原子结构与元素性质教学设计

第3节原子结构与元素性质教学目标了解电离能的概念及其内涵，认识主族元素电离能的变化规律，知道电离能与元素化合价的关系。知道主族元素电负性与元素性质的关系，认识主族元素电负性的变化规律。体会原子结构与元素周期律的本质。教学重难点电离能、电负性的含义及其一般变化规律。核外电子排布与元素周期表周期、族的划分的关系，与元素的电离能、电负性、化合价的关系。三、教学内容引入：从“位、构、性”的角度来看：如何从量子力学模型的观点更加深入地认识元素的性质？元素周期表与元素性质的周期性变化又有何本质的联系呢？学生活动：写出元素周期表中下列各元素原子的价电子排布式：HLiNNaMgAlSiPSClArKAsRbSbCsBi引导学生回忆原子价电子排布的写法和规律。通过书写价电子排布，结合这些元素的原子半径和价电子数来分析主族元素的原子得失电子能力的变化规律。可引导学生从有效核电荷数的角度分析出元素原子得失电子能力的递变。运用得出的结论尝试分析下面几组元素的原子失电子能力的强弱。进而发现仅有定性的分析是不够的。为此，人们采用电离能、电子亲和能、电负性来定量地衡量原子得失电子能力的强弱。1.Rb和Na2.S和Cl3.Li和Mg提出问题：原子在失去电子时需要吸收能量，请按照给出的第三周期以及第五主族元素原子失去电子能力的强弱来推测原子在失去电子时需要吸收的能量的变化情况。给出第三周期以及第五主族元素第一电离能的数据，验证推测，并引出电离能的概念。讲解：科学家们用电离能定量地表示原子或离子失去电子的难易程度。定义：从气态原子或离子失去一个电子，生成+1价气态阳离子所需要的最小能量叫做电离能，常用符号I表示，单位为kJ·mol-1。第一电离能：处于基态的气态原子失去一个电子，生成+1价气态阳离子所需要的最小能量称为第一电离能（I1）。M(g)=M+(g)+e-I1（第一电离能）M+(g)=M2+(g)+e-I2（第二电离能）M2+(g)=M3+(g)+e-I3（第三电离能）提出问题：请说明原子的第一电离能随着原子序数的递增呈现怎样的变化？学生参看图1-3-5、1-3-6得出规律，并从原子结构的角度加以解释。小结：同一周期的元素：第一电离能从左到右总趋势依次增大。同一族元素：第一电离能从上到下总趋势依次减小。第一电离能的周期性变化是原子结构（原子半径、核外电子排布）周期性变化所决定的。引导思考：发现其中的一些特例，如Mg元素和P元素。结合这两种元素原子的价电子排布分析原因（从Mg和P的价电子排布来看都处于半充满状态，较稳定，相对不易失去电子）。讨论：同一元素的不同电离能情况如何？观察铍原子的三级电离能示意图，可以得到哪些结论？这些变化规律又与原子结构有何关系呢？讲解：同种元素的各级电离能通常依次增大，这是由于在原子已失电子的情况下半径减小，使得原子核对电子的吸引作用增强，在失电子时则需要更大的能量。而铍原子的三级电离能中I3远远大于I2，则是由于其中跨越了能级。我们可以从电离能的数据中再一次证明：核外电子是分层排布的。练习：三种同周期的主族元素X、Y、Z的部分电离能数据（kJ·mol-1）如下：XYZI1496738577I2456214511817I3691277332745I495401054011578分析表中数据的变化特点，并判断各自的主要化合价。（学生由三种元素的电离能找到总体变化趋势，同时发现数据的突变，从而确定其中能级的变化，再由价电子数最终判断该元素的化合价。）小结：化合价是元素性质的一种体现，从元素各级电离能的变化规律，我们可以解释常见元素的化合价，也可以从本质理解元素化合价与原子结构的内在联系。总结：在量子力学模型的基础上对原子结构有了深层的认识，从而对元素原子失电子的性质有了更本质的理解，并且能从定量的角度——电离能来判断元素失电子能力和元素的化合价，使“位、构、性”三者的关系更加清晰、明确。过渡：电离能是定量描述元素原子失电子能力的物理量，是否也有定量描述元素原子得电子能力的物理量呢？学生阅读“拓展视野”——电子亲和能。如何较为准确地定量描述元素原子得电子能力？电负性：用来表示两个不同原子在形成化学键时吸引电子能力的相对强弱。电负性是元素的原子在化合物中吸引电子能力的标度。观察1-3-7电负性数据，分析金属元素、非金属元素电负性大小情况及同周期、同主族元素的电负性变化的总体趋势。小结:（1）同周期从左到右电负性递增，同主族从上到下电负性递减。（2）金属元素的电负性较小＜2，非金属元素的电负性较大＞2。练习：1.依据电负性数据分析以下几种化合物中各元素的化合价。CH4CCl4HClO2.从电负性数据出发思考，NaCl为什么以离子键相结合，HCl分子以共价键相结合？小结：通过电负性（虽然只是相对强弱），我们可以定量地