第I族、第VII族与过渡元素

化学· 8.2, 8.3, 8.4 (2026-2028 syllabus)· 25 分钟阅读

1. 第1族（碱金属）——核心性质与变化规律★★☆☆☆⏱ 6 min

📘 定义

碱金属

位于元素周期表第1列的活泼金属，每个原子拥有1个价电子，反应中会失去该电子形成+1价阳离子。

所有第1族金属质地柔软、密度低，且熔点远低于常见金属。其活泼性随族内元素序数增大而升高，因为唯一的价电子离带正电的原子核更远，因此在反应中更易失去。

你必须牢记的核心反应是它们与冷水的反应：所有第1族金属都会剧烈反应，生成金属氢氧化物（形成碱性溶液）和氢气。

📐 例题

描述将一小块锂投入冷水中的所有现象，并写出该反应的文字方程式。

1
1. 现象：锂浮在水面上，随着氢气释放平稳地冒泡，在水面缓慢移动，最终完全溶解。若向最终溶液中加入通用指示剂，溶液会变为深蓝色或紫色，证明生成了碱性产物。
2
1. 文字方程式：锂 + 水 → 氢氧化锂 + 氢气

Exam tip:

在反应方程式中务必写出具体的金属氢氧化物名称（例如氢氧化钾），不要使用笼统的“金属氢氧化物”表述，才能拿到满分。

2. 第7族（卤素）——核心性质与变化规律★★★☆☆⏱ 7 min

📘 定义

卤素

位于元素周期表第17列的非金属元素，每个原子拥有7个价电子。它们以双原子分子形式存在（例如 $C l_{2}$ 、 $B r_{2}$ ），反应中会得到1个电子形成-1价卤离子。

卤素在室温常压（RTP）下具有明确的状态和颜色：氟是淡黄色气体，氯是淡绿色气体，溴是红棕色液体，碘是紫灰色固体，加热时会升华形成紫色蒸气。卤素的熔点和沸点随族内元素序数增大而升高，而活泼性随族内元素序数增大而降低。

📐 例题

某未知第7族元素在室温常压下为液态，推测它的颜色、名称，并判断它的活泼性比氟更强还是更弱。

1
1. 利用状态变化规律：第7族元素的熔点/沸点随族序数增大而升高，因此室温常压下唯一的液态卤素是溴。
2
1. 颜色推测：溴为红棕色。
3
1. 活泼性比较：第7族元素活泼性随族序数增大而降低，因此溴的活泼性比氟弱。

Exam tip:

考试中经常要求你将卤素与其物理状态和颜色对应，因此务必准确牢记这四种核心卤素的相关性质。

3. 第7族（卤素）——置换反应★★★☆☆⏱ 5 min

活泼性更强的卤素可以从活泼性更弱的卤素的卤化物盐水溶液中置换出后者。由于第7族元素活泼性随族序数增大而降低，氯可以置换溴和碘，溴可以置换碘。描述这些置换反应、写出对应的文字方程式、说明颜色变化都属于核心考点内容。

📐 例题

写出溴水与碘化钾溶液反应的文字方程式，并说明预期观察到的现象。

1
1. 活泼性比较：溴的活泼性比碘强，因此可以从碘化钾中置换出碘。
2
1. 文字方程式：溴 + 碘化钾 → 溴化钾 + 碘
3
1. 现象：无色的碘化钾溶液随着碘的生成变为棕色/橙色。

Exam tip:

置换反应、对应的颜色变化和文字方程式是核心层级要求掌握的内容；只有电子转移（氧化还原）解释和离子半方程式属于拓展层级内容。

4. 过渡元素——核心与拓展性质★★☆☆☆⏱ 5 min

📘 定义

过渡元素

位于元素周期表第2族和第3族之间的金属元素，其性质与第1族碱金属有明显区别。

核心性质：熔点高、密度大、质地坚硬强度高，活泼性远低于第1族金属（与冷水不会发生剧烈反应）
核心性质：形成的化合物带有颜色（例如硫酸铜为蓝色，氧化铁(III)为橙棕色），可作为多种反应的催化剂（例如哈伯法中的铁、烯烃氢化反应中的镍）
仅拓展层级要求的性质：具有可变氧化态，因此可以形成不止一种离子（例如 $F e^{2 +}$ （二价铁）和 $F e^{3 +}$ （三价铁）离子）

📐 例题

列出第1族的钠与过渡元素铜的三点性质差异。

1
1. 钠的熔点很低（98°C），而铜的熔点非常高（1085°C）。
2
1. 钠与冷水剧烈反应，而铜与冷水完全不反应。
3
1. 钠只能形成白色/无色的化合物，而作为过渡元素的铜会形成有色化合物，例如二价铜的化合物为蓝色或绿色。

Exam tip:

考试题经常要求你比较过渡金属和第1族金属的性质，因此请记下关键的对比性质，以便快速拿到满分。

5. 拓展：卤素置换反应作为电子转移过程（氧化还原）★★★★☆Extended 专属⏱ 4 min

在拓展层级，你必须从电子转移的角度将卤素置换反应解释为氧化还原反应。活泼性更强的卤素被还原：其分子得到电子变为卤离子。活泼性更弱的卤离子被氧化：它们失去电子形成卤素分子。

📐 例题

对于氯与碘化钾水溶液的反应，写出离子方程式，并指出什么物质被氧化、什么物质被还原。

1
1. 离子方程式（省略旁观离子 K⁺）：Cl₂ + 2I⁻ → 2Cl⁻ + I₂
2
1. 氯被还原：每个 Cl₂ 分子得到2个电子，形成2个 Cl⁻ 离子。
3
1. 碘离子被氧化：两个 I⁻ 离子各失去1个电子，形成1个 I₂ 分子。

6. 常见陷阱

错误做法:

声称第I族的反应性随族序数向下递减

原因:

学生混淆了第I族和第VII族的反应性递变规律

正确做法:

记住第I族反应性随族序数向下递增（价电子更易失去），第VII族反应性随族序数向下递减（电子更难得到）

错误做法:

将第I族与水反应的产物写为金属氧化物而非金属氢氧化物

原因:

混淆了金属与水的反应和金属与氧气的反应

正确做法:

所有第I族金属与冷水的反应都生成金属氢氧化物（碱性产物）和氢气，不会生成氧化物

错误做法:

声称卤素在室温常压下为单原子分子

原因:

将卤素与0族稀有气体混淆

正确做法:

所有卤素在标准室温和常压下都以双原子分子（ $X_{2}$ ）形式存在

错误做法:

声称过渡元素没有催化用途

原因:

遗忘了过渡元素的一项核心特征性质

正确做法:

过渡元素及其化合物被广泛用作工业催化剂，例如哈伯法合成氨使用铁，过氧化氢分解使用二氧化锰

错误做法:

声称所有过渡金属离子都为+2氧化态（拓展内容）

原因:

遗忘了过渡元素的可变氧化态性质

正确做法:

过渡元素可以具有多种氧化态，例如铁可以形成 $F e^{2 +}$ 和 $F e^{3 +}$ 两种离子

7. 速查表

族/类别	核心性质1	核心性质2	关键反应/用途
第I族（碱金属）	1个价电子，形成+1价离子	反应性随族序数向下递增	与冷水反应 → 金属氢氧化物 + 氢气
第VII族（卤素）	7个价电子，形成-1价离子，双原子分子	反应性随族序数向下递减	活泼性更强的卤素可以从卤化物盐中置换出活泼性更弱的卤素（拓展内容）
过渡元素	高熔点、高密度、低反应性	带色化合物、催化性质	可变氧化态（拓展内容），用作工业催化剂

8. 常见问题

所有第1族金属都能浮在水面上吗？

只有前三种（锂、钠、钾）可以浮在水面上；铷和铯的密度比水大，会沉入水底。

过渡元素比第1族金属更活泼吗？

不是，第1族金属要活泼得多，且同族越往下活泼性越强，而大多数过渡金属在室温下不会与水或氧气发生剧烈反应。

下一步

在掌握了第I族、第VII族和过渡元素的性质之后，你就可以进一步学习元素周期表单元的剩余内容：0族稀有气体，以及作为卤素置换反应基础的拓展氧化还原反应内容。该考点在CIE IGCSE化学0620考试的选择题（第1/2卷）和结构化问答题（第3/4卷）中都占很大比重，请务必牢记核心递变规律并正确练习书写反应方程式。我们建议你完成针对这些族的历年真题，熟悉常见的考试表述和评分标准要求。