21.堿金屬元素與鹵族元素講義高一化學(xué)上學(xué)期人教版2019

一、堿金屬元素科學(xué)家發(fā)現(xiàn)第ⅠA族元素（除）中的鋰、鈉、鉀、銣、銫、鈁這些元素的性質(zhì)有許多相似的地方，并且它們的氫氧化物都是易溶于水的強堿（的溶解度較小），所以將它們統(tǒng)稱為堿金屬。鈁是放射性元素，在中學(xué)階段不討論其性質(zhì)。1.堿金屬元素的原子結(jié)構(gòu)和堿金屬單質(zhì)的物理性質(zhì)堿金屬的化學(xué)性質(zhì)非?；顫姡谧匀唤缰卸际且曰蠎B(tài)存在，它們的單質(zhì)均是人工制得。規(guī)律總結(jié)：①原子結(jié)構(gòu)的相似性：堿金屬元素的原子最外層電子數(shù)相同均為1，因此很容易失去1個電子達到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，因此堿金屬元素都容易形成價的化合物，沒有其他正化合價。②粒子半徑的遞變性：堿金屬元素原子核外的電子層不同，隨著核電荷數(shù)的增加，電子層數(shù)逐漸增多，原子半徑逐漸增大。當(dāng)堿金屬原子（）變成離子（）時，半徑銳減，但離子半徑也是隨著核電荷數(shù)的增加而增大。③堿金屬單質(zhì)的密度隨核電荷數(shù)的變化規(guī)律：從大局看，隨著核電荷數(shù)的增加密度逐漸增大；但是鉀和鈉的密度變化出現(xiàn)反常，這是因為和恰好處于第ⅠA族第三、四周期，其原子半徑增大的程度超過了原子質(zhì)量增大的程度。其中鋰、鈉、鉀的密度比水還小，鋰是最輕的金屬，其密度比煤油還小約為水的一半，所以鋰只能封在固體石蠟中保存，鈉和鉀即可以在煤油中保存又可以在石蠟油中保存。④堿金屬單質(zhì)的熔沸點的遞變性：相比于其他大部分金屬，堿金屬的熔沸點較低，并且都隨著核電荷數(shù)的增加而逐漸降低。2.堿金屬的化學(xué)性質(zhì)鋰、鈉、鉀、銣、銫等原子與鈉原子的結(jié)構(gòu)相似，最外層都只有一個電子，容易失去，所以化學(xué)性質(zhì)很活潑，都是非常活潑的金屬元素，其單質(zhì)具有較強的還原性。①堿金屬與氧氣反應(yīng)除了與氧氣反應(yīng)外，堿金屬還能與氯氣、硫等大多數(shù)的非金屬發(fā)生反應(yīng)。②堿金屬與水反應(yīng)堿金屬都能跟水反應(yīng)，生成氫氧化物并放出氫氣。與水反應(yīng)與與水反應(yīng)相比溫和很多；與水反應(yīng)則比與水的反應(yīng)劇烈，與水反應(yīng)將會發(fā)生十分劇烈的爆炸。堿金屬與水反應(yīng)生成的氫氧化物均為白的固體，它們的溶解度和堿性列于下表：3.結(jié)論與規(guī)律結(jié)論：堿金屬元素的原子最外層只有一個電子，因此其化學(xué)性質(zhì)相似，隨著核電荷數(shù)的增加，電子層數(shù)的增多，原子半徑逐漸增大，使原子核對最外層電子的引力逐漸減弱。因此，它們失去最外層電子的能力逐漸增強，金屬性增強。堿金屬元素從鋰到銫，金屬性逐漸增強。具體表現(xiàn)為：ⅰ.與反應(yīng)時，金屬性強的堿金屬反應(yīng)現(xiàn)象更劇烈，氧化物的種類更復(fù)雜。ⅱ.與或酸反應(yīng)時，金屬性強的堿金屬反應(yīng)現(xiàn)象更加劇烈、更容易置換出。ⅲ.它們最高價氧化物對應(yīng)的水化物——氫氧化物的堿性隨著金屬性的增強而增強。

二、鹵族元素“鹵素”在希臘文中有“成鹽元素”的意思。鹵族元素包括氟、氯、溴、碘、砹、。其中砹和是放射性元素，我們高中階段不做討論。1.鹵族元素的原子結(jié)構(gòu)和鹵族單質(zhì)的物理性質(zhì)鹵族元素在自然界中都以化合態(tài)的形式存在，它們的單質(zhì)也都是人工合成的。規(guī)律總結(jié)：①原子結(jié)構(gòu)的相似性：鹵素原子最外層電子數(shù)相同均為7，很容易得到1個電子形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，因此鹵素易形成價的化合物。鹵素單質(zhì)一般具有氧化性。②粒子半徑的遞變性：鹵素原子核外的電子層不同，隨著核電荷數(shù)的增加，電子層數(shù)逐漸增多，原子半徑逐漸增大。當(dāng)鹵素原子（）變成離子（）時，半徑驟增，但離子半徑也是隨著核電荷數(shù)的增加而增大。③鹵素單質(zhì)的密度及熔沸點的遞變性：由于鹵素單質(zhì)都是雙原子分子構(gòu)成的，其分子間的作用力主要取決于分子的相對分子質(zhì)量，隨著相對分子量的增大，分子間作用力變大，所以單質(zhì)的狀態(tài)由氣態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)變。常溫下，為氣體，是液體（常溫下唯一的液態(tài)非金屬單質(zhì)），是固體。其密度和熔沸點，均隨著核電荷數(shù)的增加逐漸增大。④鹵素單質(zhì)的顏色及其溶液的顏色：到的顏色由淡黃綠色到紫黑色變化，顏色逐漸加深。鹵素單質(zhì)在水中的溶解度小（與水反應(yīng)），但都易溶于有機溶劑，在不同的溶劑中其顏色有所不同。在水和有機溶劑中主要是以自由分子狀態(tài)存在，其顏色和單質(zhì)的顏色相同，分別為黃綠色和紅棕色。溴水和溴的有機溶劑的顏色會隨著濃度的不同而發(fā)生變化，從黃色到紅棕色（有時也說從橙黃到橙紅色）。的在水中的溶解度很小由于碘單質(zhì)在水中的溶解度很小，在實驗室中配制濃度大的碘水時需要在水中加入少量，這是因為在水溶液中可以與反應(yīng)，生成易溶于水的，進而增大了的溶解度。，碘水的顏色與碘酒的顏色相同均為棕黃色，這是因為由于碘單質(zhì)在水中的溶解度很小，在實驗室中配制濃度大的碘水時需要在水中加入少量，這是因為在水溶液中可以與反應(yīng)，生成易溶于水的，進而增大了的溶解度。⑥溴單質(zhì)，其在室溫下為液體，液態(tài)的溴有劇毒且極易揮發(fā)，因此我們在保存液溴時需要在液溴表面加少量水進行液封，以防止液溴揮發(fā)。⑦碘單質(zhì)，在常壓下加熱時，不經(jīng)過熔化就直接變?yōu)樽仙魵猓魵庥隼鋾匦履Y(jié)成固體，這兩種現(xiàn)象分別叫升華和凝華。我們用這個現(xiàn)象對碘單質(zhì)進行提純。2.鹵素單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)根據(jù)鹵素原子的結(jié)構(gòu)可以看出，最外層都有7個電子，結(jié)合外來電子的能力很強，強氧化性。①鹵素與金屬反應(yīng)ⅰ.鹵素都能跟金屬單質(zhì)反應(yīng)生成鹵化物，與變價的金屬（）反應(yīng)時，通常可將金屬氧化到高價態(tài)。ⅱ.碘單質(zhì)的氧化性較弱，只能把氧化到價()、把氧化到價()。碘和金屬反應(yīng)發(fā)生在固體和固體之間，因此常溫下反應(yīng)進行的較慢。在的催化下，碘可較快的與金屬反應(yīng)，如。注意：ⅰ.干燥的氯氣可以用鋼瓶運輸，這是因為干燥的氯氣在室溫下和不反應(yīng)。ⅱ.在任何溫度下都可以和金屬直接化合，但是我們可以用鎳（銅、鎂）或其合金容器貯存與運輸。原因是會與反應(yīng)生成，生成的致密的膜可以阻止與進一步反應(yīng)。②鹵素與氫氣反應(yīng)ⅰ.氟的性質(zhì)比氯活潑，和的反應(yīng)不需要加熱或光照，在暗處就能劇烈的化合，并發(fā)生爆炸。ⅱ.氯和氫氣在點燃或光照的條件下會發(fā)生反應(yīng)。ⅲ.溴的性質(zhì)不如氯活潑，和的反應(yīng)需要在金屬為催化劑，加熱到時才能發(fā)生。但高溫下不穩(wěn)定，易分解。ⅳ.碘的性質(zhì)比溴更加不活潑，和的反應(yīng)需在催化劑存在并加熱的條件下可以反應(yīng)生成，生成的很不穩(wěn)定更易分解，同時發(fā)生分解，這是一個可逆反應(yīng)。由此可知，鹵素單質(zhì)與氫氣反應(yīng)生成氣態(tài)氫化物的難易程度，是隨著鹵素原子的核電荷數(shù)的增加而越來越難發(fā)生。對于產(chǎn)物鹵化氫（）我們從以下幾個方面進行分析：ⅰ.鹵化氫的穩(wěn)定性，隨著鹵素原子的核電荷數(shù)的增加而降低。ⅱ.鹵化氫的還原性，隨著鹵素原子的核電荷數(shù)的增大而增強。很難被氧化；可被強氧化劑（等）氧化；可被濃硫酸氧化，因此不能用濃硫酸干燥和制?。捎脻饬姿嶂苽洌?；也可以被空氣中的氧化成。ⅲ.鹵化氫的酸性，隨著鹵素原子的核電荷數(shù)的增大而增強。其中是弱酸，均為強酸且酸性依次增強。③鹵素與水反應(yīng)ⅰ.遇水發(fā)生劇烈的反應(yīng)，生成和。ⅱ.氯、溴、碘的單質(zhì)與水反應(yīng)的通式可表示為：氯、溴、碘的單質(zhì)與水反應(yīng)的程度和速率不同。溶于水的約有與水發(fā)生了反應(yīng)；溶于水的僅有約與水發(fā)生了反應(yīng)；碘幾乎不與水發(fā)生這個反應(yīng)（約有發(fā)生了反應(yīng)）。④鹵素與堿反應(yīng)鹵素單質(zhì)在堿中的歧化方式有以下兩種方式：ⅰ.對于氯，在室溫和低溫時，主要發(fā)生反應(yīng)(1),但加熱到以上時，則按照反應(yīng)(2)進行。所以我們制備漂白粉和漂白液時要控制反應(yīng)溫度。ⅱ.對于溴，只有在左右的低溫時，才按照反應(yīng)(1)進行，而在溫度時，會按照反應(yīng)(2)進行。ⅲ.對于碘，任何溫度下均按照反應(yīng)(2)發(fā)生反應(yīng)。⑤鹵素間的置換反應(yīng)注意，若過量，還可以進一步將氧化：⑥最高價含氧酸的酸性氟元素沒有最高價含氧酸，氯、溴、碘的最高價氧化物()對應(yīng)的水化物依次為（高氯酸）、（高溴酸）和（正高碘酸），它們的酸性依次減弱，其中是一種很弱的弱酸。3.結(jié)論與規(guī)律結(jié)論：鹵族元素從上到下，隨著核電荷數(shù)增加，電子層數(shù)增多，原子半徑由小到大，原子核對核外電子的吸引能力逐漸減弱。因此，它們得到電子的能力逐漸減弱，非金屬性減弱。鹵族