元素周期表教学目标设计

第2课时

碱金属元素的结构与性质

[学习目标定位]

1.知道碱金属元素的原子结构及特点。2.能说出碱金属元素化学性质的相似性及递变性。3.初步学会根据原子结构的特点，推测元素的化学性质。

一

碱金属元素的原子结构

1．参考元素周期表，完成下列表格

元素

名称

锂

元素

符号

Li 核电

荷数

3 原子结构

示意图

最外层

电子数

1 电子

层数

2 原子半

径/nm 0.152

钠

碱

金

属

元

素

铷

钾

Na 11

1 3 0.186 K 19

1 4 0.227 Rb 37

1 5 0.248 铯

Cs 55

1 6 0.265

2.通过分析上表可知，碱金属元素原子结构的共同点是最外层电子数均为1，不同点是电子层数和原子半径不同，其变化规律是随着核电荷数的增加，电子层数逐渐增加，原子半径逐渐增大。

归纳总结

1．碱金属元素原子的最外层上都有1个电子，很容易失去，因此碱金属元素的化合价都是＋1价。

2．随着原子序数的增加，碱金属元素原子的电子层数逐渐增加，原子半径逐渐增大。

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

答案

D 解析

锂的次外层电子数为2，且锂在自然界中也不能以游离态存在，A、C项不正确；失去电子发生的是氧化反应，B选项错误。

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原子

答案

D 解析

锂在第ⅠA族，该族中还有非金属元素氢，A选项错误；Li、Na的原子结构示意图＋＋＋分别为、，B选项错误；K的原子结构示意图为＋，其最外层有8个电子，C选项错误。

二

碱金属元素的性质

1．碱金属与O2反应

(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＋O2=====2Li2O。

(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。

△

2．碱金属与水反应

按下列实验操作完成实验，并填写下表：

碱金属

钾

钠

实验

操作

实验

现象

结论

实验

原理

3.碱金属物理性质的变化规律

物质名称

锂

钠

钾

铷

铯

碱金属单质具有硬度小、密度小、熔点低、沸点低的特点。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。

碱金属单质也有延展性，导电性、导热性也很好，液态钠可用作核反应堆的传热介质。

归纳总结

1．碱金属的结构与化学性质的关系

(1)相似性(R表示碱金属元素，不考虑放射性元素) 原子都容易失去最外层的一个电子，化学性质活泼，它们都能与氧气等非金属单质及水反应。碱金属与水反应的通式为2R＋2H2O===2ROH＋H2↑。

(2)递变性

①随着原子序数的递增，碱金属元素的原子失电子能力逐渐增强，金属性逐渐增强。它们和氧气的反应越来越容易，生成的氧化物越来越复杂；它们和水反应越来越剧烈。

②碱金属都具有还原性，它们由弱到强的顺序是Li＜Na＜K＜Rb＜Cs。

2．碱金属单质物理性质变化规律

随着原子序数的递增，碱金属单质的密度逐渐增大(钾反常)，熔、沸点逐渐降低。

3．元素金属性强弱可以从单质与水(或酸)反应置换出氢的难易程度，或其最高价氧化物对颜色和状态

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，柔软

密度/g·cm3

－

熔成小球，浮于水面，四处游动，熔成小球，浮于水面，四处游动，有轻微爆炸声，反应后的溶液加酚酞变红

有“嘶嘶”的响声，反应后的溶液加酚酞变红

钾比钠的活动性强

2K＋2H2O===2KOH＋H2↑

2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑

熔点/℃

180.5 97.81 63.65 38.89 28.40 沸点/℃

1 347 882.9 774 688 678.4 0.534 0.97 0.86 1.532 1.879

应的水化物——氢氧化物的碱性强弱来判断。

3．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

答案

D 解析

D项，碱金属的熔点随电子层数的增加而逐渐降低。

4．下列各组比较不正确的是(

) 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 答案

B 解析

A中锂的活泼性比钠弱，与水反应不如钠剧烈；B中还原性，K＞Na＞Li，但K不能置换出NaCl溶液中的Na，而是先与H2O反应；C中碱金属元素从Li到Cs，熔、沸点逐渐降低，即Li＞Na＞K＞Rb＞Cs；D中从Li到Cs，碱金属元素的金属性逐渐增强，对应最高价氧化物的水化物的碱性依次增强，即碱性：LiOH＜NaOH＜KOH＜RbOH＜CsOH。

理解感悟

(1)因Na、K都是很活泼的金属易与H2O反应，故不能从溶液中置换出相对不活泼的金属。

(2)碱金属单质性质的相似性和递变性是其原子结构的相似性和递变性的必然结果。

1．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

答案

A 解析

随着碱金属元素原子序数的增大，碱性逐渐增强，单质熔、沸点降低，单质的还原性逐渐增强。

2．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

答案

A 解析

B项，碱金属的密度随着原子序数的递增呈增大趋势(钾反常)；D项，碱金属元素阳离子的氧化性随着原子序数的递增依次减弱。

3．关于铯及其化合物的以下各种说法中不正确的是(

) 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的氧化性强于Cs

D．Al的金属性大于Cs的金属性

答案

D 解析

A项，Cs的最外层电子数也是1，电子层数比K的多，故Cs的金属性比K强，则CsOH的碱性比KOH强；B项，Cs与Na性质相似，其与水或酸反应更剧烈，都生成H2；C项，Cs的还原性比Na强，单质还原性越强，对应离子的氧化性越弱，所以Na的氧化性强于Cs；D项，因为Cs的金属性强于Na，Na的金属性强于Al，所以Al的金属性弱于Cs。

4．根据金属钠、钾与水反应的现象，推断锂、钠、钾、铷、铯各1 g分别与足量的水反应，其中反应最剧烈的金属是________(写名称，下同)；相同条件下，放出氢气的体积最大的是________；生成的碱碱性最弱的是________(写化学式)。

答案

铯

锂

LiOH 解析

碱金属元素从Li～Cs金属性依次增强，故反应最剧烈的金属是Cs；等质量的碱金属与足量水反应，摩尔质量越小的，与水反应放出H2越多，故应是锂放出H2最多。

40分钟课时作业

＋＋＋＋

[经典基础题]

一、碱金属结构和性质的变化规律

1．以下关于锂、钠、钾、铷、铯的叙述中不正确的是(

) ①氢氧化物中碱性最强的是CsOH

②单质熔点最高的是铯

③它们都是热和电的良导体

④它们的密度依次增大，且都比水轻

⑤它们的还原性依次增强

⑥对应阳离子的氧化性依次增强

A．①③

B．②⑤

C．②④⑥

D．①③⑤

答案

C 解析

单质熔点最高的应是Li，密度呈增大趋势，K出现反常，Rb、Cs的密度比水大，对应阳离子的氧化性应依次减弱。

2．下列关于锂原子结构和性质的判断中，错误的是(

) ①与水反应比钠剧烈

②它的原子半径比钠原子小

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它是强还原剂

⑥锂应保存在煤油中以隔绝空气

⑦Li在空气中燃烧生成Li2O2

A．①④⑥⑦

C．③⑤⑥

答案

A 解析

Li与Na同属碱金属元素，性质相似，但又有差异，根据同主族元素性质的相似性和递变性可知，Li的金属性比Na弱，与水反应不如Na与水反应剧烈，与O2反应只能生成Li2O，不能生成Li2O2；其阳离子最外层只有2个电子；且Li的密度比煤油的密度小，不能保存在煤油中，应保存在石蜡中。

3．下列对碱金属的叙述，其中不正确的组合是(

) ①Li通常保存在煤油中，以隔绝空气

②碱金属单质常温下呈固态，取用时可直接用手拿

③碱金属单质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．①②③⑥

C．③④⑤⑥

答案

A 解析

本题可采用排除法来解答。锂的密度比煤油的小，放在煤油中锂会浮在油面上，不能隔绝空气，在实验室中，锂通常保存在石蜡中，故①不正确，备选项中有①的可选，B、C项被排除；因为碱金属能与手上的汗液反应，生成强碱，损伤皮肤，故②不正确，即②也可选，D项被排除；碱金属中，还原性随原子序数的增大依次增强，故③不正确；从Li到Cs，碱金属的密度越来越大(钾反常)，但熔、沸点越来越低，故⑥不正确。

B．②③④⑥

D．①③⑤⑥

＋B．①②③

D．①④⑦

4.右图表示碱金属的某些性质与核电荷数的变化关系，则下列各性质中不符合图示关系的是(

) A．还原性

B．与水反应的剧烈程度

C．熔点

D．原子半径

答案

C 解析

由图可知，随着核电荷数的增大，碱金属的性质呈递增趋势，而碱金属单质的熔点随核电荷数的增大而降低。

二、推测碱金属的性质

5．已知金属钾有如下性质：

①钾的密度比水小

②钾的熔点低

③钾与水反应时放出热量

④钾与水反应后溶液呈碱性

某学生将一小块金属钾投入滴有酚酞溶液的水中，以上实验能证明上述四点性质中的(

) A．①④

B．①②④

C．①③④

D．①②③④

答案

D 解析

类比钠与钾性质的相似性与递变性。钾、钠与水反应的现象相似，但钾比钠活泼，与水反应更剧烈。

6．铯是一种碱金属元素，下列关于铯的叙述中，正确的是(

) A．CsOH是一种可溶于水的强碱

B．Cs在空气中燃烧，生成一种氧化物Cs2O C．Cs与水反应，能发生爆炸，并放出O2

D．加热Cs2CO3，可生成氧化铯和二氧化碳

答案

A 解析

由钠及其化合物的性质可推测Cs及其化合物的性质。

7．金属元素钫(Fr)在自然界中含量极少。它的21个已知同位素都有放射性。它是碱金属元素中最重的元素。根据它在周期表中的位置预言其性质，其中不正确的是(

) A．在已知碱金属元素中具有最大的原子半径

B．在空气中燃烧时生成氧化物Fr2O C．氧化物对应的水化物是极强的碱

D．其单质的熔点比金属钠的熔点低

答案

B 解析

根据“Fr是碱金属元素中最重的元素”，可以得到两个结论：一是它属于碱金属元素；二是它在周期表中处于碱金属元素的最下方。根据同主族元素性质的递变性规律可以知

道它的金属性非常强，所以与氧气反应时得到的是复杂的氧化物。

三、金属的活动性比较

8．下列物质中，金属性最强的是(

) A．钠

B．镁

C．铝

D．硅

答案

A 9．下列说法正确的是(

) A．碱性：LiOH>NaOH>KOH>RbOH B．金属性：Rb>K>Na>Li C．和酸反应时Fe能失2e，Na失1e，所以Fe的金属性强于Na D．Rb不易与水反应放出H2

答案

B 解析

因为金属性Li

10．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

C．最外层电子数相同

答案

C 解析

钠和锂是同主族元素，在结构上都具有相同的最外层电子数，结构的相似性导致了它们性质的相似性。

[能力提升题]

11．甲元素的原子序数是19；乙元素原子核外有两个电子层，最外电子层上有6个电子；丙是元素周期表第ⅠA族中金属性最弱的碱金属元素。由此推断：

(1)甲元素在周期表中位于第________周期；乙元素在周期表中位于第______族；丙元素的名称为________。

(2)甲的单质与水反应的离子方程式为_____________________________________________；

乙单质与丙单质反应的化学方程式为______________________________________________。

答案

(1)四

ⅥA

锂

(2)2K＋2H2O===2K＋2OH＋H2↑

4Li＋O2=====2Li2O 解析

甲的原子序数是19，甲是钾元素，乙是氧元素，丙是锂元素。

12．某同学为验证同主族元素性质的递变规律，准备了如下药品：①溴水

②碘

③氯化钠溶液

④氢氧化钠溶液

⑤硝酸

⑥水

⑦钠

⑧镁条

⑨铝条

⑩钾

△＋－－－B．原子半径相差不大

D．化合价相同

(1)准备选用的药品是__________。

(2)所做的实验是________________________________________________(用化学方程式表示)，

判断依据_________________________________________________________。

答案

(1)⑥⑦⑩

(2)2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑、2K＋2H2O===2KOH＋H2↑

钾与水反应比钠与水反应剧烈，推断钾比钠活泼

解析

钠、钾与水反应的共同点：①都浮在水面上，②四处游动，③熔化为一个闪亮的小球，④有“嘶嘶”的响声；不同点：钾与水反应比钠与水反应更剧烈，反应可产生火焰，并发出轻微的爆炸声。

13．最新报道，我国科学家通过与多个国家进行科技合作，成功研发出铯(Cs)原子喷泉钟，使我国时间频率基准的精度从30万年不差1秒提高到600万年不差1秒，标志着我国时间频率基准研究进入世界先进行列。已知铯位于元素周期表中第六周期第ⅠA族，根据铯在元素周期表中的位置，推断下列内容：

(1)铯的原子核外共有______个电子层，最外层电子数为______，铯的原子序数为________。

(2)铯单质与水剧烈反应，放出______色气体，同时使紫色石蕊溶液显______色，因为________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________(写出化学方程式)。

(3)预测铯单质的还原性比钠单质的还原性________(填“弱”或“强”)。

答案

(1)6

1

55 (2)无

蓝

2Cs＋2H2O===2CsOH＋H2↑

(3)强

解析

根据原子核外电子排布规律，结合铯在元素周期表中的位置知，铯原子核外电子分六层排布，分别是2、8、18、18、8、1，原子序数是55，最外层只有1个电子。铯与钠同主族，具有极强的金属性，与水反应生成氢气和氢氧化铯：2Cs＋2H2O===2CsOH＋H2↑，氢氧化铯是强碱，使紫色石蕊溶液变蓝色。