元素性质的周期性变化规律教学设计

第四章物质结构元素周期律第二节元素周期律珠海市广东实验中学金湾学校胡世丰叶倩婷1、教材地位和作用本课是2022版人教版高一化学必修1第四章第二节内容。是在学习了原子结构和元素周期表、碱金属和卤族元素的基本性质的基础之上，继续研究同周期主族元素的递变规律，使学生进一步应用“构位性”的关系。探究“第三周期”是应用预测方法模型，通过设计探究的思路，并运用比较、信息处理等方法，引导学生体验探索过程、学习科学研究方法。元素周期律揭示反映了元素之间的内在联系，将成千万计的物质归于系统之中，是科学研究的有效工具，在中学化学元素化合物知识的学习中，元素周期律是学生有效学习元素化合物性质的理论基础，它所承载的学科思想能帮助学生有效建构化学知识体系。2、学情分析学生在前三章中获得的大量具体元素化合物的性质大多依靠于实验的感性认知，由于缺乏原子结构、元素周期律的知识，学生不能从原子结构出发对物质的性质加以解释和预测，学习时间一长，很多知识开始在头脑里“打结”，不少学生对这部分知识的感觉是学起来容易，但真正记住，能运用却很难，导致在处理实际问题时缺乏解决问题的基本思路。学生对于元素周期律知识的认知更多地停留在简单识记层面，在解释具体问题时较少从结构角度入手探讨元素及其化合物性质递变规律。有一些学生将元素周期律知识中几组概念弄混，如元素的金属性与单质的还原性，非金属性与单质的氧化性混同。预测陌生物质的性质时缺少分析问题的角度。3、学业目标与核心素养（1）利用算法对数据进行大数据分析，将数据表格图形化结构化，深入认识原子核外电子排布、元素最高化合物和最低化合价、原子半径等随元素原子序数递增而呈周期性变化的规律。（2）基于元素“位置-结构-性质”认识元素性质模型，基于物质“结构-性质-用途”认识物质性质，基于元素性质递变的本质原因认识物质世界，基于物质分类和氧化还原的“价类二维图”认识元素与物质的关系，构建原子结构-元素性质-物质性质的整体模型，落实证据推理与模型认知的核心素养。（3）认识物质性质、发现规律的过程，培养学生创新关键能力，通过实验现象和实验事实进行分析，加深对分类法、归纳法等科学方法的认识，提高逻辑推理能力、论证能力。元素周期律指导探索物质性质的研究，预言新元素、新材料的发现，理解元素周期表是化学的一种重要工具。培养科学探究与创新意识。4、教学重难点[1]教学重难：元素周期律的含义和实质；元素性质与原子结构的关系。教学重点：元素性质与原子结构的关系。5、教学过程教学过程教学内容教师活动预设学生活动设计意图温故知新在上一节课的学习中，我们知道在元素周期表中，同主族元素的性质具有其相似性和递变性，但是门捷列夫是根据什么在预言未知元素的性质？只根据同主族的递变来推断某些元素的性质还是有失偏颇的，这节课我们再来研究一下同周期元素的性质。回忆整理出比较金属性、非金属性的标准。回顾周期表结构，归纳原子结构与同主族元素性质的关系问题聚焦论证过程同周期的元素性质递变规律讲解观察下面表格中的数据，判断随着原子序数的递增，元素原子的核外电子排布、原子半径和化合价的变化规律是什么？比较元素常见化合价，得到同周期元素的化合价的变化规律：[1]小结：粒子半径大小的比较规律，一层、二核、三电子。将粒子大小比较规律形象成“贪吃蛇”。预测元素原子核外电子排布规律、原子半径及化合价变化规律；根据教材第101-102页表中原子半径数据，以原子序数为横坐标、原子半径为纵坐标，绘制折线图，进行笛卡尔坐标系转换。从点、线、面3重层次进行数据分析，归纳规律。随原子序数递增，元素原子的电子层排布、原子半径和化合价都呈现周期性的变化[1]基于数据分析的方法论证元素化合价、原子核外电子排布、原子半径的周期性变化培养学生深度思维的能力：自变量变化、导致因变量变化的思维。知识巩固现有短周期元素性质的一部分数据，请你编排小小元素周期表。思考独立完成学案练习讲评练一体化，考查接受、吸收、整合信息的能力，强化必备知识，使学生能正确复述、再现、辨认，并能融会贯通，以达到化学学习能力的要求。过渡回顾碱金属元素金属性强弱的两种判断标准：（1）单质与水（或酸）反应置换出氢的难易。（2）最高价氧化物对应的水化物氢氧化物的碱性强弱。下面请根据探究同主族元素性质，预测同周期元素，并设计实验方案来探究11、12、13号元素Na、Mg、Al的金属性强弱顺序根据已学过的原子结构知识猜想与假设钠、镁、铝元素金属性强弱顺序学生要建模，更要用模型解决问题，即用原子结构解释元素性质，对其递变规律进行说明论证。利用金属性强弱判断标准，从同主族元素迁移到同周期元素。实验探究如何设计实验证明：Na、Mg、Al的金属性逐渐减弱呢？引导学生运用价类二维图回忆钠元素，进行镁的探究实验。实验探究：根据现象得出结论：与单质钠相比较，该反应明显困难，说明钠的金属性强于镁实验探究引导学生探究：几个小组进行探究并汇报现象结论完成学案中现象和相关反应方程式为当我们无法利用中间元素比较元素性质时，可以依靠实验探究，并在探究中渗透定量、控制变量思想。科学事实钠、镁、铝是金属元素，都能形成氢氧化物，NaOH是强碱，Mg(OH)2是中强碱，而Al(OH)3是两性氢氧化物，依据碱性差异说明钠镁铝的金属性逐渐减弱。对文献资料进行整合吸收。获取信息能力能否结合前两节课学习过的原子核外电子排布、原子半径周期性变化的规律来解释得到的探究结论？[3]讨论后，从原子结构的周期性变化角度分析元素金属性强弱的顺序。让学生体会学习化学的一种重要方法：将宏观现象、微观结构和符号表征相统一。论证过程同周期的元素性质递变规律讲解知识巩固2：完成金属活动性、物质类别、化合价三维图，归纳物质的递变性填在下表从价类二维图和周期表的角度理解物质性质的递变性。理解由物质上升到元素，并通过元素周期表体会由元素到丰富的物质世界将Na、Mg、Al元素放回元素周期表，体会位-构-性关系，从元素到所构成物质，用物质的分类和化合价氧化还原反应进行整合。建立从元素到物质及从物质到元素的双向联系。“价类二维”是元素周期律表在同一元素层面的体现，帮助学生将价类二维和元素周期表的认识角度打通论证过程同周期的元素性质递变规律科学事实第一节的原子结构与元素性质中，我们已经建立比较卤素非金属性的模型，请结合金属性和非金属性比较的方法，运用该模型分析Si、P、S、Cl的非金属性。基于以下文献信息，请你做出猜想？借鉴从原子微观结构角度解释元素金属性强弱顺序的方法，一起从原子微观结构角度来解释元素非金属性强弱的顺序。交流讨论后小组作答，第三周期元素：Si、P、S、Cl的电子层数相同，随着核电荷数的递增，原子半径逐渐减小，导致失电子能力逐渐减弱，得电子能力逐渐增强，金属性减弱，非金属性增强。基于文献信息，利用元素周期律模型认识、分析、解决相关的推理、论证任务。通过对自然界、生产和生活中的化学现象的观察，以及实验现象、实物、模型的观察，对图形、图表的阅读，获取有关的感性知识和印象，并进行初步加工、吸收、有序存储。讲解整合体验门捷列夫推测元素性质是结合元素周期表与元素周期律相结合，才较准确的推测元素的性质从物质分类，核心元素化合价的角度认识物质。引导学生建立比较物质性质的思路和方法。如基于元素原子结构比较物质性质的差异或预测物质间的反应。归纳小结通过探究学习，我们发现随着核电荷数的递增，元素的主要化合价（最高化合价与最低化合价）、金属性、非金属性都呈现周期性变化的规律，我们把这种规律叫做元素周期律。[2]交流与讨论。元素的性质随着元素原子序数的递增而呈周期性的变化，这种规律叫做元素周期律。元素性质的周期性变化是元素原子的核外电子排布的周期性变化的必然结果。在前一节课和本节课内容的基础上，总结出元素周期律的定义，并对其实质进行了剖析。初步让学生树立“结构决定性质”的化学学科思想，让学生可以从原子微观结构（即原子核外电子排布）的角度来解释元素周期律。板书设计第二节元素周期律整理理解力求清晰、完整，突出重点，起到提纲擎领的作用6.教学反思元素周期律教学属于化学基础理论知识，内容较抽象，理论性强，回顾整节课，让学生理解，元素周期表是一个可以进行推理的工具，是一个认知结构的表征，而不仅仅是知识结构的表征。周期表背后是科学精神、科学方法和科学成果，使用元素周期表，是对规律世界的一种探索。从教学过程上，课程内容脉络清晰、层次分明，在教学中充分关注了学生的认知发展和问题解决的途径，通过学习任务中具体的知识载体发展了学生比较、预测、迁移、评价的能力，从而使认知发展实现了从具体物质性质上升到系统认知思路和方法。在具体问题的解决过程中，从分析方法上，“价类二维”是元素周期律表在同一元素层面的体现，元素周期律表和氧化还原、类别是共通的。帮助学生将价类二维和元素周期表的认识角度打通；可以说从认识角度层面打通了宏观与微观的联系；从实验方法上，渗透了对比和控制变量的方法，规范了实验的严谨性，帮助学生能从理论依据评价实验设计。科学探究是化学学科的突出特点，实验是科学探究最重要的手段，但不是唯一手段。通过查阅已有的数据资料，基于数据资料的阅读和比较，对研究问题作出合理的推断，也是科学探究的一种重要手段。本课中元素金属性的探究主要通过实验探究的手段进行，而元素非金属性的探究则主要基于教材提供的表格数据资料进行。通过两种不同的科学探究手段的有效选用，能够让学生体会到科学探究的手段的多元化。课后练习知识巩固1．列有关元素及其化合物性质的比较正确的是A．原子半径：F<O<AlB．稳定性：H2O<PH3<NH3C．酸性：H2SiO3<HNO3<H3PO4D．碱性：KOH<NaOH<Mg(OH)2．下列各组微粒半径大小顺序正确的是A．r(O)>r(Cl)>r(S)>r(P)B．r(Al3+)>r(Mg2+)>r(Ca2+)>r(Ba2+)C．r(H+)>r(Al3+)>r(Mg2+)>r(K+)D．r(Cs)>r(K)>r(Na)>r(Li)3．下表是元素周期表的一部分，W、X、Y、Z为短周期主族元素，W与X的最高化合价之和为8。下列说法错误的是A．原子半径：W<XB．常温常压下，Y单质为固态C．气态氢化物热稳定性：Z<WD．X的最高价氧化物的水化物是强碱能力提升4．X、Y、Z、W四种短周期元素在周期表的位置如图，Y原子的最外层电子数是其次外层电子数的3倍，下列说法正确的是A．气态氢化物的稳定性：X＞YB．Z元素的氧化物对应的水化物一定是一种强酸C．X、Y、Z原子半径的大小顺序：X＞Y＞ZD．X的气态氢化物与W的气态氢化物可以相互反应【解析】Y原子的最外层电子数是其次外层电子数的3倍，则Y为O元素、由位置特征推断，X、Z、W分别为N、S、Cl。非金属性：N<O,则NH3不如H2O稳定，故A项错误。H2SO3是中强酸，故B项错误。原子半径：S>N>O,故C项错误。NH3+HCl=NH4Cl,故D项正确本题主要考查考生对原子结构和元素性质周期性变化规律的理解。考生需要熟练掌握短周期主族元素，并将原子结构、元素单质性质、化合物性质与相关化学反应等内容进行综合运用，正确得出相关元素的名称及其化合物，并进而对元素的原子半径大小、非金属性强弱的比较、氢化物的熔点和沸点、氢化物的水化物的酸碱性强弱等做出判断。5.甲、乙、丙、丁都是短周期元素，其中甲、丁在周期表中的相对位置如下表，甲原子最外层电子数是其内层电子数的2倍，乙单质在空气中燃烧发出黄色火焰，丙是地壳中含量最高的金属元素。下列判断正确的是甲丁A．原子半径：丙<甲丁B．甲与丁的核外电子数相差10C．氢氧化物碱性：乙＞丙D．甲、乙的最高价氧化物均是共价化合物【解析】甲、乙、丙、丁都是短周期元素，根据图可知甲为第二周期，丁为第三周期，甲原子最外层电子数是其内层电子数的2倍，可推出甲为C,丁为Cl。乙单质在空气中燃烧发出黄色火焰，则乙为Na。地壳中含量最高的金属元素是Al，则丙为Al。A.同周期自左而右原子半径减小，故A错误。甲与丁的核外电子数相差11，B错误。碱性：NaOH>Al(OH)3，C正确。乙的最高价氧化物为氧化钠，属于离子化合物，D错误。【答案】C6．短周期元素R、X、Y、Z原子序数依次增大，其中R的气态氢化物的水溶液呈碱性，X是同周期中原子半径最大的元素，Y的单质是一种常见的半导体材料，Y与Z的原子序数相差3，下列判断正确的是A．最外层电子数：Z<R<YB．气态氢化物的稳定性：Y＞ZC．R、X的氧化物均为离子化合物D．X和Y两者最高价氧化物对应的水化物能相互反应【解析】R的气态氢化物的水溶液呈碱性，可知R为N元素，X的原子序数比R大，且在同周期中原子半径最大，则X为Na。Y的单质是一种常见的半导体材料，可知Y为Si元素。Y与Z的原子序数相差3，则Z为Cl。最外层电子数为Z>R>Y,A错误。非金属性越强，气态氢化物稳定性越强，即Cl>Si,B错误。N的氧化物都是共价化合物，Na的氧化物都是离子化合物，C错误。X最高价氧化物对应水化物为NaOH，Y最高价氧化物对应水化物为H2SiO3,二者可发生中和反应，D正确。拓展提高7.短周期元素X、Y、Z、W在周期表中的相对位置如下图,W原子的最外层电子数是其最内层电子数的3倍。下列判断正确的是（）A．原子半径:Y<Z<XB．含Y元素的盐溶液有的显酸性,有的显碱性C．最简单气态氢化物的热稳定性:Z>WD．X与R的核电荷数相差24【解析】W原子的最外层电子数是其最内层电子数的3倍，则W是S，所以X是N，Z是Si,Y是Al，R是Se。同周期从左到右原子半径逐渐减小，同主族从上到下原子半径逐渐增大，所以原子半径:Y>Z>X，A