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最外层电子数的关系
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 | 一般少于4 | 易失去 | 不稳定 |
非金属元素 | 多于4 | 易得到 | 不稳定 |
原子的最外层电子数决定原子的化学性质。
1．下列结构示意图表示的原子中：
A. B. C. D.
(1)易变为阳离子的是____________(填字母，下同)。
(2)易变为阴离子的是__________。
(3)易与化合组成XY2型化合物的是________。
答案 (1)CD (2)A (3)D
2．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ⅦA族 (2)得到1个 －1
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 |
核电荷数 | 3 | 11 | 19 | 37 | 55 |
原子结构 示意图 | |||||
原子半径/nm | 0.152 | 0.186 | 0.227 | 0.248 | 0.265 |
相同点 | 最外层均有1个电子，均有较强还原性 | ||||
递变性 | 从Li到Cs随核电荷数的增加，电子层数增多，原子半径增大 | ||||
2.碱金属单质的化学性质
(1)钠、钾与氧气反应
①实验现象：都能在空气中燃烧，钠产生黄火焰，钾产生紫火焰，钾燃烧更剧烈。
②反应的化学方程式：
2Na＋O2Na2O2、K＋O2KO2。
③实验结论：金属的活泼性：K＞Na。
(2)钠、钾与水反应
①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。
不同点：钾与水的反应有轻微爆炸声并着火燃烧。
②化学方程式：
2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑；
2K＋2H2O===2KOH＋H2↑。
③实验结论：
与水反应剧烈程度：K＞Na；金属的活泼性：K＞Na。
3．碱金属单质性质规律
(1)物理性质规律
(2)化学性质的相似性和递变性
①相似性
②递变性
具体情况如下：
a．与氧气反应
从Li→Cs，与氧气反应越来越剧烈，产物越来越复杂。如Li在氧气中燃烧只生成Li2O，Na在氧气中燃烧生成Na2O2，K在氧气中燃烧生成更复杂的氧化物：KO2。
b．与H2O(或酸)的反应
从Li→Cs，与H2O(或酸)反应越来越剧烈。如K与H2O反应能发生轻微爆炸，则Rb、Cs遇水会发生剧烈爆炸。
(1)从锂到铯，碱金属元素单质的密度依次增大( )
(2)碱金属元素的单质与氧气反应的产物属于同种类型( )
(3)碱金属元素随核电荷数增大，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)金属钾能从NaCl溶液中置换出钠( )
(6)碱金属元素在自然界中能以游离态存在( )
答案 (1)× (2)× (3)√3 d (4)× (5)× (6)×
1．一般情况下，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上来判断，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，氢氧化物碱性强弱比较。
提示 LiOH<NaOH<KOH<RbOH<CsOH
2．从碱金属原子结构的角度解释。
(1)碱金属元素的化学性质具有相似性。
提示 碱金属元素的最外层电子数相同，都是1个电子，故它们的化学性质相似。
(2)碱金属元素的性质具有递变性。
提示 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，原子失电子的能力逐渐增强。
3．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ⅠA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______气体，同时使紫石蕊溶液显______，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，使紫石蕊溶液变蓝。
三、卤族元素
1．卤族元素的原子结构及其特点
卤族元素包括：F、Cl、Br、I、At(写元素符号)。前4种元素的原子结构示意图依次是：
F、Cl、Br、I
原子结构特点如下：
(1)相似性：最外层电子数都是7。
(2)递变性：F→I，核电荷数依次增大，电子层数依次增多，原子半径逐渐增大。
2．卤素单质的物理性质
F2 | Cl2 | Br2 | I2 | |
颜、状态 | 淡黄绿气体 | 黄绿气体 | 深红棕液体 | 紫黑固体 |
密度 | 逐渐增大 | |||
熔、沸点 | 逐渐升高 | |||
溶解性 | 在水中溶解度小(F2与H2O反应)，在有机溶剂中溶解度大 | |||
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 | 暗处 | 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，溶液由无变为橙黄 | 2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－ | 氧化性：Cl2>Br2>I2 | |
振荡静置后，溶液由无变为褐 | 2I－＋Cl2===I2＋2Cl－ | ||
振荡静置后，溶液由无变为褐 | 2I－＋Br2===I2＋2Br－ | ||
4.卤素单质化学性质规律
(1)相似性
卤素原子都能得一个电子
(2)递变性
①与H2反应越来越难，对应氢化物的稳定性逐渐减弱。
②Cl2、Br2、I2与H2O反应越来越微弱。
③
(3)熟记卤素的特殊性
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。
(1)卤素单质都是双原子分子( )
(2)单质At2是白固体( )
(3)同主族的单质熔、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)是易溶于水的白固体( )
(6)随核电荷数的增加，碱金属元素和卤素单质的熔沸点都逐渐降低( )
答案 (1)√ (2)× (3)× (4)× (5)× (6)×
1．根据Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－，Br2＋2I－===I2＋2Br－可知：单质氧化性：________________，阴离子还原性：________________。
答案 Cl2>Br2>I2 Cl－<Br－<I－
2．(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。
(2)氧化性F2>Cl2，那么能否用F2与NaCl溶液反应置换Cl2。
提示 (1)2F2＋2H2O===4HF＋O2
(2)否，F2与H2O先反应，无法置换出Cl2。
3．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ⅥA族元素。则下列关于硒的叙述中，正确的是( )
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