化学：2.3《碱金属元素的性质》教案（大纲版第一册）一、教学目的要求1.使学生了解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了解它们性质上的差异及其递变规律，为今后学习元素周期律等打好基础。

2.使学生了解焰色反应，并能利用焰色反应检验钾、钠及其化合物。

3.对学生进行科学方法的训练以及辩证唯物主义教育。

二、教材分析和教学建议本节教材分为两部分：碱金属元素的原子结构和碱金属的性质、焰色反应。

第一部分内容为本节的重点，也是本章的重点。

在第一部分内容中，教材先给出了碱金属的物理性质表和原子结构表，引导学生通过对表中事实和数据等资料的分析，得出一些规律性的知识。

然后，根据这些规律性的知识，作出了碱金属元素可能具有与钠相似的化学性质，以及它们的金属性随核电荷数的增大而逐渐增强的推测。

接着，教材在演示实验的基础上，通过介绍碱金属与氧气等非金属的反应，以及碱金属与水的反应，证明上述推论和预测的合理性。

最后，要求学生通过讨论，总结出碱金属具有哪些共同的化学性质，以及随着核电荷数的递增，碱金属的性质呈现怎样的变化。

在第二部分内容中，教材主要介绍了钠和钾的焰色反应，以及根据焰色反应检验钠、钾及其化合物的方法等。

本节最后的“讨论”是对焰色反应知识的灵活应用。

阅读材料“金属钾的发现”，意在激发学生学习化学的兴趣，培养学生的科学态度以及训练科学方法。

本节教材具有以下特点：1.重视引导学生认识原子的结构与元素性质间存在着密切的关系，以对学生进行量变引起质变、内因与外因的关系等辩证唯物主义教育。

2.重视对学生进行科学态度和科学方法的教育。

教材结合碱金属元素性质的比较等具体内容的介绍，采用中学化学学习中较常用的科学方法模式，对学生进行科学方法的训练。

同时，通过阅读材料“金属钾的发现”，使学生认识树立正确的科学态度和掌握正确的科学方法对化学学习的重要性。

教学建议如下：1.单纯从知识来讲，本节教材与以往的教材并没有太大区别，主要是在体现科学方法上与以往的教材存在着较大区别。

教材以钠的性质以及与原子结构的关系作为参照物，将其余碱金属的原子结构与之相比较，分析它们原子结构的相似性和递变性，并进而推论出它们性质的相似性和递变性。

应注意引导学生采用科学方法模式，在推论的基础上认真做好实验和分析实验事实，正确得出结论。

使学生在获得知识的同时进行科学方法训练，认识科学方法对化学学习的重要性。

2.碱金属元素原子结构的相似性和递变性，使它们的性质也表现出相应的相似性和递变性，结合此知识对学生进行量变引起质变、内因与外因的关系等辩证唯物主义教育。

3.注意通过实验进行焰色反应的教学，并结合节日燃放的烟火等对学生进行安全教育。

本节教学重点：碱金属元素的性质，以及与原子结构的关系。

本节教学难点：科学方法模式的训练。

三、演示实验说明和建议〔实验2-10〕整个实验操作要迅速，切取的钾块不能太大，要注意安全。

〔实验2-11〕由于焰色反应所需温度较高，所以最好在煤气灯或酒精喷灯上做实验，这样，现象会更明显。

四、部分习题参考答案习题二：1.C 2.B、D 3.D 4.C习题六：1. 13.6 g 2. 184 g五、资料1.碱金属元素的发现碱金属元素包括锂、钠、钾、铷、铯、钫，它们被发现的次序是钾、钠、锂、铷、铯、钫。

(1)钾和钠都是在1807年由戴维发现的。

他电解熔融的氢氧化钾时，发现阴极表面上出现有金属光泽、酷似水银滴的颗粒，有的颗粒刚形成就燃烧掉了，发出火焰，并发生爆炸。

有的颗粒逐渐失去光泽，表面形成一层白色薄膜。

把这种小的金属颗粒投进水里，即出现火焰。

戴维确定它是一种新的元素，因为是从钾碱(potash)制得的，所以定名为钾(potassium)。

同年，戴维又电解氢氧化钠而制得金属钠。

(2)1817年阿尔费特逊(Arfvedson)从矿石分析中确定了锂元素的存在。

锂的火焰颜色在1818年由格美林(Ｇmelin)发现。

他们都没有能制出锂的单质。

1818年，布朗得斯(Brandes)和戴维电解氧化锂，制得了少量金属锂。

一直到1855年，本生(Bunsen)和马提生(Mattiessen)用电解氯化锂的方法才制得较多的锂。

1893年根茨(Guntz)提出在400 ℃时电解熔融的LiCl(55%)、ＫCl(45%)电解液制锂，这种原理应用到生产上，一直沿用到现在。

(3)1860年克希荷夫(Kirchhoff)和本生研究碱金属光谱时，发现蓝色区域有明亮的光谱线，他们把显示这种光谱线的元素叫铯，意思是“天蓝”。

1861年，克希荷夫和本生又在暗红色区域发现新的光谱线，他们把显示这种光谱线的元素叫铷，意思是“暗红”。

(4)钫这种在碱金属中密度最大的元素，在理论上和性质上都早就相当明了地被预见了。

但一直到1939年，贝赫蕾(Perrey)才发现了这第87号元素的一个半衰期很短的同位素223Fr，它是从235U衰变为227Ac，227Ac 又经α-衰变而成的。

贝赫蕾是法国人，她为了祖国的荣誉命名它为钫，意思是“法兰西”。

图2-4 金属钠的晶体结构2.碱金属的一些物理性质(1)碱金属的晶体结构用近代实验仪器可以测得碱金属原子是在体心立方晶格上排列的(见图2-4)，在立方体的8个顶点各有1个原子，在立方体的中心有1个原子。

几种碱金属的原子排列全是这样。

由于碱金属的最外电子层只有1个电子(即价电子数为1)，比起具有相同电子层数的其他金属来说，原子半径大得多，因此它们就显示了熔点和沸点较低、密度较小的特点。

在高温时，实验测出碱金属的气态分子是单原子分子，但在沸点以上近于沸点温度时的蒸气中，约含有1%的双原子分子(Li2，Na2，K2，Rb2，Cs2)。

这也说明这些原子还可以以共价键结合，这种共价键是随着原子序数的增大而减弱的。

(2)碱金属密度的变化情况随着原子序数的增加，碱金属的密度一般是增大的。

这说明由于这几种金属的晶体结构方式相同，随着原子序数的增加，相对原子质量增加所起的作用超过了(或者抵消了)原子半径(或原子体积)增大的作用。

但有一个例外，就是从Ｎa到Ｋ出现了“反常现象”，理由是由于从Ｎa到Ｋ的相对原子质量增大所起的作用小于原子体积增大所起的作用，因此Ｋ的密度比钠的密度反而小。

还必须注意到，除Li、Na、K外，只有Rb、Cs的密度是大于水的，这也是比较特殊的。

(3)碱金属的硬度和熔点、沸点在晶格结点上碱金属原子之间是以金属键结合，而金属键是一种中等强度的键。

随着碱金属原子半径的增加，金属键的强度相对来说逐渐减弱。

这样金属原子间的联系越弱，熔点越低，硬度也越小。

除了Li，其他碱金属都在水的沸点以下熔化，这也是比较特殊的。

从硬度来说，用刀是不容易切开锂的，但随着原子序数的增加，硬度越来越小，如钠不仅可以用普通小刀切开，而且用手的力量可以挤压变形；钾好像油灰那样更软些。

3.碱金属等元素的光谱线当原子被火焰、电弧、电火花或其他方法产生的能量所激发时，能够发射出一系列具有一定波长的光谱线。

当原子核外的电子从火焰、电弧、电火花吸收一定的能量，被激发到一定的能级，这样的电子就处于激发态。

激发态的电子回到基态的时候，就会放出具有一定能量、一定波长的光谱线。

由火焰激发后而发射出的光谱就是焰色光谱，由电弧激发后而发射出的光谱就是电弧光谱，由电火花激发后而发射出的光谱就是电火花光谱。

这3种光谱的强度虽有所不同，但从任一种元素的原子发射出的光谱都有某些共同的谱线。

从焰色反应的实验里所看到的各元素的特殊焰色，就是光谱谱线的颜色。

每一种元素的光谱都有一些特征谱线。

如果在光谱中出现某一种元素的特征谱线，就可以断定该种元素的存在(见表2-2)。

表2-2 碱金属、碱土金属元素的主要特征谱线4.碱金属跟氧气的反应及其生成物碱金属是一族很活泼的金属元素，课本里叙述了它们跟氧气的反应和反应后生成的物质，但限于条件，叙述得很简单，在这里作一些补充。

碱金属跟氧气起反应，能生成氧化物(M2O)、过氧化物(M2O2)、超氧化物(MO2)等。

其中M代表碱金属元素。

最简单的氧化物是Li2O、Na2O、K2O等。

但是，除Li2O外，M2O不是最稳定的氧化物，这可以从它们的生成热的大小看出(见表2-3)。

当锂在氧气中燃烧时生成的是氧化锂，同时只有微量的过氧化锂生成。

当钠在氧气中燃烧时，生成的产物是过氧化钠。

这是因为氧化钠不稳定，会跟氧气继续起反应，生成过氧化钠。

有人曾经做过实验，使钠在有限的氧气中起反应的时候，生成的是氧化钠。

4Na+O2=2Na2O当氧化钠暴露在空气中时，就继续氧化为过氧化钠，这个反应有实际意义，已成为过氧化钠的一种工业制法。

2Na2O+O2=2Na2O2氧化钠一般是用间接的方法来制取的。

例如：2NaNO2+6Na=4Na2O+N2↑在20世纪40年代末，发现了制备超氧化钠的方法，即在压强为15.2 MPa的氧气中和温度为450 ℃时，于密闭容器中持续反应100 h，过氧化钠即变为超氧化钠。

Na2O2+O22NaO2这种制备方法用于工业上生产超氧化钠。

比钠更活泼的钾、铷、铯，在跟氧气的反应中，主要产物分别是KO2、RbO2和CsO2，这些元素的超氧化物较相应的过氧化物稳定。

课本所述，钾、铷等跟氧气起反应，生成比过氧化物更复杂的氧化物，即是指相应的超氧化物，因它们较为复杂，课本里没有具体阐述。

碱金属的过氧化物和超氧化物，像它们的氧化物一样都是离子化合物。

过氧化钠是以2Na+和O22-结合的，在O22-里，氧原子跟氧原子是以共价键相结合的，这个键是单键，键长是0.149 nm。

从氧化数来说，O22-中氧的氧化数是-1。

其他碱金属的过氧化物中氧的氧化数都是-1。

超氧化钾是以K+和O2-结合的，O2-的结构比较复杂，它像氧分子那样具有顺磁性。

我们知道，氧分子之所以具有顺磁性是因为氧分子里有2个未成对的电子的缘故。

O2-的顺磁性没有O2里的大，由顺磁共振光谱证明，O2-里只有1个未成对电子。

超氧化物中，氧原子跟氧原子的距离是0.128 nm，比氧分子里氧原子间的距离(0.121 1 nm)长，比O22-里氧原子间的距离短。

图2-5 KO2的四面体结构在常温时，KO2的晶体呈四面体结构(图2-5)。

在高温时，KO2的晶体呈立方体结构，即跟NaCl的结构相似，不过Cl-的位置由O2-代替，就是O2-中连接2个氧原子的键的中心点，位于Cl-的位置上。

从氧化数来说，O2-的氧化数是-1，每个氧原子的氧化数是-12。

例如：4KO2+2H2O=3O2↑+4KOH超氧化钾中有6个氧从-到0，氧化数增加了，超氧化钾中另有2个氧从-12到氢氧化钾中氧的-2，氧化数减少了。

氧化数的增加和减少恰好相等。

在生产上，纯净的过氧化物和超氧化物是用钾或铷等的液氨溶液跟反应所需要的计算量的氧气起反应而制得的。