第1章第3节第2课时39.docx
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第1章第3节第2课时39
第2课时 研究同主族元素的性质
[核心素养发展目标] 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。
2.能设计实验方案,探究卤族元素性质的相似性和递变性,增强科学探究意识。
一、碱金属(ⅠA族)元素的相似性和递变性
1.碱金属元素的原子结构
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
原子半径(nm)
0.152
0.186
0.227
0.248
0.265
分析表中信息可知:
碱金属元素原子的最外层电子数相同,随核电荷数的增大,电子层数依次增多,原子半径逐渐增大。
2.碱金属单质物理性质的相似性和递变性
3.碱金属单质化学性质的相似性和递变性
(1)相似性:
都是活泼金属,在化合物中均为+1价。
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:
碱金属单质Li→Cs的还原性依次增强。
①从Li→Cs,与氧气反应越来越剧烈,产物越来越复杂。
如Rb、Cs遇空气立即燃烧,K与充足O2生成KO2。
②从Li→Cs,与水反应越来越剧烈。
如Rb、Cs遇水会发生爆炸。
③LiOH、NaOH、KOH、RbOH的碱性逐渐增强。
结论:
同主族从上到下,金属性逐渐增强。
(1)从锂到铯,碱金属元素单质的密度依次增大( )
(2)碱金属具有相似的化学性质,都是活泼金属( )
(3)从Li→Cs,其离子的氧化性依次减弱( )
(4)碱金属元素单质都应该保存在煤油中( )
(5)金属钾能从氯化钠溶液中置换出钠( )
(6)碱金属元素在自然界中能以游离态存在( )
答案
(1)×
(2)√ (3)√ (4)× (5)× (6)×
1.从碱金属元素原子结构的角度解释
(1)碱金属元素的化学性质具有相似性。
提示 碱金属元素的最外层电子数相同,都是1个电子,故它们的性质相似。
(2)碱金属元素性质具有递变性。
提示 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,原子失电子的能力逐渐增强。
2.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6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”)。
答案
(1)6 1 55
(2)无 蓝 2Cs+2H2O===2CsOH+H2↑
(3)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。
1.下列各组比较不正确的是( )
A.铯与水的反应现象比钠剧烈
B.还原性:
K>Na>Li
C.熔点:
Li>Na>K
D.碱性:
LiOH>NaOH>KOH
答案 D
解析 铯的活动性比钠强,与水反应比钠更剧烈,甚至会爆炸,A项正确;随着电子层数增多,碱金属的金属性逐渐增强,单质的还原性依次增强,即还原性:
K>Na>Li,B项正确;碱金属元素从Li到Cs,熔、沸点逐渐降低,即Li>Na>K>Rb>Cs,C项正确;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碱性依次增强,即碱性:
LiOH 2.下列关于锂的结构和性质的判断,错误的是( ) ①与水反应比钠剧烈 ②原子半径比钠小 ③氧化物暴露于空气易吸收二氧化碳 ④阳离子最外层电子数和钠离子相同 ⑤其单质是强还原剂 A.只有①B.①和④C.②和③D.③和⑤ 答案 B 解析 Li与Na位于同一主族,但原子序数比Na的小,原子半径比Na的小,金属性比Na的弱,与水反应不如Na剧烈,①错、②正确;Li2O是碱性氧化物,能与CO2反应,③正确;Li+最外层有2个电子,Na+最外层有8个电子,④错;碱金属元素的单质都是很强的还原剂,⑤正确。 3.某主族元素原子R的第五电子层上只有一个电子。 下列描述正确的是( ) A.其单质在常温下与水的反应不如钠剧烈 B.其原子半径比钾原子半径小 C.其碳酸盐易溶于水 D.其氢氧化物不能使氢氧化铝溶解 答案 C 解析 由主族元素原子R的第五电子层上只有一个电子可知: R位于周期表第5周期ⅠA族,为Rb(铷)。 由同主族元素性质递变规律可知,Rb的金属性强于Na,故其与水的反应比Na更剧烈;RbOH的碱性强于NaOH,因NaOH可使Al(OH)3溶解,则RbOH也一定能使Al(OH)3溶解;Rb、K同主族,且Rb比K多一个电子层,则Rb的原子半径比K的原子半径大;由Na2CO3、K2CO3均易溶于水,可类推出Rb2CO3也应易溶于水。 二、卤族(ⅦA族)元素的相似性和递变性 1.卤族元素的原子结构 元素名称 氟 氯 溴 碘 元素符号 F Cl Br I 原子结构示意图 原子半径/nm 0.064 0.099 0.114 0.133 由表中信息可知: 卤族元素的原子最外层均为7个电子,随核电荷数的增大,电子层数增多,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.卤素单质的化学性质 (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,其单质都具有较强的氧化性。 (2)递变性 ①卤素单质与氢气反应的条件及生成物的稳定性比较 卤素单质 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 不如氯化氢稳定 不稳定、易分解 ②得出结论: 从F2到I2,与H2反应越来越难进行,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,同主族从上到下非金属性逐渐减弱。 4.实验探究卤素性质的相似性和递变性 (1)卤素单质的溶解性及溴、碘单质的检验 实验操作 实验现象 实验结论 溶液分层,上层颜色变浅或无色,下层溶液呈紫红色 溴、碘单质在有机溶剂CCl4中的溶解度均大于它们在水中的溶解度,CCl4能分别将它们从水溶液中提取出来 溶液分层,上层颜色变浅或无色,下层溶液呈橙红色 应用: ①用难溶于水的有机溶剂萃取溴、碘单质。 ②检验水溶液中的溴单质和碘单质。 (2)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 静置后,液体分层,下层橙红色 2Br-+Cl2===2Cl-+Br2 静置后,液体分层,下层紫红色 2I-+Br2===2Br-+I2 静置后,液体分层,下层紫红色 2I-+Cl2===2Cl-+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- (1)卤素原子最外层都有7个电子,其最高正化合价都为+7价( ) (2)HF、HCl、HBr、HI的稳定性依次减弱( ) (3)单质碘为紫黑色固体,易升华,淀粉溶液遇碘变蓝色,可利用此性质相互检验( ) (4)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”( ) (5)卤素单质(F2、Cl2、Br2、I2)与活泼金属都能反应生成相应的金属卤化物( ) (6)卤素单质只具有氧化性,不具有还原性( ) 答案 (1)× (2)√ (3)√ (4)√ (5)√ (6)× 1.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_________________________________ ________________________________________________________________________。 提示 (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)。 2.已知砹是第6周期的卤族元素。 (1)下列预测一定不正确的是________(填字母)。 A.NaAt易溶于苯和四氯化碳等有机溶剂 B.At的最高化合价为+7价 C.At2是一种有色固体,与氢气反应十分缓慢 D.AgAt是难溶于水的有色固体 (2)I-和At-的还原性哪一种更强些? 二者离子半径的相对大小如何? (3)HF和HAt哪一种分子更稳定? 答案 (1)A (2)At-还原性更强。 离子半径: At->I-。 (3)HF更稳定。 解析 (1)氯化钠等钠盐难溶于有机溶剂,则NaAt也不易溶于苯和四氯化碳等有机溶剂,A项错误;卤族元素原子的最外层电子数是7,除F外其他元素的最高化合价是+7价,B项正确;从上到下卤族元素的单质按气态、液态到固态变化,且颜色逐渐加深,则砹是有色固体,同主族从上到下元素的非金属性减弱,故砹与H2反应十分缓慢,C项正确;氯化银、溴化银、碘化银均见光易分解,且颜色逐渐加深,则AgAt是难溶于水的有色固体,见光易分解,D项正确。 同主族元素的原子结构与性质的关系 1.随着卤族元素原子半径的增大,下列递变规律正确的是( ) A.单质的熔点逐渐降低 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.单质的氧化性逐渐增强 答案 B 解析 随着原子半径的增大,卤素单质的熔、沸点依次升高,故A错误;卤素原子的还原性依次增强,故B正确;气态氢化物的稳定性依次减弱,故C错误;单质的氧化性依次减弱,故D错误。 2.下列关于卤素(用X表示)的叙述正确的是( ) 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.其单质都有颜色,都有毒 D.其最高价含氧酸的通式为HXO4 答案 C 解析 卤素原子的最外层电子数都是7,A错误;从上到下,卤素原子的电子层数依次增多,原子半径依次增大,B错误;其单质都有颜色,都有毒,C正确;F元素无正价,不存在含氧酸,D错误。 3.X、Y是元素周期表ⅦA族的两种元素,下列说法中能说明X的非金属性比Y强的是( ) A.X元素原子核外电子层数比Y元素原子核外电子层数多 B.X元素的气态氢化物比Y元素的气态氢化物稳定 C.X元素的最高价氧化物对应水化物的酸性比Y元素的弱 D.Y元素的单质能将X从NaX溶液中置换出来 答案 B 解析 X元素原子的电子层数比Y元素原子的电子层数多,同主族元素自上而下非金属性逐渐减弱,即非金属性: X<Y,A错误;元素的非金属性越强其气态氢化物越稳定,X的气态氢化物比Y的气态氢化物稳定,说明非金属性: X>Y,B正确;元素的非金属性越强,其最高价氧化物对应水化物的酸性越强,X的最高价氧化物对应水化物的酸性比Y的弱,说明非金属性: X<Y,C错误;Y的单质能将X从NaX溶液中置换出来,说明Y单质的氧化性强于X,所以非金属性: X<Y,D错误。 课时对点练 A组 基础对点练 题组一 碱金属元素性质的相似性与递变性 1.(2018·石家庄一中月考)如图表示碱金属元素的某些性质与核电荷数的变化关系,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 答案 C 解析 碱金属元素从上到下原子半径逐渐增大,单质的还原性逐渐增强,与水反应越来越剧烈,熔点越来越低,故C项不符合。 2.(2019·浙江东阳中学高一下学期月考)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排布情况,尤其是最外层电子数。 原子钾和钠的最外层电子数均为1,故对应单质的化学性质相似。 3.(2019·吉林高一下段考)以下关于锂、钠、钾、铷、铯的叙述不正确的是( ) ①对应氢氧化物中碱性最强的是CsOH ②单质熔点最高的是铯 ③与氧气反应均可得到多种氧化物 ④单质的密度依次增大,均要保存在煤油中 ⑤单质的还原性依次增强 ⑥对应离子的氧化性依次增强 A.①③⑤B.②④⑥ C.②③④⑥D.①⑤ 答案 C 解析 元素的金属性越强,其最高价氧化物对应水化物的碱性也越强,由于金属性最强的元素是Cs,所以对应的氢氧化物中碱性最强的是CsOH,①正确;碱金属单质的熔、沸点随着原子序数的增加而降低,所以单质熔点最低的是铯,②错误;Li与O2反应只能得到Li2O,③错误;Li的密度比煤油小,不能保存在煤油中,应该保存在液体石蜡中,④错误;碱金属元素随原子序数的增加,原子半径逐渐增大,失电子能力增强,所以其单质的还原性依次增强,⑤正确;由于碱金属元素的原子半径逐渐增大,原子核吸引电子的能力逐渐减弱,失电子能力增强,所以它们对应离子的氧化性依次减弱,⑥错误。 故叙述错误的是②③④⑥。 题组二 卤族元素性质的相似性与递变性 4.(2019·寿光现代中学月考)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.易形成-1价离子 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 答案 A 解析 同主族元素,从上到下元素的非金属性逐渐减弱,选项A错误;ⅦA族元素最外层有7个电子,易得1个电子形成-1价离子,选项B正确;从上到下元素的非金属性逐渐减弱,所以最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐减弱,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。 5.(2018·天津南开中学高一下学期月考)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.由HF、HCl、HBr、HI酸性递增的事实,可推出F、Cl、Br、I非金属性递增的规律 C.卤族元素按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,电子层数增多,原子半径增大,原子核对电子的吸引作用减弱 D.根据卤族元素性质的递变规律可知,单质砹难溶于CCl4 答案 C 解析 F原子的次外层电子数为2,Br原子的次外层电子数为18,A项错误;元素的非金属性强弱可根据其最高价氧化物对应水化物的酸性强弱判断,B项错误;由碘单质易溶于四氯化碳,可推知砹单质易溶于CCl4,D项错误。 6.下列事实不能说明非金属性Cl>I的是( ) A.Cl2+2I-===2Cl-+I2B.热稳定性: HCl>HI C.酸性: HClO4>HIO4D.酸性: HClO3>HIO3 答案 D 解析 元素的非金属性越强,对应单质的氧化性越强,Cl2+2I-===2Cl-+I2,说明Cl2的氧化性大于I2,元素的非金属性Cl大于I,A正确;元素的非金属性越强,对应氢化物的热稳定性越强,氯化氢比碘化氢稳定,可说明氯元素的非金属性比碘元素强,B正确;元素的非金属性越强,对应最高价氧化物的水化物的酸性越强,酸性: HClO4>HIO4,可说明氯元素的非金属性比碘元素强,C正确;酸性: HClO3>HIO3,不能说明非金属性Cl>I,因为两种酸均不是最高价含氧酸,D错误。 题组三 同周期、同主族元素性质递变规律及应用 7.(2018·海南中学期中)根据元素周期表和元素周期律分析下面的推断,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 氯的非金属性比溴强,故HCl的稳定性比HBr强,A项正确;硒的非金属性比硫弱,故H2Se的稳定性比H2S弱,B项错误;同主族元素从上到下,金属性逐渐增强,故Sr(OH)2的碱性比Ca(OH)2的强,Be的失电子能力比Mg弱,C、D项正确。 8.(2019·洛阳一中月考)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,碱金属元素和卤素的熔、沸点都逐渐降低 答案 D 解析 溴的非金属性强于碘,故溴单质与H2的反应比碘单质与H2的反应更剧烈,A项正确;碱金属元素中,锂的金属性最弱,故锂原子失去最外层电子的能力最弱;卤素中,氟的非金属性最强,故氟原子得电子的能力最强,B项正确;钾的金属性比钠强,故钾与水的反应比钠与水的反应更剧烈,C项正确;随核电荷数的增加,碱金属元素单质的熔、沸点逐渐降低,卤素单质的熔、沸点逐渐升高,D项不正确。 9.(2018·杭州二中期末)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①③④B.仅⑤ C.仅②③④⑤D.仅①③ 答案 C 解析 ①Cl、S位于第3周期,原子半径: S>Cl,K位于第4周期,所以原子半径: K>S>Cl,错误;②非金属性: F>S>P,元素的非金属性越强,对应的氢化物越稳定,则氢化物稳定性: HF>H2S>PH3,正确;③非金属性: Cl>S>Si,元素的非金属性越强,对应单质的氧化性越强,则单质氧化性: Cl2>S>Si,正确;④H2SO4是强酸,HClO是弱酸,则酸性: H2SO4>HClO,正确;⑤金属性: K>Na>Mg,元素的金属性越强,最高价氧化物对应水化物的碱性越强,则碱性: KOH>NaOH>Mg(OH)2,正确。 10.(2018·吉林长春外国语学校高一月考)下表为元素周期表的一部分。 族 周期 ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA 1 ① 2 ② ⑤ 3 ③ ⑥ 4 ④ ⑦ (1)表中________(填元素符号)的非金属性最强;________(填元素符号)的金属性最强,写出该元素的单质与水反应的离子方程式: __________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)表中元素③的原子结构示意图是____________。 (3)表中元素⑥、⑦的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是________(填化学式)。 答案 (1)F K 2K+2H2O===2K++2OH-+H2↑ (2) (3)HCl HBr (4)HClO4 解析 根据元素在周期表中的位置可知①~⑦分别是H、Li、Na、K、F、Cl、Br。 (1)根据元素周期律可判断表中氟元素的非金属性最强;钾元素的金属性最强,单质钾与水反应的离子方程式为2K+2H2O===2K++2OH-+H2↑。 (2)表中元素③是Na,原子结构示意图是。 (3)同主族元素从上到下,非金属性逐渐减弱,氢化物稳定性逐渐减弱,则表中元素⑥、⑦对应的氢化物的稳定性: HCl>HBr。 (4)非金属性越强,最高价氧化物对应水化物的酸性越强,氟没有含氧酸,则表中元素最高价氧化物对应水化物酸性最强的是HClO4。 B组 综合强化练 1.如图是卤素单质(F2、Cl2、Br2、I2)的沸点与相对分子质量的关系图,下列说法错误的是( ) A.单质①是最活泼的非金属单质 B.单质②能使品红溶液褪色 C.保存少量的单质③时加少量水进行水封 D.单质④的氢化物在卤素氢化物中沸点最高 答案 D 解析 卤素单质的沸点与其相对分子质量成正比,根据题图知,①②③④对应的分别是F2、Cl2、Br2、I2。 卤族元素中,元素的非金属性随着原子序数增大而减弱,非金属性越强,其单质越活泼,所以单质活泼性最强的是F2,A正确;氯气和水反应生成次氯酸,次氯酸具有漂白性,所以单质②(Cl2)能使品红溶液褪色,B正确;溴易挥发,在水中的溶解度较小,且密度大于水,所以为防止溴挥发,可以用水液封,C正确。 2.(2019·清华大学附中月考)砹(At)原子序数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能从可溶性砹盐溶液中置换出At2 答案 C 解析 同主族从上到下元素的单质从气态、液态、固态变化,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小于I,故B正确;同一主族元素中,其非金属性随着原子序数的增大而减小,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的增大而减弱,所以I2可以把At从At的可溶性盐溶液中置换出来,故D正确。 3.(2019·长沙一中高一检测)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1g·cm-3 D.“类钫”单质有较高的熔点
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