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第一節 原子結構與元素周期表
第3課時：原子結構與元素性質—堿金屬
第四章 物質結構 元素周期律
堿金屬的概念及
原子結構特點
01
堿金屬元素的性質
02
學習目標
1.通過觀察實驗現象，分析實驗原理、閱讀教材內容，探究認識堿金屬元素性質的遞變規律，能用原子結構理論初步加以解釋同主族元素性質的遞變規律，初步掌握元素性質與原子結構的關系，培養宏觀辨識與微觀探析的化學核心素養。
2.通過堿金屬元素的相關性質的圖表信息，培養分析、處理數據的能力，嘗試運用比較、歸納等方法對信息進行加工，落實證據推理與模型認知的化學核心素養。
在上一節課的學習中，我們知道門捷列夫繪制出了第一張元素周期表。這第一張元素周期表實際是有很多空格的（見PPT圖片），門捷列夫預言其中很多未知元素的性質。那么門捷列夫是根據什么在預言未知元素的性質的呢？
結構決定性質，性質反映結構
堿金屬的概念及原子結構特點
堿金屬的概念及原子結構特點
活動一、原子結構與元素周期表的關系
任務一、根據元素周期表的結構特點，回答原子結構與元素周期表有
何關系？
①元素周期表有七個橫行，每個橫行叫做一個周期，即共分為七個周期，把電子
層數相同的元素，按原子序數遞增順序從左到右排列。
②元素周期表有十八個縱行，除8、9、10三個縱行叫第Ⅷ族外，每個縱行叫做一個族，即共分十六個族（七主七副），把最外電子層相同的元素，按電子層數遞增的順序由上而下排列。
堿金屬的概念及原子結構特點
任務二、討論交流：結合所學知識，思考元素化學性質與原子最外
層電子數有何關系？由此可得到什么結論？
①元素分為金屬元素何非金屬元素（包括稀有氣體元素）。金屬性最強的元
素是銫（Cs不包括放射性元素)，非金屬屬性最強的元素是氟（F）。
②金屬元素的原子最外層電子數一般小于或等于4，容易失去電子形成穩定結
構，化學性質活潑，表現出金屬性。
③非金屬元素的原子最外層電子數一般大于或等于4，容易得到電子形成穩定
結構，化學性質活潑，表現出非金屬性。
④稀有氣體原子最外層電子數除氦為2個電子穩定結構外，都為8電子穩定結
構，既不易得到電子，也不易失去電子，化學性質穩定。
【結論】最外層電子數決定元素的化學性質。
對應訓練
【典例1】下列關于堿金屬元素的說法正確的是(　　)
①原子結構的相同點是最外層電子數相同，都為1；
②原子結構的不同點是隨核電荷數的增加，電子層數增多，原子半徑增大；
③具有相似的化學性質，都是活潑金屬；
④都具有強還原性，在化合物中顯＋1價；
⑤化學性質有差別，從Li到Cs，失電子能力逐漸增強
A．①③④ B．①③⑤ C．②④⑤ D．全部
D
【解析】 堿金屬元素原子的最外層都有一個電子，都易失去一個電子，具有強還原性，在化合物中顯＋1價，①③④正確；堿金屬元素從Li到Cs，原子半徑逐漸增大，原子核對核外電子的束縛力逐漸減弱，失電子能力逐漸增強，②⑤正確。
對應訓練
【典例2】下列敘述中，正確的是(　　)
A．兩種粒子，若核外電子排布完全相同，則其化學性質一定相同
B．凡單原子形成的離子，一定具有稀有氣體元素原子的核外電子排布
C．兩原子，如果核外電子排布相同，則一定屬于同種元素
D．陰離子的核外電子排布一定與比它原子序數小的稀有氣體元素原子
的核外電子排布相同
C
【解析】 兩種粒子，若核外電子排布完全相同，則其化學性質不一定相同，例如鈉離子和氟離子，A項錯誤；凡單原子形成的離子，不一定具有稀有氣體元素原子的核外電子排布，例如H＋肯定不滿足稀有氣體的核外電子排布，B項錯誤；兩原子，如果核外電子排布相同，那么質子數相同，則一定屬于同種元素，C項正確；陰離子是原子得電子后的離子，則陰離子的核外電子排布與同周期的稀有氣體元素原子的核外電子排布相同，D項錯誤。
堿金屬的概念及原子結構特點
活動二、堿金屬的概念及原子結構特點
除H以外的IA族元素。包括鋰（Li）鈉(Na）鉀（K）銣（Rb）銫(Cs）鈁（Fr）
堿金屬的概念及原子結構特點
任務一、閱讀教材P98-99頁第一自然段，思考什么是堿金屬元素？其
原子結構有何特點？可得到什么結論？
①元素周期表中第ⅠA族元素（除氫外）又稱堿金屬元素，包括鋰(Li)、鈉(Na)、
鉀(K)、銣(Rb)、銫(Cs)、鈁(Fr)六種元素。
【注意】化學性質非常活潑的金屬，在自然界中都以化合態存在。其中鈁（Fr）
是放射性元素，中學階段不討論。
②其原子結構具有相似性：最外層電子數都是1（小于4），從上到下即由Li→Cs，
隨著核電荷數增加，電子層數增多。
堿金屬的概念及原子結構特點
任務二、結合教材P99頁“思考與討論”，回答在周期表中，從上到下堿
金屬元素原子的核電荷數、原子半徑的變化有什么特點？
元素名稱 元素符號 核電荷數 原子結構示意圖 最外層電子數 電子層數 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
Li
3
1
2
1
3
Na
11
1
4
1
5
1
6
K
19
Rb
37
Cs
55
【結論】①最外層電子數相等；②從上到下，電子層數依次增加；原子半徑依次增大。
對應訓練
【典例1】以下關于鋰、鈉、鉀、銣、銫的敘述正確的是(　　)
①氫氧化物中堿性最強的是CsOH　②單質熔點最高的是銫　③它們
都是熱和電的良導體　④它們的密度依次增大，且都比水輕　⑤它
們的還原性依次增強　⑥它們對應陽離子的氧化性依次增強
A．①③ B．②⑤ C．②④⑥ D．①③⑤
D
【解析】①堿金屬從上到下，金屬性增強，最高價氧化物對應水化物堿性越強，氫氧化物中堿性最強的是CsOH，①正確；②從上到下，金屬的熔點逐漸降低，單質熔點最高的是Li，②錯誤；③堿金屬是是熱和電的良導體，③正確；④堿金屬密度具有增大趨勢，但鈉的密度大于鉀的密度，銣、銫密度比水大，④錯誤；⑤從上到下金屬性增強，它們的還原性依次增強，⑤正確；⑥從上到下它們對應陽離子的氧化性依次減弱，⑥錯誤；因此①③⑤正確，故D正確。
對應訓練
【典例2】已知鋰及其化合物的許多性質與堿金屬差異較大，卻與鎂
相似。下面有關鋰及其化合物的性質的敘述不正確的是(　　)
A.鋰在過量氧氣中燃燒，主要產物是Li2O而不是Li2O2
B.Li2CO3受熱很難分解
C.在相同溫度下，溶解度Li2CO3小于LiHCO3
D.少量的鋰保存在固體石蠟中
B
【解析】堿金屬中，鋰最不活潑，密度最小，比煤油還輕，能浮在煤油上，故應保存在固體石蠟中。鋰及其化合物的許多性質與鎂相似，MgCO3受熱易分解，Li2CO3受熱也易分解，B錯誤；MgCO3的溶解度小于Mg(HCO3)2的溶解度，故在相同溫度下，溶解度Li2CO3小于LiHCO3，C正確。
堿金屬元素的性質
堿金屬元素的性質
活動一、預測堿金屬的化學性質
任務一、回憶第二章學過的知識，思考金屬鈉具有哪些化學性質？
①與非金屬單質反應：
a.與氧氣反應：新切開的鈉具有銀白色的金屬光澤，在空氣中很快變暗，失去金屬光澤。在空氣中點燃金屬鈉，鈉先熔化成小球，然后劇烈燃燒，火焰呈黃色，生成淡黃色固體。
反應的化學方程式：4Na＋O2===2Na2O或2Na＋O2 Na2O2；
b.與氯氣反應：金屬鈉在氯氣中燃燒，產生大量白煙，產物為氯化鈉。
化學方程式：2Na＋Cl2 2NaCl。
堿金屬元素的性質
c.與硫反應：鈉與硫混合研磨可發生爆炸，火星四射，產物為硫化鈉。
化學方程式：2Na＋S Na2S。
②與水反應：浮于水面上（鈉的密度小于水）、熔成一個小球（反應放熱，
鈉的熔點低）、四處游動（生成氣體）、發出嘶嘶聲（反應放熱，熱的鈉使
水蒸發）、滴有酚酞的溶液變為紅色（生成NaOH）。
化學方程式：2Na + 2H2O == 2NaOH + H2↑
③與鹽溶液反應：先與水反應，生成的NaOH再與鹽反應復分解反應。如與
CuSO4溶液反應反應化學方程式：2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑、
2NaOH + CuSO4===Na2SO4+Cu(OH)2↓，
總反應式：2Na＋2H2O + CuSO4===Na2SO4+Cu(OH)2↓＋H2↑。
堿金屬元素的性質
任務二、結合堿金屬的的原子結構特點，預測鋰、鉀可能具有哪些
與鈉相似的化學性質？
①最外層都有1個電子→易失去1個電子→單質具有強還原性，都以化合態存在。
元素均具有較強的金屬性，單質均體現較強的還原性；
②與非金屬單質反應：如與O2反應生成相應的氧化物（Li2O、K2O)、與Cl2反應
生成LiCl和KCl、與H2O反應，能置換出H2O中的氫，反應通式為：2R＋2H2O==
2ROH＋H2↑等。
③與非氧化性酸反應，生成H2，反應通式為：2R＋2H＋===2R＋＋H2↑(R表示堿
金屬Li、K，下同)。
④與水反應生成相應的堿和氫氣，其通式為2R＋2H2O===2ROH＋H2↑等。
對應訓練
【典例1】下列關于鈉的說法不正確的是(　　)
A.金屬鈉和氧氣反應，條件不同，產物不同
B.鈉長期置于空氣中，表面不能形成致密氧化膜
C.鈉與水反應時，鈉熔成小球在水面四處游動
D.由于鈉比較活潑，所以它能從溶液中置換出金屬活動性順序表中鈉
后面的金屬
D
【解析】金屬鈉與氧氣反應，常溫生成氧化鈉，加熱生成過氧化鈉，A項正確；鈉長期置于空氣中，表面先生成氧化鈉，會與空氣中的水反應，最終生成碳酸鈉，不能生成致密氧化膜，B項正確；鈉是活潑金屬，熔點低，與水反應時，鈉熔成小球在水面四處游動，C項正確；鈉與鹽溶液反應時，先與水反應，不能從鹽溶液中置換出金屬，D項不正確。
對應訓練
【典例2】下列敘述正確的是（ ）
A．Na在空氣中燃燒會生成Na2O2，故Li在空氣中燃燒也會生成Li2O2
B．堿金屬元素是指ⅠA族的所有元素
C．在熔融狀態下，鈉可以從MgCl2中置換出鎂
D．Li、Na、K都可以保存在煤油中
C
【解析】A．Li在空氣中燃燒只生成Li2O，故A錯誤；B．堿金屬元素是指ⅠA族除氫外的金屬元素，故B錯誤；C．鈉比鎂金屬性強，能在熔融狀態下置換出氯化鎂中的鎂單質，故C正確；D．Li的密度比煤油小，不能保存在煤油中，故D錯誤；故選：C。
堿金屬元素的性質
活動二、實驗探究堿金屬的化學性質
堿金屬元素的性質
實驗操作
實驗現象
化學方程式
實驗結論
堿金屬元素的性質
任務一、結合教材P100頁實驗（1）完成實驗，觀察比較金屬鈉、鉀
與水反應的現象，分析原理，完成表格內容。
2Na＋O2 Na2O2 K＋O2→多種氧化物(產物中金屬均為＋1價)
在空氣中燃燒，鈉產生黃色火焰，鉀產生紫色火焰，鉀燃燒更劇烈
鉀原子半徑比鈉原子大，對最外層電子的引力弱，鉀比鈉更容易失去電子，同理，鋰可以與O2反應，但不如鈉劇烈：4Li＋O2 2Li2O。
堿金屬元素的性質
任務二、結合教材P100頁實驗（2）完成實驗，觀察比較金屬鈉、鉀
與水反應的現象，分析原理，完成表格內容。
堿金屬 鉀 鈉
實驗操作
實驗現象 共同點 不同點 化學方程式
結論及原因分析 失電子能力： ①金屬浮在水面上；②金屬熔化成閃亮的小球；③小球四處游動；④發出“嘶嘶”的響聲；⑤反應后的溶液呈紅色
K與水反應更劇烈
2K＋2H2O===2KOH＋H2↑
2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑
K大于Na。K、Na最外層電子數目相同，但K比Na電子層數多，最外層電子離核較遠，故K比Na更易失電子。
對應訓練
【典例1】下列說法錯誤的是(　　)
A．化合物中堿金屬元素的化合價都為＋1價
B．堿金屬元素原子的次外層電子數都是8
C．堿金屬元素的原子半徑隨核電荷數的增大而增大
D．堿金屬元素都位于元素周期表的第ⅠA族
B
【解析】A項，堿金屬元素的原子最外層只有1個電子，因 此在化合物中的化合價均為＋1價，正確；B項，Li原子的次外層電子數為2，錯誤；C項，核電荷數越大，電子層數越多，原子半徑越大，正確；D項，堿金屬元素都位于元素周期表的第ⅠA族，正確。
對應訓練
【典例2】下列關于堿金屬按Li、Na、K、Rb、Cs的順序敘述中不正確
的是(　　)
A．堿金屬原子最外層都只有一個電子，在化學反應中容易失電子表
現出強還原性
B．單質的熔點和沸點依次遞減
C．單質都能與水反應生成堿，都能在空氣中燃燒生成過氧化物
D．原子半徑逐漸增大，單質與水反應的劇烈程度逐漸增強
C
【解析】金屬鋰在空氣中燃燒只生成氧化物。
堿金屬元素的性質
任務一、觀察教材P101頁表4-2，分析表中數據，思考堿金屬單質的物
理性質表現出哪些相似性和遞變性？
單質 顏色和狀態 密度(g.cm3) 熔點(℃) 沸點(℃)
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 略帶金屬光澤，柔軟 1.879 28.40 678.4
反常
沸點降低
熔點降低
密度增大
堿金屬元素的性質
①相似性：銀白色金屬(Cs略帶金色光澤)，質地較軟，有延展性，密度較小，
熔點較低，均為電和熱的良導體（如鈉鉀合金—室溫呈液態）可用作核反應
堆的傳熱介質。
②遞變性：由Li→Cs，隨原子半徑逐漸增大，密度逐漸增大(K反常)，熔沸
點逐漸降低；熔點、沸點逐漸降低等。
【注意】鋰是最輕的金屬，保存在石蠟里；其他保存在煤油中。
堿金屬元素的性質
任務二、結合堿金屬元素的原子結構的相似性和遞變性，歸納總結
其單質的化學性質具有哪些相似性和遞變性。
①相似性：
物理性質相似：它們都比較柔軟，有延展性；密度都比較小，熔點也都比較
低，導熱性和導電性也都很好，如液態鈉可用作核反應。
化學性質相似，原子均易失去1個電子，均體現+1價，其單質都能
與氧氣等非金屬單質以及水反應，體現較強的還原性。如：4Li＋O2 2Li2O、
2Na＋O2 Na2O2、2R＋2H2O===2ROH＋H2↑（R表示堿金屬元素）
堿金屬元素的性質
②遞變性：堿金屬元素原子的最外層電子數都相等，但從Li到Cs，隨著核電荷數的增加，堿金屬元素原子的電子層數逐漸增多，原子核對核外電子的吸引能力逐漸減弱；失電子能力逐漸增強，金屬性逐漸增強。具體表現：
a.由Li→Cs，單質的還原性逐漸增強，離子的氧化性逐漸減弱。 b.與O2的反應的程度越來越劇烈。 c.與H2O的反應越來越劇烈，如K與H2O反應可能會發生輕微爆炸，Rb與Cs遇水發生劇烈爆炸。 d.最高價氧化物對應水化物的堿性逐漸增強，CsOH的堿性最強_。
堿金屬元素的性質
【注意】①鉀與氧氣反應生成多中氧化物，在中學階段不作要求。
②一般情況下，元素的金屬性強弱可以從其單質與水（酸）反應置換出氫氣的難
易程度，以及它們的最高價氧化物的水化物—氫氧化物的堿性強弱來判斷。
相似性 與金屬單質 2R＋O2＝R2O 、2R＋Cl2＝2RCl
水 2R＋2H2O＝2ROH＋H2↑
非氧化性酸 2R＋2H＋＝2R＋＋H2↑
遞變性 O2 從Li→Cs，與O2反應越來越劇烈，產物越來越復雜，如Li與O2反應只能生成Li2O，Na與O2反應還可以生成Na2O2，而K與O2反應能夠生成KO2
H2O（或酸） 從Li→Cs，與H2O（或酸）反應越來越劇烈，如K與H2O反應可能會發生輕微爆炸，Rb和Cs遇水發生劇烈爆炸
最高價氧化物對應水化物的堿性 堿性：LiOH＜NaOH＜KOH＜RbOH＜CsOH
堿金屬元素的性質
【堿金屬元素的用途】
鋰電池是一種高能電池。
鋰有機化學中重要的催化劑
鋰制造氫彈不可缺少的材料
鋰是優質的高能燃料（已經
用于宇宙飛船、人造衛星和
超聲速飛機）。
銣銫主要用于制備光電管、真空管。銫原子鐘是目前最準確的計時儀器。
鉀的化合物最大用途是做鉀肥、硝酸鉀還用于做火藥
液態鈉可作為核反應堆的傳熱介質。
對應訓練
【典例1】下列有關堿金屬元素的性質判斷正確的是(　　)
A．Li與H2O反應最劇烈
B．堿金屬元素的陽離子沒有還原性，所以有強氧化性
C．Rb比Na活潑，故Rb可以從NaCl溶液中置換出Na
D．從Li到Cs都易失去最外層1個電子，且失電子能力逐漸增強
D
【解析】A項，在堿金屬元素中，Li是最不活潑的元素，錯誤；B項，堿金屬陽離子很穩定，不具有強氧化性，錯誤；C項，Rb先與水反應，不會置換出Na，錯誤；D項，同主族元素從上到下金屬性逐漸增強，正確。
對應訓練
【典例2】據報道、德國科學家實現了銣(Rb)原子氣體超流體態與絕
緣態的可逆轉換，該成果將給量子計算機的研究帶來重大突破。已
知銣在元素周期表中位于第五周期IA族。下列說法不正確的是( )
A．銣的原子序數為37 B．銣放到水中會比鈉跟水反應更劇烈
C．銣的氧化物暴露在空氣中易與CO2反應
D．銣的氫氧化物是弱堿
D
【解析】銣的原子核內有37個質子，則原子序數為37，A正確；銣的原子半徑大于Na，則失電子能力大于Na，故放到水中會比鈉跟水反應更劇烈，B正確；銣的氧化物為堿性氧化物，則暴露在空氣中易與CO2反應，C正確；銣的失電子能力大于Na，則銣的氫氧化物是強堿，D錯誤；故選D。
1．下列關于同主族元素的說法錯誤的是(　　)
A．同主族元素隨原子序數遞增，元素原子的得電子能力逐漸增強
B．同主族元素隨原子序數遞增，單質氧化能力逐漸減弱
C．同主族元素原子最外層電子數都相同
D．同主族元素的原子半徑，隨原子序數增大而逐漸增大
A
【解析】同主族元素，最外層電子數相同，隨原子序數增大，原子半徑逐漸增大，得電子能力逐漸減弱，單質氧化性逐漸減弱，故A錯誤，B、C、D正確。
2．下列說法中，正確的是（ ）
A．堿金屬單質的化學性質活潑，易從鹽溶液中置換其它金屬
B．堿金屬單質在空氣中燃燒生成的都是過氧化物
C．隨核電荷數增加，堿金屬單質溶、沸點降低
D．堿金屬的原子半徑越大，越易失電子，其還原性越弱
C
【解析】K、Na等過于活潑的堿金屬先和水反應，生成強堿，而不是與鹽溶液發生置換反應，故A錯誤；金屬Li在空氣中燃燒生成氧化鋰，金屬鉀在空氣中燃燒生成超氧化鉀，只有金屬鈉在空氣中燃燒生成過氧化鈉，故B錯誤；隨核電荷數增加，其陽離子半徑越來越大，與自由電子的作用力越來越弱，所以堿金屬單質溶、沸點降低，故C正確；堿金屬的原子半徑越大，原子核對最外層電子的吸引能力減弱，則越易失電子，其還原性越強，故D錯誤。答案選C。
3．下列關于堿金屬的敘述中，正確的是（ ）
A．堿金屬單質的密度隨原子序數的增大而增大
B．堿金屬隨著原子序數增大，與水反應越劇烈
C．堿金屬的原子半徑越大，越易失電子，其還原性越弱
D．堿金屬單質的化學性質活潑，易從鹽溶液中置換其它金屬
B
【解析】堿金屬單質的密度隨原子序數的增大而增大，Na，K反常，故A錯誤；堿金屬隨著原子序數增大，越易失電子，與水反應越劇烈，故B正確；堿金屬的原子半徑越大，越易失電子，其還原性越強，故C錯誤；Na，K性質活潑，先和水反應，而不是與鹽溶液發生置換反應，故D錯誤；故答案選B。
4．借助堿金屬和鹵族元素的遞變性分析下面的推斷，其中正確的是(　　)
A．已知Ca是第四周期ⅡA族元素，故Ca(OH)2的堿性比Mg(OH)2的堿性弱
B．已知As是第四周期ⅤA族的元素，故AsH3的穩定性比NH3的穩定性強
C．已知Cs的原子半徑比Na的原子半徑大，故Cs與水反應比Na更劇烈
D．已知Cl的核電荷數比F的核電荷數多，Cl的原子半徑比F的原子半徑大
D
【解析】由堿金屬元素和鹵族元素的遞變性可知，同主族元素從上到下金屬性遞增，非金屬性遞減，最高價氧化物對應的水化物堿性增強，金屬活動性增強，非金屬氣態氫化物穩定性減弱，A、B、C錯誤；同主族元素隨核電荷數增大，原子半徑遞增，D正確。

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