資源簡介

元素性質的周期性變化規律
一、教材分析
本單元第一節第一課時已經學習了原子結構示意圖的書寫與核外電子排布規律，學生初步認識到從微觀的角度了解不同元素原子結構的不同，初步建立起有關于“構”-“性”之間的認知模型。第一節第二課時已經學習元素同期表編制時的規律，元素周期表中的位置可以體現出元素原子的結構，初步建立起有關于“構”-“位”之間的認知模型。第一節第三課時以堿金屬與鹵族元素為例，構建了同主族元素性質變化的相似性與遞變性規律，使學生初步建立起有關于“構”-“位”-“性”三者之間的認知模型，并學習了比較金屬性與非金屬性的方法。本節在此基礎上，以第三周期元素為代表，分微觀與宏觀兩種角度，闡述元素結構的周期性變化規律與元素性質的周期性變化規律，從而歸納出元素周期律。
二、學情分析
學生在第一節《原子結構與元素周期表》第一課時的學習中掌握了原子核外電子排布的規律，了解了元素周期表的排列規律。在第一節《原子結構與元素周期表》第二時課的學習過程量，通過對堿金屬和鹵族元素的研究，學生也能夠明確主族元素的電子層數、最外層電子數與其在周期表中的位置之間的關系，了解同主族元素性質的相似性和遞變性，學生在堿金屬和鹵族元素的研究過程中，掌握了將結構與性質的關聯的判斷能力，但是，學生還沒有認識到同周期元素性質的變化，還不能建立完整的元素周期律的概念。
三、素養目標
【教學目標】
1.結合有關數據和實驗事實認識原子核外電子排布、元素最高化合價和最低化合價、原子半徑等隨元素原子序數遞增而呈周期性變化的規律。
2.以第三周期元素為例,同周期元素的金屬性、非金屬性等隨元素原子序數遞增而呈周期性變化的規律,建構元素周期律。
3.完善元素“位置-結構-性質”的認知模型，基于元素性質的遞變的本質原因，類比歸納出元素的性質。
4.加深對分類法，類比歸納法等科學方法的認知，提高邏輯推理能力，論證能力，從而發展證據推理與模型認識的化學學科核心素養。
【評價目標】
1.宏觀辨識與微觀探析:從微觀上理解同周期元素原子核外電子排布的相似性和遞變規律，明確宏觀上的元素性質與微觀上的原子核外電子排布之間的關系，理解結構決定性質，性質反映結構的基本規律。
2.科學探究與創新意識:通過完成相應的同周期元素性質的探究實驗，初步體驗科學探究在化學學科的學習中的重要地位，了解科學探究的基本方法，培養初步的科學探究能力。
3.證據推理與模型認知:建立元素原子結構變化與其性質變化的的微觀模型，理解根據該模型進行元素性質推理的科學思想。
四、教學重難點
重點：（1）元素周期律的含義與實質，（2）元素的性質與原子結構的關系。
難點：元素的性質與原子結構的關系。
五、教學方法
類比歸納法、小組討論法與實驗探究法
六、教學設計思路
本節課的核心思路有兩條。第一，在同周期元素金屬性的探究過程中，以實驗探究的方法，讓學生歸納總結出元素金屬性的周期性變化規律，再從結構的角度去解釋所得結論。第二，在同周期元素非金屬性的探究過程中，學生用類比的方法，從結構的角度分析，先預測出同周期元素非金屬性變化規律，再給予客觀的實驗現象，評價學生的推論是否成立。
七、教學流程
教學過程中主要有四個任務。任務一：探究元素原子的核外電子排布的變化規律；任務二：探究原子半徑變化規律；任務3：探究元素的主要化合價的變化規律；任務四：探究第三周期元素性質的遞變，培養了學生的科學探究認識與宏觀辨識與微觀探析的能力。
教學過程
教學環節一、創設情境
【資料】10月16日，神州十三號載人飛船發射成功。神州十三號出差6個月，載人飛船如何在太空用電的？神州十三號的電力系統主要是太陽能電池翼和鋰離子蓄電池。
【提問】科學家們希望尋找代替鋰離子電池的材料，近年來開發了鎂、鋁、鈉離子電池，他們基于鋰離子電池，選取鎂、鋁、鈉的依據是什么呢？
查閱資料，不難發現，他們在周期表中處于相近的位置，性質上可能具有一定的相似性，這就是我們今天要一起探究的元素周期律。
教學環節二、歸納總結—元素原子結構的周期性變化
任務一：探究元素原子核外電子排布、原子半徑、主要化合價的變化規律
活動一：繪制1—18號元素隨著原子序數的遞增，元素原子的最外層電子數變化折線圖。
【學生活動】你的發現：隨著原子序數遞增，第一周期元素的最外層電子數1→2；第二周期元素的最外層電子數1→8；第三周期元素的最外層電子數1→8。
【補充】除副族外，第四、第五周期元素的最外層電子數也是1→8，你能總結出什么規律嗎？
【你的結論】隨著原子序數的遞增，元素原子的最外層電子數呈現由1→8遞增的周期性變化（第一周期1→2）。
活動二：繪制1—18號元素隨著原子序數的遞增，元素原子半徑變化的折線圖。
【學生活動】你的發現：（1）稀有氣體原子半徑無數據；
第二周期元素原子半徑由大→小；第三周期元素原子半徑由大→小。
【補充】除副族外，第四、第五周期元素原子半徑由大→小，你能總結出什么規律嗎？
【你的結論】同一周期元素，隨著原子序數的遞增，元素的原子半徑呈現由大→小的周期性變化（稀有氣體除外）。
【講解】稀有氣體元素的原子半徑測定與相鄰非金屬元素的測定依據不同，數據不具可比性。
【思考】原子半徑大小跟哪些因素有關？可以聯系同一主族元素，從上到下，原子半徑逐漸增大；同一周期元素，從左往右，原子半徑逐漸減小？
【學生活動】思考討論：原子半徑大小跟電子層數有關，電子層數越多，半徑越大；電子層數相同時，跟核電荷數有關，核電荷數越大，半徑越小；電子層數和核電荷數都相同的情況下，最外層電子數越多，半徑越大。
活動三：繪制1—18號元素隨著原子序數的遞增，元素的最高正價、最低負價變化折線圖。
【學生活動】你的發現：（1）稀有氣體元素化合價為0；
（2）金屬元素無正價；
（3）第一周期最高正價為+1；第二周期最高正價為+1→+5；
第三周期最高正價為+1→+7。
（4）第二周期最低負價為-4→-1；
第三周期最低負價為-4→-1。
【補充】除副族外，第四、第五周期元素最高正價為+1→+7，低負價為-4→-1，你能總結出什么規律嗎？第二周期為什么不是+1→+7？
【你的結論】隨著原子序數的遞增，元素的主要化合價呈現周期性變化（出稀有氣體外）。最高正價為+1→+7（除O、F外），低負價為-4→-1。
【提問】再仔細觀察，元素最高正價、最低負價與最外層電子排布有無關系？
【學生討論】除稀有氣體外，（1）元素的最高正價=元素原子的最外層電子數（除O、F外）
（2）元素的最低負價=元素原子的最外層電子數-8
【深度思考】隨著原子序數的遞增，除了原子半徑、主要化合價呈現周期性變化外，元素還有其他什么嗎？是否也可能呈現周期性變化？聯系已經學習的堿金屬元素、鹵族元素的性質。
【學生】元素的金屬性、非金屬性。因為結構決定性質，同一主族，從上往下，原子半徑增大，失電子能力增強，元素的金屬性增強；得電子能力減弱，元素的非金屬性減弱。
任務二：探究第三周期元素性質的遞變
【思考交流】根據第三周期元素原子核外電子排布，推測該周期元素性金屬性和非金屬性的變化會如何？
【學生思考】同一周期，從左往右，電子層數相同，核電荷數增大，原子半徑減小，元素原子失電子能力減弱，得電子能力增強；元素金屬性減弱，非金屬性增強。
【提問】如何證實你的猜想？
【講述】要進行實驗，先得有完整的實驗方案。對于Na、Mg、Al三種金屬元素，設計比較三者的金屬性；對于Si、P、S、Cl四中非金屬元素，設計比較三者的非金屬性。小組討論，并將你們的實驗方案填寫在學案中。
【學生活動】設計實驗方案比較Na、Mg、Al三的金屬性；設計實驗方案比較Si、P、S、Cl的非金屬性。
【實驗方案設計】探究Na、Mg、Al元素性質的遞變
信息提示：比較元素金屬性的方法：
1.元素單質越容易從水或酸中置換出氫氣,金屬性越強。
2.元素最高價氧化物對應的水化物堿性越強,金屬性越強
方案一
方案二
【實驗方案設計】探究Si、P、S、Cl元素性質的遞變
信息提示：比較元素非金屬性的方法：
1.單質與氫氣反應越容易，元素的非金屬性越強。
2.氣態氫化物越穩定對應元素的非金屬性越強。
3.最高價氧化物對應的水化物的酸性越強對應元素的非金屬性越強。
方案一
方案二
【講述】大家設計的方案都很好，整合了大家的方案設計和課堂的可操作性，我給大家呈現了2組實驗方案，請大家根據桌面上的實驗儀器和學案中的實驗方案，分小組開始實驗。注意觀察實驗現象并及時做好記錄。實驗完成后，整理好臺面，寫好實驗結論。
【實驗探究】Na、Mg、Al元素性質的遞變
實驗一：取一小段鎂條，用砂紙除去表面的氧化膜分成大小相同的2段，分別放到2支試管中。向一支試管中加入2ml冷水，另一支試管中加入2mL熱水，各滴入2滴酚酞溶液，觀察現象。 實驗 現象
結論
實驗二：向試管中加入2mL 1mol/L AlCl3溶液，然后滴加氨水，直到不再產生白色絮狀Al(OH)3沉淀為止。將Al(OH)3沉淀分裝在兩支試管中，向一支試管中滴加2mol/L鹽酸，向另一支試管中滴加2mol/L NaOH溶液。邊滴加邊振蕩，觀察現象。 用2mol/L MgCl2溶液代替AlCl3溶液做上述實驗，觀察現象，并進行比較。 實驗 現象
結論
你的結論：金屬性：Na＞Mg＞Al
【過渡】非金屬元素的實驗方案很多，但是課堂實驗的可操作性性和受學校實驗條件的限制，我們就觀察表格，探究分析一下硅、磷、硫、氯元素的非金屬性遞變。
【探究分析】硅、磷、硫、氯元素的非金屬性遞變
非金屬元素 14Si 15P 16S 17Cl
最高價氧化物對應水化物（含氧酸）的酸性強弱 H2SiO3 （硅酸） 弱酸 H3PO4 （磷酸） 中強酸 H2SO4 （硫酸） 強酸 HClO4 （高氯酸） 強酸（酸性比H2SO4強）
你的結論：非金屬性：Si＜P＜S＜Cl
【小結】第三周期元素，從左到右，元素的金屬性減弱，非金屬性增強（除稀有氣體外）。
【學生活動】請繪制第三周期元素的金屬性、非金屬性變化關系曲線。
【講述】對其他周期主族元素進行同樣的研究，一般情況下，也會得出類似的結論。
【學生活動】請繪制第二周期元素的金屬性、非金屬性變化關系曲線。
【你的結論】隨著原子序數的遞增，元素的金屬性、非金屬性呈現周期性變化（除稀有氣體外）。元素金屬性減弱、非金屬性增強。
【小結】隨著核電荷數的遞增
引起
元素原子核外電子排布呈周期性變化
決定
元素性質呈周期性變化
歸納出
元素周期律：元素性質隨原子序數的遞增呈現周期性變化
【講解】元素性質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果。
【課堂小結】學完本節課，你有哪些收獲？如果你是科學家，還可以尋找哪些新的電池材料？
九、板書設計

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