資源簡介

第二節(jié) 原子結(jié)構(gòu)與元素的性質(zhì)
第2課時
教學(xué)目標(biāo)
1.深化元素在周期中的位置、元素的價電子排布構(gòu)型、元素性質(zhì)之間的“位-構(gòu)-性”關(guān)系，能夠依據(jù)價電子構(gòu)型判斷元素在周期表的位置。
2.了解元素周期律的內(nèi)涵，了解原子半徑同周期、同主族的遞變規(guī)律，能從原子結(jié)構(gòu)的視角解釋原子半徑呈現(xiàn)周期性變化的原因。
教學(xué)重難點
元素“位-構(gòu)-型”關(guān)系，位置與電子構(gòu)型的互推
原子半徑的比較方法、離子半徑的比較方法
教學(xué)過程
一、新課導(dǎo)入
上節(jié)課留的練習(xí)題總結(jié)，學(xué)生分享判斷方法及依據(jù)，老師總結(jié)
依據(jù)電子排布式判斷下列各元素
（1）是主族元素還是副族元素？
（2）位于周期表的第幾周期和哪個族？
（3）屬于哪個分區(qū)？
①1s22s22p63s23p5 ②[Kr]4d105s25p2
③[Ar]3d34s2 ④[Ar]3d104s1
⑤[Ar]4s1 ⑥[Ar]3d64s2
【方法提煉】判斷依據(jù)與方法：
（1）根據(jù)價電子所在的能級，即可判斷出是主族元素還是副族元素
主族元素的價電子是ns電子，或者ns + np電子
**提示：最外層有p電子則d就一定不是價電子了，為什么？
副族元素的價電子是(n-1)d + ns電子
（2）根據(jù)價電子排布的特征，逐步確定它所在的周期與族。
第一步：元素的周期序數(shù)等于其基態(tài)原子的能層數(shù)（Pd除外）
第二步：計算價電子總數(shù)n，若為主族元素，則其在第n主族。
若為副族元素，n為3~7，則其在第n副族；n為8~10,則其在第VIII族；
n為11，其在第IB族，n為12，其在第IIB族。
（3）根據(jù)價電子排布的特征，確定它所在的區(qū)。其對應(yīng)關(guān)系為
s區(qū)元素的價電子排布通式為ns1~2，
p區(qū)元素的價電子排布通式為ns2np1~6，
d區(qū)元素的價電子排布通式為(n-1)d1~9ns1~2，
ds區(qū)元素的價電子排布通式為(n-1)d10ns1~2。
二、講授新課
一、周期表的進(jìn)一步探究（對第1課時問題的進(jìn)一步深化）
1.通過一些開放性的問題，訓(xùn)練學(xué)生搜集科學(xué)事實、實驗證據(jù)的能力，并運用證據(jù)進(jìn)行推理。
進(jìn)一步加深對周期表結(jié)構(gòu)的理解。
【提問】（9）處于非金屬與金屬分界線上的元素常被稱為半金屬或類金屬，為什么？
請在網(wǎng)上搜集一些例子和證據(jù)，分享你的成果。
【講解】由于元素的金屬性和非金屬性之間并沒有嚴(yán)格的界限，處于非金屬和金屬分界線上的元素既能表現(xiàn)出一定的非金屬性，又能表現(xiàn)出一定的金屬性。
例如：晶體硅是半導(dǎo)體，同時具有金屬光澤。
【提問】（10）觀察書后周期表所給的價電子排布式，除Cr、Cu外，你還發(fā)現(xiàn)了那些元素的基態(tài)原子電子排布不符合構(gòu)造原理？
【講解】Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Pt、Ag、Au、La、Ce、Gd、Ac、Th、Pa、U、Np、Cm，這些元素的基態(tài)原子電子排布均不符合構(gòu)造原理。
隨著原子核核電荷數(shù)和核外電子數(shù)目的增多，原子核與電子、電子與電子之間的相互作用更加復(fù)雜，其表現(xiàn)在電子排布上就時產(chǎn)生了若干“特例”，但是本質(zhì)“整個原子能量最低”這點未變。
【提問】（11）預(yù)言119號元素基態(tài)原子最外層電子排布。
【講解】第118號元素為第七周期的稀有氣體元素，故119號元素為第八周期的第1個元素，按照構(gòu)造原理，新增電子應(yīng)填入8s軌道，故其最外層電子排布為8s1。
【方法提煉】“稀有氣體定位法”
需要判斷某個原子序數(shù)的元素在周期表的什么位置時，可以選序數(shù)靠近的稀有氣體為“定位元素”，新增的電子再按照構(gòu)造原理填入相應(yīng)能級。
稀有氣體的序數(shù)依次為各個周期元素種類數(shù)(2、8、8、18、18、32、32)的累加值，即2、10、18、36、54、86、118。
【提問】（12）如果第八周期元素原子的核外電子排布遵循現(xiàn)有的填充規(guī)則，預(yù)言第八周期共有多少種元素？電子填入了哪些能級？
【講解】第八周期應(yīng)有50種元素。
按照構(gòu)造原理，電子依次填入的能級有8s、5g、6f、7d、8p，分別填入
2、18、14、10、6個電子。故第八周期總共能容納50個電子，應(yīng)有50種元素。
【提問】（13）氫元素在周期表中位置幾經(jīng)演變，有的人認(rèn)為應(yīng)該把H放在堿金屬的頂部，有的人認(rèn)為應(yīng)該把H放在鹵素的頂部。你支持哪種觀點？查閱相關(guān)的實驗數(shù)據(jù)、科學(xué)事實，支持自己的觀點。
2. 對角線規(guī)則
（1）規(guī)則表述：
在元素周期表中，某些主族元素與右下方的主族元素的有些性質(zhì)是相似的，這種相似性被稱為對角線規(guī)則。
（2）性質(zhì)體現(xiàn)：
①金屬鋰和鎂在過量的氧氣中燃燒，不形成過氧化物，只生成氧化物；
②鈹和鋁的氫氧化物都具有兩性；
③硼和硅的含氧酸酸性的強度很接近，都是弱酸。
【提問】（3）類比遷移：寫出氫氧化鋁、氫氧化鈹分別和強酸、強堿反應(yīng)的離子方程式。
【講解】Al(OH)3 + OH- = AlO2- + 2H2O
Al(OH)3 + 3H+ = Al3+ + 3H2O
Be(OH)2 + 2OH- = BeO2- + 2H2O
Be(OH)2 + 2H+ = Be2+ + 2H2O
【提問】（4）進(jìn)一步查閱資料，比較Li和Mg、Be和Al、B和Si三對元素及其化合物性質(zhì)的相似性。
【講解】例如：
鋰、鎂的氟化物、碳酸鹽、磷酸鹽均難溶于水；
鋰、鎂的碳酸鹽在加熱時均能分解為相應(yīng)的氧化物和二氧化碳；
鈹和鋁的氧化物均是熔點高、硬度大的物質(zhì)；
鈹和鋁都能被冷的濃硝酸鈍化。
【提問】（5）對角線規(guī)則是從相關(guān)元素及其化合物的許多性質(zhì)中總結(jié)出來的經(jīng)驗規(guī)則。在科學(xué)研究中，你對類似對角線規(guī)則這樣的經(jīng)驗規(guī)則有何看法？
【講解】經(jīng)驗規(guī)則是從大量客觀事實中總結(jié)出來的，是經(jīng)驗的，不是任何理論推導(dǎo)的結(jié)果。
經(jīng)驗規(guī)則是源于經(jīng)驗的思維模型和假想過程，往往是被理想化的，所以有可能出現(xiàn)客觀事實與經(jīng)驗規(guī)則不相符的情況，此時要遵循客觀事實。
對于已有的經(jīng)驗規(guī)則，可以嘗試運用理論進(jìn)行解釋。
【溫故知新】
回憶之前學(xué)習(xí)過的元素周期律知識并回答下列問題：
【提問】1.堿金屬的金屬性自上而下是如何遞變的？列舉事實證明這種遞變規(guī)律。
【講解】自上而下金屬性逐漸增強。例如金屬單質(zhì)自上而下與水的反應(yīng)越來越劇烈。
【提問】2.鹵素的非金屬性自上而下是如何遞變的？列舉事實證明這種遞變規(guī)律。
【講解】自上而下非金屬性逐漸減弱。例如鹵素單質(zhì)的氧化性自上而下逐漸減弱。
【提問】3.1-18號元素的原子半徑是如何變化的？主要化合價是如何變化？
【講解】同周期自左向右逐漸減小，同主族自上而下逐漸減小。主要化合價從+1、+2、+3到+4/-4、+5/-3、+6/-2、+7/-1。
【提問】4.Na、Mg、Al的金屬性是如何變化的？列舉事實證明這種遞變規(guī)律。
【講解】Na、Mg、Al的金屬性逐漸減弱。例如Na可與冷水劇烈反應(yīng)，Mg與熱水反應(yīng)，Al不與水反應(yīng)。
二、元素周期律 原子半徑
1.觀察圖像，回答問題并歸納結(jié)論
主族元素的原子半徑如圖所示，
【提問】請歸納元素周期表中，
同周期主族元素從左到右，原子半徑的變化趨勢？
同主族元素從上到下，原子半徑的變化趨勢？
【講解】同周期主族元素從左到右，原子半徑逐漸減小；
同主族元素從上到下，原子半徑逐漸增大
2.原子半徑的測定方法簡介
【思維啟迪】
原子半徑的大小取決于兩個相反的因素：
一是電子的能層數(shù)，電子的能層越多，電子之間的排斥作用將使原子的半徑增大；
另一個是核電荷數(shù)，核電荷數(shù)越大，核對電子的吸引作用也就越大，將使原子的半徑減小。
這兩個因素的綜合結(jié)果使原子半徑呈現(xiàn)周期性的遞變。
深度思考：
引導(dǎo)學(xué)生思考多種因素影響時，誰是主要因素，為什么這一因素是主要因素，從原子結(jié)構(gòu)的角度加深理解。通過系列問題，對這一角度加以應(yīng)用。
【提問】（1）在兩種相反因素的作用下，為什么同周期自左向右半徑遞減，同主族自上而下半徑遞增？
【講解】同周期自左向右，每增加一個電子，核電荷相應(yīng)增加一個正電荷，增加的電子排布在同一層上，增加的電子產(chǎn)生的電子間的排斥作用小于核電荷增加導(dǎo)致的核對外層電子的吸引作用，結(jié)果使原子半徑逐漸減小。
同主族自上而下，隨著電子層數(shù)的增加，離核更遠(yuǎn)的外層軌道填入電子，電子層數(shù)的影響大于核電荷增加的影響，導(dǎo)致原子半徑增大。
【提問】（2）副族元素的原子半徑變化如圖所示，請歸納其變化規(guī)律。
【講解】類比主族元素的原子半徑變化，對變化規(guī)律給出解釋。
同一周期的過渡元素與主族元素相比，從總的變化趨勢來看，從左到右原子半徑的變化幅度不大，趨勢為減小。
這是因為增加的電子都排布在 (n-1)d 軌道上，不同元素原子的外層電子（ns）受到原子核吸引作用及內(nèi)層電子排斥作用的總體效果差別不大。
【提問】（3）同一種元素的原子半徑、陽離子半徑、陰離子半徑之間有何關(guān)系？
例如H、H+、H-半徑大小關(guān)系如何？理由為何？
【講解】r(H-)>r(H)>r(H+)
陰離子相比于原子，核電荷數(shù)未變，增加的電子填入最外層，電子之間排斥加大，致使半徑增大。
陽離子相比于原子，核電荷數(shù)未變，失去最外層電子，電子能層減少，致使半徑減小。
這種規(guī)律同樣適用于其他元素。
【提問】（4）同主族元素的陽離子或陰離子，其半徑大小自上而下如何變化？給出你的解釋。
【講解】同主族元素的離子，核電荷數(shù)越大，半徑越大。
同主族的離子與同主族的原子一樣，電子能層的增加這一因素占主導(dǎo)地位，故自上而下，無論陰離子，還是陽離子，半徑都增加。
【提問】（5）電子構(gòu)型相同的離子，隨著核電荷數(shù)的增加，半徑怎樣變化？給出你的解釋。
【講解】電子構(gòu)型相同的離子，核電荷越大，離子半徑越小。
電子構(gòu)型相同時，電子彼此之間的排斥這一因素相同。而核電荷數(shù)越大，對電子的吸引越強烈，使得半徑減小。
【提問】（6）如何比較Fe3+和Fe2+的半徑大小？
【講解】同種元素的不同陽離子，核電荷數(shù)相同，離子所帶電荷越高，核外電子數(shù)越少，電子間彼此的排斥越小，故半徑越小。
所以r(Fe2+)>r(Fe3+)。
三、課堂小結(jié)
1.已知價電子構(gòu)型，我們可以得知很多信息，如主族副族元素，所在分區(qū)，周期數(shù)和族數(shù)。之所以能做出判斷，是因為原子結(jié)構(gòu)中的電子構(gòu)型與元素在周期表中的位置是一一對應(yīng)的。
2.原子半徑
在比較原子半徑、離子半徑大小時，要抓住原子核對電子的吸引、電子彼此的排斥，二者中誰是主要影響因素，繼而討論主要因素對結(jié)果造成的影響。
同周期自左向右，每增加一個電子，核電荷相應(yīng)增加一個正電荷，增加的電子排布在同一層上，增加的電子產(chǎn)生的電子間的排斥作用小于核電荷增加導(dǎo)致的核對外層電子的吸引作用，結(jié)果使原子半徑逐漸減小。
同主族自上而下，隨著電子層數(shù)的增加，離核更遠(yuǎn)的外層軌道填入電子，電子層數(shù)的影響大于核電荷增加的影響，導(dǎo)致原子半徑增大。

展開更多......

收起↑