2018-2019学年高中化学 专题03 碱金属和卤族元素(知识讲解)(含解析)

碱金属和卤族元素

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一. 碱金属元素 ⑴ 结构特点

元素名称

元素符号 核电荷数 最外层电子数

电子层数

原子半径/nm 碱金属 元素

锂 Li 3 1 2 0.152 钠 Na 11 1 3 0.186 钾 K 19 1 4 0.227 铷 Rb 37 1 5 0.248 铯

Cs

55

1

6

0.265

结论：碱金属元素原子结构的共同点是最外层电子数为1，不同点是电子层数不同，其变化规律是随着核电荷数的增加，电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大。

⑵ 碱金属的性质 ①物理性质

②化学性质 a 与O 2反应

碱金属 化学反应方程式 反应程度

产物复杂程度

活泼性

Li 4Li ＋O 2=====点燃

2Li 2O 逐 渐 剧 烈

逐 渐 复 杂

逐 渐 增 强

Na 2Na ＋O 2=====点燃

Na 2O 2 K K ＋O 2=====点燃KO 2

Rb － Cs

－

b 与水反应：钾比钠剧烈 二. 卤族元素

⑴原子结构

元素名称 氟(F) 氯(Cl) 溴(Br) 碘(I) 原子序数 9 17 35 53 最外层电子数 7 7 7 7 电子层数

2

3

4

5

结论：卤族元素原子结构的共同点是最外层电子数为7，不同点是电子层数不同，其变化规律是随着原子序数增大，电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大。

⑵ 卤族元素单质的性质 ①物理性质

F 2 Cl 2 Br 2 I 2

颜色： ———————————————————→浅黄绿色 黄绿色 深红棕色 紫黑色

颜色变深 熔、沸点：———————————————————→ 气体 气体 液体 固体 逐渐升高 密度：———————————————————→ 逐渐 增大 水溶性：———————————————————→反应 溶解 溶解 微溶 逐渐减小 ②化学性质 a 与H 2反应

反应条件 化学方程式 产物稳定性 F 2 无 H 2+F 2=2HF 最稳定 Cl 2 光或点燃 H 2+Cl 2=2HCl 稳定 Br 2 加热 H 2+Br 2=2HBr 较稳定

I 2

加热

H 2+I 2

2HI 较不稳定，可逆

结论：从F 2到I 2，与H 2反应所需要的条件逐渐升高，反应剧烈程度依次减弱，生成气态氢化物的稳定性依次减弱。

b 卤素单质间的置换反应

实验操作

实验现象

静置后，液体分层，上层无色，下层棕红色

静置后，液体分层，上层无色，下层紫色

静置后，液体分层，上层无色，下层紫色

得出结论：Cl2、Br2、I2三种卤素单质的氧化性由强到弱的顺序是由强到弱，相应卤素离子的还原性由强到弱的顺序是由弱到强。

重难突破

1. 碱金属元素单质化学性质的相似性和递变性

⑴相似性

原子都容易失去最外层的一个电子，化学性质活泼，它们的单质都具有较强的还原性，它们都能与氧气等非金属单质及水反应。碱金属与水反应的通式为2R＋2H2O===2ROH＋H2↑(R表示碱金属元素)。

典例1下列关于碱金属元素的叙述中正确的是( )

A.原子的最外层电子数都是1，次外层电子数都是8

B.单质的化学性质活泼，易失电子发生还原反应

C.除锂外均以化合态存在于自然界中

D.化合物中碱金属元素的化合价都为＋1价

【答案】D

【解析】锂原子的次外层电子数为2，且锂在自然界中也不能以游离态存在，A、C项不正确；失去电子发生的是氧化反应，B选项错误。

⑵递变性

随着原子序数的递增，原子半径逐渐增大，原子核对最外层电子的引力逐渐减小，碱金属元素的原子失电子能力逐渐增强，金属性逐渐增强。

①

②与O2的反应越来越剧烈，产物更加复杂，如Li与O2反应只能生成Li2O，Na与O2反应还可以生成 Na2O2，

而K与O2反应能够生成KO2等。

③与H2O的反应越来越剧烈，如K与H2O反应可能会发生轻微爆炸，Rb与Cs遇水发生剧烈爆炸。

④最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐增强，CsOH的碱性最强。

典例2下列各组比较中不正确的是( )

A.锂与水反应不如钠与水反应剧烈

B.还原性：K＞Na＞Li，故K可以从NaCl溶液中置换出金属钠

C.熔、沸点：Li＞Na＞K

D.碱性：LiOH＜NaOH＜KOH

【答案】B

【解析】A中锂的活泼性比钠弱，与水反应不如钠剧烈；B中还原性，K＞Na＞Li，但K不能置换出NaCl 溶液中的Na，而是先与H2O反应；C中碱金属元素从Li到Cs，熔、沸点逐渐降低，即Li＞Na＞K＞Rb＞Cs；D中从Li到Cs，碱金属元素的金属性逐渐增强，对应最高价氧化物的水化物的碱性依次增强，即碱性：LiOH＜NaOH＜KOH＜RbOH＜CsOH。

【总结归纳】

1.碱金属单质物理性质变化规律

随着原子序数的递增，碱金属单质的密度逐渐增大(钾反常)，熔、沸点逐渐降低。

2.碱金属的原子结构与化学性质的关系

(1)相似性

原子都容易失去最外层的一个电子，化学性质活泼，它们的单质都具有较强的还原性，它们都能与氧气等非金属单质及水反应。碱金属与水反应的通式为2R＋2H2O===2ROH＋H2↑(R表示碱金属元素)。

(2)递变性

随着原子序数的递增，原子半径逐渐增大，原子核对最外层电子的引力逐渐减小，碱金属元素的原子失电子能力逐渐增强，金属性逐渐增强，单质还原性增强。

①与O2的反应越来越剧烈，产物更加复杂，如Li与O2反应只能生成Li2O，Na与O2反应还可以生成Na2O2，而K与O2反应能够生成KO2等。

②与H2O的反应越来越剧烈，如K与H2O反应可能会发生轻微爆炸，Rb、Cs遇水发生剧烈爆炸。

③最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐增强，CsOH的碱性最强。

3.元素金属性强弱可以从单质与水(或酸)反应置换出氢的难易程度，或其最高价氧化物对应的水化物——氢氧化物的碱性强弱来判断。

2 卤素单质的相似性、递变性和特性

⑴相似性(X表示卤素元素)

卤素原子都容易得到一个电子使其最外层达到8个电子的稳定结构，它们的单质都是活泼的非金属单质，都具有较强的氧化性。

典例3已知某微粒的结构示意图为，则下列说法正确的

是( )

A.该元素位于第三周期0族

B.该元素位于第四周期ⅠA 族

C.该元素是非金属元素

D.该元素是金属元素 【答案】C

【解析】该微粒原子核内有17个质子，为第17号氯元素，氯元素是非金属元素；核外有18个电子，说明是Cl 得到一个电子形成了Cl －

。

典例4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 －等不能得电子，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。

① 与H 2反应：X 2＋H 2=====一定条件

2HX 。

② 与活泼金属(如Na)反应：2Na ＋X 2=====点燃

2NaX 。 ③ 与H 2O 反应

a X 2＋H 2O===HX ＋HXO(X ＝Cl 、Br 、I)；

b 2F 2＋2H 2O===4HF ＋O 2。

④与NaOH溶液反应

X2＋2NaOH===NaX＋NaXO＋H2O(X＝Cl、Br、I)。

⑵递变性(X表示卤素元素)

随着原子序数的递增，原子半径逐渐增大，原子核对最外层电子的引力逐渐减小，卤素原子得电子的能力逐渐减弱，非金属性逐渐减弱。

①

②与H2反应越来越难，对应氢化物的稳定性逐渐减弱，还原性逐渐增强，即：

稳定性：HF＞HCl＞HBr＞HI；

还原性：HF＜HCl＜HBr＜HI。

典例5下列对卤素的说法不符合递变规律的是( )

A.F2、Cl2、Br2、I2的氧化性逐渐减弱

B.HF、HCl、HBr、HI的热稳定性逐渐减弱

C.F－、Cl－、Br－、I－的还原性逐渐增强

D.卤素单质按F2、Cl2、Br2、I2的顺序颜色变浅，密度增大

【答案】D

【解析】从F→I原子半径依次增大，单质氧化性逐渐减弱，则阴离子的还原性逐渐增强，氢化物的稳定性逐渐减弱，卤素单质按F2、Cl2、Br2、I2的顺序颜色逐渐变深，密度也逐渐增大。

③卤素单质与变价金属(如Fe)反应时，F2、Cl2、Br2生成高价卤化物(如FeX3)，而I2只能生成低价卤化物(如FeI2)。

④氢化物都易溶于水，其水溶液酸性依次增强，氢化物中HCl、HBr、HI的熔、沸点依次升高，HF的熔、沸点最高。

⑤最高价氧化物的水化物的酸性逐渐减弱，即酸性：HClO4＞HBrO4＞HIO4，HClO4是已知含氧酸中酸性最强的酸。

典例6关于卤素(用X表示)的下列叙述正确的是( )

A.卤素单质与水反应均可用X2＋H2O===HXO＋HX表示

B.HX都极易溶于水，它们的热稳定性随核电荷数增加而增强

C.卤素单质的颜色从F2→I2按相对分子质量增大而加深

D.X－的还原性依次为F－

【答案】C

【解析】A项，F2与H2O反应为2F2＋2H2O===4HF＋O2，不可用X2＋H2O===HXO＋HX表示；B项，HX的热稳定性随核电荷数的增加而减弱；D项，F2性质极为活泼，遇盐溶液先和水反应，故不能将相对分子质量大的卤素从它的盐溶液里置换出来。

(5)氢氟酸为弱酸，而盐酸、氢溴酸、氢碘酸为强酸。

典例7 砹是原子序数最大的卤族元素，根据卤素性质的递变规律，对砹及其化合物的叙述，正确的是( )

A.与H2化合能力：At2>I2

B.砹在常温下为白色固体

C.砹原子的最外电子层上有7个电子

D.砹能从NaCl溶液中置换出氯单质

【答案】C

【解析】从F2到At2，元素的非金属性逐渐减弱，与H2化合能力逐渐减弱，A项不正确；由F2到At2，单质的颜色依次加深，I2是紫黑色固体，则砹为黑色固体，B项不正确；卤族元素的原子，最外层上都有7个电子，C项正确；因氧化性Cl2>At2，所以At2不能从NaCl溶液中置换出Cl2，D项不正确。

课后练习：

1、随着卤族元素原子序数递增，下列说法正确的是( )

A.单质的熔、沸点逐渐降低

B.最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐减弱(F除外)

C.单质的氧化性逐渐增强

D.气态氢化物的稳定性逐渐增强

【答案】B

【解析】随着卤族元素原子序数的递增，单质的熔、沸点应逐渐升高，氧化性应逐渐减弱，气态氢化物的稳定性逐渐减弱。

2、下列说法正确的是( )

A.F、Cl、Br的最外层电子数都是7，次外层电子数都是8

B.从HF、HCl、HBr、HI酸性递增的事实，推出F、Cl、Br、I的非金属性递增规律

C.卤素按F、Cl、Br、I的顺序，其非金属性逐渐减弱的原因是随着核电荷数增加电子层数增大起主要作用

D.砹是原子序数最大的卤族元素，根据卤素性质的递变规律，砹易溶于水，难溶于CCl4

【答案】C

【解析】F的次外层电子数为2，Br的次外层电子数为18，A项错误；元素的非金属性强弱可以根据其最高价氧化物对应水化物的酸性强弱比较，B项错误；由碘微溶于水，易溶于四氯化碳，可推知，砹微溶于水，易溶于CCl4，D项错误。

3、随着碱金属元素原子序数的增大，下列递变规律正确的是( )

A.原子半径逐渐增大

B.碱性逐渐减弱

C.单质熔、沸点逐渐升高

D.单质的氧化性逐渐增强

【答案】A

【解析】随着碱金属元素原子序数的增大，碱性逐渐增强，单质熔、沸点降低，单质的还原性逐渐增强。

4、关于碱金属元素的说法中正确的是( )

A.ⅠA族元素都是碱金属元素

B.碱金属单质可将铜从其盐溶液中置换出来

C.金属钾具有强还原性，K＋具有强氧化性

D.Cs常温下与水反应会发生爆炸

【答案】D

【解析】ⅠA族元素还有氢元素，A错；碱金属单质非常活泼，在水溶液中先与水反应生成强碱再与铜离子反应生成Cu(OH)2沉淀，而不能将铜置换出来，B错；由于钾原子的最外层只有1个电子，钾单质具有较强的还原性，但是其失去电子后形成的K＋最外层已经达到8电子的稳定结构，其氧化性非常弱，C错；Cs是还原性比Li、Na、K、Rb都强的金属单质，与水反应会发生爆炸，D正确。

5、下列关于碱金属的叙述正确的是( )

A.钾与氧气或水反应比钠的反应剧烈，铷、铯的反应更剧烈

B.碱金属的密度随着原子序数的递增逐渐减小

C.碱金属元素的最高价氧化物对应的水化物的碱性随着原子序数的递增依次减弱

D.碱金属元素的阳离子的氧化性随着原子序数的递增依次增强

【答案】A

【解析】B项，碱金属的密度随着原子序数的递增呈增大趋势(钾反常)；D项，碱金属元素阳离子的氧化性随着原子序数的递增依次减弱。

6、关于铯及其化合物的以下各种说法中不正确的是( )

A.氢氧化铯是一种强碱，比KOH的碱性强

B.铯与水或酸溶液反应剧烈，都生成氢气

C.Cs的还原性比Na强，故Na＋的氧化性强于Cs＋

D.Al的金属性大于Cs的金属性

【答案】D

【解析】A项，Cs的最外层电子数也是1，电子层数比K的多，故Cs的金属性比K强，则CsOH的碱性比KOH强；B项，Cs与Na性质相似，其与水或酸反应更剧烈，都生成H2；C项，Cs的还原性比Na强，单质还原性越强，对应离子的氧化性越弱，所以Na＋的氧化性强于Cs＋；D项，因为Cs的金属性强于Na，Na

的金属性强于Al，所以Al的金属性弱于Cs。

7、(1)常见卤素氢化物中最不稳定的是__________(写化学式)。

(2)下列单质熔、沸点随原子序数递增而升高的是____________(填字母，下同)。

A.碱金属元素

B.卤族元素

(3)下列反应中，更剧烈的是__________。

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__________。

A.溴化钠溶液

B.碘化钾溶液

【答案】(1)HI (2)B (3)B (4)B

【解析】常见卤素中碘元素的非金属性最弱，氢化物最不稳定的是HI；碱金属元素的单质熔、沸点随原子序数递增而降低，卤素单质熔、沸点随原子序数递增而升高；钾比钠活泼，与水反应更剧烈；氯水与NaBr、KI溶液分别生成Br2、I2，而二者的四氯化碳溶液分别为橙红色、紫红色。