資源簡介

1.3 課時(shí)2　研究同主族元素的性質(zhì)
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
1.能以ⅠA族元素、ⅦA族元素為例,掌握同主族元素性質(zhì)的相似性和遞變性。
2.能運(yùn)用原子結(jié)構(gòu)理論解釋同主族元素性質(zhì)的遞變規(guī)律。
3.能根據(jù)同主族中最熟悉元素的性質(zhì)特點(diǎn)預(yù)測不熟悉元素的性質(zhì)。
4.了解元素周期表中各個(gè)區(qū)域元素的應(yīng)用。
【自主預(yù)習(xí)】
一、元素的性質(zhì)
1.原子失電子能力
金屬元素的原子最外層電子一般少于　　　　個(gè),在化學(xué)反應(yīng)中容易失去電子。
2.原子得電子能力
非金屬元素的原子最外層電子一般多于　　　　個(gè),在化學(xué)反應(yīng)中容易得到電子。
二、堿金屬元素
1.堿金屬元素的原子結(jié)構(gòu)
元素 名稱 元素 符號(hào) 核電 荷數(shù) 原子結(jié)構(gòu) 示意圖 最外層 電子數(shù) 電子 層數(shù) 原子半 徑(nm)
鋰 Li 3 1 2 0.152
鈉 Na 11 1 3 0.186
鉀 K 19 1 4 0.227
銣 Rb 37 1 5 0.248
銫 Cs 55 1 6 0.265
結(jié)論:(1)堿金屬元素原子結(jié)構(gòu)的共同點(diǎn)是最外層電子數(shù)均為　　　　;
(2)隨著核電荷數(shù)的增加,電子層數(shù)逐漸　　　　,原子半徑逐漸　　　　。
2.堿金屬的性質(zhì)
物理 性質(zhì) 相似性 除銫外,其余都呈銀白色,它們都比較軟,有延展性,密度較小,熔點(diǎn)較低,導(dǎo)電、導(dǎo)熱性強(qiáng)
遞變性 密度呈　　　　趨勢(鈉、鉀反常),熔、沸點(diǎn)逐漸　　　　
化學(xué) 性質(zhì) 相似性 化學(xué)性質(zhì)很活潑,表現(xiàn)出較強(qiáng)的還原性,在自然界以化合態(tài)形式存在。K與水反應(yīng)的化學(xué)方程式為2K+2H2O　　　　
遞變性 從Li→Cs,原子半徑逐漸　　　　,失電子能力逐漸　　　　,單質(zhì)的還原性逐漸增強(qiáng)。K與水反應(yīng)的激烈程度　　　　Na與水反應(yīng)的激烈程度
三、鹵族元素
1.鹵素的原子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
相同點(diǎn) ①鹵族元素位于元素周期表　　　　族; ②最外層上都有　　　　個(gè)電子
遞變性 從F→I,核電荷數(shù)依次增大,電子層數(shù)依次　　　,原子半徑依次　　　　
2.鹵素單質(zhì)的物理性質(zhì)
F2 Cl2 Br2 I2
顏色、狀態(tài) 淡黃綠色氣體 黃綠色氣體 深紅棕色液體 紫黑色固體
密度 逐漸　　　
熔、沸點(diǎn) 逐漸　　　
3.鹵素的化學(xué)性質(zhì)
相似性 單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)很活潑,表現(xiàn)出較強(qiáng)的　　　　性,在自然界以　　　　態(tài)形式存在
遞變性 從F→I,原子得電子能力逐漸　　　　,單質(zhì)氧化性逐漸　　　　,對(duì)應(yīng)陰離子還原性逐漸　　　　　　　　
【答案】一、1.4
2.4
二、1.1　增多　增大
2.增大　降低　2KOH+H2↑　增大　增強(qiáng)　大于
三、1.ⅦA　7　增多　增大
2.增大　升高
3.氧化　化合　減弱　減弱　增強(qiáng)
【效果檢測】
1.判斷正誤(正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”)
(1)堿金屬元素即ⅠA族元素。 (　　)
(2)堿金屬元素原子的次外層電子數(shù)都是8。 (　　)
(3)鹵素單質(zhì)從F2→I2的顏色隨相對(duì)分子質(zhì)量的增大而加深。 (　　)
(4)從上到下,堿金屬單質(zhì)密度依次增大,熔、沸點(diǎn)依次降低。 (　　)
(5)K比Na活潑,故K可以從鈉鹽溶液中置換出Na。 (　　)
(6)隨核電荷數(shù)增加,鹵族元素對(duì)應(yīng)氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性逐漸增強(qiáng)。 (　　)
(7)隨核電荷數(shù)增加,鹵素單質(zhì)的熔、沸點(diǎn)逐漸降低。 (　　)
(8)隨核電荷數(shù)增加,鹵素單質(zhì)的氧化性逐漸增強(qiáng)。 (　　)
【答案】(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)×　(7)×　(8)×
2.鉀失火,應(yīng)采取什么方法滅火 鉀燃燒時(shí)為什么看到的是黃色火焰而不是紫色火焰
【答案】用沙土、石棉等覆蓋;所用鉀不純,其中可能含有鈉元素,鈉元素的焰色為黃色,黃色會(huì)掩蓋紫色。
【合作探究】
任務(wù)1　堿金屬元素性質(zhì)的遞變規(guī)律
【實(shí)驗(yàn)探究】
探究1　堿金屬與氧氣反應(yīng)
鈉、鉀與氧氣的反應(yīng):將一小塊Na和K分別投入熱坩堝中,觀察現(xiàn)象
【答案】黃　紫　鉀　K>Na
探究2　堿金屬與水反應(yīng)
堿金屬 鉀 鈉
實(shí)驗(yàn)操作
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
結(jié)論 與水反應(yīng)的劇烈程度:　　　 金屬活潑性:　　　
實(shí)驗(yàn) 原理
【答案】浮于水面,熔成小球,四處游動(dòng),有輕微爆炸聲,反應(yīng)后的溶液加酚酞變紅　浮于水面,熔成小球,四處游動(dòng),有“咝咝”的響聲,反應(yīng)后的溶液加酚酞變紅　K>Na　K>Na　2K+2H2O2KOH+H2↑　2Na+2H2O2NaOH+H2↑
【核心歸納】
1.堿金屬單質(zhì)性質(zhì)的相似性(用R表示堿金屬單質(zhì))
2.堿金屬單質(zhì)性質(zhì)的遞變性
具體情況如下:
物質(zhì)的性質(zhì) 遞變規(guī)律(Li→Cs)
單質(zhì) 與氧氣反應(yīng) 反應(yīng)越來越劇烈,產(chǎn)物越來越復(fù)雜,Li只能生成Li2O;Na能生成Na2O和Na2O2;K能生成K2O、K2O2和KO2等
與水反應(yīng) 反應(yīng)越來越劇烈,Na與水劇烈反應(yīng),K與水反應(yīng)比Na與水反應(yīng)更劇烈,Rb、Cs遇水發(fā)生劇烈爆炸
最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的堿性 堿性:LiOH3.堿金屬元素的原子結(jié)構(gòu)與化學(xué)性質(zhì)的關(guān)系
4.原子失電子能力強(qiáng)弱的判斷依據(jù)
(1)金屬元素的單質(zhì)與水或酸置換出氫氣的反應(yīng)越容易進(jìn)行,則其原子失電子能力越強(qiáng)。
(2)金屬元素的最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的堿性越強(qiáng),則其原子失電子能力越強(qiáng)。
(3)金屬元素的單質(zhì)與鹽在水溶液中進(jìn)行置換反應(yīng),若A能置換出B,則A的原子失電子能力強(qiáng)于B。
(4)金屬活動(dòng)性順序表中元素的原子失電子能力從左到右逐漸減弱。
(5)元素周期表中同周期原子失電子能力左強(qiáng)右弱,同主族下強(qiáng)上弱。
【典型例題】
【例1】　下列關(guān)于堿金屬元素性質(zhì)的說法不正確的是(　　)。
A.鋰與水反應(yīng)不如鈉與水反應(yīng)劇烈
B.還原性:K>Na>Li,故K可以從NaCl溶液中置換出金屬鈉
C.熔、沸點(diǎn):Li>Na>K
D.堿性:LiOH【答案】B
【解析】鋰的活潑性比鈉弱,與水反應(yīng)不如鈉劇烈,A項(xiàng)正確。還原性K>Na>Li,但K不能從NaCl溶液中置換出Na,因?yàn)镵先與H2O反應(yīng),B項(xiàng)錯(cuò)誤。堿金屬元素從Li到Cs,熔、沸點(diǎn)逐漸降低,C項(xiàng)正確。從Li到Cs,堿金屬元素的原子失電子能力逐漸增強(qiáng),最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的堿性依次增強(qiáng),即堿性LiOH【例2】　第119號(hào)未知元素,有人稱為“類鈁”。根據(jù)元素周期表的結(jié)構(gòu)及元素性質(zhì)的變化趨勢判斷,下列有關(guān)“類鈁”的說法中錯(cuò)誤的是(　　)。
A.單質(zhì)有較高的熔點(diǎn)
B.“類鈁”在自然界中沒有單質(zhì),在化合物中呈+1價(jià)
C.“類鈁”具有放射性
D.“類鈁”單質(zhì)的密度大于1 g·cm-3
【答案】A
【解析】第119號(hào)元素在周期表中位于第8周期ⅠA族,所以性質(zhì)與鈁相似,具有“軟、輕、低(熔、沸點(diǎn))”的特點(diǎn),A項(xiàng)錯(cuò)誤,B項(xiàng)正確;第84號(hào)元素Po及其后面的元素都是放射性元素,C項(xiàng)正確;堿金屬雖然都是輕金屬,但堿金屬元素的單質(zhì)從上到下密度呈增大趨勢(密度:Na>K),Li、Na、K的密度比水小,Rb、Cs、Fr的密度比水大,D項(xiàng)正確。
任務(wù)2　鹵族元素性質(zhì)的遞變規(guī)律
【實(shí)驗(yàn)探究】
探究3　鹵素單質(zhì)與H2反應(yīng)
鹵素 單質(zhì) 反應(yīng)條件 化學(xué)方程式 產(chǎn)物穩(wěn)定性
F2 暗處 H2+F22HF 很穩(wěn)定
Cl2 光照或點(diǎn)燃 H2+Cl22HCl 較穩(wěn)定
Br2 加熱 H2+Br22HBr 不如氯化 氫穩(wěn)定
I2 不斷加熱 H2+I22HI 不穩(wěn)定
結(jié)論 a.與H2反應(yīng)的難易程度:　　　　　　; b.氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性:　　　　　; c.與H2反應(yīng)所需要的條件:逐漸升高; d.與H2反應(yīng)的劇烈程度:逐漸減弱; e.鹵素的原子得電子能力強(qiáng)弱:　　　　　　　
　　【答案】越來越困難　依次減弱　F>Cl>Br>I
探究4　鹵素單質(zhì)間的置換反應(yīng)
實(shí)驗(yàn) 操作
實(shí)驗(yàn) 現(xiàn)象 靜置后,溶液呈　　　色 靜置后,溶液呈　　　色 靜置后,溶液呈　　　色
化學(xué)方 程式 Cl2+2KBrBr2+2KCl
結(jié)論 氧化性:Cl2　　　　Br2　　　　 I2 還原性:Cl-　　　　Br-　　　 I-
　　【答案】橙　黃　棕褐　Cl2+2KII2+2KCl　Br2+2KII2+2KBr　>　>　<　<
【核心歸納】
1.鹵族元素的原子結(jié)構(gòu)與化學(xué)性質(zhì)的關(guān)系
2.鹵素單質(zhì)的相似性和遞變性
(1)相似性
①與H2反應(yīng):X2+H22HX(H2+I22HI)
②與活潑金屬(如Na)反應(yīng):2Na+X22NaX
③與H2O反應(yīng):X2+H2OHX+HXO(X=Cl、Br)
(2)遞變性
具體情況如下:
物質(zhì)的性質(zhì) 遞變規(guī)律(F2→I2)
單質(zhì)與氫氣反應(yīng) 越來越難
氫化物 穩(wěn)定性 逐漸減弱
還原性 逐漸增強(qiáng)
最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的酸性 逐漸減弱(氟除外)
3.鹵素單質(zhì)的特殊性
(1)氟無正價(jià),無含氧酸,而Cl、Br、I都有正化合價(jià)和含氧酸。
(2)Cl2易液化,Br2易揮發(fā),I2易升華。
(3)常溫下呈液態(tài)的非金屬單質(zhì)是Br2,淀粉遇I2變藍(lán)色。
(4)活潑的鹵素單質(zhì)能置換較不活潑的鹵素單質(zhì),但F2不能從NaCl溶液中置換出Cl2,原因是2F2+2H2O4HF+O2。
4.非金屬性強(qiáng)弱的判斷依據(jù)
(1)非金屬元素的單質(zhì)與氫氣化合生成氣態(tài)氫化物的反應(yīng)越容易進(jìn)行,則其原子得電子能力越強(qiáng)。
(2)非金屬元素的氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性越強(qiáng),則其原子得電子能力越強(qiáng)。
(3)非金屬元素的最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的酸性越強(qiáng),則其原子得電子能力越強(qiáng)。
(4)非金屬元素的單質(zhì)與鹽在水溶液中進(jìn)行置換反應(yīng),若A能置換出B,并且A表現(xiàn)出氧化性,則A的原子得電子能力強(qiáng)于B。
(5)元素周期表中同周期原子得電子能力右強(qiáng)左弱,同主族上強(qiáng)下弱。
【典型例題】
【例3】　下列關(guān)于鹵素(用X表示)的敘述正確的是(　　)。
A.鹵素單質(zhì)與水的反應(yīng)均可用X2+H2OHXO+HX表示
B.HX都極易溶于水,它們的熱穩(wěn)定性隨X的核電荷數(shù)的增加而增強(qiáng)
C.鹵素單質(zhì)的顏色從F2→I2隨相對(duì)分子質(zhì)量的增大而加深
D.X-的還原性強(qiáng)弱依次為F-【答案】C
【解析】A項(xiàng),F2與H2O的反應(yīng)為2F2+2H2O4HF+O2,不可用X2+H2OHXO+HX表示;B項(xiàng),HX的熱穩(wěn)定性隨核電荷數(shù)的增加而減弱;D項(xiàng),F2性質(zhì)極為活潑,遇鹽溶液先和水反應(yīng),故不能將相對(duì)分子質(zhì)量比其大的鹵素單質(zhì)從它的鹽溶液里置換出來。
【例4】　下列說法正確的是(　　)。
A.還原性:HF>HCl>HBr>HI
B.穩(wěn)定性:HFC.與水反應(yīng)由易到難的順序:Cl2、Br2、I2、F2
D.氧化性:F2>Cl2>Br2>I2
【答案】D
【解析】A項(xiàng)應(yīng)為HI>HBr>HCl>HF;B項(xiàng)應(yīng)為HF>HCl>HBr>HI;C項(xiàng)應(yīng)為F2、Cl2、Br2、I2。
【隨堂檢測】
1.下列關(guān)于堿金屬單質(zhì)性質(zhì)的敘述正確的是(　　)。
A.在空氣中加熱反應(yīng)的生成物都是過氧化物
B.與水反應(yīng)都能生成堿和氫氣
C.熔、沸點(diǎn)隨原子序數(shù)增加而升高
D.還原性隨原子電子層數(shù)增加而減弱
【答案】B
【解析】堿金屬單質(zhì)在空氣中加熱反應(yīng)的生成物是有區(qū)別的,如Li生成Li2O,Na生成Na2O2,A項(xiàng)錯(cuò)誤;隨核電荷數(shù)的增大,堿金屬單質(zhì)的熔、沸點(diǎn)逐漸降低,還原性逐漸增強(qiáng),C、D兩項(xiàng)錯(cuò)誤。
2.隨著鹵素原子半徑的增大,下列遞變規(guī)律正確的是(　　)。
A.單質(zhì)的熔沸點(diǎn)逐漸降低
B.鹵素簡單陰離子的還原性逐漸增強(qiáng)
C.氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性逐漸增強(qiáng)
D.單質(zhì)與氫氣化合的能力逐漸增強(qiáng)
【答案】B
【解析】鹵素從上到下對(duì)應(yīng)的單質(zhì)的狀態(tài):氣→氣→液→固,故鹵素單質(zhì)的熔點(diǎn)逐漸升高,A項(xiàng)錯(cuò)誤;鹵素單質(zhì)從上到下,氧化性逐漸減弱,鹵素離子還原性逐漸增強(qiáng),B項(xiàng)正確;鹵素原子從上到下,氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性逐漸減弱,C項(xiàng)錯(cuò)誤;鹵素單質(zhì)從上到下,與氫氣反應(yīng)的條件越來越高,故與氫氣化合的能力逐漸減弱,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
3.下列關(guān)于銫及其化合物的說法中不正確的是(　　)。
A.氫氧化銫是一種強(qiáng)堿,比KOH的堿性強(qiáng)
B.銫與水或酸溶液反應(yīng)劇烈,都生成氫氣
C.Cs的還原性比Na強(qiáng),故Na+的氧化性強(qiáng)于Cs+
D.Al的原子失電子能力強(qiáng)于Cs的原子失電子能力
【答案】D
【解析】Cs的最外層電子數(shù)是1,電子層數(shù)比K的多,故Cs的原子失電子能力比K強(qiáng),CsOH的堿性比KOH強(qiáng),A項(xiàng)正確;Cs與Na性質(zhì)相似,與水或酸反應(yīng)更劇烈,都生成H2,B項(xiàng)正確;Cs的還原性比Na強(qiáng),所以Na+的得電子能力比Cs+強(qiáng),C項(xiàng)正確;因?yàn)镃s的原子失電子能力強(qiáng)于Na,Na的原子失電子能力強(qiáng)于Al,所以Al的原子失電子能力弱于Cs,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
4.下表為元素周期表的一部分。
　　　族 周期　 　 ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA
一 ①
二 ② ⑤
三 ③ ⑥
四 ④ ⑦
(1)表中元素　　　　的原子得電子能力最強(qiáng);元素　　　　的原子失電子能力最強(qiáng);元素　　　　的單質(zhì)在室溫下呈液態(tài)。(填元素符號(hào))
(2)表中元素③的原子結(jié)構(gòu)示意圖是　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)表中元素⑥⑦氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性順序?yàn)椤　　　　?填化學(xué)式,下同)>　　　　　。
(4)表中元素最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物酸性最強(qiáng)的是　　。
【答案】(1)F　K　Br
(2)
(3)HCl　HBr
(4)HClO4
【解析】(1)根據(jù)元素周期表中同主族元素性質(zhì)遞變規(guī)律可知F的原子得電子能力最強(qiáng),K的原子失電子能力最強(qiáng),單質(zhì)在室溫下呈液態(tài)的是Br2。(2)元素③為Na,原子結(jié)構(gòu)示意圖為。(3)元素⑥⑦分別為Cl、Br,其原子得電子能力Cl>Br,所以氣態(tài)氫化物穩(wěn)定性HCl>HBr。(4)F無正化合價(jià),最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物酸性最強(qiáng)的是HClO4。
5.某同學(xué)做同主族元素性質(zhì)相似性、遞變性實(shí)驗(yàn)時(shí),自己設(shè)計(jì)了一套實(shí)驗(yàn)方案,并記錄了有關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(表中的“實(shí)驗(yàn)方案”與“實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象”前后不一定是對(duì)應(yīng)關(guān)系)。
實(shí)驗(yàn)方案 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
①將氯水滴加到NaBr溶液中,振蕩,靜置 A.浮在水面上,熔成小球,不定向移動(dòng),隨之消失
②將一小塊金屬鈉放入冷水中 B.溶液呈淺棕色
③將溴水滴加到NaI溶液中,振蕩,靜置 C.浮在水面上,熔成小球,不定向移動(dòng),并伴有輕微的爆炸聲,很快消失
④將一小塊金屬鉀放入冷水中 D.溶液呈橙色
請(qǐng)你幫助該同學(xué)整理并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。
(1)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?　。
(2)實(shí)驗(yàn)用品
①試劑:金屬鈉、金屬鉀、新制氯水、溴水、0.1 mol·L-1 NaBr溶液、0.1 mol·L-1 NaI溶液等。
②儀器:　　　　　、　　　　　、　　　　、鑷子、小刀、玻璃片等。
(3)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(填寫與實(shí)驗(yàn)方案對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的標(biāo)號(hào)和化學(xué)方程式)
實(shí)驗(yàn)方案 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 化學(xué)方程式
①
②
③
④
(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)論:　　　　　　　　　　　　　　。
【答案】(1)探究同主族元素性質(zhì)的相似性和遞變性
(2)試管　膠頭滴管　燒杯(培養(yǎng)皿)
(3)
實(shí)驗(yàn)方案 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 化學(xué)方程式
① D Cl2+2NaBr2NaCl+Br2
② A 2Na+2H2O2NaOH+H2↑
③ B Br2+2NaI2NaBr+I2
④ C 2K+2H2O2KOH+H2↑
　　(4)同主族元素化學(xué)性質(zhì)相似;同主族元素自上而下原子失電子能力增強(qiáng),得電子能力減弱
6.氰(CN)2、硫氰(SCN)2的化學(xué)性質(zhì)與鹵素X2很相似,化學(xué)上稱之為擬鹵素。[如(SCN)2+H2OHSCN+HSCNO]。已知還原性Cl-(1)(CN)2與KOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)向NaBr和KSCN的混合溶液中通入(CN)2,反應(yīng)的離子方程式是　　　　　　　　　　　　　　。
【答案】(1)(CN)2+2KOHKCN+KCNO+H2O
(2)(CN)2+2SCN-(SCN)2+2CN-
【解析】(2)由還原性Cl-Br2>(CN)2>(SCN)2>I2,當(dāng)向NaBr和KSCN的混合溶液中通入(CN)2時(shí),(CN)2只能氧化SCN-而不能氧化Br-,所以反應(yīng)的離子方程式是(CN)2+2SCN-(SCN)2+2CN-。
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