第1族（碱金属）——锂、钠、钾

Q: 第1族金属与水反应会生成什么产物？

所有第1族金属与水反应都会生成可溶的金属氢氧化物（形成碱性溶液）和氢气，通式如下：，其中M代表第1族金属。

Q: 第1族自上而下反应活性是升高还是降低？

第1族自上而下反应活性升高。钾的反应活性强于钠，钠的反应活性又强于锂。

爱德思国际GCSE化学· 2.1–2.4（子主题2(a)）· 12 分钟阅读

1. 第1族金属与水反应的相似性★★☆☆☆⏱ 3 min

📘 定义

第1族与水的反应

所有第1族金属与水发生放热反应，生成可溶的金属氢氧化物和氢气，形成pH>7的碱性溶液。

例:

$2 L i (s) + 2 H_{2} O (l) \to 2 L i O H (a q) + H_{2} (g)$

锂、钠、钾完全相同的反应产物是它们属于同一化学家族的核心证据。生成的氢氧化物溶液可使通用指示剂变为蓝色或紫色，证明其呈碱性。

📐 例题

将锂加入蒸馏水中，指出生成的产物，并描述验证气态产物的实验方法。

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步骤1：回忆第1族与水反应的通式：金属 + 水 → 金属氢氧化物 + 氢气
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步骤2：确定产物：氢氧化锂水溶液（LiOH）和氢气（ $H_{2}$ ）
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步骤3：氢气检验：将点燃的小木条靠近气体，若听到尖锐的爆鸣声，则证明存在氢气。

2. 锂、钠、钾与空气和水的反应活性递变规律★★☆☆☆⏱ 3 min

尽管所有第1族金属与空气、水的反应原理相似，但反应剧烈程度随族序数向下递增：锂平缓冒泡，钠剧烈反应并熔化成银色小球，钾剧烈反应并产生淡紫色火焰。

📘 定义

第1族反应活性递变规律

元素周期表中第1族自上而下反应活性逐渐升高，活性顺序为：钾 > 钠 > 锂。

📐 例题

将等体积的锂、钠、钾块放入相同温度下盛有等量水的相同烧杯中，按反应剧烈程度从弱到强排序这些金属，并说明理由。

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步骤1：回忆第1族自上而下反应活性逐渐升高。
2
步骤2：按族内位置排序：锂在族内位置最靠上，其次是钠，位置最靠下的是钾。
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步骤3：最终剧烈程度顺序（从弱到强）：锂 < 钠 < 钾，因为第1族自上而下反应活性逐渐升高。

Exam tip:

考试可能要求你列出三个反应之间的现象差异，请熟记每种金属对应的关键现象描述细节。

3. 预测其他第1族金属的性质★★★☆☆⏱ 3 min

第1族自上而下一致的反应活性递变规律，允许你预测铷、铯等位于钾下方的不常见碱金属的性质。你无需记忆这些金属的具体参数，就可以预测它们的反应产物、反应剧烈程度以及其他符合递变趋势的性质。

📐 例题

预测铷与水反应的产物，并将其反应剧烈程度与钾进行比较。

1
步骤1：所有第1族金属与水反应都生成相同产物：氢氧化铷和氢气，配平后的方程式如下所示：
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$2Rb(s) + 2H_2O(l) \rightarrow 2RbOH(aq) + H_2(g)$
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步骤2：铷在第1族中的位置位于钾下方，因此它的反应活性更高。
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步骤3：铷与水的反应会比钾剧烈得多，接触水时甚至可能发生爆炸。

4. 高阶内容：通过电子排布解释反应性递变规律★★★★☆Higher 专属⏱ 3 min

📘 定义

电子排布解释

所有第1主族元素的最外层都只有1个电子。随着族序数向下，最外层电子离原子核更远，更多的内层电子层提供屏蔽效应，削弱了原子核与最外层电子之间的吸引力，因此电子更易失去，元素反应性随之增强。

对于IGCSE考试，该解释仅要求定性描述：你不需要引用电离能数值、原子半径测量值或焓变数据，只需描述三个核心要素：与原子核的距离、屏蔽效应、外层电子的失去难易程度。

📐 例题

从电子排布的角度解释为什么钾的反应性比钠更强。

1
步骤1：钠和钾的最外层都只有1个电子。
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步骤2：钾在第1主族中的位置比钠更靠下，因此它拥有更多内层电子层，意味着其最外层电子离原子核更远，受到来自内层电子层的屏蔽效应更强。
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步骤3：钾的带正电原子核与带负电的最外层电子之间的吸引力更弱，因此最外层电子更易失去，使得钾的反应性比钠更强。

Exam tip:

将每个影响因素（距离、屏蔽效应）直接与外层电子的失去难易程度关联，确保在高阶解释类题目中拿到全部分数。

5. 常见陷阱

错误做法:

Stating reactivity decreases down Group 1

原因:

Confusing Group 1 trend with Group 7 (halogens) where reactivity decreases down the group

正确做法:

Remember Group 1 reactivity increases down the group, Group 7 reactivity decreases down the group

错误做法:

Writing the product of water reaction as metal oxide instead of metal hydroxide

原因:

Confusing reaction with water with reaction with oxygen in air

正确做法:

Recall the general equation: $2 M + 2 H_{2} O \to 2 M O H + H_{2}$ , forming a hydroxide, not oxide

错误做法:

Forgetting state symbols in balanced equations

原因:

Examiners require state symbols for full marks on equation questions

正确做法:

Always add (s) for the metal, (l) for water, (aq) for dissolved hydroxide, (g) for hydrogen

错误做法:

Higher tier: Stating the nucleus gets less positive down the group as the reason for easier electron loss

原因:

Nuclear charge actually increases down the group, but shielding and distance outweigh this effect

正确做法:

Focus on the outer electron being further from the nucleus with more shielding, reducing attraction, making loss easier

错误做法:

Predicting rubidium reacts less vigorously than potassium

原因:

Forgetting the direction of the reactivity trend down Group 1

正确做法:

Elements lower in Group 1 are more reactive, so rubidium reacts more vigorously than potassium

6. 速查表

Metal	Reaction with water observations	Balanced equation	Relative reactivity
Lithium	Gentle fizzing, moves on surface, no flame	$2 L i + 2 H_{2} O (l) \to 2 L i O H (a q) + H_{2} (g)$	Lowest
Sodium	Vigorous fizzing, melts to silver ball, may have yellow flame	$2 N a + 2 H_{2} O (l) \to 2 N a O H (a q) + H_{2} (g)$	Medium
Potassium	Violent reaction, lilac flame, may spit/explode	$2 K + 2 H_{2} O (l) \to 2 K O H (a q) + H_{2} (g)$	Highest (of the three)
General Group 1 Rule	All form alkaline solution, release hydrogen	$2 M + 2 H_{2} O (l) \to 2 M O H (a q) + H_{2} (g)$ (M = Group 1 metal)	Increases down group

7. 常见问题

第1族金属与水反应会生成什么产物？

所有第1族金属与水反应都会生成可溶的金属氢氧化物（形成碱性溶液）和氢气，通式如下： $2 M + 2 H_{2} O \to 2 M O H + H_{2}$ ，其中M代表第1族金属。

第1族自上而下反应活性是升高还是降低？

第1族自上而下反应活性升高。钾的反应活性强于钠，钠的反应活性又强于锂。

下一步

Now that you have mastered Group 1 alkali metal properties and trends, you are ready to move on to other periodic table groups, starting with Group 7 halogens, which follow the opposite reactivity trend. You will also apply these trend prediction skills to other parts of the periodic table in later inorganic chemistry topics. For higher tier students, make sure you practice writing the electronic configuration explanation for reactivity trends, as this is a common 3-4 mark question in Paper 2C. Don’t forget to link this knowledge to Group 1 flame test identification, which is covered in a separate topic on chemical tests. Past paper practice for this topic will help you get comfortable with describing reaction observations and applying trend rules to unfamiliar Group 1 metals like rubidium and caesium.