5.1.3 同主族元素的性质 学案（含答案） 2023-2024学年高一上学期化学苏教版（2019）必修第一册

第3课时　同主族元素的性质
【学习目标】
1．了解碱金属元素、卤素的结构和性质，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化学学科核心素养。
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化学学科核心素养。
【自主学习】
一、碱金属元素
1．碱金属的物理性质：
2．原子结构：
(1)碱金属元素的原子最外层电子数都是 。
(2)碱金属元素的原子随核电荷数逐渐增大，电子层数逐渐 ，原子半径逐渐
3．与水反应：
碱金属元素随核电荷数的增加， 逐渐增强。
自主探究：
社会生产、科学研究和国防建设等部门，对时间的要求就高得多。它们要求时间要准到千分之一秒，甚至百万分之一秒。为了适应这些高精度的要求，人们制造出了一系列精密的计时器具，铯钟就是其中的一种。铯钟又叫“铯原子钟”。
铯属于第6周期的碱金属元素，推测金属铯与水反应的现象，写出反应的方程式并判断CsOH的碱性强弱。
二、卤族元素
1．卤族元素： 。
2．卤素的存在：在化学反应中都容易得到 个电子，自然界中不存在 态的卤素单质。
3．卤素单质及其化合物在自然界的用途：
在牙膏中添加 可降低患蛀牙的概率，具有强氧化性的氯气可用于自来水和泳池 ，碘酒在医疗中用于伤口的消毒等。
4．卤素单质间的置换反应：
(1)将氯水加入NaBr溶液中，反应方程式为 ；
(2)将氯水加入KI溶液中，反应方程式为 ；
(3)将溴水加入KI溶液中，反应方程式为 。
则Cl2、Br2、I2的氧化性强弱顺序为 。
自主探究：
砹，原子序数85，是一种人工放射性元素，化学符号源于希腊文“astator”，原意是“改变”。1940年美国科学家科森得到了砹。砹是原子序数最大的卤族元素，根据卤素性质的递变规律，回答下列问题：
(1)推测砹在元素周期表中的位置____________。
(2)与H2化合能力：At2________I2
(3)预测砹单质的氧化性比碘单质的氧化性______(填“弱”或“强”)。
(4)砹原子的最外电子层上有________个电子。
【合作探究】
一、碱金属元素
碱金属元素单质化学性质的相似性和递变性：
(1)相似性(用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。即碱性：LiOH探究思考：
1．碱金属钫(Fr)具有放射性，它是碱金属元素中重要的元素。试推测Fr的原子半径比铯大还是小？FrOH是强碱还是弱碱？钫能否与水反应？
2．烟花的颜色是由于不同金属灼烧，发生焰色反应颜色不同造成的。 碱金属灼烧时火焰呈现特殊颜色。
(1)Li在空气中加热时的产物是什么？
(2)碳酸铯受热能分解吗？
(3)根据钠、钾单质及其化合物的性质推测氯化铯和碳酸铯能溶于水吗？
典型例题：
【典例】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Na可以从LiCl溶液中置换出金属锂
C．熔、沸点：Li＞Na＞K
D．碱性：LiOH＜NaOH＜KOH
【母题追问】(1)锂、钠、钾、铷、铯各1 g分别与足量的水反应，其中反应最剧烈的金属是______。
(2)锂、钠、钾、铷、铯各1 g分别与足量的水反应，相同条件下，放出氢气的体积最大的是______。
二、卤族元素
卤素元素单质化学性质的相似性和递变性：
(1)相似性(用X代表卤族元素)：
单质X2
化合物→最高价氧化物对应水化物(除氟外)都为强酸。
(2)递变性(X表示卤族元素)
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。
探究思考：
1．试比较F、Cl、Br、I对应氢化物的稳定性，据此，能否判断F、Cl、Br、I非金属性的强弱？
2．氯气能从NaBr溶液中置换出Br2，F2比Cl2活泼，F2能否从NaBr溶液中置换出Br2？
3．1826年，法国的一位青年波拉德把海藻烧成灰，用热水浸取，再往里通氯气，这时，就得到紫黑色的固体——碘晶体。他发现在提取后的母液底部，总沉着一层深褐色的液体，这液体具有刺鼻的臭味。详细地进行研究后证明，这深褐色的液体，是一种人们还未发现的新元素。
(1)写出波拉德获得溴、碘单质的离子方程式。
(2)比较Cl－、Br－、I－的还原性强弱，并从原子结构角度解释原因。
典型例题：
【典例】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
深化思考：
(1)按HF、HCl、HBr、HI的酸性如何变化？
(2)碘单质有什么特殊性质？
【课堂测评】
1．可能存在的第119号未知元素，属于第ⅠA族元素，有人称为“类钫”。根据周期表中同族元素的相似性，下列有关“类钫”的预测中错误的是(　　)
A．“类钫”原子半径大于铯
B．“类钫”与O2加热反应只能生成一种氧化物
C．“类钫”在化合物中显＋1价
D．“类钫”与水反应比Na与水反应剧烈
2．下列有关卤族元素的说法中，正确的是(　　)
A．酸性：HFO4>HClO4 B．最外层电子数：Br>I
C．密度：Cl2>Br2 D．热稳定性：HBr>HI
3．如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
4．已知钡的金属活动性处于钾和钠之间。则下列变化中可能实现的是(　　)
A．钡可从氯化钠溶液中置换出金属钠
B．钡可从冷水中置换出氢气
C．钡可从硫酸铜溶液中置换出铜
D．在溶液中Ba2＋可氧化金属锌，生成Zn2＋
5．下列操作能达到实验目的的是(　　)
A．检验钠和钾：分别取小粒投入含酚酞的水中，观察溶液颜色变化
B．检验氯化钠、溴化钾、碘化钾溶液：分别滴加溴水，再加入四氯化碳，振荡，观察颜色
C．除去氯化钾中的少量碘化钾：溶于水，并通入足量氯气，加热蒸干
D．证明钾比钠活泼：向氯化钠水溶液中加入一小粒钾，观察现象
6．(1)卤素(除砹外)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)在稳定存在的碱金属元素(除钫外)中，最高价氧化物对应水化物的碱性最强的是________，写出此元素的单质与水反应的离子方程式：___________________。
(5)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
(6)卤族元素中，氢化物热稳定性最强的是________；写出向KI溶液中通入Cl2的离子方程式_______________________________________________________。
【参考答案】
【自主学习】
一、碱金属元素
1．银白色 较小 增大 降低
2．(1)1 (2)增多 增大
3．金属性
自主探究：提示：金属铯与水能剧烈反应，甚至发生剧烈的爆炸，反应的方程式为2Cs＋2H2O===2CsOH＋H2↑，CsOH属于强碱。
二、卤族元素
1．氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)、砹(At)
2．1 游离
3．氟化钠 杀菌消毒
4．(1) Cl2＋2NaBr===2NaCl＋Br2
(2) Cl2＋2KI===2KCl＋I2
(3) Br2＋2KI===2KBr＋I2 Cl2>Br2>I2
自主探究：提示：(1)第七周期ⅦA族　(2)<　(3)弱　(4)7
【合作探究】
一、碱金属元素
探究思考：
1．提示：Fr的原子半径比铯大；FrOH是强碱；钫能跟水反应生成相应的碱和氢气，由于反应剧烈而发生爆炸。
2．(1)提示：Li2O。
(2)提示：碱金属的碳酸盐很稳定，受热难分解。
(3)提示：能。碱金属单质及其化合物的性质具有相似性，依据NaCl(KCl)、Na2CO3(K2CO3)易溶于水推测CsCl、Cs2CO3也是易溶于水的。
典型例题：
【典例】【解析】选B。锂的活泼性比钠弱，与水反应不如钠剧烈，A正确；Na不能置换出LiCl溶液中的Li，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，C正确；碱性：LiOH＜NaOH＜KOH，D正确。
【母题追问】(1)提示：铯。碱金属元素从Li到Cs金属性依次增强，故反应最剧烈的金属是Cs。
(2)提示：锂。等质量的碱金属与足量的水反应，摩尔质量越小与水反应放出H2越多，锂放出H2最多。
二、卤族元素
探究思考：
1．提示：能。稳定性HF＞HCl＞HBr＞HI；氢化物的稳定性越强，则对应元素的非金属性越强，即非金属性强弱顺序为F＞Cl＞Br＞I。
2．提示：不能；F2能与NaBr溶液中的水反应生成HF和O2，不能从NaBr溶液中置换出Br2。
3．(1)提示：Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－，Cl2＋2I－===I2＋2Cl－。
(2)提示：Cl－、Br－、I－的还原性：Cl－＜Br－＜I－。按Cl－、Br－、I－顺序，离子的电子层数逐渐增多，离子半径逐渐增大，原子核对最外层电子的吸引力逐渐减小，失去电子的能力逐渐增强，故Cl－、Br－、I－的还原性逐渐增强。
典型例题：
【典例】【解析】选D。从F→I，原子半径依次增大，单质氧化性逐渐减弱，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的顺序颜色变深，密度也增大。
深化思考：(1)提示：按HF、HCl、HBr、HI的酸性逐渐增强。
(2)提示：淀粉遇碘变蓝。
【课堂测评】
1．【解析】选B。碱金属元素从上到下原子半径逐渐增大，A正确；“类钫”与O2反应的产物比O2与钠反应的产物更加复杂，B错误；“类钫”位于第ⅠA 族，在化合物中的化合价为＋1价，C正确；同主族元素随着核电荷数的增加，金属性逐渐增强，和水反应的激烈程度增加，D正确。
2．【解析】选D。氟元素无正价，无最高价含氧酸，A错误；卤族元素的最外层电子数都是7，B错误；随着原子序数的增大，卤族元素单质的密度逐渐增大，氢化物的稳定性逐渐减弱，C错误，D正确。
3．【解析】选C。由图可知，随着核电荷数的增大，碱金属的性质呈增大趋势，而碱金属单质的熔、沸点随核电荷数的增大而降低。
4．【解析】选B。由于钡可以与水反应，所以钡和钠一样并不能置换出水溶液中的金属离子。
5．【解析】选C。钠、钾与水反应都生成强碱，使溶液呈红色，A错误；NaCl、KBr与溴水均不反应，故无法区别，B错误；钾与NaCl溶液中的H2O反应，而不可能置换出钠，D错误。
6．【解析】(1)卤素中碘元素的非金属性最弱，氢化物最不稳定的是HI；
(2)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；
(3)钾比钠活泼，与水反应更剧烈；
(4)在稳定存在的碱金属元素中，碱性最强的是CsOH，Cs与水反应的离子方程式为2Cs＋2H2O===2OH－＋2Cs＋＋H2↑；
(5)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；
(6)卤族元素中，氢化物热稳定性最强的是HF，Cl2与KI溶液反应的离子方程式为Cl2＋
2I－===I2＋2Cl－。
答案：(1)HI　(2)B　 (3)B　(4)CsOH　2Cs＋2H2O===2OH－＋2Cs＋＋H2↑　(5)B
(6)HF　Cl2＋2I－===2Cl－＋I2