名師教案 高中化學(xué)人教版 選擇性必修 第一冊 原子結(jié)構(gòu)與元素周期表

課程基本信息課題第四章第一節(jié)《原子結(jié)構(gòu)與元素周期表》教科書書名：普通高中教科書《化學(xué)》(必修第一冊)出版社：人民教育出版社出版日期：2020年7月教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)：1.以鹵族元素為例，基于元素在周期表中的位置和原子結(jié)構(gòu)預(yù)測同主族非金屬元素的化學(xué)性質(zhì)，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)及事實(shí)證據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，總結(jié)同主族元素化學(xué)性質(zhì)的相似性和遞變性，并能用原子結(jié)構(gòu)理論加以解釋。2.滲透預(yù)測等科學(xué)研究方法和比較、歸納等信息加工的方法，培養(yǎng)分析、處理數(shù)據(jù)的能力。3.強(qiáng)化并運(yùn)用“周期表位置(位)—原子結(jié)構(gòu)(構(gòu))—元素性質(zhì)(性)”的系統(tǒng)認(rèn)知模型，發(fā)展“證據(jù)推理和模型認(rèn)知”及“宏觀辨識(shí)與微觀探析”的學(xué)科核心素養(yǎng)。教學(xué)重點(diǎn)：鹵族元素性質(zhì)的預(yù)測和驗(yàn)證；同主族元素性質(zhì)的相似性和遞變規(guī)律；周期表位置、原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)的關(guān)系教學(xué)難點(diǎn)：運(yùn)用“位置—結(jié)構(gòu)—性質(zhì)”模型分析和解決同主族元素的問題教學(xué)過程時(shí)間教學(xué)環(huán)節(jié)主要師生活動(dòng)一提出問題二預(yù)測性質(zhì)三驗(yàn)證預(yù)測四總結(jié)提升【自我介紹】同學(xué)們，大家好！我是來自北京師范大學(xué)附屬中學(xué)的方老師。今天我將和大家一起學(xué)習(xí)《原子結(jié)構(gòu)與元素周期表》第四課時(shí)的內(nèi)容?！窘處熖釂枴可瞎?jié)課，我們研究了元素周期表中典型的金屬族—堿金屬元素。位于周期表IA族的堿金屬元素—鋰、鈉、鉀、銣、銫，它們的化學(xué)性質(zhì)具有相似性和遞變性，你能從微觀角度予以解釋嗎？【學(xué)生回答】我們知道，元素的性質(zhì)是由原子結(jié)構(gòu)決定的，堿金屬元素化學(xué)性質(zhì)的相似性是因?yàn)樗鼈兊脑幼钔鈱与娮訑?shù)相同，均為1；遞變性則是由于從鋰到銫，原子的核電荷數(shù)逐漸增多，電子層數(shù)逐漸增多，原子半徑逐漸增大，原子核對(duì)最外層電子的引力逐漸減弱，原子失電子能力逐漸增強(qiáng)。原子結(jié)構(gòu)的相似性和遞變性，決定了元素性質(zhì)的相似性和遞變性?！?教師)過渡】在對(duì)堿金屬元素的研究過程中，我們認(rèn)識(shí)到元素在周期表中的位置、原子結(jié)構(gòu)和元素性質(zhì)三者之間存在內(nèi)在聯(lián)系，在此基礎(chǔ)上我們建立了“位置—結(jié)構(gòu)—性質(zhì)”的認(rèn)知模型。那么元素周期表中同主族的非金屬元素，它們的化學(xué)性質(zhì)是否也具有相似性和遞變性呢？【展示標(biāo)題】鹵族元素【(教師)過渡】下面，我們以典型的非金屬族—鹵族元素為例，來探討同主族非金屬元素的性質(zhì)變化規(guī)律?！菊故緢D片】元素周期表及鹵族元素在周期表中的位置【教師介紹】根據(jù)“位置—結(jié)構(gòu)—性質(zhì)”認(rèn)知模型，我們先來找一找鹵族元素在周期表中的位置。鹵族元素位于元素周期表VIIA族，包括氟、氯、溴、碘、砹、六種元素。其中砹和是放射性元素，在中學(xué)階段不做討論。今天我們只研究氟、氯、溴、碘四種元素?！窘處煵贾萌蝿?wù)】首先，我們來預(yù)測一下鹵族元素的化學(xué)性質(zhì)?！窘處熖釂枴空埻瑢W(xué)們思考，預(yù)測鹵族元素化學(xué)性質(zhì)的基本思路是什么？【學(xué)生思考回答】顯然，我們應(yīng)該根據(jù)“位置—結(jié)構(gòu)—性質(zhì)”的相互關(guān)系，先根據(jù)鹵族元素在周期表中的位置，從各自的周期序數(shù)和族序數(shù)，來確定原子最外層電子數(shù)、電子層數(shù)和原子半徑等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，然后根據(jù)原子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)預(yù)測鹵族元素的化學(xué)性質(zhì)?！窘處煵贾萌蝿?wù)】接下來，請同學(xué)們根據(jù)上面的預(yù)測路徑來預(yù)測鹵族元素化學(xué)性質(zhì)的特點(diǎn)。【學(xué)生思考回答】鹵族元素是VIIA族元素，由于主族元素族序數(shù)等于原子最外層電子數(shù)，所以鹵族元素原子最外層都有7個(gè)電子。最外層電子數(shù)相同，可以預(yù)測鹵族元素的化學(xué)性質(zhì)相似。原子最外層電子數(shù)大于4，在化學(xué)反應(yīng)中容易得電子，預(yù)測鹵族元素具有非金屬性，其單質(zhì)具有氧化性。隨著原子核電荷數(shù)逐漸增加，核外電子層數(shù)依次增多，原子半徑逐漸增大，原子核對(duì)最外層電子的吸引能力逐漸減弱，原子得電子能力逐漸減弱，化學(xué)性質(zhì)應(yīng)該表現(xiàn)出遞變性。從氟到碘，元素的非金屬性逐漸減弱，單質(zhì)的氧化性逐漸減弱?！?教師)過渡】如何驗(yàn)證對(duì)鹵族元素性質(zhì)的預(yù)測呢？對(duì)于預(yù)測驗(yàn)證，我們可以在已知的科學(xué)事實(shí)中尋找證據(jù)，也可以通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)來尋找證據(jù)，以驗(yàn)證或評(píng)估預(yù)測結(jié)果?！窘處熤v授】元素的非金屬性在微觀上是得電子的性質(zhì)，宏觀上我們可以從單質(zhì)與氫氣生成氣態(tài)氫化物的難易程度及氫化物的穩(wěn)定性，或者其最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物的酸性強(qiáng)弱來判斷。具體到鹵素，我們可以通過尋找鹵素單質(zhì)與氫氣反應(yīng)難易的證據(jù)，及鹵化氫穩(wěn)定性強(qiáng)弱的證據(jù)，或者可以尋找鹵素最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物酸性強(qiáng)弱的證據(jù)，來分析研判?！菊故颈砀瘛抠Y料1：“鹵素單質(zhì)與氫氣的反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)事實(shí)表格【教師布置任務(wù)】請同學(xué)們先來研讀資料1。這是“鹵素單質(zhì)與氫氣的反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)事實(shí)。請同學(xué)們仔細(xì)閱讀，比較分析鹵素單質(zhì)與氫氣的反應(yīng)，找出反應(yīng)的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)?！緦W(xué)生閱讀書寫】整理證據(jù)，填寫表格。從鹵素單質(zhì)與氫氣反應(yīng)的化學(xué)方程式可以看出，反應(yīng)中鹵素單質(zhì)都作氧化劑，都具有氧化性。從反應(yīng)條件可以看出，從氟到碘，單質(zhì)與氫氣化合的難度逐漸增大?！窘處煵贾萌蝿?wù)】請同學(xué)們利用收集、整理的證據(jù)，根據(jù)元素非金屬性強(qiáng)弱的判斷依據(jù)，總結(jié)鹵族元素的主要化學(xué)性質(zhì)。并與預(yù)測結(jié)果對(duì)比?！緦W(xué)生思考回答】根據(jù)鹵素與氫氣反應(yīng)的相同點(diǎn)可以得出結(jié)論—鹵族元素都具有非金屬性，單質(zhì)都具有氧化性。這體現(xiàn)出鹵素性質(zhì)的相似性。通過比較鹵素單質(zhì)與氫氣化合的反應(yīng)條件，可以得出結(jié)論—從氟到碘，元素的非金屬性逐漸減弱，單質(zhì)的氧化性逐漸減弱。這體現(xiàn)出鹵素性質(zhì)的遞變性。基于證據(jù)得出的結(jié)論與預(yù)測結(jié)果一致，說明對(duì)鹵族元素性質(zhì)的預(yù)測是正確的?！菊故颈砀瘛抠Y料2：“鹵素氫化物的穩(wěn)定性”實(shí)驗(yàn)事實(shí)表格【教師布置任務(wù)】請同學(xué)們再仔細(xì)閱讀關(guān)于“鹵素氫化物穩(wěn)定性”的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，比較并歸納出鹵族元素氫化物穩(wěn)定性的遞變規(guī)律，并由此驗(yàn)證對(duì)鹵族元素化學(xué)性質(zhì)的預(yù)測?！緦W(xué)生思考回答】根據(jù)實(shí)驗(yàn)事實(shí)，整理證據(jù)，可以得知，從氟到碘，氫化物的穩(wěn)定性逐漸減弱。由此可以進(jìn)一步得出結(jié)論—從氟到碘，元素的非金屬性逐漸減弱，驗(yàn)證了對(duì)鹵族元素化學(xué)性質(zhì)的預(yù)測?！?教師)過渡】判斷元素的非金屬性強(qiáng)弱，不僅可以從單質(zhì)與氫氣的反應(yīng)來判斷，還可以依據(jù)最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物的酸性強(qiáng)弱來判斷。【展示資料卡片】資料3：鹵素最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物的酸性【教師布置任務(wù)】請同學(xué)們閱讀資料卡片，提取并整理關(guān)于鹵素最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物酸性強(qiáng)弱的證據(jù)。結(jié)合元素非金屬性強(qiáng)弱的判斷依據(jù)，總結(jié)鹵族元素的相關(guān)化學(xué)性質(zhì)。并與預(yù)測結(jié)果對(duì)比?！窘處熤v解】請同學(xué)們注意，氟氯溴碘四種元素中，除氟元素之外，氯、溴、碘元素都具有最高正化合價(jià)—+7價(jià)，都能形成最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物—高鹵酸，也就是高氯酸、高溴酸和高碘酸?！緦W(xué)生閱讀思考】閱讀資料卡片。通過資料卡片提供的證據(jù)，我們可以得出結(jié)論，從氯到碘，最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物(高鹵酸)的酸性逐漸減弱。基于這一證據(jù)，結(jié)合元素非金屬性的判斷依據(jù)，我們可以得出結(jié)論，從氯到碘，元素的非金屬性逐漸減弱。與預(yù)測結(jié)果相對(duì)比，再一次證明對(duì)鹵素性質(zhì)的預(yù)測是正確的?！?教師)過渡】前面我們通過研究鹵素單質(zhì)和氫氣的反應(yīng)和鹵素最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物的酸性，驗(yàn)證了對(duì)鹵素性質(zhì)的預(yù)測。我們還能不能從其他途徑或角度找到證據(jù)，驗(yàn)證我們對(duì)鹵族元素性質(zhì)預(yù)測的合理性呢？初中時(shí)我們學(xué)過金屬單質(zhì)間的置換反應(yīng)，那么，以鹵素單質(zhì)為代表的非金屬單質(zhì)之間會(huì)不會(huì)也發(fā)生類似的置換反應(yīng)呢？接下來，我們通過實(shí)驗(yàn)來探究?！窘處熣故緢D片】鹵素單質(zhì)【教師講解】在觀看實(shí)驗(yàn)之前，請同學(xué)們觀察鹵素單質(zhì)的顏色和狀態(tài)。氟氣是淡黃綠色氣體，氯氣是黃綠色氣體，溴單質(zhì)是深紅棕色液體，碘單質(zhì)是紫黑色固體。從氟到碘，單質(zhì)的顏色逐漸變深。【教師展示圖片】鹵素單質(zhì)的水溶液【教師講解】再來看一看鹵素單質(zhì)的水溶液。圖片中展示的是氯、溴、碘單質(zhì)的水溶液—氯水、溴水、碘水?？梢钥闯?，從氯水到碘水，溶液的顏色也逐漸變深。需要注意的是，氟元素的非金屬性極強(qiáng)，氟氣與水劇烈反應(yīng)，所以不能形成氟單質(zhì)的水溶液。【教師布置任務(wù)】接下來，請同學(xué)們觀看鹵素單質(zhì)間的置換反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)視頻，記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并進(jìn)行分析。【教師播放視頻】氯水與溴化鉀、碘化鉀溶液的反應(yīng)【學(xué)生觀看】觀看視頻，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象【教師布置任務(wù)】現(xiàn)在，我們來分析實(shí)驗(yàn)，整理證據(jù)，總結(jié)鹵素單質(zhì)間置換反應(yīng)的特點(diǎn)。請同學(xué)們根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，寫出氯水分別與溴化鉀、碘化鉀溶液反應(yīng)的離子方程式?！緦W(xué)生思考書寫】寫出氯水分別與溴化鉀、碘化鉀溶液反應(yīng)的離子方程式。【教師布置任務(wù)】接下來，請同學(xué)們標(biāo)出鹵族元素的化合價(jià)，用單線橋表示電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目，并確定氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物?！緦W(xué)生思考書寫】標(biāo)出鹵族元素的化合價(jià)，用單線橋表示電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目，并確定氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物。【教師布置任務(wù)】最后請同學(xué)們運(yùn)用氧化還原反應(yīng)規(guī)律，判斷鹵素單質(zhì)的氧化性強(qiáng)弱和鹵素離子的還原性強(qiáng)弱?！緦W(xué)生思考回答】因?yàn)檠趸瘎┑难趸詮?qiáng)于于氧化產(chǎn)物的氧化性，所以氯氣的氧化性強(qiáng)于溴單質(zhì)、碘單質(zhì)；因?yàn)檫€原劑的還原性強(qiáng)于還原產(chǎn)物的還原性，所以溴離子、碘離子的還原性都強(qiáng)于氯離子?！窘處煵贾萌蝿?wù)】上面實(shí)驗(yàn)已經(jīng)比較出氯單質(zhì)與溴單質(zhì)、氯單質(zhì)與碘單質(zhì)的氧化性強(qiáng)弱，但是沒有比較出溴單質(zhì)和碘單質(zhì)的氧化性強(qiáng)弱，因此，我們應(yīng)補(bǔ)充溴水與碘化鉀溶液反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。請同學(xué)們記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并進(jìn)行分析?！窘處煵シ乓曨l】溴水與碘化鉀溶液的反應(yīng)【學(xué)生觀看】觀看視頻，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象【教師布置任務(wù)】從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象我們可以獲知，溴單質(zhì)和碘化鉀反應(yīng)，生成碘單質(zhì)和溴化鉀。據(jù)此我們也可以寫出反應(yīng)的離子方程式。【學(xué)生思考書寫】寫出溴水與碘化鉀溶液反應(yīng)的離子方程式?！窘處煵贾萌蝿?wù)】請同學(xué)們標(biāo)出元素的化合價(jià)，用單線橋表示電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目，確定氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物，判斷鹵素單質(zhì)的氧化性和鹵素離子的還原性強(qiáng)弱。【學(xué)生思考書寫】標(biāo)出方程式中各元素的化合價(jià)，用單線橋表示電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目，并確定氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物。【教師布置任務(wù)】判斷鹵素單質(zhì)的氧化性強(qiáng)弱和鹵素離子的還原性強(qiáng)弱?！緦W(xué)生思考回答】因?yàn)檠趸瘎┑难趸詮?qiáng)于氧化產(chǎn)物的氧化性，所以溴單質(zhì)的氧化性強(qiáng)于碘單質(zhì)；因?yàn)檫€原劑的還原性強(qiáng)于還原產(chǎn)物的還原性，所以碘離子的還原性強(qiáng)于溴離子?！窘處煵贾萌蝿?wù)】請同學(xué)們綜合兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的分析結(jié)果，總結(jié)鹵素單質(zhì)及鹵素離子的性質(zhì)遞變規(guī)律，并與鹵素化學(xué)性質(zhì)的預(yù)測結(jié)果比對(duì)?！緦W(xué)生思考回答】從鹵素單質(zhì)間的置換反應(yīng)可以獲知，從氯到碘，單質(zhì)的氧化性逐漸減弱，鹵離子的還原性逐漸增強(qiáng)。這個(gè)結(jié)論與預(yù)測的鹵素單質(zhì)氧化性的遞變規(guī)律一致?！窘處熜〗Y(jié)】鹵素單質(zhì)間的置換反應(yīng)證明非金屬單質(zhì)之間也會(huì)發(fā)生“強(qiáng)換弱”的置換反應(yīng)。氧化性強(qiáng)的單質(zhì)能置換出氧化性弱的單質(zhì)。綜合上述四個(gè)資料，分析可知，比較同主族元素化學(xué)性質(zhì)的遞變性，不僅可以通過對(duì)比不同單質(zhì)和同一種物質(zhì)反應(yīng)的難易程度得出，也可以通過單質(zhì)間的置換反應(yīng)得出?！窘處熜〗Y(jié)】根據(jù)對(duì)鹵素性質(zhì)的預(yù)測和驗(yàn)證，我們確認(rèn)鹵族元素具有如下性質(zhì)：①鹵族元素具有非金屬性，鹵素單質(zhì)具有氧化性。②從氟到碘，元素非金屬性逐漸減弱，單質(zhì)氧化性逐漸減弱，陰離子的還原性逐漸增強(qiáng)。

【教師過渡】經(jīng)過對(duì)堿金屬元素和鹵族元素的研究，我們知道了同主族元素性質(zhì)具有相似性和遞變規(guī)律。【教師布置任務(wù)】請同學(xué)們根據(jù)“位置—結(jié)構(gòu)—性質(zhì)”的內(nèi)在聯(lián)系總結(jié)出同主族元素的性質(zhì)?！緦W(xué)生總結(jié)】在元素周期表中，同主族元素的原子最外層電子數(shù)相同，化學(xué)性質(zhì)相似。從上到下，原子的核電荷數(shù)逐漸增多，核外電子層數(shù)逐漸增多，原子半徑逐漸增大，失電子能力逐漸增強(qiáng)，得電子能力逐漸減弱。所以，元素金屬性逐漸增強(qiáng)，非金屬性逐漸減弱。單質(zhì)的還原性逐漸增強(qiáng)，氧化性逐漸減弱。金屬陽離子的氧化性逐漸減弱，非金屬陰離子的還原性逐漸增強(qiáng)。除此之外，元素相關(guān)的化合物—如最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物的酸性或堿性、非金屬元素氫化物的穩(wěn)定性等也具有規(guī)律性變化?！窘處熜〗Y(jié)】在預(yù)測和驗(yàn)證的過程中，我們進(jìn)一步了解了元素在周期表中的位置、原子結(jié)構(gòu)和元素性質(zhì)之間的相互關(guān)系，強(qiáng)化了“位置—結(jié)構(gòu)—性質(zhì)”的認(rèn)知模型。運(yùn)用這個(gè)模型，我們可以解決很多問題?！窘處熖釂枴空埻瑢W(xué)們利用所學(xué)知識(shí)，解決下面的問題。請預(yù)測H2SO4和H2SeO4，哪一種酸的酸性更強(qiáng)？闡述你的理由?！緦W(xué)生思考回答】硫酸和硒酸是硫元素和硒元素最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物。預(yù)測最高價(jià)氧化物水化物的酸性，實(shí)際上是比較核心元素的非金屬性。因此，可以根據(jù)核心元素在周期表中的位置、原子結(jié)構(gòu)和元素性質(zhì)之間的相互關(guān)系來進(jìn)行判斷。先在周期表中找到硫和硒的位置，二者均為ⅥA族元素，硫元素在第三周期，硒元素在第四周期。硫原子的電子層數(shù)比硒原子少，原子半徑比硒原子小，得電子能力比硒原子強(qiáng)，硫元素的非金屬性比硒元素強(qiáng)，所以硫酸的酸性比硒酸強(qiáng)?！窘處熖釂枴课覀冊賮砜聪乱粋€(gè)問題。已知33As和35Br位于同一周期。某一主族元素X與33As位于相鄰的周期，X元素的陰離子X3-還原性比As3-的弱。請確定X元素的核電荷數(shù)并闡述你的理由?！緦W(xué)生思考回答】分析題目，可以得知，這是一道根據(jù)離子的性質(zhì)來推測原子結(jié)構(gòu)的問題。根據(jù)元素在周期表中的位置、原子結(jié)構(gòu)和元素性質(zhì)之間的相互關(guān)系，要確定X元素的核電荷數(shù)，必須確定它在周期表中的位置，也就是確定其周期序數(shù)和族序數(shù)。溴元素在第四周期VIIA族，根據(jù)題目信息，33As和35Br位于同一周期，所以As元素也在第四周期。As元素的原子序數(shù)比溴元素少2，所以As位于VA族。