高一化学必修2经典课强化及练习 112元素的性质与原子结构人教版.docx
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高一化学必修2经典课强化及练习112元素的性质与原子结构人教版
第2课时 元素的性质与原子结构
三维目标
知识与技能
通过原子结构示意图掌握原子结构,掌握主族元素在元素周期表中的位置及其性质的递变规律(重点)
过程与方法
体会化学研究中发现规律的过程及学习实验探究、比较、归纳、推理等方法
情感、态度与
价值观
1.培养科学探究的热情
2.锻炼团结协作的精神
3.了解内因与外因的关系
思维激活
纵观化学史,在元素周期律的发现过程中,不论是拉瓦锡的最初尝试,还是德贝莱纳、纽兰兹、门捷列夫等人的具体探索,无不浸透着科学家对化学的探究。
这些探究不仅表现在元素周期律的外部形式之上,而且深入到了它的内部联系之中。
科学家的探究途径中化学实验贡献甚大,化学实验是化学基石,是检验化学理论的标准。
那么,如何通过实验来探究元素结构与性质的关系呢?
自学导引
一、碱金属元素
1.原子结构
碱
金
属
元
素
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
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
相同点:
最外层均为1个电子。
不同点:
随着核电荷数的增加,电子层数递增,原子半径递增。
2.化学性质
(1)钾的化学性质的实验探究及其与钠的比较
①钾的保存及取用方法
钾保存在煤油中,取用时先用镊子夹取,再用滤纸吸干煤油,然后在玻璃片上用小刀切割。
②钾、钠性质的实验探究与对比
与氧气反应
与水反应
钠
剧烈燃烧,黄色火焰
熔成小球,浮于水面,
四处游动,“咝咝”响声
钾
燃烧更剧烈,紫色火焰
(透过蓝色钴玻璃)
熔成小球,浮于水面,四处
游动,燃烧,有轻微爆炸声
结论
钾的活动性比钠强
(2)碱金属元素化学性质的特点
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,它们都能与氧气等非金属单质及水反应。
4Li+O2
2Li2O
2Na+O2
Na2O2
2Na+2H2O===2NaOH+H2↑
2K+2H2O===2KOH+H2↑
思考题1 完成下列离子方程式。
(1)锂与稀盐酸反应的离子方程式为____________________________________。
(2)铷与水反应的离子方程式为____________________________________。
答案
(1)2Li+2H+===2Li++H2↑
(2)2Rb+2H2O===2Rb++2OH-+H2↑
②差异性:
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。
碱金属元素的性质也有差异,从锂到铯,单质还原性逐渐增强,如钾与氧气或水反应比钠的反应剧烈,铷、铯的反应更剧烈。
3.单质的物理性质
相似性:
都是银白色金属(铯略带金色光泽),较柔软,有延展性,密度都比较小,熔点也都比较低,导电、导热性能都很好。
递变性:
从锂到铯,密度逐渐增大(钾的密度反常),熔、沸点逐渐降低。
二、卤族元素
1.原子结构
(1)相同点:
最外层都是7个电子。
(2)不同点:
随核电荷数的增加,电子层数逐渐增多,原子半径逐渐增大。
2.单质的物理性质
(1)颜色:
由浅到深。
(2)密度:
由小到大。
(3)熔、沸点:
由低到高。
3.单质的化学性质
(1)卤素单质与氢气反应的比较
条件
产物
稳定性
化学方程式
F2
暗处
很稳定
H2+F2===2HF
Cl2
光照或点燃
稳定
H2+Cl2
2HCl
Br2
加热
不很稳定
H2+Br2
2HBr
I2
不断加热
不稳定
H2+I2
2HI
结论
随着核电荷数的增加,卤素单质与H2反应的变化:
a.剧烈程度:
逐渐减弱
b.生成HX的稳定性:
逐渐减弱
(2)卤素间的置换反应实验
实验
现象
化学方程式
a.将少量新制的饱和氯水加入盛有NaBr溶液的试管中,振荡后加CCl4,振荡,静置
溶液分上下两层,下层呈红棕色
Cl2+2NaBr===2NaCl+Br2
b.将少量新制的饱和氯水加入盛有KI溶液的试管中,振荡后加CCl4,振荡,静置
溶液分上下两层,下层呈紫红色
Cl2+2KI===
2KCl+I2
c.将少量溴水加入盛有KI溶液的试管中,振荡后加CCl4,振荡,静置
溶液分上下两层,下层呈紫红色
Br2+2KI===
2KBr+I2
结论
随着核电荷数的增加,卤素单质的氧化性:
逐渐减弱
思考题2 砹(At)是卤素中原子序数最大的元素,则通常条件下砹应该是______(填“深”或“浅”)色______体,______(填“易”或“难”)与H2化合,产物的稳定性______。
答案 深;固;难;差
名师解惑
一、元素的金属性、非金属性强弱的判断依据
1.金属性强弱的判断依据
(1)元素的单质与水或酸置换出氢气的反应越容易进行,则其金属性越强。
(2)元素的最高价氧化物对应水化物的碱性越强,则其金属性越强。
(3)金属元素的单质与盐在水溶液中进行置换反应,若A置换出B,则A的金属性强于B。
(4)在金属活动性顺序表中,前者的金属性强于后者。
(5)金属阳离子的氧化性越强,则其单质的还原性越弱,元素的金属性越弱(注:
Fe的阳离子仅指Fe2+)。
2.非金属性强弱的判断依据
(1)非金属元素的单质与氢气化合生成气态氢化物的反应越容易进行,则其非金属性越强。
(2)非金属元素气态氢化物的稳定性越强,则元素的非金属性越强。
(3)元素的最高价氧化物对应水化物的酸性越强,则其非金属性越强。
(4)非金属元素的单质与盐在水溶液中进行置换反应,若A置换出B,并且A体现出氧化性,则A的非金属性强于B。
(5)非金属阴离子的还原性越强,则其单质的氧化性越弱。
二、同主族元素的相似性、递变性和特殊性
1.原子结构
(1)相似性:
最外层电子数相同。
(2)递变性:
随着核电荷数的增加,电子层数递增,原子半径逐渐增大。
2.化学性质
(1)相似性:
①能发生相似的化学反应。
如碱金属都能与O2、Cl2等非金属反应,都能与水反应;卤素单质都能与H2、H2O等反应。
②同类化合物中元素化合价相同,化学式形式相同。
如碱金属氢氧化物都可表示为ROH,卤素单质分子式都可表示为X2,氢化物都可表示为HX。
(2)递变性:
随着核电荷数的增加,元素的金属性逐渐增强,非金属性逐渐减弱;单质还原性逐渐增强,氧化性逐渐减弱;最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐增强,酸性逐渐减弱;非金属单质与H2化合逐渐变难,氢化物的稳定性逐渐降低。
(3)特殊性:
因递变性的影响,同一主族元素均有一定的特殊性,首尾两种元素更明显。
碱金属中锂(Li)的单质和化合物的性质与镁(Mg)的单质和化合物相似,而与其他碱金属不同,如Li与水较难反应,产物LiOH微溶等。
卤素中氟的化学性质具有特殊性,如氟无正价,F2与水反应的化学方程式为2F2+2H2O===4HF+O2↑(其他卤素均可表示为X2+H2O===HX+HXO),HF是弱酸(其他HX均为强酸且从上到下HX的酸性逐渐增强)。
典例导析
知识点1:
金属性与非金属性强弱的判断
例1 X、Y是元素周期表ⅦA族中的两种元素,下列叙述中能说明X的非金属性比Y强的是( )
A.X原子的电子层数比Y原子的电子层数多
B.Y的气态氢化物比X的气态氢化物稳定
C.Y的单质能将X从NaX的溶液中置换出来
D.X在暗处可与H2反应,Y在加热条件下才能与H2反应
解析 X原子比Y原子的电子层数多,X在Y的下方,则非金属性X比Y弱,A项不正确;元素氢化物越稳定,其非金属性越强,B项不正确;Y能置换NaX中的X,则非金属性X比Y弱,C项不正确;单质与H2化合越容易,其非金属性越强,D项正确。
答案 D
跟踪练习1 下列叙述中一定能说明A的金属性比B强的是( )
A.A原子的最外层电子数比B原子的最外层电子数少
B.A原子的电子层数比B原子的电子层数多
C.1molA从酸中置换的H2比1molB从酸中置换的H2多
D.常温时,A能从酸中置换出氢气,而B不能反应
答案 D
知识点2:
同主族元素性质的相似性、递变性和特殊性
例2 某学生做同主族元素性质递变规律的实验时,自己设计了一套实验方案,并记录了有关实验现象。
现在请你帮助该学生整理并完成实验报告。
(1)实验目的:
____________________________________。
(2)实验用品:
药品:
氯水、溴水、溴化钠溶液、碘化钾溶液、四氯化碳。
仪器:
①__________;②__________。
(请填写两件主要的玻璃仪器)
(3)实验内容(在下列空格内填写相关内容):
序号
实验方案
实验现象
①
②
(4)实验结论:
____________________________________。
(5)问题和讨论:
①请用结构理论简单说明得出上述结论的原因。
②由于F2过于活泼,很难设计一个简单的实验验证其氧化性强弱。
试列举两项事实说明F的非金属性比Cl强。
解析
(1)元素周期律具体包括同一周期与同一主族的变化规律。
根据以下给出的实验内容不难看出,该学生是想以ⅦA族为例,设计实验验证同一主族元素性质的递变规律。
(2)本实验属于试管实验,主要使用试管和胶头滴管。
(3)根据提供的药品,该学生显然是用Cl2、Br2、I2之间的置换反应来证明它们的氧化性强弱,用四氯化碳将置换出来的Br2或I2萃取出来,以增强实验的准确性和说服力。
(4)该小题具有一定的开放性,比如:
Cl2、Br2、I2的氧化性依次减弱或Cl、Br、I的非金属性依次减弱均可,但最好与该实验的目的相对应:
同一主族,自上而下,元素非金属性依次减弱。
(5)①该题应该主要从原子核对最外层电子的引力方面来回答。
②一般来说,置换反应能直接说明两种单质的氧化性强弱,但F2过于活泼,不好直接置换Cl2,只能用间接的证据。
如:
它们与氢气反应的难易程度,与水反应的难易程度,它们气态氢化物的稳定性等。
答案
(1)探究同一主族元素性质的递变规律
(2)试管;胶头滴管
(3)①将少量新制氯水注入盛有少量NaBr溶液的试管中,振荡,再注入少量四氯化碳,振荡;加入氯水后,溶液由无色变为橙色,注入四氯化碳后,水层颜色变浅,四氯化碳层(下层)变为橙红色
②将少量新制溴水注入盛有少量KI溶液的试管中,振荡,再注入少量四氯化碳,振荡;加入溴水后,溶液由无色变为褐色,注入四氯化碳后,水层颜色变浅,四氯化碳层(下层)变为紫红色
(4)同一主族,自上而下,元素非金属性依次减弱
(5)①同一主族,自上而下,元素原子的电子层数增多,原子半径增大,原子核对最外层电子的吸引力逐渐减弱。
②F2在冷暗处就可以与H2剧烈反应而爆炸,而Cl2与H2只有在光照或点燃的条件下才能反应;HF比HCl稳定。
跟踪练习2 下列关于碱金属的原子结构和性质的叙述中不正确的是( )
A.碱金属原子最外层都只有一个电子,在化学反应中容易失去
B.碱金属都是强还原剂
C.碱金属都能在O2中燃烧生成过氧化物
D.碱金属都能与水反应生成碱
解析 碱金属元素的原子和单质,在结构和性质上,既有相似性又有差异性。
如锂单质在O2中燃烧只生成Li2O,无过氧化物生成。
答案 C
同步测控
小试牛刀
1.卤化氢(HX)中稳定性最强的是( )
A.HFB.HClC.HBrD.HI
答案 A
2.下列金属与水反应最剧烈的是( )
A.LiB.NaC.KD.Rb
答案 D
3.海水中含有Br-,要将其转变成Br2,可选用的试剂是( )
A.F2B.Cl2C.Br2D.I2
答案 B
4.下列四种演示金属钾与水反应的实验装置,正确的是( )
解析 钾与水反应剧烈,从安全角度来看,用B装置反应空间大,能防止钾飞溅出来。
答案 B
5.某课外兴趣小组通过实验发现钾和钠的性质相似,下列说法中能最好地解释这个事实的是( )
A.都是金属元素B.原子半径相差不大
C.最外层电子数相同D.最高化合价相同
答案 C
6.下列排列顺序正确的是( )
A.热稳定性:
H2O>HF>H2S
B.非金属性:
Cl>S>Si
C.酸性:
H2CO3>H3PO4>H2SO4
D.最高正化合价:
F>N>Li
答案 B
7.把少量的溴水注入KI溶液中,经充分反应后,加入CCl4用力振荡,静置后可观察到( )
A.液体分成两层,下层呈紫色
B.液体分成两层,上层呈紫色
C.混合液不分层,且无色透明
D.混合液不分层,且呈褐色
答案 A
8.下列各组化合物的性质比较中不正确的是( )
A.酸性:
HClO4>HBrO4>HIO4
B.碱性:
Ba(OH)2>Ca(OH)2>Mg(OH)2
C.稳定性:
HCl>H2S>PH3
D.原子半径:
N<O<S
答案 D
9.对三种金属单质a、b、c进行下表所示实验(其他条件等同):
a
b
c
与冷水反应
不反应
缓慢反应
未实验
与2mol·L-1
的HCl溶液反应
溶解并放出气体
未实验
不反应
由上表实验结果分析可知,这三种金属的活动性由强到弱的顺序是( )
A.a>b>cB.b>a>c
C.a>c>bD.c>b>a
解析 同等条件下,由a、b与冷水反应的现象可知,金属性b>a;由a、c与2mol·L-1的HCl溶液反应的现象可知,金属性a>c。
答案 B
10.按下面的实验过程填空:
浅绿色FeBr2溶液
黄色液体
写出上述反应的化学方程式:
(1)____________________________________;
(2)____________________________________;
(3)____________________________________。
答案 棕黄;蓝;橙红;无
(1)2FeBr2+3Cl2===2FeCl3+2Br2
(2)2FeCl3+2KI===2FeCl2+2KCl+I2
(3)2NaOH+Br2===NaBr+NaBrO+H2O
11.某学生为验证镁、铝的金属性强弱,设计了如下实验:
(1)向两支试管中分别加入3mL同浓度的稀盐酸,再将两块大小相同且纯净的镁片和铝片分别加入试管中,在反应初始时观察到如图所示的现象,则试管b内加入的金属为______(写化学式)。
(2)若加入的两块金属的物质的量相等,且试管中稀盐酸足量,充分反应后,气球状态也如上图所示,则试管b中反应的离子方程式为______________________________________。
(3)分析判断,实验________[填“
(1)”或“
(2)”]能证明镁的金属性强于铝。
答案
(1)Al
(2)Mg+2H+===Mg2++H2↑
(3)
(1)
12.卤族元素的单质与H2反应过程中的能量变化如右图所示,其中a、b、c、d分别表示卤族中某一元素的单质,ΔE为相同物质的量的单质与H2反应过程中的能量变化(ΔE越大,表明反应越容易发生)。
请回答下列问题:
(1)d为______________(写化学式,下同),红热的铜丝在b单质中燃烧的现象为__________________________________________________。
(2)a与H2反应的化学方程式为____________________________________________,b与H2反应的条件为______________________________。
(3)由该能量变化示意图可得出的结论是同一主族,自上而下,元素的非金属性依次____________。
答案
(1)I2;剧烈燃烧,产生棕黄色的烟
(2)H2+F2===2HF;点燃(或光照)
(3)减弱
更上一层
13.短周期元素X、Y、Z在元素周期表中的位置如图所示,下列说法中正确的是( )
A.Z可能是活泼金属元素
B.X的最高价氧化物对应的水化物是一种强酸
C.Y元素原子的最外层电子数为7
D.Z的最高价氧化物对应水化物的化学式为HZO3
解析 X、Y、Z为三个不同周期的短周期元素,故结合图形可知,X为He,Y为F,Z为S。
答案 C
14.钾和另一种碱金属组成的合金18.0g与足量的水完全反应,产生氢气0.2g,则合金中的另一种金属是( )
A.CsB.RbC.NaD.Li
解析 碱金属与水的反应均可表示为:
2R+2H2O===2ROH+H2↑
21
n(R)
可得n(R)=0.2mol,则碱金属的平均摩尔质量
(R)=
=90g·mol-1。
因为K的摩尔质量为39g·mol-1,小于90g·mol-1,则另一种碱金属的摩尔质量应大于90g·mol-1,只有Cs符合。
答案 A
15.实验室通过简单的“试管实验”,即可探究元素金属性、非金属性的强弱。
请你选用下列试剂,根据实验要求完成下表。
试剂:
①镁条 ②铝条 ③AlCl3溶液 ④MgCl2溶液 ⑤NaOH溶液 ⑥氯水 ⑦溴水 ⑧NaBr溶液
实验方案
(只填写选用
试剂序号)
实验现象
结论
反应的离子方程式
(1)
_______
一支试管中有白色沉淀生成,另一支试管中先生成白色沉淀,后白色沉淀消失
金属性:
Mg>Al
Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓
_______________________________________________
(2)
_______
溶液由无色变为橙黄色
非金
属性:
Cl>Br
________________________
答案
实验方案
(只填写选用
试剂序号)
实验现象
结论
反应的离子方程式
(1)
③④⑤
Al3++4OH-===AlO2-+2H2O[或Al3++3OH-===Al(OH)3↓、Al(OH)3+OH-===AlO2-+2H2O]
(2)
⑥⑧
Cl2+2Br-===Br2+2Cl-
16.某同学为探究同周期元素性质的递变规律,设计了一套实验方案,并记录了有关实验现象,请你参与实验并完成实验报告。
(1)实验目的:
__________________________。
(2)实验用品:
仪器:
试管、胶头滴管、砂纸
药品:
镁条、铝条、钠、新制的硫化钠溶液、新制的氯水、0.5mol·L-1的盐酸、酚酞试液
(3)实验记录(在横线上填入相关内容)
实验步骤
实验现象
①将一小块金属钠放入滴有酚酞试液的冷水中
钠块浮在水面上,熔化成闪亮的小球,做不定向移动,随之消失,溶液变红色
②将外形相同的镁条和铝条(均用砂纸打磨过)分别投入足量相同体积的0.5mol·L-1的盐酸中
镁条剧烈反应,迅速产生大量的无色气体,而铝条反应不十分剧烈,产生无色气体
③将新制的氯水滴加到新制的硫化钠溶液中
____________________
(4)实验结论:
同一周期元素从左到右,金属性逐渐________(填“减弱”或“增强”,下同),非金属性逐渐__________。
(5)问题与讨论:
①写出(3)中步骤①反应的离子方程式:
_________________________________________。
②试再列举两项事实说明Cl和S的非金属性强弱:
________________________________________、______________________________________。
答案
(1)探究同周期元素性质的递变规律
(3)产生淡黄色沉淀
(4)减弱;增强
(5)①2Na+2H2O===2Na++2OH-+H2↑
②HClO4的酸性强于H2SO4;HCl比H2S稳定(其他合理答案也可)
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