第1节　第3课时　原子结构与元素的性质 课件（共52张PPT）人教版高中化学必修1

(共52张PPT)
第四章
第一节　第三课时　原子结构与元素的性质
知识点一 碱金属元素
知识点二 卤族元素
目录索引
素养目标 学习要点
1.能从原子水平认识碱金属、卤素的结构、性质和变化,形成“结构决定性质”的观念,并理解其性质的相似性和递变规律,形成宏观辨识与微观探析的学科素养。 2.能依据“碱金属、卤素性质的比较”实验要求的需要,完成对碱金属、卤素性质的比较实验,会根据实验现象形成初步结论,形成科学探究与创新意识的学科素养。 两种性质:金属性和非金属性
两族元素:碱金属、卤族元素的相似性与递变性
一条规律:同主族元素的原子结构与性质的关系
知识点一 碱金属元素
基础落实 必备知识全过关
1.碱金属元素的原子结构
(1)碱金属元素原子结构的共同点是最外层电子数均为　　;
(2)随着核电荷数的增加,电子层数逐渐　　　　,原子半径逐渐　　　。
1
增多
增大
2.碱金属单质的化学性质
化学性质活泼,在自然界中都以化合态存在
(1)钠、钾与氧气、水反应的实验探究(钠的相关实验探究在前面已学习过)
反应 钾与氧气 钾与水
实验操作 实验现象 先　　　　　　,后燃烧,反应比钠　　　　,火焰呈　　色 (透过蓝色钴玻璃观察) 钾　　　　　　;　　　　　　　　;小球四处游动;发出嘶嘶的响声,有轻微　 　　并
　　　　　;反应后的溶液呈　　色反应比钠　　　　　　
熔化成小球
更剧烈
紫
浮在水面上
熔成闪亮的小球
爆炸声　
着火燃烧
红
更剧烈
反应 钾与氧气 钾与水
化学方程式 K+O2 KO2(超氧化钾)
结论 金属活泼性:钾　　钠 (2)碱金属元素的化学性质的递变性及原因 结构决定性质
从Li→Cs,元素的金属性逐渐　　　　:随核电荷数增加,电子层数逐渐
　　　　→原子半径逐渐　　　　→原子核对最外层电子的引力逐渐
　　　　→元素原子的失电子能力逐渐　　　　→元素的金属性逐渐　　　　。
2K+2H2O ══ 2KOH+H2↑
>
增强
增多
增大
减弱
增强
增强
3.碱金属单质的物理性质
元素 Li、Na、K、Rb、Cs(原子序数增大)
相同点 　 　　铯略带金色光泽
除铯外,其余都呈　　　　色,它们都比较软,有延展性,密度较　　,熔点较　　,导电、导热性强
递变 规律 密度 钠、钾反常:钾<钠 逐渐　　　
熔、沸点 逐渐　　　
银白
小
低
增大
降低
名师点拨
碱金属原子结构的“一同”“三增”:
“一同”:最外层电子数相同,均为1;
特别提醒
元素的金属性和非金属性
(1)金属性是指元素原子失去电子的性质(或能力),非金属性是指元素原子得到电子的性质(或能力)。
(2)金属性和非金属性与得失电子的数目无关,与得失电子的难易程度有关。
深度思考
碱金属元素的化学性质具有递变性,钾比钠活泼,钾能否从NaCl溶液中置换出钠
提示 不能。因为钾与NaCl溶液中的水发生反应而不是与NaCl反应。
特别提醒
碱金属与氧气的反应
(1)在碱金属中,Li与O2反应的产物只有Li2O。
(2)其他碱金属与O2反应时随核电荷数增加,产物越来越复杂:Na与O2在常温下生成Na2O,燃烧时生成Na2O2;K燃烧时生成KO2;Rb、Cs燃烧时生成更复杂的氧化物。
重难突破 能力素养全提升
探究角度碱金属性质的相似性与递变性
例题(2024·海南海口高一检测)钠在周期表中位于第三周期第ⅠA族,是碱金属元素的代表。下列叙述正确的是(　　)
A.Na在空气中燃烧会生成Na2O2,故Li在空气中燃烧也会生成Li2O2
B.碱金属元素是指第ⅠA族的所有元素
C.碱金属阳离子,氧化性最强的是Li+
D.Li、Na、K都可以保存在煤油中
C
解析 Na在空气中燃烧会生成Na2O2,但Li没有Na活泼,Li在空气中燃烧生成的是Li2O,A项错误;第ⅠA族中氢不属于碱金属元素,B项错误;元素金属性越强,对应阳离子的氧化性越弱,所以碱金属阳离子中氧化性最强的是Li+,C项正确;Na、K都可以保存在煤油中,Li的密度更小,要保存在石蜡中,D项错误。
【变式设问】
(1)碱金属元素在化合物中的化合价均为　　　　　。
(2)请比较题目中碱金属元素Na和K的最高价氧化物对应水化物(NaOH和KOH)的碱性强弱。
提示 +1价　锂、钠、钾、铷、铯均为第ⅠA族元素,原子的最外层都有一个电子,在化学反应中易失去1个电子,显+1价。
提示 元素金属性越强,最高价氧化物对应水化物的碱性越强,故NaOH的碱性弱于KOH。
[对点训练1]
下列叙述错误的是(　　)
A.碱金属具有强还原性,它们的离子具有强氧化性
B.随着电子层数的增多,碱金属的原子半径逐渐增大
C.碱金属单质的熔、沸点随着核电荷数的增大而降低
D.碱金属元素在自然界中都是以化合态的形式存在的
A
解析 碱金属元素随着核电荷数的增大,电子层数增多,原子半径逐渐增大,单质的熔、沸点逐渐降低。金属单质还原性越强,失电子能力越强,变为阳离子后氧化性越弱,故碱金属的阳离子的氧化性都比较弱。
[对点训练2]
(2024·河北廊坊高一检测)钠和铯都是碱金属元素,下列关于铯及其化合物的叙述正确的是(　　)
A.铯的密度比水小,像钠一样浮在水面上
B.铯与水反应十分剧烈,甚至会发生爆炸
C.碳酸铯加热时易分解成二氧化碳和氧化铯
D.氢氧化铯是强碱,其碱性比氢氧化钾弱
B
解析 铯的密度比水大,放入水中会沉在水底,故A错误;碱金属元素从上到下,与水反应的剧烈程度逐渐增大,铯与水反应十分剧烈,甚至会发生爆炸,故B正确;同主族的元素及其化合物的性质具有相似性,碳酸钠受热不易分解,因此碳酸铯加热时也不易分解,故C错误;同主族元素从上到下,金属性逐渐增强,其最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐增强,因此氢氧化铯是强碱,其碱性比氢氧化钾强,故D错误。
思维模型　碱金属单质化学性质的相似性和递变性
知识点二 卤族元素
基础落实 必备知识全过关
1.卤族元素的原子结构特点
7
增多
增多
增大
2.卤素单质的物理性质
项目 F2 Cl2 Br2 易升华,淀粉遇I2变蓝色
I2
颜色、状态 自上而下,颜色逐渐加深,状态由气态到固态 　　　　色气体 　　　色气体 ________　　　　　　色液体 　　　　色固体
熔、沸点 逐渐　　　 淡黄绿
黄绿
深红棕
紫黑
升高
3.卤素单质的化学性质
(1)卤素单质与氢气的反应
卤素 单质 化学方程式 条件要求越来越严格 反应条件或现象 稳定性越来越差
氢化物的稳定性
F2 在　　处剧烈化合并发生爆炸 ____________　　　　　
Cl2 光照或点燃发生反应 ____________　　　　　
Br2 加热至　　　　　　才能反应 ____________　　　　　
I2 H2+I2 2HI 该反应为可逆反应 不断加热才能缓慢反应 ____________
H2+F2 ══ 2HF
暗
很稳定
H2+Cl2 2HCl
稳定
H2+Br2 2HBr　
一定温度　
较稳定
不稳定
(2)卤素单质之间的置换反应 类似于金属与盐溶液的置换反应
实验操作 向KBr溶液中滴加氯水 向KI溶液中滴加氯水 向KI溶液中滴加溴水
实验现象 溶液由无色变为 　　色 溶液由无色变为 　　色 溶液由无色变为
　　色
化学方程式
橙
棕
褐
Cl2+2KBr ══
2KCl+Br2
Cl2+2KI ══
2KCl+I2　
Br2+2KI ══
2KBr+I2
4.卤素性质的递变规律及原因
从F→I,原子核外电子层数逐渐增多,原子半径逐渐增大,原子核对最外层电子的引力逐渐　　　　,原子得电子能力逐渐　　　　,非金属性逐渐　　　　。
5.同主族元素的性质与原子结构的关系
减小
减弱
减弱
深度思考
卤族元素单质的熔、沸点与它们的相对分子质量之间有何关系
提示 卤族元素单质的相对分子质量越大,熔、沸点越高。
名师点拨
(1)常温下,卤素单质与水反应生成氢卤酸和次卤酸:X2+H2O ══ HX+HXO(X=Cl、Br、I),但F2与H2O发生反应:2F2+2H2O ══ 4HF+O2。
(2)变价金属(Fe、Cu)与卤素单质反应一般生成高价态金属卤化物: 2Fe+3X2 ══ 2FeX3(X=F、Cl、Br),但I2的氧化性较弱,I2与Fe反应生成FeI2。
(3)较活泼的卤素单质可以将较不活泼的卤素单质从其盐溶液中置换出来,但F2除外。
(4)HF是弱酸,HCl、HBr、HI都是强酸,且酸性:HF教材拓展
一般情况下,元素的非金属性强弱可以从其最高价氧化物对应水化物的酸性强弱来判断。根据HClO和HIO4的酸性强弱能否比较Cl和I的非金属性
提示 不能。HClO不是Cl元素最高价氧化物对应的水化物。
名师点拨
卤素单质性质的递变性
卤素单质的氧化性及卤素离子的还原性递变规律
名师点拨
从原子结构角度认识卤族元素性质的递变规律
重难突破 能力素养全提升
探究角度1卤族元素性质
例1(2024·湖北黄冈高一检测)国际纯粹与应用化学联合会宣布,将合成化学元素第113号(Nh)、115号(Mc)、117号(Ts)和118号(Og)提名为化学新元素。其中117号元素的原子结构与卤族元素相似,原子核外有7个电子层,且最外层有7个电子。下列有关117号元素的叙述正确的是(　　)
A.Ts元素的气态氢化物的化学式为HTs,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Ts2,常温下和溴状态不同
D.Ts2的沸点高于I2,颜色比I2浅
C
解析 117号元素的原子结构与卤族元素相似,原子核外有7个电子层,且最外层有7个电子,该元素处于第ⅦA族。同主族自上而下元素的非金属性逐渐减弱,117号元素的非金属性比At的弱,元素的非金属性越强,对应的氢化物越稳定,该元素的氢化物稳定性比HAt差,则HTs常温下不稳定,故A错误;同主族元素,从上往下非金属性逐渐减弱,金属性逐渐增强,所以其单质带有金属光泽,但其单质的氧化性比I2弱,不能与KI发生置换反应生成I2,故B错误;与Cl2、Br2、I2的结构、性质相似,所以其单质的分子式为Ts2,根据卤族元素性质的递变性,I2在常温下为固体,Ts2在常温下也为固体,而溴在常温下为液体,故C正确;卤素单质的沸点从上到下逐渐升高,颜色逐渐加深,Ts2的沸点高于I2,颜色比I2深,故D错误。
图解要点　解答本类题目的思维流程
【变式设问】
(1)本题中的Ts2能从氯化钠溶液中置换出Cl2吗
(2)本题中的Ts2的颜色有可能为白色吗
提示 不能。Ts2的氧化性弱于Cl2,所以Ts2不能从氯化钠溶液中置换出Cl2。
提示 不可能。卤素单质从F2到I2的颜色为淡黄绿色→黄绿色→深红棕色→紫黑色,颜色逐渐加深,则Ts2的颜色不可能为白色。
[对点训练1]
(2024·湖北荆州高一检测)下列关于卤素(F、Cl、Br、I)的叙述正确的
是(　　)
A.其单质在常压下的沸点,随着卤素核电荷数的增大逐渐降低
B.单质和水反应的通式:X2+H2O ══ HX+HXO(用X表示卤素),剧烈程度随着核电荷数的增大而减弱
C.单质和氢气反应的通式:X2+H2 ══ 2HX(条件不同),剧烈程度随着卤素核电荷数的增大而减弱
D.随着卤素核电荷数的增大,单质的氧化性逐渐增强
C
解析 卤素单质在常压下的沸点,随着卤素核电荷数的增大逐渐升高,A项不正确;F2和水反应生成HF和O2,B项不正确;同主族自上而下元素非金属性逐渐减弱,所以与H2反应的剧烈程度逐渐减弱,C项正确;随着卤素核电荷数的增大,其单质的氧化性逐渐减弱,D项不正确。
思维模型　卤族元素化学性质的相似性和递变性
探究角度2同主族元素性质的递变性、相似性及其应用
例2(2024·天津和平区高一检测)X、Y两种主族元素,原子序数均小于20;X、Y原子的最外层电子数相等,且原子半径:XA.若X(OH)n为强碱,则Y(OH)n也一定为强碱
B.若HnXOm为强酸,则X的氢化物溶于水一定显酸性
C.若X元素形成的单质是X2,则Y元素形成的单质一定是Y2
D.若Y的最高正价为+m,则X的最高正价一定为+m
A
解析 主族元素X、Y原子的最外层电子数相同,且原子序数均小于20,说明X、Y为同一主族元素,X的原子半径小于Y,说明在元素周期表中X位于Y的上方。A项,若X(OH)n为强碱,则X为金属元素,根据同主族元素性质的递变规律,Y也为金属元素,且Y元素原子的失电子能力要强于X元素原子, Y(OH)n应该比X(OH)n的碱性更强;B项,若HnXOm为HNO3,氮元素的氢化物NH3溶于水显碱性;C项,若X元素为氧,则Y元素为硫,Y的单质是S;D项,若Y元素为氯,则X元素为氟,氯元素的最高正价为+7价,但氟元素无正价。
图解要点　解答本题的思维流程
【变式设问】
(1)若上题中的X、Y(最外层电子数相等,原子半径:X(2)若上题中的X、Y(最外层电子数相等,原子半径:X提示 在元素周期表中X位于Y的正上方,X的非金属性强于Y,故X的氢化物比Y的氢化物稳定。
提示 碱金属的熔点随着原子核外电子层数的增加而降低,熔点低的是Y元素组成的单质。
[对点训练2]
已知:34Se(硒)与S为同族元素。下列说法错误的是(　　)
A.Se原子核外最外层有6个电子
B.H2Se的稳定性比H2O弱
C.原子半径:Se>S
D.非金属性:Se>S
D
解析 同主族元素最外层电子数相同,Se原子核外最外层有6个电子,A正确;非金属性:SeS,C正确。
思维模型　同主族元素及其典型化合物性质的递变规律
类别 性质 递变规律 (由上至下)
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 稳定性 逐渐减弱
最高价氧化物 对应的水化物 碱性 逐渐增强
酸性 逐渐减弱
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题组1碱金属性质的相似性与递变性
1.(2024·北京市顺义区高一检测)锂电池或锂离子电池备受人们推崇。锂(Li)不可能具有的性质是(　　)
A.锂在空气中燃烧只会生成氧化锂
B.锂很软,用小刀可以切割
C.锂的熔点比金属铯高
D.金属锂可以保存在煤油或液体石蜡中
D
解析 锂较其他碱金属活泼性差,燃烧时不会生成过氧化物,只生成氧化锂,A正确;碱金属都很软,可用小刀切割,B正确;碱金属Li→Cs熔点逐渐降低,C正确;金属锂的密度比煤油小,所以不能保存在煤油中,D不正确。
2.(2024·河南郑州高一检测)碱金属元素Li、Na、K的某种性质或原子结构(M)随原子序数递增呈现的变化趋势如图所示,则M可能是(　　)
A.单质的熔点
B.原子半径
C.单质的还原性
D.元素的最高正价
A
解析 碱金属元素Li、Na、K随着原子序数的增大,单质的熔点逐渐降低,与图中曲线相符,选项A正确;碱金属元素Li、Na、K随着原子序数的增大,原子半径逐渐增大,与图中曲线不相符,选项B错误;碱金属元素Li、Na、K随着原子序数的增大,单质的还原性逐渐增强,与图中曲线不相符,选项C错误;碱金属元素Li、Na、K随着原子序数的增大,元素的最高正化合价不变,与图中曲线不相符,选项D错误。
题组2卤族元素性质的相似性与递变性
3.下列说法正确的是(　　)
A.卤族元素都有正化合价
B.卤族元素的单质都只具有氧化性
C.卤族元素的最低化合价都是-1价
D.卤族元素氢化物都不稳定
C
解析 氟是最活泼的非金属,没有正价,所以卤族元素并不是都有正化合价,故A错误;卤族元素的单质在反应中可以失去电子,具有还原性,如氯气与水反应生成盐酸和次氯酸,既表现氧化性,也表现还原性,故B错误;卤族元素的最外层电子都是7个,所以易得1个电子达8电子的稳定结构,即卤族元素的最低化合价都是-1价,故C正确;HF非常稳定,故D错误。
4.(2024·山东东营高一检测)下列曲线表示卤族元素的某种性质随核电荷数的变化趋势,正确的是(　　)
A
解析 F、Cl、Br是同一主族元素,随核电荷数增大,元素的非金属性逐渐减弱,A正确;F元素的非金属性最强,没有正价,B错误;元素的非金属性越强,其氢化物的稳定性越强,非金属性:F>Cl>Br,则氢化物的稳定性:HF>HCl>HBr, C错误;F2、Cl2、Br2都是由分子构成的物质,它们结构相似,分子的相对分子质量越大,物质的熔、沸点就越高,所以物质的熔点:F2题组3同主族元素性质的相似性、递变性及其应用
5.借助碱金属和卤族元素的递变性分析下面的推断,其中正确的是(　　)
A.已知Ca是第四周期第ⅡA族元素,故Ca(OH)2的碱性比Mg(OH)2的碱性弱
B.已知As是第四周期第ⅤA族元素,故AsH3的稳定性比NH3的稳定性强
C.已知Cs的原子半径比Na的原子半径大,故Cs与水反应比Na与水反应剧烈
D.已知Cl的核电荷数比F的核电荷数多,故Cl的原子半径比F的原子半径小
C
解析 由碱金属元素和卤族元素的递变性可知,同主族元素从上到下金属性递增,非金属性递减,最高价氧化物的水化物的碱性逐渐增强,金属活动性逐渐增强,非金属气态氢化物的稳定性逐渐减弱,A、B错误,C正确;同主族元素随核电荷数增大,原子半径递增,D错误。
6.根据下表回答问题。
项目 ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA
一 ①
二 ② ⑤
三 ③ ⑥
四 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⑤、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中酸性最强的是　　　　　(填化学式)。
F
K
2K+2H2O ══ 2K++2OH-+H2↑　
HF　
HBr　
HClO4
解析 根据元素在元素周期表中的位置可知①~⑦分别是H、Li、Na、K、F、Cl、Br。(1)其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,则简单氢化物的稳定性依次减弱,所以氟化氢的稳定性强于溴化氢。(4)表中非金属性最强的元素为F,氟无正化合价,无最高价含氧酸,故元素的最高价氧化物对应水化物中酸性最强的为HClO4。