【同步讲义】高中化学（苏教版2019）必修第一册--5.1.3 同主族元素的性质 讲义

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第3课时 同主族元素的性质
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课程标准
课标解读
1．通过碱金属、卤族元素原子的结构特点，解释碱金属、卤族元素性质的相似性和递变性。
2．能利用元素在周期表中的位置和原子结构分析、预测、比较元素及其化合物的性质。
1．能根据探究目的对碱金属与水的反应以及卤素单质之间的置换反应的实验方案进行设计并优化实验方案，完成实验操作，培养观察能力及实验探究能力。（科学探究与创新意识）
2．能利用元素周期律、元素周期表预测元素及其化合物的性质。（宏观辨识与微观探析）
3．能利用元素在元素周期表中的位置和原子结构分析、比较元素及其化合物的性质。（证据推理与模型认知）
4．树立“结构决定性质、性质决定用途”的思维理念。并能根据元素周期表预测新元素及其性质。（证据推理与模型认知）

知识点01 碱金属元素原子结构和性质递变规律
1．碱金属元素的原子结构的相似性和递变性
元素名称
锂
钠
钾
铷
铯
元素符号
Li
Na
K
Rb
Cs
原子结构示意图





相似性
最外层均有1个电子
递变性
从Li到Cs随核电荷数的增加，电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大
2．碱金属元素物理性质的相似性和递变性
(1)相似性：除铯外，碱金属元素都是银白色的单质，硬度小，延展性好，密度较小，熔点较低。
(2)递变性：从Li~Cs，熔点逐渐降低。
3．碱金属元素化学性质的相似性和递变性
(1)相似性：碱金属都是活泼金属，均易失去1个电子，在化合物中均为＋1价。
①单质的性质
均能与非金属单质(O2、Cl2)反应
与水反应（用R表示单质），反应通式：2R+2H2O=2ROH+H2↑
与酸反应，反应通式：2R+2H+=2R++H2↑
②碱金属的最高价氧化物(R2O)对应的水化物(ROH)，一般都具有强碱性。
(2)递变性：根据下表中碱金属与水反应的现象，你能推测出哪些规律？
碱金属
Li
Na
K
Rb
Cs
与水反应的现象　　
反应较为缓和，锂浮在水面，并以稳定、适中的速度释放出气体
反应迅速并放热，钠融化成小球
反应迅速，伴有燃烧，轻微爆炸
剧烈反应，发生爆炸
剧烈反应，发生剧烈爆炸
(3)结论：
碱金属都能与水反应，从Li~Cs，反应越来越剧烈。
LiOH、NaOH、KOH、RbOH的碱性逐渐增强。
随着核电荷数的递增，碱金属元素的金属性逐渐增强。
【即学即练1】锂(Li)是世界上最轻的金属，它属于碱金属的一种。下列说法正确的是(　　)
A．碱金属单质在氧气中燃烧，都生成过氧化物
B．Li是碱金属原子中半径最小的原子
C．Li、Na、K、Rb＋的最外层都只有一个电子
D．Na＋比Li多一个电子层
答案：B
解析：A选项，碱金属越活泼，在氧气中燃烧的产物越复杂，错误；B选项，碱金属中，Li的原子半径最小，正确；C选项，Rb＋带1个正电荷，最外层电子数为8，错误；D选项，Na+有两个电子层，与Li的电子层数相同，错误。故选B。

知识点02 卤族元素原子结构和性质递变规律
1．卤族元素原子结构的相似性和递变性
元素名称
氟
氯
溴
碘
元素符号
F
Cl
Br
I
相似性
最外层均有7个电子。
递变性
从F到I，随核电荷数的增加，电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大。
2．卤族元素单质物理性质的相似性和递变性
颜色：颜色加深
熔、沸点：逐渐升高
水溶性：逐渐减小
3．卤素单质化学性质的相似性和递变性
(1)相似性
卤族元素的原子最外层均有7个电子，得电子的能力强，容易得1个电子，其单质都具有较强的氧化性，自然界中不存在游离态的卤素单质。
(2)递变性
①实验探究卤素单质(Cl2、Br2、I2)氧化性的强弱
实验操作
实验现象
离子方程式
氯水与NaBr溶液反应
溶液变为橙黄色
2Br－＋Cl2=2Cl－＋Br2
氯水与KI溶液反应
溶液变为棕黄色
2I－＋Cl2=2Cl－＋I2
溴水与KI溶液反应，加入四氯化碳溶液，振荡静置
静置后，液体分层，下层呈紫红色
2I－＋Br2=2Br－＋I2
结论：Cl2、Br2、I2单质的氧化性由强到弱的顺序是Cl2＞Br2＞I2，相应阴离子的还原性由强到弱的顺序是I－＞Br－＞Cl－。
②从F→I，单质与氢气反应越来越难，气态氢化物的稳定性依次减弱。
③从Cl→I，最高价氧化物对应水化物的酸性越来越弱。
(3)结论：随核电荷数的递增，ⅦA族元素原子的得电子能力越来越弱，元素的非金属性越来越弱。
【即学即练2】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，其溶、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

知识点03 元素周期表的中元素原子结构与性质的关系
1．同周期(从左到右)元素性质的递变规律

相同 增加 减小 减弱 增强 减弱 增强
2．同主族(自上而下)元素性质的递变规律

相同 增大 增大 增强 减弱 增强 减弱
3．元素周期表的金属区和非金属区

(1)分界线的划分：沿着周期表中B、Si、As、Te、At跟Al、Ge、Sb、Po之间画一条斜线，斜线的左边是金属元素，右边是非金属元素。
(2)分界线附近的元素，既能表现出一定的金属性，又能表现出一定的非金属性，故元素的金属性和非金属之间没有严格的界线。
【即学即练3】比较物质的性质（用化学式和“>”、“<”表示）
Na、Mg的单质与水反应的剧烈程度：_____________________
Si、P的单质与氢气化合的难易程度：_____________________
O、S元素的气态氢化物的稳定性：_____________________
P、Cl元素的气态氢化物的稳定性：_____________________
Be、Mg元素的最高价氧化物对应水化物的碱性：_____________________
S、Cl元素的最高价氧化物对应水化物的酸性：_____________________
N、P元素的最高价氧化物对应水化物的酸性：_____________________
答案：Na>Mg Si

H2S PH3H3PO4
解析：回答问题时，要写出对应的化学式，不能只用元素符号表示。

能力拓展

考法01 碱金属元素性质的递变规律
1．碱金属单质物理性质的相似性和递变性

2．碱金属元素化学性质的相似性和递变性
(1)相似性：都是活泼金属，均易失去1个电子，在化合物中均为＋1价。

碱金属的最高价氧化物(R2O)对应的水化物(ROH)，一般都具有强碱性。
3．碱金属元素性质的变化规律
随着核电荷数的递增，碱金属元素的单质与水反应越来越剧烈，说明碱金属元素的原子越易失去电子，单质的还原性越来越强，元素的金属性越来越强。
从Li→Cs，与氧气反应越来越剧烈，产物越来越复杂。
LiOH、NaOH、KOH、R把OH的碱性逐渐增强。
【典例1】下列关于碱金属元素的性质说法正确的是（ ）
A．从锂到铯，碱金属元素单质的密度依次增大
B．从Li→Cs，其离子的氧化性依次减弱
C．金属钾能从氯化钠溶液中置换出钠
D．碱金属在自然界中能以游离态存在
答案：B
解析：A选项，碱金属单质的密度逐渐增大，错误；B选项，Li→Cs，金属性（还原性）增强，其离子的氧化性减弱，正确；C选项，K、Na都是活泼金属，在水溶液中要与水反应，错误；D选项，碱金属元素都是活泼金属元素，在自然界中不能以游离态形式存在。

考法02 卤族元素元素性质的递变规律
1．卤族元素单质物理性质的相似性和递变性
颜色：颜色加深
熔、沸点：逐渐升高
水溶性：逐渐减小
2．卤素元素性质的相似性和递变性
(1)卤族元素的原子最外层均有7个电子，得电子的能力强，容易得1个电子，其单质都具有较强的氧化性，故自然界中不存在游离态的卤素单质。

(2)Cl2、Br2、I2单质的氧化性由强到弱的顺序是Cl2＞Br2＞I2，相应阴离子的还原性由强到弱的顺序是I－＞Br－＞Cl－。
(3)从F→I，单质与氢气反应越来越难，气态氢化物的稳定性依次减弱。
(4)从Cl→I，最高价氧化物对应水化物的酸性越来越弱
【典例2】下列关于卤族元素的说法正确的是（ ）
A．卤素单质在自然界中能以游离态存在
B．卤素原子最外层都有7个电子，其最高正化合价都为＋7价
C．HF、HCl、HBr、HI的稳定性依次减弱
D．随核电荷数的增加，卤素单质的熔、沸点逐渐降低
答案：C
解析：A选项，卤素单质在自然界中只能以化合态存在，错误；B选项，F没有最高正化合价，错误；C选项，F、Cl、Br、I的非金属性逐渐减弱，气态氢化物的稳定性逐渐减弱，正确；D选项，卤素单质的熔、沸点逐渐增大，错误。故选C。

分层提分


题组A 基础过关练
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．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的排布情况，尤其是最外层电子数。钾原子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．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．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17 B．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；该元素是氯元素，属于非金属元素，C项正确；最外层电子数是7，在化学反应中容易得到1个电子达到8电子稳定结构，D项错误。
5．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。
6．下列各组物质性质比较的表示中，正确的是(　　)
A．还原性：HF>HCl>HBr>HI
B．稳定性：HF C．与水反应由易到难：Cl2>Br2>I2>F2
D．密度：F2 答案：D
7．下列结论正确的是(　　)
①原子半径：K＞Cl＞S ②氢化物稳定性：HF＞H2S＞PH3
③单质氧化性：Cl2＞S＞Si ④酸性：H2SO4＞HClO
⑤碱性：KOH＞NaOH＞Mg(OH)2
A．仅①③④ B．仅⑤ C．仅②③④⑤ D．仅①③
答案：C
8．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－ 答案：C
解析：A项，F2与H2O的反应为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。
9．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，碱金属单质和卤素单质的熔点都逐渐降低
答案：D
解析：A选项，Br元素比I元素非金属性强，因此溴单质与H2反应更剧烈，正确；B选项，碱金属元素中，从上到下元素的金属性(失去电子能力)逐渐增强，卤素从上到下，元素的非金属性（得电子能力）逐渐减弱，正确；C选项，钾比钠活泼，与水反应更剧烈，正确；D选项，随着核电荷数增加，碱金属单质熔点逐渐降低，卤素单质的熔点逐渐增大，错误。故选D。
10．比较下列元素的性质（用“>”、“<”表示）
金属性：Li___Na Mg___Ca K___Ca
非金属性：N___F F___Cl Si___P
答案：< < > < > <
11．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＋O22Li2O　(4)KOH
12．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：_______________________________。
(5)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
答案：(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)
(5)D

题组B 能力提升练
1．根据同主族元素的性质递变规律分析下面的推断，其中错误的是(　　)
A．氯化氢比溴化氢稳定
B．硒化氢比硫化氢稳定
C．氢氧化锶比氢氧化钙的碱性强
D．铍原子的失电子能力比镁弱
答案：B
解析：A选项，非金属性Cl>Br，稳定性HCl>HBr，正确；B选项，Se和S同族，非金属性S>Se，稳定性H2S>H2Se，错误；C选项Sr和Ca同族，金属性Sr>Ca，故氢氧化锶的碱性强，正确；D选项，Be与Mg同主族，金属性Mg>Be，失电子能力Mg>Be，正确。故选B。
2．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1 g·cm－3
D．“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。
3．下列事实不能说明X元素比Y元素的非金属性强的是(　　)
①与H2化合时X单质比Y单质容易
②X的最高价氧化物对应水化物的酸性比Y的最高价氧化物对应水化物的酸性强
③X原子的最外层电子数比Y原子的最外层电子数多
④X单质可以把Y从其氢化物中置换出来
⑤X元素的最高正价比Y的高
⑥气态氢化物溶于水后的酸性：X强于Y
A．②⑤⑥ B．③④⑥
C．①④⑥ D．③⑤⑥
答案：D
解析：①与H2越容易化合，则该元素的非金属性越强，正确；②最高价氧化物对应水化物的酸性越强，该元素的非金属性越强，正确；③两元素如果位于同一周期，X原子最外层电子数多，则X在Y右边，则X非金属性更强，如果不在同一周期，则不一定能够判断，错误；④该置换反应说明X单质的氧化性更强，因此X的非金属性强，正确；⑤最高正价的高低不能比较非金属性的强弱，如非金属性F>Cl，但是F没有正价，错误；⑥气态氢化物的稳定性强弱可以比较元素的非金属性强弱，但是对应氢化物水溶液的酸性强弱不能比较非金属性的强弱，错误。
4．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 Ⅰ 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_________，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)6　1　55　(2)无　蓝　2Cs＋2H2O=2CsOH＋H2↑　(3)强

题组C 培优拔尖练
1．微量元素硒(Se)对人体有保健作用，我国鄂西地区含有丰富的硒矿资源。已知硒与氧同主族，与钾同周期，下列有关硒元素的性质描述错误的是(　　)
A．硒的氢化物以H2Se形式存在
B．硒的氧化物以Se2O3形式存在
C．硒的氢化物的热稳定性比硫化氢差
D．硒的最高价氧化物对应水化物的化学式是H2SeO4
答案：B
解析：Se和O同主族，性质具有相似性，其氢化物为H2Se，故A正确；Se元素位于第ⅥA族，最高化合价为＋6价，其氧化物有SeO2、SeO3，故B错误；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，因此，H2Se的稳定性低于H2S，故C正确；Se元素的最高化合价为＋6价，其最高价氧化物对应水化物的化学式为H2SeO4，故D正确。
2．如图所示是氯气的制备以及氯、溴、碘的非金属性比较实验，充分反应一段时间后，打开装置D的活塞，将装置D中少量溶液加入装置E中，振荡，观察实验现象，已知卤族元素的单质易溶于有机溶剂苯，苯的密度小于水。下列说法正确的是(　　)

A．F2不能与NaCl溶液反应置换出氯气
B．装置B中可盛放水吸收氯气中的HCl气体
C．装置E下层呈现紫红色
D．装置E中有机试剂层呈现紫红色，能说明非金属性：Br>I
答案：A
解析：A项，F2极易与水反应生成氟化氢和氧气，所以F2不能与NaCl溶液反应置换出氯气，正确；B项，氯气易与水反应生成次氯酸和盐酸，所以不能用水吸收氯气中的杂质，错误；C项，苯的密度比水的小，应在上层，所以装置E上层呈现紫红色，错误；D项，溴单质和碘化钾反应生成碘单质，但过量的氯气也会氧化碘离子生成碘单质，造成干扰，所以不能证明非金属性：Br>I，错误。
3．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装置的名称是______________。干燥管D的作用是_______________________。
(2)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强于硫：烧瓶中发生反应的离子方程式为_____________________________________。装置C中的实验现象为有淡黄色沉淀生成，离子方程式为_______________________________。
(3)若要用此装置证明酸性：HNO3＞H2CO3＞H2SiO3，进而证明非金属性：N＞C＞Si，从以下所给物质中选出甲同学设计的实验所用到的物质：
①稀HNO3　②稀盐酸　③碳酸钙　④Na2SiO3溶液　⑤SiO2
试剂A与C分别为________(填序号)；试管中发生反应的离子方程式为______________________________________。
有同学认为此实验不能说明N、C、Si的非金属性强弱，你认为原因是______________________________________________。
答案：(1)分液漏斗　防倒吸　(2)2MnO＋10Cl－＋16H＋===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O　
Cl2＋S2－===S↓＋2Cl－　(3)①、④　CO2＋H2O＋SiO===H2SiO3↓＋CO　HNO3有挥发性，也会和硅酸钠反应生成硅酸
解析：(2)设计实验验证非金属性：Cl＞S，利用氯气与Na2S的氧化还原反应可验证，则装置A、B、C中所装药品应分别为浓盐酸、KMnO4、Na2S溶液，烧瓶中发生反应的离子方程式为2MnO＋10Cl－＋16H＋===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O；装置C中的实验现象为有淡黄色沉淀生成，装置C中发生反应的离子方程式为Cl2＋S2－===S↓＋2Cl－。(3)探究元素非金属性强弱，由图可知应是利用最高价含氧酸的酸性强弱比较，所以A中试剂为稀硝酸，B中为碳酸钙，C中为Na2SiO3溶液；所以试剂A、C分别为①、④。试管中为Na2SiO3溶液，向其中通入CO2生成硅酸白色沉淀，发生反应的离子方程式为CO2＋H2O＋SiO===H2SiO3↓＋CO；通入试管中的CO2气体中混有挥发出的硝酸，硝酸也能与硅酸钠溶液反应生成硅酸，无法确定CO2是否与硅酸钠溶液反应，即不能说明N、C、Si的非金属性强弱。