1.通過對堿金屬元素、鹵素性質(zhì)的相似性與遞變性的了解,培養(yǎng)學(xué)生宏觀辨識與微觀探析的化學(xué)核心素養(yǎng)。2.通過對原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)的關(guān)系的學(xué)習(xí),學(xué)會從物質(zhì)及其變化的事實中提取有用信息,以提升證據(jù)推理與模型認知的化學(xué)核心素養(yǎng)。
【知識鋪墊】1.堿金屬元素包括Li、Na、K、Rb、Cs(填寫元素符號)等元素,它們都處于元素周期表中第ⅠA族;鹵族元素包括F、Cl、Br、I(填寫元素符號)等元素,它們都處于元素周期表中第ⅦA族。2.鈉與水反應(yīng)的離子方程式為2Na+2H2O === 2Na++2OH-+H2↑。鈉與氧氣在常溫和加熱條件下反應(yīng)得到的產(chǎn)物分別為Na2O、Na2O2。3.氯氣與氫氣反應(yīng)的條件是點燃或光照。
【必備知識】一、元素的性質(zhì)
二、堿金屬元素1.原子結(jié)構(gòu)特點
2.單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)(1)鉀、鈉與氧氣和水的反應(yīng)
(3)寫出下列反應(yīng)的化學(xué)方程式。①Li與O2(加熱):4Li+O2 2Li2O。②Na與O2(加熱):2Na+O2 Na2O2。③Na與H2O:2Na+2H2O === 2NaOH+H2↑。④K與H2O:2K+2H2O === 2KOH+H2↑。
【微思考1】(1)我們已經(jīng)知道實驗室中鈉單質(zhì)保存在煤油或石蠟油中,那么鉀單質(zhì)如何保存?提示 鉀的密度小于鈉,大于煤油或石蠟油,故也可以保存在煤油或石蠟油中。(2)根據(jù)鈉和鉀性質(zhì)的差異,分析Li與氧氣、水反應(yīng)的劇烈程度大于還是小于Na?提示 由鉀、鈉性質(zhì)實驗探究知堿金屬的性質(zhì)隨原子序數(shù)的遞增,金屬性逐漸增強,故Li與氧氣、水反應(yīng)的劇烈程度小于Na。
3.單質(zhì)的物理性質(zhì)(從鋰→銫)
【微思考2】對堿金屬的單質(zhì)來說,若對應(yīng)元素的原子序數(shù)越大,其單質(zhì)的密度是否一定越大?提示 不一定,原子序數(shù):K>Na,但密度:KBr2>I2。
【情境鏈接】氟具有很強的非金屬性,氟是一種反應(yīng)性能極高的元素,被稱為“化學(xué)界頑童”。但氟一旦與其他元素結(jié)合,就會成為耐熱、難以被藥品和溶劑侵蝕的具有“高度安全性能”的化合物。(1)鹵素單質(zhì)中氧化性最強的是哪種單質(zhì)?F在化合物中有無正價?提示 F2。F在化合物中只顯示-1價,無正價。(2)將F2通入NaBr溶液中,產(chǎn)生無色氣體,并未產(chǎn)生預(yù)期的橙黃色溶液,試解釋原因。提示 F2具有親水性,將F2通入NaBr溶液中,發(fā)生反應(yīng)2F2+2H2O === 4HF+O2,故不能與NaBr發(fā)生置換反應(yīng)生成Br2。
四、同主族元素性質(zhì)的遞變規(guī)律(從上到下)
【自我小測】1.判斷正誤:(1)HF、HCl、HBr、HI的熱穩(wěn)定性和還原性均依次減弱。(　　)(2)第三周期非金屬元素含氧酸的酸性從左到右依次增強。(　　)(3)Li、Na、K元素的原子核外電子層數(shù)隨著核電荷數(shù)的增加而增多。(　　)(4)因為Na比K容易失去電子,所以Na比K的還原性強。(　　)答案 (1)×　(2)×　(3)√　(4)×
2.第ⅠA族元素具有相似的化學(xué)性質(zhì),是由于它們的原子具有相同的(　　)A.原子半徑B.電子層數(shù)C.核外電子數(shù)D.最外層電子數(shù)答案 D解析 第ⅠA族元素具有相似的化學(xué)性質(zhì),是由于它們的原子具有相同的最外層電子數(shù)。
3.下列對鹵素的說法不符合遞變規(guī)律的是(　　)A.F2、Cl2、Br2、I2的氧化性逐漸減弱B.HF、HCl、HBr、HI的熱穩(wěn)定性逐漸減弱C.F-、Cl-、Br-、I-的還原性逐漸增強D.鹵素單質(zhì)按F2、Cl2、Br2、I2的順序,顏色逐漸變淺,密度逐漸增大答案 D解析 從F→I,原子半徑依次增大,單質(zhì)氧化性逐漸減弱,則陰離子的還原性逐漸增強,氫化物的穩(wěn)定性逐漸減弱,鹵素單質(zhì)按F2、Cl2、Br2、I2的順序,顏色逐漸變深,密度逐漸增大。
【問題探究】【實驗探究1】堿金屬單質(zhì)與氧氣的反應(yīng)
Li、Na、K在空氣中燃燒分別生成Li2O、Na2O2、KO2(超氧化鉀),這說明什么問題?提示 說明Li、Na、K的金屬活動性依次增強。
【實驗探究2】鈉、鉀與水的反應(yīng)
2K+2H2O === 2KOH+H2↑
2Na+2H2O === 2NaOH+H2↑
【思維探究3】“銣原材料與應(yīng)用產(chǎn)品關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化創(chuàng)新成果”榮獲第十二屆“中國產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新成果一等獎”。銣是一種稀有、分散的堿金屬元素,活性大,熔點低,是地球上發(fā)現(xiàn)的所有元素中較高正電性和最大光電效應(yīng)的元素。試推測金屬Rb與水反應(yīng)的現(xiàn)象。Rb在空氣中燃燒的產(chǎn)物會是Rb2O嗎?提示 Rb比K活潑,Rb與水反應(yīng)比K更劇烈,故反應(yīng)現(xiàn)象為Rb沉在水底,與水劇烈反應(yīng),會發(fā)生爆炸。Rb比K活潑,Rb在空氣中燃燒的產(chǎn)物更復(fù)雜,不會生成Rb2O。
【深化拓展】1.堿金屬元素性質(zhì)的相似性(用R表示堿金屬)
2.堿金屬元素性質(zhì)的遞變性(1)單質(zhì)的還原性與離子的氧化性遞變規(guī)律
【素能應(yīng)用】典例1(2020北京師大附中高一期中)元素鈁(Fr)具有放射性,它是堿金屬元素中最重的元素。下列對其性質(zhì)的預(yù)言中,不正確的是(　　)A.它的金屬性比Na強,跟水反應(yīng)更劇烈B.它的原子半徑比Na大,離子半徑也比Na+大C.它的單質(zhì)與硫酸銅溶液發(fā)生置換反應(yīng)得到金屬銅D.它的氫氧化物(FrOH)是一種強堿,能使酚酞溶液變紅
答案 C解析 同主族從上到下元素金屬性增強,故Fr的金屬性比鈉強,跟水反應(yīng)會更劇烈,故A正確;同主族元素從上到下原子半徑依次增大,則Fr的原子半徑比鈉大,離子核外電子層數(shù)越多,離子半徑越大,則鈁的離子半徑比鈉離子半徑大,故B正確;同主族從上到下元素金屬性增強,Fr失電子能力比鈉強,則跟水反應(yīng)會更劇烈,所以Fr與硫酸銅溶液反應(yīng),先與水反應(yīng),不能得到金屬銅,故C錯誤;Fr處于第ⅠA族,最外層電子數(shù)為1,最高正化合價為+1價,它的氫氧化物化學(xué)式為FrOH,同主族從上到下元素金屬性增強,故FrOH的堿性比KOH強,是一種強堿,能使酚酞溶液變紅,故D正確。
變式訓(xùn)練1銣元素廣泛用于特種玻璃、醫(yī)學(xué)、能源等領(lǐng)域。其中在高科技領(lǐng)域顯示了廣闊的應(yīng)用前景。鋰云母是提取銣的重要原料。我國的鋰云母主要分布于江西宜春、湖南正沖、廣西栗木等地。已知銣是37號元素。根據(jù)相關(guān)知識回答下列問題:(1)銣(Rb)位于元素周期表的第　　　周期第　　　族。?(2)關(guān)于銣的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)判斷正確的是　　　　(填序號)。?①與水反應(yīng)比鈉劇烈②原子半徑比鈉小③氧化物暴露在空氣中易吸收CO2④陽離子最外層電子數(shù)和鎂原子相同⑤是還原劑
(3)現(xiàn)有銣和另一種堿金屬形成的合金50 g,當它與足量水反應(yīng)時,放出標準狀況下的氫氣22.4 L,這種堿金屬可能是　　　　(填字母)。?a.Lib.Nac.Kd.Cs答案 (1)五　ⅠA　(2)①③⑤　(3)ab解析 (1)由Rb的原子序數(shù)是37可推知Rb位于第五周期第ⅠA族。(2)由Rb的原子結(jié)構(gòu)示意圖可知②④不正確;又因Na和Rb同主族,根據(jù)同主族元素性質(zhì)的遞變規(guī)律知,Rb的金屬性比Na強,故①③⑤正確。(3)設(shè)該合金的平均相對原子質(zhì)量為M,則根據(jù)得失電子守恒得 ×2,M=25,因Mr(Rb)>25,則另一種堿金屬的相對原子質(zhì)量應(yīng)小于25,可能為Li或Na。
【問題探究】鹵素單質(zhì)間的置換反應(yīng)的實驗分析
Cl2+2Br- === 2Cl-+Br2
Cl2+2I- === 2Cl-+I2
Br2+2I- === 2Br-+I2
【深化拓展】1.鹵素性質(zhì)的相似性
2.鹵素性質(zhì)的遞變性(1)鹵素單質(zhì)的氧化性及鹵素離子的還原性遞變規(guī)律
3.鹵素性質(zhì)的特殊性(1)氟無正價,無含氧酸。而Cl、Br、I都有正化合價和含氧酸。(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,I2能使淀粉溶液變藍色。(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+2H2O === 4HF+O2。
【素能應(yīng)用】典例2(2020浙江樂清樂成公立寄宿學(xué)校高一檢測)鹵素是最活潑的一族非金屬元素,下列關(guān)于鹵素的說法正確的是(　　)A.鹵素單質(zhì)的最外層電子數(shù)都是7B.從上到下,鹵素原子的電子層數(shù)依次增多,原子半徑依次減小C.從F到I,原子核對最外層電子的吸引能力依次減弱,原子得電子能力依次減弱D.鹵素單質(zhì)與H2化合由易到難的順序為I2→Br2→Cl2→F2
答案 C解析 A項,鹵素原子的最外層電子數(shù)都是7,錯誤;B項,從上到下,鹵素原子的電子層數(shù)依次增多,原子半徑依次增大,錯誤;C項,從F到I,原子核對最外層電子的吸引能力依次減弱,原子得電子能力依次減弱,正確;D項,鹵素單質(zhì)與H2化合由易到難的順序為F2→Cl2→Br2→I2,錯誤。
變式訓(xùn)練2(2020江蘇常州高中高一檢測)以下關(guān)于氟、氯、溴、碘的性質(zhì)敘述錯誤的是(　　)A.HF、HCl、HBr、HI穩(wěn)定性逐漸減弱B.單質(zhì)F2、Cl2、Br2、I2中,氧化性最強的是F2C.HF、HCl、HBr、HI中酸性最強的是HFD.單質(zhì)F2、Cl2、Br2、I2中,I2的沸點最高答案 C解析 A項,同主族元素從上到下非金屬性逐漸減弱,其氫化物的穩(wěn)定性逐漸減弱,正確;B項,F2、Cl2、Br2、I2中,氧化性最強的是F2,正確;C項,只有氫氟酸是弱酸,其余都為強酸,錯誤;D項,F2、Cl2、Br2、I2狀態(tài)由氣→液→固,沸點逐漸升高,正確。
【問題探究】1.上圖所示實驗可證明元素的非金屬性強弱順序為Cl>C>Si嗎?提示 不能。比較元素非金屬性的強弱通常用最高價氧化物的水化物的酸性判斷。鹽酸不是氯元素的最高價含氧酸,故不能根據(jù)此實驗比較Cl、C、Si的非金屬性。
2.可通過哪些事實說明Cl比Br的非金屬性強?舉例說明。提示 ①Cl2的氧化性比Br2強;②與氫氣化合時Cl2比Br2容易且反應(yīng)更劇烈;③熱穩(wěn)定性:HCl>HBr;④還原性:HClHBrO4;⑥Cl2與NaBr溶液反應(yīng)可生成Br2。3.可通過哪些事實說明K的金屬性比Na的強?舉例說明。提示 ①K的還原性比Na的強;②與水反應(yīng),K比Na劇烈;③堿性:KOH>NaOH。
【深化拓展】1.金屬性強弱的判斷(1)根據(jù)元素周期表判斷同一主族,從上到下:元素的金屬性逐漸增強。(2)根據(jù)金屬活動性順序判斷金屬單質(zhì)的活動性減弱,元素的金屬性也減弱。
(3)根據(jù)單質(zhì)及其化合物的性質(zhì)判斷①金屬單質(zhì)與水或酸反應(yīng)置換出氫越容易,元素的金屬性越強。②最高價氧化物的水化物——氫氧化物的堿性越強,元素的金屬性越強。(4)根據(jù)金屬單質(zhì)間的置換反應(yīng)判斷較活潑的金屬將較不活潑的金屬從其鹽溶液中置換出來,如Zn+Cu2+ === Zn2++Cu,則金屬性:Zn>Cu。(5)根據(jù)離子的氧化性強弱判斷金屬陽離子的氧化性越強,元素的金屬性越弱,如氧化性:Cu2+>Fe2+,則金屬性:Cu

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