第3課時核素原子結構與元素的性質核心素養培養目標核心素養形成脈絡1.了解核素、同位素概念(科學態度與社會責任)2．了解堿金屬、鹵素在周期表位置、原子結構特點(科學探究與創新意識)3．了解堿金屬、鹵素單質及化合物的相似性、遞變性(證據推理與模型認知)一核素同位素1．核素：(1)核素：具有一定數目質子和一定數目中子的一種原子。(2)實例——氫的三種核素：2.同位素：二堿金屬1．堿金屬元素的原子結構及特點(1)原子結構示意圖鋰(Li)、鈉(Na)鉀(K)、銣(Rb)銫(Cs)(2)結構特點①相同點：最外層電子數都是1。②遞變性：從Li→Cs，核電荷數依次增大，電子層數依次增多，原子半徑依次增大。2．單質的物理性質3.單質的化學性質(1)實驗探究①鋰、鈉與O2的反應Li、Na在加熱條件下分別與O2反應：4Li＋O2eq\o(=,\s\up15(△))2Li2O、2Na＋O2eq\o(=,\s\up15(△))Na2O2。鋰與O2的反應比鈉更簡單。②鉀、鈉與H2O的反應(2)結論①堿金屬單質化學性質相似。②隨著原子序數的遞增，堿金屬元素金屬性逐漸增強。三鹵族元素(一)鹵族元素的性質與原子結構之間的關系FClBrI1．鹵族元素原子結構的相似性和遞變性2.鹵族元素的原子結構與性質的關系①原子結構的相似性決定元素性質的相似性鹵族元素最外層上都有7個電子，所以在反應中都易得到1個電子達到8電子穩定結構，因而單質有較強的氧化性，在反應中常作氧化劑而被還原。②原子結構的遞變性決定元素性質的遞變性從F到I，隨著核電荷數的增加，原子的電子層數逐漸增多，原子半徑逐漸增大，原子核對最外層電子的引力逐漸減弱。因此鹵族元素的原子得到電子的能力逐漸減弱，單質的氧化性逐漸減弱，鹵族元素的非金屬性逐漸減弱。(二)鹵素單質物理性質的相似性和遞變性(三)鹵素單質化學性質的相似性和遞變性1．鹵素單質與氫氣的反應2.鹵素單質間的置換反應四同主族元素的性質與原子結構的關系1．元素性質的影響因素元素的性質主要與原子核外電子的排布，特別是與最外層電子數有關。2．同主族元素性質的遞變規律知識點一：元素、核素、同位素理解(1)元素、核素、同位素和同素異形體的區別和聯系①區別②聯系(2)同位素的“六同三不同”知識點二：堿金屬性質的相似性和遞變性(1)相似性(2)遞變性具體情況如下：知識點三：鹵族元素的相似性、遞變性和特性(1)相似性①與H2反應：X2＋H2eq\o(=,\s\up15(一定條件))2HX②與活潑金屬(如Na)反應：2Na＋X2eq\o(=,\s\up15(點燃))2NaX③與H2O反應eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(X2＋H2OHX＋HXOX＝Cl、Br、I,2F2＋2H2O=4HF＋O2))④鹵素單質與變價金屬(如Fe)反應eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(2Fe＋3X2=2FeX3X＝F、Cl、Br,Fe＋X2=FeX2X＝I))(2)遞變性①按由F到I的順序，單質的非金屬性逐漸減弱。②F－、Cl－、Br－、I－的還原性逐漸增強。③氫化物的穩定性：HF>HCl>HBr>HI。④氫化物的還原性：HF<HCl<HBr<HI。⑤最高價含氧酸的酸性：HClO4>HBrO4>HIO4，F無正價，故無含氧酸。⑥密度：鹵族元素，自上而下，單質的密度逐漸增大。⑦熔、沸點：鹵族元素與堿金屬元素相反，自上而下，單質的熔、沸點逐漸升高。⑧溶解性：除F2外，鹵素單質在水中的溶解度均不大，均易溶于有機溶劑。(3)特性①鹵族元素是最外層電子數最多的主族元素，鹵族是唯一全部由非金屬元素構成的主族，鹵素的非金屬性比同周期其他元素都強。②氟是最活潑的非金屬，單質的氧化性最強，氟離子(F－)很難被氧化。氟元素在化合物中的化合價只有－1價，無正價，常溫下氟氣與水劇烈反應且不同于其他鹵素(產物不同，原理不同)，不能從其他鹵化物的水溶液中置換出其他鹵素(先與水發生置換反應)，能與稀有氣體反應(常見的產物均為白色)。③溴在常溫下為紅棕色液體(唯一的液態非金屬單質)，極易揮發產生紅棕色且有毒的溴蒸氣。實驗室通常將溴密閉保存在陰冷處，不能用橡皮塞，盛有液溴的試劑瓶內常加適量水。④碘是紫黑色固體，具有金屬光澤，易升華(常用于分離提純碘)、易吸潮(遇鐵在水催化下易反應，故盛放碘的瓶子不能用鐵蓋)，使淀粉變藍色(常用來檢驗碘的存在)，碘的氧化性較其他鹵素弱，與變價金屬鐵反應生成FeI2而不是FeI3。⑤氫氟酸為弱酸，有劇毒，能腐蝕玻璃，實驗室中常用鉛制或塑料瓶容器保存氫氟酸。題組一元素、核素、同位素的判斷1．諾貝爾化學獎得主GerhardErtl對金屬Pt表面催化CO氧化反應的模型進行了深入研究。下列關于eq\o\al(202,78)Pt和eq\o\al(198,78)Pt的說法正確的是(A)解析：根據同位素定義“質子數相同，中子數不同的核素互為同位素”判斷，A項正確，B、D項錯誤；eq\o\al(202,78)Pt和eq\o\al(198,78)Pt是Pt的兩種核素，C項錯誤。2．下列對概念理解的說法中，不正確的是(D)A．元素可以理解為同位素的總稱B．同位素的質量數不同，中子數不同，原子序數相同，質子數相同，核外電子數相同，其物理性質有差異，其化學性質幾乎相同C．同一元素的不同核素之間互稱同位素D．同位素是針對原子而言的，核素是針對元素而言的解析：具有相同核電荷數(即質子數)的同一類原子叫做元素。原子里具有相同質子數和不同中子數的原子互稱為同位素。有一定數目的質子和一定數目的中子的一種原子，叫做核素。所以A、B、C都正確。同位素是針對原子而言的，核素也是針對原子而言的。選項D不正確。3．用A.質子數，B.中子數，C.核外電子數，D.最外層電子數，E.電子層數，填寫下列空格。(1)核素種類由AB決定；(2)元素種類由A決定；(3)元素有同位素由B決定；(4)同位素的相對原子質量由ABC決定；(5)元素的原子半徑由AE決定；(6)元素的化合價主要由D決定；(7)元素的化學性質由DE決定；(8)價電子數通常是指D；(9)核電荷數由A決定。題組二堿金屬的性質4．下列有關銫及其化合物的說法不正確的是(D)A．CsOH的堿性比KOH的強B．銫與水或酸溶液反應劇烈，都生成H2C．Cs的還原性比Na的強，故Na＋的氧化性強于Cs＋的D．Na的金屬性比Cs的強解析：A項，K、Cs的最外層電子數都為1，Cs的電子層數比K的多，失去最外層電子更容易，故Cs的金屬性比K的強，CsOH的堿性比KOH的強。B項，Cs的性質與Na的相似，但與水或酸反應更劇烈，都生成H2。C項，Cs的還原性比Na的強，所以Na＋得到電子的能力比Cs＋的強，即氧化性：Na＋>Cs＋。D項，Cs的金屬性強于Na的。5．下列對堿金屬的敘述，不正確的是(A)①鉀通常保存在煤油中，以隔絕與空氣的接觸②堿金屬常溫下呈固態，取用時可直接用手拿③堿金屬中還原性最強的是鉀④堿金屬陽離子，氧化性最強的是Li＋⑤堿金屬的原子半徑和離子半徑都隨核電荷數的增大而增大⑥從Li到Cs，堿金屬的密度越來越大，熔、沸點越來越高A．②③⑥B．②③④C．④⑤⑥D．①③⑤解析：②中堿金屬不可直接用手拿，否則會和手上的汗水反應生成強堿而腐蝕皮膚；③堿金屬中還原性最強的不是鉀；⑥從Li到Cs，密度呈增大趨勢，但K的密度小于Na，堿金屬的熔、沸點越來越低。所以②③⑥錯，選A。6．最近，德國科學家實現了銣原子氣體超流體態與絕緣態的可逆轉換，該成果將給量子計算機的研究帶來重大突破。已知銣是37號元素，質量數是85。根據材料回答下列問題：(1)銣(37Rb)位于周期表的第五周期第ⅠA族。(2)關于銣的結構和性質判斷正確的是(D)①與水反應比鈉強烈②它的原子半徑比鈉小③它的氧化物暴露在空氣中易吸收CO2④它的陽離子最外層電子數和鎂相同⑤它是還原劑A．①③④ B．②③⑤C．②④ D．①③⑤(3)氫化銣與水反應可放出氫氣，則下列敘述正確的是(D)A．氫化銣溶于水顯酸性B．氫化銣中氫離子被還原為氫氣C．氫化銣與水反應時，水是還原劑D．氫化銣中氫離子最外層有兩個電子(4)現有銣和另一種堿金屬形成的合金50g，當它與足量水反應時，放出標準狀況下的氫氣22.4L，這種堿金屬可能是(AB)A．Li B．NaC．K D．Cs解析：(1)由原子核外的電子排布規律可推知37Rb的原子結構示意圖如圖，Rb應位于第五周期第ⅠA族。(2)由Rb的原子結構示意圖可知②④不正確；又因Na和Rb同主族，根據同主族元素的性質遞變規律知，Rb的金屬性比Na強，故①③⑤正確。(3)由反應RbH＋H2O=RbOH＋H2↑可知：水中氫元素的化合價由＋1價降低為零價，水作氧化劑，而RbH中的氫元素的化合價升高，由－1價變為零價，RbH作還原劑，H－核外有兩個電子，D正確。(4)設該合金的平均相對原子質量為M，則根據電子得失守恒定律得eq\f(50g,M)×1＝eq\f(22.4L,22.4L·mol－1)×2,M＝25，因Mr(Rb)>25，則另一種堿金屬的相對原子質量應小于25，可能為Li或Na，答案為A、B。題組三鹵素的性質7．下列關于鹵族元素性質的敘述正確的是(按從F到I的順序)(C)①單質的氧化性逐漸增強②單質的顏色逐漸加深③氣態氫化物的穩定性逐漸增強④單質的沸點逐漸升高⑤陰離子的還原性逐漸增強A．①②③B．②③④C．②④⑤D．①③⑤解析：F2、Cl2、Br2、I2的氧化性逐漸減弱，其對應陰離子F－、Cl－、Br－、I－的還原性逐漸增強，故①錯誤，⑤正確；F2、Cl2、Br2、I2的顏色由淺黃綠色→黃綠色→深紅棕色→紫黑色逐漸加深，②正確；HF、HCl、HBr、HI的穩定性逐漸減弱，③錯誤；在通常情況下，F2、Cl2、Br2、I2的狀態變化為氣態→氣態→液態→固態，其沸點逐漸升高，④正確，故答案為C。8．下列關于鹵素(用X表示)的敘述中正確的是(C)A．鹵素單質與水反應均可用X2＋H2OHXO＋HX表示B．HX都極易溶于水，它們的熱穩定性隨核電荷數的增大而增強C．鹵素單質的顏色從F2→I2按相對分子質量的增大而加深D．X－的還原性強弱依次為：F－<Cl－<Br－<I－，因此相對分子質量小的鹵素單質可將相對分子質量大的鹵素單質從它的鹽溶液里置換出來解析：本題主要考查鹵素的相似性和遞變性，以及特殊性。解答時既要掌握物質的共性，也要注意物質的特性。選項A中F2與H2O反應生成HF和O2，F2與水的反應不符合A選項中的通式。鹵化氫的熱穩定性順序為：HF>HCl>HBr>HI，故B不正確。選項D中表述不全面，F2與鹽溶液中的H2O反應放出O2，不能置換出鹵素單質。9．已知常溫下KClO3與HCl(濃)反應放出氯氣，現按下圖進行鹵素的性質實驗。玻璃管內裝有分別滴有不同溶液的白色棉球