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电池中的元素世界
——原子结构与元素性质
第四章 物质结构 元素周期律
第一节 原子结构与元素周期律（3）
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一、认识锂原子
某种锂电池在工作时的化学反应可表示为
Li+MnO2=LiMnO2
电池工作时，锂原子从微观角度看发生了怎样的变化？
锂原子为什么会发生这种变化？
一、认识锂原子
原子失电子的趋势
原子得电子的趋势
元素的原子得失电子的趋势
元素具有金属性
元素具有非金属性
一、认识锂原子
“ 锂” 够用吗？
1辆高性能的电动汽车需要7104节锂电池，大约消耗63kg锂！目前全世界探明的锂资源总量为8000万吨，大约可以生产13亿台这样的电动汽车。预期到2036年地球上将有28亿辆汽车，其中将有1/3是新能源汽车。
一、认识锂原子
科学家认为可以用钠电池代替锂电池，钠元素自然界储量高，分布均匀、价格低廉，被市场视为当下锂电池的替代方案之一
钠资源 vs 锂资源 地壳丰度 分布 价格 元/kg
钠元素 2.75% 全球 2
锂元素 0.0065% 75%在美洲 150
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二、认识锂元素的家族
1.钠元素具有怎样的性质？
2.为什么科学家认为钠电池可以作为锂电池的替代品呢？
3.你认为还有哪些金属元素可能替代锂电池成为未来发展方向？
二、认识锂元素的家族
4.这些元素在周期表中的位置如何？
碱金属元素
二、认识锂元素的家族
4.这些元素在周期表中的位置如何？
碱金属元素
5.你能预测金属钾的性质吗？
二、认识锂元素的家族
实验探究1
将干燥的坩埚加热，切取绿豆大小的金属钾，投入到热坩埚中，继续加热片刻，待熔化后立即撤去酒精灯，观察现象。
较强的还原性
金属钾与金属钠
性质相似
二、认识锂元素的家族
实验探究2
在烧杯中加一些蒸馏水，滴入几滴酚酞溶液。切取绿豆大的金属钾，用镊子夹取并投入水中，观察现象。
单质钾的还原性比钠强
钾与水的反应
比钠与水更加剧烈
金属铷与金属铯能与水反应吗？反应的剧烈程度如何呢？
二、认识锂元素的家族
周期表位置 元素名称 元素符号 原子结构示意图 原子半径 元素性质 （相似性和递变性） 第ⅠA族 锂 Li 0.152nm 较强的金属性 元素金属性增强
钠 Na 0.186nm 钾 K 0.227nm 铷 Rb 0.248nm 铯 Cs 0.265nm 一般情况下，元素的金属性越强，金属单质的还原性越强，与水（或酸）反应越剧烈。
二、认识锂元素的家族
钾元素含量丰富，价格低廉，理论上可以用来制造高功率电
池。但科学家们却经常回避钾电池的研究，因为这种金属具
有非常高的活性，这使得钾电池的研制和生产变得非常困难。
三、认识卤族元素
电池两极参与反应的物质得失电子的能力差异越大，理论上能
给出更高的能量，碱金属容易失电子，什么元素的原子容易得
电子呢？
2.能否借助周期表寻找到更多这样到元素？
2021年8月，斯坦福大学团队开发了一种可充电的碱金属-氯电池，其可存储的电量是当前常见市售锂电池的6倍。
1.试着从原子结构的角度分析，哪种元素的原子可能有较强的得电子能力？
三、认识卤族元素
周期表位置 元素名称 元素符号 原子结构示意图 原子半径 元素性质 （相似性和递变性） 第ⅦA族 氟 F 半径增大 较强的非金属性 元素非金属性减弱
氯 Cl 溴 Br 碘 I
三、认识卤族元素
如何证明卤族元素的非金属性从上到下逐渐减弱？
提供试剂：
氯水、溴水、碘水、
NaCl溶液、NaBr溶液、KI溶液
三、认识卤族元素
实验步骤 现象 结论
向点滴板的一个孔穴中加3滴NaBr溶液再加入3滴氯水；向另一个孔穴中单独加3滴氯水；比较两者的颜色。 2KBr+Cl2=2KCl+Br2
氧化性：Cl2>Br2
向点滴板的一个孔穴中加3滴KI溶液，再加入3滴溴水：向另一个孔穴中单独加了滴溴水，比较两者的颜色。 2KI+Br2=2KBr+l2
氧化性：Br2>I2
如何证明卤族元素的非金属性从上到下逐渐减弱？
三、认识卤族元素
如何证明卤族元素的非金属性从上到下逐渐减弱？
H2+F2=2HF
暗处剧烈反应并爆炸；HF很稳定
光照或点燃反应；HCl较稳定
加热至一定温度；HBr不如HCl稳定
不断加热才能缓慢进行；HI不稳定
一般情况下，元素的非金属性越强，非金属单质的氧化性越强，非金属单质与氢气的反应越容易，生成的氢化物越稳定
H2+Cl2=2HCl
光照/点燃
H2+Br2=2HBr
Δ
H2+I2 2HI
Δ
课堂总结
比较金属性强弱（一般情况下）：
（1）单质与水（或酸）反应生成氢气的难易程度（金属性越强反应越容易）；
（2）最高价氧化物的水化物——氢氧化物的碱性强弱（金属性越强氢氧化物的碱性越强）。
比较非金属性强弱（一般情况下）：
（1）单质与氢气反应生成气态氢化物的难易程度（非金属性越强反应越容易）；
（2）气态氢化物的稳定性（非金属性越强气态氢化物越稳定）；
（3）最高价氧化物水化物的酸性强弱（非金属性越强酸性越强）。
电子层数逐渐增多
碱金属元素
ⅠA族
卤族元素
ⅦA族
同主族元素
最外层电子数相等，元素性质相似
元素金属性增强
失电子能力逐渐增强
元素非金属性减弱
得电子能力逐渐减弱
课堂总结
铝元素与钠元素相比的金属性如何？
同周期元素的性质该如何研究？

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