创新设计学年高中化学112元素的性质与原子结构讲解.docx
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创新设计学年高中化学112元素的性质与原子结构讲解
第2课时 元素的性质与原子结构
[目标导航] 1.了解碱金属、卤素原子在周期表中的位置。
2.了解碱金属、卤素原子的结构特点,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。
一、碱金属元素
1.结构特点
(1)完成表格
元素
名称
元素
符号
核电
荷数
原子结构
示意图
最外层
电子数
电子
层数
原子半
径/nm
碱
金
属
元
素
锂
Li
3
]
1
2
0.152
钠
Na
11
]
1
3
0.186
钾
K
19
]
1
4
0.227
铷
Rb
37
]
1
5
0.248
铯
Cs
55
]
1
6
0.265
(2)得出结论:
碱金属元素原子结构的共同点是最外层电子数均为1,不同点是电子层数和原子半径不同,其变化规律是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.碱金属的性质
(1)物理性质
(2)化学性质
①与O2反应
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+O22Li2O
Na
2Na+O2Na2O2
K
K+O2KO2
Rb
-
Cs
-
②与水反应
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
议一议
1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”
(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( )
答案
(1)×
(2)√ (3)√ (4)× (5)×
2.钾与水(含酚酞)反应的实验现象能表明钾的一些性质,请连一连。
(1)钾浮在水面上 A.钾与水反应放热且钾的
熔点较低
(2)钾熔化成闪亮的小球B.钾与水反应剧烈,放出的热使生成的H2燃烧
3钾球四处游动,并有轻,微的爆鸣声C.钾的密度比水小
(4)溶液变为红色D.钾与水反应后
的溶液呈碱性
答案
(1)—C
(2)—A (3)—B (4)—D
二、卤族元素
1.原子结构
(1)完成表格:
元素名称
氟(F)
氯(Cl)
溴(Br)
碘(I)
原子序数
9
17
35
53
原子结构
示意图
最外层电子数
7
7
7
7
电子层数
2
3
4
5
原子半径
由小到大
(2)得出结论:
卤族元素原子结构的共同点是最外层电子数都是7,不同点是电子层数和原子半径不同,其变化规律是随着原子序数增大,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
(2)化学性质
①与H2反应
a.填写下表:
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+Cl22HCl
较稳定
Br2
加热
H2+Br22HBr
不稳定
I2
不断加热
H2+I22HI
很不稳定
b.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。
②卤素单质间的置换反应
a.填写下表:
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
b.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-。
提醒 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。
议一议
1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”(X代表卤素)
(1)卤素单质与水反应均可用X2+H2O===HXO+HX表示( )
(2)HX都极易溶于水,它们的热稳定性随核电荷数增加而增强( )
(3)卤素单质的颜色从F2―→I2按相对分子质量增大而加深( )
(4)将F2通入NaCl溶液中可置换出Cl2( )
答案
(1)×
(2)× (3)√ (4)×
解析
(1)F2与H2O反应为2F2+2H2O===4HF+O2,不可用X2+H2O===HXO+HX表示。
(2)HX的热稳定性随核电荷数的增加而减弱。
(4)F2性质极活泼,遇盐溶液先和水反应,故不能将卤素从它的盐溶液里置换出来。
2.已知还原性I->Br->Cl->F-,试从原子结构的角度分析原因。
答案 还原性即微粒失去电子的能力。
按I-→Br-→Cl-→F-的顺序,离子的半径逐渐减小,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。
一、碱金属元素单质化学性质的相似性和递变性
例1 下列对碱金属性质的叙述中,正确的是( )
A.碱金属元素的单质具有强还原性,可置换出硫酸铜溶液中的铜单质
B.单质在空气中燃烧生成的都是过氧化物
C.碱金属单质与水反应生成碱和氢气
D.单质熔、沸点随着原子序数递增而升高
解析 A项中碱金属元素的单质具有强还原性,但活泼的金属易与H2O反应,故不能从盐溶液中置换出不活泼的金属,A项错;锂在空气中燃烧生成的是氧化锂,而不是过氧化锂,B项错;碱金属单质的熔、沸点随着原子序数的递增而降低,D项错;碱金属都能与水反应生成对应的碱和氢气,只是反应越来越剧烈,C项正确。
答案 C
归纳总结 碱金属的原子结构与化学性质的关系
(1)相似性
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↑(R表示碱金属元素)。
(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。
变式训练1 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
答案 B
解析 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不能置换出NaCl溶液中的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,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,D正确。
二、卤素单质的相似性、递变性和特性
例2 下列对卤素的说法不符合递变规律的是( )
A.F2、Cl2、Br2、I2的氧化性逐渐减弱
B.HF、HCl、HBr、HI的热稳定性逐渐减弱
C.F-、Cl-、Br-、I-的还原性逐渐增强
D.卤素单质按F2、Cl2、Br2、I2的顺序颜色变浅,密度增大
解析 从F→I原子半径依次增大,单质氧化性逐渐减弱,则阴离子的还原性逐渐增强,氢化物的稳定性逐渐减弱,卤素单质按F2、Cl2、Br2、I2的顺序颜色逐渐变深,密度也逐渐增大。
答案 D
归纳总结 卤素的原子结构与化学性质的关系
(1)相似性(X表示卤素元素)
卤素原子都容易得到一个电子使其最外层达到8个电子的稳定结构,它们的单质都是活泼的非金属单质,都具有较强的氧化性。
①与H2反应:
X2+H22HX。
②与活泼金属(如Na)反应:
2Na+X22NaX。
③与H2O反应
a.X2+H2O===HX+HXO(X=Cl、Br、I);
b.2F2+2H2O===4HF+O2。
④与NaOH溶液反应
X2+2NaOH===NaX+NaXO+H2O(X=Cl、Br、I)。
(2)递变性(X表示卤素元素)
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,卤素原子得电子的能力逐渐减弱,非金属性逐渐减弱。
①
②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,即:
稳定性:
HF>HCl>HBr>HI;
还原性:
HF<HCl<HBr<HI。
③卤素单质与变价金属(如Fe)反应时,F2、Cl2、Br2生成高价卤化物(如FeX3),而I2只能生成低价卤化物(如FeI2)。
④氢化物都易溶于水,其水溶液酸性依次增强。
⑤最高价氧化物的水化物的酸性逐渐减弱,即酸性:
HClO4>HBrO4>HIO4,HClO4是已知含氧酸中酸性最强的酸。
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
答案 C
解析 从F2到At2,元素的非金属性逐渐减弱,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。
规律总结 卤素的特性
(1)氟元素无正价,无含氧酸。
F-的还原性极弱。
(2)X2+H2O===HX+HXO而2F2+2H2O===4HF+O2。
(3)Br2在常温下是唯一的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。
三、同主族元素性质的递变规律
例3 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
C.同主族元素原子最外层电子数都相同
D.同主族元素最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐减弱,碱性逐渐增强
解析 同主族元素随着原子序数的递增,电子层数逐渐增多,失电子能力逐渐增强,得电子能力逐渐减弱,即元素的金属性逐渐增强,非金属性逐渐减弱,最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐增强,酸性逐渐减弱,A项、D项都正确;对于同主族的金属元素,单质的熔、沸点从上到下逐渐降低,对于同主族的非金属元素,单质的熔、沸点从上到下逐渐升高,B项错误;同主族元素原子最外层电子数都相同,C项正确。
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