高一化学碱金属元素1.doc

第三节 碱金属元素新课指南 1.掌握碱金属的物理性质和化学性质，并能运用原子结构的初步知识来理解它们性质上的异同及其递变规律. 2.掌握利用焰色反应检验金属钠和钾以及它们的离子的操作技能. 3.通过学习碱金属性质的递变规律，进行辩证唯物主义教育.本节重点：碱金属元素的性质以及跟原子结构的关系.本节难点：碱金属元素的性质以及跟原子结构的关系.教材解读精华要义相关链接 1.钠的原子结构 钠原子核内有11个质子，核外有11个电子，分三层排布，最外层有1个电子，其原子结构示意图为：钠原子容易失去最外层的电子，形成8电子的稳定结构，表现出很强的还原性. 2.钠的典型化学反应钠是活泼的金属单质，化学性质非常活泼，能够与多种物质反应.钠单质的化学性质主要表现为还原性.知识详解知识点1 碱金属的原子结构 从下表可以看出，锂、钠、钾、铷、铯的原子最外电子层的电子数是相同的，都是1个电子.这个电子对原子半径的大小是有影响的，一旦失去这个电子变成离子，离子半径就显著地比原子半径小了.例如，钠原子的半径是1.8610-10m，钠离子的半径则为0.9710-10m. 碱金属的原子结构 碱金属项目锂钠钾铷铯元素符号LiNaKRbCs电子层结构原子半径（10-10m） 相同点：最外电子层上都只有1个电子 递变规律(从锂到铯)：核电荷数逐渐增大；电子层数逐渐增多；原子半径逐渐增大. 知识点2 碱金属的物理性质 碱金属元素在自然界里都以化合态存在，它们的金属由人工制得.下表列出了碱金属的主要物理性质. 碱金属的主要物理性质 碱金属项目 Li Na K Rb Cs颜色和状态银白、柔软银白、柔软银白、柔软银白、柔软略带金色光泽、柔软密度（g/cm3）0.5340.970.861.5321.879熔点（）180.597.8163.6538.8928.40沸点（）1347882.9774688678.4小结 相似性：碱金属除铯略带金色光泽外，其余都呈银白色.碱金属都比较柔软，有延展性，它们的密度都比较小(Li、Na、K的密度小于1 g/cm3，Rb、Cs的密度大于1 g/cm3)，熔点较低(Li大于100，其余小于100)，铯在气温稍高的时候，就呈液态.它们的导热、导电的性能都很强.碱金属，特别是锂、钠、钾，是金属中比较轻的. 递变规律(从LiCs)：密度呈增大趋势(但KNa)；熔、沸点逐渐降低. 思维拓展 1.在实验室里怎样保存锂、钠、钾? 点拨 锂、钠、钾是活泼的金属，极易氧化变质甚至引起燃烧，它们又都能与水、水溶液等反应产生氢气，是易燃易爆的物质，存放它们要保证不与空气、水分接触，又因为它们的密度小：锂0.534g/cm3，钠0.97g/cm3，钾0.86g/cm3，所以锂只能保存在液体石蜡或封存在固体石蜡中，而钠、钾应保存在煤油中.(煤油密度为0.8g/cm3) 2.自然界里最软的金属元素是什么?它有哪些特征? 点拨 铯是自然界中最软的金属.铯具有活泼的化学性质，它本来披着一件漂亮的略带金色的“外衣”，可是一与空气接触，马上就换成了灰蓝色，甚至不到一分钟就自动地燃烧起来，发出玫瑰般的紫红色或蓝色的光辉，把它投到水里，会立即发生强烈的化学反应，着火燃烧，有时还会引起爆炸.即使把它放在冰上，也会燃烧起来.正因为它这么地“不老实”，平时人们就把它“关”在煤油里，以免与空气、水接触.最有意思的是，铯的熔点很低，很容易就能变成液体.一般的金属只有在熊熊的炉火中才能熔化，可是铯却十分特别，熔点只有28.40，除了水银之外，它就是熔点最低的金属了.人体的正常温度是37，所以把铯放到手心里，它就会像冰块掉进热锅里那样很快地化成液体，当然，是不可以把它直接放到手心里的. 知识点3 碱金属的化学性质(重点、难点) 我们知道，钠的化学性质很活泼.它的原子的最外电子层是1个电子，在化学反应中容易失去最外层电子.锂、钾、铷、铯等原子的最外电子层都是1个电子，都容易失去最外层电子，因此它们的化学性质都很活泼.失去电子是氧化反应，所以碱金属是强还原剂. 跟非金属的反应 碱金属都像钠一样能跟氧气起反应.锂跟氧气起反应，生成氧化锂： 4Li+O22Li2O 钾、铷等跟氧气起反应，生成比过氧化物更复杂的氧化物. 碱金属能够跟大多数的非金属起反应，表现出很强的金属性. 实验2-8：钾与氧气的反应 实验目的：通过钾的性质实验与钠的性质实验相比较，认识碱金属的通性. 实验原理：碱金属单质都具有银白色光泽，并具有密度小、硬度小、熔点低、导电性强的特点，是典型的轻金属.碱金属的化学性质都很活泼，表现出很强的金属性、还原性.钾的化学性质比钠还活泼，钾在空气里燃烧时火焰呈浅紫色，生成物是黄色的过氧化钾(K2O2)和橙黄色的超氧化钾(KO2)的混合物. 实验用品：小刀、镊子、酒精灯、石棉网、铁架台、钾、滤纸. 实验步骤：(1)观察钾的外观时，采用与钠的性质实验同样的操作方法. (2)从钾块上切取绿豆大小一粒，用滤纸吸于煤油后，放在石棉网上，然后用酒精灯加热，钾熔化，燃烧时火焰呈紫色，生 成物呈黄色.(如图2-17所示) 实验现象：钾熔化为闪亮的液球(与钠相同)，钾球很快就剧烈燃烧起来(比钠燃烧更容易、更剧烈)，燃烧时有火焰(与钠燃烧相同)，火焰呈紫色(与钠燃烧不同). 实验结论：在加热的条件下，钾在空气中燃烧且比钠更易燃烧.钾比钠更活泼，金属性更强. 【注意】 取用钾要用镊子，切忌用手接触钾，以防手被腐蚀. 所取用的钾粒比黄豆粒略小就有很好的实验效果，过大的钾粒在燃烧时易发生爆炸. 在实验室里钾是保存在煤油中的，钾和煤油都易着火，所以实验过程中要加强防火. 切下的未用的钾要及时放回煤油中去. 实验用品中的小刀、镊子、石棉网和滤纸都必须干燥无水. 为了观察到应有的实验现象，待燃烧的钾要用滤纸吸干煤油.用过的滤纸要妥善处理，防止其燃烧失火. 盛放燃烧着的钾块的石棉网要无破损且干燥，要在铁圈上放平. 跟水的反应 碱金属都能跟水起反应。生成氢氧化物并放出氢气.这类氢氧化物都能使酚酞试液变成红色.钾跟水的反应比钠更剧烈，常使生成的氢气燃烧，并发生轻微爆炸. 实验2-9：钾跟水的反应实验 实验目的：通过钾的性质实验与钠的性质实验相比较，认识碱金属的通性. 实验原理：钾跟水的反应比钠更剧烈，常使生成的氢气燃烧并发生轻微爆炸. 实验用品：烧杯、小刀、镊子、酒精灯、钾、滤纸、表面皿、水、酚酞. 实验步骤：将绿豆大小的一块金属钾用滤纸吸干煤油后投入盛有水(滴有酚酞溶液)的烧杯里，立即用表面皿盖好，观察实验现象并与钠跟水的反应进行比较. 实验现象：钾与水反应时，钾熔化成闪亮的小球，浮在水面上，快速地四处游动，很快就消失了，同时有“嘶嘶”的响声、“啪啪”的爆炸声和燃烧现象，酚酞试液显红色.钠与水反应时，钠熔化成闪亮的小球，浮在水面上，快速地到处游动，消失得比钾慢，同时有“嘶嘶”的响声，但无爆炸声、无燃烧现象，酚酞试液显红色. 实验结论：实验证明，同钠一样，钾也能与水起反应，生成氢气和氢氧化钾.钾与水的反应比钠与水的反应更剧烈，反应放出的热可以使生成的氢气燃烧，并发生轻微的爆炸，证明钾比钠的金属性更强. 2K+2H2O=2KOH+H2 思维拓展 碱金属有哪些共同的化学性质?随着核电荷数增大，碱金属的性质发生怎样的变化? 点拨 碱金属单质的化学性质： 碱金属的活泼性越强，金属与O2反应生成的氧化物的结构就越复杂，并且与水的反应就越剧烈.现将其性质归纳如下表： 碱金属的化学性质单质与H2反应与O2反应与H2O反应LiLiHLi2O平缓：2Li+2H2O=2LiOH+H2NaNaHNa2O、Na2O2剧烈：2Na+2H2O=2NaOH+H2KKHK2O、K2O2、KO2剧烈并伴有燃烧现象：2K+2H2O=2KOH+H2RbRbH更为复杂剧烈并伴有爆炸现象：2Rb+2H2O=2RbOH+H2CsCsH更为复杂剧烈并伴有爆炸现象：2Cs+2H2O=2CsOH+H2 【注意】 在这几种碱金属中，由于原子的电子层数不同，核外电子层数越多的原子对核外电子的吸引力越小，电子就越容易失去.随着原子电子层数的增加，原子的半径增大，碱金属的活动性增强.以钠和钾为例，钾跟氧气、跟水的反应都比钠剧烈.这些事实都可说明原子结构跟性质的关系. 碱金属性质的递变规律(难点) 碱金属项 目 Li Na K Rb Cs金属性和卤素反应都可跟卤素单质反应，生成盐RX和水反应最高价氧化物的水化物及其碱性LiOH NaOH KOH RbOH CsOH碱性依次增强 知识点4 焰色反应和金属离子的检验 由于碱金属的化合物一般均易溶于水，且其水溶液均为无色，因此不能通过沉淀反应来检验碱金属离子的存在.通常利用碱金属离子在火焰中所显示的不同颜色来检验. 我们在炒菜的时候，偶尔有食盐或食盐水溅在煤气火焰或煤火上，火焰就呈现黄色.火焰呈现颜色的现象应用在科学实验上，可以检验一些金属或金属化合物.很多金属或它们的化合物在灼烧时都会使火焰呈现出特殊的颜色，这在化学上叫做焰色反应. 实验2-10：焰色反应 实验目的：认识焰色反应并学会利用焰色反应检验碱金属离子的方法. 实验原理：当金属(或它的化合物)在火焰上灼烧时，原子中的电子就被激发，从较高能级(激发态)跳回低能级时会放出能量，这些能量以一定波长的光的形式发射出来.原子的结构不同，发出光的波长就不同，焰色也各异.离子Li+Na+K+Rb+Cs+Ca2+Sr2+Ba2+焰色紫红黄紫紫紫红砖红洋红黄绿 实验用品：酒精灯、铂丝、碳酸锂、碳酸钠、氯化钾、蓝色钴玻璃. 实验步骤：(1)把铂丝用盐酸洗涤后灼烧，反复多次，直到火焰变为无色.然后用铂丝醮KCl粉末，放到酒精灯火焰的外焰部分灼烧，隔着蓝色钴玻璃观察火焰的颜色(如图2-18所示). (2)用干净的铂丝分别蘸Na2CO3粉末以及Na2CO3与KCl的混合粉末，放在酒精灯火焰的外焰部分灼烧.观察现象，在观察混合物的焰色反应时，先直接观察，再隔着蓝色钴玻璃观察. 实验现象：灼烧KCl粉末时，透过蓝色钴玻璃看到火焰呈紫色.灼烧Na2CO3粉末时，火焰呈黄色.灼烧Na2CO3与KCl混合粉末时，直接观察看到火焰呈黄色，透过蓝色钴玻璃观察看到火焰呈紫色. 【注意】 焰色反应所用火焰本身的颜色要浅，否则会干扰实验现象的观察，一般采用煤气灯较为理想，若用酒精灯火焰，则要使用外焰的侧面(因为焰心的颜色偏黄). 蘸取待测物的金属丝，最好用铂丝，也可用铁丝、镍丝、钨丝来代替，每次使用金属丝时，必须在火焰上灼烧至无色，以免对实验现象产生干扰. 若被鉴别的试样是水溶液则最好用浓溶液，对稀溶液要先进行浓缩. 在第一次做实验或更换被检验的试样之前，都必须先将铂丝进行净化，即用盐 酸(不宜用其他酸)洗涤金属丝，这是因为金属氯化物灼烧时易汽化而挥发，若用H2SO4洗涤金属丝，则由于硫酸盐的熔、沸点较高而难以挥发，会对后一个实验产生干扰.洗涤铂丝后再在火焰上灼烧铂丝，直至火焰的颜色与最初时一致为止. 在观察钾的火焰颜色的时候，要透过蓝色的钴玻璃去观察，这样就可以滤去黄色的光，避免杂质钠所造成的干扰. 小结 焰色反应：多种金属或它们的化合物在灼烧时，都会使火焰呈现出特殊的颜色，在化学上称为焰色反应.焰色反应是金属原子或离子的特征属性. 由于焰色反应与所含金属元素的原子结构中电子的运动状态有关，在此过程中并末产生新的物质，因此该过程是物理变化. 碱金属和它们的化合物都能使火焰呈现出不同的颜色，即呈现焰色反应.此外，钙、锶、钡等金属也能呈观焰色反应.根据焰色反应所呈观的特殊颜色，可以测定金属或金属离子的存在.下面列出一些金属或金属离子的焰色反应的颜色(参见教材彩图). 钾 紫色(为避免钠的干扰，需透过蓝色的钴玻璃进行观察) 钠 黄色 锂 紫红色 铷 紫色 钙 砖红色 锶 洋红色 钡 黄绿色 铜 绿色 在节日晚上燃放的五彩缤纷的焰火，就是碱金属以及锶、钡等金属化合物焰色反应所呈现的各种鲜艳色彩. 思维拓展 1.为什么要透过蓝色钴玻璃观察钾的焰色? 点拨 钾的焰色为紫色，由光的互补色原理可知，黄色与蓝色互补，即用蓝色钴玻璃可将黄色光滤去，这样就便于观察钾的焰色了. 光的互补色都被吸收呈黑色，七色光都被反射呈白色. 2.其他实验方法： (1)如果没有铂丝，可用废灯泡中的电极丝或300瓦的电热丝(镍铬丝). (2)最好用煤气灯，因其火焰近于无色.酒精喷灯、酒精灯也可，但所用酒精要纯. (3)预先削好六支铅笔，露出的铅笔心(石墨)顶端要削成平铲状.在酒精喷灯上灼烧，烧尽铅笔心表面的有机物.冷却后分别蘸取锂盐、钠盐和钾盐的溶液或固体粉末，放在火焰上灼烧. (4)在烧杯中燃烧酒精，将碱金属化合物的粉末撒在火上. (5)在透明胶片上用水基彩色笔均匀地涂上天蓝色；或用天蓝色染料配成溶液浸泡胶片然后晾干，都可代替蓝色钴玻璃. 3.做好焰色反应实验的关键是什么? 点拨 做好焰色反应实验的关键是：若用铂丝作灼烧试样的载体，铂丝要洗净，避免其他离子的干扰；若用酒精的火焰灼烧被检试样，酒精灯的灯芯不能被污染；待测溶液的浓度不能太小. 知识点5 钾肥 钾的许多重要化合物，如氯化钾、硫酸钾、碳酸钾等都是钾肥.我们在初中化学里已学过钾肥的初步知识.土壤里钾的含量并不少.但大部分以钾的矿物形式存在，例如，正长石、白云母等.这些矿物难溶于水，农作物不能直接吸收利用，只有在长期风化(在土壤里受到窄气、水分、酸的作用)过程中，才能逐步转化为农作物可以吸收的水溶性的钾的化合物.因此，土壤里的钾常常不能满足农作物生长的需要，人们往往要施用钾肥加以补充. 通常施用的钾肥主要是各种钾盐，如氯化钾、硫酸钾、碳酸钾(草木灰的主要成分)等.这些钾盐都易溶于水，在溶液里钾以离子的形式存在，易被作物吸收利用，所以，这些钾肥都是速效的.但必须注意的是，由于它们易溶于水，在施用时要防止被雨水淋湿而随水流走. 在科学种田、夺取高产的过程中，施用钾肥时，要因地制宜，注意氮、磷、钾三种肥料的合理配合. 例如：草木灰中含有碳酸钾.从草木灰中提取碳酸钾，并做有关实验： (1)用石蕊试纸检查溶液的酸碱性，正确的操作方法是_. (2)从草木灰中提取钾盐.过滤后的溶液在蒸发皿里加热得到钾盐晶体.加热过程中要_，当蒸发到_时停止加热. (3)用焰色反应检验K+.某同学用无锈铁丝去蘸碳酸钾粉末，却蘸不上，这是因为_；某学生蘸上了钾盐粉末，但在酒精灯上灼烧时看到火焰却是黄色，而看不到紫色，这是因为_. 分析 本题的主要目的是考查学生的基本实验技能，其中包括试纸的使用以及蒸发、焰色反应等实验的基本操作技能. 答案：(1)将试纸放在玻璃片或表面皿上，用洁净的玻璃棒蘸取待测液点在试纸上，观察试纸颜色的变化 (2)不断用玻璃棒搅拌溶液，目的是使溶液受热均匀，以免溶液受热不均匀时溅出；只剩少量溶液 (3)无锈铁丝未经加热；未透过蓝色钴玻璃观察实验研究 实验三 碱金属及其化合物的性质 实验目的：1.通过钠及其化合物性质的实验，加深对碱金属及其化合物性质的认识. 2.初步学会利用焰色反应检验钾离子和钠离子. 实验用品：烧杯、试管、试管夹、胶头滴管、铁架台、酒精灯、粗玻璃管(10 mm100mm)、橡胶塞、药匙、铂丝、蓝色钴玻璃片、玻璃片、镊子、滤纸、铝箔、火柴、小刀、钠、Na2CO3、NaHCO3、KCl、稀盐酸、酚酞试液、澄清的石灰水. 实验步骤： 一、钠的性质 1.钠的取用. (1)用镊子取一小块金属钠，用滤纸把钠表面的煤油擦干. 【注意】 取用钠时要用镊子，不可用手拿. 待用的钠要用滤纸吸净其表面上的煤油. (2)用小刀切下绿豆大小的块钠. 【注意】 取用钠时不能用较大的钠块，因为钠的性质很活泼，它与水反应时放出大量的热，甚至可使周围的水沸腾，因此钠同时也跟水蒸气反应.如果在水面上游动的钠被容器壁上的油污黏住，不能游动，放出的热量不易扩散，会使氢气着火燃烧，最后还会发生小爆炸，使生成的NaOH溶液飞溅出来. 钠为银白色、具有金属光泽的固体，硬度很低，非常柔软，可用小刀切开，断面是银白色. 2.钠与水反应() 实验操作向烧杯内倒八少量水. 用镊子把切下的钠放入烧杯里. 迅速盖上玻璃片. 向反应完毕后的烧杯内加入几滴酚酞试液. 实验现象钠浮在水面上；熔化成闪亮的小球；钠向各个方向游动；有“嘶嘶”的响声；反应后的溶液可使酚酞变红. 实验结论钠密度比水小；Na与水的反应是放热反应，钠的熔点低；有气体生成：反应很剧烈；溶液显碱性.3.钠与水反应（二） 实验操作取烧杯和铝箔.向烧杯内加入容积的水，将铝箔刺一些小孔. 切钠用铝箔包好用镊子夹住置于盛满水的试管口下. 试管中气体集满时，把试管口向下移近酒精灯，点燃. 实验现象试管中气体燃烧，发出“噗”的一声；溶液变红. 实验结论钠与水反应生成了NaOH和H2:2Na+2H2O=2NaOH+H2 【注意】 可用水槽代替烧杯反复操作. 实验之前要反复练习放入试管的操作直至熟练.否则操作时会有部分空气进入试管. 4.钠与O2的反应 实验操作取一根较粗的玻璃管. 将钠放在玻璃管中部. 加热. 将反应后的物质放入小试管. 滴加2滴水. 用带火星的木条检验放出的气体. 实验现象钠受热熔化，并燃烧，试管中部的固体由白色变成黄色. 加水后，反应剧烈、放热，生成的气体可使带火星的木条剧烈燃烧. 【注意】 玻璃管不能太细，否则空气流量不够. 所用钠块必须去掉表面的氧化物，否则燃烧耐会使试管壁显黑色，影响观察实验现象. 实验结论钠在空气中缓慢氧化生成Na2O，剧烈燃烧生成Na2O2，生成的Na2O2与水反应放出O2，有关的化学方程式如下： 4Na+O2=2Na2O(白) 2Na+O2Na2O2(淡黄) 2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2 二、NaHCO3受热分解 实验操作连接装置并检查装置的气密性. 放入1 g左右的NaHCO3，注意试管必须干燥. 用带导气管的塞子塞住试管. 固定.注意试管口要略向下倾斜，导气管的另一端浸没在澄清的石灰水中. 加热.先均匀受热再集中加热. 撤除装置.先撤导气管再撤酒精灯，以防止倒吸. 【注意】NaHCO3粉末在试管中应铺平，否则容易受热不均.当澄清的石灰水变浑浊时，应将盛石灰水的烧杯移去. 实验现象试管内壁有水珠；澄清的石灰水变浑浊. 实验结论NaHCO3受热分解生成了CO2和H2O： 2NaHCO3Na2CO3+CO2+H2O 三、Na2CO3、NaHCO3与酸的反应 实验操作向两支试管中分别放入少量的NaHCO3和Na2CO3粉末. 向两支试管中各加入少量的稀盐酸. 实验现象NaHCO3与盐酸的反应比Na2CO3与盐酸的反应剧烈. 实验结论Na2CO3与盐酸反应是分步进行的，首先是：Na2CO3+HClNaCl +NaHCO3，然后是：NaHCO3+HCl=NaCl+CO2+H2O.故NaHCO3与HCl反应时，马上就有气体放出；而Na2CO3与HCl反应，先生成NaHCO3，然后才有气体生成. 四、焰色反应 实验操作洗铂丝.把铂丝用盐酸洗涤后灼烧，反复多次，直至火焰呈无色. 【注意】若无铂丝，可用洁净无锈的铁丝代替. 蘸粉末.用铂丝蘸一些KCl的混合粉末，放到酒精灯火焰上灼烧. 观察.透过蓝色钴玻璃观察. 再蘸粉末.分别蘸Na2CO3粉末或Na2CO3和KCl的混合粉末.观察混合粉末的焰色反应时，先直接观察，再透过蓝色钴玻璃观察. 【注意】 做焰色反应实验时，溶液浓度较大为好，否则呈现的焰色很快消失. 做焰色反应实验时最好用无色火焰，如煤气灯. 每做一次实验，都要把铂丝重新用稀盐酸和蒸馏水反应洗净再在火焰上灼烧至五色. 做焰色反应实验时，要在灯焰的外焰上灼烧化合物，使形成的火焰较长，现象明显. 实验完毕，将铂丝放在盐酸中浸渍2 min3 min，再用蒸馏水洗净，使它洁净无垢. 实验现象Na的焰色反应是黄色，K早紫色.灼烧Na2CO3和KCl混合粉末时，直接观察,看到火焰呈黄色，透过蓝色钴玻璃观察呈紫色. 实验结论钠、钾的焰色反应分别为黄色、紫色. 思维拓展 1.做钠与水反应的实验时，试管中为什么不能有气体？ 点拨 试管中混入气体，当点燃氢气时，可能会发生爆炸. 2.在NaHCO3加热分解实验完成时，为什么要先将导管移出烧杯，然舌再熄灭酒精灯? 点拨 在完成加热NaHCO3的实验时，如果先熄灭酒精灯，再移去装有石灰水的烧杯会使烧杯内的冷水倒流而把试管炸裂. 3.做好焰色反应的关键是什么? 点拨 做好焰色反应的关键是：铂丝要洗净，避免其他离予对实验的干扰；酒精灯的灯芯不能被污染，待测液的浓度不能太小.