高中化学第1章 研究性学习 原子结构与元素周期律 鲁科版 必修2

第1章 研究性学习 原子结构与元素周期律研究学习之一：你愿意模拟科学家探究“原子到底是由什么样的更小的粒子构成的”历程吗？若愿意，那就来体味一下科学研究的乐趣，品味科学发现的意义吧。长期以来，人们曾经一直认为原子是物质最小的单位，是不可分割的，它的形状像个实心小球，不妨称为思维模型X。而随着科学的发展，卢瑟福的老师汤姆逊等一些科学家却预测到：原子内部还有着更小的单位，原子的模样像西瓜，瓜瓣就像是原子内均匀分布的正电荷，而瓜子就是电子。不妨称之为思维模型Y（也可以称为“葡萄干蛋糕”原子模型：原子是一个半径大约为1010米的球体，正电荷均匀地分布于整个球体，电子则稀疏地嵌在球体中，这类似于一个葡萄干面包）。假如你是汤姆逊的学生卢瑟福，你觉得老师的预测可能吗？你觉得该设计一个什么样的实验才能验证该预测？假设你设计了一套专门仪器，用一种比原子小得多的叫做“”的粒子（粒子就是氦核，带正电，具有较大的动能，它的质量是电子质量的七千多倍）作“炮弹”；一个“”射线的放射源，就像一挺机关枪；一个金属箔作靶子。开始轰击原子，通过预先在旁边放置的一个硫化锌的荧光屏后面安装的一架显微镜，来观察实验的情况（可将该实验称之为卢瑟福的粒子散射实验）。联想一下，你能观测到什么现象？假如模型X与模型Y的情况先后分别成立，分别该出现什么样的结果？是全部被弹回来呢还是会很容易地穿过它而笔直地前进呢？资料显示，卢瑟福的粒子散射实验结果是：绝大多数粒子通过；少数粒子偏向；个别粒子反弹。你预测到会有这种可能吗？假如你的实验结果如此，通过分析联想，对原子的内部结构认识，你该作出什么结论？这个结论的每个要点分别是如何分析得出的？研究学习之二：1下表给出了原子序数118的元素的某些信息，请先将表中空缺补充完整，然后再比较分析数据，探寻其中的规律。2.（1）以元素的原子序数为横坐标、原子的最外层电子数为纵坐标，绘制一个直方图（A）。（2）以元素的原子序数为横坐标、元素的原子半径为纵坐标，绘制一个折线图（B）。（3）以元素的原子序数为横坐标、元素的常见最高正化合价和最低化合价为纵坐标，用两色笔分别作出两条折线，绘制一个折线图（C）。3.请分析你作的坐标图，有没有发现118号元素的内在联系和性质变化上存在的规律？若有，你怎样描述这种联系和规律？4.你能找到呈现这个规律的本质原因吗？你觉得掌握该规律会有什么价值和意义？研究学习之三：从宏观上看，元素的原子结构和性质随着原子序数的递增发生周期性的变化。可是，在同一个周期内，元素的原子结构和性质又是如何变化的呢？为什么会有这个变化？请你按照研究物质性质的方法和程序，并借助于以下知识点击、方法导引和工具栏等，研究解决“同周期中元素性质得失电子能力的相对强弱规律”，并作出科学的解释。知识点击（1）元素的原子结构特点决定着元素的性质，而性质又能说明和体现元素的原子结构；元素周期表是元素周期律的具体表现形式，而元素周期律却是元素周期表的理论基础。因此，元素的原子结构、在周期表中的位置以及元素的性质三者之间有着密切的联系。（2）元素的性质是指元素的原子得失电子能力的强弱，是通过其单质和氧化物间接地具体表现出来的。方法导引元素原子失电子能力（也叫金属性）强弱的间接判断方法：（1）比较元素的单质与水或酸反应置换出氢的难易越容易，则元素原子失电子能力（金属性）越强；越难，则失电子能力（金属性）越弱。（2）比较元素的最高价氧化物对应的水化物的碱性强弱，一般说，碱性越强，元素原子失电子能力（金属性）越强，反之越弱。元素原子得电子能力（也叫非金属性）强弱的间接判断方法：（1）比较元素单质与氢气化合的难易程度，一般说，越容易化合，则元素原子得电子能力即非金属性就越强，反之越弱；（2）比较其对应的气态氢化物的稳定性大小，一般是，氢化物越稳定，即越不容易分解，则对应元素原子得电子能力即非金属性就越强，反之则弱；（3）比较元素最高价氧化物对应的水化物的酸性强弱。一般说，酸性越强，对应元素原子得电子能力即非金属性就越强。（说明：以上是最常用的一般方法。以后还能学到其他方法。）你还知道有哪些方法？请写出来。工具栏硅单质只有在高温下才能与氢气反应，而且生成很少量的气态氢化物硅烷（SiH4）。硅元素的最高价氧化物（SiO2）对应的水化物是原硅酸（H4SiO4），它难溶于水，是一种很弱的酸。磷蒸气与氢气能反应生成气态氢化物磷化氢（PH3），但相当困难。磷的最高价氧化物（P2O5）对应的水化物（H3PO4）是中强酸。硫单质在加热时，其蒸气能与氢气反应生成气态氢化物硫化氢（H2S）。硫化氢在较高温度时可以分解。硫的最高价氧化物（SO3）对应的水化物（H2SO4）是一种强酸。氯气和氢气在光照或点燃的条件下很容易化合成气态氢化物氯化氢。氯化氢很稳定，不容易分解。氯的最高价氧化物（Cl2O7）对应的水化物是高氯酸（HClO4），它的酸性比硫酸的酸性还强，是目前发现的酸中酸性最强的酸。【研讨预测】第3周期元素，随着原子序数的递增，原子结构（如核外电子排布、核电荷数及原子半径等）如何变化？由此决定元素原子失电子能力（金属性）或得电子能力（非金属性）将如何变化？【实验探究】请你设计并实验，验证你对钠、镁、铝三种元素原子失电子能力相对强弱的预测。试剂：仪器：方案：记录：【分析探究】你对硅、磷、硫、氯等元素原子得电子能力相对强弱做何预测？你的预测正确吗？如何证明你的预测是正