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第3课时　原子结构与元素的性质
[学习目标]　以第ⅠA族、第ⅦA族为例，通过探究认识同主族元素性质的递变规律，并能用原子结构理论加以解释，培养“科学探究”与“证据推理”的核心素养。
任务一　碱金属元素
1.元素的性质与原子结构的关系
[交流研讨1]　根据初中所学原子结构的知识，填写下表。
原子 最外层电子数特点 得失电子情况 元素性质
稀有气体元素 都为8(氦为2) 不易得、失 稳定
金属元素 一般　　4 易　　 　　　
非金属元素 一般　　4 易　　 　　　
提示：＜　失去　金属性　≥　得到　非金属性
元素的原子结构决定元素的性质(金属性或非金属性)。
2.碱金属元素的原子结构
[交流研讨2]　填写下表中的信息，并思考和讨论下列问题。
元素名称 锂 钠 钾 铷 铯
元素符号 　 　 　 　 　
原子结构示意图 　 　 　
原子半径/nm 0.152 0.186 0.227 0.248 0.265
提示：Li　Na　K　Rb　Cs　
在元素周期表中：
(1)从上往下碱金属元素原子的核电荷数、原子半径如何变化？
提示：核电荷数逐渐增大；原子半径逐渐增大。
(2)从上往下，碱金属元素的原子核外电子排布有什么特点？从哪一点能推断出碱金属元素的化学性质具有相似性？
提示：电子层数逐渐增多，最外层都只有一个电子；从最外层都只有一个电子能推断出碱金属元素的化学性质具有相似性。
3.碱金属元素单质的化学性质
[交流研讨3]　通过钠的化学性质，再结合锂、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。剧烈程度如何变化？
提示：锂、钾也可以与氧气、水、酸溶液等物质反应；Li、Na、K反应剧烈程度逐渐增强。
[实验验证]
钾与氧气反应 钾与水反应
操作
现象 产生紫色火焰，钾燃烧更剧烈 钾浮在水面上；迅速熔化成闪亮的小球，四处游动；反应剧烈，有轻微爆炸声并着火燃烧；滴入酚酞，溶液变红
化学 方程式 K＋O2KO2 2K＋2H2O2KOH＋H2↑
结论 钾能与O2、H2O反应，且钾更活泼，预测成立
[交流研讨4]　根据钾、钠与水的反应，推断锂与水反应的难易程度。
提示：锂与水反应的程度不如钠、钾剧烈。
碱金属元素化学性质的相似性与递变性
4.碱金属元素单质的物理性质
(1)相似性和递变性
(2)个性特点：铯略带金色光泽；锂的密度比煤油的小；钠的密度比钾大。
1.正误判断
(1)Li、Na、K在空气中燃烧均生成过氧化物。(　　)
(2)碱金属元素原子随核电荷数增加，其单质与水反应越来越剧烈。(　　)
(3)可以通过钠和氯化锂溶液反应，判断钠和锂元素的金属性。(　　)
(4)碱金属元素在自然界中都以化合态形式存在。(　　)
提示：(1)错误。Li、K在空气中燃烧分别生成Li2O、KO2
(2)正确
(3)错误。钠遇氯化锂溶液，发生钠与水的反应，无法判断钠和锂元素的金属性
(4)正确
2.(2025·山东高唐高一检测)下列有关碱金属元素的性质判断正确的是(　　)
A.Li与H2O反应最剧烈
B.从Li到Cs，其单质熔沸点逐渐升高
C.钾与氧气反应可生成多种氧化物
D.从Li到Cs最高价氧化物对应的水化物的碱性逐渐减弱
答案：C
解析：同一主族元素自上而下金属性逐渐增强，锂与水反应最不剧烈，A错误；碱金属元素自上而下其单质熔沸点逐渐降低，B错误；钾与氧气反应可生成多种氧化物，C正确；同一主族元素自上而下金属性逐渐增强，其最高价氧化物对应的水化物的碱性逐渐增强，D错误。
3.锂(Li)是世界上最轻的金属，它属于碱金属的一种，下列说法正确的是(　　)
A.和Li同一主族的都是金属元素
B.Na＋比Li多一个电子层
C.Li、Na、K＋的最外层都只有一个电子
D.Li是碱金属中原子半径最小的元素
答案：D
解析：锂在第ⅠA族，该族中还有非金属元素氢，A选项错误；Li、Na＋的粒子结构示意图分别为、，B选项错误；K＋的离子结构示意图为，其最外层有8个电子，C选项错误。
任务二　卤族元素
1.卤族元素：简称卤素，是典型的非金属元素，它们在自然界中都以化合态存在。
2.卤素单质的物理性质
F2 Cl2 Br2 I2
颜色(常态) 淡黄绿色(气体) 黄绿色(气体) 深红棕色(液体) 紫黑色(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
熟记卤素单质的特殊性
1.在常温下Br2是唯一的液态非金属单质，易挥发。
2.碘为紫黑色固体，易升华，淀粉遇I2变蓝。
3.卤族元素的原子结构
(1)相似性：最外层电子数均为7。
(2)递变性：随核电荷数的增加，电子层数依次增加，原子半径依次增大。
4.卤素单质的化学性质
(1)与氢气反应
物质 化学方程式 反应条件 生成物稳定性
F2 H2＋F22HF 在暗处剧烈化合，并发生爆炸 HF很稳定
Cl2 H2＋Cl22HCl 光照或点燃发生反应 HCl较稳定
Br2 H2＋Br22HBr 加热到一定温度才能反应 HBr不如HCl稳定
续表
物质 化学方程式 反应条件 生成物稳定性
I2 H2＋I22HI 不断加热才能缓慢反应 HI不稳定
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
实验操作 实验现象 离子方程式
氯水滴入KBr溶液中 溶液由无色变为橙黄色 2Br－＋Cl2Br2＋2Cl－
氯水滴入KI溶液中 溶液由无色变为褐色 2I－＋Cl2I2＋2Cl－
溴水滴入KI溶液中 溶液由无色变为褐色 2I－＋Br2I2＋2Br－
【结论】　氧化性：Cl2＞Br2＞I2，还原性：Cl－＜Br－＜I－。
[交流研讨]　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写出上述反应的化学方程式。
提示：2F2＋2H2O4HF＋O2
5.卤素性质的递变规律及原因
从F→I，电子层数依次增多，原子半径依次增大，原子核对最外层电子的吸引力逐渐减小，原子得电子的能力逐渐减小，非金属性逐渐减弱。
同主族元素的相似性和递变性
1.正误判断
(1)从F到I，卤族元素氢化物稳定性逐渐增强。(　　)
(2)卤素单质随原子序数的递增，密度逐渐增大。(　　)
(3)F2、Cl2、Br2与H2O反应的原理相同。(　　)
(4)F－、Cl－、Br－的还原性依次增强。(　　)
提示：(1)错误。从F到I，卤族元素氢化物稳定性逐渐减弱
(2)正确
(3)错误。Cl2、Br2与H2O反应的原理相同，F2与H2O发生反应2F2＋2H2O4HF＋O2
(4)正确
2.(2025·广东广宁高一统考)已知卤素单质的氧化性强弱为F2＞Cl2＞Br2＞I2，排在前面的卤素单质可将排在后面的卤素从它的盐溶液中置换出来，如Cl2＋2NaBr2NaCl＋Br2。下列说法或化学方程式不成立的是(　　)
A.Cl2与I－在水溶液中不能大量共存
B.2NaF＋I22NaI＋F2
C.还原性：Cl－＜Br－＜I－
D.少量Cl2通入到NaBr和NaI的混合溶液中，Cl2优先氧化I－
答案：B
解析：由氧化性：Cl2＞I2可知，Cl2与I－在水溶液中会发生反应生成I2和Cl－，不能大量共存，A正确；由氧化性：F2＞I2可知，2NaF＋I22NaI＋F2不能发生，B错误；单质的氧化性越强，对应阴离子的还原性越弱，由氧化性：F2＞Cl2＞Br2＞I2可知，还原性：Cl－＜Br－＜I－，C正确；少量Cl2通入到NaBr和NaI的混合溶液中，由于还原性：Br－＜I－，Cl2优先氧化I－，再氧化Br－，D正确。
3.在硬质玻璃管中的A、B、C处依次放有浸有KBr溶液、KI溶液、淀粉溶液的三个棉球(如图所示)。由左端导入Cl2，在B处加热，可观察到A处棉球呈　　　　色，B处棉球呈现　　　　色，C处棉球呈　　　　色。将试管冷却后，在B、C之间的玻璃管内壁上有　　　　色的　　　　，这是因为　　　　　　　。
答案：红棕　紫红　蓝　紫黑　固体　碘蒸气冷凝为固体
解析：非金属性：Cl＞Br＞I，则单质的氧化性：Cl2＞Br2＞I2，Cl2与KBr溶液、KI溶液反应分别生成Br2和I2。
1.(2024·海南农垦中学高一期末)下列叙述正确的是(　　)
A.碱金属与卤素单质的熔、沸点均随核电荷数的增大而升高
B.卤素单质的密度随核电荷数的增大而增大
C.卤素形成的氢化物稳定性随核电荷数增大而增大
D.碱金属的焰色试验都呈黄色
答案：B
解析：卤族元素单质的状态从气态到液态再到固态，熔、沸点从上到下逐渐增大；而碱金属熔、沸点随核电荷数的增加而降低，A错误；同主族元素从上到下元素的非金属性逐渐减弱，对应的氢化物的稳定性逐渐减弱，C错误；钾元素的焰色试验需要透过蓝色钴玻璃片观察，焰色试验为紫色，D错误。
2.下列叙述正确的是(　　)
A.Na在空气中燃烧会生成Na2O2，故Li在空气中燃烧也会生成Li2O2
B.碱金属元素是指第ⅠA族的所有元素
C.在熔融状态下，钠可以从MgCl2中置换出镁
D.Li、Na、K都可以保存在煤油中
答案：C
解析：Na在空气中燃烧会生成Na2O2，但Li没有Na活泼，在空气中燃烧生成的是Li2O，A项错误；第ⅠA族中氢不属于碱金属元素，B错误；钠还原性强于Mg，所以在熔融状态下可从MgCl2中置换出镁，C项正确；Na、K都可以保存在煤油中，Li的密度小于煤油，要保存在石蜡中，D项错误。
3.(2025·黔西南州同源中学高一检测)砹(At)是第六周期的卤族元素，对砹及其化合物的叙述，不正确的是(　　)
A.与H2化合的能力：At2＜I2
B.砹在常温下为白色固体
C.砹难溶于水，易溶于四氯化碳
D.砹原子的最外层有7个电子
答案：B
解析：同主族元素从上到下，单质和氢气化合越来越不容易，所以与H2化合的能力：At2＜I2，故A正确；从上到下卤族元素的单质从气态、液态、固态变化，且颜色加深，碘为紫黑色固体，则砹是黑色固体，故B错误；由碘微溶于水，易溶于有机溶剂可推知，砹易溶于某些有机溶剂，也是不易溶于水的，故C正确；同主族元素原子具有相等的最外层电子数，即砹原子的最外层有7个电子，故D正确。
4.根据要求填写：
(1)F、Cl、Br、I四种卤素氢化物中最不稳定的是　　　　(填化学式)。
(2)下列两类元素，单质熔点、沸点随单质原子序数递增而升高的是　　　　(填字母)。
A.碱金属 B.卤素
(3)下列反应中更剧烈的是　　　　(填字母)。
A.钠与水反应 B.钾与水反应
(4)取下列溶液分装两试管，再分别依次加入少量氯水和少量四氯化碳，用力振荡、静置后，四氯化碳层显紫红色的是　　　　(填字母)。
A.溴化钠溶液 B.碘化钾溶液
(5)卤族元素中，氢化物热稳定性最强的是　　　　；写出向碘化钾溶液中通入氯气的离子方程式：　　　　　　　。
答案：(1)HI　(2)B　(3)B　(4)B
(5)HF　2I－＋Cl22Cl－＋I2
解析：(1)同主族元素，从上到下，非金属性逐渐减弱，氢化物稳定性降低，稳定性最弱的是HI；(2)同主族元素，从上到下，金属元素单质的熔沸点降低，非金属元素单质的熔沸点升高，答案选B；(3)同主族元素，从上到下，金属元素单质的金属性增强，金属性：K＞Na，所以钾与水反应更剧烈；(4)碘单质的四氯化碳溶液为紫红色；(5)同主族元素，从上到下，非金属性逐渐减弱，氢化物稳定性降低，卤族元素中，氢化物热稳定性最强的是HF；向碘化钾溶液中通入氯气，发生氧化还原反应，离子方程式：2I－＋Cl22Cl－＋I2。
课时测评24　原子结构与元素的性质
(时间：40分钟　满分：60分)
(1－12题，每小题3分，共36分)
题点一　碱金属元素
1.下列与水反应最剧烈的碱金属是(　　)
A.锂 B.钠
C.钾 D.铷
答案：D
解析：锂、钠、钾、铷四种碱金属，原子序数依次增大，其单质的还原性依次增强，与氧气或水反应的剧烈程度依次增强，铷与水反应最剧烈。
2.钾的下列性质与少量的钾保存在煤油中无关的是(　　)
A.单质钾的密度比煤油大
B.可用小刀片切割金属钾
C.钾易与空气反应
D.单质钾的还原性很强
答案：B
解析：钾沉在煤油中说明其密度比煤油大，A项有关；可用小刀片切割金属钾，说明钾的硬度较小，B项无关；钾保存在煤油中是为了防止其与空气中的氧气、水蒸气等反应，C、D项有关。
3.(2025·江西抚州高一上检测)下列关于碱金属的叙述错误的是(　　)
A.它们都能在空气中燃烧生成M2O(M指碱金属元素)
B.它们都能与水反应生成氢气和碱
C.随核电荷数的递增，它们所形成的阳离子的氧化性依次减弱
D.碱金属中密度最小的是锂
答案：A
解析：Na在空气中燃烧生成过氧化钠，K在空气中燃烧生成超氧化钾，A项错误；碱金属与水反应的产物均是碱和氢气，只是剧烈程度不同，B项正确；随着核电荷数的递增，碱金属元素所形成阳离子的氧化性逐渐减弱，C项正确；随着原子序数的递增，碱金属的密度呈增大趋势(K反常)，密度最小的是锂，D项正确。
4.(2024·广西河池高一期末)下列关于碱金属某些性质的排列中，正确的是(　　)
A.原子半径：Li＜Na＜K＜Rb＜Cs
B.密度：Li＜Na＜K＜Rb＜Cs
C.熔点：Li＜Na＜K＜Rb＜Cs
D.还原性：Li＞Na＞K＞Rb＞Cs
答案：A
解析：同主族元素原子半径从上往下增大，故原子半径：Li＜Na＜K＜Rb＜Cs，A正确；碱金属的密度变化规律表现为自上而下逐渐增加的趋势，但钾的密度却比钠小，密度：Li＜K＜Na＜Rb＜Cs，B错误；随着原子序数的增加，碱金属的原子半径增大，导致原子之间的相互作用力减弱，熔点降低，熔点：Li＞Na＞K＞Rb＞Cs，C错误；随着原子序数的增加，碱金属的金属性增强，单质的还原性：Li＜Na＜K＜Rb＜Cs，D错误。
题点二　卤族元素
5.某原子的结构示意图为，下列关于该原子的说法不正确的是(　　)
A.核电荷数为17
B.核外有3个电子层
C.属于非金属元素原子
D.在化学反应中容易失去1个电子
答案：D
解析：根据题给原子结构示意图可知核电荷数是17，A项正确；核外有3个电子层，B项正确；该元素是氯元素，属于非金属元素，C项正确；最外层电子数是7，在化学反应中容易得到1个电子达到8电子稳定结构，D项错误。
6.关于卤族元素，下列说法正确的是(　　)
A.所有卤族元素的微粒都易得电子
B.和F同一主族的元素都是非金属元素
C.化合物中卤族元素都显负价
D.卤族元素原子的原子半径从上到下逐渐减小
答案：B
解析：卤族元素的阴离子如Cl－等不易得电子，A选项错误；卤族元素都是非金属元素，B选项正确；NaClO中Cl为＋1价，C选项错误；从F→I，原子半径逐渐增大，D选项错误。
7.下列关于卤素(用X表示)的叙述中，正确的是(　　)
A.卤素单质与水反应均可用X2＋H2O HXO＋HX表示
B.HX的热稳定性随卤素核电荷数增加而增强
C.卤素单质的颜色F2→I2随相对分子质量增大而加深
D.卤素单质越活泼，其熔点和沸点就越高
答案：C
解析：F2与H2O反应的方程式为2F2＋2H2O4HF＋O2，A项错误；从F到I，非金属性逐渐减弱，故HX的热稳定性逐渐减弱，B项错误；卤素单质从F2到I2的颜色为淡黄绿色→黄绿色→深红棕色→紫黑色，C项正确；卤素单质的活泼性由F2→Cl2→Br2→I2逐渐减弱，熔、沸点依次升高，D错误。
8.(2025·天津静安区高一检测)下列各组物质性质比较的表示中，正确的是(　　)
A.还原性：HF＞HCl＞HBr＞HI
B.稳定性：HF＜HCl＜HBr＜HI
C.与水反应由易到难：Cl2＞Br2＞I2＞F2
D.密度：F2＜Cl2＜Br2＜I2
答案：D
解析：A项应为HI＞HBr＞HCl＞HF；B项应为HF＞HCl＞HBr＞HI；C项应为F2＞Cl2＞Br2＞I2。
9.部分卤族元素的某种性质A随核电荷数的变化趋势如图所示，则A可能表示(　　)
A.原子半径
B.氢化物的稳定性
C.原子的电子层数
D.单质的密度
答案：B
解析：从氯到碘，原子半径逐渐增大，A不符合题意；从HCl到HI，稳定性逐渐减弱，B符合题意；从Cl到I，原子的电子层数逐渐增多，C不符合题意；从Cl2到I2，单质的密度逐渐增大，D不符合题意。
10.(2025·河北黄烨高一检测)某化学小组用如图所示装置验证卤素单质氧化性的相对强弱。下列说法不正确的是(　　)
A.E处棉花球变成黄色，说明Cl2的氧化性比Br2强
B.F处棉花球变成蓝色，说明Br2的氧化性比I2强
C.E处发生反应的离子方程式为Cl2＋2Br－2Cl－＋Br2
D.G装置中NaOH溶液与Cl2反应的离子方程式为2OH－＋Cl2ClO－＋Cl－＋H2O
答案：B
解析：E处棉花球变成黄色，说明发生反应Cl2＋2Br－2Cl－＋Br2，则Cl2的氧化性比Br2强，A正确；在F处，可能是未反应完的Cl2与KI发生反应置换出I2，使淀粉变蓝色，不能说明Br2的氧化性比I2强，B错误；由A项知E处发生反应的离子方程式为Cl2＋2Br－2Cl－＋Br2，C正确；G处为尾气处理装置，Cl2与NaOH溶液反应的离子方程式为2OH－＋Cl2ClO－＋Cl－＋H2O，D正确。
11.(2025·湖北岳阳高一检测)类推的思维方式在化学学习与研究中经常采用，但类推出的结论是否正确最终要经过实验的验证。下列类推的结论正确的是(　　)
A.Na2O2与CO2反应生成Na2CO3，则Na2O2与SO2反应生成Na2SO3
B.Fe与Cl2反应生成FeCl3，则Fe与Br2反应生成FeBr3
C.F与Cl同主族，Cl2与H2O反应生成HClO，则F2与H2O反应生成HFO
D.钠和钾保存在煤油里，则金属锂也保存在煤油里
答案：B
解析：Na2O2与CO2反应生成Na2CO3，而Na2O2具有强氧化性，SO2具有还原性，与SO2反应生成Na2SO4，A错误；氧化性：Cl2＞Br2＞Fe3＋，则Fe与Cl2反应生成FeCl3，Fe与Br2反应生成FeBr3，B正确；氟气具有很强的氧化性，能够置换水中的氧气，所以化学方程式为2F2＋2H2O4HF＋O2，C错误；金属锂的密度比煤油小，所以不能保存在煤油中，应保存在石蜡里，D错误。
12.(2025·云南楚雄高一检测)已知：I2和Cl2化学性质相似，Cl2能和KI发生置换反应。某同学向一支试管中按一定的顺序分别加入下列几种物质(一种物质只加一次)：
a.KI溶液；b.淀粉溶液；c.NaOH溶液；d.稀硫酸；e.氯水。
发现溶液颜色按如下顺序变化：
①无色→②棕黄色→③蓝色→④无色→⑤蓝色。
下列对此过程进行的分析中错误的是(　　)
A.加入以上药品的顺序是a→e→b→c→d
B.③→④反应的化学方程式可能为I2＋2NaOHNaI＋NaIO＋H2O
C.溶液由棕黄色变为蓝色的原因是淀粉溶液遇碘变蓝色
D.④→⑤反应的离子方程式为2I－＋Cl2I2＋2Cl－
答案：D
解析：KI为无色溶液，加入氯水反应生成碘，变为棕黄色，然后加淀粉溶液变蓝，已知：I2和Cl2化学性质相似，再加NaOH溶液反应生成NaI、NaIO，溶液又变为无色，最后加硫酸，发生氧化还原反应生成单质碘，溶液中还有淀粉，则变蓝，以此解题。由分析知，加入以上药品的顺序是a→e→b→c→d，故A正确；碘单质遇淀粉变蓝，再加NaOH溶液反应生成NaI、NaIO，溶液又变为无色，③→④反应方程式为I2＋2NaOHNaI＋NaIO＋H2O，故B正确；KI为无色溶液，加入氯水反应生成碘，变为棕黄色，碘单质遇淀粉变蓝，则溶液由棕黄色变为蓝色，故C正确；已知I2和Cl2化学性质相似，④→⑤是NaI、NaIO发生归中反应生成I2，反应的离子方程式为I－＋IO－＋2H＋I2＋H2O，故D错误。
13.(16分)某同学做同主族元素性质相似性、递变性实验时，自己设计了一套实验方案，并记录了有关实验现象(见下表，表中的“实验方案”与“实验现象”前后不一定是对应关系)。
实验方案 实验现象
①将氯水滴加到溴化钠溶液中，振荡，静置 A.浮在水面上，熔成小球，不定向移动，随之消失
②将一小块金属钠放入冷水中 B.溶液呈褐色
③将溴水滴加到NaI溶液中，振荡，静置 C.浮在水面上，熔成小球，不定向移动，并伴有轻微的爆炸声，很快消失
④将一小块金属钾放入冷水中 D.溶液呈橙黄色
请你帮助该同学整理并完成实验报告。
(1)实验目的：　　　　　　　　　　　　　。
(2)实验用品
①试剂：金属钠、金属钾、新制氯水、溴水、0.1 mol·L－1 NaBr溶液、0.1 mol·L－1 NaI溶液等；
②仪器：　　　　、　　　　、　　　　、镊子、小刀、玻璃片等。
(3)实验内容(填写与实验方案对应的实验现象的字母和化学方程式)：
实验方案 实验现象 化学方程式
①
②
③
④
(4)实验结论：　　　　　　　　　　　　　。
答案：(1)探究同主族元素性质的相似性和递变性
(2)试管　胶头滴管　烧杯(培养皿)
(3)
实验方案 实验现象 化学方程式
① D Cl2＋2NaBr2NaCl＋Br2
② A 2Na＋2H2O2NaOH＋H2↑
③ B Br2＋2NaI2NaBr＋I2
④ C 2K＋2H2O2KOH＋H2↑
(4)同主族元素性质相似；同主族元素自上而下原子失电子能力增强，得电子能力减弱
14.(8分)为了测定某种碱金属元素的相对原子质量，某同学设计了如图所示的装置进行实验，该装置(包括水)的总质量为a g。将质量为b g(不足量)的某碱金属单质放入水中，立即塞紧瓶塞，完全反应后再称得此装置的总质量为c g。请回答下列问题：
(1)写出计算该碱金属相对原子质量的数学表达式：　　　　　　　。
(2)无水氯化钙的作用是　　　　　　　　　　　　　。
(3)如果不用无水氯化钙，求出的相对原子质量比实际相对原子质量？　　　　(填“偏大”或“偏小”)，理由是　　　　　　　　　　　　　　。
答案：(1)　(2)干燥H2，防止H2带走水蒸气，引起实验误差　(3)偏小　H2将带走部分水蒸气，使测得的H2质量偏大，计算出的相对原子质量则偏小
解析：(1)在此装置中加入某碱金属后，碱金属与水反应产生H2，H2的质量为原装置及碱金属的总质量与反应后装置总质量的差，利用此差量即可求出碱金属元素的相对原子质量。设该碱金属为R，相对原子质量为Ar，则：
2R＋2H2O2ROH＋H2↑
2Ar 2
b g (a＋b－c) g
Ar＝。
(2)无水CaCl2有吸水作用，能干燥H2，防止H2带走水蒸气。(3)若不用无水CaCl2干燥，H2将带走部分水蒸气，使测得的H2质量即(a＋b－c)偏大，则计算出的相对原子质量偏小。
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第3课时　原子结构与元素的性质
　
第四章 第一节　原子结构与元素周期表
以第ⅠA族、第ⅦA族为例，通过探究认识同主族元素性质的递变规律，并能用原子结构理论加以解释，培养“科学探究”与“证据推理”的核心素养。
学习目标
任务一　碱金属元素
新知构建
1.元素的性质与原子结构的关系
根据初中所学原子结构的知识，填写下表。
交流研讨1
原子 最外层电子数特点 得失电子情况 元素性质
稀有气体元素 都为8(氦为2) 不易得、失 稳定
金属元素 一般　　4 易　　. 　　　.
非金属元素 一般　　4 易　　. 　 　　.
＜
失去
金属性
≥
得到
非金属性
元素的原子结构决定元素的性质(金属性或非金属性)。
归纳总结
2.碱金属元素的原子结构
填写下表中的信息，并思考和讨论下列问题。
交流研讨2
元素名称 锂 钠 钾 铷 铯
元素符号 　 . 　 . 　 . 　 . 　 .
原子结构示意图
　 .
　 .
　 .
原子半径/nm 0.152 0.186 0.227 0.248 0.265
Li
Na
K
Rb
Cs
在元素周期表中：
(1)从上往下碱金属元素原子的核电荷数、原子半径如何变化？
提示：核电荷数逐渐增大；原子半径逐渐增大。
(2)从上往下，碱金属元素的原子核外电子排布有什么特点？从哪一点能推断出碱金属元素的化学性质具有相似性？
提示：电子层数逐渐增多，最外层都只有一个电子；从最外层都只有一个电子能推断出碱金属元素的化学性质具有相似性。
3.碱金属元素单质的化学性质
通过钠的化学性质，再结合锂、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。剧烈程度如何变化？
提示：锂、钾也可以与氧气、水、酸溶液等物质反应；Li、Na、K反应剧烈程度逐渐增强。
交流研讨3
[实验验证]
钾与氧气反应 钾与水反应
操作
现象 产生紫色火焰，钾燃烧更剧烈 钾浮在水面上；迅速熔化成闪亮的小球，四处游动；反应剧烈，有轻微爆炸声并着火燃烧；滴入酚酞，溶液变红
化学
方程式 ___________________________
结论 钾能与O2、H2O反应，且钾更活泼，预测成立
根据钾、钠与水的反应，推断锂与水反应的难易程度。
提示：锂与水反应的程度不如钠、钾剧烈。
交流研讨4
碱金属元素化学性质的相似性与递变性
归纳总结
4.碱金属元素单质的物理性质
(1)相似性和递变性
(2)个性特点：铯略带金色光泽；锂的密度比煤油的小；钠的密度比钾大。
银白色
较小
降低
学以致用
1.正误判断
(1)Li、Na、K在空气中燃烧均生成过氧化物。 (　　)
提示：错误。Li、K在空气中燃烧分别生成Li2O、KO2
(2)碱金属元素原子随核电荷数增加，其单质与水反应越来越剧烈。(　　)
提示：正确
(3)可以通过钠和氯化锂溶液反应，判断钠和锂元素的金属性。 (　　)
提示：错误。钠遇氯化锂溶液，发生钠与水的反应，无法判断钠和锂元素的金属性
(4)碱金属元素在自然界中都以化合态形式存在。 (　　)
提示：正确
2.(2025·山东高唐高一检测)下列有关碱金属元素的性质判断正确的是
A.Li与H2O反应最剧烈
B.从Li到Cs，其单质熔沸点逐渐升高
C.钾与氧气反应可生成多种氧化物
D.从Li到Cs最高价氧化物对应的水化物的碱性逐渐减弱
√
同一主族元素自上而下金属性逐渐增强，锂与水反应最不剧烈，A错误；碱金属元素自上而下其单质熔沸点逐渐降低，B错误；钾与氧气反应可生成多种氧化物，C正确；同一主族元素自上而下金属性逐渐增强，其最高价氧化物对应的水化物的碱性逐渐增强，D错误。
3.锂(Li)是世界上最轻的金属，它属于碱金属的一种，下列说法正确的是
A.和Li同一主族的都是金属元素
B.Na＋比Li多一个电子层
C.Li、Na、K＋的最外层都只有一个电子
D.Li是碱金属中原子半径最小的元素
√
锂在第ⅠA族，该族中还有非金属元素氢，A选项错误；Li、Na＋的粒子
结构示意图分别为 、 ，B选项错误；K＋的离子结构
示意图为 ，其最外层有8个电子，C选项错误。
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任务二　卤族元素
新知构建
1.卤族元素：简称卤素，是典型的非金属元素，它们在自然界中都以____
______存在。
2.卤素单质的物理性质
F2 Cl2 Br2 I2
颜色(常态) ________色(气体) ______色(气体) ________色(液体) ______色(固体)
密度 逐渐______
熔、沸点 逐渐______
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
化
合态
淡黄绿
黄绿
深红棕
紫黑
增大
升高
熟记卤素单质的特殊性
1.在常温下Br2是唯一的液态非金属单质，易挥发。
2.碘为紫黑色固体，易升华，淀粉遇I2变蓝。
特别提醒
3.卤族元素的原子结构
(1)相似性：最外层电子数均为___。
(2)递变性：随核电荷数的增加，电子层数依次______，原子半径依次______。
7
增加
增大
4.卤素单质的化学性质
(1)与氢气反应
物质 化学方程式 反应条件 生成物稳定性
F2 _______________ 在暗处剧烈化合，并发生______ HF很稳定
Cl2
______________________ 光照或点燃发生反应 HCl较稳定
Br2 加热到一定温度才能反应 HBr不如HCl稳定
I2 不断加热才能缓慢反应 HI不稳定
结论 从F2到I2，与H2化合越来越____，生成的氢化物稳定性逐渐______，元素的非金属性逐渐______
爆炸
难
减弱
减弱
(2)卤素单质间的置换反应
【结论】　氧化性：_____________，还原性：_______________。
实验操作 实验现象 离子方程式
氯水滴入KBr溶液中 溶液由无色变为橙黄色 __________________________
氯水滴入KI溶液中 溶液由无色变为褐色 ________________________
溴水滴入KI溶液中 溶液由无色变为褐色 ________________________
Cl2＞Br2＞I2
Cl－＜Br－＜I－
交流研讨
5.卤素性质的递变规律及原因
从F→I，电子层数依次增多，原子半径依次增大，原子核对最外层电子的吸引力逐渐_____，原子得电子的能力逐渐_____，非金属性逐渐______。
减小
减小
减弱
同主族元素的相似性和递变性
归纳总结
学以致用
√
3.在硬质玻璃管中的A、B、C处依次放有浸有KBr溶液、KI溶液、淀粉溶液的三个棉球(如图所示)。由左端导入Cl2，在B处加热，可观察到A处棉球呈　　　色，B处棉球呈现　　　色，C处棉球呈　　色。将试管冷却后，在B、C之间的玻璃管内壁上有　　　色的　　　，这是因为　　 .
　　　 　。
红棕
紫红
蓝
紫黑
固体
碘蒸
气冷凝为固体
非金属性：Cl＞Br＞I，则单质的氧化性：Cl2＞Br2＞I2，Cl2与KBr溶液、KI溶液反应分别生成Br2和I2。
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随堂演练
√
1.(2024·海南农垦中学高一期末)下列叙述正确的是
A.碱金属与卤素单质的熔、沸点均随核电荷数的增大而升高
B.卤素单质的密度随核电荷数的增大而增大
C.卤素形成的氢化物稳定性随核电荷数增大而增大
D.碱金属的焰色试验都呈黄色
卤族元素单质的状态从气态到液态再到固态，熔、沸点从上到下逐渐增大；而碱金属熔、沸点随核电荷数的增加而降低，A错误；同主族元素从上到下元素的非金属性逐渐减弱，对应的氢化物的稳定性逐渐减弱，C错误；钾元素的焰色试验需要透过蓝色钴玻璃片观察，焰色试验为紫色，D错误。
√
2.下列叙述正确的是
A.Na在空气中燃烧会生成Na2O2，故Li在空气中燃烧也会生成Li2O2
B.碱金属元素是指第ⅠA族的所有元素
C.在熔融状态下，钠可以从MgCl2中置换出镁
D.Li、Na、K都可以保存在煤油中
Na在空气中燃烧会生成Na2O2，但Li没有Na活泼，在空气中燃烧生成的是Li2O，A项错误；第ⅠA族中氢不属于碱金属元素，B错误；钠还原性强于Mg，所以在熔融状态下可从MgCl2中置换出镁，C项正确；Na、K都可以保存在煤油中，Li的密度小于煤油，要保存在石蜡中，D项
错误。
√
3.(2025·黔西南州同源中学高一检测)砹(At)是第六周期的卤族元素，对砹及其化合物的叙述，不正确的是
A.与H2化合的能力：At2＜I2
B.砹在常温下为白色固体
C.砹难溶于水，易溶于四氯化碳
D.砹原子的最外层有7个电子
同主族元素从上到下，单质和氢气化合越来越不容易，所以与H2化合的能力：At2＜I2，故A正确；从上到下卤族元素的单质从气态、液态、固态变化，且颜色加深，碘为紫黑色固体，则砹是黑色固体，故B错误；由碘微溶于水，易溶于有机溶剂可推知，砹易溶于某些有机溶剂，也是不易溶于水的，故C正确；同主族元素原子具有相等的最外层电子数，即砹原子的最外层有7个电子，故D正确。
4.根据要求填写：
(1)F、Cl、Br、I四种卤素氢化物中最不稳定的是　　(填化学式)。
HI
同主族元素，从上到下，非金属性逐渐减弱，氢化物稳定性降低，稳定性最弱的是HI；
(2)下列两类元素，单质熔点、沸点随单质原子序数递增而升高的是　 (填字母)。
A.碱金属 B.卤素
B
同主族元素，从上到下，金属元素单质的熔沸点降低，非金属元素单质的熔沸点升高，答案选B；
(3)下列反应中更剧烈的是　　(填字母)。
A.钠与水反应 B.钾与水反应
B
同主族元素，从上到下，金属元素单质的金属性增强，金属性：K＞Na，所以钾与水反应更剧烈；
(4)取下列溶液分装两试管，再分别依次加入少量氯水和少量四氯化碳，用力振荡、静置后，四氯化碳层显紫红色的是　　(填字母)。
A.溴化钠溶液 B.碘化钾溶液
B
碘单质的四氯化碳溶液为紫红色；
(5)卤族元素中，氢化物热稳定性最强的是　　；写出向碘化钾溶液中通入氯气的离子方程式：　　　　 　　　。
HF
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课时测评
题点一　碱金属元素
1.下列与水反应最剧烈的碱金属是
A.锂 B.钠
C.钾 D.铷
√
锂、钠、钾、铷四种碱金属，原子序数依次增大，其单质的还原性依次增强，与氧气或水反应的剧烈程度依次增强，铷与水反应最剧烈。
2.钾的下列性质与少量的钾保存在煤油中无关的是
A.单质钾的密度比煤油大
B.可用小刀片切割金属钾
C.钾易与空气反应
D.单质钾的还原性很强
√
钾沉在煤油中说明其密度比煤油大，A项有关；可用小刀片切割金属钾，说明钾的硬度较小，B项无关；钾保存在煤油中是为了防止其与空气中的氧气、水蒸气等反应，C、D项有关。
3.(2025·江西抚州高一上检测)下列关于碱金属的叙述错误的是
A.它们都能在空气中燃烧生成M2O(M指碱金属元素)
B.它们都能与水反应生成氢气和碱
C.随核电荷数的递增，它们所形成的阳离子的氧化性依次减弱
D.碱金属中密度最小的是锂
√
Na在空气中燃烧生成过氧化钠，K在空气中燃烧生成超氧化钾，A项错误；碱金属与水反应的产物均是碱和氢气，只是剧烈程度不同，B项正确；随着核电荷数的递增，碱金属元素所形成阳离子的氧化性逐渐减弱，C项正确；随着原子序数的递增，碱金属的密度呈增大趋势(K反常)，密度最小的是锂，D项正确。
4.(2024·广西河池高一期末)下列关于碱金属某些性质的排列中，正确的是
A.原子半径：Li＜Na＜K＜Rb＜Cs
B.密度：Li＜Na＜K＜Rb＜Cs
C.熔点：Li＜Na＜K＜Rb＜Cs
D.还原性：Li＞Na＞K＞Rb＞Cs
√
同主族元素原子半径从上往下增大，故原子半径：Li＜Na＜K＜Rb＜Cs，A正确；碱金属的密度变化规律表现为自上而下逐渐增加的趋势，但钾的密度却比钠小，密度：Li＜K＜Na＜Rb＜Cs，B错误；随着原子序数的增加，碱金属的原子半径增大，导致原子之间的相互作用力减弱，熔点降低，熔点：Li＞Na＞K＞Rb＞Cs，C错误；随着原子序数的增加，碱金属的金属性增强，单质的还原性：Li＜Na＜K＜Rb＜Cs，D错误。
题点二　卤族元素
5.某原子的结构示意图为 ，下列关于该原子的说法不正确的是
A.核电荷数为17
B.核外有3个电子层
C.属于非金属元素原子
D.在化学反应中容易失去1个电子
√
根据题给原子结构示意图可知核电荷数是17，A项正确；核外有3个电子层，B项正确；该元素是氯元素，属于非金属元素，C项正确；最外层电子数是7，在化学反应中容易得到1个电子达到8电子稳定结构，D项错误。
6.关于卤族元素，下列说法正确的是
A.所有卤族元素的微粒都易得电子
B.和F同一主族的元素都是非金属元素
C.化合物中卤族元素都显负价
D.卤族元素原子的原子半径从上到下逐渐减小
√
卤族元素的阴离子如Cl－等不易得电子，A选项错误；卤族元素都是非金属元素，B选项正确；NaClO中Cl为＋1价，C选项错误；从F→I，原子半径逐渐增大，D选项错误。
7.下列关于卤素(用X表示)的叙述中，正确的是
A.卤素单质与水反应均可用X2＋H2O HXO＋HX表示
B.HX的热稳定性随卤素核电荷数增加而增强
C.卤素单质的颜色F2→I2随相对分子质量增大而加深
D.卤素单质越活泼，其熔点和沸点就越高
√
8.(2025·天津静安区高一检测)下列各组物质性质比较的表示中，正确的是
A.还原性：HF＞HCl＞HBr＞HI
B.稳定性：HF＜HCl＜HBr＜HI
C.与水反应由易到难：Cl2＞Br2＞I2＞F2
D.密度：F2＜Cl2＜Br2＜I2
√
A项应为HI＞HBr＞HCl＞HF；B项应为HF＞HCl＞HBr＞HI；C项应为F2＞Cl2＞Br2＞I2。
9.部分卤族元素的某种性质A随核电荷数的变化趋势如图所示，则A可能表示
A.原子半径
B.氢化物的稳定性
C.原子的电子层数
D.单质的密度
√
从氯到碘，原子半径逐渐增大，A不符合题意；从HCl到HI，稳定性逐渐减弱，B符合题意；从Cl到I，原子的电子层数逐渐增多，C不符合题意；从Cl2到I2，单质的密度逐渐增大，D不符合题意。
√

11.(2025·湖北岳阳高一检测)类推的思维方式在化学学习与研究中经常采用，但类推出的结论是否正确最终要经过实验的验证。下列类推的结论正确的是
A.Na2O2与CO2反应生成Na2CO3，则Na2O2与SO2反应生成Na2SO3
B.Fe与Cl2反应生成FeCl3，则Fe与Br2反应生成FeBr3
C.F与Cl同主族，Cl2与H2O反应生成HClO，则F2与H2O反应生成HFO
D.钠和钾保存在煤油里，则金属锂也保存在煤油里
√
√

13.(16分)某同学做同主族元素性质相似性、递变性实验时，自己设计了一套实验方案，并记录了有关实验现象(见下表，表中的“实验方案”与“实验现象”前后不一定是对应关系)。
实验方案 实验现象
①将氯水滴加到溴化钠溶液中，振荡，静置 A.浮在水面上，熔成小球，不定向移动，随之消失
②将一小块金属钠放入冷水中 B.溶液呈褐色
③将溴水滴加到NaI溶液中，振荡，静置 C.浮在水面上，熔成小球，不定向移动，并伴有轻微的爆炸声，很快消失
④将一小块金属钾放入冷水中 D.溶液呈橙黄色
请你帮助该同学整理并完成实验报告。
(1)实验目的：　　　　　 　　　　　　　　。
实验方案 实验现象
①将氯水滴加到溴化钠溶液中，振荡，静置 A.浮在水面上，熔成小球，不定向移动，随之消失
②将一小块金属钠放入冷水中 B.溶液呈褐色
③将溴水滴加到NaI溶液中，振荡，静置 C.浮在水面上，熔成小球，不定向移动，并伴有轻微的爆炸声，很快消失
④将一小块金属钾放入冷水中 D.溶液呈橙黄色
探究同主族元素性质的相似性和递变性
(2)实验用品
①试剂：金属钠、金属钾、新制氯水、溴水、0.1 mol·L－1 NaBr溶液、0.1 mol·L－1 NaI溶液等；
②仪器：　　　、　　　 　、　　 　　、镊子、小刀、玻璃片等。
实验方案 实验现象
①将氯水滴加到溴化钠溶液中，振荡，静置 A.浮在水面上，熔成小球，不定向移动，随之消失
②将一小块金属钠放入冷水中 B.溶液呈褐色
③将溴水滴加到NaI溶液中，振荡，静置 C.浮在水面上，熔成小球，不定向移动，并伴有轻微的爆炸声，很快消失
④将一小块金属钾放入冷水中 D.溶液呈橙黄色
试管
胶头滴管
烧杯(培养皿)
(3)实验内容(填写与实验方案对应的实验现象的字母和化学方程式)：
实验方案 实验现象 化学方程式
①
②
③
④
D
A
B
C
(4)实验结论：　　　　　　　　 .
　　　 　。
实验方案 实验现象
①将氯水滴加到溴化钠溶液中，振荡，静置 A.浮在水面上，熔成小球，不定向移动，随之消失
②将一小块金属钠放入冷水中 B.溶液呈褐色
③将溴水滴加到NaI溶液中，振荡，静置 C.浮在水面上，熔成小球，不定向移动，并伴有轻微的爆炸声，很快消失
④将一小块金属钾放入冷水中 D.溶液呈橙黄色
同主族元素性质相似；同主族元素自上而下原子失电子能力增强，得电子能力减弱
14.(8分)为了测定某种碱金属元素的相对原子质量，某同学
设计了如图所示的装置进行实验，该装置(包括水)的总质量
为a g。将质量为b g(不足量)的某碱金属单质放入水中，立
即塞紧瓶塞，完全反应后再称得此装置的总质量为c g。请回
答下列问题：
(1)写出计算该碱金属相对原子质量的数学表达式：　　　。


(2)无水氯化钙的作用是　　 　　　　　　　　　　　。
干燥H2，防止H2带走水蒸气，引起实验误差
无水CaCl2有吸水作用，能干燥H2，防止H2带走水蒸气。
(3)如果不用无水氯化钙，求出的相对原子质量比实际相对原子质量？
　 　(填“偏大”或“偏小”)，理由是　　　　　　　 　　　　.
　　 　。
偏小
H2将带走部分水蒸气，使测得的H2质量偏大，计算出的相对原子质量则偏小
若不用无水CaCl2干燥，H2将带走部分水蒸气，使测得的H2质量即(a＋b－c)偏大，则计算出的相对原子质量偏小。
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