实验：第1族金属与水的反应

第1族碱金属与水的反应是元素周期表一章的招牌实验，因为它能在一节课里把族的变化趋势直观呈现出来。锂、钠、钾各自都与水反应，但并不相同，把它们相比就清楚地看出活性沿族向下增强。

本指南列出方法、观察，以及实验考试所看重的试卷三技能，全程以安全为第一要务。

目的

研究并比较第1族金属锂、钠、钾与水的活性，并把活性的变化趋势与它们在族中的位置联系起来。

仪器与材料

• 保存在油里的锂、钠、钾小块
• 盛水的水槽或大盆
• 镊子与白瓷砖
• 小刀与滤纸
• 红色石蕊试纸或酚酞指示剂
• 安全屏与安全护目镜

步骤

1. 把水槽装半满的水，若用酚酞，滴入几滴，使所生成的碱能被看见。
2. 在水槽与观察者之间放一块安全屏。
3. 用镊子从油中取一小块锂，在滤纸上擦干。
4. 在瓷砖上用小刀切一块很小的，然后把这块投到水面并观察。
5. 反应结束后，用红色石蕊试纸检验所得溶液，或在用酚酞时记下颜色。
6. 用一块新鲜、同样小的钠重复第3至5步。
7. 再用一块同样小的钾重复，因为它反应最剧烈，要格外小心。
8. 比较三个反应的剧烈程度，并记录每种金属的观察。

预期观察

每种金属都浮在水面，在放出气体的同时在水面移动。锂反应平稳，一边移动一边轻轻冒泡。

钠反应更快，熔成一颗有光泽的小球，在水面窜动并冒泡。钾在三者中反应最剧烈：它熔化、快速移动，所生成的氢气以紫色火焰点燃，有时带火花。

每次反应后，溶液把红色石蕊变蓝，或把酚酞变粉红，说明已生成碱性溶液。

推断与结论

每种第1族金属都与水反应，生成金属氢氧化物（即碱）和氢气，例如钠生成氢氧化钠和氢气。碱性溶液解释了石蕊与酚酞的结果。

反应的剧烈程度从锂到钠到钾依次增强，所以活性沿第1族向下增强。这是因为沿族向下，原子的电子壳层更多，单个最外层电子离核更远、屏蔽更多；因此更容易失去，而失去这个电子正是碱金属发生反应的原因。

科学过程技能（试卷三风格）

提出假设。 第1族金属在族中的位置越靠下，它与水反应就越剧烈。

辨认变量。 操纵变量是第1族金属的种类；反应变量是与水反应的剧烈程度；固定变量包括金属块的大小、水的体积与温度。

列表记录数据。 画一张表，每种金属一行，列为观察结果与石蕊或指示剂的结果，使三个反应能直接比较。

作出推断。 由沿族向下渐增的剧烈程度推断较大原子更容易失去最外层电子；由指示剂的变化推断生成了碱。

操作性定义。 活性在此用操作方式定义为金属与水反应的剧烈程度，以移动的快慢、放气的速率以及氢气是否点燃来判断。

安全须知

• 只用很小的金属块，因为反应剧烈，大块很危险。
• 在水槽与观察者之间立一块安全屏，因为氢气可能点燃并溅射。
• 用镊子处理金属、切勿徒手，因为它们有腐蚀性、并与皮肤上的水分反应。
• 戴安全护目镜，因为所生成的碱有腐蚀性、可能溅出。

常见错误

• 用太大的块。 这会使反应猛烈而不安全；务必切一小块。
• 不擦干金属。 表面残留的油会拖慢起始、使比较不公平；把每块在滤纸上擦干。
• 用手指碰金属。 这既危险又污染样品；要用镊子。
• 块的大小不一。 若各块大小相差很大，活性的比较就不公平；要让它们相近。

我们的老师如何使用这个实验

在一对一的 SPM化学课堂里，以英文授课、每小时 RM50 起，我们用这个实验把族趋势的观念和它的解释钉牢：能把渐增的剧烈程度与原子大小、失去最外层电子的难易联系起来的学生，就能答好在 SPM化学 里的周期趋势题。因为比较活性、书写文字方程式与配平方程式是反复出现的试卷三与试卷二任务（试卷三为实验考试，评估科学过程技能），在这里把观察和原因都弄懂，能守住整个元素周期表课题的分数。