人教版 (2019)必修 第一册第一节 原子结构与元素周期表学案及答案

课时3　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

碱金属元素包括(填名称及元素符号)：锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)等。

1．碱金属的原子结构(Li→Cs)

(1)相似性：最外层均有1个电子。

(2)递变性：电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大。

2．碱金属的化学性质

(1)钠、钾与氧气反应比较实验

①实验现象：都能在空气中燃烧，钠产生黄色火焰，钾产生紫色火焰(透过蓝色钴玻璃观察)，钾燃烧更剧烈。

②反应方程式：2Na＋O2Na2O2、K＋O2KO2。

(2)钾与水反应的实验

①现象：浮于水面上，并熔化为闪亮的小球四处游动，发出嘶嘶的响声，并伴有燃烧，溶液呈红色。

②化学方程式：2K＋2H2O===2KOH＋H2↑。

③与Na和水反应相比现象不同的有反应比钠和水剧烈，并伴有燃烧，结论：活泼性K比Na强。

(3)锂与氧气(加热)、H2O反应的化学方程式分别为4Li＋O22Li2O、2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑。

3．碱金属性质的递变规律及原因

从Li→Cs，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，原子失去电子的能力逐渐增强，金属性逐渐增强。

4．碱金属单质的物理性质

　K投入CuSO4溶液中，能置换出铜吗？为什么？

[提示]　不能，K很活泼，K与溶液中水先反应。

三、卤族元素

卤族元素简称卤素，包括(填名称及符号)氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)和砹(At)、 (Ts)。

1．卤素单质的物理性质

2．原子结构特点(F→I)

(1)相似性：最外层电子数均为7。

(2)递变性：电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大。

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

结论：按Cl2、Br2、I2顺序氧化性逐渐减弱，相应离子的还原性逐渐增强。

4．卤素性质的递变规律及原因

从F→I，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小，原子得电子能力逐渐减弱，非金属性逐渐减弱。

微点拨：因为F2能与H2O发生反应(2F2＋2H2O===4HF＋O2)，所以F2不能从其他卤化物的盐溶液中置换出卤素单质。

四、周期表中同主族中元素的相似性与递变性

在周期表中，同主族元素从上到下，电子层数增多，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。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)ⅠA与ⅦA中的元素均分别是碱金属与卤素。 (　　)

(2)K比Na活泼，故K可以从钠盐溶液中置换出Na。 (　　)

(3)Li、Na、K在空气中燃烧均生成过氧化物。 (　　)

(4)F2、Cl2、Br2、I2与H2O反应的原理相同。 (　　)

[答案]　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×

2．碱金属是典型的活泼金属，其根本原因是(　　)

A．碱金属单质的密度小，熔、沸点低

B．碱金属在常温下易被氧化

C．碱金属元素原子最外层电子都只有1个，容易失去电子

D．碱金属元素原子的核电荷数比较小

[答案]　C　

3．按氟、氯、溴、碘顺序，下列说法不正确的是(　　)

A．它们的单质的熔、沸点逐渐升高

B．原子半径逐渐增大，单质氧化性逐渐增强

C．单质的颜色逐渐加深

D．它们气态氢化物的稳定性逐渐减弱

[答案]　B　

探究铯的有关性质

(1)铯与O2的产物是Cs2O吗？反应剧烈程度比Na、K与O2反应程度大吗？

[答案]　产物不是Cs2O。剧烈程度很大。

(2)铯与H2O反应吗？若反应写出离子方程式。

[答案]　反应，2Cs＋2H2O===2Cs＋＋2OH－＋H2↑。

(3)铯与H2O反应现象和Na、K与H2O反应现象的主要区别可能是什么？

[答案]　不在水面上四处游动而在水中上下浮动，放出大量气体，可能发生爆炸。

(4)铯投入CuCl2溶液中，能置换出Cu吗？为什么？

[答案]　不能，Cs在溶液中先与H2O反应生成CsOH,2CsOH＋CuCl2===2CsCl＋Cu(OH)2↓。

1．相似性(R表示碱金属元素)

原子都容易失去最外层的一个电子，化学性质活泼，它们的单质都具有较强的还原性，它们都能与氧气等非金属单质及水反应。碱金属与水反应的通式为2R＋2H2O===2ROH＋H2↑。

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小，碱金属元素的原子失电子能力逐渐增强，金属性逐渐增强。

(1)

(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，CsOH的碱性最强。

1．下列关于碱金属按Li、Na、K、Rb、Cs的顺序叙述中不正确的是(　　)

A．碱金属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　[金属锂在空气中燃烧只生成氧化物。]

2．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、沸点：Li＞Na＞K

D．碱性：LiOH＜NaOH＜KOH

B　[A中锂的活泼性比钠弱，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，熔、沸点逐渐降低，即Li＞Na＞K＞Rb＞Cs；D中从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。]

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。

请探究下列问题：

(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？

[答案]　生成了Br2，Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－，Cl2氧化性大于Br2。

(2)③处变蓝的原因是什么？写出可能的离子方程式，可能得出的结论是什么？

[答案]　生成了I2，I2遇淀粉变蓝色。Cl2＋2I－===I2＋2Cl－或Br2＋2I－===I2＋2Br－。Cl2氧化性比I2的强，Br2的氧化性比I2的强。

(3)通过该实验现象可得出的结论是什么？

[答案]　卤素单质的氧化性顺序为Cl2>Br2>I2，卤素非金属性顺序为Cl>Br>I。

1．相似性

2．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

3．特殊性  

(1)氟元素无正价，无含氧酸，而氯、溴、碘元素有最高正价和含氧酸。

(2)X2＋H2O===HX＋HXO，而2F2＋2H2O===4HF＋O2。

(3)溴单质在常温下是唯一一种液态非金属单质。

(4)碘为紫黑色固体，易升华，淀粉遇I2变蓝色。

(5)氢氟酸为弱酸，而盐酸、氢溴酸、氢碘酸为强酸。

3．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

B　[A项，从Cl到I，原子半径逐渐增大，A项不符合题意；B项，从HCl到HI，稳定性逐渐减弱，B项符合题意；C项，从Cl到I，原子的电子层数逐渐增多，C项不符合题意；D项，从Cl2到I2，单质的密度逐渐增大，D项不符合题意。]

4．卤素在自然界都以典型的盐类存在，是成盐元素。下列说法中正确的是(　　)

A．若用X表示卤素，则卤素单质与水反应均可以表示为X2＋H2O===HXO＋HX

B．卤素的氢化物的水溶液的酸性从HF到HI逐渐增强

C．氢化物的还原性从HF到HI逐渐减弱

D．淀粉能使KI溶液变蓝色

B　[卤素单质中，F2与水反应生成氢氟酸和氧气，不是生成次卤酸和氢卤酸，A错误；卤素的氢化物的水溶液的酸性从HF到HI逐渐增强，B正确；氢化物的还原性从HF到HI逐渐增强，C错误；I2遇淀粉变蓝色，而不是I－遇淀粉变蓝色，D错误。]

5．元素R、X、T、Z、Q在元素周期表中的相对位置如图所示，其中R单质在暗处与H2剧烈化合并发生爆炸，则下列判断不正确的是(　　)

A．最高价氧化物对应的水化物的酸性：T>Q

B．R与Q的电子数相差26

C．气态氢化物的稳定性：R<T<Q

D．五种元素中Z的化学性质最稳定

C　[由R单质在暗处与H2剧烈化合并发生爆炸，可知R为F，再根据各元素在周期表中的相对位置可以确定X为S、T为Cl、Z为Ar、Q为Br。R的原子序数为9，Q的原子序数为35，则R与Q的电子数相差：35－9＝26，B项正确。Cl、Br两种元素位于同主族，从上到下元素非金属性依次减弱，最高价氧化物对应的水化物的酸性依次减弱，A项正确；对应氢化物的稳定性依次减弱，C项错误。Z为稀有气体元素，化学性质稳定，D项正确。]

素材1　某年，瑞典的化学家阿尔费德森在分析一种矿物时发现，得出的已知成分只有96%，那么其余的4%到哪儿去了呢？他经过反复试验，确信一定是矿物中含有一种至今还不知道的元素。因这种元素是在矿物(名叫透锂长石)中发现的，他就取名为“锂”(希腊文“岩石”之意)。不久，阿尔费德森又在其他矿物中发现了这种元素。另一位著名的瑞典化学家贝采里乌斯也在卡尔斯温泉和捷克的马里安温泉的矿泉水中发现了锂。

问题探究：(1)在周期表中，锂元素在什么位置？

[答案]　锂元素位于第二周期第ⅠA族。

(2)锂单质有什么化学性质？与同主族的钠的性质类似吗？

[答案]　锂单质能与氧气、水、酸等反应，与钠性质类似。

(3)锂的金属性与镁相似，写出下列化学方程式。

①锂在空气中燃烧

②碳酸锂受热分解

③锂与H2O反应

[答案]　①4Li＋O22Li2O

②Li2CO3Li2O＋CO2↑

③2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑

素材2　氟是一种反应性能极高的元素，被称为“化学界顽童”。但氟一旦与其他元素结合，就会成为耐热、难以被药品和溶剂侵蚀的具有“高度安全性能”的化合物。氟的化合物化学性质稳定，氟具有很强的非金属性。氟树脂等高分子化合物具有防粘、防水、防油、润滑、弯曲率低、电气性能好等优异性能。氟元素被广泛应用于家庭用品、办公自动化设备、半导体、汽车等领域。

问题探究：(1)从原子结构上分析，氟具有很强的非金属性的原因。

[答案]　F的最外层有7个电子且原子半径很小，原子核对电子的引力很大，得电子能力很强。非金属性很强。

(2)F在化合物中有无正价？

[答案]　F在化合价中只显示－1价，无正价。

(3)将F2通入NaCl溶液中，写出反应的化学方程式。

[答案]　2F2＋2H2O===4HF＋O2

(4)F的非金属性很强，故HF的还原性很强对吗？

[答案]　不对，HF的还原性很弱。

通过素材1中元素的发现及结构探究和素材2中元素的结构及其应用，培养学生“科学探究与科学精神”的核心素养。

1．下列有关碱金属元素的叙述正确的是(　　)

A．碱金属单质均为银白色，密度均小于水

B．碱金属单质从Li到Cs，熔点依次升高

C．氢氧化铯碱性强于氢氧化钠

D．碱金属元素形成的阳离子，从Li＋到Cs＋氧化性依次增强

C　[碱金属单质中除了Rb、Cs，其他的密度均小于水，Cs略带金属光泽，其他的都是银白色的，A错误；碱金属单质从Li到Cs，熔点依次降低，还原性依次增强，形成的阳离子的氧化性依次降低，对应的氢氧化物碱性依次增强，C正确，B、D错误。]

2．下列各项中的叙述Ⅰ和叙述Ⅱ都正确，但叙述Ⅱ不能用于对叙述Ⅰ进行解释的是(　　)

D　[金属钠和钾分别与水反应，钾反应相对较快的原因是钾的金属性比钠的强，或者说钾原子比钠原子更易失去电子。]

3．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．气态氢化物的稳定性逐渐增强

D．单质与氢气化合的能力逐渐增强

[答案]　B　

4．以下关于氟、氯、溴、碘的性质叙述错误的是(　　)

A．HF、HCl、HBr、HI还原性逐渐增强

B．单质F2、Cl2、Br2、I2中，与氢气化合最容易的是F2

C．HF、HCl、HBr、HI中酸性最强的是HF

D．单质F2、Cl2、Br2、I2中，I2的沸点最高

[答案]　C　

5．(1)卤素氢化物中最不稳定的是________(写化学式)。

(2)下列两个元素族，单质熔、沸点随原子序数递增而升高的是________(填序号)。

A．碱金属　　　　 B．卤素

(3)下列反应中，更剧烈的是________(填序号)。

A．钠与水反应 B．钾与水反应

(4)取下列溶液分装两试管，再分别依次加入少量氯水和少量四氯化碳，用力振荡、静置后，四氯化碳层显紫红色的是________(填序号)。

A．溴化钠溶液  B．碘化钾溶液

[解析]　卤素中碘元素的非金属性最弱，氢化物最不稳定的是HI；碱金属元素单质熔、沸点随原子序数递增而降低，卤素单质熔、沸点随原子序数递增而升高；钾比钠活泼，与水反应更剧烈；氯水与NaBr、KI溶液分别生成Br2、I2，而二者的四氯化碳溶液分别为橙色、紫红色。

[答案]　(1)HI　(2)B　(3)B　(4)B