第 1 族：碱金属

本页只讲一条中四内容标准：第 1 族，碱金属。这是很受考试青睐的课题，因为它把物理性质、一个清晰的化学反应，以及一个必须用原子结构来解释的趋势结合在一起。

把这里的性质与反应活性趋势学好，你就能应付记忆题，也能应付带较高分值的「解释趋势」题。

碱金属是什么

第 1 族包含锂（Li）、钠（Na）、钾（K），以及较重的金属铷、铯与钫。它们被称为碱金属，因为它们与水反应生成碱性的氢氧化物溶液。

每个第 1 族原子都只有一个价电子，这是它们全部化学性质的关键。

物理性质

碱金属共享一组物理性质，与你日常生活中遇到的金属很不一样：

• 它们柔软，可以用刀切开。
• 新切开的表面有光泽、呈银灰色，但很快变暗，因为金属与空气中的氧反应。
• 它们密度低，锂、钠、钾轻到能浮在水面上。
• 与大多数金属相比，它们的熔点与沸点都低。
• 它们是热与电的良导体。

沿族向下，熔点降低，原子半径增大。

化学性质与和水的反应

由于每个原子有一个价电子，碱金属通过失去那个电子来反应，形成 +1 电荷的离子（例如 Na 变成 Na⁺）。这使碱金属很活泼，所以要储存在油里，隔绝空气与水。

它们最重要的反应是与水的反应。金属反应生成金属氢氧化物（碱性）与氢气。

以钠为例：

2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂

你应能描述所看到的现象：金属浮在水面并四处移动，因为反应放热而熔成一个小球，逐渐变小并消失，同时释放气泡。钾的反应更剧烈，氢气常以淡紫色（lilac）火焰燃烧。

生成的溶液使红色石蕊变蓝，因为它是碱性的。

反应活性趋势及其原因

最常考的观念是反应活性沿第 1 族向下增强：钾比钠活泼，钠又比锂活泼。你必须能解释这一点：

解释。 沿族向下，每个原子多一个电子壳层，所以原子半径增大。因此那个价电子离核更远，受带正电的核吸引更弱（它也被更多内层屏蔽）。这意味着价电子更容易被失去，所以金属更易反应。这就是为什么反应活性从锂到钾递增。

例题

题目。 把钠放入一槽水中。

(a) 写出该反应的平衡化学方程式。(b) 说出生成的气体，并说出所形成溶液的类型。

(c) 解释为什么钾与水反应比钠更剧烈。

第一步，写方程式。 钠与水反应生成氢氧化钠和氢气：2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂。

第二步，认出产物。 生成的气体是氢气（H₂）。

所形成的溶液含氢氧化钠，是碱性的。

第三步，比较两种金属。 钾在第 1 族里位于钠之下，所以钾原子比钠原子更大。

它的价电子离核更远、受到的吸引更弱，所以更容易被失去。

第四步，下结论。 由于钾更容易失去价电子，它更易反应，所以与水的反应比钠更剧烈。

答案。 (a) 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂。

(b) 氢气；碱性溶液。(c) 钾更大，它的价电子受到的吸引更弱、更容易失去，因此更活泼。

练习题

题目。 锂、钠、钾都与水反应。

(a) 把三种金属按反应活性递增排列。(b) 解释你给出的趋势。

答案。 (a) 按反应活性递增：锂 < 钠 < 钾。(b) 沿族向下，原子半径增大，价电子离核更远、受到的吸引更弱，更容易被失去，所以反应活性从锂到钾递增。

考试提示

这里有两点决定得分。第一，描述与水的反应时，要给出现象（浮起、移动、熔成小球、溶解、释放气体），而不是只说「它反应了」。

第二，解释反应活性趋势时，一定要提到原子半径增大、价电子离核更远、因而更容易被失去，缺了这套推理的趋势答案会丢分。记住它们为何叫碱金属：所生成的氢氧化物溶液是碱性的，会使红色石蕊变蓝。

本节定位

本条标准紧接着**元素周期表一章里的族与周期，并与第 17 族的相反趋势正好配对。请用复习笔记复习性质与方程式，用例题**操练反应描述。

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快速回顾

• 第 1 族金属有 1 个价电子，形成 +1 离子。
• 它们是柔软、低密度、银色的金属，储存在油里。
• 它们与水反应生成金属氢氧化物（碱性）与氢气。
• 反应活性沿族向下增强，因为原子更大、更容易失去价电子。