高中化学元素周期律和元素周期表 思考过程 鲁科版 必修2

元素周期律和元素周期表 思考过程 “预测”是依据事物本身或隐或显的属性或变化规律去推断事物的外在表现的可能性，或者是通过外在表现去分析推断事物的本质属性与变化规律。“预言”，则是通过高度地深入地分析事物的本质与特征规律，大胆地预先说出将要发生的事情。“实验”却是揭示或证明事物本质及外在表现的最具说服力的有效方法与手段。而“数据与图表”，则是分析问题、得出结论、挖掘规律的重要工具之一。因此，科学地分析预测，精心设计并敢于实验，科学地分析与利用数据和图表，大胆地进行科学预言，往往是可以有所发现或发明的，可以对人类、对社会创造出不可估量的价值。一、学会“联想与质疑”，发现问题和提出问题，是主动性学习的开始，是科学发现的萌芽，是科学创造的前提之一。【例1】 （一）当你第一次面对一张元素周期表，要开始研究和学习它所包含的规律、意义等内涵时，你联想到什么？提出什么疑问？请将你的所有质疑写出来。（二）你是如何分析和解决你的上述质疑的？需要用到哪些方法和研究手段及工具？（三）以上质疑的答案找到了吗？请写出你的答案。思路：第（一）问是个开放性的问题，观察和分析的角度不同，每个人的联想和质疑也不同。第（二）问是对第（一）问的深入，更是解决问题的实质，即第（三）问的关键。（三）问是研究学习达到的结果。答案：（一）你的质疑中可以包含下列问题，或其中的某几个，也可以提出其他的联想和质疑：1.元素周期表是怎么来的？是谁、何时编的？第一个人编的第一张周期表就是现在这个样子吗？2.元素周期表是依据什么原则编的？元素之间有没有联系？有什么联系？3.估计周期表内的元素间肯定存在着某种联系或规律，该如何去发现？4.某一种元素，为什么可以放在周期表中的某个特定的位置？5.如果找到了元素间的内在联系和规律，它跟元素周期表的编排形式有联系吗？元素间的联系和规律跟元素周期表有什么作用？6.现在的周期表中的112种元素，它们在刚产生第一个周期表的时候就都有了吗？ 7.还有没有其他没有发现的元素？所有的元素的发现都是偶然的吗？在自然界中都有吗？有没有一些元素是人创造出来的？是不是创造之前就知道它的某些特征了？是怎么知道的？8.门捷列夫能根据一些规律去预言新元素，几乎所有的元素都被预言了吗？都被发现或创造出来了吗？如果可能，我可以去创造出新元素吗？（二）像问题1、6、7等需要查阅资料；问题2、3等需要查找有关数据，借作图表等方法去分析研究；问题4、5等需要进行实验、对比、综合分析和联系等活动；问题8等需要在研究前面问题的基础上得出看法。当然，在解决上面的问题过程中，交流和研讨也是不可缺少的方法。（三）某个问题的答案可以在其他环节中找到。（略）当然，你还可以提出其他的质疑。对本节的内容，上面的质疑有哪些你也质疑过？你还有哪些质疑？写出来，都去解决它，你便会有更深更广的发现，你的进步可能不是你预料之中的。二、科学地运用“数据与图表”，精确地分析问题，准确地得出结论、挖掘出规律。这里有这样最突出的一个学习环节：在初探元素周期律的过程中，首先对元素的原子序数、原子的核外电子排布、电子层数、最外层电子数、原子半径大小、相对原子质量以及常见最高和最低化合价等相关数据，进行比较分析，用折线图和直方图这些数学工具，构造出了原子核外电子排布、原子半径、常见最高和最低化合价等自变量对原子序数的简单函数关系图示，从而为得出元素周期律准备了强有力的证据。当然，同学们在对若干数据进行处理的过程中，可能要处理多组数据，会作出若干图来，在依据教材P11的活动探究过程中，如果你只是依据提供的表格中的各种数据信息，没有按照提示要求只作问题2中的（1）（3）的折线图和直方图，而是自行处理分析，是不是要做多个图形？这是很正确的，这就需要你进一步深入地对比分析，哪个关系图是最科学合理的，从而作出恰当的科学的规律性结论。深入地分析研究过程，才是培养你的创造性的重要一环。三、学会“交流与研讨”，展示自己所想，评判他人所言，各抒己见，以便多角度、深层次地分析与认识问题，使问题的方向性更加明确，以达到科学有效地研究的目的。【例2】 通过仔细观察元素周期表，交流研讨：元素周期表中，相临两个周期内上下相临两种元素的原子序数相差多少？这个差额数与周期表的结构有什么关系？思路：观察周期表，讨论后发现，可以用图示分析。答案：分析得出以下几种情况：左上图：上下差2；右上图：上下差8；左下图：上下差18；右下图：上下差32。各种情况中，原子序数的差值均等于上面元素所在周期内的元素种数。【例3】 从周期表的第2、3周期的元素分析来看，位于同一周期元素的原子结构有什么相同之处？它们之间有没有递变规律？怎样递变？为什么有这个递变？从周期表的第1、17列元素分析来看，同一列（族）元素的原子结构有什么相同之处？它们之间有没有递变规律？怎样递变？为什么有这个递变？思路：关键要清楚讨论原子结构需要从哪几个角度来看，一般包含：核外电子排布（重点是电子层数、最外层电子数）、原子半径等内容。关于原子半径的大小，则是要找到影响原子半径大小的因素：有电子层数多少（层多径大）、核电荷数大小（核电荷数越多半径越小）、电子数多少（核外电子数越多半径越大）。并要从中找出矛盾的主要方面，然后再来决定递变结果，即规律内容。答案：从第2、3周期元素来看，同周期内元素原子结构的相同点：电子层数相同，但有递变。递变规律：随着原子序数的递增，最外层电子数依次增加，从1增至8；原子半径依次减小，从第1列中的最大值递减到第17列的最小值，第18列特殊例外。发生这个递变的原因是，同周期中，虽然电子数增多会使半径增大，但核电荷越多，核对外层电子的吸引力越大，使原子的内缩力增大，这个方面成为矛盾的主要方面，因此，原子半径越来越小。而从第1、17列来看，同主族中，最外层电子数相等。但也有递变方面。即随着原子序数的递增，电子层数越来越多，原子半径越来越大。原因是：随着原子序数的递增，虽然核电荷数增大会使半径减小，但电子数的增多，特别是电子层数的增多使半径增大成了矛盾的主要方面。四、学会有针对性地查阅资料，使相关知识得到更深入更广泛地了解和掌握。很多科学规律的发现和完善是需要几代人、甚至几个世纪或更长时间，需要有热爱科学、献身科学的精神，才能创造对人类对社会的无限的价值。周期表的诞生和完善，也是经历了很长的时间的。“历史回眸”与“资料在线”的内容，拓展了我们的认识，开阔了我们的视野，使我们对所要把握的重要知识有了通彻地理解。例如，通过本节的“历史回眸”与“资料在线”内容的阅读和研究，进一步明白了人们对元素周期律的认识发展过程，更知道了元素周期律的意义和价值，知道了不同形式的元素周期表，对不同的研究角度的不同作用等。像最原始的短式周期表，是因为当时没有发现稀有气体，才编出了那种短式的周期表；三角形式元素周期表，它能直观地展现出元素性质的周期性发展特点，但不能很好地展现纵列元素的相互关系。总之，要多查阅资料，了解知识的认识和发展过程，才能从更多角度、更深层次上去把握知识。资料在线元素周期表的发展变化18世纪中叶到19世纪中叶这100年间，随着生产和科学技术的发展，新的元素不断地被发现。到1869年，人们已经知道了63种元素，并积累了不少对这些元素的物理、化学性质的研究材料。因此，人们产生了整理和概括这些感性材料的迫切要求。在寻找元素性质间的内在联系的同时，提出了将元素进行分类的各种学说。1829年，德国化学家德贝莱纳（Dobereiner，17801849），根据元素性质的相似性提出了“三素组”学说。他归纳出了5个“三素组”： LiNaKCaSrBaPAsSbSSeTeClBrI在每个“三素组”中，中间元素的相对原子质量约是其他两种元素相对原子质量的平均值，而且性质也介于其他两种元素之间。但是，在当时已经知道的54种元素中，他却只能把15种元素归入“三素组”，即：Li、Na、K组，Na相对原子质量=(7+37)/2=22；Cl、Br、I组，Br相对原子质量(35.46+126.40)/2=80.97；Ca、Sr、Ba组，Sr相对原子质量(40+137)/2=88。因此，不能揭示出其他大部分元素间的关系。虽然“三素组”学说没能引起人们的重视，但这却是探求元素性质和相对原子质量之间关系的一次富有启发性的尝试。1864年，德国人迈那耳（Meyer，18301895）发表了六元素表。在表中，他根据物理性质和相对原子质量递增的顺序把性质相似的元素六种、六种地进行分族，排出一张元素分类表。这张表比以往任何一张元素分类表都高明，但有下列致命缺点，那就是只盲目按相对原子质量递增排列，而未空出应有的位置来。其次，它按物理性质排列，很难揭示元素内在联系，而且包括的元素并不多，还不到当时已知元素的一半。1865年，英国皇家农业学会化学师纽兰兹(A.Y. Newlands，18371898)把当时已知的62种元素按相对原子质量由小到大的顺序排列，发现从任意一种元素算起，每当排列到第八种元素时就会出现性质跟第一个元素相似的情况，犹如八度音阶一样，他把这个规律叫做“八音律”。 但是，由于他没有充分估计到当时的相对原子质量测定值可能有错误，而是机械地按相对原子质量由小到大顺序排列，同时他也没有考虑到还有未被发现的元素，没有为这些元素留下空位，更未能揭示元素从量变到质变这一重要规律。因此，他按“八音律”排的元素表在很多地方是混乱的，没能正确地揭示出元素间的内在联系的规律。 1869年，俄国化学家门捷列夫在批判和继承前人工作的基础上，对大量实验事实进行了订正、分析和概括，成功地对元素进行了科学分类。他总结出一条规律：元素（以及由它所形成的单质和化合物）的性质随着相对原子质量的递增而呈现周期性的变化。这就是元素周期律。他还根据元素周期律编制了第一张元素周期表，把已经发现的63种元素全部列入表里。他预言了类似硼、铝、硅的未知元素（门捷列夫叫它们为类硼、类铝和类硅元素，即以后发现的钪、镓、锗）的性质，并为这些元素在表中留下了空位。他在周期表中也没有机械地完全按照相对原子质量数值由小到大的顺序排列，并指出了当时测定某些元素的相对原子质量数值有错误。若干年后，他的预言都得到了证实。门捷列夫工作的成功，引起了科学界的震动。人们为了纪念它的功绩，就把元素周期律和元素周期表称为门捷列夫元素周期律和门捷列夫元素周期表。但是由于时代的局限，门捷列夫