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高中化学第一节 原子结构与元素周期表公开课第3课时教案设计
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这是一份高中化学第一节 原子结构与元素周期表公开课第3课时教案设计，共22页。
[知 识 梳 理]
知识点一 碱金属元素
如上图是碱金属的单质存在形式或元素标识，他们之间有什么相似之处和递变性？完成下列问题你就会明白：
1．碱金属元素的原子结构及特点
(1)元素符号与原子结构示意图
(2)原子结构特点
结构特点eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(相似性：最外层电子数都是1,递变性（从Li→Cs）\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(核电荷数增大,电子层数增多,原子半径增大)))) 注意结构变化
2．碱金属的性质
(1)物理性质
(2)化学性质
①与O2反应
②与水反应 注意对比实验
知识点二 卤族元素
如图是卤素单质，他们的颜色越来越深，由气体逐渐变为固体，那么他们的性质有何相似性和递变性？请完成下列知识点：
1．原子结构特点
(1)原子结构示意图
(2)结构特点
①相同点：最外层都有7__个电子。
②递变性：从F→I，核电荷数逐渐增加，电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大。
2．卤族元素单质的性质
(1)物理性质
F2 Cl2 Br2 I2
颜色： eq \(―——————————————————————―→,\s\up10(浅黄绿色 黄绿色 深红棕色 紫黑色))逐渐加深
熔、沸点：eq \(―——————————————————————―→,\s\up7( 气体 气体 液体 固体 ))逐渐升高
密度：eq \(―——————————————————————―→,\s\up7( ))逐渐增大
水溶性：eq \(―——————————————————————―→,\s\up7( 反应 溶解 溶解 微溶 ))逐渐减小
(2)化学性质
①与H2反应
②卤素单质间的置换反应
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。
知识点三 同主族元素的性质与原子结构的关系
1．元素性质的影响因素
元素的性质主要与原子核外电子的排布，特别是与最外层电子数有关。
2．同主族元素性质的递变规律
从上到下eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(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,金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱))
微判断
(1)碱金属元素原子的次外层电子数都是8个。( )
(2)化合物中碱金属元素的化合价都为＋1价。( )
(3)碱金属元素的原子半径随核电荷数的增大而增大。( )
(4)碱金属单质的化学性质活泼，易失电子发生还原反应。( )
(5)Li在空气中加热生成LiO2。( )
(6)卤素单质与水反应均可用：X2＋H2O===HXO＋HX表示。( )
(7)HX都极易溶于水，它们的热稳定性随核电荷数增加而增强。( )
(8)卤素单质的颜色从F2―→I2按相对分子质量增大而加深。( )
(9)将F2通入NaCl溶液中可置换出Cl2。( )
答案 (1)× (2)√ (3)√ (4)× (5)× (6)× (7)× (8)√ (9)×
微训练
1．下列对碱金属的叙述中不正确的是( )
A．碱金属中还原性最弱的是锂
B．碱金属的原子半径和离子半径都随核电荷数的增大而增大
C．碱金属都易失去1个电子
D．从Li到Cs，碱金属的密度越来越大，熔、沸点越来越高
解析 随原子序数的递增，碱金属原子半径和离子半径逐渐增大，单质的还原性逐渐增强，A、B正确；碱金属都易失去1个电子形成稳定的阳离子，C正确；从Li到Cs，密度呈增大趋势，但K的密度小于Na，熔、沸点越来越低，D错误。
答案 D
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，其熔、沸点就越高
C．卤素各单质都能与水剧烈反应
D．卤素的单质都能与氢气反应，且气态氢化物的稳定性随单质氧化性的增强而增强
解析 卤素能与其他非金属元素化合，如H、C等；卤素单质越活泼，其相对分子质量越小，其熔、沸点越低；卤素单质中只有氟气能与水剧烈反应。
答案 D
3．已知锂及其化合物的许多性质与碱金属差异较大，却与镁相似。下列有关锂及其化合物的叙述不正确的是( )
A．碳酸锂受强热很难分解
B．碳酸锂的溶解度比碳酸氢锂的小
C．锂在过量氧气中燃烧，主要产物是氧化锂而不是过氧化锂
D．锂可以与氮气化合生成氮化锂(Li3N)
解析 解题时充分利用题目信息，锂及其化合物的性质与镁的相似，MgCO3煅烧分解成MgO和CO2，由此可知，Li2CO3也易分解。
答案 A
4．下列有关碱金属元素的性质判断正确的是( )
A．K与H2O反应最剧烈
B．Rb比Na活泼，故Rb可以从NaCl溶液中置换出Na
C．碱金属的阳离子没有还原性，所以有强氧化性
D．从Li到Cs都易失去最外层1个电子，且失电子能力逐渐增强
解析 A项，在碱金属元素中，K不是最活泼的元素；B项，Rb先与水反应，不会置换出Na；C项，碱金属的阳离子很稳定，不具有强氧化性。
答案 D
5．关于卤素X(依次为Cl、Br、I)的下列叙述不正确的是( )
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．卤素单质的颜色随相对分子质量增大而加深
D．相对分子质量小的卤素单质可将相对分子质量大的卤素从它的卤化物溶液里置换出来
解析 HX的热稳定性随核电荷数的增加而减弱。
答案 B
6．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增强
B．原子易形成－1价阴离子
C．从上到下最高价氧化物的水化物酸性减弱(F除外)
D．从上到下氢化物的还原性依次增强
解析 同主族元素，从上到下元素的非金属性减弱，选项A错误；第ⅦA族元素原子最外层7个电子，易得1个电子形成－1价阴离子，选项B正确；从上到下元素的非金属性逐渐减弱，所以最高价氧化物的水化物酸性逐渐减弱，选项C正确；同主族元素，从上到下元素的非金属性逐渐减弱，所以氢化物的还原性依次增强，选项D正确。
答案 A
微思考
1．同主族元素的原子结构及性质有何变化规律？
提示 同主族元素随核外电子层数的增加，它们的得电子能力逐渐减弱，非金属性逐渐减弱；失电子能力逐渐增强，金属性逐渐增强。
2．如何比较同主族元素的原子半径、阳离子半径、阴离子半径？
提示 (1)原子半径：同主族元素的原子最外层电子数相同，从上到下电子层数逐渐增多，所以半径逐渐增大。
(2)阳离子半径：以碱金属为例，在形成离子时，均失去最外层电子，所以均少一个电子层，电子层数仍然是逐渐增多，所以半径逐渐增大。
(3)阴离子半径：以卤族元素为例，在形成离子时，最外层均得到一个电子，所以最外层电子数仍然相同，电子层数仍然是逐渐增多，所以半径逐渐增大。
学习任务1 碱金属元素单质化学性质的相似性和递变性
情景：
如图是碱金属单质的存在形式，它们在生活中有不同的应用，结构相似为什么应用不同呢？带着这个问题完成下列讨论：
1．请结合碱金属元素的原子结构的递变性探究其单质化学性质的递变性。
提示 碱金属元素原子的最外层电子数都相等，但从Li到Cs，随着核电荷数的增加，碱金属元素原子的电子层数逐渐增多，原子核对核外电子的吸引能力逐渐减弱；失电子能力逐渐增强，金属性逐渐增强。
2．碱金属元素在性质上具有相似性，根据钠的性质，推断碱金属可能具有的化学性质有哪些？
提示 (1)与O2反应生成相应的氧化物，如Li2O、Na2O等。
(2)与Cl2反应生成RCl，如NaCl、KCl等。
(3)与H2O反应，能置换出H2O中的氢，反应通式为：2R＋2H2O===2ROH＋H2↑。
(4)与非氧化性酸反应，生成H2，反应通式为：2R＋2H＋===2R＋＋H2↑。(R表示碱金属元素)
3．根据碱金属元素性质的递变性，判断从Li→Cs，对应阳离子的氧化性强弱以及最高价氧化物对应水化物的碱性强弱的递变性。
提示 从Li到Cs，原子失电子能力逐渐增强，金属性逐渐增强，故对应阳离子的氧化性依次减弱，即Li＋＞Na＋＞K＋＞Rb＋＞Cs＋。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．碱金属的相似性(用R表示碱金属元素)
2．碱金属的递变性
(1)与O2反应
从Li→Cs，与O2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反应还可以生成Na2O2，而K与O2反应能够生成KO2等。
(2)与H2O(或酸)的反应
从Li→Cs，与H2O(或酸)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遇水发生剧烈爆炸。
(3)最高价氧化物对应水化物的碱性
碱性：LiOH
【例题1】 下列有关碱金属单质的性质的说法错误的是( )
A．锂与水反应不如钠与水反应剧烈
B．Rb比Na活泼，故Rb可以从NaCl溶液中置换出Na
C．熔、沸点：Li＞Na＞K
D．碱性：LiOH
解析 锂的活泼性比钠弱，与水反应不如钠剧烈，A正确。Rb和NaCl溶液反应时首先和水反应而不是置换出金属钠，B错。碱金属单质的熔、沸点随着原子序数的增加而逐渐降低，C正确。从锂到铯，碱金属元素的金属性逐渐增强，最高价氧化物对应水化物的碱性依次增强，D正确。
答案 B
变式训练1 下列关于碱金属元素的原子结构和性质的叙述不正确的是( )
A．碱金属元素原子最外层都只有1个电子，在化学反应中容易失去
B．碱金属单质都是强还原剂
C．碱金属单质都能在氧气中燃烧生成过氧化物
D．碱金属单质都能与水反应生成碱
解析 同一主族元素最外层电子数相同，碱金属元素原子最外层电子数均为1，在化学反应中很容易失去最外层的1个电子，还原性很强，A、B对；Li与O2反应，只生成Li2O，Na在O2中点燃生成Na2O2，K在O2中可生成KO2，C错；碱金属元素的单质都能与水反应生成碱和氢气，D对。
答案 C
学习任务2 卤族元素单质化学性质的相似性、递变性和特殊性
如图是卤素原子的核外电子排布和卤素单质的存在形式，请回答下列问题：
1．请结合卤族元素原子结构的相似性与递变性探讨其化学性质的相似性与递变性。
提示 (1)卤族元素原子最外层都有7个电子，都易得1个电子达到8电子稳定结构，所以在化学反应中都表现很强的氧化性。
(2)随着原子序数的增加，电子层数依次增多，原子核对最外层电子的吸引能力逐渐减弱，得电子能力依次减弱，氧化性依次减弱。
2．根据卤族元素的性质分析，将F2通入NaCl溶液中得到什么气体？
提示 F2的氧化性大于Cl2，但由于F2与水发生反应：2F2＋2H2O===4HF＋O2，F2不与溶液中的Cl－反应，故F2通入NaCl溶液中得到的是O2而不是Cl2。
3．已知还原性I－＞Br－＞Cl－＞F－，试从原子结构的角度分析原因。
提示 微粒的还原性即失电子的能力。按I－→Br－→Cl－→F－的顺序，离子半径逐渐减小，原子核对最外层电子的吸引力逐渐增大，失去电子的能力逐渐减弱，故还原性逐渐减弱。
1．相似性
(1)与H2反应：X2＋H2eq \(=====,\s\up7(一定条件))2HX
(2)与活泼金属(如Na)反应：2Na＋X2eq \(=====,\s\up7(△))2NaX
(3)与H2O反应
X2＋H2O===HX＋HXO(X＝Cl、Br、I)
2F2＋2H2O===4HF＋O2
2．递变性
(1)氧化性与还原性
(2)与H2反应的难易程度及对应氢化物稳定性(由F2→I2)热稳定性
①与H2反应越来越难，生成的氢化物的稳定性逐渐减弱，还原性逐渐增强。是否易分解
②氢化物中HCl、HBr、HI的熔、沸点依次升高。
(3)卤素单质与变价金属(如Fe)反应
2Fe＋3X2===2FeX3(X＝F、Cl、Br)
Fe＋I2===FeI2
3．特殊性 记住特殊性
(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，液溴易挥发，保存时要加一些水进行“水封”，碘可升华，遇淀粉溶液变蓝(检验I2)。
(3)Cl2、Br2、I2易溶于有机溶剂苯、CCl4、汽油等。
(4)F无正化合价。
【例题2】 下列关于卤族元素由上到下性质递变的叙述，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．①②③ B．②③④
C．②④⑤D．④⑤
解析
eq \a\vs4\al(卤族元素,（由上到下）)eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(物理性质\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(单质的颜色加深→②对,单质的沸点升高→④对)),化学性质\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(单质的氧化性减弱→①错,阴离子的还原性增强→⑤对,气态氢化物的稳定性减弱→③错))))
答案 C
变式训练2 砹是现知原子序数最大的卤族元素，根据卤素性质的递变规律，对砹及其化合物的叙述，正确的是( )
A．与H2化合能力：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．砹能从NaCl溶液中置换出氯单质
解析 从F到At，元素的非金属性逐渐减弱，单质与H2化合能力逐渐减弱，A项不正确；由F2到I2，单质的颜色依次加深，I2是紫黑色固体，则砹为黑色固体，B项不正确；卤族元素的原子，最外层上都有7个电子，C项正确；因氧化性：Cl2>At2，所以At2不能从NaCl溶液中置换出Cl2，D项不正确。
答案 C
学习任务3 (核心素养)同主族元素原子结构与元素性质间的关系
一、知识要点
1．元素的金属性、非金属性与原子得失电子的关系
(1)元素的金属性是指气态原子失去电子的性质，金属性的强弱取决于原子失去电子能力的强弱，越易失去电子，金属性越强，而与失去电子的多少没有必然联系。
(2)元素的非金属性是指气态原子得到电子的性质，非金属性的强弱取决于原子得到电子能力的强弱，越易得到电子，非金属性越强，而与得到电子的多少没有必然联系。
(3)同主族元素从上到下，原子半径逐渐增大，失电子能力逐渐增强，而得电子能力逐渐减弱，故金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱。
2．同主族元素性质的递变规律
从碱金属元素和卤素的性质来看，同主族从上至下元素及其典型化合物性质的递变规律如下表所示。
二、核心素养
【素养解题】
[典例示范] 下列关于主族元素的说法错误的是( )
A．同主族元素随着原子序数递增，元素金属性逐渐增强
B．同主族元素随着原子序数递增，元素单质的熔、沸点逐渐升高 注意金属、非金属的区别
C．同主族元素原子最外层电子数都相同
D．同主族元素随着原子序数递增其最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐减弱，碱性逐渐增强
[主族元素性质判断题的解题思路]
答案 B
三、对点训练
1．下列叙述中能说明A金属比B金属活泼性强的是( )
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能从水中置换出氢气，而B不能
解析 比较金属的活泼性不能根据最外层电子数的多少，如Li的最外层电子数比Ca少，但不如Ca活泼，故A错误；比较金属的活泼性不能根据原子电子层数的多少，如Na的电子层数比Cu少，但Na比Cu活泼，故B错误；比较金属的活泼性不能根据生成氢气的多少来判断，例如1 ml Al从酸中置换H＋生成的H2比1 ml Mg从酸中置换H＋生成的H2多，但Mg的活泼性强，故C错误；常温时，A能从水中置换出氢，而B不能，说明A易失去电子，则A的活泼性肯定比金属B的活泼性强，故D正确。
答案 D
2．下列说法正确的是( )
A．F、Cl、Br原子的最外层电子数都是7，次外层电子数都是8
B．从HF、HCl、HBr、HI酸性递增的事实，推出F、Cl、Br、I的非金属性递增规律
C．卤素按F、Cl、Br、I的顺序，其非金属性逐渐减弱的原因是随着核电荷数增加电子层数增大起主要作用
D．砹是原子序数最大的卤族元素，根据卤素性质的递变规律，砹易溶于水，难溶于CCl4
解析 F的次外层电子数为2，Br的次外层电子数为18，A项错误；元素的非金属性强弱可以根据其最高价氧化物对应水化物的酸性强弱比较，不能根据氢化物的酸性强弱比较，B项错误；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项错误。
答案 C
3．在1961年，本生和基尔霍夫发现了一种新的碱金属元素，根据已学知识解答下列问题，帮助这两位科学家研究该元素。
(1)该元素单质的密度比水的密度大，则该元素可能是________。
(2)该元素的单质与水反应比钾与水反应剧烈，但没有铯与水反应剧烈，由此可确定该元素是________。其确定依据是______________。
(3)人类制备出该元素的单质比钠单质要晚得多，分析其中的原因：________________。
解析 (1)在碱金属元素形成的单质中，Li、Na、K的密度都小于水的密度，Rb、Cs、Fr的密度都大于水的密度，故该元素可能是Rb、Cs、Fr。
(2)碱金属元素的单质按Li、Na、K、Rb、Cs的顺序活动性逐渐增强，因此可以根据单质与水反应的剧烈程度，得出该元素为Rb。
(3)Rb和Na在自然界中全部以化合物形态存在，因此要制备它们的单质，需要把Rb＋和Na＋从其化合物中还原。由于金属单质还原性越强，其阳离子氧化性就越弱，越不易被还原，因此单质Rb比单质Na制备的晚。
答案 (1)Rb、Cs、Fr
(2)Rb 碱金属元素的单质按Li、Na、K、Rb、Cs的顺序活动性逐渐增强
(3)Rb＋的氧化性比Na＋的弱，不易被还原
4．(1)常见卤素氢化物中最不稳定的是__________(写化学式)。
(2)下列单质熔、沸点随原子序数递增而升高的是_________________________
(填字母，下同)。
A．碱金属元素B．卤族元素
(3)下列反应中，更剧烈的是__________。
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__________。
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，氢化物中最不稳定的是HI；碱金属元素的单质熔、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
5．用A.质子数、B.中子数、C.核外电子数、D.最外层电子数、E.电子层数，填写下列空格：
(1)同位素种类由________决定。
(2)元素种类由________决定。
(3)某元素有无同位素由________决定。
(4)核素相对原子质量由________决定。
(5)主族元素的化学性质主要由________决定。
(6)核电荷数由________决定。
(7)碱金属元素原子失电子能力相对强弱由________决定。
(8)原子得失电子能力相对强弱主要由________决定。
解析 (1)同位素种类的确定，既要确定元素(质子数)，又要确定核素(中子数)。
(2)确定元素种类只需确定质子数。
(3)某元素有无同位素，已经确定了元素，只要由中子数确定同位素即可。注意跟(1)的区别。
(4)核素相对原子质量的近似整数值等于该核素的质量数，则由质子数和中子数决定。
(5)主族元素最外层电子数决定元素原子得失电子的能力，即化学性质。
(6)核电荷数＝质子数。
(7)碱金属元素原子电子层数越多，失电子能力越强，故决定碱金属元素原子失电子能力相对强弱的因素是电子层数。
(8)电子层数相同时原子的最外层电子数越少，失电子能力越强，最外层电子数越多，得电子能力越强；最外层电子数相同，电子层数越多，失电子能力越强，得电子能力越弱，故原子得失电子能力的相对强弱主要由最外层电子数和电子层数决定。
答案 (1)AB (2)A (3)B (4)AB (5)D (6)A (7)E (8)DE
[合 格 练]
1．以下关于锂、钠、钾、铷、铯的叙述中不正确的是( )
①氢氧化物中碱性最强的是CsOH ②单质熔点最高的是铯 ③单质都是热和电的良导体 ④单质的密度依次增大，且都比水轻 ⑤单质的还原性依次增强 ⑥对应阳离子的氧化性依次增强
A．①③B．②⑤
C．②④⑥D．①③⑤
解析 单质熔点最高的应是Li，密度呈增大趋势，K出现反常，Rb、Cs的密度比水大，对应阳离子的氧化性应依次减弱。
答案 C
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，故K可以从NaCl溶液中置换出金属钠
C．金属性：K>Na>Li
D．碱金属元素原子最外层电子数相同
解析 锂的活动性比钠弱，与水反应不如钠剧烈，故A正确；虽然钾的还原性大于钠，但K不能置换出NaCl溶液中的钠，而是先和水反应，故B错误；碱金属元素从Li到Cs，金属性逐渐增强，故C正确；碱金属元素原子最外层电子数均为1，故D正确。
答案 B
3．下列关于卤族元素由上到下性质递变规律的叙述，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 F2、Cl2、Br2、I2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叙述错误，⑤叙述正确；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叙述正确；HF、HCl、HBr、HI的稳定性逐渐减弱，③叙述错误；F2、Cl2、Br2、I2在通常情况下其状态变化为气→液→固，则沸点逐渐升高，④叙述正确，C正确。
答案 C
4．下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 由图可知，随着核电荷数的增大，碱金属的性质呈递增趋势，而碱金属单质的熔点随核电荷数的增大而降低。
答案 C
5．若能发现第117号元素X，它的原子结构与卤族元素相似，电子排布有7个电子层，且最外层有7个电子。下列叙述中正确的是( )
A．此X元素的气态氢化物的化学式为HX，在常温下很稳定
B．其单质带有金属光泽，具有强氧化性，可与KI发生置换反应生成I2
C．其单质的分子式为X2，易溶于有机溶剂
D．AgX是一种有色的易溶于水的化合物
解析 因为此X在氢化物中显－1价，所以X元素的气态氢化物的化学式为HX，但由于X的非金属性很弱，所以HX在常温下很不稳定，A错误；X单质氧化性比碘弱，不可与KI发生置换反应，B错误；类比Br2、I2等，C正确；类比AgCl、AgBr等，D错误。
答案 C
6．①溴水 ②氯水 ③碘酒 ④氯化钾 ⑤酸性高锰酸钾溶液。其中能使湿润的淀粉－KI试纸变蓝的是( )
A．①②③B．①⑤
C．①②③⑤D．③④⑤
解析 单质碘可使淀粉变蓝，故加入物质中如含有单质碘或能与KI反应生成单质碘的，均可使湿润的淀粉－KI试纸变蓝。溴水和氯水中分别存在Br2、Cl2，可与KI反应置换出碘单质；碘酒是碘的酒精溶液，碘以I2分子形式溶解在酒精中；酸性高锰酸钾溶液具有强氧化性，可将I－氧化生成碘单质；氯化钾不与KI反应，没有碘单质生成。
答案 C
7．金属元素钫(Fr)在自然界中含量极少，它的21种已知同位素都有放射性，它是碱金属元素中最重的元素。根据钫在周期表中的位置预测其性质，其中不正确的是( )
A．在已知碱金属元素中具有最大的原子半径
B．在空气中燃烧时生成氧化物Fr2O
C．最高价氧化物对应的水化物是极强的碱
D．其单质的熔点比金属钠的熔点低
解析 根据“Fr是碱金属元素中最重的元素”，可以得到两个结论：一是它属于碱金属元素；二是它在周期表中处于碱金属元素的最下方。根据同主族元素性质的递变性规律可以知道它的金属性非常强，所以与氧气反应时得到的是复杂的氧化物。
答案 B
8．下列有关性质的比较，不正确的是( )
A．酸性强弱：HI>HBr>HCl
B．非金属性：O>S>Se
C．还原性强弱：F－>Cl－>I－
D．碱性强弱：KOH>NaOH>LiOH
解析 非金属元素原子得电子能力越强，其相应离子还原性越弱，故还原性强弱应为F－
答案 C
9．钠和锂有相似的化学性质，下列说法中，能较好地解释这个事实的是( )
A．都是金属元素B．原子半径相差不大
C．最外层电子数相同D．化合价相同
解析 钠和锂是同主族元素，在结构上具有相同的最外层电子数，结构的相似性导致了它们性质的相似性。
答案 C
10．下列说法正确的是( )
A．碱性：LiOH>NaOH>KOH>RbOH
B．金属性：Rb>K>Na>Li
C．和酸反应时Fe能失2个电子，Na失1个电子，所以Fe的金属性强于Na
D．Rb不易与水反应放出H2
解析 因为金属性Li
答案 B
11．已知元素aA、bB、cC、dD、eE的原子结构示意图分别为
请回答下列问题：
(1)属于同周期的元素是________(填元素符号，下同)，属于同主族的元素是________。
(2)金属性最强的元素是________，非金属性最强的元素是________。
(3)上述元素中最高价氧化物对应的水化物碱性最强的是________(填化学式)。
解析 (1)弄清原子结构示意图与元素在周期表中的位置关系，即电子层数与周期数相等，所以A、B、C同周期。主族的族序数与最外层电子数相等，所以B、D、E同主族。(2)同周期从左到右金属性减弱，非金属性增强；同主族从上到下金属性增强，非金属性减弱。所以Na的金属性最强，F的非金属性最强。(3)金属性越强，最高价氧化物对应的水化物碱性越强。
答案 (1)Na、Al、Cl F、Cl、Br (2)Na F (3)NaOH
12．某同学为验证同主族元素性质的递变规律，准备了如下药品：①氯化钠溶液 ②氢氧化钠溶液 ③硝酸 ④水 ⑤钠 ⑥镁条 ⑦铝条 ⑧钾
(1)准备选用的药品是________。
(2)所做的实验是___________________________________________
_____________________________________________(用化学方程式表示)，
判断依据_______________________________________________。
解析 钠、钾与水反应的共同点：①都浮在水面上，②四处游动，③熔化为一个闪亮的小球，④有“嘶嘶”的响声；不同点：钾与水反应比钠与水反应更剧烈，反应可产生火焰，并发出轻微的爆炸声。
答案 (1)④⑤⑧
(2)2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑、2K＋2H2O===2KOH＋H2↑ 钾与水反应比钠与水反应剧烈，推断钾比钠活泼
[能 力 练]
13．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，使我国时间频率基准的精度提高到1500万年不差1秒，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ⅠA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”)。
解析 根据原子核外电子排布规律，结合铯在元素周期表中的位置知，铯原子核外电子分六层排布，分别是2、8、18、18、8、1，原子序数是55，最外层只有1个电子。铯与钠同主族，具有极强的金属性，与水反应生成氢气和氢氧化铯：2Cs＋2H2O===2CsOH＋H2↑，氢氧化铯是强碱，使紫色石蕊溶液变蓝色。
答案 (1)6 1 55
(2)无 蓝 2Cs＋2H2O===2CsOH＋H2↑
(3)强
14．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它的原子半径比钠小
③它的氧化物暴露在空气中易吸收CO2
④它的阳离子最外层电子数和镁原子相同
⑤它是还原剂
(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________(填序号)。
a．Li b．Na c．K d．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),\s\d5(22.4 L·ml－1))×2，M＝25，因Mr(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
学业要求
核心素养对接
1.了解碱金属、卤素在周期表中的位置。
2．了解碱金属、卤素原子结构特点，了解原子结构与元素性质的关系。
3．了解碱金属、卤素性质的相似性与递变性，并能初步运用原子结构理论解释。
1.通过对碱金属、卤素性质的相似性与递变性的了解，培养学生宏观辨识与微观探析素养水平。
2．通过对原子结构与元素性质的关系的学习，学会从物质及其变化的事实中提取有用信息，以提高学生证据推理与模型认识水平。
Li
Na
K
Rb
Cs
碱金属
化学反应方程式
反应程度
产物复杂程度
活泼性
Li
4Li＋O2eq \(=====,\s\up7(△))2Li2O
Na
2Na＋O2eq \(=====,\s\up7(△))Na2O2
K
K＋O2eq \(=====,\s\up7(△))KO2
Rb
－
Cs
－
碱金属
钾
钠
实验操作
实验现象
熔成小球，浮于水面，四处游动，有轻微爆炸声，反应后溶液加酚酞变红
熔成小球，浮于水面，四处游动，有“嘶嘶”的响声，反应后溶液加酚酞变红
实验原理
2K＋2H2O===2KOH＋H2↑
2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑
结论
钾比钠的活动性强
F
Cl
Br
I
反应条件
化学方程式
产物稳定性
F2
暗处
H2＋F2===2HF
很稳定
Cl2
光照或点燃
H2＋Cl2eq \(=====,\s\up7(光照或点燃))2HCl
较稳定
Br2
加热
H2＋Br2eq \(=====,\s\up7(△))2HBr
不稳定
I2
不断加热
H2＋I2eq \(,\s\up7(△))2HI
很不稳定
得出结论：从F2到I2，与H2反应所需要的条件逐渐升高，反应剧烈程度依次减弱，生成气态氢化物的稳定性依次减弱
实验操作
实验现象
化学方程式
静置后，液体分层，上层无色，下层橙红色
2NaBr＋Cl2===2NaCl＋Br2
静置后，液体分层，上层无色，下层紫红色
2KI＋Br2===2KBr＋I2
静置后，液体分层，上层无色，下层紫红色
2KI＋Cl2===2KCl＋I2
得出结论：Cl2、Br2、I2三种卤素单质的氧化性由强到弱的顺序是Cl2＞Br2＞I2，相应卤素离子的还原性由强到弱的顺序是I－＞Br－＞Cl－。
物质类别
性质
递变规律
元素
元素金属性
逐渐增强
元素非金属性
逐渐减弱
单质
氧化性
逐渐减弱
还原性
逐渐增强
非金属元素
氢化物
气态稳定性
逐渐减弱
还原性
逐渐增强
最高价氧化物
对应水化物
碱性
逐渐增强
酸性
逐渐减弱
元素的金属性、非金属性与原子得失电子的关系⇒提升学生宏观辨识与微观探析素养
同主族元素性质的递变规律⇒培养学生证据推理与模型认知素养
主族性质规律
要注意区分eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(金属性,非金属性))
易错点
单质的种类：金属、非金属
必须是最高价氧化物对应的水化物
[知 识 梳 理]
知识点一 碱金属元素
如上图是碱金属的单质存在形式或元素标识，他们之间有什么相似之处和递变性？完成下列问题你就会明白：
1．碱金属元素的原子结构及特点
(1)元素符号与原子结构示意图
(2)原子结构特点
结构特点eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(相似性：最外层电子数都是1,递变性（从Li→Cs）\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(核电荷数增大,电子层数增多,原子半径增大)))) 注意结构变化
2．碱金属的性质
(1)物理性质
(2)化学性质
①与O2反应
②与水反应 注意对比实验
知识点二 卤族元素
如图是卤素单质，他们的颜色越来越深，由气体逐渐变为固体，那么他们的性质有何相似性和递变性？请完成下列知识点：
1．原子结构特点
(1)原子结构示意图
(2)结构特点
①相同点：最外层都有7__个电子。
②递变性：从F→I，核电荷数逐渐增加，电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大。
2．卤族元素单质的性质
(1)物理性质
F2 Cl2 Br2 I2
颜色： eq \(―——————————————————————―→,\s\up10(浅黄绿色 黄绿色 深红棕色 紫黑色))逐渐加深
熔、沸点：eq \(―——————————————————————―→,\s\up7( 气体 气体 液体 固体 ))逐渐升高
密度：eq \(―——————————————————————―→,\s\up7( ))逐渐增大
水溶性：eq \(―——————————————————————―→,\s\up7( 反应 溶解 溶解 微溶 ))逐渐减小
(2)化学性质
①与H2反应
②卤素单质间的置换反应
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。
知识点三 同主族元素的性质与原子结构的关系
1．元素性质的影响因素
元素的性质主要与原子核外电子的排布，特别是与最外层电子数有关。
2．同主族元素性质的递变规律
从上到下eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(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,金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱))
微判断
(1)碱金属元素原子的次外层电子数都是8个。( )
(2)化合物中碱金属元素的化合价都为＋1价。( )
(3)碱金属元素的原子半径随核电荷数的增大而增大。( )
(4)碱金属单质的化学性质活泼，易失电子发生还原反应。( )
(5)Li在空气中加热生成LiO2。( )
(6)卤素单质与水反应均可用：X2＋H2O===HXO＋HX表示。( )
(7)HX都极易溶于水，它们的热稳定性随核电荷数增加而增强。( )
(8)卤素单质的颜色从F2―→I2按相对分子质量增大而加深。( )
(9)将F2通入NaCl溶液中可置换出Cl2。( )
答案 (1)× (2)√ (3)√ (4)× (5)× (6)× (7)× (8)√ (9)×
微训练
1．下列对碱金属的叙述中不正确的是( )
A．碱金属中还原性最弱的是锂
B．碱金属的原子半径和离子半径都随核电荷数的增大而增大
C．碱金属都易失去1个电子
D．从Li到Cs，碱金属的密度越来越大，熔、沸点越来越高
解析 随原子序数的递增，碱金属原子半径和离子半径逐渐增大，单质的还原性逐渐增强，A、B正确；碱金属都易失去1个电子形成稳定的阳离子，C正确；从Li到Cs，密度呈增大趋势，但K的密度小于Na，熔、沸点越来越低，D错误。
答案 D
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，其熔、沸点就越高
C．卤素各单质都能与水剧烈反应
D．卤素的单质都能与氢气反应，且气态氢化物的稳定性随单质氧化性的增强而增强
解析 卤素能与其他非金属元素化合，如H、C等；卤素单质越活泼，其相对分子质量越小，其熔、沸点越低；卤素单质中只有氟气能与水剧烈反应。
答案 D
3．已知锂及其化合物的许多性质与碱金属差异较大，却与镁相似。下列有关锂及其化合物的叙述不正确的是( )
A．碳酸锂受强热很难分解
B．碳酸锂的溶解度比碳酸氢锂的小
C．锂在过量氧气中燃烧，主要产物是氧化锂而不是过氧化锂
D．锂可以与氮气化合生成氮化锂(Li3N)
解析 解题时充分利用题目信息，锂及其化合物的性质与镁的相似，MgCO3煅烧分解成MgO和CO2，由此可知，Li2CO3也易分解。
答案 A
4．下列有关碱金属元素的性质判断正确的是( )
A．K与H2O反应最剧烈
B．Rb比Na活泼，故Rb可以从NaCl溶液中置换出Na
C．碱金属的阳离子没有还原性，所以有强氧化性
D．从Li到Cs都易失去最外层1个电子，且失电子能力逐渐增强
解析 A项，在碱金属元素中，K不是最活泼的元素；B项，Rb先与水反应，不会置换出Na；C项，碱金属的阳离子很稳定，不具有强氧化性。
答案 D
5．关于卤素X(依次为Cl、Br、I)的下列叙述不正确的是( )
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．卤素单质的颜色随相对分子质量增大而加深
D．相对分子质量小的卤素单质可将相对分子质量大的卤素从它的卤化物溶液里置换出来
解析 HX的热稳定性随核电荷数的增加而减弱。
答案 B
6．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增强
B．原子易形成－1价阴离子
C．从上到下最高价氧化物的水化物酸性减弱(F除外)
D．从上到下氢化物的还原性依次增强
解析 同主族元素，从上到下元素的非金属性减弱，选项A错误；第ⅦA族元素原子最外层7个电子，易得1个电子形成－1价阴离子，选项B正确；从上到下元素的非金属性逐渐减弱，所以最高价氧化物的水化物酸性逐渐减弱，选项C正确；同主族元素，从上到下元素的非金属性逐渐减弱，所以氢化物的还原性依次增强，选项D正确。
答案 A
微思考
1．同主族元素的原子结构及性质有何变化规律？
提示 同主族元素随核外电子层数的增加，它们的得电子能力逐渐减弱，非金属性逐渐减弱；失电子能力逐渐增强，金属性逐渐增强。
2．如何比较同主族元素的原子半径、阳离子半径、阴离子半径？
提示 (1)原子半径：同主族元素的原子最外层电子数相同，从上到下电子层数逐渐增多，所以半径逐渐增大。
(2)阳离子半径：以碱金属为例，在形成离子时，均失去最外层电子，所以均少一个电子层，电子层数仍然是逐渐增多，所以半径逐渐增大。
(3)阴离子半径：以卤族元素为例，在形成离子时，最外层均得到一个电子，所以最外层电子数仍然相同，电子层数仍然是逐渐增多，所以半径逐渐增大。
学习任务1 碱金属元素单质化学性质的相似性和递变性
情景：
如图是碱金属单质的存在形式，它们在生活中有不同的应用，结构相似为什么应用不同呢？带着这个问题完成下列讨论：
1．请结合碱金属元素的原子结构的递变性探究其单质化学性质的递变性。
提示 碱金属元素原子的最外层电子数都相等，但从Li到Cs，随着核电荷数的增加，碱金属元素原子的电子层数逐渐增多，原子核对核外电子的吸引能力逐渐减弱；失电子能力逐渐增强，金属性逐渐增强。
2．碱金属元素在性质上具有相似性，根据钠的性质，推断碱金属可能具有的化学性质有哪些？
提示 (1)与O2反应生成相应的氧化物，如Li2O、Na2O等。
(2)与Cl2反应生成RCl，如NaCl、KCl等。
(3)与H2O反应，能置换出H2O中的氢，反应通式为：2R＋2H2O===2ROH＋H2↑。
(4)与非氧化性酸反应，生成H2，反应通式为：2R＋2H＋===2R＋＋H2↑。(R表示碱金属元素)
3．根据碱金属元素性质的递变性，判断从Li→Cs，对应阳离子的氧化性强弱以及最高价氧化物对应水化物的碱性强弱的递变性。
提示 从Li到Cs，原子失电子能力逐渐增强，金属性逐渐增强，故对应阳离子的氧化性依次减弱，即Li＋＞Na＋＞K＋＞Rb＋＞Cs＋。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．碱金属的相似性(用R表示碱金属元素)
2．碱金属的递变性
(1)与O2反应
从Li→Cs，与O2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反应还可以生成Na2O2，而K与O2反应能够生成KO2等。
(2)与H2O(或酸)的反应
从Li→Cs，与H2O(或酸)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遇水发生剧烈爆炸。
(3)最高价氧化物对应水化物的碱性
碱性：LiOH
【例题1】 下列有关碱金属单质的性质的说法错误的是( )
A．锂与水反应不如钠与水反应剧烈
B．Rb比Na活泼，故Rb可以从NaCl溶液中置换出Na
C．熔、沸点：Li＞Na＞K
D．碱性：LiOH
解析 锂的活泼性比钠弱，与水反应不如钠剧烈，A正确。Rb和NaCl溶液反应时首先和水反应而不是置换出金属钠，B错。碱金属单质的熔、沸点随着原子序数的增加而逐渐降低，C正确。从锂到铯，碱金属元素的金属性逐渐增强，最高价氧化物对应水化物的碱性依次增强，D正确。
答案 B
变式训练1 下列关于碱金属元素的原子结构和性质的叙述不正确的是( )
A．碱金属元素原子最外层都只有1个电子，在化学反应中容易失去
B．碱金属单质都是强还原剂
C．碱金属单质都能在氧气中燃烧生成过氧化物
D．碱金属单质都能与水反应生成碱
解析 同一主族元素最外层电子数相同，碱金属元素原子最外层电子数均为1，在化学反应中很容易失去最外层的1个电子，还原性很强，A、B对；Li与O2反应，只生成Li2O，Na在O2中点燃生成Na2O2，K在O2中可生成KO2，C错；碱金属元素的单质都能与水反应生成碱和氢气，D对。
答案 C
学习任务2 卤族元素单质化学性质的相似性、递变性和特殊性
如图是卤素原子的核外电子排布和卤素单质的存在形式，请回答下列问题：
1．请结合卤族元素原子结构的相似性与递变性探讨其化学性质的相似性与递变性。
提示 (1)卤族元素原子最外层都有7个电子，都易得1个电子达到8电子稳定结构，所以在化学反应中都表现很强的氧化性。
(2)随着原子序数的增加，电子层数依次增多，原子核对最外层电子的吸引能力逐渐减弱，得电子能力依次减弱，氧化性依次减弱。
2．根据卤族元素的性质分析，将F2通入NaCl溶液中得到什么气体？
提示 F2的氧化性大于Cl2，但由于F2与水发生反应：2F2＋2H2O===4HF＋O2，F2不与溶液中的Cl－反应，故F2通入NaCl溶液中得到的是O2而不是Cl2。
3．已知还原性I－＞Br－＞Cl－＞F－，试从原子结构的角度分析原因。
提示 微粒的还原性即失电子的能力。按I－→Br－→Cl－→F－的顺序，离子半径逐渐减小，原子核对最外层电子的吸引力逐渐增大，失去电子的能力逐渐减弱，故还原性逐渐减弱。
1．相似性
(1)与H2反应：X2＋H2eq \(=====,\s\up7(一定条件))2HX
(2)与活泼金属(如Na)反应：2Na＋X2eq \(=====,\s\up7(△))2NaX
(3)与H2O反应
X2＋H2O===HX＋HXO(X＝Cl、Br、I)
2F2＋2H2O===4HF＋O2
2．递变性
(1)氧化性与还原性
(2)与H2反应的难易程度及对应氢化物稳定性(由F2→I2)热稳定性
①与H2反应越来越难，生成的氢化物的稳定性逐渐减弱，还原性逐渐增强。是否易分解
②氢化物中HCl、HBr、HI的熔、沸点依次升高。
(3)卤素单质与变价金属(如Fe)反应
2Fe＋3X2===2FeX3(X＝F、Cl、Br)
Fe＋I2===FeI2
3．特殊性 记住特殊性
(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，液溴易挥发，保存时要加一些水进行“水封”，碘可升华，遇淀粉溶液变蓝(检验I2)。
(3)Cl2、Br2、I2易溶于有机溶剂苯、CCl4、汽油等。
(4)F无正化合价。
【例题2】 下列关于卤族元素由上到下性质递变的叙述，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．①②③ B．②③④
C．②④⑤D．④⑤
解析
eq \a\vs4\al(卤族元素,（由上到下）)eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(物理性质\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(单质的颜色加深→②对,单质的沸点升高→④对)),化学性质\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(单质的氧化性减弱→①错,阴离子的还原性增强→⑤对,气态氢化物的稳定性减弱→③错))))
答案 C
变式训练2 砹是现知原子序数最大的卤族元素，根据卤素性质的递变规律，对砹及其化合物的叙述，正确的是( )
A．与H2化合能力：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．砹能从NaCl溶液中置换出氯单质
解析 从F到At，元素的非金属性逐渐减弱，单质与H2化合能力逐渐减弱，A项不正确；由F2到I2，单质的颜色依次加深，I2是紫黑色固体，则砹为黑色固体，B项不正确；卤族元素的原子，最外层上都有7个电子，C项正确；因氧化性：Cl2>At2，所以At2不能从NaCl溶液中置换出Cl2，D项不正确。
答案 C
学习任务3 (核心素养)同主族元素原子结构与元素性质间的关系
一、知识要点
1．元素的金属性、非金属性与原子得失电子的关系
(1)元素的金属性是指气态原子失去电子的性质，金属性的强弱取决于原子失去电子能力的强弱，越易失去电子，金属性越强，而与失去电子的多少没有必然联系。
(2)元素的非金属性是指气态原子得到电子的性质，非金属性的强弱取决于原子得到电子能力的强弱，越易得到电子，非金属性越强，而与得到电子的多少没有必然联系。
(3)同主族元素从上到下，原子半径逐渐增大，失电子能力逐渐增强，而得电子能力逐渐减弱，故金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱。
2．同主族元素性质的递变规律
从碱金属元素和卤素的性质来看，同主族从上至下元素及其典型化合物性质的递变规律如下表所示。
二、核心素养
【素养解题】
[典例示范] 下列关于主族元素的说法错误的是( )
A．同主族元素随着原子序数递增，元素金属性逐渐增强
B．同主族元素随着原子序数递增，元素单质的熔、沸点逐渐升高 注意金属、非金属的区别
C．同主族元素原子最外层电子数都相同
D．同主族元素随着原子序数递增其最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐减弱，碱性逐渐增强
[主族元素性质判断题的解题思路]
答案 B
三、对点训练
1．下列叙述中能说明A金属比B金属活泼性强的是( )
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能从水中置换出氢气，而B不能
解析 比较金属的活泼性不能根据最外层电子数的多少，如Li的最外层电子数比Ca少，但不如Ca活泼，故A错误；比较金属的活泼性不能根据原子电子层数的多少，如Na的电子层数比Cu少，但Na比Cu活泼，故B错误；比较金属的活泼性不能根据生成氢气的多少来判断，例如1 ml Al从酸中置换H＋生成的H2比1 ml Mg从酸中置换H＋生成的H2多，但Mg的活泼性强，故C错误；常温时，A能从水中置换出氢，而B不能，说明A易失去电子，则A的活泼性肯定比金属B的活泼性强，故D正确。
答案 D
2．下列说法正确的是( )
A．F、Cl、Br原子的最外层电子数都是7，次外层电子数都是8
B．从HF、HCl、HBr、HI酸性递增的事实，推出F、Cl、Br、I的非金属性递增规律
C．卤素按F、Cl、Br、I的顺序，其非金属性逐渐减弱的原因是随着核电荷数增加电子层数增大起主要作用
D．砹是原子序数最大的卤族元素，根据卤素性质的递变规律，砹易溶于水，难溶于CCl4
解析 F的次外层电子数为2，Br的次外层电子数为18，A项错误；元素的非金属性强弱可以根据其最高价氧化物对应水化物的酸性强弱比较，不能根据氢化物的酸性强弱比较，B项错误；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项错误。
答案 C
3．在1961年，本生和基尔霍夫发现了一种新的碱金属元素，根据已学知识解答下列问题，帮助这两位科学家研究该元素。
(1)该元素单质的密度比水的密度大，则该元素可能是________。
(2)该元素的单质与水反应比钾与水反应剧烈，但没有铯与水反应剧烈，由此可确定该元素是________。其确定依据是______________。
(3)人类制备出该元素的单质比钠单质要晚得多，分析其中的原因：________________。
解析 (1)在碱金属元素形成的单质中，Li、Na、K的密度都小于水的密度，Rb、Cs、Fr的密度都大于水的密度，故该元素可能是Rb、Cs、Fr。
(2)碱金属元素的单质按Li、Na、K、Rb、Cs的顺序活动性逐渐增强，因此可以根据单质与水反应的剧烈程度，得出该元素为Rb。
(3)Rb和Na在自然界中全部以化合物形态存在，因此要制备它们的单质，需要把Rb＋和Na＋从其化合物中还原。由于金属单质还原性越强，其阳离子氧化性就越弱，越不易被还原，因此单质Rb比单质Na制备的晚。
答案 (1)Rb、Cs、Fr
(2)Rb 碱金属元素的单质按Li、Na、K、Rb、Cs的顺序活动性逐渐增强
(3)Rb＋的氧化性比Na＋的弱，不易被还原
4．(1)常见卤素氢化物中最不稳定的是__________(写化学式)。
(2)下列单质熔、沸点随原子序数递增而升高的是_________________________
(填字母，下同)。
A．碱金属元素B．卤族元素
(3)下列反应中，更剧烈的是__________。
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__________。
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，氢化物中最不稳定的是HI；碱金属元素的单质熔、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
5．用A.质子数、B.中子数、C.核外电子数、D.最外层电子数、E.电子层数，填写下列空格：
(1)同位素种类由________决定。
(2)元素种类由________决定。
(3)某元素有无同位素由________决定。
(4)核素相对原子质量由________决定。
(5)主族元素的化学性质主要由________决定。
(6)核电荷数由________决定。
(7)碱金属元素原子失电子能力相对强弱由________决定。
(8)原子得失电子能力相对强弱主要由________决定。
解析 (1)同位素种类的确定，既要确定元素(质子数)，又要确定核素(中子数)。
(2)确定元素种类只需确定质子数。
(3)某元素有无同位素，已经确定了元素，只要由中子数确定同位素即可。注意跟(1)的区别。
(4)核素相对原子质量的近似整数值等于该核素的质量数，则由质子数和中子数决定。
(5)主族元素最外层电子数决定元素原子得失电子的能力，即化学性质。
(6)核电荷数＝质子数。
(7)碱金属元素原子电子层数越多，失电子能力越强，故决定碱金属元素原子失电子能力相对强弱的因素是电子层数。
(8)电子层数相同时原子的最外层电子数越少，失电子能力越强，最外层电子数越多，得电子能力越强；最外层电子数相同，电子层数越多，失电子能力越强，得电子能力越弱，故原子得失电子能力的相对强弱主要由最外层电子数和电子层数决定。
答案 (1)AB (2)A (3)B (4)AB (5)D (6)A (7)E (8)DE
[合 格 练]
1．以下关于锂、钠、钾、铷、铯的叙述中不正确的是( )
①氢氧化物中碱性最强的是CsOH ②单质熔点最高的是铯 ③单质都是热和电的良导体 ④单质的密度依次增大，且都比水轻 ⑤单质的还原性依次增强 ⑥对应阳离子的氧化性依次增强
A．①③B．②⑤
C．②④⑥D．①③⑤
解析 单质熔点最高的应是Li，密度呈增大趋势，K出现反常，Rb、Cs的密度比水大，对应阳离子的氧化性应依次减弱。
答案 C
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，故K可以从NaCl溶液中置换出金属钠
C．金属性：K>Na>Li
D．碱金属元素原子最外层电子数相同
解析 锂的活动性比钠弱，与水反应不如钠剧烈，故A正确；虽然钾的还原性大于钠，但K不能置换出NaCl溶液中的钠，而是先和水反应，故B错误；碱金属元素从Li到Cs，金属性逐渐增强，故C正确；碱金属元素原子最外层电子数均为1，故D正确。
答案 B
3．下列关于卤族元素由上到下性质递变规律的叙述，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 F2、Cl2、Br2、I2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叙述错误，⑤叙述正确；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叙述正确；HF、HCl、HBr、HI的稳定性逐渐减弱，③叙述错误；F2、Cl2、Br2、I2在通常情况下其状态变化为气→液→固，则沸点逐渐升高，④叙述正确，C正确。
答案 C
4．下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 由图可知，随着核电荷数的增大，碱金属的性质呈递增趋势，而碱金属单质的熔点随核电荷数的增大而降低。
答案 C
5．若能发现第117号元素X，它的原子结构与卤族元素相似，电子排布有7个电子层，且最外层有7个电子。下列叙述中正确的是( )
A．此X元素的气态氢化物的化学式为HX，在常温下很稳定
B．其单质带有金属光泽，具有强氧化性，可与KI发生置换反应生成I2
C．其单质的分子式为X2，易溶于有机溶剂
D．AgX是一种有色的易溶于水的化合物
解析 因为此X在氢化物中显－1价，所以X元素的气态氢化物的化学式为HX，但由于X的非金属性很弱，所以HX在常温下很不稳定，A错误；X单质氧化性比碘弱，不可与KI发生置换反应，B错误；类比Br2、I2等，C正确；类比AgCl、AgBr等，D错误。
答案 C
6．①溴水 ②氯水 ③碘酒 ④氯化钾 ⑤酸性高锰酸钾溶液。其中能使湿润的淀粉－KI试纸变蓝的是( )
A．①②③B．①⑤
C．①②③⑤D．③④⑤
解析 单质碘可使淀粉变蓝，故加入物质中如含有单质碘或能与KI反应生成单质碘的，均可使湿润的淀粉－KI试纸变蓝。溴水和氯水中分别存在Br2、Cl2，可与KI反应置换出碘单质；碘酒是碘的酒精溶液，碘以I2分子形式溶解在酒精中；酸性高锰酸钾溶液具有强氧化性，可将I－氧化生成碘单质；氯化钾不与KI反应，没有碘单质生成。
答案 C
7．金属元素钫(Fr)在自然界中含量极少，它的21种已知同位素都有放射性，它是碱金属元素中最重的元素。根据钫在周期表中的位置预测其性质，其中不正确的是( )
A．在已知碱金属元素中具有最大的原子半径
B．在空气中燃烧时生成氧化物Fr2O
C．最高价氧化物对应的水化物是极强的碱
D．其单质的熔点比金属钠的熔点低
解析 根据“Fr是碱金属元素中最重的元素”，可以得到两个结论：一是它属于碱金属元素；二是它在周期表中处于碱金属元素的最下方。根据同主族元素性质的递变性规律可以知道它的金属性非常强，所以与氧气反应时得到的是复杂的氧化物。
答案 B
8．下列有关性质的比较，不正确的是( )
A．酸性强弱：HI>HBr>HCl
B．非金属性：O>S>Se
C．还原性强弱：F－>Cl－>I－
D．碱性强弱：KOH>NaOH>LiOH
解析 非金属元素原子得电子能力越强，其相应离子还原性越弱，故还原性强弱应为F－
答案 C
9．钠和锂有相似的化学性质，下列说法中，能较好地解释这个事实的是( )
A．都是金属元素B．原子半径相差不大
C．最外层电子数相同D．化合价相同
解析 钠和锂是同主族元素，在结构上具有相同的最外层电子数，结构的相似性导致了它们性质的相似性。
答案 C
10．下列说法正确的是( )
A．碱性：LiOH>NaOH>KOH>RbOH
B．金属性：Rb>K>Na>Li
C．和酸反应时Fe能失2个电子，Na失1个电子，所以Fe的金属性强于Na
D．Rb不易与水反应放出H2
解析 因为金属性Li
答案 B
11．已知元素aA、bB、cC、dD、eE的原子结构示意图分别为
请回答下列问题：
(1)属于同周期的元素是________(填元素符号，下同)，属于同主族的元素是________。
(2)金属性最强的元素是________，非金属性最强的元素是________。
(3)上述元素中最高价氧化物对应的水化物碱性最强的是________(填化学式)。
解析 (1)弄清原子结构示意图与元素在周期表中的位置关系，即电子层数与周期数相等，所以A、B、C同周期。主族的族序数与最外层电子数相等，所以B、D、E同主族。(2)同周期从左到右金属性减弱，非金属性增强；同主族从上到下金属性增强，非金属性减弱。所以Na的金属性最强，F的非金属性最强。(3)金属性越强，最高价氧化物对应的水化物碱性越强。
答案 (1)Na、Al、Cl F、Cl、Br (2)Na F (3)NaOH
12．某同学为验证同主族元素性质的递变规律，准备了如下药品：①氯化钠溶液 ②氢氧化钠溶液 ③硝酸 ④水 ⑤钠 ⑥镁条 ⑦铝条 ⑧钾
(1)准备选用的药品是________。
(2)所做的实验是___________________________________________
_____________________________________________(用化学方程式表示)，
判断依据_______________________________________________。
解析 钠、钾与水反应的共同点：①都浮在水面上，②四处游动，③熔化为一个闪亮的小球，④有“嘶嘶”的响声；不同点：钾与水反应比钠与水反应更剧烈，反应可产生火焰，并发出轻微的爆炸声。
答案 (1)④⑤⑧
(2)2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑、2K＋2H2O===2KOH＋H2↑ 钾与水反应比钠与水反应剧烈，推断钾比钠活泼
[能 力 练]
13．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，使我国时间频率基准的精度提高到1500万年不差1秒，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ⅠA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”)。
解析 根据原子核外电子排布规律，结合铯在元素周期表中的位置知，铯原子核外电子分六层排布，分别是2、8、18、18、8、1，原子序数是55，最外层只有1个电子。铯与钠同主族，具有极强的金属性，与水反应生成氢气和氢氧化铯：2Cs＋2H2O===2CsOH＋H2↑，氢氧化铯是强碱，使紫色石蕊溶液变蓝色。
答案 (1)6 1 55
(2)无 蓝 2Cs＋2H2O===2CsOH＋H2↑
(3)强
14．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它的原子半径比钠小
③它的氧化物暴露在空气中易吸收CO2
④它的阳离子最外层电子数和镁原子相同
⑤它是还原剂
(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________(填序号)。
a．Li b．Na c．K d．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),\s\d5(22.4 L·ml－1))×2，M＝25，因Mr(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
学业要求
核心素养对接
1.了解碱金属、卤素在周期表中的位置。
2．了解碱金属、卤素原子结构特点，了解原子结构与元素性质的关系。
3．了解碱金属、卤素性质的相似性与递变性，并能初步运用原子结构理论解释。
1.通过对碱金属、卤素性质的相似性与递变性的了解，培养学生宏观辨识与微观探析素养水平。
2．通过对原子结构与元素性质的关系的学习，学会从物质及其变化的事实中提取有用信息，以提高学生证据推理与模型认识水平。
Li
Na
K
Rb
Cs
碱金属
化学反应方程式
反应程度
产物复杂程度
活泼性
Li
4Li＋O2eq \(=====,\s\up7(△))2Li2O
Na
2Na＋O2eq \(=====,\s\up7(△))Na2O2
K
K＋O2eq \(=====,\s\up7(△))KO2
Rb
－
Cs
－
碱金属
钾
钠
实验操作
实验现象
熔成小球，浮于水面，四处游动，有轻微爆炸声，反应后溶液加酚酞变红
熔成小球，浮于水面，四处游动，有“嘶嘶”的响声，反应后溶液加酚酞变红
实验原理
2K＋2H2O===2KOH＋H2↑
2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑
结论
钾比钠的活动性强
F
Cl
Br
I
反应条件
化学方程式
产物稳定性
F2
暗处
H2＋F2===2HF
很稳定
Cl2
光照或点燃
H2＋Cl2eq \(=====,\s\up7(光照或点燃))2HCl
较稳定
Br2
加热
H2＋Br2eq \(=====,\s\up7(△))2HBr
不稳定
I2
不断加热
H2＋I2eq \(,\s\up7(△))2HI
很不稳定
得出结论：从F2到I2，与H2反应所需要的条件逐渐升高，反应剧烈程度依次减弱，生成气态氢化物的稳定性依次减弱
实验操作
实验现象
化学方程式
静置后，液体分层，上层无色，下层橙红色
2NaBr＋Cl2===2NaCl＋Br2
静置后，液体分层，上层无色，下层紫红色
2KI＋Br2===2KBr＋I2
静置后，液体分层，上层无色，下层紫红色
2KI＋Cl2===2KCl＋I2
得出结论：Cl2、Br2、I2三种卤素单质的氧化性由强到弱的顺序是Cl2＞Br2＞I2，相应卤素离子的还原性由强到弱的顺序是I－＞Br－＞Cl－。
物质类别
性质
递变规律
元素
元素金属性
逐渐增强
元素非金属性
逐渐减弱
单质
氧化性
逐渐减弱
还原性
逐渐增强
非金属元素
氢化物
气态稳定性
逐渐减弱
还原性
逐渐增强
最高价氧化物
对应水化物
碱性
逐渐增强
酸性
逐渐减弱
元素的金属性、非金属性与原子得失电子的关系⇒提升学生宏观辨识与微观探析素养
同主族元素性质的递变规律⇒培养学生证据推理与模型认知素养
主族性质规律
要注意区分eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(金属性,非金属性))
易错点
单质的种类：金属、非金属
必须是最高价氧化物对应的水化物
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