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第一节 原子结构与元素周期表
第3课时：原子结构与元素性质—碱金属
第四章 物质结构 元素周期律
碱金属的概念及
原子结构特点
01
碱金属元素的性质
02
学习目标
1.通过观察实验现象，分析实验原理、阅读教材内容，探究认识碱金属元素性质的递变规律，能用原子结构理论初步加以解释同主族元素性质的递变规律，初步掌握元素性质与原子结构的关系，培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。
2.通过碱金属元素的相关性质的图表信息，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，落实证据推理与模型认知的化学核心素养。
在上一节课的学习中，我们知道门捷列夫绘制出了第一张元素周期表。这第一张元素周期表实际是有很多空格的（见PPT图片），门捷列夫预言其中很多未知元素的性质。那么门捷列夫是根据什么在预言未知元素的性质的呢？
结构决定性质，性质反映结构
碱金属的概念及原子结构特点
碱金属的概念及原子结构特点
活动一、原子结构与元素周期表的关系
任务一、根据元素周期表的结构特点，回答原子结构与元素周期表有
何关系？
①元素周期表有七个横行，每个横行叫做一个周期，即共分为七个周期，把电子
层数相同的元素，按原子序数递增顺序从左到右排列。
②元素周期表有十八个纵行，除8、9、10三个纵行叫第Ⅷ族外，每个纵行叫做一个族，即共分十六个族（七主七副），把最外电子层相同的元素，按电子层数递增的顺序由上而下排列。
碱金属的概念及原子结构特点
任务二、讨论交流：结合所学知识，思考元素化学性质与原子最外
层电子数有何关系？由此可得到什么结论？
①元素分为金属元素何非金属元素（包括稀有气体元素）。金属性最强的元
素是铯（Cs不包括放射性元素)，非金属属性最强的元素是氟（F）。
②金属元素的原子最外层电子数一般小于或等于4，容易失去电子形成稳定结
构，化学性质活泼，表现出金属性。
③非金属元素的原子最外层电子数一般大于或等于4，容易得到电子形成稳定
结构，化学性质活泼，表现出非金属性。
④稀有气体原子最外层电子数除氦为2个电子稳定结构外，都为8电子稳定结
构，既不易得到电子，也不易失去电子，化学性质稳定。
【结论】最外层电子数决定元素的化学性质。
对应训练
【典例1】下列关于碱金属元素的说法正确的是(　　)
①原子结构的相同点是最外层电子数相同，都为1；
②原子结构的不同点是随核电荷数的增加，电子层数增多，原子半径增大；
③具有相似的化学性质，都是活泼金属；
④都具有强还原性，在化合物中显＋1价；
⑤化学性质有差别，从Li到Cs，失电子能力逐渐增强
A．①③④ B．①③⑤ C．②④⑤ D．全部
D
【解析】 碱金属元素原子的最外层都有一个电子，都易失去一个电子，具有强还原性，在化合物中显＋1价，①③④正确；碱金属元素从Li到Cs，原子半径逐渐增大，原子核对核外电子的束缚力逐渐减弱，失电子能力逐渐增强，②⑤正确。
对应训练
【典例2】下列叙述中，正确的是(　　)
A．两种粒子，若核外电子排布完全相同，则其化学性质一定相同
B．凡单原子形成的离子，一定具有稀有气体元素原子的核外电子排布
C．两原子，如果核外电子排布相同，则一定属于同种元素
D．阴离子的核外电子排布一定与比它原子序数小的稀有气体元素原子
的核外电子排布相同
C
【解析】 两种粒子，若核外电子排布完全相同，则其化学性质不一定相同，例如钠离子和氟离子，A项错误；凡单原子形成的离子，不一定具有稀有气体元素原子的核外电子排布，例如H＋肯定不满足稀有气体的核外电子排布，B项错误；两原子，如果核外电子排布相同，那么质子数相同，则一定属于同种元素，C项正确；阴离子是原子得电子后的离子，则阴离子的核外电子排布与同周期的稀有气体元素原子的核外电子排布相同，D项错误。
碱金属的概念及原子结构特点
活动二、碱金属的概念及原子结构特点
除H以外的IA族元素。包括锂（Li）钠(Na）钾（K）铷（Rb）铯(Cs）钫（Fr）
碱金属的概念及原子结构特点
任务一、阅读教材P98-99页第一自然段，思考什么是碱金属元素？其
原子结构有何特点？可得到什么结论？
①元素周期表中第ⅠA族元素（除氢外）又称碱金属元素，包括锂(Li)、钠(Na)、
钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)、钫(Fr)六种元素。
【注意】化学性质非常活泼的金属，在自然界中都以化合态存在。其中钫（Fr）
是放射性元素，中学阶段不讨论。
②其原子结构具有相似性：最外层电子数都是1（小于4），从上到下即由Li→Cs，
随着核电荷数增加，电子层数增多。
碱金属的概念及原子结构特点
任务二、结合教材P99页“思考与讨论”，回答在周期表中，从上到下碱
金属元素原子的核电荷数、原子半径的变化有什么特点？
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
Li
3
1
2
1
3
Na
11
1
4
1
5
1
6
K
19
Rb
37
Cs
55
【结论】①最外层电子数相等；②从上到下，电子层数依次增加；原子半径依次增大。
对应训练
【典例1】以下关于锂、钠、钾、铷、铯的叙述正确的是(　　)
①氢氧化物中碱性最强的是CsOH　②单质熔点最高的是铯　③它们
都是热和电的良导体　④它们的密度依次增大，且都比水轻　⑤它
们的还原性依次增强　⑥它们对应阳离子的氧化性依次增强
A．①③ B．②⑤ C．②④⑥ D．①③⑤
D
【解析】①碱金属从上到下，金属性增强，最高价氧化物对应水化物碱性越强，氢氧化物中碱性最强的是CsOH，①正确；②从上到下，金属的熔点逐渐降低，单质熔点最高的是Li，②错误；③碱金属是是热和电的良导体，③正确；④碱金属密度具有增大趋势，但钠的密度大于钾的密度，铷、铯密度比水大，④错误；⑤从上到下金属性增强，它们的还原性依次增强，⑤正确；⑥从上到下它们对应阳离子的氧化性依次减弱，⑥错误；因此①③⑤正确，故D正确。
对应训练
【典例2】已知锂及其化合物的许多性质与碱金属差异较大，却与镁
相似。下面有关锂及其化合物的性质的叙述不正确的是(　　)
A.锂在过量氧气中燃烧，主要产物是Li2O而不是Li2O2
B.Li2CO3受热很难分解
C.在相同温度下，溶解度Li2CO3小于LiHCO3
D.少量的锂保存在固体石蜡中
B
【解析】碱金属中，锂最不活泼，密度最小，比煤油还轻，能浮在煤油上，故应保存在固体石蜡中。锂及其化合物的许多性质与镁相似，MgCO3受热易分解，Li2CO3受热也易分解，B错误；MgCO3的溶解度小于Mg(HCO3)2的溶解度，故在相同温度下，溶解度Li2CO3小于LiHCO3，C正确。
碱金属元素的性质
碱金属元素的性质
活动一、预测碱金属的化学性质
任务一、回忆第二章学过的知识，思考金属钠具有哪些化学性质？
①与非金属单质反应：
a.与氧气反应：新切开的钠具有银白色的金属光泽，在空气中很快变暗，失去金属光泽。在空气中点燃金属钠，钠先熔化成小球，然后剧烈燃烧，火焰呈黄色，生成淡黄色固体。
反应的化学方程式：4Na＋O2===2Na2O或2Na＋O2 Na2O2；
b.与氯气反应：金属钠在氯气中燃烧，产生大量白烟，产物为氯化钠。
化学方程式：2Na＋Cl2 2NaCl。
碱金属元素的性质
c.与硫反应：钠与硫混合研磨可发生爆炸，火星四射，产物为硫化钠。
化学方程式：2Na＋S Na2S。
②与水反应：浮于水面上（钠的密度小于水）、熔成一个小球（反应放热，
钠的熔点低）、四处游动（生成气体）、发出嘶嘶声（反应放热，热的钠使
水蒸发）、滴有酚酞的溶液变为红色（生成NaOH）。
化学方程式：2Na + 2H2O == 2NaOH + H2↑
③与盐溶液反应：先与水反应，生成的NaOH再与盐反应复分解反应。如与
CuSO4溶液反应反应化学方程式：2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑、
2NaOH + CuSO4===Na2SO4+Cu(OH)2↓，
总反应式：2Na＋2H2O + CuSO4===Na2SO4+Cu(OH)2↓＋H2↑。
碱金属元素的性质
任务二、结合碱金属的的原子结构特点，预测锂、钾可能具有哪些
与钠相似的化学性质？
①最外层都有1个电子→易失去1个电子→单质具有强还原性，都以化合态存在。
元素均具有较强的金属性，单质均体现较强的还原性；
②与非金属单质反应：如与O2反应生成相应的氧化物（Li2O、K2O)、与Cl2反应
生成LiCl和KCl、与H2O反应，能置换出H2O中的氢，反应通式为：2R＋2H2O==
2ROH＋H2↑等。
③与非氧化性酸反应，生成H2，反应通式为：2R＋2H＋===2R＋＋H2↑(R表示碱
金属Li、K，下同)。
④与水反应生成相应的碱和氢气，其通式为2R＋2H2O===2ROH＋H2↑等。
对应训练
【典例1】下列关于钠的说法不正确的是(　　)
A.金属钠和氧气反应，条件不同，产物不同
B.钠长期置于空气中，表面不能形成致密氧化膜
C.钠与水反应时，钠熔成小球在水面四处游动
D.由于钠比较活泼，所以它能从溶液中置换出金属活动性顺序表中钠
后面的金属
D
【解析】金属钠与氧气反应，常温生成氧化钠，加热生成过氧化钠，A项正确；钠长期置于空气中，表面先生成氧化钠，会与空气中的水反应，最终生成碳酸钠，不能生成致密氧化膜，B项正确；钠是活泼金属，熔点低，与水反应时，钠熔成小球在水面四处游动，C项正确；钠与盐溶液反应时，先与水反应，不能从盐溶液中置换出金属，D项不正确。
对应训练
【典例2】下列叙述正确的是（ ）
A．Na在空气中燃烧会生成Na2O2，故Li在空气中燃烧也会生成Li2O2
B．碱金属元素是指ⅠA族的所有元素
C．在熔融状态下，钠可以从MgCl2中置换出镁
D．Li、Na、K都可以保存在煤油中
C
【解析】A．Li在空气中燃烧只生成Li2O，故A错误；B．碱金属元素是指ⅠA族除氢外的金属元素，故B错误；C．钠比镁金属性强，能在熔融状态下置换出氯化镁中的镁单质，故C正确；D．Li的密度比煤油小，不能保存在煤油中，故D错误；故选：C。
碱金属元素的性质
活动二、实验探究碱金属的化学性质
碱金属元素的性质
实验操作
实验现象
化学方程式
实验结论
碱金属元素的性质
任务一、结合教材P100页实验（1）完成实验，观察比较金属钠、钾
与水反应的现象，分析原理，完成表格内容。
2Na＋O2 Na2O2 K＋O2→多种氧化物(产物中金属均为＋1价)
在空气中燃烧，钠产生黄色火焰，钾产生紫色火焰，钾燃烧更剧烈
钾原子半径比钠原子大，对最外层电子的引力弱，钾比钠更容易失去电子，同理，锂可以与O2反应，但不如钠剧烈：4Li＋O2 2Li2O。
碱金属元素的性质
任务二、结合教材P100页实验（2）完成实验，观察比较金属钠、钾
与水反应的现象，分析原理，完成表格内容。
碱金属 钾 钠
实验操作
实验现象 共同点 不同点 化学方程式
结论及原因分析 失电子能力： ①金属浮在水面上；②金属熔化成闪亮的小球；③小球四处游动；④发出“嘶嘶”的响声；⑤反应后的溶液呈红色
K与水反应更剧烈
2K＋2H2O===2KOH＋H2↑
2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑
K大于Na。K、Na最外层电子数目相同，但K比Na电子层数多，最外层电子离核较远，故K比Na更易失电子。
对应训练
【典例1】下列说法错误的是(　　)
A．化合物中碱金属元素的化合价都为＋1价
B．碱金属元素原子的次外层电子数都是8
C．碱金属元素的原子半径随核电荷数的增大而增大
D．碱金属元素都位于元素周期表的第ⅠA族
B
【解析】A项，碱金属元素的原子最外层只有1个电子，因 此在化合物中的化合价均为＋1价，正确；B项，Li原子的次外层电子数为2，错误；C项，核电荷数越大，电子层数越多，原子半径越大，正确；D项，碱金属元素都位于元素周期表的第ⅠA族，正确。
对应训练
【典例2】下列关于碱金属按Li、Na、K、Rb、Cs的顺序叙述中不正确
的是(　　)
A．碱金属原子最外层都只有一个电子，在化学反应中容易失电子表
现出强还原性
B．单质的熔点和沸点依次递减
C．单质都能与水反应生成碱，都能在空气中燃烧生成过氧化物
D．原子半径逐渐增大，单质与水反应的剧烈程度逐渐增强
C
【解析】金属锂在空气中燃烧只生成氧化物。
碱金属元素的性质
任务一、观察教材P101页表4-2，分析表中数据，思考碱金属单质的物
理性质表现出哪些相似性和递变性？
单质 颜色和状态 密度(g.cm3) 熔点(℃) 沸点(℃)
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 略带金属光泽，柔软 1.879 28.40 678.4
反常
沸点降低
熔点降低
密度增大
碱金属元素的性质
①相似性：银白色金属(Cs略带金色光泽)，质地较软，有延展性，密度较小，
熔点较低，均为电和热的良导体（如钠钾合金—室温呈液态）可用作核反应
堆的传热介质。
②递变性：由Li→Cs，随原子半径逐渐增大，密度逐渐增大(K反常)，熔沸
点逐渐降低；熔点、沸点逐渐降低等。
【注意】锂是最轻的金属，保存在石蜡里；其他保存在煤油中。
碱金属元素的性质
任务二、结合碱金属元素的原子结构的相似性和递变性，归纳总结
其单质的化学性质具有哪些相似性和递变性。
①相似性：
物理性质相似：它们都比较柔软，有延展性；密度都比较小，熔点也都比较
低，导热性和导电性也都很好，如液态钠可用作核反应。
化学性质相似，原子均易失去1个电子，均体现+1价，其单质都能
与氧气等非金属单质以及水反应，体现较强的还原性。如：4Li＋O2 2Li2O、
2Na＋O2 Na2O2、2R＋2H2O===2ROH＋H2↑（R表示碱金属元素）
碱金属元素的性质
②递变性：碱金属元素原子的最外层电子数都相等，但从Li到Cs，随着核电荷数的增加，碱金属元素原子的电子层数逐渐增多，原子核对核外电子的吸引能力逐渐减弱；失电子能力逐渐增强，金属性逐渐增强。具体表现：
a.由Li→Cs，单质的还原性逐渐增强，离子的氧化性逐渐减弱。 b.与O2的反应的程度越来越剧烈。 c.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。 d.最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐增强，CsOH的碱性最强_。
碱金属元素的性质
【注意】①钾与氧气反应生成多中氧化物，在中学阶段不作要求。
②一般情况下，元素的金属性强弱可以从其单质与水（酸）反应置换出氢气的难
易程度，以及它们的最高价氧化物的水化物—氢氧化物的碱性强弱来判断。
相似性 与金属单质 2R＋O2＝R2O 、2R＋Cl2＝2RCl
水 2R＋2H2O＝2ROH＋H2↑
非氧化性酸 2R＋2H＋＝2R＋＋H2↑
递变性 O2 从Li→Cs，与O2反应越来越剧烈，产物越来越复杂，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
H2O（或酸） 从Li→Cs，与H2O（或酸）反应越来越剧烈，如K与H2O反应可能会发生轻微爆炸，Rb和Cs遇水发生剧烈爆炸
最高价氧化物对应水化物的碱性 碱性：LiOH＜NaOH＜KOH＜RbOH＜CsOH
碱金属元素的性质
【碱金属元素的用途】
锂电池是一种高能电池。
锂有机化学中重要的催化剂
锂制造氢弹不可缺少的材料
锂是优质的高能燃料（已经
用于宇宙飞船、人造卫星和
超声速飞机）。
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。
钾的化合物最大用途是做钾肥、硝酸钾还用于做火药
液态钠可作为核反应堆的传热介质。
对应训练
【典例1】下列有关碱金属元素的性质判断正确的是(　　)
A．Li与H2O反应最剧烈
B．碱金属元素的阳离子没有还原性，所以有强氧化性
C．Rb比Na活泼，故Rb可以从NaCl溶液中置换出Na
D．从Li到Cs都易失去最外层1个电子，且失电子能力逐渐增强
D
【解析】A项，在碱金属元素中，Li是最不活泼的元素，错误；B项，碱金属阳离子很稳定，不具有强氧化性，错误；C项，Rb先与水反应，不会置换出Na，错误；D项，同主族元素从上到下金属性逐渐增强，正确。
对应训练
【典例2】据报道、德国科学家实现了铷(Rb)原子气体超流体态与绝
缘态的可逆转换，该成果将给量子计算机的研究带来重大突破。已
知铷在元素周期表中位于第五周期IA族。下列说法不正确的是( )
A．铷的原子序数为37 B．铷放到水中会比钠跟水反应更剧烈
C．铷的氧化物暴露在空气中易与CO2反应
D．铷的氢氧化物是弱碱
D
【解析】铷的原子核内有37个质子，则原子序数为37，A正确；铷的原子半径大于Na，则失电子能力大于Na，故放到水中会比钠跟水反应更剧烈，B正确；铷的氧化物为碱性氧化物，则暴露在空气中易与CO2反应，C正确；铷的失电子能力大于Na，则铷的氢氧化物是强碱，D错误；故选D。
1．下列关于同主族元素的说法错误的是(　　)
A．同主族元素随原子序数递增，元素原子的得电子能力逐渐增强
B．同主族元素随原子序数递增，单质氧化能力逐渐减弱
C．同主族元素原子最外层电子数都相同
D．同主族元素的原子半径，随原子序数增大而逐渐增大
A
【解析】同主族元素，最外层电子数相同，随原子序数增大，原子半径逐渐增大，得电子能力逐渐减弱，单质氧化性逐渐减弱，故A错误，B、C、D正确。
2．下列说法中，正确的是（ ）
A．碱金属单质的化学性质活泼，易从盐溶液中置换其它金属
B．碱金属单质在空气中燃烧生成的都是过氧化物
C．随核电荷数增加，碱金属单质溶、沸点降低
D．碱金属的原子半径越大，越易失电子，其还原性越弱
C
【解析】K、Na等过于活泼的碱金属先和水反应，生成强碱，而不是与盐溶液发生置换反应，故A错误；金属Li在空气中燃烧生成氧化锂，金属钾在空气中燃烧生成超氧化钾，只有金属钠在空气中燃烧生成过氧化钠，故B错误；随核电荷数增加，其阳离子半径越来越大，与自由电子的作用力越来越弱，所以碱金属单质溶、沸点降低，故C正确；碱金属的原子半径越大，原子核对最外层电子的吸引能力减弱，则越易失电子，其还原性越强，故D错误。答案选C。
3．下列关于碱金属的叙述中，正确的是（ ）
A．碱金属单质的密度随原子序数的增大而增大
B．碱金属随着原子序数增大，与水反应越剧烈
C．碱金属的原子半径越大，越易失电子，其还原性越弱
D．碱金属单质的化学性质活泼，易从盐溶液中置换其它金属
B
【解析】碱金属单质的密度随原子序数的增大而增大，Na，K反常，故A错误；碱金属随着原子序数增大，越易失电子，与水反应越剧烈，故B正确；碱金属的原子半径越大，越易失电子，其还原性越强，故C错误；Na，K性质活泼，先和水反应，而不是与盐溶液发生置换反应，故D错误；故答案选B。
4．借助碱金属和卤族元素的递变性分析下面的推断，其中正确的是(　　)
A．已知Ca是第四周期ⅡA族元素，故Ca(OH)2的碱性比Mg(OH)2的碱性弱
B．已知As是第四周期ⅤA族的元素，故AsH3的稳定性比NH3的稳定性强
C．已知Cs的原子半径比Na的原子半径大，故Cs与水反应比Na更剧烈
D．已知Cl的核电荷数比F的核电荷数多，Cl的原子半径比F的原子半径大
D
【解析】由碱金属元素和卤族元素的递变性可知，同主族元素从上到下金属性递增，非金属性递减，最高价氧化物对应的水化物碱性增强，金属活动性增强，非金属气态氢化物稳定性减弱，A、B、C错误；同主族元素随核电荷数增大，原子半径递增，D正确。

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