师：同学们大家好，今天我们一起来学习元素周期表的第二课时——元素性质与原子结构。必修一当中我们学习了金属钠的性质，大家一起来回忆一下。钠单质质软，有金属光泽，通常保存在煤油或者石蜡油当中。它在元素周期表的第一列，最外层有一个电子，化学性质活泼，可以与氧气、水等发生剧烈反应。活泼金属钠的性质和表现我们都很熟悉，现象是本质的反映，宏观是微观的体现。今天这节课，我们就从微观的原子结构角度，来学习宏观性质与微观结构之间的关系。
我们以钠所在的碱金属——锂、钠、钾、铷、铯为例来进行研究。请同学们观看这样一个表格，填写空白处，我们一起来归纳碱金属元素结构上的异同点，也就是相似性和递变性。我们可以看到，碱金属锂、钠、钾、铷、铯从上往下，核电荷数即质子数逐渐增大，最外层电子数均为一，电子层数逐渐增多，从2到6，原子半径逐渐增大。
我们可以归纳一下碱金属元素原子结构的特点，从相似性和递变性两个方面来看。相似性方面，它们最外层电子数均为一个电子，显然容易失去，所以均易失去电子。根据氧化还原的知识，我们知道它们具有较强的还原性。从递变性角度来看，从上往下，随着核电荷数的递增，电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大。
那我们进一步思考，其原子结构的这种相似性和递变性会对性质产生什么样的影响呢？接下来，让我们通过实验感受一下碱金属在宏观性质方面的表现。这是一个钠与水反应以及钾与水反应的对比实验。请同学们仔细观察实验现象，思考它们与水反应的现象当中有哪些相同之处，有哪些不同之处。
这两个烧杯中盛的是各滴有酚酞试剂的水，同时将钾和钠分别放入这两个烧杯中，可以看到钾与水的反应比钠与水的反应更为剧烈，并发生轻微的爆炸。
它们都能与水反应，现象概括起来可以用五个字来描述，即“浮、游、熔、响、红”，而钾是“浮、油、熔、爆、红”。显然，钾比钠与水反应更加剧烈。那么同学们可以进一步预测一下，在钾下方的铷和铯，它们与水反应的剧烈程度又如何呢？请看视频。可以看到，铷与水反应剧烈，发生了爆炸，铯直接把反应容器都给炸碎了。在这样的反应过程当中，我们可以看到从上往下，它们反应的剧烈程度明显在逐渐增强。
由此，我们通过这些实验现象来总结一下结构和性质之间的关系。请讨论第一个问题，为什么碱金属都能与水反应？从结构方面如何解释？反应原理是怎样的呢？我们知道，化学性质是由原子的最外层电子数决定的。作为碱金属来说，最外层都只有一个电子，所以它们的化学性质相似，都能与水发生反应。从反应上来看，钠与水的反应我们非常熟悉，它可以与水反应生成氢氧化钠和氢气，实质是钠置换出了水中的氢。相类似的，在它上方的锂也可以与水反应生成氢氧化锂和氢气，钾与水反应可以生成氢氧化钾和氢气，反应的剧烈程度逐渐递增。铷和铯的反应现象我们刚才也看到了，它们的反应也相类似。我们可以用一个通式：M + H?O → MOH + H?↑来表示，它们的生成物都是碱，这些生成物的碱性逐渐递增，其中氢氧化铯在这五个产物当中是碱性最强的。
第二个问题，为什么碱金属与水反应从上到下越来越剧烈？从结构方面我们该如何解释？我们可以看到，从锂到铯，从上往下电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大。这种结构的变化为什么会导致性质变化呢？关键的一点在于，随着原子半径增大，原子核对于最外层电子的引力是逐渐增强还是减弱呢？当半径增大之后，最外层电子离核越来越远，原子核对最外层电子的引力自然在逐渐减弱。这种引力的减弱导致原子失电子的能力随之增强，因为引力减弱，失去电子变得容易了，所以失电子能力增强。在本节当中，我们介绍一种新的性质，叫做金属性。什么是金属性呢？它就是元素原子失电子能力。既然原子失电子的能力从上往下逐渐增强，那么元素的金属性也逐渐增强。对于金属单质而言，金属单质的金属性越强，其化学性质就越活泼，所以我们可以看到碱金属与水反应从上往下越来越剧烈。当然，它们的还原性也在逐渐增强，还原性的本质也是一种失电子的能力。
在这里，我们补充介绍一下元素金属性强弱的判断依据，主要有三个方面。第一，我们可以利用单质与水或者酸发生置换反应置换出氢的难易程度来判断，置换出氢越容易，则金属性越强。第二，可以利用元素最高价氧化物对应水化物的碱性强弱来判断，碱性越强，则原金属元素的金属性越强。什么叫最高价氧化物对应的水化物呢？举个例子，以钠为例，钠的最高价氧化物就是氧化钠，它的水化物就是氢氧化钠。所以绝大多数的金属，它最高价氧化物对应的水化物就是一种碱。例如，氢氧化钾的碱性强于氢氧化钠，我们就可以判断出金属钾的金属性强于钠。第三，还可以通过置换反应来判断，初中我们就已经学过，活泼金属可以从不活泼金属的易溶盐溶液中将不活泼金属单质置换出来。
那我们通过金属性的强弱依据判断钾、钠与氧气的反应谁更剧烈，大家心里应该都有答案了。一起来看，钠在空气中剧烈燃烧，火焰呈黄色，可以生成淡黄色的固体过氧化钠，这是我们熟知的。钾在空气中燃烧比钠还要剧烈，火焰呈紫色，它的产物不是过氧化钾，而是超氧化钾。显然产物变得更加复杂，在它下方的铷和铯，毫无疑问与氧气的反应更加剧烈，且产物更加复杂。而在钠上方的锂与氧气的反应，它的产物只有一种——氧化锂。
通过以上的分析，我们来梳理一下碱金属元素原子结构和化学性质的相似性和递变性。正是因为原子结构的相似性，所以决定了其元素性质的相似性。我们知道碱金属最外层都只有一个电子，所以它们化学性质相似，体现出来的性质可以表现为：第一，易失去电子，表现出强还原性或者说强金属性；第二，在化合物中它们均显正价。
原子结构的递变性决定了元素性质的递变性。随着核电荷数的增多，电子层数的增大，从上往下原子半径逐渐增大，导致原子核对最外层电子的引力逐渐减小，这种引力的减小导致元素原子失电子的能力增强。这种失电子的能力本质上就是一种金属性，所以随之还原性增强，金属性增强，所以碱金属呈现出了这样一种递变的性质变化。
除此之外，碱金属单质在物理性质上也表现出了一定的相似性和递变性。我们可以看到，它们在颜色上大多数都是银白色。从密度上来看，从上往下密度逐渐增大，但大家要注意，钾是反常的，它的密度比钠小。同时我们还要注意，锂是密度最小的金属。熔沸点方面，可以看到都是逐渐减小。
碱金属作为金属元素代表性的一族，由于其结构的相似性和递变性导致了其性质的相似性和递变性。那么是否只有碱金属具有这种结构决定性质的关系呢？其他的主族元素是否也有这种情况呢？以氯为代表的卤族元素情况又如何呢？让我们一起来探讨卤族元素，我们以氟、氯、溴、碘为例来进行研究。
同样的，请同学们先自主归纳卤素原子结构的特点，我们也可以从相似性和递变性两个方面来进行归纳。请同学们通过原子结构示意图归纳这两个方面的内容。我们可以发现，卤素最外层电子数均为7，均易得到电子，在这里表现为非金属性。什么是元素的非金属性呢？和金属性相对应，它指的是元素原子得电子的能力。
递变性方面，可以看到从上往下随着核电荷数递增，电子层数在逐渐增多，原子半径逐渐增大。这种结构的相似性和递变性会对其性质产生什么样的影响呢？类比碱金属，我们来推演一下卤素的原子结构和性质的递变规律。从氟到碘，电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大，随之原子核对外层电子的引力在逐渐减弱。对于卤素来说，作为非金属，最外层7个电子，它的化学性质体现更多的是一种得电子的能力，所以在这里我们需要考察原子得电子能力的变化情况。由于引力减弱，得电子能力在逐渐减弱。这种得电子的能力就是元素的非金属性，所以元素的非金属性也随之减弱，同时其单质的氧化性也逐渐减弱。这是我们的理论推演，它符合实际吗？事实是怎样的呢？我们如何去验证呢？在这里，老师给大家提供一个元素非金属性强弱的判断依据，我们再通过一些方法来进行验证。