《4.1.3 原子結(jié)構與元素的性質(zhì)-堿金屬》導學案（解析版）

學而優(yōu)·教有方PAGEPAGE11第四章物質(zhì)結(jié)構元素周期律第一節(jié)原子結(jié)構與元素周期表第三課時原子結(jié)構與元素性質(zhì)—堿金屬【學習目標】1.通過觀察實驗現(xiàn)象，分析實驗原理、閱讀教材內(nèi)容，探究認識堿金屬元素性質(zhì)的遞變規(guī)律，能用原子結(jié)構理論初步加以解釋同主族元素性質(zhì)的遞變規(guī)律，初步掌握元素性質(zhì)與原子結(jié)構的關系，培養(yǎng)宏觀辨識與微觀探析的化學核心素養(yǎng)。2.通過堿金屬元素的相關性質(zhì)的圖表信息，培養(yǎng)分析、處理數(shù)據(jù)的能力，嘗試運用比較、歸納等方法對信息進行加工，落實證據(jù)推理與模型認知的化學核心素養(yǎng)?！緦W習重點】堿金屬元素性質(zhì)的相似性和遞變性【學習難點】原子結(jié)構與堿金屬元素性質(zhì)的關系【課前預習】舊知回顧：1.元素周期表中共有18個縱列，分為7個主族，7個副族，1個0族（又名稀有氣體元素）和1個第Ⅷ族（包括第8、9、10三個縱列）。其中第ⅠA族（除氫外）又叫堿金屬元素，第ⅦA族又叫鹵族元素。2.指出ⅠA、ⅦA族元素（除氫元素）的元素符號及名稱，并分別畫出原子結(jié)構示意圖。其原子結(jié)構有何特點？【答案】①ⅠA族：Li（鋰）、Na（鈉）、K（鉀）、Rb（銣）、Cs（銫）②原子結(jié)構特點：最外層均只有一各電子，由鋰→銫，隨原子序數(shù)遞增，電子層數(shù)依次增多。新知預習：1.在元素周期表中，同一主族元素原子結(jié)構有何特點和規(guī)律？【溫馨提示】同主族元素原子結(jié)構具有相似性和遞變性。如ⅠA和ⅦA族元素具有最外層電子數(shù)都是1和7；從上到下，隨核電荷數(shù)依次增多、電子層數(shù)依次增多、原子半徑依次增大。2.堿金屬元素的原子最外層有1個電子，化學性質(zhì)相似，如最高價氧化物對應水化物的化學式為ROH，且均呈堿性，都能與氧氣等非金屬單質(zhì)及水反應等。但隨核電荷數(shù)的增加，其原子的電子層數(shù)逐漸增多，原子半徑逐漸增大，化學性質(zhì)也有差異性，如與水反應的劇烈程度不同等。【課中探究】情景導入：在上一節(jié)課的學習中，我們知道門捷列夫繪制出了第一張元素周期表。這第一張元素周期表實際是有很多空格的（見PPT圖片），門捷列夫預言其中很多未知元素的性質(zhì)。那么門捷列夫是根據(jù)什么在預言未知元素的性質(zhì)的呢？一、堿金屬的概念及原子結(jié)構特點活動一、原子結(jié)構與元素周期表的關系任務一、根據(jù)元素周期表的結(jié)構特點，回答原子結(jié)構與元素周期表有何關系？【答案要點】①元素周期表有七個橫行，每個橫行叫做一個周期，即共分為七個周期，把電子層數(shù)相同的元素，按原子序數(shù)遞增順序從左到右排列。②元素周期表有十八個縱行，除8、9、10三個縱行叫第Ⅷ族外，每個縱行叫做一個族，即共分十六個族（七主七副），把最外電子層相同的元素，按電子層數(shù)遞增的順序由上而下排列。任務二、討論交流：結(jié)合所學知識，思考元素化學性質(zhì)與原子最外層電子數(shù)有何關系？由此可得到什么結(jié)論？【答案要點】①元素分為金屬元素和非金屬元素（包括稀有氣體元素）。金屬性最強的元素是銫（Cs不包括放射性元素)，非金屬屬性最強的元素是氟（F）。②金屬元素的原子最外層電子數(shù)一般小于或等于4，容易失去電子形成穩(wěn)定結(jié)構，化學性質(zhì)活潑，表現(xiàn)出金屬性。③非金屬元素的原子最外層電子數(shù)一般大于或等于4，容易得到電子形成穩(wěn)定結(jié)構，化學性質(zhì)活潑，表現(xiàn)出非金屬性。④稀有氣體原子最外層電子數(shù)除氦為2個電子穩(wěn)定結(jié)構外，都為8電子穩(wěn)定結(jié)構，既不易得到電子，也不易失去電子，化學性質(zhì)穩(wěn)定。⑤結(jié)論：最外層電子數(shù)決定元素的化學性質(zhì)。【對應練習】1．下列關于堿金屬元素的說法正確的是()①原子結(jié)構的相同點是最外層電子數(shù)相同，都為1②原子結(jié)構的不同點是隨核電荷數(shù)的增加，電子層數(shù)增多，原子半徑增大③具有相似的化學性質(zhì)，都是活潑金屬④都具有強還原性，在化合物中顯＋1價⑤化學性質(zhì)有差別，從Li到Cs，失電子能力逐漸增強A．①③④B．①③⑤C．②④⑤D．全部【答案】D【解析】堿金屬元素原子的最外層都有一個電子，都易失去一個電子，具有強還原性，在化合物中顯＋1價，①③④正確；堿金屬元素從Li到Cs，原子半徑逐漸增大，原子核對核外電子的束縛力逐漸減弱，失電子能力逐漸增強，②⑤正確。2．下列敘述中，正確的是()A．兩種粒子，若核外電子排布完全相同，則其化學性質(zhì)一定相同B．凡單原子形成的離子，一定具有稀有氣體元素原子的核外電子排布C．兩原子，如果核外電子排布相同，則一定屬于同種元素D．陰離子的核外電子排布一定與比它原子序數(shù)小的稀有氣體元素原子的核外電子排布相同【答案】C【解析】兩種粒子，若核外電子排布完全相同，則其化學性質(zhì)不一定相同，例如鈉離子和氟離子，A項錯誤；凡單原子形成的離子，不一定具有稀有氣體元素原子的核外電子排布，例如H＋肯定不滿足稀有氣體的核外電子排布，B項錯誤；兩原子，如果核外電子排布相同，那么質(zhì)子數(shù)相同，則一定屬于同種元素，C項正確；陰離子是原子得電子后的離子，則陰離子的核外電子排布與同周期的稀有氣體元素原子的核外電子排布相同，D項錯誤。活動二、堿金屬的概念及原子結(jié)構特點任務一、閱讀教材P98-99頁第一自然段，思考什么是堿金屬元素？其原子結(jié)構有何特點？可得到什么結(jié)論？【溫馨提示】①元素周期表中第ⅠA族元素（除氫外）又稱堿金屬元素，包括鋰(Li)、鈉(Na)、鉀(K)、銣(Rb)、銫(Cs)、鈁(Fr)六種元素。②其原子結(jié)構具有相似性：最外層電子數(shù)都是1（小于4），從上到下即由Li→Cs，隨著核電荷數(shù)增加，電子層數(shù)增多。③結(jié)論：化學性質(zhì)非常活潑的金屬，在自然界中都以化合態(tài)存在。任務二、結(jié)合教材P99頁“思考與討論”，回答在周期表中，從上到下堿金屬元素原子的核電荷數(shù)、原子半徑的變化有什么特點？完成表格內(nèi)容?！緶剀疤崾尽吭孛Q元素符號核電荷數(shù)原子結(jié)構示意圖最外層電子數(shù)電子層數(shù)原子半徑/nm鋰Li3120.152鈉Na1130.186鉀K1940.227銣Rb3750.248銫Cs5560.265結(jié)論①最外層電子數(shù)相等（均為1）；②從上到下，電子層數(shù)依次增加；③從上到下，原子半徑依次增大?！緦毩暋?．以下關于鋰、鈉、鉀、銣、銫的敘述正確的是()①氫氧化物中堿性最強的是CsOH②單質(zhì)熔點最高的是銫③它們都是熱和電的良導體④它們的密度依次增大，且都比水輕⑤它們的還原性依次增強⑥它們對應陽離子的氧化性依次增強A．①③ B．②⑤ C．②④⑥ D．①③⑤【答案】D【解析】①堿金屬從上到下，金屬性增強，最高價氧化物對應水化物堿性越強，因此氫氧化物中堿性最強的是CsOH，故①正確；②從上到下，金屬的熔點逐漸降低，因此單質(zhì)熔點最高的是Li，故②錯誤；③堿金屬是是熱和電的良導體，故③正確；④堿金屬密度具有增大趨勢，但鈉的密度大于鉀的密度，銣、銫密度比水大，故④錯誤；⑤從上到下金屬性增強，它們的還原性依次增強，故⑤正確；⑥從上到下金屬性增強，還原性增強，它們對應陽離子的氧化性依次減弱，故⑥錯誤；因此①③⑤正確，故D正確。故選D。2.已知鋰及其化合物的許多性質(zhì)與堿金屬差異較大，卻與鎂相似。下面有關鋰及其化合物的性質(zhì)的敘述不正確的是()A.鋰在過量氧氣中燃燒，主要產(chǎn)物是Li2O而不是Li2O2B.Li2CO3受熱很難分解C.在相同溫度下，溶解度Li2CO3小于LiHCO3D.少量的鋰保存在固體石蠟中【答案】B【解析】堿金屬中，鋰最不活潑，密度最小，比煤油還輕，能浮在煤油上，故應保存在固體石蠟中。鋰及其化合物的許多性質(zhì)與鎂相似，MgCO3受熱易分解，Li2CO3受熱也易分解，B錯誤；MgCO3的溶解度小于Mg(HCO3)2的溶解度，故在相同溫度下，溶解度Li2CO3小于LiHCO3，C正確。二、堿金屬元素的性質(zhì)活動一、預測堿金屬的化學性質(zhì)任務一、回憶第二章學過的知識，思考金屬鈉具有哪些化學性質(zhì)？【溫馨提示】①與非金屬單質(zhì)反應：a.與氧氣反應：新切開的鈉具有銀白色的金屬光澤，在空氣中很快變暗，失去金屬光澤。在空氣中點燃金屬鈉，鈉先熔化成小球，然后劇烈燃燒，火焰呈黃色，生成淡黃色固體。反應的化學方程式：4Na＋O2=2Na2O或2Na＋O2eq\o(=,\s\up7(△),\s\do5())Na2O2；b.與氯氣反應：金屬鈉在氯氣中燃燒，產(chǎn)生大量白煙，產(chǎn)物為氯化鈉?；瘜W方程式：2Na＋Cl2eq\o(=,\s\up7(點燃))2NaCl。c.與硫反應：鈉與硫混合研磨可發(fā)生爆炸，火星四射，產(chǎn)物為硫化鈉?；瘜W方程式：2Na＋Seq\o(=,\s\up7(△),\s\do5())Na2S。②與水反應：浮于水面上（鈉的密度小于水）、熔成一個小球（反應放熱，鈉的熔點低）、四處游動（生成氣體）、發(fā)出嘶嘶聲（反應放熱，熱的鈉使水蒸發(fā)）、滴有酚酞的溶液變?yōu)榧t色（生成NaOH）。化學方程式：2Na+2H2O=2NaOH+H2↑③與鹽溶液反應：先與水反應，生成的NaOH再與鹽反應復分解反應。如與CuSO4溶液反應反應化學方程式：2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑、2NaOH+CuSO4=Na2SO4+Cu(OH)2↓，總反應式：2Na＋2H2O+CuSO4=Na2SO4+Cu(OH)2↓＋H2↑。任務二、結(jié)合堿金屬的的原子結(jié)構特點，預測鋰、鉀可能具有哪些與鈉相似的化學性質(zhì)？【溫馨提示】①最外層都有1個電子→易失去1個電子→單質(zhì)具有強還原性，都以化合態(tài)存在。元素均具有較強的金屬性，單質(zhì)均體現(xiàn)較強的還原性；②與非金屬單質(zhì)反應：如與O2反應生成相應的氧化物（Li2O、K2O)、與Cl2反應生成LiCl和KCl、與H2O反應，能置換出H2O中的氫，反應通式為：2R＋2H2O=2ROH＋H2↑等。③與非氧化性酸反應，生成H2，反應通式為：2R＋2H＋=2R＋＋H2↑(R表示堿金屬Li、K，下同)。④與水反應生成相應的堿和氫氣，其通式為2R＋2H2O=2ROH＋H2↑等。【對應練習】1．下列關于鈉的說法不正確的是()A.金屬鈉和氧氣反應，條件不同，產(chǎn)物不同B.鈉長期置于空氣中，表面不能形成致密氧化膜C.鈉與水反應時，鈉熔成小球在水面四處游動D.由于鈉比較活潑，所以它能從溶液中置換出金屬活動性順序表中鈉后面的金屬【答案】D【解析】金屬鈉與氧氣反應，常溫生成氧化鈉，加熱生成過氧化鈉，A項正確；鈉長期置于空氣中，表面先生成氧化鈉，會與空氣中的水反應，最終生成碳酸鈉，不能生成致密氧化膜，B項正確；鈉是活潑金屬，熔點低，與水反應時，鈉熔成小球在水面四處游動，C項正確；鈉與鹽溶液反應時，先與水反應，不能從鹽溶液中置換出金屬，D項不正確。2.下列敘述正確的是（）A．Na在空氣中燃燒會生成Na2O2，故Li在空氣中燃燒也會生成Li2O2B．堿金屬元素是指ⅠA族的所有元素C．在熔融狀態(tài)下，鈉可以從MgCl2中置換出鎂D．Li、Na、K都可以保存在煤油中【答案】C【解析】A．Li在空氣中燃燒只生成Li2O，故A錯誤；B．堿金屬元素是指ⅠA族除氫外的金屬元素，故B錯誤；C．鈉比鎂金屬性強，能在熔融狀態(tài)下置換出氯化鎂中的鎂單質(zhì)，故C正確；D．Li的密度比煤油小，不能保存在煤油中，故D錯誤；故選：C?；顒佣?、實驗探究堿金屬的化學性質(zhì)任務一、結(jié)合教材P100頁實驗（1）完成實驗，觀察比較金屬鈉、鉀與水反應的現(xiàn)象，分析原理，完成表格內(nèi)容。【溫馨提示】實驗操作實驗現(xiàn)象在空氣中燃燒，鈉產(chǎn)生黃色火焰，鉀產(chǎn)生紫色火焰，鉀燃燒更劇烈化學方程式2Na＋O2eq\o(,\s\up6(Δ))Na2O2K＋O2eq\o(\s\up4(eq\o(\s\up2(Δ),\s\do4(→))),\s\do6())多種氧化物(產(chǎn)物中金屬均為＋1價)實驗結(jié)論鉀原子半徑比鈉原子大，對最外層電子的引力弱，鉀比鈉更容易失去電子，同理，鋰可以與O2反應，但不如鈉劇烈：4Li＋O2eq\o(,\s\up6(Δ))2Li2O。任務二、結(jié)合教材P100頁實驗（2）完成實驗，觀察比較金屬鈉、鉀與水反應的現(xiàn)象，分析原理，完成表格內(nèi)容。【溫馨提示】堿金屬鉀鈉實驗操作實驗現(xiàn)象共同點①金屬浮在水面上；②金屬熔化成閃亮的小球；③小球四處游動；④發(fā)出“嘶嘶”的響聲；⑤反應后的溶液呈紅色不同點K與水反應更劇烈化學方程式2K＋2H2O=2KOH＋H2↑2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑結(jié)論及原因分析失電子能力：K大于Na。K、Na最外層電子數(shù)目相同，但K比Na電子層數(shù)多，最外層電子離核較遠，故K比Na更易失電子。【對應練習】1.下列說法錯誤的是()A．化合物中堿金屬元素的化合價都為＋1價B．堿金屬元素原子的次外層電子數(shù)都是8C．堿金屬元素的原子半徑隨核電荷數(shù)的增大而增大D．堿金屬元素都位于元素周期表的第ⅠA族【答案】B【解析】A項，堿金屬元素的原子最外層只有1個電子，因此在化合物中的化合價均為＋1價，正確；B項，Li原子的次外層電子數(shù)為2，錯誤；C項，核電荷數(shù)越大，電子層數(shù)越多，原子半徑越大，正確；D項，堿金屬元素都位于元素周期表的第ⅠA族，正確。2.下列關于堿金屬按Li、Na、K、Rb、Cs的順序敘述中不正確的是()A．堿金屬原子最外層都只有一個電子，在化學反應中容易失電子表現(xiàn)出強還原性B．單質(zhì)的熔點和沸點依次遞減C．單質(zhì)都能與水反應生成堿，都能在空氣中燃燒生成過氧化物D．原子半徑逐漸增大，單質(zhì)與水反應的劇烈程度逐漸增強【答案】C【解析】金屬鋰在空氣中燃燒只生成氧化物。活動三、堿金屬性質(zhì)的相似性和遞變性任務一、觀察教材P101頁表4-2，分析表中數(shù)據(jù)，思考堿金屬單質(zhì)的物理性質(zhì)表現(xiàn)出哪些相似性和遞變性？【答案要點】①相似性：銀白色金屬(Cs略帶金色光澤)，質(zhì)地較軟，有延展性，密度較小，熔點較低，均為電和熱的良導體（如鈉鉀合金—室溫呈液態(tài)）可用作核反應堆的傳熱介質(zhì)。②遞變性：由Li→Cs，密度逐漸增大(K反常)，熔沸點逐漸降低；熔點、沸點逐漸降低等。任務二、結(jié)合堿金屬元素的原子結(jié)構的相似性和遞變性，歸納總結(jié)其單質(zhì)的化學性質(zhì)具有哪些相似性和遞變性。【答案要點】①相似性：化學性質(zhì)相似，原子均易失去1個電子，均體現(xiàn)+1價，其單質(zhì)都能與氧氣等非金屬單質(zhì)以及水反應，體現(xiàn)較強的還原性。如：4Li＋O2eq\o(,\s\up6(Δ))2Li2O、2Na＋O2eq\o(,\s\up6(Δ))Na2O2、2R＋2H2O=2ROH＋H2↑（R表示堿金屬元素）②遞變性：堿金屬元素原子的最外層電子數(shù)都相等，但從Li到Cs，隨著核電荷數(shù)的增加，堿金屬元素原子的電子層數(shù)逐漸增多，原子核對核外電子的吸引能力逐漸減弱；失電子能力逐漸增強，金屬性逐漸增強。具體表現(xiàn)：a.由Li→Cs，單質(zhì)的還原性逐漸增強，離子的氧化性逐漸減弱。b.與O2的反應的程度越來越劇烈。c.與H2O的反應越來越劇烈，如K與H2O反應可能會發(fā)生輕微爆炸，Rb與Cs遇水發(fā)生劇烈爆炸。d.最高價氧化物對應水化物的堿性逐漸增強，CsOH的堿性最強。注意：①鉀與氧氣反應生成多種氧化物，在中學階段不作要求。②一般情況下，元素的金屬性強弱可以從其單質(zhì)與水（酸）反應置換出氫氣的難易程度，以及它們的最高價氧化物的水化物—氫氧化物的堿性強弱來判斷。相似性與金屬單質(zhì)2R＋O2R2O2R＋Cl22RCl水2R＋2H2O2ROH＋H2↑非氧化性酸2R＋2H＋2R＋＋H2↑遞變性O2從Li→Cs，與O2反應越來越劇烈，產(chǎn)物越來越復雜，如Li與O2反應只能生成Li2O，Na與O2反應還可以生成Na2O2，而K與O2反應能夠生成KO2H2O（或酸）從Li→Cs，與H2O（或酸）反應越來越劇烈，如K與H2O反應可能會發(fā)生輕微爆炸，Rb和Cs遇水發(fā)生劇烈爆炸最高價氧化物對應水化物的堿性堿性：LiOH＜NaOH＜KOH＜RbOH＜CsOH【對應練習】1.下列有關堿金屬元素的性質(zhì)判斷正確的是()A．Li與H2O反應最劇烈B．堿金屬元素的陽離子沒有還原性，所以有強氧化性C．Rb比Na活潑，故Rb可以從NaCl溶液中置換出NaD．從Li到Cs都易失去最外層1個電子，且失電子能力逐漸增強【答案】D【解析】A項，在堿金屬元素中，Li是最不活潑的元素，錯誤；B項，堿金屬陽離子很穩(wěn)定，不具有強氧化性，錯誤；C項，Rb先與水反應，不會置換出Na，錯誤；D項，同主族元素從上到下金屬性逐漸增強，正確。2．據(jù)報道、德國科學家實現(xiàn)了銣(Rb)原子氣體超流體態(tài)與絕緣態(tài)的可逆轉(zhuǎn)換，該成果將給量子計算機的研究帶來重大突破。已知銣在元素周期表中位于第五周期IA族。下列說法不正確的是()A．銣的原子序數(shù)為37B．銣放到水中會比鈉跟水反應更劇烈C．銣的氧化物暴露在空氣中易與CO2反應D．銣的氫氧化物是弱堿【答案】D【解析】A項，銣的原子核內(nèi)有37個質(zhì)子，則原子序數(shù)為37，A正確；B項，銣的原子半徑大于Na，則失電子能力大于Na，故放到水中會比鈉跟水反應更劇烈，B正確；C項，銣的氧化物為堿性氧化物，則暴露在空氣中易與CO2反應，C正確；D項，銣的失電子能力大于Na，則銣的氫氧化物是強堿，D錯誤；故選D?！菊n后鞏固】1．下列關于同主族元素的說法錯誤的是()A．同主族元素隨原子序數(shù)遞增，元素原子的得電子能力逐漸增強B．同主族元素隨原子序數(shù)遞增，單質(zhì)氧化能力逐漸減弱C．同主族元素原子最外層電子數(shù)都相同D．同主族元素的原子半徑，隨原子序數(shù)增大而逐漸增大【答案】A【解析】同主族元素，最外層電子數(shù)相同，隨原子序數(shù)增大，原子半徑逐漸增大，得電子能力逐漸減弱，單質(zhì)氧化性逐漸減弱，故A錯誤，B、C、D正確。2．下列說法中，正確的是（）A．堿金屬單質(zhì)的化學性質(zhì)活潑，易從鹽溶液中置換其它金屬B．堿金屬單質(zhì)在空氣中燃燒生成的都是過氧化物C．隨核電荷數(shù)增加，堿金屬單質(zhì)溶、沸點降低D．堿金屬的原子半徑越大，越易失電子，其還原性越弱【答案】C【解析】A．K、Na等過于活潑的堿金屬先和水反應，生成強堿，而不是與鹽溶液發(fā)生置換反應，故A錯誤；B．金屬Li在空氣中燃燒生成氧化鋰，金屬鉀在空氣中燃燒生成超氧化鉀，只有金屬鈉在空氣中燃燒生成過氧化鈉，故B錯誤；C．隨核電荷數(shù)增加，其陽離子半徑越來越大，與自由電子的作用力越來越弱，所以堿金屬單質(zhì)溶、沸點降低，故C正確；D．堿金屬的原子半徑越大，原子核對最外層電子的吸引能力減弱，則越易失電子，其還原性越強，故D錯誤。答案選C。3．下列有關堿金屬的說法不正確的是()A．均為ⅠA族元素，最外層均有1個電子B．單質(zhì)的還原性：Li＞Na＞K＞Rb＞CsC．堿性：LiOH＜NaOH＜KOH＜RbOH＜CsOHD．由Li到Cs，核電荷數(shù)依次增加，電子層數(shù)、原子半徑依次增大【答案】B【解析】堿金屬位于周期表第ⅠA族，主族序數(shù)等于原子最外層電子數(shù)，最外層電子數(shù)為1，故A正確；同主族電子層數(shù)依次增加，失電子能力越來越強，還原性增強，單質(zhì)的還原性：Li＜Na＜K＜Rb＜Cs，故B錯誤；金屬性越強形成的堿的堿性越強，LiOH＜NaOH＜KOH＜RbOH＜CsOH，故C正確；同一主族，從上到下，電子層數(shù)、原子半徑依次增大，故D正確。4.下列關于堿金屬的敘述中，正確的是（）A．堿金屬單質(zhì)的密度隨原子序數(shù)的增大而增大B．堿金屬隨著原子序數(shù)增大，與水反應越劇烈C．堿金屬的原子半徑越大，越易失電子，其還原性越弱D．堿金屬單質(zhì)的化學性質(zhì)活潑，易從鹽溶液中置換其它金屬【