資源簡(jiǎn)介

(共20張PPT)
電池中的元素世界
——原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)
第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu) 元素周期律
第一節(jié) 原子結(jié)構(gòu)與元素周期律（3）
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一、認(rèn)識(shí)鋰原子
某種鋰電池在工作時(shí)的化學(xué)反應(yīng)可表示為
Li+MnO2=LiMnO2
電池工作時(shí)，鋰原子從微觀角度看發(fā)生了怎樣的變化？
鋰原子為什么會(huì)發(fā)生這種變化？
一、認(rèn)識(shí)鋰原子
原子失電子的趨勢(shì)
原子得電子的趨勢(shì)
元素的原子得失電子的趨勢(shì)
元素具有金屬性
元素具有非金屬性
一、認(rèn)識(shí)鋰原子
“ 鋰” 夠用嗎？
1輛高性能的電動(dòng)汽車(chē)需要7104節(jié)鋰電池，大約消耗63kg鋰！目前全世界探明的鋰資源總量為8000萬(wàn)噸，大約可以生產(chǎn)13億臺(tái)這樣的電動(dòng)汽車(chē)。預(yù)期到2036年地球上將有28億輛汽車(chē)，其中將有1/3是新能源汽車(chē)。
一、認(rèn)識(shí)鋰原子
科學(xué)家認(rèn)為可以用鈉電池代替鋰電池，鈉元素自然界儲(chǔ)量高，分布均勻、價(jià)格低廉，被市場(chǎng)視為當(dāng)下鋰電池的替代方案之一
鈉資源 vs 鋰資源 地殼豐度 分布 價(jià)格 元/kg
鈉元素 2.75% 全球 2
鋰元素 0.0065% 75%在美洲 150
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二、認(rèn)識(shí)鋰元素的家族
1.鈉元素具有怎樣的性質(zhì)？
2.為什么科學(xué)家認(rèn)為鈉電池可以作為鋰電池的替代品呢？
3.你認(rèn)為還有哪些金屬元素可能替代鋰電池成為未來(lái)發(fā)展方向？
二、認(rèn)識(shí)鋰元素的家族
4.這些元素在周期表中的位置如何？
堿金屬元素
二、認(rèn)識(shí)鋰元素的家族
4.這些元素在周期表中的位置如何？
堿金屬元素
5.你能預(yù)測(cè)金屬鉀的性質(zhì)嗎？
二、認(rèn)識(shí)鋰元素的家族
實(shí)驗(yàn)探究1
將干燥的坩堝加熱，切取綠豆大小的金屬鉀，投入到熱坩堝中，繼續(xù)加熱片刻，待熔化后立即撤去酒精燈，觀察現(xiàn)象。
較強(qiáng)的還原性
金屬鉀與金屬鈉
性質(zhì)相似
二、認(rèn)識(shí)鋰元素的家族
實(shí)驗(yàn)探究2
在燒杯中加一些蒸餾水，滴入幾滴酚酞溶液。切取綠豆大的金屬鉀，用鑷子夾取并投入水中，觀察現(xiàn)象。
單質(zhì)鉀的還原性比鈉強(qiáng)
鉀與水的反應(yīng)
比鈉與水更加劇烈
金屬銣與金屬銫能與水反應(yīng)嗎？反應(yīng)的劇烈程度如何呢？
二、認(rèn)識(shí)鋰元素的家族
周期表位置 元素名稱(chēng) 元素符號(hào) 原子結(jié)構(gòu)示意圖 原子半徑 元素性質(zhì) （相似性和遞變性） 第ⅠA族 鋰 Li 0.152nm 較強(qiáng)的金屬性 元素金屬性增強(qiáng)
鈉 Na 0.186nm 鉀 K 0.227nm 銣 Rb 0.248nm 銫 Cs 0.265nm 一般情況下，元素的金屬性越強(qiáng)，金屬單質(zhì)的還原性越強(qiáng)，與水（或酸）反應(yīng)越劇烈。
二、認(rèn)識(shí)鋰元素的家族
鉀元素含量豐富，價(jià)格低廉，理論上可以用來(lái)制造高功率電
池。但科學(xué)家們卻經(jīng)常回避鉀電池的研究，因?yàn)檫@種金屬具
有非常高的活性，這使得鉀電池的研制和生產(chǎn)變得非常困難。
三、認(rèn)識(shí)鹵族元素
電池兩極參與反應(yīng)的物質(zhì)得失電子的能力差異越大，理論上能
給出更高的能量，堿金屬容易失電子，什么元素的原子容易得
電子呢？
2.能否借助周期表尋找到更多這樣到元素？
2021年8月，斯坦福大學(xué)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種可充電的堿金屬-氯電池，其可存儲(chǔ)的電量是當(dāng)前常見(jiàn)市售鋰電池的6倍。
1.試著從原子結(jié)構(gòu)的角度分析，哪種元素的原子可能有較強(qiáng)的得電子能力？
三、認(rèn)識(shí)鹵族元素
周期表位置 元素名稱(chēng) 元素符號(hào) 原子結(jié)構(gòu)示意圖 原子半徑 元素性質(zhì) （相似性和遞變性） 第ⅦA族 氟 F 半徑增大 較強(qiáng)的非金屬性 元素非金屬性減弱
氯 Cl 溴 Br 碘 I
三、認(rèn)識(shí)鹵族元素
如何證明鹵族元素的非金屬性從上到下逐漸減弱？
提供試劑：
氯水、溴水、碘水、
NaCl溶液、NaBr溶液、KI溶液
三、認(rèn)識(shí)鹵族元素
實(shí)驗(yàn)步驟 現(xiàn)象 結(jié)論
向點(diǎn)滴板的一個(gè)孔穴中加3滴NaBr溶液再加入3滴氯水；向另一個(gè)孔穴中單獨(dú)加3滴氯水；比較兩者的顏色。 2KBr+Cl2=2KCl+Br2
氧化性：Cl2>Br2
向點(diǎn)滴板的一個(gè)孔穴中加3滴KI溶液，再加入3滴溴水：向另一個(gè)孔穴中單獨(dú)加了滴溴水，比較兩者的顏色。 2KI+Br2=2KBr+l2
氧化性：Br2>I2
如何證明鹵族元素的非金屬性從上到下逐漸減弱？
三、認(rèn)識(shí)鹵族元素
如何證明鹵族元素的非金屬性從上到下逐漸減弱？
H2+F2=2HF
暗處劇烈反應(yīng)并爆炸；HF很穩(wěn)定
光照或點(diǎn)燃反應(yīng)；HCl較穩(wěn)定
加熱至一定溫度；HBr不如HCl穩(wěn)定
不斷加熱才能緩慢進(jìn)行；HI不穩(wěn)定
一般情況下，元素的非金屬性越強(qiáng)，非金屬單質(zhì)的氧化性越強(qiáng)，非金屬單質(zhì)與氫氣的反應(yīng)越容易，生成的氫化物越穩(wěn)定
H2+Cl2=2HCl
光照/點(diǎn)燃
H2+Br2=2HBr
Δ
H2+I2 2HI
Δ
課堂總結(jié)
比較金屬性強(qiáng)弱（一般情況下）：
（1）單質(zhì)與水（或酸）反應(yīng)生成氫氣的難易程度（金屬性越強(qiáng)反應(yīng)越容易）；
（2）最高價(jià)氧化物的水化物——?dú)溲趸锏膲A性強(qiáng)弱（金屬性越強(qiáng)氫氧化物的堿性越強(qiáng)）。
比較非金屬性強(qiáng)弱（一般情況下）：
（1）單質(zhì)與氫氣反應(yīng)生成氣態(tài)氫化物的難易程度（非金屬性越強(qiáng)反應(yīng)越容易）；
（2）氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性（非金屬性越強(qiáng)氣態(tài)氫化物越穩(wěn)定）；
（3）最高價(jià)氧化物水化物的酸性強(qiáng)弱（非金屬性越強(qiáng)酸性越強(qiáng)）。
電子層數(shù)逐漸增多
堿金屬元素
ⅠA族
鹵族元素
ⅦA族
同主族元素
最外層電子數(shù)相等，元素性質(zhì)相似
元素金屬性增強(qiáng)
失電子能力逐漸增強(qiáng)
元素非金屬性減弱
得電子能力逐漸減弱
課堂總結(jié)
鋁元素與鈉元素相比的金屬性如何？
同周期元素的性質(zhì)該如何研究？

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