資源簡介

4.1.2　原子結構與元素性質
本課時是教材第四章第一節第二課時的內容，該課時是在學習了原子結構和元素周期表的基礎上，以堿金屬和鹵族元素為代表，深入研究兩個主族元素的原子結構、元素性質的相似性和遞變性。通過該課時的學習，可以讓學生對于同主族元素性質有較清晰的認識，對于常見的活潑金屬和活潑非金屬有一定的了解。在之前的學習中，學生已經知道了原子核外電子排布的規律，能夠給出主族元素的核外電子排布；學生也知道元素周期表中元素的排列是由該元素原子的核外電子排布決定的，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；同時在第二章的學習中，學生知道了金屬鈉和非金屬氯的基本性質。但是，學生沒有清晰的元素變化規律的認識，還不能將周期表與元素的原子結構以及元素性質相聯系。通過本課時的學習，學生可以建立同主族元素性質的相似和遞變的簡單模型，為今后元素周期律的學習打下堅實的基礎。
宏觀辨識與微觀探析：從微觀上理解同主族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。
科學探究與創新意識：通過完成堿金屬和鹵族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。
證據推理與模型認知：建立同主族元素原子結構變化的微觀模型，理解根據該模型進行元素性質推理的科學思想。
堿金屬元素的性質，鹵族元素的性質。
學生復習原子結構、元素周期表、金屬鈉、非金屬氯的知識，預習本課內容；教師準備多媒體課件。
【引入】在上一節課的學習中，我們知道門捷列夫繪制出了第一張元素周期表。這第一張元素周期表實際是有很多空格的，門捷列夫預言其中很多未知元素的性質。那么門捷列夫是根據什么在預言未知元素的性質的呢？
【板書】原子結構與元素性質
【投影】原子結構與元素性質
【設疑】在初中化學的學習中，同學們初步了解了物質的結構和性質，那么物質的結構和性質之間的關系是什么呢？（結構決定性質，性質反映結構）
【講解】在上一課時的學習中，我們知道元素周期表中元素的排列是按照其原子結構進行的，既然結構決定了性質，那么周期表的排列應該就能反映元素的一部分性質。例如，同主族元素的結構特點是原子的最外層電子數相同，那么同主族元素是不是具有性質上的相似性和遞變性呢？下面我們選取周期表中比較有代表性的兩個主族——堿金屬元素和鹵族元素，研究一下同主元素的性質。
【板書】原子結構與元素性質
一、堿金屬元素
【投影】原子結構與元素性質
一、堿金屬元素
【講解】堿金屬元素都位于周期表的第ⅠA族（元素Fr是一種放射性元素，高中階段不探討），化學性質很活潑，在自然界中都以化合態存在。
【學生活動】填寫下表的信息，并回答相應問題。
元素名稱 元素符號 核電荷數 原子結構示意圖 最外層電子數 電子層數 原子半徑 （nm）
鋰 0.152
鈉 0.186
鉀 0.227
銣 0.248
銫 0.265
從上到下堿金屬元素的核電荷數、原子半徑的變化有什么特點？（核電荷數遞增，原子半徑逐漸增大）
觀察堿金屬元素的原子結構示意圖，他們的原子核外電子排布有什么特點？（隨著原子的核電荷數遞增，核外電子層數逐漸增加，但是最外層電子數都是1個）從哪一點可以推測出堿金屬元素的化學性質具有相似性？（最外層電子數相同，應該表現相似的化學性質）
【過渡】根據上述的分析，下面我們來進行一個實驗探究，探究一下堿金屬元素的化學性質。
【設疑】鈉有什么化學性質？（與氧氣反應，與水反應）
【設疑】結合鋰、鈉、鉀的原子結構特點，預測鋰、鉀可能具有哪些與鈉相似的化學性質？（與氧氣、水都能發生反應）
【講解】鋰、鈉、鉀的原子核外最外層電子數都是1個，應該表現相似的化學性質，所以鋰、鉀與氧氣、水應該都能發生反應
【設疑】鈉與氧氣在加熱條件下的反應現象是什么？（鈉先熔化，再劇烈燃燒，發出黃色火焰，得到淡黃色固體）
【演示實驗】鉀在空氣中的燃燒。
【投影】鉀在空氣中的燃燒的視頻。　
【設疑】鉀在空氣中的燃燒現象與鈉在空氣中的燃燒現象有什么區別？（燃燒更劇烈，發出紫色火焰）
【設疑】鈉與水的反應現象是什么？（浮、熔、游、響、紅）
【演示實驗】鉀與水的反應。
【投影】鉀與水的反應的視頻。
【設疑】通過上面的實驗分析，鈉鉀有哪些相似的化學性質？（與氧氣、水都反應）。
【設疑】比較鈉鉀與水反應的難易程度？（鉀的反應更劇烈）由上，你預測鋰與水的反應應該如何？（應該比鈉、鉀都困難）
【投影】鋰與水反應的視頻
【設疑】堿金屬與水反應的難易程度與其原子結構有什么關系？（由鋰到銫，堿金屬元素的原子電子層增加，原子半徑增大，所以原子失電子能力增加，金屬單質的活動性增強，其與水反應應該變得越來越容易）
【講解】由上的實驗分析，我們能得到的結論是：
（1）堿金屬元素的相似性：堿金屬元素的原子最外層都只有1個電子，在反應中容易失去，所以他們的化學性質相似，都能與氧氣、水反應。反應方程式如下：
【講解】（2）堿金屬元素的遞變性：隨著核電荷數遞增，堿金屬元素的原子電子層增加，原子半徑增大，所以原子失電子能力增加，原子核對最外層電子的引力逐漸減弱，原子失去最外層電子的能力逐漸增強，即由鋰到銫，金屬性逐漸增強。
【投影】堿金屬單質與水反應的對比視頻
【投影】堿金屬單質物理性質的對比。
【設疑】根據上面的表格信息，堿金屬元素單質物理性質的變化規律是什么？（從鋰到銫，隨著核電荷數的增大，堿金屬單質的密度增大（鉀反常），熔點和沸點都升高）
【過渡】上面我們研究的是典型的金屬元素——堿金屬元素，下面我們來研究一下典型的非金屬元素——鹵族元素。
【投影】鹵族元素單質的物理性質
【設疑】根據上面的表格信息，鹵族元素單質物理性質的變化規律是什么？（從氟到碘，隨著核電荷數的增大，鹵族元素單質的顏色加深，密度增大，熔點和沸點都降低）
【投影】鹵族元素的原子結構示意圖
【設疑】根據上面的原子結構示意圖，鹵族元素的原子核外電子排布有什么特點？（隨著原子的核電荷數遞增，核外電子層數逐漸增加，但是最外層電子數都是7個）。
【設疑】根據上面的鹵族元素的原子核外電子排布特點，參考堿金屬元素原子結構和性質，顯然我們可以猜想鹵族元素也一樣具有相似性和遞變性。那么氟、氯、溴、碘在化學性質上表現出來的相似性和遞變性是什么？（都是活潑的非金屬單質，在反應中表現一定的氧化性，例如：都可以與氫氣或金屬單質反應。從氟到碘，鹵族元素的原子半徑增大，得電子能力減弱，反應越來越困難）
【投影】鹵素單質與氫氣的反應
【設疑】根據上面的表格，由氟到碘，鹵素單質與氫氣反應的難易程度的變化規律是什么？（反應逐漸變得困難）反應生成的氫化物的穩定性的變化規律是什么？（穩定性逐漸減弱）鹵素非金屬變化的規律是什么？（非金屬性逐漸減弱）
【演示實驗】分別向KBr和KI溶液中滴加氯水，觀察現象
【講解】向KBr溶液中滴加氯水，觀察到溶液由無色變為橙色，實際是氯水中的Cl2與KBr發生了置換反應，得到了Br2，Br2溶于水形成溴水，顯橙色。反應方程式為：2KBr + Cl2 = Br2 + 2KCl。
【設疑】上述反應的離子方程式是什么？（2Br－+ Cl2 = Br2 + 2Cl－）該離子反應能夠說明的氧化性和還原性順序分別是什么？（氧化性：Cl2＞Br2；還原性：Br－＞Cl－）
【講解】向KI溶液中滴加氯水，觀察到溶液由無色變為橙紅色，實際是氯水中的Cl2與KI發生了置換反應，得到了I2，I2溶于水形成碘水，顯橙紅色。反應方程式為：2KI + Cl2 = I2 + 2KCl。
【設疑】上述反應的離子方程式是什么？（2I－+ Cl2 = I2 + 2Cl－）該離子反應能夠說明的氧化性和還原性順序分別是什么？（氧化性：Cl2＞I2；還原性：I－＞Cl－）
【演示實驗】向KI溶液中滴加溴水，觀察現象
【講解】向KI溶液中滴加溴水，觀察到溶液由無色變為橙紅色，實際是溴水中的Br2與KI發生了置換反應。反應方程式為：2KI + Br2 = I2 + 2KBr。
【設疑】上述反應的離子方程式是什么？（2I－+ Br2 = I2 + 2Br－）該離子反應能夠說明的氧化性和還原性順序分別是什么？（氧化性：Br2＞I2；還原性：I－＞Br－）
【設疑】根據上面的三個離子方程式，能夠得出鹵族元素的氧化性和還原性順序分別是什么？（氧化性：Cl2＞Br2＞I2；還原性：I－＞Br－＞Cl－）
【講解】所以隨著核電荷數的增加，鹵族元素單質的氧化性，按照F2、Cl2、Br2、I2的順序依次減弱。
【講解】上面我們研究了兩個具有代表性的主族：堿金屬和鹵素。可以看出，元素的性質主要與原子核外電子排布，特別是最外層電子數有關。原子結構相似的一族元素，他們在化學性質上表現出相似性和遞變性。
【講解】同主族元素由上到下原子核外電子層數依次增加，原子半徑逐漸增大，失電子能力逐漸增強，得電子能力逐漸減弱，所以金屬性逐漸增強，非金屬性逐漸減弱。
【投影】本節小結。

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