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第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)元素周期律 第一節(jié)原子結(jié)構(gòu)與元素周期表 第3課時(shí)原子結(jié)構(gòu)與元素的性質(zhì)
元素種類 最外層電 子數(shù)(填< 或 > ) 容易得到還是 失去
具有的性質(zhì)
金屬元素 ≤4個(gè) 容易失去
金屬性
非金屬元素 ≥4個(gè) 容易得到
非金屬性
根據(jù)初中所學(xué)原子結(jié)構(gòu)的知識(shí)，填寫下表
人們經(jīng)常把元素周期表中的同族元素放在一起研究，
是因?yàn)樗麄冎g存在著某種內(nèi)在聯(lián)系。那么,這種內(nèi) 在的聯(lián)系是什么呢 我們將從他們的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的關(guān) 系進(jìn)行探討。
Li Na K
Rb
Be Mg Ca Sr Ba
元素 名稱 元素 符號(hào) 核電 荷數(shù) 原子結(jié)構(gòu) 示意圖 最外層 電子數(shù) 電子 層數(shù)
原子半 徑/nm
堿金 屬 元 素 鋰 Li 3 +3 1 2
0.152
鈉 Na 11 +11 1 3
0.186
鉀 K 19 +19 1 4
0.227
銣 Rb 37 +37 81 1 5
0.248
銫 Cs 55 +55 2 8 181881 1 6
0.265
一、堿金屬元素
1.從上往下堿金屬元素原子的核電荷數(shù)、 原子半徑如何變化
核電荷數(shù)逐漸增大，原子半徑逐漸增大
2.從上往下原子核外電子排布有什么特 點(diǎn) 從哪一點(diǎn)能推斷出堿金屬的化學(xué)性 質(zhì)具有相似性
最外層都只有一個(gè)電子，電子層數(shù)逐 漸增多；最外層都只有一個(gè)電子。
思考與交流
【證據(jù)推理】認(rèn)識(shí)堿金屬的化學(xué)性質(zhì)
1、回憶第二章學(xué)過(guò)的知識(shí)，鈉有哪些化學(xué)性質(zhì)
與O 、水、酸、鹽溶液反應(yīng)
2、結(jié)合鋰、鈉和鉀的原子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，請(qǐng)你預(yù)測(cè) 鋰、鉀可能具有哪些與鈉相似的化學(xué)性質(zhì)。
與鈉相似。與O 、水、酸、鹽溶液反應(yīng)
鈉、鉀化學(xué)性質(zhì)比較
【實(shí)驗(yàn)和觀察】
回憶鈉與氧氣、水反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并觀察下列實(shí)驗(yàn)(由教師演示)。
(1)將干燥的坩堝加熱，同時(shí)切取一塊綠豆大的鉀，用鑷子夾取并迅速投到熱坩 堝中(如圖4-8)。繼續(xù)加熱片刻，待鉀熔化后立即撤掉酒精燈，觀察現(xiàn)象。
(2)在燒杯中加入一些水，滴入幾滴酚酞溶液。切取一塊綠豆大的鉀，用鑷子夾 取并投入水中(如圖4-9),觀察現(xiàn)象。
圖4-8 鉀在空氣中燃燒
鈉
鉀
與 氧 氣 反 應(yīng) 劇烈燃燒，火焰呈黃 色，生成 淡黃色 的 固體
燃燒更劇烈，火焰呈紫色
注；鉀與氧氣反應(yīng)生成多種氧 化物，該反應(yīng)只是其中一個(gè)
K+O =KO (超氧化鉀)
2Na+0 2
結(jié)論：金屬的活潑性：K> Na。
(1)鈉、鉀與氧氣的反應(yīng)
鈉
鉀
實(shí)驗(yàn) 現(xiàn)象 鈉浮在水面上；熔成光 亮的小球；小球四處游 動(dòng)；發(fā)出嘶嘶的響聲； 反應(yīng)后滴入酚酞；溶液 變紅。
鉀浮于水面；迅速熔化 成銀色小球；四處游動(dòng)； 反應(yīng)劇烈；有輕微爆炸 聲并著火燃燒；反應(yīng)
后滴入酚酞；溶液變紅。
原理 2Na+2H O=2NaOH+H 個(gè)
2K+2H O=2KOH+H 個(gè)
結(jié)論 金屬活動(dòng)性：K > Na
(2)鈉、鉀與水的反應(yīng)
堿金屬化學(xué)性質(zhì)的相似性和遞變性與原子結(jié)構(gòu)的 關(guān)系
相似性：最外層電子數(shù)都是1
結(jié)構(gòu)相似
強(qiáng)還原性：容易失去1個(gè)電子
(與鈉相似，與O 、水、酸、 鹽溶液反應(yīng))
決
定
性質(zhì)相似
元素 條件 現(xiàn)象 產(chǎn)物
結(jié)論
Li 加熱 燃燒，較不 劇烈 Li O
從Li—Cs,
隨電子層 數(shù)的遞增，
還原性
(金屬性) 逐漸增強(qiáng)。
Na 加熱 燃燒，劇烈
K 稍加熱 燃燒， 更劇烈 更復(fù)雜的 氧化物
Rb 接觸空氣 不加熱 劇烈 更復(fù)雜的 氧化物
Cs 接觸空氣 不加熱 劇烈 更復(fù)雜的 氧化物
與非金屬的反應(yīng)(以O(shè) 為例)
元素 現(xiàn)象 產(chǎn)物
結(jié)論
Li 會(huì)反應(yīng)，比Na緩慢 對(duì)應(yīng)的堿和氫氣
從Li—Cs,
隨電子層 數(shù)的遞增，
還原性
(金屬性)
逐漸增強(qiáng)。
Na 劇烈反應(yīng)，有“浮、 熔、游、紅、鳴”現(xiàn)象
K 更劇烈，氣體會(huì)燃燒， 輕微爆炸
Rb 遇水燃燒，甚至爆炸
Cs
與水的反應(yīng)
②遞變性：從Li→Cs核電荷數(shù)增加
> 電子層數(shù)逐漸增多
> 原子半徑逐漸增大
> 核對(duì)最外層電子的引力逐漸減弱
> 原子失電子的能力逐漸增強(qiáng)
> 元素的金屬性逐漸增強(qiáng)
單質(zhì)的還原性逐漸增強(qiáng)
與O 、 水等反應(yīng)更快更劇烈
堿金屬 單質(zhì) 顏色和狀態(tài) 密度 g ·cm-3 熔點(diǎn) ℃
沸點(diǎn)
℃
Li 銀白色，柔軟 0.534 180.5
1347
Na 銀白色，柔軟 0.97 97.81
882.9
K 銀白色，柔軟 0.86 63.65
774
Rb 銀白色，柔軟 1.532 38.89
688
Cs 略帶金屬光澤，柔軟 1.879 28.40
678.4
堿金屬的物理性質(zhì)
Li Na K Rb Cs
相 似
均為銀白色(Cs略帶金色)
柔軟
較小
熔沸點(diǎn)
較低
導(dǎo)電導(dǎo)熱性
強(qiáng)
密度變化
逐漸增大(K特殊)
熔沸點(diǎn)變化
單質(zhì)的熔沸點(diǎn)逐漸降低
堿金屬的物理性質(zhì)的比較
(1)鋰電池是一種高能電池；鋰是優(yōu)質(zhì)的高 能燃料(已經(jīng)用于宇宙飛船、人造衛(wèi)星和超聲 速飛機(jī));有機(jī)化學(xué)中重要的催化劑。
(2)液態(tài)鈉可作為核反應(yīng)堆的傳熱介質(zhì)。
(3)鉀的化合物最大用途是做鉀肥。硝酸鉀 還用于做火藥。
(4)銣銫主要用于制備光電管、真空管。銫原 子鐘是目前最準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)儀器。
堿金屬元素的用途：
二、鹵族元素
鹵族元素(簡(jiǎn)稱鹵素F、Cl、Br、I)是典型的 非金屬元素，它們?cè)谧匀唤缰卸家曰蠎B(tài) 存在。
F
I
鹵素單質(zhì) 顏色(常態(tài)) 密度 熔點(diǎn)/℃
沸點(diǎn)/℃
F (易液化) 淡黃綠色氣 體 1.69g.L- (15℃) —219.6
—188.1
Cl 黃綠色氣體 3.214g.L-1(0℃) -101
—34.6
Br 深紅棕色液 體 3.119g ·cm-3(20℃) —7.2
58.78
I (易升化) 紫黑色固體 4.93g ·cm-3 113.5
184.4
1.鹵族元素單質(zhì)的物理性質(zhì)
單質(zhì) 顏色 狀態(tài) 密度
熔沸點(diǎn)
H 2 由淺到深 氣 液!固 由小到大
由低到高
Cl
Br
I
相似性：均有顏色，密度小，熔沸點(diǎn)低。
遞變性：
F CI Br I
思考與討論：根據(jù)鹵素的原子結(jié)構(gòu)，請(qǐng)你試著推測(cè)氟、 氯、溴、碘在化學(xué)性質(zhì)上表現(xiàn)出的相似性和遞變性。
原子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：
(1)相似性：最外層電子數(shù)都是 7 。容易得到1個(gè)電 子，具有氧化性
(2)遞變性：F→I, 核電荷數(shù)依次 增 大，電子層數(shù)依 次增 多，原子半徑逐漸增 大。
2. 鹵族元素的原子結(jié)構(gòu)
H +F =2HF
暗處劇烈反應(yīng)并爆炸；HF很穩(wěn)定
H +Cl =2HCl
光照或點(diǎn)燃反應(yīng)；HCl較穩(wěn)定
H +Br =2HBr
加熱500℃ ,HBr不穩(wěn)定
H +I 2HI
需不斷加熱，HI同時(shí)分解
3. 鹵素單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)
(1)與H 反應(yīng)
閱讀教材P97, 歸納鹵素與氫氣反應(yīng)的相似性及反 應(yīng)條件、產(chǎn)物穩(wěn)定性等的遞變規(guī)律
【結(jié)論】
1、與氫氣反應(yīng)的難易程度：由易到難
2、生成氫化物的穩(wěn)定性： 由強(qiáng)到弱
3、鹵素的非金屬性強(qiáng)弱： 由強(qiáng)到弱
根據(jù)鹵素單質(zhì)與H 的反應(yīng)事實(shí)，討論隨著原子 核電荷數(shù)的增多，鹵素單質(zhì)與H 反應(yīng)的規(guī)律變 化
F Cl Br I
(2)鹵素單質(zhì)間的置換反應(yīng)。
類似于金屬與鹽溶液的置換反應(yīng)，鹵素單質(zhì)間也可發(fā)生置
換反應(yīng)。
【實(shí)驗(yàn)4-1】
分別向盛有4 mL KBr溶液和4 mL KI溶液的兩支試管中加入1 mL 氯水，振蕩，觀察溶液的顏色變化，并與氯水的顏色進(jìn)行比較。 靜置一段時(shí)間后，觀察現(xiàn)象。寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式。
向盛有4 mL KI溶液的試管中加入1 mL溴水，振蕩，觀察溶液的 顏色變化，并與溴水的顏色進(jìn)行比較。靜置一段時(shí)間后，觀察現(xiàn) 象。寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式。
實(shí)驗(yàn)操作 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 離子方程式
結(jié)論
氯水 CCl 0 振蕩 溶液由無(wú)色 變?yōu)槌壬? 2KBr+Cl =2KCI+BU2 2Br-+Cl =Br +2Cl-
氧化性：
Cl >Br >I
NaBr溶液
氯水 CCl 0 振蕩 溶液由無(wú)色變 為褐色 2KI十Cl2=2KCI +I 2I-+Cl =I +2Cl-
KI溶液
CCl 溴水 振蕩 KI 溶 液 溶液由無(wú)色變 為褐色 Br +2KT=2KBr十Ⅱ 2I-+Br =I +2Br
將F 通入飽和的NaCl溶液中能否置換出Cl 為什 么
因?yàn)榉鷼饩哂袕?qiáng)氧化性，會(huì)先與水反
2F +2H O=4HF+O
所以氟氣不能從其他鹵化物的鹽溶液中置換出 鹵素單質(zhì)
3.鹵素單質(zhì)間的置換反應(yīng)
Cl Br I
2
A
氧化性逐漸減弱
元素的非金屬性逐漸減弱
在元素周期表中，同主族元素從上到下原子核外電子層數(shù)依次 增多，原子半徑逐漸增大，失電子能力逐漸增強(qiáng)。所以，金屬性 逐漸增強(qiáng)。
在元素周期表中，同主族元素從下到上原子核外電子層數(shù)依次 增多，原子半徑逐漸減小，得電子能力逐漸增強(qiáng)。所以，非金 屬性逐漸增強(qiáng)。
同主族元素的性質(zhì)與原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系：
非 個(gè) VIA
F
Cl Br I
強(qiáng) At
I A
Li
Na
K
Rb
Cs
金屬性增強(qiáng)
金屬性增

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