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第一节 原子结构与元素周期表
高一化学·必修第一册·第四章
目
录
PART-01
演示实验，回忆旧知
PART-02
PART-03
原子结构对物理性质的影响
PART-04
原子结构对化学性质的影响
PART-05
根据模型预测碱土金属性质
分析原子结构
碱金属元素
密度较小，熔沸点较低，与水反应生成碱
——相似性
从锂到钾熔沸点逐渐减小，反应越来越剧烈
——递变性
锂Li 钠Na 钾K
与水反应
方程式
浮、熔、游、响、红
浮、熔、游、爆、红
浮、熔、游、微响、红
2Li+2H20=2LiOH+H2↑
一、回忆旧知
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 3
钠 11
钾 19
铷 37
铯 55
Li
Na
K
Rb
Cs
0.152
0.186
0.227
0.248
0.265
1
1
1
1
1
2
3
4
5
6
相似性
递变性
二、原子结构
碱金属单质的主要物理性质
递变性：从Li到Cs密度逐渐增大（K特殊），熔沸点逐渐降低。
0.97
0.534
0.86
1.532
1.879
180.5
97.81
63.65
38.89
28.40
1347
882.9
774
688
678.4
相似性：密度相对较小，熔沸点相对较低。
K密度反常
三、物理性质
【思考】Li→Cs：密度为什么逐渐增大，K特殊？
1.密度的概念？
2.金属的结构？
单位体积金属的质量
【思考】Li→Cs：熔沸点为什么逐渐降低。
主要考虑正负电荷的吸引力
1.熔沸点的概念？
2.作用力如何产生的？
物质状态发生变化，克服作用力使得原子间距离变大
同学展示1：原子结构对物理性质的影响
密度的计算公式：ρ=m/v
质量的决定因素：
体积的决定因素：
m是金属的质量 v是金属的体积
假设碱金属的物质的量均为1mol：
ρ=M/（kr3）
密度与相对原子质量成正比；
密度与原子半径的立方成反比；
所以要综合考虑。
k是常数
相对原子质量M
金属原子的空隙和半径，kr3
一：Li→Cs：密度为什么逐渐增大，K特殊？
从Na到K,r3变化较显著，所以密度数值反而减小。
元素名称 Li Na k Rb Cs
密度(g.cm3) 0.543 0.97 0.86 1.532 1.879
相对原子质量 7 23 39 85 133
原子半径(cm) 1.52*10-8 1.86*10-8 2.27*10-8 2.48*10-8 2.65*10-8
相对原子质量
r3之比
Li：Na=1:3.3
Li：Na=1:1.8
Na：K=1:1.7
Na：K=1:1.8
K：Rb=1:2.2
K：Rb=1:1.3
Rb：Cs=1:1.6
Rb：Cs=1:1.2
从Li到Na,K到Rb,Rb到Cs，相对原子质量变化较显著，因此密度数值增大显著。
一：Li→Cs：密度为什么逐渐增大，K特殊？
作用力的决定因素：r2
总结：从锂到铯，半径增大，F逐渐减小，熔沸点减小
主要作用力的计算公式：F=kQ1Q2/r2
二：Li→Cs：熔沸点为什么逐渐降低。
【碱金属与氧气反应的比较】取一小块锂、钠和钾，放在石棉网上加热，观察现象。
剧烈燃烧，生成淡黄色固体
剧烈燃烧，生成黄色固体
递变性：反应越来越剧烈，反应产物不一样。
相似性：都能与氧气反应。
剧烈燃烧，生成白色固体
4Li+O2===2Li2O（氧化锂）
2Na+O2===Na2O2（过氧化钠）
K+O2===KO2（超氧化钾）
四、化学性质
【思考】Li→K：为什么都能与氧气反应？为什么反应越来越剧烈呢？
原子最外层电子数都是1，易失去电子，体现金属性。单质体现还原性。
原子电子层数多，半径增大，失去电子能力增强，金属性逐渐增强。单质还原性增强。
【思考】Li→Cs：与氧气点燃产物为什么不同呢？
阴阳离子相互匹配原则：
半径较小的阳离子趋向于与半径小的阴离子结合；半径较大的阳离子趋向于与半径大的阴离子结合；半径小的离子易与价数高的异性离子相结合。
【资料卡片】
O2-的半径156pm O2-的半径163pm 、O22-的半径180pm
K+的半径133pm：
与半径相近的阴离子O2-相匹配生成KO2
Li+的半径60pm：
Na+的半径95pm：
与半径小且价数高的O2-相匹配生成Li2O
与半径大但价数高的O22-匹配生成Na2O2
原子最外层电子数都是1，易失去电子，体现金属性。单质体现还原性。
原子电子层数多，半径增大，失去电子能力增强，金属性逐渐增强。单质还原性增强。
【思考】Li→K：为什么能与水反应。为什么与水反应的剧烈程度逐渐增大？
【思考】Li→K：与水反应的产物ROH为什么呈碱性？碱性强弱是怎样的？
【资料卡片】
同学展示2：原子结构对化学性质的影响
金属离子结构对电离方式的影响
若氢氧化物R的电荷越低，半径越大，则R吸引氧原子的能力越弱，结果使OH-容易被电离出来,氢氧化物便发生碱式电离，反之便发生酸式电离。
R—O—H
金属离子结构对电离程度的影响
氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾碱性应该增强。
思考：Li→K，从实验事实看碱性相同；从理论看，氢氧化钾的碱性更强；为什么？
【资料卡片】
量程100
量程200
程度为110、130、150
程度为110、130、150
拉平效应
区分效应
KOH乙醇溶液 pH为12.16
NaOH乙醇溶液 pH为10.86
25ml乙醇+0.03mol NaOH
25ml乙醇+0.03mol KOH
a few moments later······
化学性质
TEACHING
COURSEWARE
化学性质归纳总结
金属性强弱的判断依据：
单质与O2、水、酸等反应剧烈程度；元素对应最高价氧化物的水化物的碱性强弱。
相似性:最外层电子数是1，元素金属性较强，单质还原性较强。
电子层数逐渐增多
原子失电子的能力逐渐增强　
原子半径逐渐增大
递变性:从Li→Cs核电荷数增加
元素的金属性逐渐增强
核对最外层电子的引力逐渐减弱
结构递变
性质递变
决定
整理结构决定性质的模型
应用模型预测性质
根据资料和实验验证预测
制作一份手抄报
【思考】Be、Mg、Ca也在同一纵行，请根据原子结构预测性质？
预测碱土金属性质
同学展示3：Be、Mg、Ca性质预测及验证
碱金属总结
原子结构分析
原子结构解释物理性质
原子结构解释化学性质
Be、Mg、Ca性质预测及验证
原子结构分析
01
物理性质预测
02
化学性质预测
03
性质验证
04
原子结构分析
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)
铍
0.152
镁
0.186
钙
0.227
Be
Mg
Ca
4
12
20
2
2
2
2
3
4
相似性
递变性
物理性质预测
元素名称 Be Mg Ca
相对原子质量 9 24 40
原子半径(pm) 89 136 174
相对原子质量
r3之比
Be：Mg=1：2.7
Be：Mg=1：3.6
Mg：Ca=1：1.2
Mg：Ca=1：2.1
根据ρ=kM/r3，半径变化占主要影响因素，预测密度逐渐减小。
根据F=kQ1Q2/r2，半径逐渐增大，预测熔沸点逐渐减小。
化学性质预测
与氧气反应，且越来越剧烈
01
02
与水反应，且越来越剧烈。最高价氧化物对应水化物碱性增强。
02
原子电子层数多，半径增大，失去电子能力增强，金属性逐渐增强。
最外层电子数是2，元素金属性较强，单质还原性较强。
性质验证
Be Mg Ca
密度(g.cm3) 1.85 1.74 1.55
熔点 1556 923 1123
沸点 3243 1363 1757
密度符合预测
熔沸点不符合预测，推测可能是与空隙有关的k导致的
1.物理性质验证
2.化学性质验证
最高价氧化物对应水化物碱性增强
与水反应：Ca比Mg剧烈
敬请指导

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