元素周期律

教學目標：

知識目標：

1．  了解元素原子核外電子排布、原子半徑、主要化合價與元素金屬性、非金屬性的周期性變化。

2．  了解兩性氧化物和兩氫氧化物的概念。

3．  認識元素性質(zhì)的周期性變化是元素原子核外電子排布周期性變化的必然結(jié)果，從而理解元素周期律的實質(zhì)。

能力目標：

通過自學、思考、對比、實驗等方法培養(yǎng)觀察、分析、推理、歸納等探究式學習能力。

教學重點：原子的核外電子慨排布和元素金屬性、非金屬性變化的規(guī)律。

教學難點：元素金屬性、非金屬性變化的規(guī)律。

(第一課時)

教學過程：

[引入]我們在學習堿金屬和鹵素時，已經(jīng)知道一些元素的原子結(jié)構(gòu)相似其性質(zhì)也相似，人類已經(jīng)了現(xiàn)了一百多種元素，這些元素的原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)之間都有些什么聯(lián)系？這就是本節(jié)要討論的問題。

[板書]第二節(jié)    元素周期律

一個星期由星期一到星期日為一周，種表記時，從零點到24點為一天。這種周而復始、循環(huán)往復的現(xiàn)象，我們稱之為周期性。我們學過的堿金屬元素、鹵族元素，隨原子核外電子數(shù)的增加，原子核外電子層數(shù)增加，但最外層電子依然是1個和7個，這也是周期性的一種表現(xiàn)，元素以什么為序排列表現(xiàn)周期性呢？

[設問]什么叫原子序數(shù)？根據(jù)原子序數(shù)的規(guī)定方法，該序數(shù)與原子組成的哪種粒子有關(guān)？有什么關(guān)系？

[板書]原子序數(shù)=核電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù)=原子核外電子數(shù)

我們把核電荷數(shù)從1～18的元素按課本P97頁表5-5排列。

1．根據(jù)表5-5，你認為隨著原子序數(shù)的遞增，原子的核外電子層排布呈什么規(guī)律性的變化？將討論的結(jié)果填在下表中。

討論

 

 

 

 

 

 

原子序數(shù)

電子層數(shù)

最外層電子數(shù)

達到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)時的最外層電子數(shù)

1～2

1

1    2

2

3～10

 

 

 

11～18

 

 

 

結(jié)論：隨著原子序數(shù)的遞增，元素原子的最外層電子排布呈現(xiàn)           變化

[板書]：一。隨著原子序數(shù)的遞增，元素原子的最外層電子排布呈現(xiàn)周期性變化。

2．根據(jù)表5-5，你認為隨著原子序數(shù)的遞增，元素原子半徑呈現(xiàn)什么規(guī)律性的變化（稀有氣體元素暫不考慮）？將討論的結(jié)果填在下表中，并與P99圖5-5對照。

討論

 

 

 

 

 

 

原子序數(shù)

原子半徑的變化

3～9

0．152nm                0。071nm

大                小

11～17

 

結(jié)論：隨著原子序數(shù)的遞增，元素原子半徑呈現(xiàn)            的變化。

 

[板書]二。隨著原子序數(shù)的遞增，元素原子半徑呈現(xiàn)周期性的變化。

注意：原子半徑最小的是氫原子。

[建議介紹]原子半徑似乎應該是原子核到最外電子層的距離，但事實上，單個原子的半徑是無法測定的，原子總是以單質(zhì)或化合物的形式存在，而在單質(zhì)和化合物中，原子間總是以化學鍵結(jié)合的，一般：r（原）=r（共），共價半徑為2個以共價鍵結(jié)合時，它們核間距離的一半。

3．根據(jù)表5-5，你認為隨著元素原子序數(shù)的遞增，元素的化合價呈現(xiàn)什么規(guī)律性的變化？將討論的結(jié)果填入下表中。

討論

 

 

 

 

 

 

原子序數(shù)

化合價的變化

1～2

+1                      0

3～10

+1                     +5

-4            -1     0

11～18

 

結(jié)論：隨著元素原子序數(shù)的遞增，元素的化合價呈現(xiàn)           的變化。

[板書]三。隨著元素原子序數(shù)的遞增，元素的化合價呈現(xiàn)周期性的變化。

注意：①金屬無負價，O、F無正價；

②一般，最高正價=最外層電子數(shù)，最高正價+∣最低負價∣=8

③一般，最高正價存在于氧化物及酸根，最低負價通常存在于氫化物中。

作業(yè)：P103 一

 

第二課時

[引入]從上節(jié)課討論中，我們認識到隨著原子序數(shù)的遞增，元素原子的電子排布，原子半徑和化合價均呈周期性的變化。元素的化學性質(zhì)是由原子結(jié)構(gòu)決定的，那么元素的金屬性與非金屬性也將隨著元素原子序數(shù)的遞增而呈現(xiàn)周期性的變化。

[板書]四．元素的金屬性和非金屬性呈現(xiàn)周期性的變化

 

討論：元素的金屬性和非金屬性的強弱可根據(jù)哪些事實加以判斷？

 

 

小結(jié)：金屬性的判斷：

①     單質(zhì)與水反應置換出氫的難易程度；

②     單質(zhì)與酸反應置換出氫的難易程度；

③     最高價氧化物對應的水化物（氫氧化物）的堿性強弱。

非金屬性的判斷：

①     與氫氣反應生成氫化物的難易程度；

②     氫化物的穩(wěn)定性；

③     最高價氧化物對的水化物的酸性強弱。

以11～17號元素為例來學習。

[板書]1。鈉鎂鋁金屬性的遞變規(guī)律

實驗1：將一小塊金屬鈉投入滴有酚酞試液的冷水中，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。

實驗2：將一小段鎂帶用砂紙擦去表面的氧化膜，放入試管中，加入3mL冷水，滴入2滴酚酞試液，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。

討論

實驗3：將實驗2中試管加熱至沸騰，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。

1．  鎂與（冷水、熱水）反應的情形如何？生成了什么物質(zhì)？寫出反應的化學方程式。

2．  鎂的金屬性跟鈉比較是強還是弱？說明判斷的根據(jù)。

 

 

 

 

 

 

實驗4：將一小段鋁用砂紙擦去表面的氧化膜，放入試管中，加入3mL冷水，滴入2滴酚酞試液，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。

實驗5：取一小片和一小段鎂帶用砂紙擦去表面的氧化膜，分別放入兩支試管中，再各加入2mL 1mol/L鹽酸。觀察發(fā)生的現(xiàn)象。

1．  鎂和鋁跟鹽酸反應的情形如何？生成了什么物質(zhì)？寫出反應的化學方程式。

2．  鎂和鋁的金屬性哪種紗？說明判斷的根據(jù)。

討論

 

 

 

 

 

 

    下面我們再來研究鋁的氧化物的性質(zhì)。

實驗6：取少量氧化鋁粉末，分別加入鹽酸和氫氧化鈉溶液，觀察現(xiàn)象。寫出化學方程式。

        Al₂O₃  + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂O

Al₂O₃   +  2NaOH  = 2NaAlO₂ + H₂O

既能與酸起反應的生成鹽和水，又能與堿起反應生成鹽和水的氧化物，叫做兩性氧化物。

實驗6：取少量1mol/LAlCl₃溶液注入試管中，加入3mol/LNaOH溶液至產(chǎn)生大量Al（OH）₃白色絮狀沉淀為止。將Al（OH）₃沉淀分盛在兩支試管中，然后在兩支試管中分別加入3mol/LH₂SO₄溶液和6mol/LNaOH溶液。觀察現(xiàn)象。

上面的實驗中觀察到什么現(xiàn)象？生成了什么物質(zhì)？寫出反應的化學方程式。

討論

 

 

 

 

 

既能與酸起反應的生成鹽和水，又能與堿起反應生成鹽和水的氫氧化物，叫做兩性氫氧化物。

[說明]

①     鎂只能表現(xiàn)出金屬性不能表現(xiàn)出非金屬性，鋁既能表現(xiàn)出金屬性又能表現(xiàn)出非金屬性，這又是一個證明鋁比鎂的金屬性弱的事實；

②     雖然鋁既能表現(xiàn)出金屬性又能表現(xiàn)出非金屬性，但在通常的元素分類中，還是將鋁歸為金屬。鋁是金屬，但能表現(xiàn)出一定的非金屬性。

③     關(guān)于氫氧化鋁能顯酸、堿性的原理，以后還會以電離理論作分析。

 

[小結(jié)]：

反應

金屬

鈉

鎂

鋁

與水反應

與冷水劇烈反應

與冷水緩慢反應，與沸水迅速反應

與冷水很難反應，與熱水緩慢反應

與酸反應

 

劇烈反應

迅速反應

氧化物

Na₂O和Na₂O₂

MgO為堿性氧化物

Al₂O₃為兩性氧化物

對應堿

NaOH為強堿

Mg（OH）₂為中強堿

Al（OH）₃為兩性氫氧化物

結(jié)論

金屬性逐漸減弱

 

作業(yè)：P103 二

 

 

 

 

第三課時

[復習]1。鈉、鎂、鋁金屬性的遞變規(guī)律；

2．金屬性和非金屬性通常從哪些事實來證明？

[板書]2。硅、磷、硫、氯的非金屬性的遞變規(guī)律

討論1：硫和氯氣分別與氫氣反應的劇烈程度如何？能說明硫和氯氣的非金屬性強弱關(guān)系如何？

 

 

 

[介紹]硅只有在高溫下才能跟氫氣反應生成少量氣態(tài)氫化物——SiH₄。磷的蒸氣和氫氣能起反應生成氣態(tài)氫化物——PH₃，但相當困難。硫在加熱時能跟氫氣起反應生成氣態(tài)氫化物——H₂S。

討論2：在加熱條件下，氯化氫易分解嗎？

 

 

[介紹] SiH₄很不穩(wěn)定，PH₃也不太穩(wěn)定，在生成時就易分解，H₂S也不很穩(wěn)定，在較高溫度時可以分解，HCl十分穩(wěn)定。

討論3：比較磷酸、硫酸和高氯酸的酸性強弱。

 

 

[介紹]硅的氧化物——SiO₂是酸性氧化物，它的對應水化物是原硅酸（H₄SiO₄），原桂酸是一種難溶于水的很弱的酸，易分解生成硅酸——H₂SiO₃，磷的最高價氧化物是P₂O₅，它的對應的水化物是磷酸，磷酸是中強酸，硫的最高價氧化物是SO₃，SO₃的對應水化物是硫酸，硫酸是一種強酸，氯的最高價氧化物是Cl₂O₇，Cl₂O₇的對應的水化物是高氯酸（HClO₄），它是比硫酸更強的一種酸。

第18號元素氬是一種稀有氣體元素。

小結(jié)：

 

Si

P

S

Cl

最高正價

 

 

 

 

最低負價

 

 

 

 

單質(zhì)與氫氣反應的條件

 

 

 

 

最高價氧

化物

 

 

 

 

離高價氧化物的水化物

H₄SiO₄

弱酸

H₃PO₄

中強酸

H₂SO₄

強酸

HClO₄

最強無機酸

酸性逐漸增強

結(jié)論

 

 

綜上所述，我們可以從11～18號元素性質(zhì)的變化中得出如下結(jié)論：

Na   Mg   Al   Si   P   S   Cl          Ar

金屬性逐漸減弱，非金屬性逐漸增強     稀有氣體元素

如果我們對其他元素也進行同樣的研究，也會得出類似的結(jié)論：元素的金屬性和非金屬性隨著原子序數(shù)的遞增而呈現(xiàn)周期性的變化。

討論：比較HF、H₂O、NH₃的穩(wěn)定性。

 

 

[板書]五．元素周期律

[思考]什么是元素周期律？

[板書]1。概念：元素的性質(zhì)隨著元素原子序數(shù)的遞增而呈周期性的變化，這個規(guī)律叫做元素周期律。

2．元素周期律的實質(zhì)

元素性質(zhì)的周期性變化是元素原子的核外電子排布的周期性變化的必然結(jié)果。

練習：

寫出下列化學方程式：

（1）       氧化鋁與氫氧化鈉溶液

（2）       氧化鋁與硝酸

（3）       氫氧化鋁與鹽酸

（4）       氫氧化鋁與氫氧化鉀溶液

作業(yè)：課本P104 三

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元素周期律第一課時08-17