化学实验平台 - 实验十二 · 元素周期律探究

实验目的

通过 Na、Mg、Al 金属性的递变实验，验证同周期元素性质的周期性变化规律
掌握比较金属性强弱的实验方法（与水反应、与酸反应）
理解元素周期律的本质——原子核外电子排布的周期性变化

实验器材

金属钠（保存在煤油中）
镁条（用砂纸打磨光亮）
铝片（用砂纸打磨光亮）
蒸馏水
酚酞试液
稀 HCl（1 mol/L）
试管、试管夹、酒精灯
砂纸、滤纸、镊子

实验原理

同周期元素（Na、Mg、Al）的原子最外层电子数依次增多（Na 有 1 个、Mg 有 2 个、Al 有 3 个），原子核对最外层电子的吸引力依次增强，失电子能力依次减弱，因此金属性依次减弱。金属性的强弱可以通过元素单质与水或酸反应置换出氢气的难易程度来判断——反应越剧烈，金属性越强。

Na 与水反应（剧烈）
2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂↑
（熔化成小球、浮在水面快速游动、发出嘶嘶声、溶液变红）

Mg 与水反应（缓慢，加热加快）
Mg + 2H₂O ——(△)——→ Mg(OH)₂ + H₂↑
（常温下缓慢产生少量气泡，加热后产生大量气泡，滴加酚酞变浅红）

Mg、Al 与酸反应
Mg + 2HCl = MgCl₂ + H₂↑ （剧烈，大量气泡，放热）
2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂↑ （较慢，气泡量较少）

实验步骤

一、Na 与水的反应

用镊子取一小块金属钠，用滤纸吸干表面的煤油。
切取绿豆大小的一块钠（注意安全）。
向烧杯中加入约 50 mL 蒸馏水，滴加 2~3 滴酚酞试液。
将钠投入烧杯中，立即盖上玻璃片，观察现象（浮、熔、游、响、红）。

二、Mg 与水的反应

取一小段镁条，用砂纸打磨至光亮（除去表面的氧化膜）。
向试管中加入 3 mL 蒸馏水，将镁条放入试管中，观察气泡产生情况。
用酒精灯加热试管至水沸腾，观察镁条表面是否有大量气泡产生。
向试管中滴加 2 滴酚酞试液，观察溶液颜色变化。

三、Mg 和 Al 与酸的反应

取两段打磨光亮的镁条和铝片，分别放入两支试管中。
向两支试管中各加入 3 mL 稀 HCl（1 mol/L）。
观察两支试管中产生气泡的速率，用手触摸试管外壁感受温度变化。
比较 Mg 和 Al 与酸反应的剧烈程度和放热情况。

数据记录

元素	与水反应现象	与酸反应现象	金属性比较
Na		—
Mg
Al

结论：同周期元素从左到右，金属性____，非金属性____。

交流与评价

Na、Mg、Al 与水反应或与酸反应的剧烈程度不同，说明了什么问题？
为什么 Al 与水几乎不反应？Al 表面有什么特殊结构？
根据本实验结果，判断 Na、Mg、Al 的金属性强弱顺序，并尝试从原子结构的角度解释。
同周期元素（Na、Mg、Al）的最高价氧化物对应水化物的碱性如何变化？写出它们的化学式。
元素周期律对其他周期是否也适用？请举例说明。

注意事项

Na 必须切取绿豆大小，不可过大，否则反应过于剧烈可能造成危险。
镁条和铝片使用前必须用砂纸打磨光亮，除去表面的氧化膜，否则会影响反应。
Mg 与水反应加热时，试管口不要对着人，防止热水溅出。
Al 的表面有致密氧化膜（Al₂O₃），与酸反应初期可能较慢，这是正常现象。

安全警示

金属钠：取用和切割必须使用镊子和滤纸，不可直接用手接触。剩余的钠必须放回原瓶，严禁丢入水槽或接触水。
Na 与水反应剧烈，会产生大量 H₂ 并放热，操作时注意保持距离，用玻璃片盖住烧杯口。
稀 HCl 有腐蚀性，避免接触皮肤和眼睛。
酒精灯加热注意安全，试管使用试管夹夹持。