高中化学必修一 课时4.3 碱金属元素的结构和性质20202021学年精品讲义）

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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
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
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
结论
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，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ⅠA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
【即学即练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
颜色和状态
密度/g·cm－3
熔点/℃
沸点/℃
锂
银白色，柔软
0.534
180.5
1 347
钠
银白色，柔软
0.97
97.81
882.9
钾
银白色，柔软
0.86
63.65
774
铷
银白色，柔软
1.532
38.89
688
铯
略带金色光泽，柔软
1.879
28.40
678.4
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 2Na+O2Na2O2
(2)K与O2反应： 4K+O2===2K2O 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
实验操作


实验现象
浮于水面，熔成小球，四处游动，有轻微爆炸声，反应后的溶液加酚酞变红
浮于水面，熔成小球，四处游动，有“嘶嘶”的响声，反应后的溶液加酚酞变红
结论
与水反应的剧烈程度：K>Na
金属活泼性：K>Na
实验原理
2K＋2H2O===2KOH＋H2↑
2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑
【微点拨】
①碱金属都能与H2O反应，且反应越来越剧烈
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

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)
【即学即练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)NaOH>KOH>RbOH B．金属性：Rb>K>Na>Li
C．和酸反应时Fe能失2e－，Na失e－，所以Fe的金属性强于Na D．Rb不易与水反应放出H2
13、下列对碱金属的叙述，其中完全不正确的组合是(　　)
①K通常保存在煤油中，以隔绝与空气的接触
②碱金属常温下呈固态，取用时可直接用手拿
③碱金属中还原性最强的是钾
④碱金属阳离子，氧化性最强的是Li＋
⑤碱金属的原子半径和离子半径都随核电荷数的增大而增大
⑥从Li到Cs，碱金属的密度越来越大，熔、沸点越来越高
A．②③⑥　　　　　 B．②③④ C．④⑤⑥ D．①③⑤
14、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性质的叙述错误的是(　　)
A．Li2CO3受热可以分解 B．少量锂保存在煤油中
C．在相同温度下，溶解度Li2CO3小于LiHCO3 D．锂在过量氧气中燃烧，主要产物是Li2O，不是Li2O2
15、钠、钾和铯都是碱金属，下列有关叙述中不正确的是(　　)
A．在一般的实验条件下做铯与水反应的实验是很危险的
B．三种金属中铯的金属活动性最强
C．由于钠钾合金比钠、钾有更强的还原性，故用钠钾合金作原子反应堆的导热剂
D．将钠钾合金与煤油混合，液体明显分为两层
16、关于Li原子结构和性质的判断如下：①与H2O反应比Na剧烈；②它的原子半径比Na小；③它的氧化物暴露在空气中易吸收CO2；④它的阳离子最外层电子数和钠离子的最外层电子数相同；⑤它是还原剂；⑥Li应保存在煤油中，以隔绝空气；⑦Li在空气中燃烧生成Li2O2。其中错误的组合是(　　)
A．①④⑥⑦ B．①②③ C．③⑤⑥ D．①②⑦

17、以下各项叙述中错误的是(　　)
A．原子半径由小到大的顺序是Li