高中化学必修一 专题4.1.3 碱金属元素

第四章  物质结构 元素周期律

第一节 原子结构与元素周期表

第3课时  碱金属元素

(1)  通过探究认识碱金属元素性质的递变规律，并能用原子结构理论初步加以解释同主族元素性质的递变规律；

(2)  通过碱金属元素的相关性质的图表信息，培养分析、处理数据的能力，尝试运用比较、归纳等方法对信息进行加工。

【内容分析】

本节课以碱金属元素为代表，呈现同族元素性质的相似性，引导学生从中发现规律。

在前面的学习中，学生已经学习了原子结构和元素周期表，本节依托于元素周期表中的典型的金属元素----碱金属元素，诠释了原子结构与元素性质的关系。教材重点阐述了元素的金属性与元素在周期表中的位置和原子结构的关系，目的是帮助学生提高应用周期表分析问题和解决问题的能力，进一步建构“构”“位”“性”的关系，形成结构决定性质的观念。教材以“演绎---归纳”的方式，从原子结构和元素周期表出发，演绎元素的性质，再以理论和事实为依据，归纳得出同主族元素性质的变化规律。

此外，周期表的重要作用之一， 是使学生能够通过周期表的位置和元素的原子结构，预测元素的性质，发现新元素。教材在本节的呈现突出体现了这一作用。教材呈现的周期表中碱金属元素的性质，就是从“预测”出发的。例如，碱金属的性质是通过探究活动“碱金属性质的比较”，采用“预测----验证(实验)----分析----结论”的思路归纳出来的。;学生可以通过这样的过程体会元素周期表的作用。同时，教材在“方法导引”中介绍了“预测”这一科学方法。这些编排有利于学生认识到科学方法对研究和学习的意义。

【教学重点和难点】

重点：碱金属元素性质的相似性和递变性

难点：原子结构与碱金属元素性质的关系

【教学流程】

【学习任务一】认识碱金属的化学性质

人们常说，结构决定性质。元素周期表中，同族元素之间有什么联系呢？

【问题和预测】

方法导引：预测是在已有信息的基础上，依据一定规律和方法对未知事物所进行的一种推测。在化学研究中，可以根据物质的组成、结构和反应规律等，预测元素及其化合物的性质、可能发生的化学反应，并评估所作预测的合理性。

( 1)回忆第二章学过的知识，钠有哪些化学性质?

【答案】与O2、水、酸、盐溶液反应。

(2)结合锂、钠和钾的原子结构特点，请你预测锂、钾可能具有哪些与钠相似的化学性质。

【答案】与钠相似。与O2、水、酸、盐溶液反应。 

【设计意图】通过理论探讨使学生体验通过周期表的位置和元素的原子结构，预测元素的性质。从而感受元素周期表的作用。

【科学探究】

【实验1】碱金属与O2的反应

钠的现象：剧烈燃烧   发出黄色火焰   生成淡黄色固体

钾的现象：剧烈燃烧   发出紫色火焰   生成黄色固体

【结论】K比Na反应更快更剧烈

【小结】碱金属与O2的反应

【实验2】碱金属与水的反应

钠的现象和结论：浮、熔、游、响、红   2Na+2H2O=2NaOH+H2 ↑ 

钾的现象和结论：浮、熔、游、响、烧、爆、红    2K+2H2O=2KOH+H2↑ 

【设计意图】通过探究实验，亲身感悟碱金属元素性质的相似性和递变性，从而领悟元素周期表的魅力。

【小结】碱金属化学性质的相似性和递变性与原子结构的关系

【注释】金属性：元素原子失去电子的性质

一般情况下，元素的金属性强弱可以从其单质与水(或酸)反应置换出氢的难易程度，以及它们的最高价氧化物的水化物一氢氧化物的碱性强弱来判断。

【设计意图】通过归纳总结，构建原子结构与物质性质的关系，突破教学难点。

【学习任务二】认识碱金属的物理性质

碱金属在物理性质上也表现出一些相似性和规律性。

相似性：都比较柔软，有延展性;密度都比较小，熔点也都比较低，导热性和导电性也都很好。

递变性：ρ增大 （K反常小）；熔沸点降低。

【设计意图】通过表格的归纳分析，提升学生的归纳总结能力，落实学科素养。

【学习任务三】认识碱金属的用途

 1.锂电池是一种高能电池。 锂有机化学中重要的催化剂。锂是制造氢弹不可缺少的材料，是优质的高能燃料（已经用于宇宙飞船、人造卫星和超声速飞机）。

2．钠——高压钠灯；钾和钠的合金(液态)——核反应堆的传热介质。

3．铷铯主要用于制备光电管、真空管。铯原子钟是目前最准确的计时仪器。

【设计意图】通过真实的资料，感受性质决定用途，落实科学探究和社会责任素养，提升民族自豪感。

【学习评价一】

(1)(知识关联)我们已经知道实验室中钠单质保存在煤油或石蜡油中,那么钾单质如何保存?

【答案】钾的密度小于钠,故也可以保存在煤油或石蜡油中。

(2)根据钠和钾性质的差异,分析Li与氧气、水反应的剧烈程度大于还是小于Na?

【答案】由钾、钠性质实验探究知碱金属的性质随原子序数的递增,金属性逐渐增强,故Li与氧气、水反应的剧烈程度小于Na。

【学习评价二】

(2020·淄博高一检测)下列关于铯及其化合物的说法中不正确的是 (　　)

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.Cs2CO3不易溶于水

【答案】D

【学习评价三】

铷元素广泛用于特种玻璃、医学、能源等领域。其中在高科技领域显示了广阔的应用前景。锂云母是提取铷的重要原料。我国的锂云母主要分布于江西宜春、湖南正冲、广西栗木等地。

已知铷是37号元素。根据相关知识回答下列问题:

(1)铷(Rb)位于元素周期表的第_____周期_____族。 

(2)关于铷的结构和性质判断正确的是_____(填序号)。 

①与水反应比钠剧烈　②原子半径比钠小　③氧化物暴露在空气中易吸收CO2　④阳离子最外层电子数和镁原子相同　⑤是还原剂

(3)现有铷和另一种碱金属形成的合金50 g,当它与足量水反应时,放出标准状况下的氢气22.4 L,这种碱金属可能是_____(填字母)。

a.Li  b.Na  c.K  d.Cs 

【解析】(1)由Rb的原子序数是37可推知Rb位于第五周期ⅠA族。(2)由Rb的原子结构示意图可知②④不正确;又因Na和Rb同主族,根据同主族元素性质的递变规律知,Rb的金属性比Na强,故①③⑤正确。(3)设该合金的平均相对原子质量为M,则根据得失电子守恒得   ×1=   ×2,M=25,因Mr(Rb) >25,则另一种碱金属的相对原子质量应小于25,可能为Li或Na。

答案:(1)五　ⅠA　(2)①③⑤　(3)ab

【思考与讨论】

本栏目中的表格主要呈现了碱金属元素的原子结构示意图和原子半径。学生可以根据表中的原子结构示意图填写核电荷数、最外层电子数、电子层数等空格。阅读表格时，还可以提醒学生留意原子半径的数量级，并与宏观物体的大小做比较。

通过对本栏目中两个问题的思考与讨论，学生可以得出碱金属元素的原子结构具有以下特点:

(1)相同点:原子核外最外层电子数都为1。

(2)递变性:从上到下随原子序数递增，碱金属元素的原子核外电子层数递增，原子半径递增。

学生在初中时已经认识到元素的化学性质与原子的最外层电子关系最为密切，因此可以根据碱金属元素原子结构的相同点得出碱金属化学性质相似的结论。教师在此还可以指出，除了相同点之外，碱金属元素的原子结构的递变性还决定了它们的性质会呈现出一定的变化规律, 为探究碱金属元素的化学性质埋下伏笔。

【探究】

碱金属化学性质的比较

本探究分为三个环节。

环节一 问题与预测。先让学生回顾钠的化学性质,为接下来的性质预测做好铺垫。再让学生结合Li、Na、K的原子结构特点，预测Li、K可能具有哪些与Na相似的化学性质。在此，只要学生能够说出预测的理由，不管预测正确与否，教师可不予评价，以使他们保持好奇心。学生期待的答案马上就会在接下来的环节二揭示出来。

环节二 实验和观察。 本环节先让学生回忆Na分别与氧气、水反应的现象，以和接下来的实验现象做对比。在K与氧气反应的实验过程中，要提醒学生注意观察:钾在燃烧前是否熔化，熔化后的钾的颜色与光泽,燃烧时有无烟和焰，烟、焰及固体产物的颜色等。在钾与水的实验过程中,要提醒学生注意观察钾在水面的浮、熔、游，以及溶液颜色的变化、反应的剧烈程度等现象。

钾在空气中燃烧的实验可设计为学生分组实验;而钾与水的反应,最好由教师在实物投影仪上演示。钾块不要太大，取绿豆大小即可，以免发生危险。钾与氧气反应的实验，需要先加热坩埚，再投入用滤纸吸去表面煤油的钾块，目的是缩短加热的时间，避免因为缓慢氧化而不利于观察熔化后的钾的色泽。在此两个实验过程中需要戴上护目镜，如不具备条件,也可在钾与水反应的烧杯口放一只表面皿以防止溅出。

环节三 分析和结论。 本环节设置了三个问题。第一个问题是根据实验现象展开讨论，总结钠、钾相似的化学性质,解决学生心中的疑惑，与环节一前后呼应。第二个问题是通过比较钾、钠分别与水反应的难易程度,再次预测锂与水反应的难易程度，目的是让学生认识锂、钠、钾化学性质的差异性和递变性。设置第三个问题的目的，是让学生运用碱金属元素原子结构的递变性来解释锂、钠、钾化学性质的递变性，并运用由个别到-般的归纳方法，归纳出碱金属化学性质的相似性和递变规律。

【方法导引】

预测

预测是在已有信息的基础上，依据一定规律和方法对未知事物所进行的-种推测。在化学研究中，可以根据物质的组成、结构和反应规律等，预测元素及其化合物的性质、可能发生的化学反应，并评估所作预测的合理性。

我们可以通过认识元素“位置”“结构”“性质”之间的内在联系，根据元素的“位置”“结构”特点预测和解释元素的性质。例如，钠与钾是IA族元素，它们都能与水反应;铷与钠、钾属于同族元素，所以，可预测出铷也能与水反应。

【练习与应用】

【学习评价一】

(1)(知识关联)我们已经知道实验室中钠单质保存在煤油或石蜡油中,那么钾单质如何保存?

【答案】钾的密度小于钠,故也可以保存在煤油或石蜡油中。

(2)根据钠和钾性质的差异,分析Li与氧气、水反应的剧烈程度大于还是小于Na?

【答案】由钾、钠性质实验探究知碱金属的性质随原子序数的递增,金属性逐渐增强,故Li与氧气、水反应的剧烈程度小于Na。

【学习评价二】

(2020·淄博高一检测)下列关于铯及其化合物的说法中不正确的是 (　　)

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.Cs2CO3不易溶于水

【答案】D

【学习评价三】

铷元素广泛用于特种玻璃、医学、能源等领域。其中在高科技领域显示了广阔的应用前景。锂云母是提取铷的重要原料。我国的锂云母主要分布于江西宜春、湖南正冲、广西栗木等地。

已知铷是37号元素。根据相关知识回答下列问题:

(1)铷(Rb)位于元素周期表的第_____周期_____族。 

(2)关于铷的结构和性质判断正确的是_____(填序号)。 

①与水反应比钠剧烈　②原子半径比钠小　③氧化物暴露在空气中易吸收CO2　④阳离子最外层电子数和镁原子相同　⑤是还原剂

(3)现有铷和另一种碱金属形成的合金50 g,当它与足量水反应时,放出标准状况下的氢气22.4 L,这种碱金属可能是_____(填字母)。

a.Li  b.Na  c.K  d.Cs 

【解析】(1)由Rb的原子序数是37可推知Rb位于第五周期ⅠA族。(2)由Rb的原子结构示意图可知②④不正确;又因Na和Rb同主族,根据同主族元素性质的递变规律知,Rb的金属性比Na强,故①③⑤正确。(3)设该合金的平均相对原子质量为M,则根据得失电子守恒得   ×1=   ×2,M=25,因Mr(Rb) >25,则另一种碱金属的相对原子质量应小于25,可能为Li或Na。

答案:(1)五　ⅠA　(2)①③⑤　(3)ab