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第四章 物质结构 元素周期律
学习目标：
1.了解碱金属、卤素在周期表中的位置。
2.了解碱金属元素及卤族元素的原子结构和性质，形成“结构决定性质”的观念。
3.运用原子结构理论解释同主族元素性质的相似性和递变规律。
第3课时 原子结构与元素性质的关系
第一节 原子结构与元素周期表
我们知道，金属元素的原子最外层电子一般少于4个，在化学反应中容易失去电子，具有_____性；非金属元素原子最外层电子一般多于4个，在化学反应中容易得到电子，具有_______性。所以人们常说，_________决定元素的性质。经常把元素周期表中的同族元素放在一起研究，是因为它们之间存在着某种内在的联系。那么，这种内在的联系是什么呢？我们将从它们的结构和性质的关系来进行探讨。
金属
非金属
原子结构
四、原子结构与元素的性质
原子结构 元素的性质
决定
体现
（一）碱金属元素
Rb
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 0.152
钠 0.186
钾 0.227
铷 0.248
铯 0.265
+3
2
1
2
8
1
+11
+55
2
8
18
18
8
1
+37
2
8
18
8
1
+19
2
8
8
1
填写下表中的信息，思考与讨论下列问题。
(1)在周期表中，从上到下碱金属元素原子的核电荷数、原子半径的变化有什么特点？
(2)观察碱金属元素的原子结构示意图，它们的原子核外电子排布有什么特点？从哪一点能够推断出碱金属元素的化学性质具有相似性？
Li
Na
K
Rb
Cs
3
11
19
37
55
1
1
1
1
1
2
3
4
5
6
①递变性：从Li到Cs，_________、________依次增多，原子半径依次 。
②相似性：碱金属元素原子结构的______________相同， 都为　　　。
　
1、碱金属元素的原子结构
最外层上都只有1个电子，化学反应中都易失去1个电子，形成+1价的阳离子，元素都有金属性，单质有还原性，能与氧气等非金属元素及水发生化学反应。
核电荷数
电子层数
增大
最外层电子数
1个
推测：
碱金属化学性质的比较
[问题与预测]
(1)回忆第二章学过的知识，钠有哪些化学性质
(2)结合锂、钠和钾的原子结构特点，请你预测锂、钾可能具有哪些与钠相似的化学性质。
钠可以与氧气，水等物质反应
锂，钾也可以氧气，水等物质反应。
[分析与结论]
(1)通过实验、观察、讨论并总结钠、钾有哪些相似的化学性质，与你最初根据原子结构特点进行的预测是否一致？
(2)从实验现象比较钾、钠与水反应的难易程度。由此，你能推断出锂与水反应的难易程度吗？
(3)通过比较碱金属与水反应的难易程度，你能发现与它们的原子结构有什么关系？由此，你能推断出碱金属元素化学性质在相似性和递变规律吗？
现象：钾能在空气中燃烧，产生紫色火焰，钾燃烧比钠更剧烈。
现象：钾浮在水面上，熔成闪亮的小球，小球四处游动，发出嘶嘶声，钾着火燃烧，溶液呈红色。比钠与水反应剧烈。
钠、钾与空气和水都能剧烈反应，钾反应更剧烈
锂与水反应没有钠剧烈
锂→钾与和水越来越剧烈
锂→钾电子层数渐多，原子半径渐大
①相似性：碱金属元素原子的最外层都有 个电子，它们的化学性质 __ ，都能与氧气等非金属及水反应。
如：
4Li + O2 2Li2O
2Na + O2 Na2O2
2Na +2 H 2O=2NaOH + H 2↑
2K +2H2O=2KOH + H2↑
+1
+1
+1
+1
②递变性：碱金属元素从上到下（Li→Cs），随着核电荷数的增加，碱金属元素原子的电子层数逐渐　 ，原子半径逐渐 ,原子核对 的引力逐渐减弱，原子失电子的能力逐渐　 。元素的金属性逐渐　 ，单质的还原性逐渐　　 ,与水和氧气的反应越来越　 。
2、碱金属元素的化学性质的相似性和递变性
1
相似
增多
增大
电子
增强
增强
增强
增强
例如，碱金属单质与氧气或水反应时，钠的反应比锂剧烈，钾反应比钠剧烈，铷和铯的反应更加剧烈，它们遇到空气或水都会立即燃烧，遇水会爆炸。也可以说 ，碱金属元素的化学性质具有差异性 。
碱金属单质 颜色和状态 密度 g/cm -3 熔点 ℃ 沸点
℃
Li 银白色，柔软 0.534 180.5 1347
Na 银白色，柔软 0.97 97.81 882.9
K 银白色，柔软 0.86 63.65 774
Rb 银白色，柔软 1.532 38.89 688
Cs 略带金属光泽，柔软 1.879 28.40 678.4
渐大
渐高
渐高
P95 表4－2 碱金属的主要物理性质
Li Cs
相 似 性 颜色
硬度
密度
熔沸点
导电导热性
递 变 性 密度
熔沸点
柔软
较小
较低
强
逐渐增大（K特殊）
单质的熔沸点逐渐降低
均为银白色（Cs略带金色）
3.碱金属的物理性质相似性和递变性
液态钠用作核反应堆的传热介质
（一）碱金属元素
1.碱金属元素的原子结构
小 结
2.碱金属元素的化学性质的相似性和递变性
3.碱金属的物理性质相似性和递变性
原子结构 元素的性质
决定
体现
（二）卤族元素
卤素单质 颜色和状态 密度 熔点/℃ 沸点/℃
F2 淡黄绿色气体 1.69g/L(15 ℃) -219.6 -188.1
Cl2 黄绿色气体 3.214g/L(0℃) -101 -34.6
Br2 深红棕色液体 3.119g/cm3(20 ℃) -7.2 58.78
I2 紫黑色固体 4.93g/cm3 113.5 184.4
1.卤素单质的物理性质
熔沸点渐高
颜色：渐深
状态：气 →液→固
递变性
★卤素单质性质特殊性：
1、Br2是易挥发液体，其保存通常加入少量的水，即“液封”；
2、I2易升华，遇淀粉溶液变蓝色。
学与问：根据卤素原子结构，推测氟、氯、溴、碘在化学性质上所表现的相似性和递变性
2.卤素原子结构特点
随着核电荷数的递增，电子层数逐渐 ，原子半径逐渐 。
最外层电子数均为 ，均易 电子，单质具有强 性。
（1）相似性：
（2）递变性：
元素名称 氟 氯 溴 碘
元素符号 F Cl Br I
原子结构示意图
原子半径/nm 0.071 0.099 1.14 1.33
得
7个
氧化
增多
增大
（1）卤素单质与H2反应
3、卤素单质化学性质
H 2 + F 2 =2HF 在暗处能剧烈化合并发生爆炸， 氟化氢很稳定
H 2 + Cl 2 2HCl 光照或点燃发手生反应，氯化氢较稳定
H 2 + Br 2 2HBr 加热至一定温度才能反应，溴化氢不如氯化氢稳定
H 2 + I 2 2HI 不断加热才能缓慢反应；碘化氢不稳定，在同一条件下同时分解，是可逆反应。
点燃或光照
(1)根据卤素的原子结构，请你试着推测氟、氯、溴、碘在化性质上表现出的相似性和递变性。
(2)根据卤素单质与氢气反应事实，讨论随着原子核电荷数的增多，卤素单质与氢气反应的规律性变化。
①与氢气反应的难易程度：________________________。
②生成的氢化物的稳定性：______________________。
③卤素的非金属性强弱：__________________________。
F2 Cl2 Br2 I2
反应越来越难
逐渐减弱
元素非金属性逐渐减弱
F Cl Br I
HF ＞ HCl ＞ HBr ＞ HI
(2)卤素单质之间的置换反应
类似于金属与盐溶液的转换反应，卤素单质间也可发生转换反应。例如：2NaBr + Cl2 = 2NaCl + Br2。通过卤素单质间的置换反应，可以比较卤素单质的氧化性强弱。
实验操作 实验现象 化学方程式
溴化钾溶液加氯水 溶液变为 色
碘化钾溶液加氯水 溶液变为 色
碘化钾溶液加氯水 溶液变为 色
2NaBr + Cl2 = 2NaCl + Br2
2KI + Cl2 = 2KCl + I2
2KI + Br2 = 2KBr + I2
2Br - + Cl 2 =2Cl - + Br 2
2I - + Cl 2 =2Cl - + I 2
2I - + Br 2 =2Br - + I 2
橙色
棕褐色
棕褐色
20
F2 Cl2 Br2 I2
结论：
氧化性渐弱
卤族元素周期表从上到下（F、Cl、Br、I），随着核电荷数的增加，元素原子的电子层数逐渐 ，原子半径逐渐 ，原子核对最外层电子的引力逐渐 ，原子得电子能力逐渐 ，元素的非金属性逐渐 ，单质的氧化性逐渐 ，与氢气越来越___ 反应，生成氢化物越来越 。
元素非金属性渐弱
F Cl Br I
增多
增大
不稳定
难
减弱
减弱
减弱
减弱
元素非金属性渐弱
F Cl Br I
Li Na K Rb Cs
4.元素性质与原子结构的关系小结
(1)元素性质与原子结构关系密切，主要与原子核外电子的 ，特别是 数有关。
(2)原子结构相似的一族元素，它们在化学性质上表现出 性和 性。
(3)在周期表中，同主族元素从上到下，原子核外电子层数渐 ，原子半径渐 ，原子核对最外层电子的吸引力渐 ，失电子能力渐 ，得电子能力渐 。所以元素的金属性渐强，非金属性渐弱；单质的还原性渐 ，氧化性渐 。
碱金属：
元素金属性渐强
单质还原性渐强
卤素：
单质氧化性渐弱
F2 Cl2 Br2 I2
排布
最外层电子
相似
递变
多
大
弱
强
弱
强
弱
小结
1.卤素原子结构特点
2.卤素单质的物理性质
4.元素性质与原子结构的关系小结
3.卤素单质化学性质
（二）卤族元素
4.元素金属性和非金属性：
①根据金属单质与水或者与酸反应置换出氢的难易程度。置换出氢越 ，则金属性越强。
（1）元素金属性：
（2）元素非金属性：
（3）元素金属性强弱的判断：
②根据金属元素最高价氧化物对应水化物碱性强弱。碱性越 ，则原金属元素的金属性越强。
④根据对应阳离子的氧化性强弱判断。金属阳离子氧化性越 ，则元素金属性越强。
③根据金属活动性顺序判断。位置越靠 ，则元素金属性越强。
元素原子 电子的性质。元素原子越 电子，元素金属越 ，反之，越弱。
元素原子 电子的性质。元素原子越 电子，元素金属越 ，反之，越弱。
得
易得
强
失
易失
强
易
强
前
弱
5、元素非金属性强弱判断依据
（1）非金属单质与氢气化合的难易程度；
比较元素非金属性强弱，其实质是看元素原子 电子的难易，越容易 电子，非金属性越强，反之非金属性越 。
（2）形成气态氢化物的稳定性；
（3）最高价氧化物对应水化物酸性强弱；
（4）单质间的置换反应。
得
得
弱

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