2024-2025學年高中化學第一章物質(zhì)結構元素周期律第一節(jié)2元素的性質(zhì)與原子結構學案新人教版必修2

PAGE15-第2課時元素的性質(zhì)與原子結構一、堿金屬1．堿金屬元素的原子結構及特點(1)原子結構示意圖(2)結構特點①相同點：最外層電子數(shù)都是1。②遞變性：從Li→Cs，核電荷數(shù)依次增大，電子層數(shù)依次增多，原子半徑依次增大。2．單質(zhì)的物理性質(zhì)3.單質(zhì)的化學性質(zhì)(1)試驗探究①鋰、鈉與O2的反應Li、Na在加熱條件下分別與O2反應：4Li＋O2eq\o(=,\s\up17(△))2Li2O、2Na＋O2eq\o(=,\s\up17(△))Na2O2。鋰與O2的反應比鈉更簡潔。②鉀、鈉與H2O的反應(2)結論①堿金屬單質(zhì)化學性質(zhì)相像。②隨著原子序數(shù)的遞增，堿金屬元素金屬性漸漸增加。二、鹵族元素(一)鹵族元素的性質(zhì)與原子結構之間的關系1．鹵族元素原子結構的相像性和遞變性2.鹵族元素的原子結構與性質(zhì)的關系①原子結構的相像性確定元素性質(zhì)的相像性鹵族元素最外層上都有7個電子，所以在反應中都易得到1個電子達到8電子穩(wěn)定結構，因而單質(zhì)有較強的氧化性，在反應中常作氧化劑而被還原。②原子結構的遞變性確定元素性質(zhì)的遞變性從F到I，隨著核電荷數(shù)的增加，原子的電子層數(shù)漸漸增多，原子半徑漸漸增大，原子核對最外層電子的引力漸漸減弱。因此鹵族元素的原子得到電子的實力漸漸減弱，單質(zhì)的氧化性漸漸減弱，鹵族元素的非金屬性漸漸減弱。(二)鹵素單質(zhì)物理性質(zhì)的相像性和遞變性(三)鹵素單質(zhì)化學性質(zhì)的相像性和遞變性1．鹵素單質(zhì)與氫氣的反應2．鹵素單質(zhì)間的置換反應三、同主族元素的性質(zhì)與原子結構的關系1．元素性質(zhì)的影響因素元素的性質(zhì)主要與原子核外電子的排布，特殊是與最外層電子數(shù)有關。2．同主族元素性質(zhì)的遞變規(guī)律eq\x(\a\al(從上,到下))—eq\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(——核外電子層數(shù)增多,——原子半徑增大,——失電子實力增加得電子實力減弱,——金屬性增加非金屬性減弱))探究點一堿金屬元素堿金屬元素包括鋰(Li)、鈉(Na)、鉀(K)、銣(Rb)、銫(Cs)。1．堿金屬元素的原子結構①相像性：最外層電子數(shù)都是1。②差異性和遞變性：隨著3Li、11Na、19K、37Rb、55Cs核電荷數(shù)的遞增，核外電子層數(shù)增多，原子半徑漸漸增大。2．單質(zhì)的物理性質(zhì)①相像性：都是銀白色(銫略帶金色光澤)的固體，松軟，密度小，熔點低，有較強的導熱、導電性能。②差異性和遞變性：隨著堿金屬核電荷數(shù)遞增，堿金屬熔、沸點漸漸降低(與鹵族單質(zhì)相反)，密度漸漸增大，Li、Na、K的密度小于1g·cm－3，Rb、Cs的密度大于1g·cm－3，特殊性表現(xiàn)為ρ(K)<ρ(Na)。3．堿金屬元素化學性質(zhì)的相像性和遞變性4.堿金屬元素的性質(zhì)與原子結構之間的關系①原子結構的相像性確定元素性質(zhì)的相像性元素的性質(zhì)與原子最外電子層中的電子數(shù)目有親密關系。堿金屬元素原子的最外電子層上都只有1個電子，因此它們有相像的化學性質(zhì)，在化合物中化合價都是＋1。②原子結構的遞變性確定元素性質(zhì)的遞變性由于隨著核電荷數(shù)的增加，堿金屬元素原子的電子層數(shù)漸漸增多，原子半徑漸漸增大，原子核對最外層電子的引力漸漸減弱。因此，堿金屬元素的原子失去最外層電子的實力漸漸增加，堿金屬元素的金屬性也漸漸增加。1.依據(jù)堿金屬性質(zhì)分析K能否從NaCl溶液中置換出Na?提示：不能。K的活潑性大于Na，但由于K與水反應，故K不會與NaCl溶液中的Na＋反應，不能置換出Na。2．思索堿金屬在自然界中能否以游離態(tài)存在？提示：不能。因為堿金屬元素的單質(zhì)能與空氣中的O2、水發(fā)生猛烈反應，故堿金屬在自然界中不能以游離態(tài)存在。3．試驗室能否用煤油保存少量的金屬鋰？提示：不能。鋰的密度小于煤油的密度，鋰會浮在煤油液面上，無法與空氣隔絕，會被空氣中的氧氣氧化，故不能將鋰保存在煤油中。少量的鋰應密封在石蠟油中。4．結合鈉的性質(zhì)分析，試驗室中應如何保存單質(zhì)鉀？提示：鉀的性質(zhì)比鈉的活潑，與O2、H2O等反應更為猛烈，雖然鉀的密度比鈉的略小，但鉀的密度仍比煤油的大，試驗室中通常將少量的鉀保存在煤油中。[例1]下列有關銫及其化合物的說法不正確的是()A．CsOH的堿性比KOH的強B．銫與水或酸溶液反應猛烈，都生成H2C．Cs的還原性比Na的強，故Na＋的氧化性強于Cs＋的D．Na的金屬性比Cs的強[思路分析]解答本題用到的學問點包括(1)堿金屬元素原子的結構特點：最外層只有1個電子；(2)金屬性與失去電子實力的關系：越易失去電子，金屬性越強。[解析]A項，K、Cs的最外層電子數(shù)都為1，Cs的電子層數(shù)比K的多，失去最外層電子更簡潔，故Cs的金屬性比K的強，CsOH的堿性比KOH的強。B項，Cs的性質(zhì)與Na的相像，但與水或酸反應更猛烈，都生成H2。C項，Cs的還原性比Na的強，所以Na＋得到電子的實力比Cs＋的強，即氧化性：Na＋>Cs＋。D項，Cs的金屬性強于Na的。[答案]D下列對堿金屬的敘述，不正確的是(A)①鉀通常保存在煤油中，以隔絕與空氣的接觸②堿金屬常溫下呈固態(tài)，取用時可干脆用手拿③堿金屬中還原性最強的是鉀④堿金屬陽離子，氧化性最強的是Li＋⑤堿金屬的原子半徑和離子半徑都隨核電荷數(shù)的增大而增大⑥從Li到Cs，堿金屬的密度越來越大，熔、沸點越來越高A．②③⑥ B．②③④C．④⑤⑥ D．①③⑤解析：②中堿金屬不行干脆用手拿，否則會和手上的汗水反應生成強堿而腐蝕皮膚；③堿金屬中還原性最強的不是鉀；⑥從Li到Cs，密度呈增大趨勢，但K的密度小于Na；堿金屬的熔、沸點越來越低。所以②③⑥錯，選A。探究點二鹵族元素的相像性、遞變性和特性1．相像性(1)與H2反應：X2＋H2eq\o(=,\s\up17(肯定條件))2HX(2)與活潑金屬(如Na)反應：2Na＋X2eq\o(=,\s\up17(點燃))2NaX(3)與H2O反應eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(X2＋H2OHX＋HXOX＝Cl、Br、I,2F2＋2H2O=4HF＋O2))(4)鹵素單質(zhì)與變價金屬(如Fe)反應eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(2Fe＋3X2=2FeX3X＝F、Cl、Br,Fe＋I2=FeI2))2．遞變性(1)按由F到I的依次，單質(zhì)的非金屬性漸漸減弱。(2)F－、Cl－、Br－、I－的還原性漸漸增加。(3)氫化物的穩(wěn)定性：HF>HCl>HBr>HI(4)氫化物的還原性：HF<HCl<HBr<HI(5)最高價含氧酸的酸性：HClO4>HBrO4>HIO4，F(xiàn)無正價，故無含氧酸。(6)密度：鹵族元素，自上而下，單質(zhì)的密度漸漸增大。(7)熔、沸點：鹵族元素與堿金屬元素相反，自上而下，單質(zhì)的熔、沸點漸漸上升。(8)溶解性：除F2外，鹵素單質(zhì)在水中的溶解度均不大，均易溶于有機溶劑。3．特性(1)鹵族元素是最外層電子數(shù)最多的主族元素，鹵族是唯一全部由非金屬元素構成的主族，鹵素的非金屬性比同周期其他元素都強。(2)氟是最活潑的非金屬，單質(zhì)的氧化性最強，氟離子(F－)很難被氧化。氟元素在化合物中的化合價只有－1，無正價，常溫下氟氣與水猛烈反應且不同于其他鹵素(產(chǎn)物不同，原理不同)，不能從其他鹵化物的水溶液中置換出其他鹵素(先與水發(fā)生置換反應)，能與稀有氣體反應(常見的產(chǎn)物均為白色)。(3)溴在常溫下為紅棕色液體(唯一的液態(tài)非金屬單質(zhì))，極易揮發(fā)產(chǎn)生紅棕色且有毒的溴蒸氣。試驗室通常將溴密閉保存在陰冷處，不能用橡皮塞，盛有液溴的試劑瓶內(nèi)常加適量水。(4)碘是紫黑色固體，具有金屬光澤，易升華(常用于分別提純碘)、易吸潮(遇鐵在水催化下易反應，故盛放碘的瓶子不能用鐵蓋)，使淀粉變藍色(常用來檢驗碘的存在)，碘的氧化性較其他鹵素弱，與變價金屬鐵反應生成FeI2而不是FeI3。(5)氫氟酸為弱酸，有劇毒，能腐蝕玻璃，試驗室中常用鉛制或塑料瓶容器保存氫氟酸。1.依據(jù)鹵族元素的性質(zhì)分析，將F2通入NaCl溶液中得到什么氣體？提示：F2的氧化性大于Cl2，但由于F2與水發(fā)生反應：2F2＋2H2O=4HF＋O2，F(xiàn)2不與溶液中的Cl－反應，故F2通入NaCl溶液中得到的是O2而不是Cl2。2．已知還原性I－>Br－>Cl－>F－，試從原子結構的角度分析緣由。提示：還原性即微粒失去電子的實力。按I－→Br－→Cl－→F－的依次，離子的半徑漸漸減小，原子核對最外層電子的吸引力漸漸增大，失去電子的實力漸漸減弱，故還原性漸漸減弱。[例2]下列關于鹵族元素性質(zhì)的敘述正確的是(按從F到I的依次)()①單質(zhì)的氧化性漸漸增加②單質(zhì)的顏色漸漸加深③氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性漸漸增加④單質(zhì)的沸點漸漸上升⑤陰離子的還原性漸漸增加A．①②③ B．②③④C．②④⑤ D．①③⑤[思路分析]解答本題的關鍵是要抓住鹵族元素的遞變性。[解析]F2、Cl2、Br2、I2的氧化性漸漸減弱，其對應陰離子F－、Cl－、Br－、I－的還原性漸漸增加，故①錯誤，⑤正確；F2、Cl2、Br2、I2的顏色由淺黃綠色→黃綠色→深紅棕色→紫黑色漸漸加深，②正確；HF、HCl、HBr、HI的穩(wěn)定性漸漸減弱，③錯誤；在通常狀況下，F(xiàn)2、Cl2、Br2、I2的狀態(tài)改變?yōu)闅鈶B(tài)→液態(tài)→固態(tài)，其沸點漸漸上升，④正確，故答案為C。[答案]C甲、乙、丙三種溶液各含有一種X－(X－為Cl－、Br－、I－)，向甲中加淀粉溶液和新制的氯水變?yōu)槌壬?，將此溶液倒入丙中，顏色無明顯改變。則甲、乙、丙依次含有(B)A．Br－、Cl－、I－ B．Br－、I－、Cl－C．I－、Br－、Cl－ D．Cl－、I－、Br－解析：熟知有關鹵素學問：①單質(zhì)氧化性為Cl2>Br2>I2，而對應陰離子的還原性為I－>Br－>Cl－；②碘單質(zhì)可使淀粉變藍色，溴水顏色為橙色。由此可推出甲中加淀粉溶液和新制的氯水后變?yōu)槌壬f明甲中含有Br－，再加入丙溶液無明顯改變，則說明丙中無I－。1．下列關于堿金屬按Li、Na、K、Rb、Cs的依次敘述中不正確的是(C)A．堿金屬原子最外層都只有一個電子，在化學反應中簡潔失去電子表現(xiàn)出強還原性B．單質(zhì)的熔點和沸點依次遞減C．單質(zhì)都能與水反應生成堿，都能在空氣中燃燒生成過氧化物D．原子半徑漸漸增大，單質(zhì)與水反應的猛烈程度漸漸增加解析：依據(jù)堿金屬的原子結構示意圖，看出堿金屬原子最外層都只有一個電子，原子半徑漸漸增大，在化學反應中簡潔失去最外層電子表現(xiàn)出強還原性；它們與水反應的猛烈程度漸漸增加；依據(jù)堿金屬的物理性質(zhì)改變規(guī)律，堿金屬單質(zhì)的熔沸點漸漸降低；金屬鋰在氧氣中燃燒生成一般氧化物：4Li＋O2eq\o(=,\s\up17(△))2Li2O。2．鈉和銫都是堿金屬元素，下列關于銫及其化合物的敘述中不正確的是(B)A．其單質(zhì)在常溫下與H2O的反應比Na更猛烈B．其單質(zhì)能從NaCl水溶液中置換出NaC．CsOH屬于強堿，其堿性強于NaOHD．其單質(zhì)極易被氧化，可保存在煤油中解析：銫與鈉同屬堿金屬元素，化學性質(zhì)相像，隨著核電荷數(shù)增加和原子半徑增大，銫比鈉金屬活動性更強，單質(zhì)的還原性更強，單質(zhì)更易被氧化，氫氧化物堿性也更強，A、C、D三項均正確。由于銫與水猛烈反應，生成氫氧化銫和氫氣，故它不能從NaCl溶液中置換出Na，B項錯誤。3．鹵素是最活潑的一族非金屬，下列關于鹵族元素的說法正確的是(C)A．鹵素單質(zhì)的最外層電子數(shù)都是7B．從上到下，鹵素原子的電子層數(shù)依次增多，半徑依次減小C．從F到I，原子核對最外層電子的吸引實力依次減弱，原子得電子實力依次減弱D．鹵素單質(zhì)與H2化合的簡潔程度為F2<Cl2<Br2<I2解析：鹵素原子最外層有7個電子，而不是單質(zhì)最外層有7個電子，A項錯誤；鹵素原子從F到I，電子層數(shù)依次增多，半徑依次增大，原子核對最外層電子吸引實力依次減弱，原子得電子實力依次減弱，故B項錯誤，C項正確；單質(zhì)與H2化合的簡潔程度為F2>Cl2>Br2>I2，故D項錯誤。4．下列說法正確的是(C)A．F、Cl、Br的最外層電子數(shù)都是7，次外層電子數(shù)都是8B．隨著原子序數(shù)的遞增，HF、HCl、HBr、HI的酸性漸漸減弱C．鹵素按F、Cl、Br、I的依次其非金屬性漸漸減弱的緣由是隨著核電荷數(shù)增加電子層數(shù)增多原子半徑增大起主要作用D．砹是原子序數(shù)最大的鹵族元素，依據(jù)鹵素性質(zhì)的遞變規(guī)律，砹易溶于水，難溶于CCl4解析：F的次外層電子數(shù)為2，Br的次外層電子數(shù)為18，A項錯誤；HF、HCl、HBr、HI的酸性漸漸增加，B項錯誤；由碘微溶于水，易溶于四氯化碳，可推知，砹微溶于水，易溶于CCl4，D項錯誤。5．已知“類鹵素”性質(zhì)與Cl2相像，鹵素與“類鹵素”的氧化性由強到弱的依次為F2>(OCN)2>Cl2>Br2>(CN)2>(SCN)2>I2>(SeCN)2。則下列敘述中不正確的是(A)A．I2＋2SCN－=2I－＋(SCN)2在溶液中能進行B．Cl2＋2CN－=2Cl－＋(CN)2在溶液中能進行C．離子還原性：F－<OCN－<Br－<SCN－D．(CN)2溶于水的化學方程式為(CN)2＋H2O=HCN＋HCNO解析：A.氧化性(SCN)2>I2，則2I－＋(SCN)2=I2＋2SCN－在溶液中能進行，I2＋2SCN－=2I－＋(SCN)2在溶液中不能進行。B.氧化性Cl2>(CN)2，則Cl2＋2CN－=2Cl－＋(CN)2在溶液中能進行。C.氧化性F2>(OCN)2>Br2>(SCN)2，則離子還原性F－<OCN－<Br－<SCN－。D.“類鹵素”性質(zhì)與Cl2相像，Cl2溶于水的化學方程式為Cl2＋H2O=HCl＋HClO，則(CN)2溶于水的化學方程式為(CN)2＋H2O=HCN＋HCNO。6．下列預料某些堿金屬元素及其化合物的性質(zhì)的結論錯誤的是(D)選項已知某些堿金屬元素及其單質(zhì)的性質(zhì)預料某些堿金屬元素及其單質(zhì)的性質(zhì)A鋰、鈉、鉀三種元素在自然界中都以化合態(tài)存在銣元素和銫元素在自然界中都以化合態(tài)存在B鉀單質(zhì)與空氣中的氧氣反應比鈉單質(zhì)更猛烈，甚至能燃燒銣單質(zhì)和銫單質(zhì)比鉀單質(zhì)更簡潔與氧氣反應，遇到空氣就會馬上燃燒續(xù)表C鉀單質(zhì)與水反應比鈉單質(zhì)更猛烈，甚至爆炸銣和銫比鉀更簡潔與水反應，遇水馬上燃燒，甚至爆炸D鋰元素和鈉元素在化合物中的化合價都是＋1價，鈉單質(zhì)與氧氣反應生成的氧化物有Na2O和Na2O2鋰單質(zhì)與氧氣反應生成的氧化物有Li2O和Li2O2解析：A.鋰、鈉、鉀三種元素在自然界中都以化合態(tài)存在，緣由是它們的單質(zhì)都很活潑，易與氧等結合為化合物，銣和銫的單質(zhì)更活潑，故該預料結論正確。B.鉀單質(zhì)與空氣中的氧氣反應比鈉單質(zhì)更猛烈，緣由是鉀單質(zhì)比鈉單質(zhì)活潑性強，銣單質(zhì)和銫單質(zhì)比鉀單質(zhì)更活潑，故該預料結論正確。C.鉀單質(zhì)與水反應比鈉單質(zhì)更猛烈，緣由是鉀單質(zhì)比鈉單質(zhì)活潑性強，銣單質(zhì)和銫單質(zhì)比鉀單質(zhì)更活潑，故該預料結論正確。D.鋰單質(zhì)與氧氣反應生成的氧化物只有Li2O，故該預料結論不正確。7．試驗探究是體驗學問的產(chǎn)生或形成過程的基本途徑。下面是某同學探究試驗報告的一部分，請?zhí)羁眨涸囼灻Q：氯、溴、碘的氧化性強弱比較試驗藥品：NaCl溶液、NaBr溶液、KI溶液、氯水、溴水、四氯化碳(1)完成該試驗需用到的儀器是試管，量筒；(2)CCl4在試驗中所起的作用是萃取劑，使生成的Br2、I2溶于其中，便于視察試驗現(xiàn)象；(3)在試驗②中四氯化碳層顏色改變過程為由無色漸漸變?yōu)槌燃t色；(4)該同學的試驗缺陷是不能證明溴的氧化性強于碘，改進的方法是再做一組試驗④，步驟：KI溶液＋溴水＋1_mL_CCl4，振蕩，靜置，視察CCl4層顏色。解析：利用非金屬單質(zhì)間的轉(zhuǎn)換反應來比較單質(zhì)的氧化性強弱。Cl2能置換出Br2、I2，Br2能置換出I2，則說明氧化性Cl2>Br2>I2。8．最近，德國