月考失利后的战略调整,让凌凡的学习状态焕然一新。他暂时收起了构建宏大宇宙模型的冲动,将全部精力聚焦于眼前第一个需要征服的目标——IA族,碱金属。这套“分族击破”的策略,像为他配备了一把锋利的手术刀,让他能精准地解剖一个知识模块,而非面对一整本厚重的课本感到无从下手。
周末的图书馆,阳光透过巨大的玻璃窗,在长桌上投下温暖的光斑。凌凡摊开他的“元素族学习笔记”,在“IA族:碱金属”的标题下,开始了深入细致的“家族研究”。他不再是被动地阅读课本,而是像一个严谨的博物学家,系统地观察、比较、归纳这个“最活泼家族”的每一个成员。
第一部分:家族肖像——通性勾勒
他首先用精炼的语言概括出碱金属家族的“群体画像”:
· 结构本源: 最外层仅1个电子(ns1),内层为稀有气体结构。这决定了它们极其渴望失去这个电子,以达到稳定结构。这是它们所有“活泼”行为的根源。
· 物理通性:
· 颜色与光泽: 银白色金属光泽(他特意注明:铯Cs略带金色),但暴露空气中迅速暗淡。
· 质地与密度: 质地柔软,像蜡一样可用小刀切割。密度小,锂、钠、钾甚至能浮在水上。
· 熔沸点: 低,且随原子序数增加而降低。他理解这是因为金属键随原子半径增大而减弱。
· 导电力: 良好。
· 化学通性(“活泼”的体现):
· 极强的还原性: 永远显示+1价,是优秀的还原剂。
· 与水的剧烈反应: 通式 2M + 2H?O → 2MOH + H?↑。这是他需要牢牢记住的核心反应。
· 与氧气的复杂反应: 产物多样,取决于金属种类和反应条件。
· 与酸的反应: 极其剧烈,甚至爆炸,直接生成盐和氢气。
· 与卤素等非金属反应: 剧烈,生成相应的离子化合物。
· 化合物特性: 氢氧化物是强碱,氧化物对应水化物是强碱,绝大多数盐类易溶于水。
写下这些通性,凌凡感觉碱金属家族的轮廓已经清晰地浮现出来。它们是一群“性格”极其外向、从不“安分”的元素,总是急于摆脱最外层那个孤独的电子。
第二部分:成员档案——特性辨析
通性之后,是更关键的成员特性比较。他绘制了一个精美的表格,纵向是锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs),横向是他设定的比较维度。
· 原子半径: Li < Na < K < Rb < Cs。他标注:“自上而下,电子层数增加,半径递增。”
· 密度: 他重点圈出了 K (0.86 g/cm3) < Na (0.97 g/cm3) 这个反常现象,并在旁边做了笔记:“原子质量增加,但原子体积增大更显着,导致K密度略小于Na。这是一个重要特例!”
· 熔沸点: 清晰递减。Li (180℃) > Na (98℃) > K (63℃) > Rb (39℃) > Cs (28℃)。他意识到,铯在手上可能就会熔化。
· 与氧气反应: 这是他着重梳理的部分。
· Li: 加热生成 Li?O (普通氧化物)。他联想到对角线规则,Li与Mg相似。
· Na: 常温生成 Na?O,加热或点燃生成 Na?O? (过氧化物,淡黄色)。他回忆实验课,钠块切开后表面迅速变暗,就是生成Na?O。
· K、Rb、Cs: 生成更复杂的 MO? (超氧化物,如KO?为橙黄色)。 “原来如此,”他心想,“金属性越强,越易形成含氧量更高、更复杂的氧化物。”
· 与水反应剧烈程度: 他描述得栩栩如生:
· Li: 反应较慢,在水面上游动,产生气泡。
· Na: 剧烈反应,熔化成银白色小球,在水面迅速游动,嘶嘶作响,可能燃烧。
· K: 更剧烈,燃烧,火焰呈紫色。
· Rb、Cs: 遇水即爆炸。
· 他在这栏旁边写下理解:“原子半径越大,最外层电子越易失去,反应越剧烈。这是金属性递增的最直观体现!”
第三部分:核心人物深度剖析——钠(Na)与其化合物
在通览全族后,凌凡将焦点对准了最重要、最常见的成员——钠。他知道,考试的核心往往围绕它展开。
· 钠单质 (Na):
· 保存: 隔绝空气、水,实验室保存在煤油或石蜡油中。
· 重要反应:
· 4Na + O? (常温) = 2Na?O (白色固体)
· 2Na + O? (加热/点燃) = Na?O? (淡黄色固体) - 主要产物
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