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第四章 物质结构 元素周期律
第一节 原子结构与元素周期表
4. 1. 4 原子结构与元素的性质 - 碱金属元素
学习目标
1、以ⅠA、ⅦA族元素为例，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初步加以解释；培养分析、处理数据的能力，尝试运用比较、归纳等方法对信息进行加工。
试想哪些易得电子，哪些易失电子？
一、原子结构与元素性质的关系
最外层电子数 < 4
易失去电子
金属性
最外层电子数 ≥ 4
易得到电子
非金属性
(还原性)
(氧化性)
稳定结构
，
不易得失电子
原子结构决定元素的性质
ⅠA族 元素名称 元素符号 核电荷数 原子结构示意图 最外层电子数 电子层数 原子半径(nm)
碱 金 属 元 素 锂 0.152
钠 0.186
钾 0.227
铷 0.248
铯 0.265
二、碱金属元素的原子结构
Li
Na
K
Rb
Cs
3
11
19
37
55
1
1
1
1
1
2
3
4
5
6
最外层都只有1个电子
相似性
电子层数逐渐增多
原子半径逐渐增大
递变性
核电荷数逐渐增加
碱金属单质 颜色状态 （常态） 密度 （g cm-3） 熔点 0C 沸点
0C
Li 银白色，柔软 0.534 180.5 1347
Na 银白色，柔软 0.97 97.81 882.9
K 银白色，柔软 0.86 63.65 774
Rb 银白色，柔软 1.532 38.89 688
Cs 略带金色光泽，柔软 1.879 28.40 678.4
三、碱金属单质的主要物理性质及递变规律
密度逐渐增大
钾的密度反常，比钠小
熔点逐渐降低
沸点逐渐降低
铷
【例】已知：
ρ(Li) < ρ(煤油)
ρ(Na、K) ＞ ρ(煤油)
ρ(Li、Na、K) < ρ(水)
ρ(Rb、Cs) > ρ(水)
问：金属Li(最轻的金属)与K应如何保存？
相似性:
大多为银白色(Cs略带金色光泽)，质软，有延展性；密度较小，熔点较低，导电性和导热性强
递变性:
Li
Na
K
Rb
Cs
单质密度逐渐增大，熔、沸点逐渐降低
Li封存于固体石蜡中；
少量K保存于煤油中，大量保存于石蜡中
三、碱金属单质的主要物理性质及递变规律
元素符号 原子结构示意图 原子半径
Li
Na K Rb Cs 【性质预测】
1、相似性:
碱金属元素原子的最外层都只有 个电子，在化学反应中容易 电子，生成 价的阳离子，表现出很强的 ，在自然界中都以 存在。
1
失去1个
+1
还原性(或金属性)
化合态
2、递变性:
随着核电荷数的增加，碱金属元素原子的电子层数逐渐 ，原子半径逐渐 ，原子核对最外层电子的引力逐渐 ，原子失去最外层电子的能力逐渐 。即从锂到铯，还原性(或 )逐渐 。
增多
增大
减弱
增强
金属性
增强
【问题和预测】
（1）回忆第二章学过的知识，钠有哪些化学性质？
（2）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。
提示：钠可以与O2、H2O、酸、盐溶液等物质反应
提示：锂、钾也可以与O2、H2O、酸、盐溶液等物质反应，且Li、Na、K反应剧烈程度逐渐增强
【实验和观察】
（1）将干燥的坩埚加热，同时切取一块绿豆大的钾，用镊子夹取并迅速投到热坩埚中。继续加热片刻，待钾熔化后立即撤掉酒精灯，观察现象。
四、碱金属的主要化学性质及递变规律
1、与氧气反应
Li Na K Rb Cs
与O2反应的实验现象 化学方程式 实验结论 碱金属从上到下，均与氧气反应，且程度越来越剧烈，产物越来越复杂
剧烈燃烧，产生黄色火焰，生成一种淡黄色固体
2Na + O2 = Na2O2
△
4Li + O2 = 2Li2O
△
剧烈燃烧，发出紫色火焰，生成黄色晶体
K + O2 = KO2
△
在空气中燃烧，反应不如钠剧烈
遇空气立即着火燃烧，生成更复杂的氧化物
生成比超氧化物更复杂的氧化物
Na2O
K2O
K2O2
碱金属还原性(或金属性)逐渐增强
Li < Na < K < Rb < Cs
透过蓝色钴玻璃观察
【实验和观察】
（2）在烧杯中加入一些水，滴入几滴酚酞溶液。切取一块绿豆大小的钾，用镊子夹取并投入水中，观察现象。
四、碱金属的主要化学性质及递变规律
2、与水反应
Li Na K Rb Cs
与H2O反应的实验现象 化学方程式 实验结论 剧烈反应，浮在水面，熔化，四处游动，嘶嘶响声，溶液变红
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑
更剧烈，浮在水面，熔成小球，燃烧并轻微爆炸
2K + 2H2O = 2KOH + H2↑
沉在水底，立即燃烧爆炸
2Rb + 2H2O = 2RbOH + H2↑
2Cs + 2H2O = 2CsOH + H2↑
反应较缓和，锂浮在水面，不熔化
2Li + 2H2O = 2LiOH + H2↑
碱性强弱：LiOH < NaOH < KOH < RbOH < CsOH
碱金属从上到下，与水反应程度越来越剧烈，生成氢气速率越来越快，生成氢氧化物的碱性越来越强
碱金属还原性(或金属性)逐渐增强
2M + 2H2O = 2MOH + H2↑
2R + 2H+ = 2R+ + H2↑
四、碱金属的主要化学性质及递变规律
3、与酸反应
4、与盐溶液反应
【例】将金属K放到CuSO4溶液中，书写离子方程式？
2K + Cu2+ + 2H2O = 2K+ + Cu(OH)2↓ + H2↑
★ 注意：碱金属都不能从水溶液中置换金属
Li Na K Rb Cs
元素(单质)还原性逐渐增强
Li+ Na+ K+ Rb+ Cs+
离子氧化性逐渐减弱
【归纳总结】
元素金属性强弱判断依据
① 单质与水(或酸)反应置换出H的难易程度
② 最高价氧化物对应的水化物 —— 氢氧化物的碱性强弱
③ 单质还原性越强，即元素金属性越强
④ 金属离子氧化性越弱，即元素金属性越强
1、已知金属A可与冷水反应，金属B和热水才能反应，金属C和水不能反应，判断金属A、B、C的金属性强弱？
2、已经NaOH是强碱，Mg(OH)2是中强碱，Al(OH)3是两性氢氧化物，则Na、Mg、Al的金属性强弱顺序如何？
金属性：A ＞ B ＞ C
金属性：Na ＞ Mg ＞ Al
碱金属元素的用途
锂电池是一种高能电池；
锂是有机化学中重要的催化剂；
锂是制造氢弹不可缺少的材料；
锂是优质的高能燃料(用于宇宙飞船、人造卫星和超声速飞机)
碱金属元素的用途
钠钾合金(室温下呈液态)可用作核反应堆的传热介质
钾肥
硝酸钾用于制火药
碱金属元素的用途
光电管
真空管
铷铯主要用于制备光电管、真空管；铯原子钟是目前最准确的计时仪器
铯原子钟
感应门
1、Na2O2和KO2都可以用作潜艇的供氧剂，请写出它们与H2O、CO2反应的化学方程式，比较其中哪种供氧剂更好？
2Na2O2 + 2H2O = 4NaOH + O2↑
2Na2O2 + 2CO2 = 2Na2CO3 + O2
4KO2 + 2H2O = 4KOH + 3O2↑
4KO2 + 2CO2 = 2K2CO3 + 3O2
【思考】已知镁能与氧气和水反应。
（1）请预测钙的性质；
（2）请设计实验验证镁与钙金属性的强弱。
【拓展与应用】
元素符号 原子结构示意图 原子半径 nm Be 0.111
Mg 0.160 Ca 0.197 Sr 0.215 Ba 0.217 原子最外层均为2个电子
原子易失去2个电子
元素金属性都较强
电子层数越来越多
原子半径越来越大
失电子能力越来越强
金属性越来越强
【思考】已知镁能与氧气和水反应。
（1）请预测钙的性质；
（2）请设计实验验证镁与钙金属性的强弱。
也能与O2、H2O反应，生成+2价化合物；金属性比Mg强，与O2或H2O反应更容易，也更剧烈
方案一：比较钙、镁分别与水(或酸)反应置换出氢的难易程度；
方案二：比较氢氧化钙与氢氧化镁的碱性强弱
【性质预测】
第IIA族金属元素(碱土金属元素)最高价氧化物对应水化物的碱性强弱递变顺序是怎样的？
Be(OH)2 < Mg(OH)2 < Ca(OH)2 < Sr(OH)2 < Ba(OH)2
金属性强弱：Be < Mg < Ca < Sr < Ba
1
+1
增多
增大
减弱
增强
增强
剧烈
IA
【小结】
失去1个
IA
同主族
周期表位置
反映
原子结构
最外层电子数
核电荷数
电子层数
原子半径
决定
元素性质
原子失电子能力
相似性
递变性
反映
“位置 — 结构 — 性质”模型
【小结】
锂的性质
铷的性质
铯的性质
碱金属化学性质的比较

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