高中化学人教版 (2019)必修 第一册第二节 元素周期律第三课时学案设计

第三课时　原子结构与元素的性质

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化学核心素养。

1．钠、钾与氧气反应的实验

总结：相同条件下，碱金属从Li到Cs，与O2反应越来越剧烈，产物越来越复杂，说明金属越来越活泼。

2．钠、钾与水反应的比较

[问题和预测]　(1)回忆第二章学过的知识，钠有哪些化学性质？(用化学方程式表示)

提示：①2Na＋O2Na2O2

②2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑

③2Na＋2HCl===2NaCl＋H2↑

(2)结合钠和钾的原子结构特点，请你预测钾可能具有哪些与钠相似的化学性质？

提示：钠和钾最外层都只有1个电子，都容易失去最外层电子，表现出比较强的还原性。钾和钠相似，都能与氧气、水发生化学反应。

[实验和观察]　回忆钠与水反应的实验现象，观察下面实验(

由教师演示)。

在烧杯中加入一些水，滴入几滴酚酞溶液。切取一块绿豆大的钾，用镊子夹取并投入水中(如图)，观察现象。

[实验现象]　金属钾浮在水面上，熔化成闪亮的小球，并四处游动，发出“嘶嘶”的响声，反应后的溶液呈红色，钾与水反应比钠与水反应更剧烈。

[分析和结论]　(1)通过实验和观察，讨论并总结钠、钾有哪些相似的化学性质，与你最初根据原子结构特点进行的预测是否一致？

提示：钠、钾都能与氧气、H2O发生反应，与预测一致。

(2)从实验现象比较钠、钾与水反应的难易程度。由此，你能发现与它们的原子结构有什么关系吗？你能推断出锂与水反应的难易程度吗？

提示：通过实验现象比较，钾与水反应比钠与水反应更剧烈，说明钾更活泼，更易与水反应。锂、钠、钾分别位于ⅠA族的第二、三、四周期，电子层数依次增多，原子半径逐渐增大，失电子能力逐渐增强。因此锂与水反应不如钠与水反应剧烈，锂与水反应比钠与水反应缓慢。

(3)结论为与水反应的剧烈程度：K>Na；金属活泼性：K>Na。

1．碱金属单质的主要物理性质

2．碱金属元素化学性质的相似性和递变性

(1)相似性(用R表示碱金属元素)

(2)递变性

具体表现如下(按Li→Cs的顺序)

①与O2的反应越来越剧烈，产物越来越复杂，如Li与O2反应只能生成Li2O，Na与O2反应生成Na2O、Na2O2，而K与O2反应能够生成K2O、K2O2、KO2，Rb、Cs遇空气立即燃烧，生成更复杂的产物。

②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和Cs遇水会发生爆炸。

③最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐增强，即碱性：LiOH<NaOH<KOH<RbOH<CsOH。

3．从原子结构角度认识碱金属元素性质的递变规律

4．元素金属性(失电子的能力)强弱的判断依据

[名师点拨]

(1)碱金属还原性最强的是Cs，还原性最弱的是Li。

(2)由于Li、Na、K都能与O2和H2O反应，故实验室中Na、K保存在煤油中，Li(密度比煤油的小)常保存在液体石蜡中。

(3)碱金属单质与盐溶液反应时，可以看作碱金属单质先与H2O反应生成碱和H2，而非直接与盐发生置换反应。

1．下列金属与水反应最剧烈的是(　　)

A．Li　　　 B．K　　　　

C．Rb　　　　 D．Cs

解析：选D　在碱金属中，随着元素原子电子层数的增多，碱金属的金属活动性逐渐增强，四个选项中与水反应最剧烈的应是Cs。

2．下列关于碱金属的性质叙述正确的是(　　)

A．单质均为银白色，密度均小于水

B．单质与水反应时都能生成碱和氢气

C．单质在空气中燃烧的生成物都是过氧化物

D．单质的还原性逐渐减弱

解析：选B　Cs略带金色光泽，Li、Na、K的密度小于水的密度，Rb、Cs的密度大于水的密度，A项错误；碱金属单质都能与水反应，生成相应的碱和H2，B项正确；随着核电荷数的增大，碱金属越来越活泼，碱金属单质在空气中燃烧的产物越来越复杂，Li在空气中燃烧的主要产物为Li2O，且为氧化物，C项错误；从Li到Cs，单质的还原性逐渐增强，D项错误。

3．下列说法中不正确的是(　　)

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＜NaOH＜KOH

解析：选B　锂的活泼性比钠弱，与水反应不如钠剧烈，故A正确；还原性：K＞Na＞Li，但K不能置换出NaCl溶液中的钠，而是先与H2O反应，故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，故C正确；从Li到Cs，碱金属元素的金属性逐渐增强，对应最高价氧化物的水化物的碱性依次增强，即碱性：LiOH＜NaOH＜KOH＜RbOH＜CsOH，故D正确。

如图是卤族元素的原子结构示意图和卤素单质的存在形式，随着原子序数递增，它们单质的颜色越来越深，状态由气态到固态，那么它们的化学性质有何相似性和递变性？

1．卤素单质的主要物理性质

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．卤素单质的化学性质

(1)卤素单质(X2)与H2的反应

①X2与H2反应的比较

②结论

a．从F2到I2，与H2反应的难易程度：逐渐变难；

b．从F2到I2，生成氢化物的稳定性：逐渐减弱。

(2)卤素单质间的置换反应

1．卤族单质化学性质的相似性和递变性

(1)相似性

(2)递变性

具体表现如下：

①与H2反应越来越难，对应氢化物的稳定性逐渐减弱，还原性逐渐增强，其水溶液的酸性逐渐增强，即：

稳定性：HF>HCl>HBr>HI；

还原性：HF<HCl<HBr<HI；

酸性：HF<HCl<HBr<HI。

②最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐减弱，即HClO4>HBrO4>HIO4。

(3)特殊性

①溴是常温常压下唯一的液态的非金属单质。

②卤素单质都有毒，溴有很强的腐蚀性，保存液溴时要加一些水进行“水封”，碘单质遇淀粉溶液变蓝色(检验I2)。

③Cl2、Br2、I2易溶于有机溶剂(如苯、CCl4、汽油等)。

④F无正化合价。

2．从原子结构角度认识卤族元素性质的递变规律

3．元素非金属性(得电子的能力)强弱的判断依据

[名师点拨]

(1)Cl2易液化、Br2易挥发、I2易升华。

(2)卤族元素非金属性强弱顺序：F>Cl>Br>I；单质氧化性强弱顺序：F2>Cl2>Br2>I2；阴离子还原性强弱顺序：I－>Br－>Cl－>F－。

(3)卤素单质间发生置换反应，较活泼的卤素单质可以将较不活泼的卤素单质从其盐溶液(或卤化氢)中置换出来。注意F2除外，这是因为F2极易与溶液中的H2O反应而置换出O2，这也说明F2的氧化性强于O2。

1．F、Cl和Br都是第ⅦA族元素，关于这三种元素原子的说法正确的是(　　)

A．原子半径：F>Cl>Br

B．最外层电子数都相同

C．核外电子层数都相同

D．最外层电子数都不相同

解析：选B　F、Cl和Br都是第ⅦA族元素，故最外层电子数都为7，B正确，D错误；从F→Br，核外电子层数增多，原子半径增大，A、C错误。

2．随着卤素原子半径的增大，下列递变规律正确的是(　　)

A．单质的熔、沸点逐渐降低

B．卤素离子的还原性逐渐增强

C．单质的氧化性逐渐增强

D．气态氢化物的稳定性逐渐增强

解析：选B　卤族元素随着原子序数的递增，其性质呈现递变性的变化，单质的熔、沸点逐渐升高，常温下F2、Cl2为气态，Br2为液态，碘为固态，选项A错误；单质的氧化性逐渐减弱，选项C错误；对应的卤素离子的还原性逐渐增强，选项B正确；气态氢化物的稳定性逐渐减弱，选项D错误。

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＋H2OHXO＋HX表示

B．HX的热稳定性随卤素核电荷数增加而增强

C．卤素单质的颜色F2→I2随相对分子质量增大而加深

D．卤素单质越活泼，其熔点和沸点就越高

解析：选C　F2与H2O反应的化学方程式为2F2＋2H2O===4HF＋O2，A项错误；从F到I，非金属性逐渐减弱，故HX的热稳定性逐渐减弱，B项错误；卤素单质从F2到I2的颜色为：淡黄绿色→黄绿色→深红棕色→紫黑色，C项正确；卤素单质的活泼性由F2→Cl2→Br2→I2逐渐减弱，熔、沸点依次升高，D错误。

1．元素性质与原子结构的关系

同主族元素从上到下，原子核外电子层数依次增多，原子半径逐渐增大，失电子能力逐渐增强，得电子能力逐渐减弱，所以金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱。

2．同主族元素及其典型化合物性质的递变规律

1．下列说法中错误的是(　　)

A．钾的金属性比钠的强

B．溴的非金属性比氯的强

C．NaOH的碱性比LiOH的强

D．HCl的热稳定性比HBr的强

解析：选B　由于金属性K＞Na＞Li，故碱性KOH＞NaOH＞LiOH；非金属性Cl＞Br，则其对应氢化物的热稳定性HCl＞HBr。

2．已知钡的活动性介于钠和钾之间，下列叙述正确的是(　　)

A．钡与水反应不如钠与水反应剧烈

B．钡可以从KCl溶液中置换出钾

C．氧化性：K＋＞Ba2＋＞Na＋

D．碱性：KOH＞Ba(OH)2＞NaOH

解析：选D　由于钡的活动性比钠强，所以钡与水反应比钠与水反应更剧烈，A错误；钡的活动性不如钾且先与水发生反应，故不能置换出钾，B错误；由于金属性：K＞Ba＞Na，故氧化性为Na＋＞Ba2＋＞K＋，C错误；元素的金属性越强，其对应的最高价氧化物的水化物的碱性越强，则碱性KOH＞Ba(OH)2＞NaOH，D正确。

3．砹(At)是位于第六周期的卤族元素，根据卤族元素性质的递变性，下列对砹及其化合物的叙述中，正确的是(　　)

A．与H2化合的能力：At2>I2

B．砹在常温下为白色固体

C．砹原子的最外电子层上有7个电子

D．砹易溶于水，难溶于四氯化碳

解析：选C　A项，从F到At，元素的非金属性逐渐减弱，单质与H2的化合能力逐渐减弱，错误；B项，从F到At，单质的颜色逐渐加深，常温下，I2是紫黑色固体，砹不可能为白色固体，错误；C项，卤族元素的原子，最外层上都有7个电子，正确；D项，由I2微溶于水，易溶于四氯化碳可知，At2微溶于水，易溶于四氯化碳，错误。

[分级训练·课课过关]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

1．下列元素中，非金属性最强的是(　　)

A．F B．Cl

C．Br D．I

解析：选A　同一主族，从上到下非金属性逐渐减弱。

2．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。

3．下列关于碱金属元素(第ⅠA族的金属元素)的叙述中正确的是(　　)

A．密度随原子序数的增加而增大

B．单质与水反应的剧烈程度随原子序数的增加而减弱

C．氧化物对应水化物的碱性随原子序数的增加而减弱

D．化合物中碱金属元素的化合价都是＋1价

解析：选D　碱金属的密度由上到下呈增大趋势，但钾、钠两种单质的密度反常，A错误；碱金属的金属性由上到下增强，则单质与水反应的剧烈程度随原子序数的增加而增强，对应碱的碱性增强，B、C错误；碱金属原子结构中最外层只有1个电子，只能失去1个电子，化合物中碱金属元素的化合价都是＋1价，D正确。

4．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7

B．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

解析：选C　A项，卤素原子的最外层电子数都是7，不能说卤素单质，错误；B项，从上到下，卤素原子的电子层数依次增多，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。

5．若用X代表F、Cl、Br、I四种卤族元素，下列能够表达它们的共性反应的是(　　)

A．X2＋H2===2HX

B．X2＋H2O===HX＋HXO

C．2Fe＋3X2===2FeX3

D．X2＋2NaOH===NaX＋NaXO＋H2O

解析：选A　B项，F2与水反应，生成HF和O2；C项，I2的氧化性弱，生成FeI2；D项，F2与水发生反应。

6．已知金属锂的化学性质与金属钠相似；金属锂的密度是0.534 g/cm3、煤油的密度是0.80 g/cm3，下列有关金属锂的说法不正确的是(　　)

A．自然界中不存在锂单质

B．在盛有煤油和水的烧杯中投入金属锂，金属锂在水层和煤油界面处发生反应

C．金属锂可能与氧气、氯气、盐酸发生反应

D．金属锂与金属钠的性质有相似又有不同，体现了分类法和比较法在研究物质性质时的应用

解析：选B　由金属锂的化学性质与金属钠相似可知，锂是活泼金属，自然界中不存在锂单质，A说法正确；由金属锂、煤油及水的密度可知，煤油在上层，水在下层，金属锂会浮在煤油液面上而不会和水发生反应，B说法错误；根据金属锂的化学性质与金属钠相似可知，金属锂能与氧气、氯气、盐酸发生反应，C说法正确；金属锂与钠的性质有相似又有不同，可以用分类法和比较法来研究二者性质的异同，D说法正确。