2022-2023学年人教版2019高中化学必修1 第四章 第一节 第3课时 原子结构与元素的性质（学案+课时对点练 word版含解析）
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| 名称 | 2022-2023学年人教版2019高中化学必修1 第四章 第一节 第3课时 原子结构与元素的性质（学案+课时对点练 word版含解析） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 913.7KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2022-07-14 22:15:20 | ||
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文档简介
第3课时 原子结构与元素的性质
[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，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”的学科核心素养。
一、元素化学性质与原子结构的关系
原子 最外层电子数特点 得失电子情况 化学性质
稀有气体元素 都为8(氦为2) 不易得失 稳定
金属元素 一般＜4 易失去 不稳定
非金属元素 一般≥4 易得到 不稳定
由上表可知，原子结构决定元素的化学性质。
(1)最外层电子数为2的元素一定为金属元素( )
(2)金属元素的最外层电子数一定小于4( )
(3)非金属元素原子都易得电子( )
答案 (1)× (2)× (3)×
1．已知某元素的原子结构示意图如图所示：
(1)该元素在周期表中的位置：______________。
(2)预测该元素的单质在化学反应中容易________电子，常表现为__________价。
答案 (1)第五周期第ⅦA族 (2)得到1个 －1
2．下列原子结构示意图中：
A. B.
C. D.
(1)易形成阳离子的是__________(填字母，下同)。
(2)易形成阴离子的是______________。
(3)易与氯气化合组成XY2型化合物的是________________。
答案 (1)CD (2)A (3)D
二、碱金属元素
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
递变性 从Li到Cs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
相同点 最外层均有1个电子，均易失电子，有较强还原性，因此碱金属元素的化学性质具有相似性
2.实验探究——碱金属化学性质的比较
问题和预测
结合锂、钠、钾的原子特点和钠的化学性质，预测锂和钾可以与O2、H2O反应。
实验和观察
回忆钠与氧气、水的反应，认真观察钾的反应。
(1)钠、钾与氧气的反应
实验现象 在空气中燃烧，钠产生黄色火焰，钾产生紫色火焰，钾燃烧更剧烈
化学方程式 2Na＋O2Na2O2 K＋O2多种氧化物(产物中金属均为＋1价)
实验结论 钾原子半径比钠原子大，对最外层电子的引力弱，钾比钠更活泼，同理，锂可以与O2反应，但不如钠剧烈。4Li＋O22Li2O
(2)钠、钾与水的反应
实验现象 相同点：金属浮在水面上，金属熔成闪亮的小球，小球四处游动，发出嘶嘶的响声，反应后的溶液呈红色； 不同点：钾与水的反应有轻微爆炸声并着火燃烧
化学方程式 2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑， 2K＋2H2O===2KOH＋H2↑
实验结论 金属性强弱顺序：K>Na，同理，Li与H2O反应不如Na剧烈
结论
(1)碱金属元素化学性质的相似性：碱金属元素的原子最外层都有1个电子，且易失去，可与氧气、水等物质反应，产物均为＋1价。
(2)碱金属元素化学性质的递变性：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，原子失去最外层电子的能力逐渐增强，元素的金属性逐渐增强。
3．碱金属元素单质物理性质的相似性和递变性
(1)从锂到铯，碱金属元素单质的密度依次增大( )
(2)Li、Na、K在空气中燃烧均生成过氧化物( )
(3)碱金属元素原子随核电荷数增加，其单质与水反应越来越剧烈( )
(4)碱金属元素单质都应该保存在煤油中( )
(5)K比Na活泼，故K可以从钠盐溶液中置换出Na( )
(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)×
一般情况下，元素的金属性强弱可以从其单质与水(或酸)反应置换出氢的难易程度来判断，也可以从它们的最高价氧化物对应的水化物——氢氧化物的碱性强弱来判断，请写出Li→Cs，氢氧化物碱性由弱至强的顺序为___________________________________。
提示 LiOH已知铷(Rb)是37号元素，其相对原子质量是85.5，与钠同主族，回答下列问题：
(1)铷位于第________周期，其原子半径比钠元素的原子半径__________(填“大”或“小”)。
(2)铷单质性质活泼，写出它与氯气反应的化学方程式：_______________________________。铷单质易与水反应，反应的离子方程式为______________________，铷与水反应比钠与水反应____________________(填“剧烈”或“缓慢”)。遇水后在水________________(填“底”或“上”)，铷的密度比水的密度______(填“大”或“小”)。
(3)同主族元素的同类化合物的化学性质相似，写出过氧化铷与CO2反应的化学方程式：______________________________________________________________________________。
答案 (1)五 大
(2)2Rb＋Cl22RbCl 2Rb＋2H2O===2Rb＋＋2OH－＋H2↑ 剧烈 底 大
(3)2Rb2O2＋2CO2===2Rb2CO3＋O2
解析 (2)Rb的密度比水的密度大，遇水后沉在水底与水反应，铷的还原性比钠强，与水反应比钠剧烈。(3)可根据钠的相应化合物与CO2发生的反应进行类推。
三、卤族元素
1．卤素单质的物理性质
卤素单质 颜色(常态) 密度 熔点/℃ 沸点/℃
F2 淡黄绿色(气体) 1.69 g·L－1(15 ℃) －219.6 －188.1
Cl2 黄绿色(气体) 3.214 g·L－1(0 ℃) －101 －34.6
Br2 深红棕色(液体) 3.119 g·cm－3(20 ℃) －7.2 58.78
I2 紫黑色(固体) 4.93 g·cm－3 113.5 184.4
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 0.071 0.099 1.12 1.32
根据上表分析卤族元素原子结构的相似性和递变性：
(1)相似性：最外层电子数都是7，易得到电子而具有较强的非金属性。
(2)递变性：F→I，核电荷数依次增加，电子层数依次增多，原子半径逐渐增大。
3．卤素单质的化学性质
(1)卤素单质与氢气反应
卤素单质 反应条件 化学方程式 产物稳定性
F2 在暗处剧烈化合并发生爆炸 H2＋F2===2HF 很稳定
Cl2 光照或点燃 H2＋Cl22HCl 较稳定
Br2 加热 H2＋Br22HBr 不如氯化氢稳定
I2 不断加热 H2＋I22HI 不稳定，同一条件下同时分解
结论 从F2到I2，与H2化合越来越难，生成的氢化物稳定性逐渐减弱，元素的非金属性逐渐减弱
(2)卤素单质间的置换反应的实验探究
实验操作 实验现象 离子方程式 结论
振荡静置后，溶液由无色变为橙黄色 2Br－＋Cl2=== Br2＋2Cl－ 氧化性：Cl2>Br2>I2
振荡静置后，溶液由无色变为褐色 2I－＋Cl2=== I2＋2Cl－
振荡静置后，溶液由无色变为褐色 2I－＋Br2=== I2＋2Br－
(1)卤素单质都是双原子分子( )
(2)单质At2是白色固体( )
(3)同主族元素的单质熔、沸点一定是随核电荷数增加而升高( )
(4)同主族元素从上至下非金属性逐渐增强( )
(5)第ⅡA族的锶的硫酸盐(SrSO4)是易溶于水的白色固体( )
答案 (1)√ (2)× (3)× (4)× (5)×
(1)F2通入水中会剧烈反应，且有另一种单质气体生成，请根据氧化还原反应理论书写化学方程式：__________________________。
提示 2F2＋2H2O===4HF＋O2
(2)氧化性F2>Cl2，那么能否用F2与NaCl溶液反应置换Cl2
提示 否，F2与H2O先反应，无法置换出Cl2。
1.卤素的特殊性
(1)在常温下Br2是唯一的液态非金属单质，易挥发。
(2)碘为紫黑色固体，易升华，淀粉遇I2变蓝。
(3)氟是最活泼的非金属，没有正化合价，氟单质与盐溶液反应时，先与水反应产生HF和O2。
2．同主族元素的递变规律
1．下列有关碱金属元素和卤素的说法错误的是( )
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，碱金属元素单质和卤素单质的熔、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。
2．含有元素硒(Se)的保健品已开始进入市场。已知它是第四周期第ⅥA族元素。则下列关于硒的叙述正确的是( )
A．非金属性比硫强
B．气态氢化物的化学式为H2Se
C．稳定性：H2Se>H2O
D．最高价氧化物的化学式是SeO2
答案 B
解析 同一主族元素，元素的非金属性随着原子序数的增大而减弱，Se和S同一主族，原子序数：Se>S，则非金属性：S>Se，故A项错误；同一主族非金属元素其最低负化合价相同，Se元素最低负化合价为－2价，则氢化物的化学式为H2Se，故B项正确；元素的非金属性越强，气态氢化物的稳定性越强，非金属性：O>Se，则稳定性：H2O＞H2Se，故C项错误；主族元素最高正化合价与其族序数相等(O、F元素除外)，所以Se的最高正化合价为＋6价，则最高价氧化物的化学式是SeO3，故D项错误。
3．下列事实不能说明非金属性Cl>I的是( )
A．Cl2＋2I－===2Cl－＋I2
B．稳定性：HCl>HI
C．酸性：HClO4>HIO4
D．酸性：HClO3>HIO3
答案 D
4．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六周期第 Ⅰ A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，原因是__________________________________________(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。
题组一 碱金属元素
1．下列说法错误的是( )
A．化合物中碱金属元素的化合价都为＋1价
B．碱金属元素原子的次外层电子数都是8
C．碱金属元素的原子半径随核电荷数的增大而增大
D．碱金属元素都位于元素周期表的第ⅠA族
答案 B
解析 A项，碱金属元素的原子最外层只有1个电子，因 此在化合物中的化合价均为＋1价，正确；B项，Li原子的次外层电子数为2，错误；C项，核电荷数越大，电子层数越多，原子半径越大，正确；D项，碱金属元素都位于元素周期表的第ⅠA族，正确。
2．下列叙述正确的是( )
A．碱金属单质性质相似，均为银白色(铯除外)的柔软金属，密度都比较小
B．碱金属单质在空气中燃烧生成的都是过氧化物
C．碱金属单质的熔、沸点随原子序数的增加而升高
D．Li、Na、K都可以保存在煤油中
答案 A
3．下列有关碱金属元素的性质判断正确的是( )
A．Li与H2O反应最剧烈
B．碱金属元素的阳离子没有还原性，所以有强氧化性
C．Rb比Na活泼，故Rb可以从NaCl溶液中置换出Na
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
答案 D
解析 A项，在碱金属元素中，Li是最不活泼的元素，错误；B项，碱金属阳离子很稳定，不具有强氧化性，错误；C项，Rb先与水反应，不会置换出Na，错误；D项，同主族元素从上到下金属性逐渐增强，正确。
4.如图表示第ⅠA族金属(又称为碱金属)的某些性质与核电荷数的变化关系，则下列各性质不符合图示关系的是( )
A．金属性
B．与水反应的剧烈程度
C．阳离子的氧化性
D．原子半径
答案 C
解析 由图可知随着核电荷数的增加，碱金属的性质呈增强趋势，其金属性逐渐增强，其单质与水反应的剧烈程度增大，随核电荷数增大，其原子半径逐渐增大，A、B、D三项正确；随碱金属的核电荷数递增，其阳离子的氧化性逐渐减弱，C项与图不符。
5．对于可能存在的第119号元素， 有人称之为“类钫”。 根据周期表结构及元素性质变化趋势， 判断下列有关“类钫”的预测说法不正确的是( )
A．“类钫”元素位于元素周期表的第八周期， 在化合物中显＋1 价
B．“类钫”元素的非金属性极强， 其最高价氧化物对应的水化物为强酸
C．“类钫”单质遇水剧烈反应， 可能发生爆炸
D．“类钫”单质的密度大于钫单质，且大于 1 g·cm－3
答案 B
解析 由碱金属最外层电子数都为1可知，“类钫”在化合物中呈＋1价，A正确；碱金属从上到下元素的金属性逐渐增强，其最高价氧化物对应的水化物为强碱，B错误；碱金属从上到下元素的金属性逐渐增强，“类钫”的金属性比钫还强，单质遇水剧烈反应，可能发生爆炸，C正确；碱金属从上到下，单质的密度逐渐增大，“类钫”的密度应是碱金属中最大的，D正确。
题组二 卤族元素
6．(2022·广东湛江高一期末)已知一般情况下原子核外最外层电子数相等的元素具有相似的化学性质。氟元素原子的核外电子排布示意图为。下列原子中，与氟元素原子的化学性质相似的是( )
答案 D
解析 由图可知，氟原子的最外层电子数为7，与氟原子具有相似的化学性质的原子最外层电子数也为7，故D选项符合。
7．下列组合中关于卤素的叙述全部正确的是( )
①卤素只以化合态存在于自然界中
②随核电荷数增加，单质熔、沸点降低
③随核电荷数增加，单质氧化性增强
④随核电荷数增加，气态氢化物稳定性逐渐增强
⑤易形成－1价离子
⑥从上到下原子半径逐渐减小
⑦从上到下非金属性逐渐减弱
A．①③⑤ B．①⑤⑦
C．②⑥⑦ D．①②④
答案 B
8．下列关于卤族元素的叙述正确的是(用X表示卤素原子)( )
A．随核电荷数的增加，X－的半径逐渐增大，还原性逐渐减弱
B．随核电荷数的增加，氢化物的稳定性逐渐增强
C．单质与水反应均可表示为X2＋H2O===HX＋HXO
D．随核电荷数的增加，单质的颜色逐渐加深
答案 D
解析 随核电荷数的增加，X－的电子层数逐渐增多，离子半径逐渐增大，离子的还原性逐渐增强，故A项错误；卤族元素由上到下，非金属性逐渐减弱，气态氢化物的稳定性逐渐减弱，故B项错误；氯、溴、碘单质与水反应可表示为X2＋H2O===HX＋HXO，氟单质和水反应生成的是HF和O2，故C项错误；卤族元素由上到下，单质的颜色逐渐加深，故D项正确。
9．类推的思维方式在化学学习与研究中经常采用，但类推出的结论是否正确最终要经过实验的验证。以下类推的结论正确的是( )
A．由“Cl2＋H2O===HCl＋HClO”反应可推出“F2＋H2O===HF＋HFO”反应也能发生
B．HCl的水溶液酸性很强，推出HF的水溶液酸性也很强
C．由“2Fe＋3Cl2===2FeCl3”反应可推出“2Fe＋3I2===2FeI3”反应也能发生
D．Na、K在周期表中属于同一主族，化学性质相似，Na常温下与水剧烈反应，故K常温下也能与水剧烈反应
答案 D
解析 A项，F2与水反应生成HF和O2；B项，氢氟酸为弱酸；C项，I2的氧化性比Cl2弱，不能将铁单质氧化到＋3价；D项，K比Na金属性强，故正确。
10．下列有关碱金属、卤素原子结构和性质的描述正确的是( )
A．随着核电荷数的增加，卤素单质的熔、沸点依次升高，密度依次减小
B．F、Cl、Br、I的最外层电子数都是7，Li、Na、K、Rb的最外层电子数都是1
C．碱金属单质的金属性很强，均易与氧气发生反应，加热时生成氧化物R2O
D．根据F、Cl、Br、I的非金属性依次减弱，可推出HF、HCl、HBr、HI的还原性及热稳定性依次减弱
答案 B
解析 随着核电荷数的增加，卤素单质的熔、沸点依次升高，密度依次增大，A项错误；F、Cl、Br、I的最外层电子数都是7，Li、Na、K、Rb的最外层电子数都是1，B项正确；碱金属单质的金属性从Li到Cs依次增强，加热时与氧气反应，锂生成氧化锂、钠生成过氧化钠等，C项错误；F、Cl、Br、I的非金属性逐渐减弱，则对应单质的氧化性依次减弱，离子的还原性依次增强，即HF、HCl、HBr、HI的还原性依次增强，热稳定性依次减弱，D项错误。
11．(2022·北京石景山高一上期末)X、Y、Z、W为短周期元素，X2－和Y＋核外电子排布相同，X、Z位于同一主族，Y、Z、W位于同一周期，W的最外层电子数是X、Y最外层电子数之和。下列说法不正确的是( )
A．X、Y、Z、W核电荷数逐渐增大
B．对应单质的氧化性：X>Z
C．最高价氧化物对应水化物的酸性：W>Z
D．离子半径：X答案 D
解析 X、Y、Z、W为短周期元素，X2－和Y＋核外电子排布相同，则X为O，Y为Na，X、Z位于同一主族，则Z为S；Y、Z、W位于同一周期，W的最外层电子数是X、Y最外层电子数之和，则W为Cl。
根据上述分析可知，X、Y、Z、W核电荷数逐渐增大，故A正确；氧的非金属性比硫强，所以对应单质的氧化性：X>Z，故B正确；非金属性：Cl>S，所以最高价氧化物对应水化物的酸性：W>Z，故C正确；X为O、Y为Na，两者对应离子的核外电子排布相同，原子序数越大，半径越小，所以离子半径：X>Y，故D错误。
12．下列预测某些碱金属元素及其化合物的性质的结论错误的是( )
选项 已知某些碱金属元 素及其单质的性质 预测某些碱金属元 素及其单质的性质
A 锂、钠、钾三种元素在自然界中都以化合态存在 铷元素和铯元素在自然界中都以化合态存在
B 钾单质与空气中的氧气反应比钠单质更剧烈，甚至能燃烧 铷单质和铯单质比钾单质更容易与氧气反应，遇到空气就会立即燃烧
C 钾单质与水反应比钠单质更剧烈，甚至爆炸 铷和铯比钾更容易与水反应，遇水立即燃烧，甚至爆炸
D 锂元素和钠元素在化合物中的化合价都是＋1价，钠单质与氧气反应生成的氧化物有Na2O和Na2O2 锂单质与氧气反应生成的氧化物有Li2O和Li2O2
答案 D
解析 碱金属都是活泼的金属元素，在自然界中均以化合态存在，故A正确；从上到下，碱金属元素的金属性逐渐增强，失去电子的能力逐渐增强，因为钾单质与空气中的氧气反应比钠单质更剧烈，甚至能燃烧，所以铷单质和铯单质比钾单质更容易与氧气反应，遇到空气就会立即燃烧，故B正确；从上到下，碱金属元素的金属性逐渐增强，因为钾单质与水反应比钠单质更剧烈，甚至爆炸，所以铷和铯比钾更容易与水反应，遇水立即燃烧，甚至爆炸，故C正确；从上到下，碱金属元素的金属性逐渐增强，与氧气反应的产物更加复杂，锂单质与氧气反应只能生成Li2O，不能生成Li2O2，故D错误。
13．下表为元素周期表的一部分。
族 周期 ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA
一 ①
二 ② ③ ④ ⑤ ⑥
三 ⑦ ⑧ ⑨ ⑩
四
(1)表中元素__________(填元素符号，下同)的非金属性最强，元素________的金属性最强，元素__________的单质室温下呈液态。
(2)表中元素⑦的原子结构示意图为__________________________________________。
(3)表中元素⑥、⑩的氢化物的稳定性：________(填写化学式，下同)>__________。
(4)表中元素⑩和 的最高价氧化物对应水化物的酸性：__________>__________。
(5)表中元素②和⑦的最高价氧化物对应水化物的碱性：__________>__________。
答案 (1)F K Br (2) (3)HF HCl
(4)HClO4 HBrO4 (5)NaOH LiOH
14．为证明卤族元素的非金属性强弱，某小组用如图所示装置进行实验(夹持仪器已略去，装置气密性已检查)。
提示：2KMnO4＋16HCl(浓)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O。
实验过程：Ⅰ.打开弹簧夹，打开活塞a，滴加浓盐酸。
Ⅱ.当B和C中的溶液都变为黄色时，夹紧弹簧夹。
Ⅲ.当B中溶液由黄色变为橙红色时，关闭活塞a。
Ⅳ.……
(1)验证氯气的氧化性强于碘的实验现象是__________________________。
(2)B中溶液发生反应的离子方程式是______________________________。
(3)为验证溴的氧化性强于碘，过程Ⅳ的操作和现象是__________。
(4)过程Ⅲ实验的目的是__________________________________。
(5)氯、溴、碘单质的氧化性逐渐减弱的原因：同主族元素从上到下，原子半径逐渐________，得电子能力逐渐________。
答案 (1)湿润的淀粉-KI试纸变蓝 (2)Cl2＋2Br－=== Br2＋2Cl－
(3)打开活塞b，将少量C中溶液滴入D中，关闭活塞b，取下D振荡，静置后四氯化碳层变为紫红色
(4)确认C的黄色溶液中无氯气，排除氯气对Br2置换I2的实验的干扰
(5)增大 减弱
解析 (1)装置A中KMnO4固体与浓盐酸反应生成Cl2，Cl2与KI发生反应：Cl2＋2KI=== 2KCl＋I2，则湿润的淀粉-KI试纸变蓝。
(2)装置B盛有NaBr溶液，Cl2将Br－氧化生成Br2，离子方程式为Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－。
(3)由于Cl2的氧化性强于I2，验证Br2的氧化性强于I2，要除去Cl2，防止产生干扰，具体操作：打开活塞b，将少量C中溶液滴入D中，关闭活塞b，取下D振荡，静置后四氯化碳层变为紫红色。
(4)过程Ⅲ“当B中溶液由黄色变为橙红色时，关闭活塞a”，其目的是确认C的黄色溶液中无氯气，同时排除氯气对Br2置换I2的实验的干扰。
(5)由题述实验得出卤素单质的氧化性：Cl2>Br2>I2，从原子结构角度分析，同主族元素从上到下，原子半径逐渐增大，原子核对最外层电子的吸引能力逐渐减弱，得电子能力逐渐减弱，故对应单质的氧化性逐渐减弱。
[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，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”的学科核心素养。
一、元素化学性质与原子结构的关系
原子 最外层电子数特点 得失电子情况 化学性质
稀有气体元素 都为8(氦为2) 不易得失 稳定
金属元素 一般＜4 易失去 不稳定
非金属元素 一般≥4 易得到 不稳定
由上表可知，原子结构决定元素的化学性质。
(1)最外层电子数为2的元素一定为金属元素( )
(2)金属元素的最外层电子数一定小于4( )
(3)非金属元素原子都易得电子( )
答案 (1)× (2)× (3)×
1．已知某元素的原子结构示意图如图所示：
(1)该元素在周期表中的位置：______________。
(2)预测该元素的单质在化学反应中容易________电子，常表现为__________价。
答案 (1)第五周期第ⅦA族 (2)得到1个 －1
2．下列原子结构示意图中：
A. B.
C. D.
(1)易形成阳离子的是__________(填字母，下同)。
(2)易形成阴离子的是______________。
(3)易与氯气化合组成XY2型化合物的是________________。
答案 (1)CD (2)A (3)D
二、碱金属元素
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
递变性 从Li到Cs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
相同点 最外层均有1个电子，均易失电子，有较强还原性，因此碱金属元素的化学性质具有相似性
2.实验探究——碱金属化学性质的比较
问题和预测
结合锂、钠、钾的原子特点和钠的化学性质，预测锂和钾可以与O2、H2O反应。
实验和观察
回忆钠与氧气、水的反应，认真观察钾的反应。
(1)钠、钾与氧气的反应
实验现象 在空气中燃烧，钠产生黄色火焰，钾产生紫色火焰，钾燃烧更剧烈
化学方程式 2Na＋O2Na2O2 K＋O2多种氧化物(产物中金属均为＋1价)
实验结论 钾原子半径比钠原子大，对最外层电子的引力弱，钾比钠更活泼，同理，锂可以与O2反应，但不如钠剧烈。4Li＋O22Li2O
(2)钠、钾与水的反应
实验现象 相同点：金属浮在水面上，金属熔成闪亮的小球，小球四处游动，发出嘶嘶的响声，反应后的溶液呈红色； 不同点：钾与水的反应有轻微爆炸声并着火燃烧
化学方程式 2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑， 2K＋2H2O===2KOH＋H2↑
实验结论 金属性强弱顺序：K>Na，同理，Li与H2O反应不如Na剧烈
结论
(1)碱金属元素化学性质的相似性：碱金属元素的原子最外层都有1个电子，且易失去，可与氧气、水等物质反应，产物均为＋1价。
(2)碱金属元素化学性质的递变性：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，原子失去最外层电子的能力逐渐增强，元素的金属性逐渐增强。
3．碱金属元素单质物理性质的相似性和递变性
(1)从锂到铯，碱金属元素单质的密度依次增大( )
(2)Li、Na、K在空气中燃烧均生成过氧化物( )
(3)碱金属元素原子随核电荷数增加，其单质与水反应越来越剧烈( )
(4)碱金属元素单质都应该保存在煤油中( )
(5)K比Na活泼，故K可以从钠盐溶液中置换出Na( )
(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)×
一般情况下，元素的金属性强弱可以从其单质与水(或酸)反应置换出氢的难易程度来判断，也可以从它们的最高价氧化物对应的水化物——氢氧化物的碱性强弱来判断，请写出Li→Cs，氢氧化物碱性由弱至强的顺序为___________________________________。
提示 LiOH
(1)铷位于第________周期，其原子半径比钠元素的原子半径__________(填“大”或“小”)。
(2)铷单质性质活泼，写出它与氯气反应的化学方程式：_______________________________。铷单质易与水反应，反应的离子方程式为______________________，铷与水反应比钠与水反应____________________(填“剧烈”或“缓慢”)。遇水后在水________________(填“底”或“上”)，铷的密度比水的密度______(填“大”或“小”)。
(3)同主族元素的同类化合物的化学性质相似，写出过氧化铷与CO2反应的化学方程式：______________________________________________________________________________。
答案 (1)五 大
(2)2Rb＋Cl22RbCl 2Rb＋2H2O===2Rb＋＋2OH－＋H2↑ 剧烈 底 大
(3)2Rb2O2＋2CO2===2Rb2CO3＋O2
解析 (2)Rb的密度比水的密度大，遇水后沉在水底与水反应，铷的还原性比钠强，与水反应比钠剧烈。(3)可根据钠的相应化合物与CO2发生的反应进行类推。
三、卤族元素
1．卤素单质的物理性质
卤素单质 颜色(常态) 密度 熔点/℃ 沸点/℃
F2 淡黄绿色(气体) 1.69 g·L－1(15 ℃) －219.6 －188.1
Cl2 黄绿色(气体) 3.214 g·L－1(0 ℃) －101 －34.6
Br2 深红棕色(液体) 3.119 g·cm－3(20 ℃) －7.2 58.78
I2 紫黑色(固体) 4.93 g·cm－3 113.5 184.4
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 0.071 0.099 1.12 1.32
根据上表分析卤族元素原子结构的相似性和递变性：
(1)相似性：最外层电子数都是7，易得到电子而具有较强的非金属性。
(2)递变性：F→I，核电荷数依次增加，电子层数依次增多，原子半径逐渐增大。
3．卤素单质的化学性质
(1)卤素单质与氢气反应
卤素单质 反应条件 化学方程式 产物稳定性
F2 在暗处剧烈化合并发生爆炸 H2＋F2===2HF 很稳定
Cl2 光照或点燃 H2＋Cl22HCl 较稳定
Br2 加热 H2＋Br22HBr 不如氯化氢稳定
I2 不断加热 H2＋I22HI 不稳定，同一条件下同时分解
结论 从F2到I2，与H2化合越来越难，生成的氢化物稳定性逐渐减弱，元素的非金属性逐渐减弱
(2)卤素单质间的置换反应的实验探究
实验操作 实验现象 离子方程式 结论
振荡静置后，溶液由无色变为橙黄色 2Br－＋Cl2=== Br2＋2Cl－ 氧化性：Cl2>Br2>I2
振荡静置后，溶液由无色变为褐色 2I－＋Cl2=== I2＋2Cl－
振荡静置后，溶液由无色变为褐色 2I－＋Br2=== I2＋2Br－
(1)卤素单质都是双原子分子( )
(2)单质At2是白色固体( )
(3)同主族元素的单质熔、沸点一定是随核电荷数增加而升高( )
(4)同主族元素从上至下非金属性逐渐增强( )
(5)第ⅡA族的锶的硫酸盐(SrSO4)是易溶于水的白色固体( )
答案 (1)√ (2)× (3)× (4)× (5)×
(1)F2通入水中会剧烈反应，且有另一种单质气体生成，请根据氧化还原反应理论书写化学方程式：__________________________。
提示 2F2＋2H2O===4HF＋O2
(2)氧化性F2>Cl2，那么能否用F2与NaCl溶液反应置换Cl2
提示 否，F2与H2O先反应，无法置换出Cl2。
1.卤素的特殊性
(1)在常温下Br2是唯一的液态非金属单质，易挥发。
(2)碘为紫黑色固体，易升华，淀粉遇I2变蓝。
(3)氟是最活泼的非金属，没有正化合价，氟单质与盐溶液反应时，先与水反应产生HF和O2。
2．同主族元素的递变规律
1．下列有关碱金属元素和卤素的说法错误的是( )
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，碱金属元素单质和卤素单质的熔、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。
2．含有元素硒(Se)的保健品已开始进入市场。已知它是第四周期第ⅥA族元素。则下列关于硒的叙述正确的是( )
A．非金属性比硫强
B．气态氢化物的化学式为H2Se
C．稳定性：H2Se>H2O
D．最高价氧化物的化学式是SeO2
答案 B
解析 同一主族元素，元素的非金属性随着原子序数的增大而减弱，Se和S同一主族，原子序数：Se>S，则非金属性：S>Se，故A项错误；同一主族非金属元素其最低负化合价相同，Se元素最低负化合价为－2价，则氢化物的化学式为H2Se，故B项正确；元素的非金属性越强，气态氢化物的稳定性越强，非金属性：O>Se，则稳定性：H2O＞H2Se，故C项错误；主族元素最高正化合价与其族序数相等(O、F元素除外)，所以Se的最高正化合价为＋6价，则最高价氧化物的化学式是SeO3，故D项错误。
3．下列事实不能说明非金属性Cl>I的是( )
A．Cl2＋2I－===2Cl－＋I2
B．稳定性：HCl>HI
C．酸性：HClO4>HIO4
D．酸性：HClO3>HIO3
答案 D
4．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六周期第 Ⅰ A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，原因是__________________________________________(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。
题组一 碱金属元素
1．下列说法错误的是( )
A．化合物中碱金属元素的化合价都为＋1价
B．碱金属元素原子的次外层电子数都是8
C．碱金属元素的原子半径随核电荷数的增大而增大
D．碱金属元素都位于元素周期表的第ⅠA族
答案 B
解析 A项，碱金属元素的原子最外层只有1个电子，因 此在化合物中的化合价均为＋1价，正确；B项，Li原子的次外层电子数为2，错误；C项，核电荷数越大，电子层数越多，原子半径越大，正确；D项，碱金属元素都位于元素周期表的第ⅠA族，正确。
2．下列叙述正确的是( )
A．碱金属单质性质相似，均为银白色(铯除外)的柔软金属，密度都比较小
B．碱金属单质在空气中燃烧生成的都是过氧化物
C．碱金属单质的熔、沸点随原子序数的增加而升高
D．Li、Na、K都可以保存在煤油中
答案 A
3．下列有关碱金属元素的性质判断正确的是( )
A．Li与H2O反应最剧烈
B．碱金属元素的阳离子没有还原性，所以有强氧化性
C．Rb比Na活泼，故Rb可以从NaCl溶液中置换出Na
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
答案 D
解析 A项，在碱金属元素中，Li是最不活泼的元素，错误；B项，碱金属阳离子很稳定，不具有强氧化性，错误；C项，Rb先与水反应，不会置换出Na，错误；D项，同主族元素从上到下金属性逐渐增强，正确。
4.如图表示第ⅠA族金属(又称为碱金属)的某些性质与核电荷数的变化关系，则下列各性质不符合图示关系的是( )
A．金属性
B．与水反应的剧烈程度
C．阳离子的氧化性
D．原子半径
答案 C
解析 由图可知随着核电荷数的增加，碱金属的性质呈增强趋势，其金属性逐渐增强，其单质与水反应的剧烈程度增大，随核电荷数增大，其原子半径逐渐增大，A、B、D三项正确；随碱金属的核电荷数递增，其阳离子的氧化性逐渐减弱，C项与图不符。
5．对于可能存在的第119号元素， 有人称之为“类钫”。 根据周期表结构及元素性质变化趋势， 判断下列有关“类钫”的预测说法不正确的是( )
A．“类钫”元素位于元素周期表的第八周期， 在化合物中显＋1 价
B．“类钫”元素的非金属性极强， 其最高价氧化物对应的水化物为强酸
C．“类钫”单质遇水剧烈反应， 可能发生爆炸
D．“类钫”单质的密度大于钫单质，且大于 1 g·cm－3
答案 B
解析 由碱金属最外层电子数都为1可知，“类钫”在化合物中呈＋1价，A正确；碱金属从上到下元素的金属性逐渐增强，其最高价氧化物对应的水化物为强碱，B错误；碱金属从上到下元素的金属性逐渐增强，“类钫”的金属性比钫还强，单质遇水剧烈反应，可能发生爆炸，C正确；碱金属从上到下，单质的密度逐渐增大，“类钫”的密度应是碱金属中最大的，D正确。
题组二 卤族元素
6．(2022·广东湛江高一期末)已知一般情况下原子核外最外层电子数相等的元素具有相似的化学性质。氟元素原子的核外电子排布示意图为。下列原子中，与氟元素原子的化学性质相似的是( )
答案 D
解析 由图可知，氟原子的最外层电子数为7，与氟原子具有相似的化学性质的原子最外层电子数也为7，故D选项符合。
7．下列组合中关于卤素的叙述全部正确的是( )
①卤素只以化合态存在于自然界中
②随核电荷数增加，单质熔、沸点降低
③随核电荷数增加，单质氧化性增强
④随核电荷数增加，气态氢化物稳定性逐渐增强
⑤易形成－1价离子
⑥从上到下原子半径逐渐减小
⑦从上到下非金属性逐渐减弱
A．①③⑤ B．①⑤⑦
C．②⑥⑦ D．①②④
答案 B
8．下列关于卤族元素的叙述正确的是(用X表示卤素原子)( )
A．随核电荷数的增加，X－的半径逐渐增大，还原性逐渐减弱
B．随核电荷数的增加，氢化物的稳定性逐渐增强
C．单质与水反应均可表示为X2＋H2O===HX＋HXO
D．随核电荷数的增加，单质的颜色逐渐加深
答案 D
解析 随核电荷数的增加，X－的电子层数逐渐增多，离子半径逐渐增大，离子的还原性逐渐增强，故A项错误；卤族元素由上到下，非金属性逐渐减弱，气态氢化物的稳定性逐渐减弱，故B项错误；氯、溴、碘单质与水反应可表示为X2＋H2O===HX＋HXO，氟单质和水反应生成的是HF和O2，故C项错误；卤族元素由上到下，单质的颜色逐渐加深，故D项正确。
9．类推的思维方式在化学学习与研究中经常采用，但类推出的结论是否正确最终要经过实验的验证。以下类推的结论正确的是( )
A．由“Cl2＋H2O===HCl＋HClO”反应可推出“F2＋H2O===HF＋HFO”反应也能发生
B．HCl的水溶液酸性很强，推出HF的水溶液酸性也很强
C．由“2Fe＋3Cl2===2FeCl3”反应可推出“2Fe＋3I2===2FeI3”反应也能发生
D．Na、K在周期表中属于同一主族，化学性质相似，Na常温下与水剧烈反应，故K常温下也能与水剧烈反应
答案 D
解析 A项，F2与水反应生成HF和O2；B项，氢氟酸为弱酸；C项，I2的氧化性比Cl2弱，不能将铁单质氧化到＋3价；D项，K比Na金属性强，故正确。
10．下列有关碱金属、卤素原子结构和性质的描述正确的是( )
A．随着核电荷数的增加，卤素单质的熔、沸点依次升高，密度依次减小
B．F、Cl、Br、I的最外层电子数都是7，Li、Na、K、Rb的最外层电子数都是1
C．碱金属单质的金属性很强，均易与氧气发生反应，加热时生成氧化物R2O
D．根据F、Cl、Br、I的非金属性依次减弱，可推出HF、HCl、HBr、HI的还原性及热稳定性依次减弱
答案 B
解析 随着核电荷数的增加，卤素单质的熔、沸点依次升高，密度依次增大，A项错误；F、Cl、Br、I的最外层电子数都是7，Li、Na、K、Rb的最外层电子数都是1，B项正确；碱金属单质的金属性从Li到Cs依次增强，加热时与氧气反应，锂生成氧化锂、钠生成过氧化钠等，C项错误；F、Cl、Br、I的非金属性逐渐减弱，则对应单质的氧化性依次减弱，离子的还原性依次增强，即HF、HCl、HBr、HI的还原性依次增强，热稳定性依次减弱，D项错误。
11．(2022·北京石景山高一上期末)X、Y、Z、W为短周期元素，X2－和Y＋核外电子排布相同，X、Z位于同一主族，Y、Z、W位于同一周期，W的最外层电子数是X、Y最外层电子数之和。下列说法不正确的是( )
A．X、Y、Z、W核电荷数逐渐增大
B．对应单质的氧化性：X>Z
C．最高价氧化物对应水化物的酸性：W>Z
D．离子半径：X
解析 X、Y、Z、W为短周期元素，X2－和Y＋核外电子排布相同，则X为O，Y为Na，X、Z位于同一主族，则Z为S；Y、Z、W位于同一周期，W的最外层电子数是X、Y最外层电子数之和，则W为Cl。
根据上述分析可知，X、Y、Z、W核电荷数逐渐增大，故A正确；氧的非金属性比硫强，所以对应单质的氧化性：X>Z，故B正确；非金属性：Cl>S，所以最高价氧化物对应水化物的酸性：W>Z，故C正确；X为O、Y为Na，两者对应离子的核外电子排布相同，原子序数越大，半径越小，所以离子半径：X>Y，故D错误。
12．下列预测某些碱金属元素及其化合物的性质的结论错误的是( )
选项 已知某些碱金属元 素及其单质的性质 预测某些碱金属元 素及其单质的性质
A 锂、钠、钾三种元素在自然界中都以化合态存在 铷元素和铯元素在自然界中都以化合态存在
B 钾单质与空气中的氧气反应比钠单质更剧烈，甚至能燃烧 铷单质和铯单质比钾单质更容易与氧气反应，遇到空气就会立即燃烧
C 钾单质与水反应比钠单质更剧烈，甚至爆炸 铷和铯比钾更容易与水反应，遇水立即燃烧，甚至爆炸
D 锂元素和钠元素在化合物中的化合价都是＋1价，钠单质与氧气反应生成的氧化物有Na2O和Na2O2 锂单质与氧气反应生成的氧化物有Li2O和Li2O2
答案 D
解析 碱金属都是活泼的金属元素，在自然界中均以化合态存在，故A正确；从上到下，碱金属元素的金属性逐渐增强，失去电子的能力逐渐增强，因为钾单质与空气中的氧气反应比钠单质更剧烈，甚至能燃烧，所以铷单质和铯单质比钾单质更容易与氧气反应，遇到空气就会立即燃烧，故B正确；从上到下，碱金属元素的金属性逐渐增强，因为钾单质与水反应比钠单质更剧烈，甚至爆炸，所以铷和铯比钾更容易与水反应，遇水立即燃烧，甚至爆炸，故C正确；从上到下，碱金属元素的金属性逐渐增强，与氧气反应的产物更加复杂，锂单质与氧气反应只能生成Li2O，不能生成Li2O2，故D错误。
13．下表为元素周期表的一部分。
族 周期 ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA
一 ①
二 ② ③ ④ ⑤ ⑥
三 ⑦ ⑧ ⑨ ⑩
四
(1)表中元素__________(填元素符号，下同)的非金属性最强，元素________的金属性最强，元素__________的单质室温下呈液态。
(2)表中元素⑦的原子结构示意图为__________________________________________。
(3)表中元素⑥、⑩的氢化物的稳定性：________(填写化学式，下同)>__________。
(4)表中元素⑩和 的最高价氧化物对应水化物的酸性：__________>__________。
(5)表中元素②和⑦的最高价氧化物对应水化物的碱性：__________>__________。
答案 (1)F K Br (2) (3)HF HCl
(4)HClO4 HBrO4 (5)NaOH LiOH
14．为证明卤族元素的非金属性强弱，某小组用如图所示装置进行实验(夹持仪器已略去，装置气密性已检查)。
提示：2KMnO4＋16HCl(浓)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O。
实验过程：Ⅰ.打开弹簧夹，打开活塞a，滴加浓盐酸。
Ⅱ.当B和C中的溶液都变为黄色时，夹紧弹簧夹。
Ⅲ.当B中溶液由黄色变为橙红色时，关闭活塞a。
Ⅳ.……
(1)验证氯气的氧化性强于碘的实验现象是__________________________。
(2)B中溶液发生反应的离子方程式是______________________________。
(3)为验证溴的氧化性强于碘，过程Ⅳ的操作和现象是__________。
(4)过程Ⅲ实验的目的是__________________________________。
(5)氯、溴、碘单质的氧化性逐渐减弱的原因：同主族元素从上到下，原子半径逐渐________，得电子能力逐渐________。
答案 (1)湿润的淀粉-KI试纸变蓝 (2)Cl2＋2Br－=== Br2＋2Cl－
(3)打开活塞b，将少量C中溶液滴入D中，关闭活塞b，取下D振荡，静置后四氯化碳层变为紫红色
(4)确认C的黄色溶液中无氯气，排除氯气对Br2置换I2的实验的干扰
(5)增大 减弱
解析 (1)装置A中KMnO4固体与浓盐酸反应生成Cl2，Cl2与KI发生反应：Cl2＋2KI=== 2KCl＋I2，则湿润的淀粉-KI试纸变蓝。
(2)装置B盛有NaBr溶液，Cl2将Br－氧化生成Br2，离子方程式为Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－。
(3)由于Cl2的氧化性强于I2，验证Br2的氧化性强于I2，要除去Cl2，防止产生干扰，具体操作：打开活塞b，将少量C中溶液滴入D中，关闭活塞b，取下D振荡，静置后四氯化碳层变为紫红色。
(4)过程Ⅲ“当B中溶液由黄色变为橙红色时，关闭活塞a”，其目的是确认C的黄色溶液中无氯气，同时排除氯气对Br2置换I2的实验的干扰。
(5)由题述实验得出卤素单质的氧化性：Cl2>Br2>I2，从原子结构角度分析，同主族元素从上到下，原子半径逐渐增大，原子核对最外层电子的吸引能力逐渐减弱，得电子能力逐渐减弱，故对应单质的氧化性逐渐减弱。