课时 4.3 碱金属元素的结构和性质 【学习目标】 1、知道碱金属元素的原子结构及特点，能说出碱金属元素化学性质的相似性及递变性 2、初步学会根据原子结构的特点，推测元素的化学性质 【主干知识梳理】 一、碱金属元素的原子结构特点 【思考与交流】填写下表中的信息，并思考在周期表中，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 碱 金 元素符号 核电荷数 原子结构示意 图 最外 层电 子数 电子 原子半 层数 径/nm 锂 Li 3 1 2 0.152 钠 Na 11 1 3 0.186 钾 K 19 1 4 0.227 铷 Rb 37 1 5 0.248 铯 Cs 55 1 6 0.265 属 元 素 结 碱金属元素原子结构的共同点是最外层电子数均为 1，不同点是电子层数依次递增， 论 其变化规律是随着核电荷数的增加，电子层数逐渐增大，原子半径逐渐增大 1、在周期表中的位置：第Ⅰ A 族 2、相似性：碱金属元素原子的最外层都有 1 个电子，很容易失去，因此碱金属元素的最高正价为＋1 价，最高 价氧化物对应的水化物均为强碱(所以称为碱金属)，典型的活泼金属元素 3、递变性：随着原子序数的增加，碱金属元素原子的电子层数逐渐增大，原子半径逐渐增大 【对点训练 1】 1、下列关于碱金属元素的叙述中正确的是(　　) A．原子的最外层电子数都是 1，次外层电子数都是 8 B．单质的化学性质活泼，易失电子发生还原反应 C．除锂外均以化合态存在于自然界中 D．化合物中碱金属元素的化合价都为＋1 价 2、锂(Li)是世界上最轻的金属，它属于碱金属的一种，下列说法正确的是(　　) A．和 Li 同一主族的都是金属元素 B．Na＋比 Li 多一个电子层 C．Li、Na、K＋的最外层都只有一个电子 D．Li 是碱金属中原子半径最小的元素 3、钠和锂有相似的化学性质，下列说法中，能较好地解释这个事实的是(　　) A．都是金属元素 B．原子半径相差不大 C．最外层电子数相同 D．化合价相同 二、碱金属的物理性质 物质名称 锂 钠 钾 铷 铯 密度/g·cm－3 0.534 0.97 0.86 1.532 颜色和状态 银白色，柔软 银白色，柔软 银白色，柔软 银白色，柔软 略带金色光泽，柔 熔点/℃ 180.5 97.81 63.65 38.89 沸点/℃ 1 347 882.9 774 688 1.879 28.40 678.4 软 1、相似性：碱金属单质都有银白色的金属光泽(铯略带金色光泽)、硬度小、密度小、熔沸点较低，良好的导电、 导热性，有延展性，钠钾合金为液态，可做原子反应堆的导热剂 2、递变性：在碱金属内，随着元素原子核电荷数的增加，单质的熔点和沸点逐渐降低，密度呈增大趋势(但 ρNa ＞ρK)，且 Li、Na、K 的密度小于 1；Rb、Cs 的密度大于 1 三、碱金属的化学性质——与钠相似 1、碱金属与 O2 反应 【思考与交流】 ① 已知 1.4 g 锂在空气中加热充分反应，可生成 3.0 g 氧化物，该反应的化学方程式是 4Li＋O22Li2O ② 钠、钾与氧气的反应：将一小块 Na 和 K 分别投入热坩埚中，观察现象 (1)Li 与 O2 反应：4Li＋O22Li2O (Li 与氧气不管常温还是加热都只能生成 Li2O) (2)Na 与 O2 反应：4Na+O2===2Na2O (2)K 与 O2 反应： 4K+O2===2K2O 2Na+O2Na2O2 2K+O2K2O2 K+O2KO2 (超氧化钾) 【微点拨】 ① 碱金属与 O2 反应越来越剧烈，加热时产物更加复杂，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，Rb、Cs 与氧气反应，都生成比过氧化物更复杂的氧化物 ② 碱金属常温下均能与氧气反应生成氧化物(R2O)；Li 与氧气不管是常温还是加热均生成 Li2O ③ 超氧化物(KO2)、臭氧化物(RbO3)与 Na2O2 性质类似，都能与 H2O、CO2 反应，具有强氧化性 2、碱金属与水反应：2R＋2H2O===2ROH＋ H2↑ 碱金属 钾 钠 浮于水面，熔成小球，四处游动，有轻 浮于水面，熔成小球，四处游动，有“嘶 微爆炸声，反应后的溶液加酚酞变红 与水反应的剧烈程度：K>Na 嘶”的响声，反应后的溶液加酚酞变红 实验操作 实验现象 结论 实验原理 金属活泼性：K>Na 2K＋2H2O===2KOH＋H2↑ 【微点拨】 ① 碱金属都能与 H2O 反应，且反应越来越剧烈 2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑ ②Li 与水反应不熔化；钠与水反应时熔化；钾与水反应熔化，且使产生的 H2 燃烧发生轻微爆炸，Rb、Cs 遇 水发生剧烈爆炸 ③ 结论：金属单质置换出水中氢越容易说明该元素的金属性越强。因此随着原子的电子层数增多，碱金属的 活 动性增强 3、碱金属与卤素单质的反应：2R＋X22RX 4、碱金属与氢气反应(Na、K、Rb、Cs 与氢气反应，都生成 RH)：2R＋H22RH 5、碱金属与硫反应：2R＋SR2S 6、与常见盐溶液反应的离子方程式：碱金属与盐溶液反应，都是先与水反应，若符合复分解反应发生的条件， 则生成的氢氧化物继续同盐发生复分解反应。碱金属均不能在水溶液中置换另外的金属单质 +¿ +¿+3 H 2 ↑ + ¿+2 NH3 ↑+ H 2 ↑ +¿+2 CO +H ↑ +¿ ¿ 4 =2 R 2 R+2 HCO3 =2 R OH ¿3 ↓+6 R¿ 2 R +2 NH¿ 3+¿=2 Fe ¿ OH ¿2 ↓+ H 2 ↑+2 R¿ 6 R+2 H 2 O+2 Fe¿ 2+¿=Cu ¿ ¿ ¿ 2 R+2 H 2 O+Cu − 3 2− 2 7、碱金属的原子结构与化学性质的关系 (1)相似性：碱金属元素原子在结构上的相似性，决定了锂、钠、钾、铷、铯在性质上的相似性，碱金属原子都 容易失去最外层的一个电子，化学性质活泼，它们的单质都具有较强的还原性。具体表现在： ① 碱金属都能与 O2、Cl2(卤素单质)、S 等非金属单质及水反应 ② 碱金属都能与水反应，反应的通式为 2R＋2H2O===2ROH＋H2↑ (R 表示碱金属元素) ③ 碱金属都能与酸反应 (2)递变性：随着原子核外电子层数的增多，原子半径逐渐增大，原子核对最外层电子的引力逐渐减小，失去电 子的能力逐渐增强，单质的还原性增强，元素的金属性增强，最高价氧化物对应的水化物的碱性增强 (如： CsOH＞RbOH＞KOH＞NaOH＞LiOH) 【对点训练 2】 1、下列关于碱金属的叙述中，不正确的是(　　) A．钾元素比钠元素的金属性强 B．钾和钠的焰色分别为紫色和黄色 C．碱金属都能和水发生反应，生成氢氧化物并放出氢气 D．碱金属的熔点随着电子层数的增加而升高 2、下列各组比较中不正确的是(　　) A．锂与水反应不如钠与水反应剧烈 B．还原性：K＞Na＞Li，故 K 可以从 NaCl 溶液中置换出金属钠 C．熔、沸点：Li＞Na＞K D．碱性：LiOH＜NaOH＜KOH 3、下列对碱金属性质的叙述中，正确的是(　　) A．碱金属元素的单质具有强还原性，可置换出硫酸铜溶液中的铜单质 B．单质在空气中燃烧生成的都是过氧化物 C．碱金属单质与水反应生成碱和氢气 D．单质熔、沸点随着原子序数递增而升高 4、关于铯及其化合物的下列说法中不正确的是(　　) A．氢氧化铯是一种强碱，比 KOH 的碱性强 B．铯与水或酸溶液反应剧烈，都生成氢气 C．Cs 的还原性比 Na 强，故 Na＋的氧化性大于 Cs＋ D．Al 的金属性大于 Cs 的金属性 5、随着碱金属元素原子序数的增大，下列递变规律正确的是(　　) A．原子半径逐渐增大 B．碱性逐渐减弱 C．单质熔、沸点逐渐升高 D．单质的氧化性逐渐增强 四、碱金属中的一般和特殊之处 1、Na、K 需保存于煤油中，但 Li 的密度比煤油小，所以 Li 必须保存在密度更小的石蜡油中或密封于石蜡 2、碱金属中，从 Li→Cs，密度呈增大的趋势，但 ρ(K)<p(Na) 3、酸式盐的溶解度一般大于正盐，但溶解度 NaHCO3＜Na2CO3 4、试剂瓶中的药品取出后，一般不能放回原瓶，但第 IA 族金属 Na、K 等除外 5、一般活泼金属能从盐中置换出不活泼金属，但对第 IA 族非常活泼的金属 Na、K 等除外 如：2Na＋CuSO4＋2H2O===Cu(OH)2↓＋H2↑＋Na2SO4 6、锂易于氮气反应生成 Li3N (因为锂和镁处于对角线位置，化学性质相似，即 LiOH、Li2CO3 均为沉淀) 7、锂的熔点最高，金属性最弱，因而锂与水反应较慢且反应时锂并不熔化 8、合金一般为固态，而 Na——K 合金为液态，可做原子反应堆的导热剂 9、实验是如何保存锂、钠、钾？它们均是活泼的金属，极易氧化变质甚至引起燃烧，它们又都能与水、水溶 液等发生反应产生氢气，是易燃易爆物质，存放它们要保证不与空气、水分接触；又因为它们的密度小，所 以锂只能保存在液体石蜡或封存在固体石蜡中，而将钠、钾保存在煤油中 10、碱金属的制取： ① 金属 Li 和 Na 主要是用电解熔融氯化物的方法制取； ② 金属 K 因为易溶于盐不易分离，且电解时有副反应发生，故一般采用热还原法用 Na 从熔融 KCl 中把 K 置 换出来 Na＋KClNaCl＋K (制取金属钾，因为钾的沸点比钠低，使钾成为蒸汽而逸出) 【课后作业】 1、下列关于碱金属的叙述正确的是(　　) A．钾与氧气或水反应比钠的反应剧烈，铷、铯的反应更剧烈 B．碱金属的密度随着原子序数的递增逐渐减小 C．碱金属元素的最高价氧化物对应的水化物的碱性随着原子序数的递增依次减弱 D．碱金属元素的阳离子的氧化性随着原子序数的递增依次增强 2、下列说法错误的是(　　) A．碱金属元素最外层电子数都是 1 个，化学性质均活泼 B．碱金属元素从上到下随电子层数的增多金属性依次增强 C．碱金属元素的单质都是银白色的，都比较柔软 D．碱金属元素的单质从上到下熔沸点逐渐降低 3、下列对碱金属性质的叙述中，正确的是 (　　) ① 都是银白色的柔软金属(除铯外)，密度都比较小 ③ 碱金属单质都与水剧烈反应 A．①③ B．②④ C．①④ ②单质在空气中燃烧生成的都是过氧化物 ④单质的熔、沸点随着原子序数的增加而升高 D．②③ 4、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