非金属单质。(3)碘为紫黑色固体,易升华,淀粉溶液遇I2变蓝色。(4)氢氟酸为弱酸,而盐酸、氢溴酸、氢碘酸为强酸。典例剖析【例2】

下列关于卤族元素的比较中,不正确的是(

)。A.卤离子的还原性:F-<Cl-<Br-<I-B.从上到下,卤素原子的电子层数依次增多C.从上到下,卤素单质与氢气化合逐渐变难D.简单氢化物的稳定性:HF<HCl<HBr<HI答案:D解析:卤族元素从上到下,随着原子序数的增大,单质的氧化性逐渐减弱,其阴离子的还原性逐渐增强,所以卤离子的还原性:F-<Cl-<Br-<I-,A正确;卤族元素从上到下,随着原子序数的增大,卤素原子的电子层数依次增多,B正确;卤族元素从上到下,随着原子序数的增大,非金属性逐渐减弱,与氢气化合越来越难,简单氢化物越来越不稳定,C正确,D错误。学以致用3.下列关于卤素(用X表示)的叙述中正确的是(

)。A.卤素单质与水反应均可用X2+H2OHXO+HX表示B.HX的热稳定性随卤素核电荷数的增加而增强C.卤素单质的颜色从F2到I2逐渐加深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其盐溶液中置换出来答案:C解析:2F2+2H2O══O2+4HF,A错误;HX的热稳定性随卤素核电荷数的增加而减弱,B错误;F2优先与水反应,故F2不能从其他卤化物的溶液中置换出卤素单质,D错误。4.关于卤素单质(X2)的下列叙述中正确的是(

)。A.都能与氢气因剧烈化合而爆炸B.都能与铁反应生成FeX3C.都能与钠反应生成NaXD.最高化合价都是+7价答案:C解析:碘单质与氢气在不断加热的条件下才能缓慢反应,A错误;Fe3+的氧化性大于I-的氧化性,所以碘单质与Fe反应时生成FeI2,B错误;钠的还原性很强,卤素单质都能与钠反应生成NaX,C正确;F元素无正化合价,D错误。1.下列不属于碱金属单质通性的是(

)。A.都比较柔软,有延展性

B.导热、导电性能强C.焰色试验中火焰颜色相近D.强还原性答案:C解析:碱金属元素在焰色试验中火焰颜色并不相同,如钠为黄色、钾为紫色(透过蓝色钴玻璃观察)等,C项符合题意。2.锂单质化学性质与钠类似,活动性比钠略差。它的密度为0.534g·cm-3,锂元素的焰色为紫红色。将绿豆大的锂投入水中,下列实验现象合理的有(

)。①锂沉入水中②锂浮在水面上③水中有大量气泡④反应后在水中加入几滴紫色石蕊溶液,溶液变红⑤反应剧烈,发出紫红色火焰⑥锂四处游动A.②⑥ B.①③C.②③⑤ D.②④⑤⑥答案:A解析:锂单质化学性质与钠类似,活动性比钠略差,密度为0.534

g·cm-3,比水的密度小,所以将绿豆大的锂投入水中,锂浮在水面上,与水反应生成LiOH和氢气,则锂四处游动,加入几滴紫色石蕊溶液,溶液变蓝,故②⑥正确。3.部分卤族元素的某种性质X随核电荷数的变化趋势如图所示,则性质X可能表示(

)。A.原子半径B.氢化物的稳定性C.原子核外的电子层数D.单质的密度答案:B解析:从Cl到I,原子半径逐渐增大,A项不符合题意;从Cl到I,氢化物的稳定性逐渐减弱,B项符合题意;从Cl到I,原子的核外电子层数逐渐增多,C项不符合题意;从Cl到I,单质的密度逐渐增大,D项不符合题意。4.下列有关碱金属元素和卤素的说法中不正确的是(

)。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,碱金属单质和卤素单质的熔、沸点都逐渐降低答案:D解析:溴元素的非金属性强于碘元素,故溴单质与H2的反应比碘单质与H2的反应更剧烈,A正确;碱金属元素中,锂元素的金属性最弱,故锂原子失去最外层电子的能力最弱;卤素中,氟元素的非金属性最强,故氟原子得电子的能力最强,B正确;钾元素的金属性比钠元素强,故钾与水的反应比钠与水的反应更剧烈,C正确;随核电荷数的增加,碱金属单质的熔、沸点逐渐降低,卤素单质的熔、沸点逐渐升高,D错误。5.向含有NaBr和KI的混合溶液中通入过量Cl2,充分反应后将溶液蒸干并灼烧所得物质,最后剩余的固体是(

)。A.NaCl和KI B.NaCl、KCl、I2C.KCl和NaBr D.KCl和NaCl答案:D解析:过量的Cl2将I-、Br-从溶液中完全置换出来,在蒸干、灼烧过程中溴挥发、碘升华,所得固体为NaCl和KCl。6.下表为元素周期表的一部分。

周期族ⅠAⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA1①

2②

⑤3③

⑥4④

⑦(1)表中元素

(填元素符号,下同)的非金属性最强;元素

的金属性最强;元素

的单质在室温下呈液态。

(2)表中元素③的原子结构示意图是

。

(3)表中元素⑥⑦的氢化物的稳定性顺序为

>

。(均填化学式)

(4)表中元素最高价氧化物对应水化物酸性最强的酸的化学式是

。

答案:(1)F

K

Br

(2)(3)HCl

HBr

(4)HClO4解析:(1)根据元素周期表中元素性质的递变规律可知,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。(2)元素③为Na,其原子结构示意图为

。(3)元素⑥⑦分别为Cl、Br,其非金属性:Cl>Br,所以氢化物的稳定性:HCl>HBr。(4)F无正化合价,最高价氧化物对应水化物的酸性最强的酸是HClO4。探究一碱金属元素的性质递变规律【问题探究】【实验探究1】碱金属单质与氧气的反应Li、Na、K在空气中燃烧分别生成Li2O、Na2O2、KO2(超氧化钾),这说明什么问题?提示

说明Li、Na、K的金属活动性依次增强。【实验探究2】钠、钾与水的反应

碱金属钾钠实验操作实验现象共同点a.金属浮在水面上;b.金属熔化成闪亮的小球;c.小球四处游动;d.发出响声;e.反应后的溶液呈红色不同点

与水反应更剧烈

K碱金属钾钠化学方程式

实验结论与水反应的剧烈程度:K

Na,金属性:K

Na

递变规律同主族元素从上到下,金属性逐渐

2K+2H2O===2KOH+H2↑2Na+2H2O===2NaOH+H2↑>>增强

【思维探究3】“铷原材料与应用产品关键技术及产业化创新成果”荣获第十二届“中国产学研合作创新成果一等奖”。铷是一种稀有、分散的碱金属元素,活性大,熔点低,是地球上发现的所有元素中较高正电性和最大光电效应的元素。试推测金属Rb与水反应的现象。Rb在空气中燃烧的产物会是Rb2O吗?提示

Rb比K活泼,Rb与水反应比K更剧烈,故反应现象为Rb沉在水底,与水剧烈反应,会发生爆炸。Rb比K活泼,Rb在空气中燃烧的产物更复杂,不会生成Rb2O。【深化拓展】1.碱金属元素性质的相似性(用R表示碱金属)2.碱金属元素性质的递变性(1)单质的还原性与离子的氧化性递变规律(2)具体表现

碱金属元素LiNaKRbCs单质与氧气反应越来越剧烈,产物越来越复杂Li2ONa2O、Na2O2K2O、K2O2、KO2更复杂氧化物与水反应越来越剧烈反应缓慢剧烈反应轻微爆炸剧烈爆炸化合物碱性强弱:LiOH<NaOH<KOH<RbOH<CsOH【素能应用】典例1(2020北京师大附中高一期中)元素钫(Fr)具有放射性,它是碱金属元素中最重的元素。下列对其性质的预言中,不正确的是(

)A.它的金属性比Na强,跟水反应更剧烈B.它的原子半径比Na大,离子半径也比Na+大C.它的单质与硫酸铜溶液发生置换反应得到金属铜D.它的氢氧化物(FrOH)是一种强碱,能使酚酞溶液变红答案

C解析

同主族从上到下元素金属性增强,故Fr的金属性比钠强,跟水反应会更剧烈,故A正确;同主族元素从上到下原子半径依次增大,则Fr的原子半径比钠大,离子核外电子层数越多,离子半径越大,则钫的离子半径比钠离子半径大,故B正确;同主族从上到下元素金属性增强,Fr失电子能力比钠强,则跟水反应会更剧烈,所以Fr与硫酸铜溶液反应,先与水反应,不能得到金属铜,故C错误;Fr处于第ⅠA族,最外层电子数为1,最高正化合价为+1价,它的氢氧化物化学式为FrOH,同主族从上到下元素金属性增强,故FrOH的碱性比KOH强,是一种强碱,能使酚酞溶液变红,故D正确。变式训练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

周期第

族。

(2)关于铷的结构和性质判断正确的是

(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CO2④阳离子最外层电子数和镁原子相同⑤是还原剂(3)现有铷和另一种碱金属形成的合金50g,当它与足量水反应时,放出标准状况下的氢气22.4L,这种碱金属可能是

(填字母)。

a.Li b.Na c.K d.Cs答案

(1)五ⅠA

(2)①③⑤(3)ab解析

(1)由Rb的原子序数是37可推知Rb位于第五周期第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。(3)设该合金的平均相对原子质量为M,则根据得失电子守恒得

×2,M=25,因Mr(Rb)>25,则另一种碱金属的相对原子质量应小于25,可能为Li或Na。实验操作实验现象离子方程式结论振荡后,溶液由无色变为

色

探究二卤族元素的性质递变规律【问题探究】卤素单质间的置换反应的实验分析橙黄

Cl2+2Br-===2Cl-+Br2实验操作实验现象离子方程式结论振荡后,溶液由无色变为

色

Cl2、Br2、I2的氧化性逐渐

,Cl、Br、I元素的非金属性逐渐

振荡后,溶液由无色变为

色

褐Cl2+2I-===2Cl-+I2褐Br2+2I-===2Br-+I2减弱

减弱

【深化拓展】1.卤素性质的相似性2.卤素性质的递变性(1)卤素单质的氧化性及卤素离子的还原性递变规律(2)具体表现

物质性质单质与H2反应越来越难(从F→I)与变价金属反应:F2、Cl2、Br2生成高价金属卤化物,I2生成低价金属碘化物氢化物稳定性:HF>HCl>HBr>HI还原性:HF<HCl<HBr<HI酸性:HF<HCl<HBr<HI最高价氧化物的水化物酸性:HClO4>HBrO4>HIO4(F没有最高价含氧酸)3.卤素性质的特殊性(1)氟无正价,无含氧酸。而Cl、Br、I都有正化合价和含氧酸。(2)Cl2易液化,Br2易挥发,I2易升华。(3)常温下呈液态的非金属单质是Br2,I2能使淀粉溶液变蓝色。(4)活泼的卤素单质能置换较不活泼的卤素单质,但F2不能从NaCl溶液中置换出Cl2,原因是2F2+2H2O===4HF+O2。【素能应用】典例2(2020浙江乐清乐成公立寄宿学校高一检测)卤素是最活泼的一族非金属元素,下列关于卤素的说法正确的是(

)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化合由易到难的顺序为I2→Br2→Cl2→F2答案

C解析

A项,卤素原子的最外层电子数都是7,错误;B项,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,错误;C项,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,正确;D项,卤素单质与H2化合由易到难的顺序为F2→Cl2→Br2→I2,错误。变式训练2(2020江苏常州高中高一检测)以下关于氟、氯、溴、碘的性质叙述错误的是(

)A.HF、HCl、HBr、HI稳定性逐渐减弱B.单质F2、Cl2、Br2、I2中,氧化性最强的是F2C.HF、HCl、HBr、HI中酸性最强的是HFD.单质F2、Cl2、Br2、I2中,I2的沸点最高答案

C解析

A项,同主族元素从上到下非金属性逐渐减弱,其氢化物的稳定性逐渐减弱,正确;B项,F2、Cl2、Br2、I2中,氧化性最强的是F2,正确;C项,只有氢氟酸是弱酸,其余都为强酸,错误;D项,F2、Cl2、Br2、I2状态由气→液→固,沸点逐渐升高,正确。探究三元素金属性或非金属性强弱的判断方法【问题探究】1.上图所示实验可证明元素的非金属性强弱顺序为Cl>C>Si吗?提示

不能。比较元素非金属性的强弱通常用最高价氧化物的水化物的酸性判断。盐酸不是氯元素的最高价含氧酸,故不能根据此实验比较Cl、C、Si的非金属性。2.可通过哪些事实说明Cl比Br的非金属性强?举例说明。提示

①Cl2的氧化性比Br2强;②与氢气化合时Cl2比Br2容易且反应更剧烈;③热稳定性:HCl>HBr;④还原性:HCl<HBr;⑤酸性:HClO4>HBrO4;⑥Cl2与NaBr溶液反应可生成Br2。3.可通过哪些事实说明K的金属性比Na的强?举例说明。提示

①K的还原性比Na的强;②与水反应,K比Na剧烈;③碱性:KOH>NaOH。【深化拓展】1.金属性强弱的判断(1)根据元素周期表判断同一主族,从上到下:元素的金属性逐渐增强。(2)根据金属活动性顺序判断金属单质的活动性减弱,元素的金属性也减弱。(3)根据单质及其化合物的性质判断①金属单质与水或酸反应置换出氢越容易,元素的金属性越强。②最高价氧化物的水化物——氢氧化物的碱性越强,元素的金属性越强。(4)根据金属单质间的置换反应判断较活泼的金属将较不活泼的金属从其盐溶液中置换出来,如Zn+Cu2+===Zn2++Cu,则金属性:Zn>Cu。(5)根据离子的氧化性强弱判断金属阳离子的氧化性越强,元素的金属性越弱,如氧化性:Cu2+>Fe2+,则金属性:Cu<Fe。2.非金属性强弱的判断(1)根据元素周期表判断。同一主族,从上到下:元素的非金属性逐渐减弱。(2)根据非金属元素