第1族金属与水的反应

第1族金属，即碱金属，与水反应生成可溶的金属氢氧化物和氢气。生成的溶液呈碱性，这个族名正是由此而来。

这个反应是课程标准用来展示「活性沿族向下增大」的标准例子，所以它是 4541 周期表一章的常客。

配平方程式

一般模式是：碱金属 + 水 → 金属氢氧化物 + 氢气。写上正确的化学式与状态符号后：

2Li(s) + 2H₂O(l) → 2LiOH(aq) + H₂(g)

2Na(s) + 2H₂O(l) → 2NaOH(aq) + H₂(g)

2K(s) + 2H₂O(l) → 2KOH(aq) + H₂(g)

每个金属原子失去它唯一的价电子，所以金属离子带一个正电荷，需要两个金属原子才放出一分子氢气。由于水是共价分子，离子方程式把它保留完整，并显示金属氢氧化物分离成离子：

2Na(s) + 2H₂O(l) → 2Na⁺(aq) + 2OH−(aq) + H₂(g)

氢氧根离子使最终溶液呈碱性，把红色石蕊变蓝，并给出高 pH。

所需条件

不需要加热、催化剂或特殊仪器，只要把一小块新切的金属放入室温的水中即可。只用一小块，是因为反应强烈放热，而且用较活泼的金属时可能很猛烈。

这些金属储存在油里，因为它们会与空气中的水汽和氧气反应。

你会观察到什么

观察的规律是整个课题的关键。锂浮在水面、移动缓慢、轻轻冒泡，放出气体。

钠反应更快：放出的热把它熔成一颗发亮的银色小球，在水面上嘶嘶作响地窜动，冒泡更急。钾最剧烈：它点燃所生成的氢气，以紫（淡紫）色火焰燃烧，移动非常快，还可能迸溅或爆炸。

在每一种情形里都放出气体、金属消失，若加入通用指示剂，溶液变蓝或变紫，证实它呈碱性。

它在 SPM 考试中的考法

在 4541/1 里，你比较这三种金属的剧烈程度，或预测产物。在 4541/2 里，你写出配平方程式，从原子大小和失去价电子的难易来描述并解释活性沿族向下增大，并指认碱性溶液与氢气。

安全方面的推理，为什么只用一小块、为什么在前面放安全屏，也常考，而所生成的氢气可用点燃的木条检验发出「噗」声。

我们怎么教

我们的老师确保对这一趋势的解释是精确的：沿族往下，原子半径增大，价电子离核更远、屏蔽更好，因此更容易被放出，金属就更活泼。学生最常丢分是只描述观察而不解释趋势，或忘了产物溶液呈碱性。

把每个观察连回「原子放出它那一个电子有多容易」，就能让整个答案条理连贯而正确。

快速小结

碱金属加水生成金属氢氧化物和氢气，反应从锂到钾越来越剧烈。掌握三个配平方程式、带氢氧根离子的离子方程式、有次序的观察，以及用原子大小与屏蔽解释的活性趋势，这个可靠的课题就完全覆盖了。