高中化学人教版学案第四章第一节第3课时原子结构与元素的性质碱金属元素

第3课时原子结构与元素的性质——碱金属元素一、元素的性质元素的化学性质与原子的结构(特别是最外层电子数)有着密切关系。二、碱金属元素的原子结构(1)碱金属元素原子结构的共同点是最外层电子数均为1；在化学反应中容易失去电子，化学性质相似，都表现出金属性。(2)随着核电荷数的增加，电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大。三、碱金属单质的性质1．碱金属单质的化学性质：(1)钠、钾与氧气反应的比较①反应现象：都能在氧气中燃烧，钠产生黄色火焰，钾产生紫色火焰(透过蓝色钴玻璃观察)，钾和氧气反应更剧烈。②反应的化学方程式：2Na＋O2eq\o(=,\s\up7(△))Na2O2、K＋O2eq\o(=,\s\up7(△))KO2。③结论：金属的活泼性：K＞Na。(2)钠、钾与水反应①反应现象：相同点：金属浮在水面上；金属熔成闪亮的小球；小球不停游动；发出嘶嘶的响声；反应后的溶液使无色的酚酞试液呈红色。不同点：钾与水的反应有轻微爆炸声或着火燃烧。②化学方程式：2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑、2K＋2H2O=2KOH＋H2↑。③结论：与水反应剧烈程度：K>Na；金属的活泼性：K>Na。2．碱金属单质的物理性质：元素Li、Na、K、Rb、Cs(原子序数增大)相同点除铯外,其余都呈银白色,它们都比较软,有延展性,密度较小,熔点较低,导电、导热性强递变规律密度逐渐增大(钠、钾反常)熔、沸点逐渐降低个性特点①铯略带金属光泽;②锂的密度比煤油的小;③钠的密度比钾大1．判断下列说法是否正确：(1)碱金属元素原子的次外层电子数都是8个(×)提示：锂也是碱金属，次外层却只有2个电子。(2)化合物中碱金属元素的化合价都为＋1(√)提示：碱金属元素最外层都只有1个电子，所以其化合价均为＋1价。(3)碱金属单质的化学性质活泼，易失电子发生还原反应(×)提示：碱金属单质的化学性质活泼，易失电子发生氧化反应。(4)Li在空气中加热生成Li2O2(×)提示：Li在空气中加热生成Li2O。2．下列金属与水反应最剧烈的是_______________。A．LiB．KC．RbD．Cs提示：选D。在碱金属中，随着元素原子电子层数的增多，碱金属的金属活动性增强，四个选项中与水反应最剧烈的应是Cs。3．教材中描述“碱金属元素的最外层电子数相同，都是1个电子，它们的化学性质相似”，Li与氧气、水反应的剧烈程度大于还是小于Na?提示：碱金属元素的化学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。4．铷(Rb)是一种银白色轻金属，长期以来，由于金属铷化学性质比钾还要活泼，因而制约了其在一般工业应用领域的开发研究和大量使用。1995年，美国科罗拉多大学的Cornell和Wieman在超低温下实现了两千个铷原子的聚合，制造出真正的玻色—爱因斯坦凝聚态物质，并由此获得了2001年诺贝尔奖。试推测金属铷与水反应的现象。铷在空气中燃烧的产物会是Rb2O吗？提示：铷比钾活泼，铷与水反应比钾更剧烈，故反应现象为铷与水剧烈反应，会发生爆炸。铷在空气中燃烧的产物更复杂，不会生成Rb2O。碱金属单质化学性质的相似性和递变性铯可用于离子发动机，离子推进发动机的研究、应用主要集中在宇宙飞船、地球卫星及星际航行的空间应用，用作空间飞行器的轨道控制、方位保持和阻力补偿等。探究碱金属单质化学性质的相似性1．铯与H2O反应吗？若反应写出离子方程式。提示：反应；离子方程式：2Cs＋2H2O=2Cs＋＋2OH－＋H2↑。2．铯投入CuCl2溶液中，有什么现象？为什么？提示：铯与CuCl2溶液剧烈反应，放出气体，生成蓝色沉淀；原因：Cs在溶液中先与H2O反应生成CsOH，2CsOH＋CuCl2=2CsCl＋Cu(OH)2↓。3．你能根据钠、钾单质及其化合物的性质推测出氯化铯和碳酸铯的溶解性吗？提示：能。碱金属单质及其化合物的性质具有相似性，依据NaCl(KCl)、Na2CO3(K2CO3)易溶于水推测CsCl、Cs2CO3也是易溶于水的。4．碱金属单质的化学性质为什么具有相似性？提示：原因：结构决定性质，碱金属元素的原子结构相似，最外层均有一个电子，均易失电子，化学性质活泼，故它们的单质具有较强的还原性，能与氧气等非金属及水、酸反应。探究碱金属单质化学性质的递变性1．铯与O2反应的产物是Cs2O吗？反应剧烈程度比Na、K与O2反应程度大吗？提示：产物不是Cs2O。反应剧烈程度比Na、K与O2反应程度大。2．铯与H2O反应现象和Na、K与H2O反应现象的主要区别可能是什么？提示：主要区别：不在水面上四处游动而在水中上下浮动，放出大量气体，可能发生爆炸。3．如何从结构上理解碱金属元素从上到下金属性逐渐增强？提示：从上到下，碱金属元素原子半径逐渐增大，原子核对最外层电子的引力逐渐减弱，原子失电子变得越来越容易，故从上到下，金属性逐渐增强。1．碱金属元素性质的相似性(用R表示碱金属元素)：2．碱金属元素性质的递变性：具体表现为LiNaKRbCs与氧气反应反应越来越剧烈,产物越来越复杂Li2ONa2O、Na2O2K2O、K2O2、KO2更复杂氧化物与水反应反应越来越剧烈反应缓慢剧烈反应轻微爆炸剧烈爆炸氢氧化物碱性强弱:LiOH<NaOH<KOH<RbOH<CsOH【思考讨论】碱金属单质的化学性质为什么具有递变性？提示：碱金属原子结构存在递变性。从Li到Cs，随核电荷数的增加，电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大，原子核对最外层电子的引力逐渐减弱，元素金属性逐渐增强；故单质的还原性逐渐增强，离子的氧化性逐渐减弱。【典例】(2021·海口高一检测)以下关于锂、钠、钾、铷、铯的叙述不正确的是()①原子结构的相同点是最外层电子数相同，都为1②单质熔点最高的是铯③与O2反应均可得到多种氧化物④单质的密度依次增大，均要保存在煤油中⑤单质的还原性依次增强⑥对应离子的氧化性依次增强A．①③⑤ B．②④⑥C．②③④⑥ D．①⑤【思维建模】解答本类题目的思维流程如下：【解析】选C。锂、钠、钾、铷、铯均为第ⅠA族元素，原子的最外层都有一个电子，①正确；碱金属单质的熔、沸点随着原子序数的增加而降低，所以单质熔点最低的是铯，②错误；Li与O2反应只能得到Li2O，③错误；Li的密度比煤油小，不能保存在煤油中，应该保存在石蜡中，④错误；碱金属元素随原子序数的增加，原子半径逐渐增大，失电子能力逐渐增强，所以其单质的还原性依次增强，它们对应离子的氧化性依次减弱，⑤正确、⑥错误。(1)某同学提出：碱金属元素化学性质有差别，从Li到Cs，失电子能力逐渐增强。这种说法是否正确？(关键能力——分析与推测)提示：正确。碱金属元素从Li到Cs，原子半径逐渐增大，原子核对核外电子的束缚力逐渐减弱，失电子能力逐渐增强。(2)锂、钠、钾、铷、铯中，密度最小的是哪一种金属？(关键能力——归纳与论证)提示：锂。从锂到铯，单质密度逐渐增大(钠、钾反常)。规律方法同主族元素的性质与原子结构的关系(2021·惠州高一检测)下列关于碱金属的性质叙述正确的是()A．单质均为银白色，密度均小于水B．单质与水反应时都能生成碱和氢气C．单质在空气中燃烧的生成物都是过氧化物D．单质的还原性逐渐减弱【解析】选B。Cs略带金色光泽，Li、Na、K的密度小于水的密度，Rb、Cs的密度大于水的密度，故A错误；碱金属单质都能与水反应，生成相应的碱和H2，故B正确；随着核电荷数的增大，碱金属越来越活泼，碱金属单质在空气中燃烧的产物越来越复杂，Li在空气中燃烧的主要产物为Li2O，且为氧化物，故C错误；从Li到Cs，元素原子电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大，失电子能力逐渐增强，单质的还原性逐渐增强，故D错误。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__________层电子，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，同时使紫色石蕊试液显________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”)。【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，使紫色石蕊试液变蓝色。答案：(1)6155(2)无蓝2Cs＋2H2O=2CsOH＋H2↑(3)强【加固训练—拔高】1．下列叙述中错误的是()A．碱金属具有强还原性，它们的离子具有强氧化性B．随着电子层数的增多，碱金属的原子半径逐渐增大C．碱金属单质的熔、沸点随着核电荷数的增大而降低D．碱金属元素在自然界中都是以化合态的形式存在【解析】选A。碱金属元素随着核电荷数的增大，电子层数增多，原子半径逐渐增大，单质的熔、沸点逐渐降低。金属单质还原性越强，失电子能力越强，变为阳离子后的氧化性越弱，故碱金属的阳离子的氧化性都很弱。2．瑞典的化学家阿尔费德森在分析一种矿物时发现，得出的已知成分只有96%，那么其余的4%到哪儿去了呢？他经过反复试验，确信一定是矿物中含有一种至今还不知道的元素。因这种元素是在矿物(名叫透锂长石)中发现的，他就取名为“锂”(希腊文“岩石”之意)。不久，阿尔费德森又在其他矿物中发现了这种元素。另一位著名的化学家贝采里乌斯也在卡尔斯温泉和捷克的马里安温泉的矿泉水中发现了锂。(1)在周期表中，锂元素在什么位置？提示：锂元素位于第二周期第ⅠA族。(2)锂单质有什么化学性质？与同主族的钠的性质类似吗？提示：锂单质能与氧气、水、酸等反应，与钠性质类似。(3)锂的金属性与镁相似，写出下列化学方程式。①锂在空气中燃烧②碳酸锂受热分解③锂与H2O反应提示：①4Li＋O2eq\o(=,\s\up7(点燃))2Li2O②Li2CO3eq\o(=,\s\up7(△))Li2O＋CO2↑③2Li＋2H2O=2LiOH＋H2↑1.(水平1)锂(Li)是一种银白色的金属元素，质软，是密度最小的金属。用于原子反应堆、制轻合金及电池等，锂电池或锂离子电池备受人们推崇。锂(Li)不可能具有的性质是()A．锂在空气中燃烧只会生成氧化锂B．锂很软，用小刀可以切割C．锂的熔点比金属铯高D．金属锂可以保存在煤油或液体石蜡中【解析】选D。锂较其他碱金属活泼性差，燃烧不生成过氧化物，生成氧化锂，A正确；碱金属都很软，可用小刀切割，B正确；碱金属Li→Cs熔点逐渐降低，C正确；金属锂的密度比煤油小，所以不能保存在煤油中，D不正确。2．(水平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．钠原子比钾原子易失电子D．碱金属的熔点随着原子核外电子层数的增加而降低【解析】选C。碱金属元素随着原子序数的增大，金属性逐渐增强，故A正确；钾的焰色为紫色，钠的焰色为黄色，故B正确；钾的金属性比钠强，钾比钠容易失去电子，故C错误；碱金属元素从上到下随着原子核外电子层数的增加，其单质的熔点依次降低，故D正确。3．(水平1)金属锂与生活息息相关，电脑、、蓝牙耳机中的锂离子电池中都含有丰富的锂元素。下列关于Li的说法中不正确的是()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>KD．原子半径：Li<Na<K【解析】选B。锂的活动性比钠的弱，与水反应不如钠剧烈，故A项正确；还原性：K>Na>Li，但K不能置换出NaCl溶液中的钠，而是先与H2O反应，故B项错误；碱金属元素从Li到Cs，熔、沸点逐渐降低，即Li>Na>K>Rb>Cs，所以C项正确；原子半径：Li<Na<K，D项正确。【补偿训练】已知钡的金属活动性处于钾和钠之间。则下列变化中可能实现的是()A．钡可从氯化钠溶液中置换出金属钠B．钡可从冷水中置换出氢气C．钡可从硫酸铜溶液中置换出铜D．在溶液中Ba2＋可氧化金属锌，生成Zn2＋【解析】选B。由于钡可以与水反应，所以钡和钠一样并不能置换出水溶液中的金属离子，溶液中的Ba2＋也难以被还原生成金属单质。4．(水平2)单片铯钾防火玻璃，是通过特殊化学处理在高温状态下进行二十多小时离子交换，替换了玻璃表面的金属钠，形成的低膨胀硅酸盐玻璃，具备高效的抗热性能，同时通过物理处理后，玻璃表面形成高强的压力，大大提高了抗冲击强度，当玻璃破碎时呈现微小颗粒状态，减少对人体的伤害。关于这种防火玻璃中铯的叙述，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Cs2OC．Cs与水反应，能发生爆炸，并放出O2D．加热Cs2CO3，可生成氧化铯和二氧化碳【解析】选A。同主族元素性质相似，NaOH、KOH、CsOH均易溶于水，A对；碱金属由Li到Cs活泼性增强，Na与O2加热生成Na2O2，钾在O2中燃烧生成超氧化钾，Cs在空气中燃烧一定不生成Cs2O，B错；Cs与H2O反应生成H2，C错；Na2CO3、K2CO3、Cs2CO3性质稳定，受热不分解，D错。5．(水平2)如图表示第ⅠA族金属(又称为碱金属)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.金属性B．与水反应的剧烈程度C．阳离子的氧化性D．原子半径【解析】选C。由图可知随着核电荷数的增大，碱金属的性质呈增大趋势，其金属性逐渐增强，其单质与水反应剧烈程度增大，随核电荷数增大，其原子半径逐渐增大，A、B、D三项正确；随碱金属的核电荷数递增，其阳离子氧化性逐渐减弱，C项与图不符。6．(水平2·教材习题改编)据报道，德国科学家实现了铷原子气体超流体态与绝缘态的可逆转换，该成果将给量子计算机的研究带来重大突破。已知铷是37号元素。根据相关知识回答下列问题：(1)请推测铷(Rb)在元素周期表的第____