高中化学人教版 (2019)必修 第一册第一节 原子结构与元素周期表优质课第2课时2课时教案设计

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碱金属元素





1．金属元素的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；非金属元素的原子最外层一般多于4个，在化学反应中容易得到电子，具有非金属性。


2．碱金属原子结构特点


(1)原子结构





(2)对比归纳


①递变性：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。


②相似性：最外层电子数都是1。


3．碱金属化学性质的比较


(1)钠、钾与氧气反应





(2)钠、钾与水反应





(3)碱金属元素的化学性质与原子结构之间的关系


从Li→Cs，随核电荷数增加，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→元素的原子失电子能力逐渐增强→元素的金属性逐渐增强。


一般情况下，元素的金属性强弱可以从以下两个方面判断：


①单质与水(或酸)反应置换出氢的难易程度；


②最高价氧化物的水化物——氢氧化物的碱性强弱。


4．碱金属物理性质的比较








碱金属单质化学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．碱金属元素都是典型的活泼金属，其原因是( )


A．密度小，熔、沸点低


B．在自然界中无游离态存在


C．常温下易液化


D．最外层只有一个电子，容易失去


解析：选D。结构决定性质，因为碱金属元素原子最外层只有一个电子，很容易失去，所以化学性质活泼。


2．下列关于碱金属元素性质的比较不正确的是( )


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、沸点：Li>Na>K


D．碱性：LiOH

解析：选B。锂的活泼性比钠弱，与水反应不如钠剧烈，A正确。还原性K>Na>Li，但K不能从NaCl溶液中置换出Na，而是先与H2O反应，B错误。碱金属元素从Li到Cs，熔、沸点逐渐降低，即Li>Na>K>Rb>Cs，C正确。从Li到Cs，碱金属元素的金属性逐渐增强，最高价氧化物对应的水化物的碱性依次增强，即碱性LiOH

3．关于碱金属单质的性质叙述正确的是( )


A．在空气中加热反应的生成物都是过氧化物


B．与水反应都能生成碱和氢气


C．熔、沸点随原子序数增加而升高


D．还原性随原子电子层数增加而减弱


解析：选B。碱金属单质在空气中加热反应的生成物是有区别的：Li生成Li2O；Na生成Na2O2。碱金属单质都能与水反应生成碱和氢气。随核电荷数的增大，碱金属单质的熔、沸点逐渐降低，还原性逐渐增强。


卤族元素





1．卤素单质物理性质的比较





2.卤素原子结构特点


(1)原子结构





(2)对比归纳


①递变性：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。


②相似性：最外层电子数都是7。


3．卤素单质化学性质的比较


(1)与氢气的化合反应





(2)卤素单质间的置换反应





4.卤族元素的化学性质与原子结构之间的关系


从F→I，随着核电荷数增加，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→元素的原子得电子能力逐渐减弱→元素的非金属性逐渐减弱。


一般情况下，元素的非金属性强弱可以从以下两个方面判断：


①单质与氢气生成气态氢化物的难易程度及氢化物的稳定性；


②最高价氧化物的水化物的酸性强弱。





卤族元素单质化学性质的相似性和递变性


1．相似性








2．递变性





具体情况如下：





续 表





3.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，淀粉遇I2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↑。





1．卤素按F、Cl、Br、I的顺序，其非金属性逐渐减弱的原因是( )


A．原子核内质子数增多起主要作用


B．相对原子质量逐渐增大起主要作用


C．其单质的密度增大起主要作用


D．随着核电荷数增加电子层数增大起主要作用


解析：选D。F、Cl、Br、I元素非金属性逐渐减弱的原因主要是核外电子层数增加，原子核对最外层电子的吸引能力减弱。


2．关于卤素(从氟到碘)单质性质递变规律的说法中不正确的是( )


A．颜色逐渐加深


B．熔点和沸点依次升高


C．Cl2可以从KI溶液中置换出I2


D．Br2可以从NaCl溶液中置换出Cl2


解析：选D。Cl的非金属性强于Br，故Br2不能从NaCl溶液中置换出Cl2，选项D错误。


3．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．氧化性：F2＞Cl2＞Br2＞I2


解析：选D。A项应为HI>HBr>HCl>HF；B项应为HF>HCl>HBr>HI；C项应为F2>Cl2>Br2>I2。





合格考训练


1．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：选C。由题图可知，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。


2．下列说法中，不符合ⅦA族元素性质特征的是( )


A．从上到下，元素的非金属性逐渐增强


B．易形成－1价离子


C．最高价氧化物的水化物显酸性


D．从上到下，氢化物的稳定性依次减弱


解析：选A。ⅦA族元素，从上到下，元素的非金属性逐渐减弱，A不符合ⅦA族元素性质特征；最外层均是7个电子，均易得到1个电子达到8电子稳定结构，易形成－1价离子；最高价氧化物的水化物显酸性；从上到下，元素的非金属性逐渐减弱，氢化物的稳定性依次减弱。


3．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．和Li同一主族的都是金属元素


B．Na＋比Li多一个电子层


C．Li、Na、K＋的最外层都只有一个电子


D．Li是碱金属中原子半径最小的原子


解析：选D。锂在第ⅠA族，该族中还有非金属元素氢，A选项错误；Li、Na＋的原子结构示意图分别为、，B选项错误；K＋的原子结构示意图为，其最外层有8个电子，C选项错误。


4．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7


B．从上到下，卤素原子的电子层数依次增多，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，原子的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


解析：选C。卤素原子最外层有7个电子，而不是单质最外层有7个电子，A项错误；卤素原子从F到I，电子层数依次增多，半径依次增大，原子核对最外层电子的吸引能力依次减弱，原子的得电子能力依次减弱，故B项错误，C项正确；单质与H2化合由易到难的顺序为F2、Cl2、Br2、I2，D项错误。


5．下表为元素周期表的一部分。








(1)表中元素________的非金属性最强；元素________的金属性最强；元素________的单质在室温下呈液态；(填元素符号)


(2)表中元素③的原子结构示意图是________；


(3)表中元素⑥⑦氢化物的稳定性顺序为__________>__________；(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分子式是__________。


解析：(1)根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。(2)元素③为Na，原子结构示意图为。(3)元素⑥⑦分别为Cl、Br，其非金属性Cl>Br，所以氢化物稳定性HCl>HBr。(4)F无正化合价，最高价氧化物对应水化物酸性最强的酸是HClO4。


答案：(1)F K Br (2) (3)HCl HBr


(4)HClO4





等级性测试


1．下列有关碱金属元素的说法中，正确的是( )


A．在实验室里，碱金属元素的单质均保存在煤油中


B．在自然界中碱金属元素均以化合态存在


C．碱金属元素的单质在空气中加热反应生成物质的化学式均可表示为R2O


D．随着核电荷数的递增，碱金属元素的单质与水反应的剧烈程度逐渐减弱


解析：选B。Li的密度比煤油小，会浮在煤油上面，Li应保存在固体石蜡中，A错误；碱金属元素的金属性都很强，在自然界中均以化合态存在，B正确；Na、K等在空气中加热反应会生成更复杂的产物，C错误；随着核电荷数的递增，碱金属元素单质的还原性增强，与水反应的剧烈程度逐渐增强，D错误。


2．下列关于卤族元素在周期表中由上到下性质发生递变的叙述中，正确的是( )


①单质的氧化性增强 ②单质的颜色加深 ③气态氢化物的稳定性增强 ④单质的沸点升高 ⑤阴离子的还原性增强


A．①②③B．②③④


C．②④⑤D．①③⑤


解析：选C。F2、Cl2、Br2、I2的氧化性依次减弱，其对应的阴离子F－、Cl－、Br－、I－的还原性依次增强，故①错，⑤正确；F2、Cl2、Br2、I2的颜色由淡黄绿色→黄绿色→深红棕色→紫黑色，逐渐加深，②正确；HF、HCl、HBr、HI的稳定性逐渐减弱，③错误；F2、Cl2、Br2、I2在通常情况下其状态变化为气→液→固，所以沸点逐渐升高，④正确。


3．下列有关碱金属的说法不正确的是( )


A．均为第ⅠA族元素，最外层均有1个电子


B．单质的还原性：Li＞Na＞K＞Rb＞Cs


C．碱性：LiOH＜NaOH＜KOH＜RbOH＜CsOH


D．由Li到Cs，核电荷数依次增加，电子层数、原子半径依次增大


解析：选B。碱金属位于周期表第ⅠA族，主族序数等于原子最外层电子数，最外层电子数为1，故A正确；同主族电子层数依次增加，失电子能力越来越强，还原性增强，单质的还原性Li＜Na＜K＜Rb＜Cs，故B错误；元素金属性越强，形成的碱的碱性越强，即碱性LiOH＜NaOH＜KOH＜RbOH＜CsOH，故C正确；同一主族，从上到下，电子层数、原子半径依次增大，故D正确。


4．下列关于卤素(用X表示)的叙述正确的是( )


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－的还原性强弱依次为F－

解析：选C。A项，F2与H2O的反应为2F2＋2H2O===4HF＋O2，不可用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。


5．下列叙述中，能说明金属a的活泼性肯定比金属b的活泼性强的是( )


A．a原子的最外层电子数比b原子的最外层电子数少


B．a原子的电子层数比b原子的电子层数多


C．1 ml a从酸中置换H＋生成的H2比1 ml 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，而b不能


答案：D


6．X、Y是元素周期表第ⅦA族中的两种元素。下列叙述能说明X的非金属性比Y强的是( )


A．X原子的电子层数比Y原子的电子层数多


B．Y的单质能将X从NaX的溶液中置换出来


C．X的单质比Y的单质更容易与氢气反应


D．同浓度下X的氢化物水溶液比Y的氢化物水溶液的酸性强


解析：选C。A项因X、Y是元素周期表第ⅦA族中的元素，若X的电子层数多，则说明X比Y的非金属性弱，错误；B项事实说明Y比X更活泼，错误；C项根据单质与H2化合的难易判断，X2与H2化合更容易，说明氧化性X2＞Y2，则非金属性X＞Y，正确；D项判断依据错误，应根据最高价氧化物对应水化物的酸性强弱判断，错误。


7．砹(At)原子序数为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＜I


C．HAt非常稳定


D．I2能从砹的可溶性盐溶液中置换出At2


解析：选C。同主族从上到下，元素的单质状态变化为气态→液态→固态，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＜I，故B正确；同一主族元素，其非金属性随着原子序数增大而减小，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增大而减弱，所以I2可以把砹从砹的可溶性盐溶液中置换出来，故D正确。


8．可能存在的第119号未知元素，位于第ⅠA族，有人称为“类钫”。根据周期表中同族元素的相似性，下列有关“类钫”的预测中不正确的是( )


A．“类钫”原子半径大于铯


B．“类钫”单质有较高的熔点


C．“类钫”在自然界中没有单质，在化合物中显＋1价


D．“类钫”与水反应比Na与水反应更剧烈


解析：选B。“类钫”位于第ⅠA族，在化合物中的化合价为＋1价，C项正确；同主族元素随着核电荷数的增加，金属性逐渐增强，与水反应的剧烈程度增加，D项正确；同主族元素从上到下，原子半径逐渐增大，A项正确；碱金属元素，同主族自上而下，熔点呈降低趋势，“类钫”不可能有较高的熔点，B项错误。


9．据报道，德国科学家实现了铷原子气体超流体态与绝缘态的可逆转换，该成果将给量子计算机的研究带来重大突破。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______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CO2 ④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50 g，当它与足量水反应时，放出标准状况下的氢气22.4 L，这种碱金属可能是________(填字母)。


a．Li b．Na


c．Kd．Cs


解析：(1)由Rb的原子序数是37可推知Rb位于第五周期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eq \f(50 g,M g·ml－1)×1＝eq \f(22.4 L,22.4 L·ml－1)×2，M＝25，因Ar(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。


答案：(1)五 ⅠA (2)①③⑤ (3)ab


10．某同学做同主族元素性质相似性、递变性实验时，自己设计了一套实验方案，并记录了有关实验现象(见下表，表中的“实验方案”与“实验现象”前后不一定是对应关系)。





请你帮助该同学整理并完成实验报告。


(1)实验目的：___________________________________________________________。


(2)实验用品


①试剂：金属钠、金属钾、新制氯水、溴水、0.1 ml·L－1 NaBr溶液、0.1 ml·L－1 NaI溶液等；


②仪器：__________、__________、________、镊子、小刀、玻璃片等。


(3)实验内容(填写与实验方案对应的实验现象的标号和化学方程式)：





(4)实验结论：______________________________________________________________。


答案：(1)探究同主族元素性质的相似性和递变性


(2)试管 胶头滴管 烧杯(培养皿)


(3)





(4)同主族元素性质相似；同主族元素自上而下原子失电子能力增强，得电子能力减弱


课程标准
核心素养
1.认识碱金属元素、卤族元素的性质与其在元素周期表中位置的关系。


2．以碱金属元素和卤族元素为例，了解同主族元素性质的递变规律。
1.宏观辨识与微观探析：能运用原子结构模型说明碱金属元素、卤族元素的性质，形成“结构决定性质”的观念。


2．证据推理与模型认知：知道可以通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系，建立认知模型，并能运用模型解释化学现象，解释现象的本质和规律。
元素


符号
Li
Na
K
Rb
Cs
原子


结构


示意


图
实验


现象
受热后先熔化，然后与氧气剧烈反应，钠产生黄色火焰，钾产生紫色火焰(透过蓝色钴玻璃观察)，钾反应更剧烈
反应


方程式
2Na＋O2eq \(=====,\s\up7(△))Na2O2(钾与氧气反应生成多种氧化物，在中学阶段不作介绍)
实验


结论
金属的活泼性：K＞Na
反应
钠与水的反应
钾与水的反应
操作
在烧杯中加入一些水，滴入几滴酚酞溶液。切取一块绿豆大的钠或钾，用镊子夹取并投入水中
现象
相同点：金属浮在水面上；金属熔成闪亮的小球；小球不停游动；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或着火燃烧
化学方


程式
2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑
2K＋2H2O===2KOH＋H2↑
结论
与水反应剧烈程度：K>Na；金属的活泼性：K>Na
物质的性质
递变规律(Li→Cs)
单


质
与氧气


反应
反应越来越剧烈，产物越来越复杂，Li能生成Li2O；Na能生成Na2O和Na2O2；K、Rb、Cs与氧气反应的产物较复杂，在中学阶段不作介绍
与水


反应
反应越来越剧烈，Na与水剧烈反应，K能发生轻微爆炸，Rb、Cs遇水会立即燃烧甚至发生爆炸
最高价氧化


物对应的


水化物的


碱性
LiOH＜NaOH＜KOH＜RbOH＜CsOH
F2
Cl2
Br2
I2
颜色


(常态)
淡黄绿色


(气体)
黄绿色


(气体)
深红棕色


(液体)
紫黑色


(固体)
密度
eq \(――→,\s\up7(),\s\d5(逐渐增大（Cl2、Br2反常）))
熔、


沸点
eq \(――→,\s\up7(),\s\d5(逐渐升高))
元素


符号
F
Cl
Br
I
原子


结构


示意


图
F2
Cl2
Br2
I2
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
结论
F2→I2：与H2化合越来越难，氢化物稳定性逐渐减弱
实验操作
实验现象
化学方程式
静置后，溶液呈橙色
Cl2＋2KBr===


Br2＋2KCl
静置后，溶液呈浅紫色
Cl2＋2KI===I2＋2KCl
静置后，溶液呈浅紫色
Br2＋2KI===I2＋2KBr
结论
Cl2→I2：氧化性逐渐减弱
物质的性质
递变规律(F2→I2)
单质与氢气反应
反应越来越难
氢化物
稳定性
逐渐减弱
还原性
逐渐增强
物质的性质
递变规律(F2→I2)
最高价氧化物对应的


水化物(氟除外)的酸性
逐渐减弱
课堂小结
族


周期
ⅠA
ⅡA
ⅢA
ⅣA
ⅤA
ⅥA
ⅦA
一
①
二
②
⑤
三
③
⑥
四
④
⑦
实验方案
实验现象
①将氯水滴加到溴化钠溶液中，振荡，静置
A.浮在水面上，熔成小球，不定向移动，随之消失
②将一小块金属钠放入冷水中
B.溶液呈浅紫色
③将溴水滴加到NaI溶液中，振荡，静置
C.浮在水面上，熔成小球，不定向移动，并伴有轻微的爆炸声，很快消失
④将一小块金属钾放入冷水中
D.溶液呈橙色
实验方案
实验现象
化学方程式
①
②
③
④
实验方案
实验现象
化学方程式
①
D
Cl2＋2NaBr===2NaCl＋Br2
②
A
2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑
③
B
Br2＋2NaI===2NaBr＋I2
④
C
2K＋2H2O===2KOH＋H2↑