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第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu) 元素周期律
第一節(jié) 原子結(jié)構(gòu)與元素周期表
4. 1. 4 原子結(jié)構(gòu)與元素的性質(zhì) - 堿金屬元素
學(xué)習(xí)目標(biāo)
1、以ⅠA、ⅦA族元素為例，通過探究認(rèn)識(shí)同主族元素性質(zhì)的遞變規(guī)律，并能用原子結(jié)構(gòu)理論初步加以解釋；培養(yǎng)分析、處理數(shù)據(jù)的能力，嘗試運(yùn)用比較、歸納等方法對(duì)信息進(jìn)行加工。
試想哪些易得電子，哪些易失電子？
一、原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)的關(guān)系
最外層電子數(shù) < 4
易失去電子
金屬性
最外層電子數(shù) ≥ 4
易得到電子
非金屬性
(還原性)
(氧化性)
穩(wěn)定結(jié)構(gòu)
，
不易得失電子
原子結(jié)構(gòu)決定元素的性質(zhì)
ⅠA族 元素名稱 元素符號(hào) 核電荷數(shù) 原子結(jié)構(gòu)示意圖 最外層電子數(shù) 電子層數(shù) 原子半徑(nm)
堿 金 屬 元 素 鋰 0.152
鈉 0.186
鉀 0.227
銣 0.248
銫 0.265
二、堿金屬元素的原子結(jié)構(gòu)
Li
Na
K
Rb
Cs
3
11
19
37
55
1
1
1
1
1
2
3
4
5
6
最外層都只有1個(gè)電子
相似性
電子層數(shù)逐漸增多
原子半徑逐漸增大
遞變性
核電荷數(shù)逐漸增加
堿金屬單質(zhì) 顏色狀態(tài) （常態(tài)） 密度 （g cm-3） 熔點(diǎn) 0C 沸點(diǎn)
0C
Li 銀白色，柔軟 0.534 180.5 1347
Na 銀白色，柔軟 0.97 97.81 882.9
K 銀白色，柔軟 0.86 63.65 774
Rb 銀白色，柔軟 1.532 38.89 688
Cs 略帶金色光澤，柔軟 1.879 28.40 678.4
三、堿金屬單質(zhì)的主要物理性質(zhì)及遞變規(guī)律
密度逐漸增大
鉀的密度反常，比鈉小
熔點(diǎn)逐漸降低
沸點(diǎn)逐漸降低
銣
【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)
問：金屬Li(最輕的金屬)與K應(yīng)如何保存？
相似性:
大多為銀白色(Cs略帶金色光澤)，質(zhì)軟，有延展性；密度較小，熔點(diǎn)較低，導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性強(qiáng)
遞變性:
Li
Na
K
Rb
Cs
單質(zhì)密度逐漸增大，熔、沸點(diǎn)逐漸降低
Li封存于固體石蠟中；
少量K保存于煤油中，大量保存于石蠟中
三、堿金屬單質(zhì)的主要物理性質(zhì)及遞變規(guī)律
元素符號(hào) 原子結(jié)構(gòu)示意圖 原子半徑
Li
Na K Rb Cs 【性質(zhì)預(yù)測(cè)】
1、相似性:
堿金屬元素原子的最外層都只有 個(gè)電子，在化學(xué)反應(yīng)中容易 電子，生成 價(jià)的陽離子，表現(xiàn)出很強(qiáng)的 ，在自然界中都以 存在。
1
失去1個(gè)
+1
還原性(或金屬性)
化合態(tài)
2、遞變性:
隨著核電荷數(shù)的增加，堿金屬元素原子的電子層數(shù)逐漸 ，原子半徑逐漸 ，原子核對(duì)最外層電子的引力逐漸 ，原子失去最外層電子的能力逐漸 。即從鋰到銫，還原性(或 )逐漸 。
增多
增大
減弱
增強(qiáng)
金屬性
增強(qiáng)
【問題和預(yù)測(cè)】
（1）回憶第二章學(xué)過的知識(shí)，鈉有哪些化學(xué)性質(zhì)？
（2）結(jié)合鋰、鈉和鉀的原子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，請(qǐng)你預(yù)測(cè)鋰、鉀可能具有哪些與鈉相似的化學(xué)性質(zhì)。
提示：鈉可以與O2、H2O、酸、鹽溶液等物質(zhì)反應(yīng)
提示：鋰、鉀也可以與O2、H2O、酸、鹽溶液等物質(zhì)反應(yīng)，且Li、Na、K反應(yīng)劇烈程度逐漸增強(qiáng)
【實(shí)驗(yàn)和觀察】
（1）將干燥的坩堝加熱，同時(shí)切取一塊綠豆大的鉀，用鑷子夾取并迅速投到熱坩堝中。繼續(xù)加熱片刻，待鉀熔化后立即撤掉酒精燈，觀察現(xiàn)象。
四、堿金屬的主要化學(xué)性質(zhì)及遞變規(guī)律
1、與氧氣反應(yīng)
Li Na K Rb Cs
與O2反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 化學(xué)方程式 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 堿金屬從上到下，均與氧氣反應(yīng)，且程度越來越劇烈，產(chǎn)物越來越復(fù)雜
劇烈燃燒，產(chǎn)生黃色火焰，生成一種淡黃色固體
2Na + O2 = Na2O2
△
4Li + O2 = 2Li2O
△
劇烈燃燒，發(fā)出紫色火焰，生成黃色晶體
K + O2 = KO2
△
在空氣中燃燒，反應(yīng)不如鈉劇烈
遇空氣立即著火燃燒，生成更復(fù)雜的氧化物
生成比超氧化物更復(fù)雜的氧化物
Na2O
K2O
K2O2
堿金屬還原性(或金屬性)逐漸增強(qiáng)
Li < Na < K < Rb < Cs
透過藍(lán)色鈷玻璃觀察
【實(shí)驗(yàn)和觀察】
（2）在燒杯中加入一些水，滴入幾滴酚酞溶液。切取一塊綠豆大小的鉀，用鑷子夾取并投入水中，觀察現(xiàn)象。
四、堿金屬的主要化學(xué)性質(zhì)及遞變規(guī)律
2、與水反應(yīng)
Li Na K Rb Cs
與H2O反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 化學(xué)方程式 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 劇烈反應(yīng)，浮在水面，熔化，四處游動(dòng)，嘶嘶響聲，溶液變紅
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑
更劇烈，浮在水面，熔成小球，燃燒并輕微爆炸
2K + 2H2O = 2KOH + H2↑
沉在水底，立即燃燒爆炸
2Rb + 2H2O = 2RbOH + H2↑
2Cs + 2H2O = 2CsOH + H2↑
反應(yīng)較緩和，鋰浮在水面，不熔化
2Li + 2H2O = 2LiOH + H2↑
堿性強(qiáng)弱：LiOH < NaOH < KOH < RbOH < CsOH
堿金屬從上到下，與水反應(yīng)程度越來越劇烈，生成氫氣速率越來越快，生成氫氧化物的堿性越來越強(qiáng)
堿金屬還原性(或金屬性)逐漸增強(qiáng)
2M + 2H2O = 2MOH + H2↑
2R + 2H+ = 2R+ + H2↑
四、堿金屬的主要化學(xué)性質(zhì)及遞變規(guī)律
3、與酸反應(yīng)
4、與鹽溶液反應(yīng)
【例】將金屬K放到CuSO4溶液中，書寫離子方程式？
2K + Cu2+ + 2H2O = 2K+ + Cu(OH)2↓ + H2↑
★ 注意：堿金屬都不能從水溶液中置換金屬
Li Na K Rb Cs
元素(單質(zhì))還原性逐漸增強(qiáng)
Li+ Na+ K+ Rb+ Cs+
離子氧化性逐漸減弱
【歸納總結(jié)】
元素金屬性強(qiáng)弱判斷依據(jù)
① 單質(zhì)與水(或酸)反應(yīng)置換出H的難易程度
② 最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物 —— 氫氧化物的堿性強(qiáng)弱
③ 單質(zhì)還原性越強(qiáng)，即元素金屬性越強(qiáng)
④ 金屬離子氧化性越弱，即元素金屬性越強(qiáng)
1、已知金屬A可與冷水反應(yīng)，金屬B和熱水才能反應(yīng)，金屬C和水不能反應(yīng)，判斷金屬A、B、C的金屬性強(qiáng)弱？
2、已經(jīng)NaOH是強(qiáng)堿，Mg(OH)2是中強(qiáng)堿，Al(OH)3是兩性氫氧化物，則Na、Mg、Al的金屬性強(qiáng)弱順序如何？
金屬性：A ＞ B ＞ C
金屬性：Na ＞ Mg ＞ Al
堿金屬元素的用途
鋰電池是一種高能電池；
鋰是有機(jī)化學(xué)中重要的催化劑；
鋰是制造氫彈不可缺少的材料；
鋰是優(yōu)質(zhì)的高能燃料(用于宇宙飛船、人造衛(wèi)星和超聲速飛機(jī))
堿金屬元素的用途
鈉鉀合金(室溫下呈液態(tài))可用作核反應(yīng)堆的傳熱介質(zhì)
鉀肥
硝酸鉀用于制火藥
堿金屬元素的用途
光電管
真空管
銣銫主要用于制備光電管、真空管；銫原子鐘是目前最準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)儀器
銫原子鐘
感應(yīng)門
1、Na2O2和KO2都可以用作潛艇的供氧劑，請(qǐng)寫出它們與H2O、CO2反應(yīng)的化學(xué)方程式，比較其中哪種供氧劑更好？
2Na2O2 + 2H2O = 4NaOH + O2↑
2Na2O2 + 2CO2 = 2Na2CO3 + O2
4KO2 + 2H2O = 4KOH + 3O2↑
4KO2 + 2CO2 = 2K2CO3 + 3O2
【思考】已知鎂能與氧氣和水反應(yīng)。
（1）請(qǐng)預(yù)測(cè)鈣的性質(zhì)；
（2）請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證鎂與鈣金屬性的強(qiáng)弱。
【拓展與應(yīng)用】
元素符號(hào) 原子結(jié)構(gòu)示意圖 原子半徑 nm Be 0.111
Mg 0.160 Ca 0.197 Sr 0.215 Ba 0.217 原子最外層均為2個(gè)電子
原子易失去2個(gè)電子
元素金屬性都較強(qiáng)
電子層數(shù)越來越多
原子半徑越來越大
失電子能力越來越強(qiáng)
金屬性越來越強(qiáng)
【思考】已知鎂能與氧氣和水反應(yīng)。
（1）請(qǐng)預(yù)測(cè)鈣的性質(zhì)；
（2）請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證鎂與鈣金屬性的強(qiáng)弱。
也能與O2、H2O反應(yīng)，生成+2價(jià)化合物；金屬性比Mg強(qiáng)，與O2或H2O反應(yīng)更容易，也更劇烈
方案一：比較鈣、鎂分別與水(或酸)反應(yīng)置換出氫的難易程度；
方案二：比較氫氧化鈣與氫氧化鎂的堿性強(qiáng)弱
【性質(zhì)預(yù)測(cè)】
第IIA族金屬元素(堿土金屬元素)最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的堿性強(qiáng)弱遞變順序是怎樣的？
Be(OH)2 < Mg(OH)2 < Ca(OH)2 < Sr(OH)2 < Ba(OH)2
金屬性強(qiáng)弱：Be < Mg < Ca < Sr < Ba
1
+1
增多
增大
減弱
增強(qiáng)
增強(qiáng)
劇烈
IA
【小結(jié)】
失去1個(gè)
IA
同主族
周期表位置
反映
原子結(jié)構(gòu)
最外層電子數(shù)
核電荷數(shù)
電子層數(shù)
原子半徑
決定
元素性質(zhì)
原子失電子能力
相似性
遞變性
反映
“位置 — 結(jié)構(gòu) — 性質(zhì)”模型
【小結(jié)】
鋰的性質(zhì)
銣的性質(zhì)
銫的性質(zhì)
堿金屬化學(xué)性質(zhì)的比較

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